CN109642453A - 具有可轴向旋转的阀构件的井下工具 - Google Patents

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Abstract

井下工具以及与其相关的方法和系统，其中所述井下工具包括：本体，其具有本体内流动孔；所述本体中的端口；阀构件，其能够相对于所述本体在打开位置和关闭位置之间轴向旋转；以及齿轮箱和马达的可致动驱动轴，其连接到所述阀构件以轴向旋转所述阀构件。所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述关闭位置防止所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述齿轮箱和所述马达位于所述本体中并且从所述本体内流动孔轴向偏移。

Description

具有可轴向旋转的阀构件的井下工具
背景技术
本公开涉及地下地层操作，并且更具体地涉及具有可轴向旋转的阀构件的井下工具。
形成碳氢化合物生产井(例如，产油井、产气井等)，并使用引入井中的处理流体进行激励，以执行许多地下地层操作。例如，可以执行各种维护操作以确保井的效率和完整性最大化并得到维持，诸如修井、地面井口树改变、侧面跟踪、近距离钻井操作等。为了执行这样的操作，包括一个或多个阀构件(例如，循环阀)的井下工具可用于形成密封或将油管柱(例如，生产油管柱、钻井油管柱等)的外部打开到形成在油管柱外部和套管柱柱或井筒表面之间的环空(例如，在裸井应用中)。这种阀构件可以允许执行验证压力测试、隔离生产区、处理地层的一部分(例如，用堵漏材料)等。
这种阀构件通常在钢缆或细钢丝绳上进入井筒或从井筒中取出，例如进入油管柱或作为油管柱的一体部件。典型的阀构件被构造为基于压力均衡而打开或关闭，使得阀构件允许油管柱的内部与环空之间的流体连通。阀构件的打开通常响应于在特定时间段内施加并保持在预定压力范围内的压力。因此，这种传统阀构件的操作基于所施加的压差的原理而操作，需要知道井筒的压力。也就是说，施加在地面上的压力必须对应于适于致动阀构件打开(和关闭)的压力，这需要施加压力调节以解决环境井压力的任何变化。另外，井筒压力的逐渐变化(例如，增加)，诸如由于环境条件，可能导致影响阀构件致动的无意压力变化。
附图说明
包括以下附图是为了说明本发明的某些方面，且不应将其视为排他性示例。如本领域普通技术人员和受益于本公开的人将会想到的，所公开的主题能够在形式和功能上进行相当大的修改、变更、组合和等同。
图1是用于将本文所述的井下工具递送至井下位置的示例性井筒系统的示意图。
图2A-2C是本文描述的示例性井下工具的示意性横截面视图。
图3A-3C是本文描述的示例井下工具的示意性俯视图。
图4A-4C是本文描述的示例性井下工具的示意性横截面视图。
图5是本文描述的示例性阀构件的示意性横截面视图。
图6是本文描述的阀构件的示例性密封布置的示意性横截面视图。
具体实施方式
本公开涉及地下地层操作，并且更具体地涉及具有可轴向旋转的阀构件的井下工具。
更具体地，本公开涉及一种井下工具，其可具有可相对于本体轴向旋转的阀构件，所述本体具有在本体中的一个或多个端口的打开位置和关闭位置之间的本体内流动孔。如本文所用，术语“端口”或“该端口”包括多个端口(即，两个或更多个端口)。所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通；所述关闭位置防止端口与本体内流动孔之间的流体连通。术语“流体连通”在本文中指的是第一位置和第二位置之间的可用流动路径。
在本文描述的井下工具的任何示例中，在不脱离本公开的范围的情况下，包括轴向可旋转阀构件的井下工具可以与油管柱(例如，生产油管柱、钻井油管柱等)结合(例如，一体地)使用。作为一个示例，井下工具可以在一端或两端连接到油管柱。因此，如下所述，流体可以在井筒内的井上方向或井下方向上通过。齿轮箱和马达的可致动驱动轴可连接到阀构件以使阀构件轴向旋转。为了防止可致动驱动轴干扰井下工具的可操作性或工程设计，其可位于本体中，与本体内流动孔轴向偏移(例如，在本体的外径上的保护区域中)。这样，可以实现通过本体内钻孔(例如，平滑的通孔)的不受限制的流体流动。合适的井下工具的例子包括但不限于阀、气举阀、内部控制阀和自动填充装置。
