CN104136707A - 用于地下井中的活塞牵引机系统 - Google Patents

Abstract

一种活塞牵引机系统可包括：至少两个密封地接合井眼的活塞组件；和泵，该泵在被隔离在所述活塞组件之间的一个环空和另一环空之间输送流体。一种操作活塞牵引机系统的方法可包括：将至少两个活塞组件密封地接合于井眼；将一个活塞组件抓紧地接合于该井眼；以及然后当另一活塞组件固定到管柱时，从形成在所述活塞组件之间的环空泵送流体，因此偏压该管柱以移位穿过第一活塞组件。一种使管柱前进穿过井眼的方法可包括：将多个活塞组件密封地接合于所述井眼，其中每个活塞组件包括选择性地抓紧所述井眼的抓紧装置，一个活塞组件包括选择性地抓紧所述管柱的另一抓紧装置。

Description

用于地下井中的活塞牵引机系统

技术领域

本发明大体涉及与地下井协力利用的设备及执行的操作，在下面所述的一个示例中更具体地提供了一种活塞牵引机系统。

背景技术

在某些情况下(例如，具有很长的水平段的超大位移井等)，使用牵引机使管柱前进穿过井眼是有益的。例如，管柱的重量可能不足以使该管柱前进穿过井眼。

因此容易理解的是，在构造和操作用于地下井中的牵引机的领域就需要不断改进。这些改进在井中会是有用的，无论该井是否为超大位移井，和/或无论管柱的重量是否不足以使该管柱前进穿过井眼。

附图说明

图1为可体现本发明的原理的井系统和关联方法的代表性剖视图。

图2-图4为操作可体现本发明原理的活塞牵引机系统的方法的各步骤的代表性剖视图。

图5为活塞牵引机系统的活塞组件的比例放大的代表性剖视图。

图6为活塞牵引机系统的另一活塞组件的代表性剖视图。

图7为可用于活塞牵引机系统的控制系统的代表性示意图。

图8为活塞牵引机系统的另一配置的代表性剖视图。

图9为活塞牵引机系统的又一配置的代表性剖视图。

具体实施方式

图1中代表性地示出用于地下井的系统10及关联的方法，该系统和方法可体现本发明的原理。然而应清楚地理解，系统10及方法仅是在实践中应用本发明的原理的一示例，各种各样的其他示例是可能的。因此，本发明的范围完全不限于本文描述的和/或附图中描绘的系统10及方法的细节。

在图1的示例中，井眼12衬有套管14和水泥16。希望使管柱18前进穿过井眼12，为此目的，井系统10设有活塞牵引机系统20。

本文使用术语“套管”来表示井眼用保护衬里。套管可用于防止井眼的倒塌，提供压力隔离等。套管可包括被本领域技术人员称为套管、衬里或油管的管。套管可为分段的或连续的、金属的或非金属的，并可在原位预先形成或形成。可使用任意类型的管，均符合本发明的原理。

活塞牵引机系统20可出于各种目的被用于使管柱18前进穿过井眼12。在图1所示的示例中，钻头22连接在管柱18的远端，用于将井眼进一步向地下钻进。

管柱18前进穿过井眼12，以继续钻井眼。在其他示例中，管柱18可被移位以扩张套管14或其他套管，进而穿过井眼12安装套管、运送完井设备或其他类型的设备等。管柱18可出于任意目的而被移位穿过井眼12，这符合本发明的原理。

注意，活塞牵引机系统20未必位于井眼12的套管段。而是，活塞牵引机系统20可位于井眼12的未套管的、裸眼段(例如，图1示例中正在钻进的井眼段)。

如图1所示，管柱18包括内管元件24和外管元件26，并具有在这些管元件之间径向地形成的环空28。流体30(例如，钻井泥浆、其他钻井流体等)从地表位置(例如，地面的钻机、海底设施、浮动钻机等)经由环空28循环到钻头22，经由内管元件24返回。转换工具32允许流体30从径向地形成在管柱18和井眼12之间的环空34进入内管元件24。

为了示出和说明的清楚，在图1中未示出可用于管柱18中的附加设备。例如，管柱18可包括使钻头22转动的钻井马达(也称为泥浆马达，例如，Moineau型马达或涡轮)、旋转导向工具、震击器、扶正器、扩眼器、稳定器、随钻测量(MWD)、随钻测压(PWD)或随钻测井(LWD)传感器以及通信/遥测技术装置等。管柱18中可使用设备的任意组合，这符合本发明的原理。

各种线36可沿着管柱18延伸。线36可从地表位置延伸到活塞牵引机系统20，延伸到MWD、PWD和/或LWD装置，延伸到转向工具，和/或延伸到其他任意设备。

线36可包括电的、液压、光学或其他任意类型的线。该线可用于供电，用于数据、命令和/或其他类型的信号的通信，用于感测井环境中的参数(例如，压力、温度、振动等)，用于供应液压流体和/或压力等。线36可服务于任何目的，这符合本发明的原理。

图1所示的线36延伸穿过管元件24、26之间的环空28。然而，在其他示例中，线36可延伸穿过任一管元件24、26的壁，在内管元件的内部中，在外管元件的外部上等。按需要，线36可使用任意位置。

