CN111373114B - 井下装置 - Google Patents

Abstract

一种井下装置(15)包括：主体(10)，其具有孔；至少一个轮子(20)或其他被保持的部件；接合构件(40)，其用于将轮子与主体接合。保持构件(31)将接合构件(40)保持就位，保持构件(31)沿着主体(10)延伸并且在接合构件(40)的主轴线上，使得其邻接。实施方案允许更方便且更可靠地将轮子或其他部件保持在装置中，特别是减少了使用螺纹连接的需要，螺纹连接容易失效。

Description

井下装置

本发明涉及一种用于在井中使用的井下装置(downhole device)，特别是用于作为插入(run)到钻井孔(wellbore)中的管柱(string)的一部分部署的滚子装置(rollerdevice)。

为了各种各样的目的，工具可以被部署“插入”到钻井孔中，通常是油井和气井。这些工具可以通过电线、平直管线(slick line)、连续油管、微型连续油管、光纤或各种其他部署方法插入。

近年来，偏斜钻井孔并且有时水平钻井孔已经变得越来越普遍。因此，包括该工具的管柱将与井或其所穿过的管子(tubular)的侧面具有更多的接触。例如，根据井的性质，它可能与井眼(borehole)、套管或生产油管(production tubing)接触。

众所周知，当部署到井眼中时，在管柱上提供滚子装置。井眼可以是部分或全部装套管的(cased)，或可以是裸眼。因此，管柱可以在有或没有套管的情况下穿过井眼来部署，任选地穿过另一个管子，例如生产油管。如果管柱将接触井眼或外部管子，则从滚子装置径向延伸的轮子将接触井眼或外部管子。这减少了由工具管柱和井眼/外部管子之间的接触引起的摩擦，并且还用于将管柱和工具的大部分与井眼外部管子隔开。

市场上有许多滚子装置，并且通常是令人满意的。一个例子在GB2460129中描述。

滚子装置还可以被用作用于在往复泵中的油井抽油杆导向器(oil well suckerrod guide)的扶正器(centraliser)的一部分。在CA 1 231 866中描述了一个例子。

在已知的装置中，轮子通常通过销附接到孔眼，所述销螺纹地固定在孔眼中并且穿过(thread through)设置到轮子中的轴向孔隙。然后以适当的扭矩量固定它们。

根据本发明，提供了一种滚子装置，其包括：

主体；

至少一个轮子；

接合构件，其用于将所述至少一个轮子与所述主体接合，使得所述轮子的旋转轴线被限定；

保持构件，其用于保持所述接合构件，所述保持构件能够从释放位置移动到保持位置；

其中，在所述保持位置处，所述保持构件被设置成与所述轴线成一直线，使得所述接合构件与所述保持构件邻接，使得其阻碍并阻止所述接合构件沿着所述轴线的移动。

本发明的实施方案受益于许多优点。接合构件不需要被螺纹地接合或被得当地扭转以附接轮子。钻井孔环境通常具有高压和高温，并且在部署管柱时发生相当大的振动，并且这种恶劣的环境可以导致装置和轮子螺纹的严重磨损。然而，本发明的实施方案不需要在外部主体上的螺纹来安装轮子。此外，还回避了固定轮子的螺钉的最佳扭转，从而避免了现场人员在适当扭转螺钉时的潜在错误。而且，具有接合构件和保持构件的装置更牢固，并因此至少降低了螺钉松开和可能与轮子一起落入井中的风险。此外，某些实施方案的装置更坚固，并且不需要如此经常地更换或维修，因为存在较少的将被损坏和重新调整的螺纹。

滚子装置的主体优选地具有孔。在保持位置处，保持构件优选地延伸穿过主体孔，通常沿着主体的纵向轴线。

因此，优选实施方案具有接合构件，该接合构件与主体的纵向主轴线成直角，和/或与保持构件的主轴线成直角。类似地，保持构件理想地平行于穿过主体的轴线。但其不必要精确，并且对这样的角度的一些公差仍然可以是有用的。因此，接合构件可以与主体的主轴线和/或保持构件成50度至130度的角度，优选地70度至110度。保持构件可以与主体的主轴线成+/-40度，优选地+/-20度。