在一个示例中，本文所述的轴向可旋转阀构件可以是球，其中该球具有内流动孔，并且可以在关闭位置和打开位置之间以90°增量旋转。也就是说，球以90°增量旋转，每次旋转90°，球就完全打开或完全关闭。旋转方向是非限制性的，使得可轴向旋转的阀构件可以顺时针或逆时针旋转。在一个示例中，在不脱离本公开的范围的情况下，球可以被构造为使得球能够旋转到90°增量之间的位置，可以允许一些流动通过内流动孔，诸如用作扼流器(例如，以产生扼流)。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，球可轴向旋转的阀构件可在关闭位置和打开位置之间连续地(即，旋转360°)或以前后方式旋转90°增量。因此，由于球在其自身的空间内旋转，所以球可轴向旋转的阀构件可以旋转以打开或关闭端口，而不需要球行进到具有井筒岩屑(例如，钻屑、处理流体等)的空间中。
在本文描述的示例中的任一个中，可轴向旋转的阀构件可以是可远程操作的(例如，作为循环阀)。因此，本文描述的井下工具的可轴向旋转的阀构件可被操作以远程地打开或关闭端口，而不需要连接到表面位置的液压线或电线。如本文所用，术语“远程”是指没有井筒干预(即，除了流体之外没有任何其他直接的地面井下操作)。可替代地，井下工具可以能够经由电线附接到地面，诸如附接到油管柱的外部。
为了清楚起见，在本申请中没有描述或示出实际实现的所有特征。应该理解，可能需要做出许多特定于实现的决定来实现开发者的目标，例如符合系统相关、岩性相关、商业相关、政府相关和其他限制，这些限制随实施且不时地变化。虽然开发者的努力可能是复杂且耗时的，但是这些努力对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言将是例行任务。
至少，并且不是试图将等同原则的应用限制在权利要求的范围内，在本文中的每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的数量并通过应用普通舍入技术来解释。
虽然本文根据“包括”各种组分或步骤描述了组合物和方法，但是组合物和方法也可以“基本上由”或“由”各种组分和步骤“组成”。当权利要求中使用“包括”时，它是开放式的。
如本文所用，术语“基本上”是指很大程度上，但不一定全部。
使用方向性术语，诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右、井上、井下等被使用，如它们在图中所示，除非另有说明，向上方向朝向相对应图的顶部，并且向下方向朝向相对应图的底部，所述井上方向朝向井的表面，并且井下方向朝向井的趾部。
图1是示例性井筒系统100的示意图，该井筒系统100可用于将本文所述的井下工具递送到井下位置。如图所示，井筒系统100可包括位于地球表面的平台102和从平台102延伸到一个或多个地下地层106中的井筒104。在替代示例中，诸如在海上或海底钻井操作中，一定体积的水可以将平台102和井筒104分开。
井筒系统100可以包括由平台102支撑的井架108，并且具有用于升高和降低油管柱112(诸如，钻井油管柱或生产油管柱)的游动滑车110。如图所示，在不脱离本公开的范围的情况下，油管柱112可以接合，然而可选地，它可以是连续的油管柱。方钻杆114可在油管柱112通过旋转台116下降时支撑油管柱112。在这些情况下，当油管柱112是钻柱时，钻头(未示出)可以联接到油管柱112，并由井下马达和/或由旋转台116通过油管柱112的旋转来驱动。
如图所示，油管柱112的一部分可装配有井下工具126，诸如包括本公开的可轴向旋转的阀构件的井下工具。如图所示，在不脱离本公开的范围的情况下，井下工具126散布在油管柱112的件(例如，接合的油管)之间，或者可选地布置在油管柱112的一端。井下工具126的轴向旋转阀构件因此控制油管柱112的内部和油管柱112的外部之间在油管柱112和井筒104之间的环空内的流体循环，其可以被或可以不被套管柱(胶结的或其他方式)套装。另外，在任何示例中，井筒系统100还可以包括联接到油管柱112的底部钻具组件(BHA)(未示出)。BHA可以包括各种井下测量工具，诸如但不限于随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)工具，所述井下测量工具可以被构造为对井筒状况进行井下测量。MWD和LWD工具可以能够将包括可轴向旋转阀构件的本文所述的一个或多个井下工具126递送到井下位置。也就是说，在不脱离本公开的范围的情况下，井下工具126可以在一个或多个端部连接到MWD或LWD工具，包括MWD或LWD工具的一端和油管柱112的一端。
现在共同参考图2A-2C，示出了根据本文描述的一个或多个示例描述的井下工具200的横截面。也就是说，图2A表示井下工具200的上部，图2B表示井下工具200的中间部分，图2C表示井下工具200的下部。井下工具200可以包括本体212，本体212具有本体内流动孔290和一个或多个端口402(参见图4A)。如图所示，本体212基本上是圆柱形的；然而，替代地，本体212可以是能够连接到油管柱112(图1)或以其他方式布置在井下位置以控制油管柱112的内部与环空(例如，油管柱112的外部与井筒104(图1)的表面之间的环空)或其中的套管柱之间的流体流动的任何形状。