在图1的示例中，活塞牵引机系统20包括管柱18上的由活塞组件40、42构成的组38。每个活塞组件40、42密封地接合于井眼12和管柱18，因此这两个活塞组件将径向地形成在该井眼和该管柱之间的环形区域分成单独隔离的环空34、44、46。

如上所述，流体30在环空34中。优选地，环空44、46中包含另一流体48。优选地，流体48是清洁的、无固相(debris-free)的流体，其可由活塞组件40的泵50容易地且可靠地在环空44、46之间泵送。然而，若需要，流体48可与流体30相同。

优选地，环空46延伸到地表位置，尽管在下面所述的其他示例中，由活塞组件40、42构成的另一组可插置在该地表位置和图1所示的组38之间。

在一些示例中，发电机52(例如，涡轮式或叶片式发电机)可位于环空28中。发电机52响应于流体30流经环空28而产生电流。

发电机52可产生供活塞牵引机系统20使用、和/或供管柱18中的其他设备使用的电力。可选地，电力可由线36、船载电池或任何其他电源供应到系统20。然而，优选地，通过内管元件24和外管元件26导电，电力被供应到系统20，如以下更完整讨论的。

现在再参照图2，图2代表性地示出了活塞牵引机系统20，除了井眼12、套管14以及管柱18之外，除去井系统10的剩余部分。注意，活塞牵引机系统20未必用于图1的井系统10和方法，因为按需要，该活塞牵引机系统可用于任意其他井系统和方法。

在图2的示例中，活塞组件40刚性固定到管柱18，活塞组件42可往复运动地设置在该管柱上。例如，活塞组件40可与外管元件26整体地形成，或可用螺接、焊接等固定到外管元件26。

活塞组件40的一段可包括管柱18的一段(例如，其中有发电机52等)。因此，应理解，本文所述的任意元件可与任意其他所述元件组合，且任意元件可分成多个元件，均符合本发明的原理。

每个活塞组件40、42包括用于抓紧井眼12的一个或多个抓紧装置54(例如，制动器、卡瓦等)。如图2所示，活塞组件40上的抓紧装置54抓紧套管14的内表面，因此防止管柱18相对于井眼12位移。活塞组件42上的抓紧装置54未与井眼12抓紧地接合。

每个活塞组件40、42还包括用于密封地接合井眼12的密封装置56。活塞组件42包括密封地接合管柱18的外表面的密封装置58。

活塞组件42还包括能够抓紧地接合管柱18的抓紧装置60。然而，在图2的构造中，抓紧装置60未抓紧管柱18，因此活塞组件42自由地相对于该管柱和井眼12轴向位移。

为了使活塞组件42位移穿过井眼12，操作活塞组件40的泵50将流体48从环空46泵送到环空44。这使环空44的体积增大。由泵50移位的流体48的体积与活塞组件42所穿过的距离直接相关，因此通过测量该体积，可方便地测量活塞组件的位移，如以下更完整讨论的。

可选地，位移传感器62(例如，响应于位移使线64卷起或放出的类型，其中基于线轴的旋转来测量该位移等)可用于直接地测量活塞组件40、42之间的相对位移，或用于直接地测量活塞组件之间的距离。按需要，可使用确定活塞组件40、42之间的相对位移或测量所述活塞组件之间的距离的任意方式。

线64也可用于活塞组件40、42之间传输电力、数据、命令(和/或其他类型的信号)。可选地，线36可用于该目的。

如上所述，当泵50使流体48从环空46移位到环空44时，环空44体积增大。因为活塞组件40的抓紧装置54在此时与井眼12抓紧地接合，且活塞组件42的抓紧装置54、60未与该井眼或管柱18抓紧地接合，这导致活塞组件42背离活塞组件40移位(从图2看，向下)。

现在再参照图3，图3代表性地示出了由于环空44的轴向扩张，在活塞组件42已背离活塞组件40移位之后的活塞牵引机系统20。活塞组件42上的抓紧装置54现在被致动而抓紧地接合井眼12，并防止活塞组件42的进一步位移。

传感器62可用于确定何时应停止将流体48泵送入环空44(例如，当活塞组件42已达到背离活塞组件40的预定距离时)。可选地，当已泵送预定体积的流体等时，可停止将流体48泵送入环空44。

注意，活塞组件40上的抓紧装置54在此时仍然与井眼12抓紧地接合，因此防止管柱18和该井眼之间的相对位移。在释放活塞组件40上的抓紧装置54之前(如图4所示并如以下更完整描述的)，活塞组件42上的抓紧装置60可与管柱18抓紧地接合，因此仍防止该管柱和井眼12之间的相对位移。

现在再参照图4，图4代表性地示出了活塞组件40上的抓紧装置54与井眼12已解除接合之后的活塞牵引机系统20。泵50将流体48从环空44移位到环空46，因此减小环空44的体积并偏压活塞组件40向下(从图2看)移位。