保持构件任选地是保持棒(retaining bar)。

通常，至少一个轮子至少部分地径向延伸到主体的外部。因此，与在使用中的外部管子/外套管的接触更有可能接触轮子而不是滚子装置或管柱的其他部分。

轮子的旋转轴线可以在主体中偏离中心，并且其尺寸使得轮子外圆周的第一部分径向延伸到主体的外部，并且轮子的外圆周的第二部分在主体内。

轮子的外轮缘可以在主体的外圆周方向上呈锥形，以便为在使用中的外套管或钻井孔提供更大的接触表面。

轮子通常在其中心处限定孔隙以接收接合构件。

虽然实施方案通常涉及将轮子保持到滚子装置，但是同样的布置可以用于将其他部件保持到井下装置上(不仅仅是滚子装置)，尤其是在便于运输不太重要的情况下。这也可以避免或减少这样的工具中螺钉或传统紧固件的使用。例如，传感器、计量器或切割器可以以这种方式保持。本发明的方面提供了这个。对于轮子选项，这样的部件统称为“被保持的部件”，并且滚子装置更一般地称为井下装置。

每个滚子装置可以有至少两个或至少六个被保持的部件。每个滚子装置可以有多达八个并且包括八个被保持的部件，或者多达十二个，或者多达十六个或更多。被保持的部件任选地沿着滚子主体(roller body)纵向间隔开。被保持的部件可以成对设置，并且通常是纵向间隔开的对。

形成一对中的一个的被保持的部件可以与形成该对中的第二个的被保持的部件位于同一平面上。对于每个被保持的部件或每个对可以有一个平面。当从端部观察时，每个平面可以与滚子装置的中心点相交，并且从该中心点在两个方向上径向向外延伸。每个被保持的部件或每对被保持的部件可以位于与其他对被保持的部件不同的平面上。因此，被保持的部件或对可以彼此成角度地间隔开，例如，间隔开至少30度、60度或90度。被保持的部件或成对的被保持的部件和/或平面可以彼此偏移恒定的角度，并且它们可以围绕滚子主体等角度地间隔开，例如围绕滚子主体的圆周等角度地间隔开。

可以设置锁定机构以将保持构件锁定在保持位置。这可以包括安装在主体中的支架、簧环、在保持构件的相对侧上的另外的接合构件、螺纹连接、接合在主体的端部上的锁定接头，和/或其他锁定装置。

因此，某些实施方案包括接合在主体的端部上的锁定接头，该锁定接头将保持构件锁定就位。这可以与主体螺纹地接合。然而，与接合构件和主体之间用以安装被保持的部件的螺纹相比，锁定接头和主体之间的螺纹对于最佳扭转不太重要，接合构件和主体之间用以安装被保持的部件的螺纹对于本发明的实施方案来说不是必需的。

接合构件可以呈短杆或销的形式。当被保持的部件是轮子时，通常轮子的旋转轴线是接合构件的主轴线。杆与保持构件接合或邻接，并且通常它具有互补的形状以促进这一点，例如在其端部上具有互补的形状。这可以是凹形的，以与圆柱形保持构件的外表面接合。或者如果保持构件具有例如方形横截面，则它可以是平的。将接合构件与保持构件邻接还可以阻止接合构件的旋转，并且这样的实施方案可以是有益的，因为它们遭受较少的磨损。

接合构件可以与主体上的互补承槽(socket)接合。接合构件可以具有厚度逐步减小的端部，基本上是从其端部延伸的较小直径的凸台。对于某些实施方案，主体上的承槽可以包括埋头孔(counter-sunk hole)，并且接合构件可以与埋头孔接合，使得凸台延伸到埋头孔中较小的孔中，并且接合构件的剩余部分的一部分与埋头孔中较大的孔接合。