本体212可以包括朝向标识符“A”的上部本体部分和朝向标识符“Z”的下部本体部分。在上本体部分A的顶端218可以位于用于将井下工具200锚定在井筒中的连接器(未示出)，诸如封隔器、钢缆、或油管柱112(图1)的一部分。在不脱离本公开的范围的情况下，可以另外采用这种锚固机构的组合。上部本体部分A的顶端218还可限定连接油管柱112(图1)或以其他方式为油管柱112的延续的上部孔部分222。
如图所示，上部本体部分A可容纳致动机构224。致动机构224可包括齿轮箱228的实际驱动轴252和马达230，并且在下文中更详细地描述。致动机构224将内流动孔290中的阀构件226轴向旋转到打开或关闭位置，以相应地允许或防止本体内流动孔290和井筒(例如，图1的井筒104)之间通过一个或多个端口402(参见图4A)的流体连通。无论阀构件226的位置如何，流体流过本体内流动孔290(井下或井上)都不会受到损害，尽管流体流量(例如，流体速率或体积)可能受到影响，诸如当阀构件226处于打开位置时。岩屑可进入阀构件226附近的区域223中，但阀构件226仅旋转且不需要行进穿过此类岩屑。另外，一个或多个刮水器轴承环299a、299b可被包括作为阀构件226的一部分，以减少进入区域223的任何岩屑。
另外，在上本体部分A中可以是控制系统，其包括压力传感器232、234、印刷电路板(PCB)236形式的处理模块和惯性传感器，惯性传感器优选地是PCB的一部分。惯性传感器可以是用于井下用途的任何合适的惯性传感器，包括但不限于在汽车、航空或医学工程领域中使用的惯性传感器。电池238可以位于下本体部分Z处，以向控制系统的有源部件和致动机构224提供电力。井下工具200可以可选地包括附加子系统，该附加子系统可以是PCB236的一部分，其提供诸如井筒温度的附加参数的测量。
如图所示，致动机构224(以及控制系统和可选子系统)可以从本体内流动孔290轴向偏移。因此，致动机构224可以安装到本体212的外表面(也参见图3A-3C)，诸如通过螺纹接合242或闭锁机构(也参见图3C)，或者在一些情况下，如果本体212位于本体内流动孔290之外(朝向本体212的外表面)，致动机构224可以与本体212成一体或被本体212包围。该安装件可以是插装安装件，使得致动机构224(以及控制系统和可选子系统)的一部分滑入本体212的一部分中。因此，致动机构224(以及控制系统和可选子系统)的轴向偏移确保通过本体内流动孔290的流体流动不会被位于本体内流动孔290内的机械装置阻碍或减慢，并且流体流动的调节仅通过阀构件226的轴向旋转来实现，阀构件226联接到致动机构224并由致动机构224控制。
如图所示，齿轮箱228可以是包括可致动驱动轴252和正齿轮292的正齿轮箱228。正齿轮292可包括与阀构件226上的城堡状结构294(例如，齿轮齿)互补且接触的城堡状结构(例如，齿轮齿)，使得驱动轴252的旋转使正齿轮292旋转，所述正齿轮继而使阀构件226旋转。驱动轴252可通过马达230的致动来操作，使得当马达252被致动时，驱动轴252经由齿轮箱228旋转。驱动轴252的反向旋转可以通过马达的反向旋转或选择反向齿轮来实现。如前所述，并且如下文更详细讨论的，阀构件226的旋转可以以90°增量，并且因此马达230驱动轴252的旋转可以以90°增量。齿轮箱228还可以包括轴承296a、296b和用于密封内部和外部压差的一个或多个密封件298a、298b(示出两个)。如本文所述，因为致动机构安装成与本体内流动孔290偏置，所以密封件298A、298B隔离来自井筒104(图1)和本体内流动孔290的流体连通，以允许致动机构224与阀构件226啮合。密封件298A、298B可能是隔离井筒104(图1)和内流动孔290之间的流体连通所必需的，这是由于允许阀构件226城堡状结构294和正齿轮292(图5)上城堡状结构506联接所需的机械加工穿透。
现在共同参照图3A-3C，继续共同参照图2A-2C，示出了如根据本文描述的一个或多个示例所描述的井下工具200的俯视图(例如，包括或能够包括如上所述的可轴向旋转的阀构件)。也就是说，图3A表示井下工具200的上部，图3B表示井下工具200的中间部分，图3C表示井下工具200的下部。如图所示，致动机构224(以及控制系统和可选子系统)可以安装到井下工具200的本体212的外表面。致动机构224(和控制系统和可选的子系统)可以使用一个或多个闩锁机构302a、302b、302c(例如，螺钉、螺栓、焊料等)来安装。致动机构224(以及控制系统和可选子系统)可另外具有螺纹接合242，该螺纹接合242螺纹连接(例如螺钉)到本体212的下部本体部分Z。在不脱离本公开的范围的情况下，可以另外使用其他安装机构，只要它们适合在井下环境中使用。