更确切地说，当泵50将流体48从环空44移位到环空46时，穿过活塞组件40产生压差，该压差偏压该活塞组件向另一活塞组件42移位。注意，该压差不是从地表施加压力到环空46而产生的，尽管如果需要的话作为应变措施，压力可被从地表施加到环空46以偏压活塞组件40移位穿过井眼12。

在操作泵50将流体48从环空44移位到环空46且活塞组件40向下移位之前，活塞组件42上的抓紧装置60未与管柱18接合(如果以前接合，那么在这时该抓紧装置松脱)。因此，活塞组件40的向下位移还导致所希望的管柱18向下移位穿过活塞组件42。

当管柱18和活塞组件40已向活塞组件42充分地向下移位时，停止泵送流体48离开环空44。传感器62测量(对流体48的移位的体积的测量)或任意其他技术可用于确定何时停止泵送流体48。如附加的示例，当已达到所希望的深度时，或当最大重量已施加到钻头22时，可停止管柱18和活塞组件40的位移。

在这时，除了管柱18和活塞组件40、42的组38将已沿着井眼12前进了一定距离之外，系统20将返回图2所示的构造。活塞组件40上的抓紧装置54接合于井眼12，以防止管柱18和井眼12之间的相对位移，然后活塞组件42上的抓紧装置与该井眼解除接合，准备再次将活塞组件42背离活塞组件40移位。

图2-图4中描绘的以及以上描述的步骤可按需要重复，以使管柱18沿着井眼12进一步前进。此外，这些步骤可颠倒，以使管柱18沿着井眼12沿反方向前进。

通过逆向操作系统20，可从井中收回管柱18。因此，管柱18和活塞组件40、42的位移方向不限于只是背离地表，活塞组件40未必跟随活塞组件42以任意特定方向穿过井眼12。

优选地，如果系统20用于收回管柱18，与该系统配合地还使用地表钻机，以将该管柱从井中撤回，该地表钻机在该管柱的上段维持足够的拉力。如果在活塞牵引机系统20之下的管柱18被卡住，则该活塞牵引机系统可方便地施加拉力到位于该系统和卡住点之间的一个或多个震击器。

现在再参照图5，图5代表性地示出了活塞组件40的一个示例的比例放大的代表性剖视图。在图5中可见活塞组件40的进一步细节，但应当清楚地理解，本发明的范围不限于该活塞组件的任何具体的细节。

在图5的示例中，可看到致动器66用于使抓紧装置54向外延伸而接合于井眼12。致动器66可为任意类型的致动器(例如，电、液压等)。

类似地，致动器68可用于使密封装置56向外延伸而密封地接合于井眼12。例如，密封装置56可包括充气密封件，在此情况下致动器68可包括泵、阀等，用于控制该密封件的充气。

可选地，电或液压致动器68可用于使密封装置56向外延伸。然而，密封装置56未必可向外延伸或缩回是符合本发明的原理的，因为该密封装置可构造为弹性地接合井眼12(例如，该密封装置可包括一个或多个杯型的密封件等)。

流量计70测量通过泵50泵送的流体48的体积。压力传感器72测量活塞组件40的相对两侧上的环空44、46中的压力。

例如，压力传感器72可用于确定跨过活塞组件40的压差，该压差是将流体48从环空44泵到环空46而产生的，该压差因此偏压活塞组件40和管柱18移位穿过井眼12。该压差可调节，因此控制施加到管柱18(和到图1的系统10中的钻头22)的轴向力。

图5中所示的传感器62包括测量发射信号74与接收活塞组件42所反射的信号之间的延迟的类型的声学或超声测距仪。信号74也可或可选地用于在活塞组件40、42之间传输数据、命令等。

按需要，任意其他类型的位置或位移传感器可用于传感器62。例如，传感器62可包括感应天线、电磁测距装置或其他类型的近程传感器(proximity sensor)。

活塞组件40还包括阀76，该阀选择性地允许和防止活塞组件40的相对两侧之间的流体连通。在活塞牵引机系统20的操作期间，阀76优选地保持关闭。然而，当希望活塞组件40的相对两侧之间的流体相对无限制地流动时，例如在将活塞牵引机系统20运进或运出井时等，阀76可打开。

如上所讨论的，优选地，活塞组件40刚性连接于管柱18(例如，通过焊接、螺接、一体成形等)。然而在一些情况下，可希望使活塞组件40能够相对于管柱18纵向移位。为此，活塞组件40可设有剪切销、剪切环或抓紧装置60和致动器78，以可释放地抓紧管柱18。

现在再参照图6，图6代表性地示出了活塞组件42的一个示例的剖视图。在该视图中，可看到该示例的活塞组件42包括抓紧装置54、密封装置56、多个致动器66、致动器68、传感器62、阀76和多个传感器72，如以上在活塞组件40中描述的。

活塞组件42还包括密封装置58和抓紧装置60，分别用于密封地和抓紧地接合管柱18。多个致动器78(类似于多个致动器66)用于使抓紧装置60延伸而与管柱18抓紧地接合。若需要，致动器(类似于致动器68)可用于使密封装置58延伸而密封接触管柱18。

活塞组件42中的阀76选择性地允许和防止活塞组件的相对两侧上的环空44、34之间的流体连通。与活塞组件40中的阀76一样，活塞组件42的阀优选在使管柱18前进穿过井眼12的步骤期间关闭。