在替代实施方案中，接合构件可以包括板。

接合构件将被保持的部件安装在保持构件和主体之间。保持构件通常还可以从保持位置移动到释放位置。

对于某些实施方案，滚子装置可以通过电力缆线(electric wireline)、平直管线、连续油管、微型连续油管、光纤或各种其他部署方法插入。滚子装置尤其是保持构件可以适于传输或促进传输电力和/或通信。保持构件可以连接到电线，并因此提供从滚子装置上方到滚子装置下方的电力和/或通信，例如从地面到下方的工具。(对于水平井，上方/下方应理解为穿过井更接近地面/穿过井更远离地面)。

某些实施方案通过提供中空的保持构件来促进所述传输，电线可以延伸穿过所述中空的保持构件。中空的保持构件还允许线延伸穿过滚子装置用于其他目的，例如将工具保持在下方，或者用于连接液压系统。

在本发明的替代实施方案中，滚子装置可以用作用于泵的往复式抽油杆的扶正器。因此，这样的实施方案的滚子装置可以连接到长形抽油杆。如果设置了多于一个的轮子，这些轮子任选地以不同的角度围绕滚子主体定位。

对于这样的实施方案，保持构件不需要具有孔。保持构件可以通过与至少一个相邻的杆邻接而被锁定在滚子主体中，该杆任选地连接到滚子主体的至少一个端部。通常，保持构件通过与两个相邻的杆邻接而被锁定在滚子主体中，其中相邻的杆连接在滚子主体的任一端部处。

主体可以相对于保持构件可旋转地布置。以此方式，井下装置可以并入旋转功能以减轻使用中的扭转，例如延伸穿过保持构件的e线(e-line)的扭转。“可旋转地布置”不需要完全的360度旋转，并且实际上可以少得多。

可以设置帽以将主体连接到可旋转地布置的旋转销，该旋转销设置在主体的端部上，与主体的主轴线成一直线。

帽通常相对于主体和旋转销中的一个可旋转地布置，并且刚性地连接到另一个。在一个实施方案中，帽刚性地(通常是螺纹地)连接到主体，并且相对于旋转销可旋转地布置。

旋转销通常具有孔，旋转销的孔与保持构件的任何孔成一直线。

旋转销通常具有相对较小直径的部分(任选地，轴部分)和相对较大直径的部分(任选地，头部分)。任选地，在各个部分之间形成台阶。任选地，使用长形帽将销连接到滚子装置。

壳体孔可以具有逐渐变化的直径。内肩部通常形成在壳体孔的不同直径部分之间。任选地，壳体孔的较大直径部分具有与销外部的较大直径部分相似的直径，并且任选地，壳体孔的较小直径部分具有与销外部的较小直径部分相似的直径。

任选地，在长形帽的孔和旋转销的外部之间和/或在滚子主体的端部和旋转销的端部之间形成小空腔。该空腔通常促进长形帽和/或滚子主体相对于旋转销的旋转。该空腔通常填充有流体，例如润滑流体，这可以减少对抗长形帽和/或滚子主体相对于旋转销的相对旋转移动的任何摩擦力。可以在旋转销孔中设置密封件以抵着保持棒的外部密封，任选地这在销和棒之间形成不漏流体的连接。

当组装滚子装置旋转组件时，旋转销通常穿过长形帽和/或长形帽通常部分地包住旋转销。旋转销的台阶通常与长形帽的内肩部邻接，这限制和/或大体上防止旋转销轴向远离滚子主体移动。

长形帽任选地通过螺纹连接附连到滚子主体，使得在正常使用期间防止滚子主体和长形帽之间的相对移动。旋转销任选地通过长形帽可旋转地保持到滚子主体，任选地使得旋转销的孔保持与穿过滚子主体的孔大体上对齐。任选地，穿过滚子装置旋转组件形成连续路径，保持棒和e线可以穿过所述滚子装置旋转组件。

旋转销的外端部任选地延伸超过长形帽。旋转销的外端部任选地附连到联接器(coupling)，任选地用于与工具管柱(toolstring)连接。可替代地，旋转销可以直接地或通过联接器连接到另外的井下工具。