如上所述，井下工具200的控制系统可以包括压力传感器232、234。压力传感器232、234可用于测量流体静压。例如，压力传感器232可以测量井筒104(图1)的环空中的压力。也就是说，压力传感器232可以测量井下工具200外部的压力。不同地，压力传感器234可以测量井下工具200内(诸如在本体内流动孔290(图2A-2C)内)的压力。连接到压力传感器234的可以是通过传感线端口306延伸到本体内流动孔290(图2A-2C)中的压力传感线304。如下文更详细地描述的，压力传感器232、234可用于将阀构件226(图2A)从打开位置和关闭位置拨动。
现在参考图4A，并继续参考图2A-2C，示出了图2A-2C的井下工具200在横截面标记为B-B(图2A)处的横截面视图。如图所示，本体212可以设置有两个径向端口402A、402B，当阀构件226处于其打开位置时，流体可以通过这两个径向端口流入井下工具200(图2A-2C)和井筒104(图1)之间的环空。如图所示，阀构件226可以是具有大致圆柱形本体404的单件部件，并且可以设置有球内流动孔406，该球内流动孔406是本体内流动孔290的延续部分。两个沿直径相对的孔408A、408B可设置成与阀构件226成一体，以形成球径向流动孔410。
如上所述，阀构件226可以在本体212内以90°的增量旋转，以使孔408A、408B与端口402A、402B对准或错开。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，阀构件226可以在本体内来回旋转90°，在本体内旋转180°，或者在本体内旋转360°。当孔408A、408B与端口402A、402B对准时，当阀构件226处于其打开位置时，允许流体流过球径向流动孔410。在打开位置，流体流动可以在环空和球径向流动孔410(以及球内流动孔406和本体内流动孔290)之间是双向的。当阀构件226处于其关闭位置时，孔408A、408B与端口402A、402B错开，以防止流体流过球径向流动孔410。因此，在关闭位置，防止流体流动双向地进入或离开球径向流动孔410。下面在图5和图6中更详细地讨论阀构件226。
现在参考图4B，继续参考图2A-2C，示出了图2A-2C的井下工具200在横截面标记为C-C(图2A)处的横截面视图。如图所示，本体内流动孔290是打开的，并且阀构件226的底部部分设置在本体内流动孔290内。致动机构224出现在本体内流动孔290的上方和外部，但是被嵌入或以其他方式被插装安装在本体212中。也就是说，如图所示本体212围绕致动机构224的外表面延伸。现在参考图4C，继续参考图2A-2C，示出了图2A-2C的井下工具200在截面标记D-D(图2A)处的横截面视图。如图所示，本体内流动孔290是打开的，并且阀构件226不再位于本体内流动孔290内。致动机构224出现在本体内流动孔290的上方和外部，并且位于本体212的外部。也就是说，如图所示，致动机构224安装在本体212的外部之外。
现在参考图5，继续参考图2A-2C，示出了井下工具200的阀构件226和致动机构224的一部分的横截面详细视图。如参照图4A所讨论的，阀构件226可具有大致圆柱形本体404、球内流动孔406和球径向流动孔410以及两个沿直径相对的孔408A、408B。阀构件226还可以包括从本体404直立的部分球形结构502，孔408A、408B延伸穿过所述部分球形结构502。孔408A、408B基于阀构件226的90°旋转而与端口402A、402B对准或错开。部分球形结构502可以提供球形表面，在该球形表面上，总体上以600示出的密封装置围绕孔408A、408B密封。如图所示，阀构件226可包括与正齿轮292(齿轮箱228的一部分)上的城堡状结构506互补的城堡状结构294。
现在参考图6，继续参考图5，示出密封装置600的横截面详细视图。密封装置600可包括位于本体212(图2A-2C)中的端口402A/402B(图4A)中的环形保持环601。环形保持环601可以固定到本体212并围绕端口402A/402B。环形保持环601可包括内圆柱形部分661和外套环部分662。密封件663可设置在环形保持环601和本体212之间以防止流体流过。