现在再参照图7，图7代表性地示出了用于控制活塞牵引机系统20的操作的控制系统80。控制模块82包括控制器84(例如可编程处理器、可编程逻辑控制器等)、内存86和数据存储器88，连接到通信接口92，经由线36连接于地表电、液压等通信设施94。控制模块82可位于活塞组件40中，或在其他位置上。

控制模块82从各种传感器62、70、72(以及其他本地传感器90，例如MWD、PWD和/或LWD工具的传感器，包括对钻压、推力、拉力、扭矩、弯曲、振动、穿透率等的测量)接收输入，并从供电器96接收电力。供电器96可从电源(例如发电机52)和/或从蓄电器98接收电力(例如电池等)。在发电机52发电时，供电器96也可用于为蓄电器98充电，而在该发电机不发电时，该供电器也可用于将电力从蓄电器供应到控制模块82。

优选地，内管元件24和外管元件26用作向活塞牵引机系统20导电的导体。以该方式，可能不需要井下发电机52和/或蓄电器98。数据和命令也可经由内管元件24和外管元件26传输，而在活塞组件40、42与远程位置(例如地面、海底设施、浮船等)之间双向通信。

在2012年1月11日提交的国际申请PCT/US12/20929中描述了一种使用内管元件和外管元件作为导体的技术。在该技术中，转换工具32(也叫分流器)设有被插置在内管元件24和外管元件26之间的电绝缘材料，使得这些管元件在井中可用作导体。

所存储的数据88可包括性能数据和用于作业后收回的从传感器62、70、72、90获得的数据。内存86可具有其中保存的供控制器84使用的指令、井详情数据、参数和算法，用于确定活塞组件40、42应在系统20中如何被操作(例如，在钻进期间应施加到钻头22的期望的力)等。例如，指令可包括例行程序，用于引起活塞组件40、42自动操作以使管柱18沿着井眼12前进，如图2-图4所示。

由控制模块82来控制活塞组件40的抓紧装置54、旁通阀76以及液压泵50的操作。控制模块82可通过控制驱动泵50的马达100(例如，电或液压马达)的操作而控制泵50的操作。

活塞组件42的抓紧装置54、60以及旁通阀76的操作也由控制模块82来控制。尽管在图7中未示出，但是如果使用多个致动器68，则控制模块82也可控制活塞组件40、42的致动器68的操作。

地表通信设施94可经由电话、因特网、人造卫星、无线电或任意其他通信形式与远程位置(例如，在另一位置的办公室等)通信。来自远程位置的命令可经由通信设施94和线36传达到控制模块82，因此能够远程控制该操作。

泵50的操作可利用闭环反馈技术来自动控制，使得某些钻井参数被维持在希望的界限之内，或使得实现最佳钻井性能。例如，可操作泵50使得钻压维持在希望的范围内，钻压由MWD或LWD工具的传感器90来检测。

如另一示例，可操作泵50使得穿透率被优化，或使所感测的振动、遇卡打滑等最小。对泵50的操作的这个控制(例如，实现对施加到钻头22的力的本地控制)可显著地提高钻井操作的效率。

现在再参照图8，图8代表性地示出了井系统10中的活塞牵引机系统20的另一示例。在该示例中，在管柱18上使用由活塞组件40、42构成的两个组38、102。

包括活塞组件40、42构成的多个组38、102的一个优点是，如果一组遇到沿着井眼12的泄漏路径104，另一组可用于使管柱18沿着该井眼前进，至少直到第一组经过该泄漏路径。在图8的示例中，组38经过了泄漏路径104，该泄漏路径104是以与井眼12相交的侧向或分支井眼106的形式。

在此情况下，泄漏路径104可使流体绕活塞组件40、42流动(例如，防止密封装置56与井眼12的完全密封)，该泄漏路径可使该流体漏入侧向井眼106，因此防止活塞组件的组38的适当操作。塞子108可设置在井眼106中以防止流体漏入井眼106，而当活塞组件经过泄漏路径104时，流体仍可绕活塞组件40、42流动。其他类型的泄漏路径可包括冲刷区、管下扩眼段、射孔段等。

当遇到泄漏路径时，可使活塞组件40、42的组38失效(例如，通过缩回每个活塞组件的抓紧装置54和密封装置56，并打开阀76)，因此使该活塞组件与管柱18移位穿过井眼12。在使组38失效之前，可激活活塞组件40、42的组102(例如，通过使每个活塞组件的抓紧装置54和密封装置56延伸，并关闭阀76)，因此使组102能被操作而使管柱18前进穿过井眼12。

若需要，在组38经过泄漏路径104之后，该组可被激活，并使组102失效。类似地，当组102经过泄漏路径104时，组38可用于使管柱18前进穿过井眼12。

注意，在图8的系统10的示例中，活塞组件40、42位于井眼12的未套管段。这可在被井眼12穿透的地层110基本上是不渗透的地方实现，且该井眼的内表面足够平滑使密封装置56密封地接合。