一个或更多个滚子装置旋转组件可以在管柱上被插入井中。多个滚子装置旋转组件可以沿着管柱间隔开，和/或它们可以彼此相邻地设置在管柱上。

上文描述的包括旋转销、长形帽和可旋转功能的这种旋转组件可以设置在井下装置的每一端部。

滚子装置的被保持的部件可以是可互换的，并且根据滚子装置运行的操作条件和环境，例如裸眼井、装套管的井段等，相同的主体和接合构件可以与具有不同外径的被保持的部件一起使用。例如，一组较大直径的轮子可以被用在较大的孔中，这对于特定的孔或管子尺寸允许更大的附着摩擦力。例如，如果滚子装置被插入管子中，其直径可以是2³/₈英寸(约6cm)或者多达或超过4¹/₂英寸(约11cm)。

本文描述的井下装置可以是用于其他目的的井下工具的一部分，所述井下工具是例如测井工具、完井工具、射孔枪或任何其他井下工具。因此，这里描述的功能以及其他功能可以组合在一个工具中。可替代地，它们可以是在相同管柱中设置的单独的工具。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于部署到井眼中的管柱，其包括至少一个如本文所述的井下装置。

又一方面提供了一种部署井下管柱的方法，所述井下管柱包括如本文所述的井下装置。

管柱通常包括井下装置和井下工具。它可以包括多个(尤其是)滚子装置，例如三个或更多。滚子装置可以在相同的井底组件(bottom hole assembly)上，或者可以沿缆线等间隔开至少20m，任选地至少40m。