环形保持环601可用于保持阀座664、外圆柱形部分665、弹性可变形密封件672、环空670和密封件663，其中外圆柱形部分665、弹性可变形密封件672和环空670在下文中描述。阀座664可以基本上为环形，并围绕端口402A/402B设置。阀座664可由金属构成，并限定与阀构件226的表面互补的下表面668，阀构件226也可由金属构成，从而形成金属对金属的密封。这种金属对金属密封在井筒102(图1)和环空之间的较大压差的情况下可变得更紧密和更具弹性。阀座664可另外具有外圆柱形部分665和内套环部分666。
环形保持环601和阀座664可在套环部分662、666的相应面与侧壁之间限定环空670。设置在环空670内的可以是具有内支承环674和外支承环676的可弹性变形密封件672。弹性可变形密封件672和支撑环674、676一起可基本上填充环空670。可弹性变形密封件672可以由适合于在井下环境中形成密封的任何弹性材料制成，包括相对硬的塑料材料，诸如聚四氟乙烯。可弹性变形的密封件672和支撑环674、676的尺寸可被选择成占据任何制造公差，以确保阀座664与阀构件226和圆形密封环669接触。
密封装置600提供双活塞效应的金属对金属密封。换句话说，不论跨越密封件的压差的方向如何，密封都起作用。当上孔部分222中的压力大于区域640中的压力时，井筒流体通过环形保持环601和阀座664之间的间隙进入可弹性变形密封件672下方的环空670。高压迫使可弹性变形的密封件672和内支撑环674向上，并且还作用在由内套环部分666限定的内支承表面上。这迫使阀座664与阀构件226密封接触。
当区域640中的压力大于上钻孔部分222中的压力时，井筒流体将作用在阀座664的外圆柱形部分665的外表面680上。井筒流体还通过环形保持环601和阀座664之间的上间隙进入可弹性变形密封件672上方的环空670。高压迫使可弹性变形的密封件672向下，与内支撑环674接触，内支撑环674又作用在由支座的内套环部分666限定的内支承表面上。外表面680和由内套环部分666限定的内支承表面上的合成向下力大于下表面668的较小区域682上的向上力。因此，净力向下，迫使阀座664与阀构件226密封接触。
返回参考图2B和图4B，在不脱离本公开的范围的情况下，阀构件226可以在其关闭或打开位置中进入井筒。当致动信号被发送到马达230以使阀构件226从一个位置旋转到另一个位置时，导致阀构件226的致动(到关闭或打开位置)。也就是说，孔408A、408B从一个位置移动到另一个位置，以在打开位置形成球径向流动路径410或在关闭位置形成球径向流动路径410。
可以使用多种技术来致动阀构件226的关闭或打开。作为示例，井下工具200可以被引入井下(例如，进入井筒104(图1))，并且控制系统(如上所述)被构造为通过压力传感器232、234中的一个或两个来监测流体静压。在任何示例中，在不脱离本公开的范围的情况下，可以监视装置经由惯性传感器的移动。
这种远程致动方法不依赖于地面通信(诸如导体)，以提供启动信号，从而消除或减少冗长的时间延迟，以允许在安装期间运行和取出通信线路。
致动信号可以纯粹基于计时器信号或流体静压测量值，或者由地面压力施加引起的井下压力增加。
致动信号可以基于通过用压力传感器232监测井筒或用压力传感器234监测油管柱中的压力特性来达到(或超过或低于)参考压力值。作为示例，井下工具200上方的压力从井筒的表面增加，并且可以使用从压力传感器234获得的测量值和参考压力值来计算施加的压力值。当该计算出的施加压力在规定时间内落入预定范围内时，可以产生压力均衡信号，该信号驱动马达以将阀构件226旋转90°至关闭或打开位置。
以这种方式，压力参考点可被用作产生压力信号以致动阀构件226的条件的参考。例如，当井筒表面的压力增加了规定的量(落入“打开窗口”内)时，计算出的施加压力将对应于在表面施加的压力(即，不需要调整在表面施加的压力以考虑井下井筒压力的变化)。
如上所述，井下工具200可以进入油管柱上的井筒中以进行远程操作(或者在替代示例中，在电线上)，井下工具可以理想地在阀构件226处于打开构造的情况下进入，诸如易于将井下工具200设置在所需的井下位置。
在一个示例中，控制系统位于马达230下方；可替代地，控制系统位于马达上方。当控制系统位于马达230下方时，第一活塞可围绕驱动轴252布置，使得其上表面受到内流动孔290中的压力(即，当阀构件226处于关闭位置时油管柱中的压力，以及当阀构件226处于打开位置时通过端口402A、402B的压力)的作用。活塞的下侧可以作用在围绕马达230和齿轮箱228布置的密封油腔室上。腔室可以在包括压力传感器的向上指向的面处终止，该压力传感器有效地测量内流动孔290中的压力。第二压力传感器可以位于腔室的端部，在那里它被引导到井下工具200的外表面，以确定环空中的压力。