图9中代表性示出的另一示例中，在套管14之下的井眼12的未套管段不利于活塞组件40、42和井眼之间的密封接合(例如，地层110是可渗透的，该井眼不够平滑等)。在该情况下，当组38处于未套管段时，活塞组件40、42的组102可用于使管柱18前进穿过井眼12中。

此外，井眼12的未套管段可具有比该井眼的套管段更小的直径。为了使活塞组件40、42的组38容易地进入未套管段并移位穿过未套管段，可减小活塞组件40、42的直径。例如，可操作致动器66、68以向内缩回各抓紧装置54和密封装置56，使得活塞组件40、42的直径小于井眼12的未套管段的直径。

注意，井眼12可在除了未套管段的位置具有减少的直径。例如，井眼12的直径可由于套管14的局部倒塌、存在套管补贴等而减小。在遇到小直径的井眼12的任何情况下，由活塞组件40、42构成的一组可用于移位管柱18穿过井眼，同时由活塞组件构成的另一组经过小直径段。

尽管在图8和图9中只描绘了由活塞组件40、42构成的两个组38、102，但是可想象系统20中可使用任意数量的组。例如，由活塞组件40、42构成的多个组可同时使用，以增大为移位管柱18而施加的力。在这方面线36可以是有用的，通过使由活塞组件构成的多个组一起同时工作而成为一整体系统20。

尽管上述活塞组件40在某些示例中被刚性附接到管柱18，但是若需要，在其他示例中活塞组件40可设有如在活塞组件42中的抓紧装置60，使得活塞组件40可与管柱18分开位移。例如，如果活塞组件40、42不能通过井眼12的小直径段，则所述两个活塞组件都可与管柱脱离(通过将每个活塞组件的抓紧装置60松脱)，因此使该管柱能够继续前进(例如，通过操作另一组活塞组件)。

现在可充分理解，上述发明内容提供了对构造和操作井中的活塞牵引机系统的领域的显著进步。在上述示例中，管柱18可方便地且可靠地以任意方向前进而穿过井眼12。活塞组件40的泵50在环空44、46之间来回输送流体48，因此扩张和缩回在活塞组件40、42之间的环空44。

上述发明内容为本领域提供了一种活塞牵引机系统20。在一个示例中，系统20可包括密封地接合井眼12的由第一活塞组件40和第二活塞组件42构成的第一组38，以及在第一环空44和第二环空46之间输送第一流体48的泵50，其中该第一环空44被隔离在第一活塞组件40和第二活塞组件42之间。

井眼12可衬有套管14。第一活塞组件40和第二活塞组件42可密封地接合套管14的内表面。在其他示例中，活塞组件40、42可密封地接合井眼12的未套管段。

至少第二活塞组件42可滑动地接合井眼12。至少第二活塞组件42可选择性地抓紧地接合穿过第二活塞组件42延伸的管柱18。

管柱18可包括内管元件24和外管元件26，在内管元件24和外管元件26之间形成第三环空28。第二流体30可经由内管元件24和第三环空28之一流入井中，且第二流体30可经由内管元件24和第三环空28中的另一个流出井。

第二环空46可延伸到地表位置。

系统20还可包括由第一活塞组件40和第二活塞组件42构成的第二组102。第一组38和第二组102可并入同一管柱18。

第一活塞组件40可包括第一阀76，该第一阀选择性地允许和防止第一环空44和第二环空46之间的流体连通。第二活塞组件42可包括第二阀76，该第二阀选择性地允许和防止第一环空44和第三环空34之间的流体连通。

第一活塞组件40和第二活塞组件42中的至少一个可包括传感器62，该传感器62感测第一活塞组件40和第二活塞组件42之间的距离。

每个第一活塞组件40和第二活塞组件42可包括第一抓紧装置54，该第一抓紧装置选择性地抓紧井眼12。至少第二活塞组件42可包括第二抓紧装置60，该第二抓紧装置选择性地抓紧穿过第二活塞组件42延伸的管柱18。第一活塞组件40也可包括选择性地抓紧管柱18的第二抓紧装置60。

电力可从第一活塞组件40供应到第二活塞组件42。

第一活塞组件40和第二活塞组件42的外径可选择性地缩小。

至少第一活塞组件40可包括检测泵50的流动输出的流量计70。

第一活塞组件40可刚性固定到管柱18。第二活塞组件42可在管柱18上往复运动。

以上还描述了一种操作活塞牵引机系统20的方法。在一个示例中，该方法可包括：将由第一活塞组件40和第二活塞组件42构成的第一组38密封地接合于井眼12；将第二活塞组件42抓紧地接合于井眼12；然后从形成在第一活塞组件40和第二活塞组件42之间的第一环空44泵送第一流体48，同时第一活塞组件40固定到管柱18，因此偏压管柱18以移位穿过第二活塞组件42。

该方法还可包括：将第一活塞组件40抓紧地接合于井眼12；然后释放第二活塞组件42与井眼12的抓紧接合；然后将第一流体48从第二环空46泵送到第一环空44，因此将第二活塞组件42移位背离第一活塞组件40。