该工具可以是例如造斜工具(kick over tool)、铰刀或机械震击器(mechanicaljar)。

本发明还提供了一种组装井下装置的方法，其包括：

提供至少一个被保持的部件和具有至少一个承槽的主体；

将接合构件与所述至少一个被保持的部件接合，并且将其接合在所述主体的所述承槽中，

将保持构件从释放位置移动到保持位置，以邻接所述接合构件，并且阻挡并阻止所述接合构件的轴向移动和旋转移动。

在被保持的部件是轮子的情况下，组装滚子装置的方法可以包括：

提供其中限定孔隙的至少一个被保持的部件和具有至少一个承槽的主体；

将接合构件穿过所述被保持的部件的孔隙，以及

将接合构件接合在主体的承槽中，

将保持构件从释放位置移动到保持位置，以邻接所述接合构件，并且阻挡并阻止所述接合构件的轴向移动和旋转。

某些实施方案的优点是井下装置可以在没有任何专业工具的情况下组装和拆卸。

除了油井和气井之外，本发明的实施方案还可以用于水井、地热井和包括排放管(drains)的其他管状结构。

现在将仅通过示例并参照附图对本发明的实施方案进行描述，在附图中：

图1a是沿着井管中的工具管柱设置的两个缆线滚子装置的剖视图；

图1b是图1a的细节A处示出的滚子装置的放大剖视图；

图2a是图1a的缆线滚子装置中的一个的透视图；

图2b是图2a的缆线滚子装置中的一个的前视图；

图3a是图2a的缆线滚子装置的滚轮(roller wheel)的详细俯视图；

图3b是所述滚子装置的滚子销(roller pin)的详细俯视图；

图3c是所述滚子装置的主体的详细俯视图；

图3d是所述滚子装置的保持棒的详细俯视图；

图4是图2a的缆线滚子装置的局部分解透视图；

图5a是包括滚子装置和旋转组件的组件的俯视图；

图5b是通过图5a的滚子装置和旋转组件的线A-A的纵向剖视图；

图5c是图5a的滚子装置和旋转组件的侧视图；

图5d是通过图5c的线B-B的滚子装置和旋转组件的纵向剖视图；

图5e是通过图5c的线C-C在中心平面处的滚子装置和旋转组件的横向剖视图；

图6是钻井孔的剖视图，其中两个抽油杆滚子组件被用作扶正器；

图7a是图6的抽油杆滚子组件之一的侧视图，该滚子组件包括围绕杆成不同角度的多个滚子；

图7b是图7a的滚子杆(roller rod)的等轴测视图；

图7c是通过图7a的滚子杆的线A-A的端视图；

图7d是在第一滚子的中心平面处通过图7a的滚子杆的线B-B的横向剖视图；

图7e是在第二滚子的中心平面处通过图7a的滚子杆的线C-C的横向剖视图；以及

图7f是在第三滚子的中心平面处通过图7a的滚子杆的线D-D的横向剖视图。

图1a示出了在偏斜钻井孔(未示出)中的一段油管70中沿着工具管柱72设置的两个缆线滚子装置15。如将在图2a中更详细地示出的，每个缆线滚子装置15具有主体10，在主体10中，四个滚轮20安装在呈滚子销40形式的接合构件上，滚子销40又由中空的长形保持棒31保持就位。上部接头(sub)30与主体10接合，以使保持棒在主体10中保持就位。

可以在工具管柱72上设置两个缆线滚子装置15和绳索承槽(rope socket)71(例如用于连接到缆线/连续油管，并因此连接到井下井干预工具(well-intervention tool)，未示出)，所述工具管柱72在电力缆线(e线，未示出)上插入到位于偏斜钻井孔中的油管70中，其中导体电缆穿过中空的长形保持棒31用于为井干预工具供电。

当工具管柱72在e线上被插入到钻井孔中时，缆线滚子装置15的滚轮20沿着钻井孔中的油管70的壁滚动，这可以防止在工具管柱72被插入到井中时工具管柱72的任何部分不经意地刮擦偏斜的壁或卡在偏斜的壁上。然后操作井干预工具。

出于多种原因，用中央保持棒31保持滚子销40的缆线滚子装置15的实施方案是有利的。例如，它们最小化了所需部件和小零件的数量，否则将需要大量库存并潜在地可能在钻井孔中丢失。缆线滚子装置15的组装和维修因此被简化，并且其可靠性被提高。

图2a示出了包括主体10和组装在其中的四个滚轮20的缆线滚子装置15。每个滚轮20具有中心通孔24(如图3a中更详细地标记和示出的)，并且可旋转地布置在相应的滚子销40上。

如图3b中更详细地标记和示出的，每个滚子销40具有第一较大直径部分41和位于每个滚子销40的外端部处的第二减小直径部分42。在第一较大直径部分41和第二减小直径部分42之间的界面处，在每个滚子销40的外端部附近形成有第一(滚子销)唇缘43。滚轮20通孔24的直径大于滚子销40的第一较大直径部分41，该第一较大直径部分41是滚轮20可旋转地布置的地方。

如图3c中更详细地标记和示出的，主体10有四个埋头滚子销孔50，其在主体10的内部处具有第一较大直径部分51并且在主体10的外部处具有第二减小直径部分52。在销孔50的第一较大直径部分51和第二减小直径部分52之间的界面处在每个滚子销孔50中形成第二唇缘53。

由于滚子销孔50的直径与滚子销40的直径互补，因此滚子销40以互锁方式被装配到滚子销孔50中，使得第一(滚子销)唇缘43靠在第二(滚子销孔)唇缘53上。每个滚子销孔50的第一较大直径部分51的尺寸被设计成接收相应滚子销40的第一较大直径部分41。类似地，每个滚子销孔50的第二减小直径部分52的尺寸被设计成接收相应滚子销40的第二减小直径部分42，但不接收所述滚子销40的第一较大直径部分41。

中空长形保持棒31具有圆形轮廓。每个滚子销40的内表面44是凹形的，以便接收圆拱形保持棒31的互补形状部分。保持棒31的外部邻接每个滚子销40的内表面44，施加压缩力，所述压缩力将滚子销40保持就位在主体10中，其中第一(滚子销)唇缘43保持抵靠第二(滚子销孔)唇缘53。