在一些使用中，一旦井下工具200已经被设置在井筒104(图1)中，它就可以周期性地对压力进行采样。当控制系统检测到压力的缓慢变化时，它可能会认为这是静水压力的变化，并继续自调零。当控制系统检测到压力的更快变化时，其可使用此作为在表面处施加压力的指示。压力历史可以用于确定当前的流体静压。井下工具200然后监测在表面处施加的压力。如果在表面处施加的压力在预定的时间长度内保持在预定的窗口内，则这可被认为是致动信号命令。致动信号然后被发送到马达230和齿轮箱228以使阀构件226旋转到打开或关闭位置。
可以在高于和低于打开窗口的压力下执行测试而不打开阀。在一些示例中，井下工具200可以仅响应于压力上升时的打开命令(或关闭命令)。如果压力超过打开窗口，然后下降到打开窗口，控制系统将不会响应。一旦确定压力测试已经结束(即，当不再有压力施加在地面上时)，控制系统可以再次开始自调零。
井下工具200中还可以包括压力、温度和其他变量上的历史数据的数据下载端口，其中，当井下工具200被取出时，历史数据可以被下载，或者可以(例如，经由钢缆)被电发送到地面。替代地或附加地，数据(历史或实时)可经由电子信号(如先前描述的)、声学信号、压力信号等及其任何组合来设置到表面。应当理解，井下工具200的操作不依赖于向地面发送压力和/或温度数据。实际上，不需要地面控制来操作井下工具200，从而消除了对地面和井下之间的连接的要求，尽管在不脱离本公开的范围的情况下可以进行这种连接。
阀构件226和相关联的密封装置600(图6)的结构(例如，它的金属对金属密封)允许井下工具200在其打开位置中进入到井筒104(图1)中，而不损害密封完整性。这可以允许流体在运行期间填充油管柱，或者在压井应用中允许高密度流体循环。例如，当需要压力完整性时，这里描述的致动信号还允许关闭阀构件226。井下工具200还可以在井下环境中根据需要进行多次关闭、打开、重新关闭和重新打开，而对密封件的损坏很少或者没有损坏。另外，致动信号机构可以通过在一定长度的时间内在表面处施加特定压力来实现，并且其可以被设计成补偿流体静压以允许这种表面压力检测。使用计时器、惯性传感器或流体静压信号来启动阀的关闭或打开对于井下工具和装置具有特殊的应用，对于这些井下工具和装置来说，通过从地面受控施加压力来启动可能不合适，或者完井管柱具有通过施加压力循环来启动的其他部件。
虽然这里已经示出和描述了各种示例，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下进行修改。这里描述的示例仅是示例性的，并且不旨在是限制性的。本文所公开的示例的许多变化、组合和修改是可能的并且在本公开的范围内。另外，所示出的示例不一定按比例绘制。因此，保护范围不受上述描述的限制，而是由随后的权利要求限定，该范围包括权利要求主题的所有等同物。
本文公开的示例包括：
示例A：一种井下工具，包括：本体，其具有本体内流动孔；所述本体中的端口；阀构件，其能够相对于所述本体在打开位置和关闭位置之间轴向旋转，其中所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述关闭位置防止所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通；以及齿轮箱和马达的可致动驱动轴，其连接到所述阀构件以轴向旋转所述阀构件，其中所述齿轮箱和所述马达位于所述本体中并且从所述本体内流动孔轴向偏移。
示例A可以具有以任何组合的以下附加要素中的一个或多个：
要素A1：其中所述驱动轴可远程致动以使阀构件轴向旋转。
要素A2：其中阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球。
要素A3：其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球，并且所述驱动轴将所述球旋转90°增量至所述打开位置和所述关闭位置。
要素A4：其中所述齿轮箱是正齿轮箱。
要素A5：其中所述井下工具是井下油管柱的一部分，并且其中所述打开位置允许所述油管柱的内部和所述油管柱的外部之间的流体连通。
要素A6：其中井下工具是阀、气举阀、内部控制阀或自动填充装置。
作为非限制性示例，适用于A的示例性组合包括：A1-A6；A2、A4和A6；A1和A5；A1、A3和A4；A4和A6；A4和A5；A2、A5和A6；A1和A3；等等。