该方法可包括在将第一流体48从第一环空44泵送之前，释放第一活塞组件40与井眼12的抓紧接合。

该方法可包括在将第一活塞组件40和第二活塞组件42移位到井眼12的小直径部之前，减小第一活塞组件40和第二活塞组件42的直径。

该方法可包括将由第一活塞组件40和第二活塞组件42构成的第二组102密封地接合于井眼12。

该方法可包括在第一组38经过泄漏路径104时，第二组102使管柱18移位穿过井眼12。

该方法可包括当第一组38在井眼12的小直径部时，第二组102使管柱18移位穿过井眼12。

该方法可包括当在第一活塞组件40和第二活塞组件42之间有相对位移时，感测第一活塞组件40和第二活塞组件42之间的距离。

上述发明内容还描述了一种使管柱18前进穿过井眼12的方法。在一个示例中，该方法可包括：将第一活塞组件40和第二活塞组件42密封地接合于井眼12，每个第一活塞组件40和第二活塞组件42包括选择性地抓紧井眼12的第一抓紧装置54，第二活塞组件42包括选择性地抓紧管柱18的第二抓紧装置60。

该方法可包括通过每个内管元件24和外管元件26导电，因此将电力供应到第一活塞组件40和第二活塞组件42中的至少一个。

该方法可包括感测钻井操作参数的传感器90，其中，响应于所感测的钻井操作参数来调节泵送。泵送可响应于所感测的钻井操作参数而被自动调节。钻井操作参数可包括钻压、推力、拉力、扭矩、弯曲、振动、穿透率以及遇卡打滑中的至少一个。

可调节泵作用使得钻井操作参数维持在希望的范围内，使得优化钻井操作参数、使得钻井操作参数最大、或使得钻井操作参数最小。

虽然以上已经描述了各示例，且每个示例具有某些特征，但应理解的是，一个示例的特定特征未必专门与该示例一起使用。而是，除那些示例的其它特征之外，或者作为那些示例的其它特征的替代，以上描述的和/或附图中描绘的任意特征均能够与任意示例结合。一个示例的特征与另一示例的特征不是相互排斥的。而是，本发明的范围涵盖任意特征的任意组合。

虽然上述每个示例包括特征的一定组合，但应理解的是，未必使用一示例的所有特征。而是，可使用上述任意特征，而不用还使用任意其他的一个或多个特定特征。

应理解的是，本文描述的多个实施例可沿多个取向(诸如倾斜的、颠倒的、水平的、竖向的等)并以多种构造使用，均不背离本发明的原理。这些实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被描述，本发明不限于这些实施例的任何具体的细节。

在以上代表性的示例的描述中，方向性的术语(诸如“以上”、“以下”、“上”、“下”等)是为了便于参照附图而使用的。然而，应清楚地理解的是，本发明的范围不限于本文描述的任何特定的方向。

术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“包括(comprising)”、“包括(comprises)以及类似术语在本说明书中是以非限制性的意思使用。例如，如果系统、方法、设备、装置等被描述为“包括”一定特征或元件，则该系统、方法、设备、装置等可包括该特征或元件，也可包括其他多个特征或元件。类似地，术语“包括”被认为意思是“包括，但不限于。”

当然，本领域技术人员在仔细地考虑了以上本发明的代表性实施例的描述时，将容易理解可对具体的实施例进行很多更改、添加、替代、删除以及其它变化，并且这些变化符合本发明的原理的预期。因此，前述的详细描述应被清楚地理解为仅作为说明和示例给出，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书以及它们的等效方案限定。

Claims (76)

1.一种活塞牵引机系统，包括：

密封地接合井眼的由第一活塞组件和第二活塞组件构成的第一组；和

泵，该泵在第一环空和第二环空之间输送第一流体，该第一环空被隔离在第一活塞组件和第二活塞组件之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述井眼衬有套管，并且其中，所述第一活塞组件和第二活塞组件密封地接合该套管的内表面。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，至少所述第二活塞组件滑动地接合所述井眼。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，至少所述第二活塞组件选择性地抓紧地接合穿过所述第二活塞组件延伸的管柱。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述管柱包括内管元件和外管元件，在该内管元件和该外管元件之间形成第三环空，以及其中，第二流体经由该内管元件和该第三环空中的一者流入井中，该第二流体经由该内管元件和该第三环空中的另一者流出该井。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，通过每个所述内管元件和外管元件导电，因此将电力供应到所述第一活塞组件和第二活塞组件中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二环空延伸到地表位置。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括由所述第一活塞组件和第二活塞组件构成的第二组，所述第一组和所述第二组被并入同一管柱。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一活塞组件包括第一阀，该第一阀选择性地允许和防止所述第一环空和所述第二环空之间的流体连通，其中，所述第二活塞组件包括第二阀，该第二阀选择性地允许和防止所述第一环空和第三环空之间的流体连通。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一活塞组件和所述第二活塞组件中的至少一个包括传感器，该传感器感测所述第一活塞组件和所述第二活塞组件之间的距离。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，每个所述第一活塞组件和第二活塞组件包括第一抓紧装置，该第一抓紧装置选择性地抓紧所述井眼。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，至少所述第二活塞组件包括第二抓紧装置，该第二抓紧装置选择性地抓紧穿过所述第二活塞组件延伸的管柱。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，每个所述第一活塞组件和第二活塞组件包括第二抓紧装置，该第二抓紧装置选择性地抓紧穿过所述第二活塞组件延伸的管柱。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，电力从所述第一活塞组件供应到所述第二活塞组件。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一活塞组件和所述第二活塞组件的外径选择性地缩小。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，至少所述第一活塞组件包括流量计，该流量计检测所述泵的流动输出。