在主体10的底部中有四个轮子开口60，四个滚轮20中的一个从每个轮子开口60伸出主体10的外壁，如图2b中所示。主体10在相对侧上具有另一个开口，并且滚轮20也全部从该顶部开口伸出主体10的外壁。

参照图3c和图3d，长形保持棒31沿着主体的中心纵向轴线延伸穿过主体10中的主体孔19。保持棒31具有中心通孔33，中心通孔33与主体10的中心通孔11对齐。

保持棒31本身通过上部接头30保持在主体10中，该上部接头30与主体10的第一端部12的螺纹外表面螺纹地接合，使得上部接头30直接抵靠保持棒31的端部32施加压缩力。该压缩力将保持棒31抵靠第一内座17并且还抵靠第二内座18保持就位，所述第一内座17在主体孔19中位于主体10的第一端部12附近，所述第二内座18在主体孔19中位于主体10的第二端部13附近。

图4示出了缆线滚子装置15的局部分解图，其中示出了仅一个滚轮20与滚子销40一起被组装在主体10中。

为了组装缆线滚子装置15，一个滚轮20在主体10内部被放置在一个轮开口60中。通过主体10的顶部中的开口，一个滚子销40穿过滚轮通孔24被插入，并且其与滚子销孔50互锁，其中第一(滚子销)唇缘43靠在滚子销孔唇缘53上。该过程被重复，使用滚子销40将所有滚轮20定位在主体10中。

组装的下一步是插入保持棒31。保持棒31从主体10的第一端部12被装进主体孔19中，在此期间，每个滚子销40的内表面44接收保持棒31的外部的一部分。保持棒31在内表面44上施加压力，这将滚子销40保持就位在主体10中，并从而将滚子销40保持就位。

一旦保持棒31如上所述已经定位在主体10中，上部接头30然后就在主体的第一端部12处与主体10螺纹地接合(螺纹未示出)，抵靠保持棒31的端部32施加压缩力。该压缩力将保持棒31保持就位在主体10中，这又将滚子销40保持就位。这样，缆线滚子装置15被完全组装。

本发明的这样的实施方案的优点在于，缆线滚子装置15具有最少数量的密封螺纹，并且可以在不需要向每个滚子销施加特定值的扭矩的情况下进行组装。

在另外的实施方案中，主体孔19可以沿着主体10的偏离中心的纵向轴线被定位，该纵向轴线平行于缆线滚子装置15的主体10的中心纵向轴线。这种布置可以提高组件的强度。

在另外的实施方案中，保持棒31可以具有矩形或部分矩形的轮廓，而不是圆形轮廓。在这样的实施方案中，滚子销40被成形为与保持棒31互补，并且在组装时与保持棒31的外部互锁。这可以导致在保持棒31和滚子销40之间的更大的界面区域以及更强的连接。

在一些实施方案中，可以使用多于一个保持构件。例如，保持构件可以包括端对端地放置在主体10内的两个不同的部件，第一子保持构件和第二子保持构件。包括多个子保持构件的保持构件的功能大体上类似于如本文别处描述的单个保持棒31实施方案的功能。

e线通常保持在地面并部署在井中，并且特别地轮子对外套管或钻井孔的反作用可扭转e线。因此，某些实施方案在功能上包括旋转部，以便允许滚子主体沿着装置的纵向主轴旋转，减轻或防止e线的扭转。图5a-5e示出了滚子装置旋转组件80，其包括缆线滚子装置15和旋转组件80，以允许主体10相对于e线导体75旋转。

主体10在每一端部与可旋转布置的旋转销81相接。主体10的每一端部和相应的旋转销81通过呈长形帽82形式的相应旋转壳体连接，该旋转壳体可旋转地连接在相应的旋转销81上，并且通过螺纹刚性地连接在主体10的相应端部上。

每个旋转销81具有穿过其中的旋转销孔89。旋转销孔89形成为使得延伸的中空保持棒31a可以穿过每个旋转销81。如上文对于前面的实施方案所描述，e线75穿过中空保持棒31a。

特别地参照图5b，每个旋转销81具有轴部分85和头部分83，头部分83与主体10的端部相接。头部分83的直径大于轴部分85，在相应的部分83、85之间形成台阶86。