示例B：一种方法，包括：将包括具有本体内流动孔和端口的本体的井下工具引入地下地层的井筒中；以及利用连接到阀构件的齿轮箱和马达的可致动驱动轴在打开位置和关闭位置之间相对于所述本体轴向旋转所述阀构件，其中所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述关闭位置防止所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且其中所述齿轮箱和所述马达位于所述本体中并且从所述本体内流动孔轴向偏移。
示例B可以具有以任何组合的以下附加要素中的一个或多个：
要素B1：还包括远程致动所述驱动轴以使所述阀构件轴向旋转。
要素B2：其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球。
要素B3：其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球，并且还包括将所述球轴向旋转90°增量至所述打开位置和所述关闭位置。
要素B4：还包括将井下工具连接到井筒中的油管柱，使得打开位置允许油管柱的内部和油管柱的外部之间的流体连通。
要素B5：其中所述齿轮箱是正齿轮箱。
要素B6：其中井下工具是阀、气举阀、内部控制阀或自动填充装置。
作为非限制性示例，适用于B的示例性组合包括：B1-B7；B2、B4和B6；B1和B3；B1、B4和B5；B3和B6；B2、B3、B4和B6；B1和B2；等等。
示例C：一种系统，包括：地层中的井筒；井下工具，其设置在所述井筒中，所述井下工具包括：具有部流动孔的本体；本体中的端口；阀构件，其能够相对于所述本体在打开位置和关闭位置之间轴向旋转，其中所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述关闭位置防止所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通；以及齿轮箱和马达的可致动驱动轴，其连接到所述阀构件以轴向旋转所述阀构件，其中所述齿轮箱和所述马达位于所述本体中并且从所述本体内流动孔轴向偏移。
示例C可以具有以任何组合的以下附加要素中的一个或多个：
要素C1：其中所述驱动轴可远程致动以使阀构件轴向旋转。
要素C2：其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球。
要素C3：其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球，并且所述驱动轴将所述球旋转90°增量至所述打开位置和所述关闭位置。
要素C4：其中所述齿轮箱是正齿轮箱。
要素C5：其中所述井下工具是井下油管柱的一部分，并且其中所述打开位置允许所述油管柱的内部和所述油管柱的外部之间的流体连通。
要素C6：其中井下工具是阀、气举阀、内部控制阀或自动填充装置。
作为非限制性示例，适用于C的示例性组合包括：C1-C6；C2、C3和C6；C2和C5；C4、C5和C6；C3和C4；C1和C2；C3和C6；等等。
因此，本公开能够实现所提及的目的和优点以及其中固有的目的和优点。以上公开的特定示例仅是说明性的，因为本公开可以以不同但等效的方式修改和实践，这对受益于本文教导的本领域技术人员来说是显而易见的。另外，除了在下面的权利要求中所描述的之外，不旨在对本文所示的构造或设计的细节进行限制。因此，显而易见的是，上面公开的特定说明性示例可以被改变、组合或修改，并且所有这些变化都被认为在本公开的范围和精神内。这里示例性地公开的公开内容可以在没有这里未具体公开的任何要素和/或这里公开的任何可选要素的情况下适当地实施。虽然组合物和方法是按照“包括”、“含有”或“包括”各种部件或步骤来描述的，但是组合物和方法也可以“基本上由”或“由”各种组合物和步骤“组成”。以上公开的所有数字和范围可以改变一定的量。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数字和任何包括的范围。特别地，本文公开的每个范围的值(形式为“从a到b”，或等同地，“从大约a到b”或等同地，“从大约a-b”)应被理解为阐述每个数量和范围都包含在更广泛的值的范围内。另外，除非专利权人另外明确和清楚地定义，否则权利要求中的术语具有其简单、普通的含义。另外，在权利要求中使用的不定冠词“一”或“一个”，在本文中定义为表示其引入的要素中的一个或多个。

Claims (20)

1.一种井下工具，包括：
本体，其具有本体内流动孔；
所述本体中的端口；
阀构件，其能够相对于所述本体在打开位置和关闭位置之间轴向旋转，