17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一活塞组件刚性地固定到管柱，其中，所述第二活塞组件在所述管柱上往复运动。

18.根据权利要求1所述的系统，还包括感测钻井操作参数的传感器，其中，所述泵响应于所感测的钻井操作参数而被操作。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述泵响应于所感测的所述钻井操作参数被自动操作。

20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述钻井操作参数包括以下组中的至少一个，该组包括钻压、推力、拉力、扭矩、弯曲、振动、穿透率以及遇卡打滑。

21.根据权利要求18所述的系统，其中，所述泵被操作为使得所述钻井操作参数被维持在希望的范围内。

22.根据权利要求18所述的系统，其中，所述泵被操作为使得所述钻井操作参数被优化。

23.根据权利要求18所述的系统，其中，所述泵被操作为使得所述钻井操作参数最大化。

24.根据权利要求18所述的系统，其中，所述泵被操作为使得所述钻井操作参数最小化。

25.一种操作活塞牵引机系统的方法，该方法包括：

将由第一活塞组件和第二活塞组件构成的第一组密封地接合于井眼；

使该第二活塞组件与该井眼抓紧接合；以及

然后当该第一活塞组件被固定到管柱时，从形成在该第一活塞组件和该第二活塞组件之间的第一环空泵送第一流体，由此偏压该管柱以移位穿过该第二活塞组件。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括：

将所述第一活塞组件抓紧地接合于所述井眼；

然后释放所述第二活塞组件与所述井眼的抓紧接合；以及

然后将所述第一流体从第二环空泵送到所述第一环空，因此将所述第二活塞组件移位背离所述第一活塞组件。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第二环空延伸到地表位置。

28.根据权利要求25所述的方法，还包括在从所述第一环空泵送所述第一流体之前，释放所述第一活塞组件与所述井眼的抓紧接合。

29.根据权利要求25所述的方法，还包括在将所述第一活塞组件和所述第二活塞组件移位到所述井眼的小直径部之前，减小所述第一活塞组件和所述第二活塞组件的直径。

30.根据权利要求25所述的方法，还包括将由所述第一活塞组件和所述第二活塞组件构成的第二组密封地接合于所述井眼。

31.根据权利要求30所述的方法，还包括在所述第一组经过泄漏路径时，所述第二组使所述管柱移位穿过所述井眼。

32.根据权利要求30所述的方法，还包括当所述第一组在所述井眼的小直径部中时，所述第二组使所述管柱移位穿过所述井眼。

33.根据权利要求25所述的方法，还包括当所述第一活塞组件和第二活塞组件之间有相对位移时，感测所述第一活塞组件和第二活塞组件之间的距离。

34.根据权利要求25所述的方法，其中，所述井眼衬有套管，其中，所述第一活塞组件和所述第二活塞组件密封地接合所述套管的内表面。

35.根据权利要求25所述的方法，其中，至少所述第二活塞组件滑动地接合所述井眼。

36.根据权利要求25所述的方法，其中，至少所述第二活塞组件选择性地抓紧地接合所述管柱。

37.根据权利要求25所述的方法，其中，所述管柱包括内管元件和外管元件，在该内管元件和该外管元件之间形成第二环空，其中，第二流体经由该内管元件和该第二环空中的一者流入井中，该第二流体经由该内管元件和该第二环空中的另一者流出该井。

38.根据权利要求37所述的方法，还包括通过每个所述内管元件和外管元件导电，由此将电力供应到所述第一活塞组件和第二活塞组件中的至少一个。

39.根据权利要求25所述的方法，还包括由所述第一活塞组件和所述第二活塞组件构成的第二组，所述第一组和所述第二组被并入同一管柱。

40.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一活塞组件包括第一阀，该第一阀选择性地允许和防止所述第一环空和所述第二环空之间的流体连通，其中，所述第二活塞组件包括第二阀，该第二阀选择性地允许和防止所述第一环空和第三环空之间的流体连通。

41.根据权利要求25所述的方法，其中，每个所述第一活塞组件和第二活塞组件包括第一抓紧装置，该第一抓紧装置选择性地抓紧所述井眼。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，至少所述第二活塞组件包括第二抓紧装置，该第二抓紧装置选择性地抓紧所述管柱。