其中所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述关闭位置防止所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通；以及
齿轮箱和马达的可致动驱动轴，其连接到所述阀构件以轴向旋转所述阀构件，
其中所述齿轮箱和所述马达位于所述本体中并且从所述本体内流动孔轴向偏移。
2.根据权利要求1所述的井下工具，其中所述驱动轴是能够远程致动的，以轴向旋转所述阀构件。
3.根据权利要求1所述的井下工具，其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球。
4.根据权利要求1所述的井下工具，其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球，并且所述驱动轴将所述球旋转90°增量至所述打开位置和所述关闭位置。
5.根据权利要求1所述的井下工具，其中所述齿轮箱是正齿轮箱。
6.根据权利要求1所述的井下工具，其中所述井下工具是井下油管柱的一部分，并且其中所述打开位置允许所述油管柱的内部与所述油管柱的外部之间的流体连通。
7.根据权利要求1所述的井下工具，其中所述井下工具是阀、气举阀、内部控制阀或自动填充装置。
8.一种方法，包括：
引入井下工具，所述井下工具包括本体，所述本体具有本体内流动孔和进入地下地层中的井筒中的端口；以及
利用连接到阀构件的齿轮箱和马达的可致动驱动轴在打开位置和关闭位置之间相对于所述本体轴向旋转所述阀构件，
其中所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述关闭位置防止所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且
其中所述齿轮箱和所述马达位于所述本体中并且从所述本体内流动孔轴向偏移。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括远程致动所述驱动轴以轴向旋转所述阀构件。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球，并且还包括将所述球轴向旋转90°增量至所述打开位置和所述关闭位置。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述井下工具连接到所述井筒中的油管柱，使得所述打开位置允许所述油管柱的内部和所述油管柱的外部之间的流体连通。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述齿轮箱是正齿轮箱。
13.根据权利要求8所述的系统，其中所述井下工具是阀、气举阀、内部控制阀或自动填充装置。
14.一种系统，包括：
地下地层中的井筒；
设置在所述井筒中的井下工具，所述井下工具包括：
具有内流动孔的本体；
所述本体中的端口；
阀构件，其能够相对于所述本体在打开位置和关闭位置之间轴向旋转，
其中所述打开位置允许所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通，并且所述关闭位置防止所述端口与所述本体内流动孔之间的流体连通；以及
齿轮箱和马达的可致动驱动轴，其连接到所述阀构件以轴向旋转所述阀构件，
其中所述齿轮箱和所述马达位于所述本体中并且从所述本体内流动孔轴向偏移。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述驱动轴是能够远程致动的，以轴向旋转所述阀构件。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述阀构件是具有球内流动孔和球径向流动孔的球，并且所述驱动轴将所述球旋转90°增量至所述打开位置和所述关闭位置。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述齿轮箱是正齿轮箱。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述井下工具是井下油管柱的一部分，并且其中所述打开位置允许所述油管柱的内部与所述油管柱的外部之间的流体连通。
20.根据权利要求14所述的系统，其中所述井下工具是阀、气举阀、内部控制阀或自动填充装置。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190416

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