43.根据权利要求41所述的方法，其中，每个所述第一活塞组件和第二活塞组件包括第二抓紧装置，该第二抓紧装置选择性地抓紧所述管柱。

44.根据权利要求25所述的方法，还包括使电力从所述第一活塞组件供应到所述第二活塞组件。

45.根据权利要求25所述的方法，还包括感测钻井操作参数的传感器，所述泵响应于所感测的钻井操作参数而被操作。

46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述泵响应于所感测的所述钻井操作参数被自动操作。

47.根据权利要求45所述的方法，其中，所述钻井操作参数包括以下组中的至少一个，该组包括钻压、推力、拉力、扭矩、弯曲、振动、穿透率以及遇卡打滑。

48.根据权利要求45所述的方法，其中，操作所述泵使得所述钻井操作参数被维持在希望的范围内。

49.根据权利要求45所述的方法，其中，所述泵被操作为使得所述钻井操作参数被优化。

50.根据权利要求45所述的方法，其中，所述泵被操作为使得所述钻井操作参数最大化。

51.根据权利要求45所述的方法，其中，所述泵被操作为使得所述钻井操作参数最小化。

52.一种使管柱前进穿过井眼的方法，该方法包括：

将第一活塞组件和第二活塞组件密封地接合于所述井眼，每个所述第一活塞组件和第二活塞组件包括第一抓紧装置，该第一抓紧装置选择性地抓紧所述井眼，所述第二活塞组件包括第二抓紧装置，该第二抓紧装置选择性地抓紧所述管柱。

53.根据权利要求52所述的方法，还包括：

使所述第二活塞组件与所述井眼抓紧接合；以及

然后当所述第一活塞组件固定到所述管柱时，从形成在所述第一活塞组件和所述第二活塞组件之间的第一环空泵送第一流体，由此偏压所述管柱以移位穿过所述第二活塞组件。

54.根据权利要求53所述的方法，还包括：

将所述第一活塞组件抓紧地接合于所述井眼；

然后释放所述第二活塞组件与所述井眼的抓紧接合；以及

然后将所述第一流体从第二环空泵送到所述第一环空，由此将所述第二活塞组件移位背离所述第一活塞组件。

55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述第二环空延伸到地表位置。

56.根据权利要求53所述的方法，还包括

在从所述第一环空泵送所述第一流体之前，释放所述第一活塞组件与所述井眼的抓紧接合。

57.根据权利要求52所述的方法，还包括感测钻井操作参数的传感器，其中，泵送响应于所感测的所述钻井操作参数而被调节。

58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述泵送响应于所感测的钻井操作参数被自动调节。

59.根据权利要求57所述的方法，其中，所述钻井操作参数包括以下组中的至少一个，该组包括钻压、推力、拉力、扭矩、弯曲、振动、穿透率以及遇卡打滑。

60.根据权利要求57所述的方法，其中，所述泵送被调节为使得所述钻井操作参数被维持在希望的范围内。

61.根据权利要求57所述的方法，其中，所述泵送被调节为使得所述钻井操作参数被优化。

62.根据权利要求57所述的方法，其中，所述泵送被调节为使得所述钻井操作参数最大化。

63.根据权利要求57所述的方法，其中，所述泵送被调节为使得所述钻井操作参数最小化。

64.根据权利要求52所述的方法，还包括在将所述第一活塞组件和所述第二活塞组件移位到所述井眼的小直径部中之前，减小所述第一活塞组件和第二活塞组件的直径。

65.根据权利要求52所述的方法，还包括将由所述第一活塞组件和所述第二活塞组件构成的第二组密封地接合于所述井眼。

66.根据权利要求65所述的方法，还包括在所述第一组经过泄漏路径时，所述第二组将所述管柱移位穿过所述井眼。

67.根据权利要求65所述的方法，还包括当所述第一组在所述井眼的小直径部中时，所述第二组将所述管柱移位穿过所述井眼。

68.根据权利要求52所述的方法，还包括当所述第一活塞组件和所述第二活塞组件之间有相对位移时，感测所述第一活塞组件和所述第二活塞组件之间的距离。

69.根据权利要求52所述的方法，其中，所述井眼衬有套管，其中，所述第一活塞组件和所述第二活塞组件密封地接合所述套管的内表面。

70.根据权利要求52所述的方法，其中，至少所述第二活塞组件滑动地接合所述井眼。

71.根据权利要求52所述的方法，其中，所述管柱包括内管元件和外管元件，在该内管元件和该外管元件之间形成环空，其中，流体经由该内管元件和该环空中的一者流入井中，该流体经由该内管元件和该环空中的另一者流出该井。

72.根据权利要求71所述的方法，还包括通过每个所述内管元件和外管元件导电，因此将电力供应到所述第一活塞组件和第二活塞组件中的至少一个。

73.根据权利要求52所述的方法，还包括由所述第一活塞组件和所述第二活塞组件构成的第二组，所述第一组和所述第二组被并入同一管柱。

74.根据权利要求52所述的方法，其中，所述第一活塞组件包括第一阀，该第一阀选择性地允许和防止在所述第一活塞组件和所述第二活塞组件之间形成的第一环空与第二环空之间的流体连通，其中，所述第二活塞组件包括第二阀，该第二阀选择性地允许和防止在所述第一环空和第三环空之间的流体连通。

75.根据权利要求52所述的方法，还包括使电力从所述第一活塞组件供应到所述第二活塞组件。

76.根据权利要求52所述的方法，其中，所述第一活塞组件包括另一选择性地抓紧所述管柱的第二抓紧装置。