长形帽82具有互补的内部轮廓，以便与旋转销81、其台阶86和主体10接合。

为了促进主体10的端部和旋转销81之间的相对旋转，在主体10的端部和旋转销81的相接的头部分83之间留有小的公差。在长形帽82和旋转销81之间设置了类似的公差。产生的空腔填充有液压流体，从而减轻了对抗主体10和长形帽82相对于旋转销81和中空保持棒31a的相对旋转移动的任何摩擦力。

当滚子装置旋转组件80被组装时，旋转销81被接收在长形帽82中。长形帽82通过螺纹连接附连到主体10上，使得在正常使用期间防止主体10和长形帽82之间的相对移动。与此对比，旋转销81通过长形帽82可旋转地保持到主体10，使得旋转销孔89保持与穿过主体10的孔19大体上对齐。这提供了穿过滚子装置旋转组件80的连续路径，保持棒31和e线75穿过所述旋转组件80。

旋转销81的外端部84延伸超过长形帽82。每个旋转销81的外端部84附连到位于滚子装置旋转组件80的任一端部处的交叉联接器(未示出)上。每个交叉联接器被设置用于与图1a中部分示出的工具管柱72的一部分连接。可替代地，根据缆线滚子装置15沿着工具管柱72的位置，旋转销81中的一个可以直接连接到井干预工具71(如图1a中所示)。滚子装置旋转组件80在e线75上被插入到油管70中(见图1a)。

图5c至图5e示出了图5a至图5b实施方案的替代视图。

上述实施方案被举例说明用于与缆线一起使用。然而，本发明的实施方案也可以与井中的往复泵杆一起使用。图6示出了替代实施方案，其中两个扶正器滚子组件115沿着钻井孔155中的抽油杆柱172布置。扶正器滚子组件115被用于扶正油井(未示出)的往复式活塞泵的抽油杆柱，所述往复式活塞泵也称为辅助泵(donkey pump)或循环泵(noddingdonkey)。因此，减少了由于滚子杆110和抽油杆柱沿钻井孔壁刮擦而对它们造成的任何损坏。图6和图7a-7f包括与前面的图的实施方案类似的部分，并且这些不再详细描述。在这两个实施方案中，相同部分的附图标记共用相同的后两位数字，但不同之处在于其在该第二实施方案中以“1”作为前缀。

主扶正器滚子组件115a在井155的地面159附近布置在管柱172上，并且第二扶正器滚子组件115b沿着管柱172进一步向下布置在井155中更深的位置。管柱172包括多个抽油杆部分173a、173b、173c。

在管柱172的端部处是标准游动阀/柱塞157。止回阀158位于井155的底部。游动阀/柱塞157和止回阀158位于井射孔(well perforation)附近。管柱172上的所有扶正器滚子组件115位于井159的地面处的井口154和游动阀157之间。

在实施方案中，附加的扶正器滚子组件115布置在管柱172上。

图7a-7f更详细地示出了图6实施方案的扶正器滚子组件115。在图7a-7f中，扶正器滚子组件115包括围绕抽油杆滚子装置(即滚子杆110)成不同角度的多个滚轮120a-120f。

滚子杆110在任一端部处直接连接到标准抽油杆(此图中未示出)，形成抽油杆柱。在任一时刻，仅滚轮120a-120f中的一些滚轮沿着钻井孔的壁主动滚动，从而降低了每个滚轮120a-120f的总负载。

滚子杆110和每个相邻抽油杆之间的连接方式是销-承插匣型(pin-and-boxtype)。在图7b中，滚子杆110被示出为具有承插匣式(阴式)连接部(box(female)connection)156，但是可替代地可以使用销(阳式)连接部。

有六个滚轮120a-120f沿着滚子杆110纵向间隔开，形成三个纵向间隔开的对，如图7a和图7b中所示。如图7c中所示，成对的轮子位于彼此偏移120度的三个滚子平面121、122、123中的一个。成对的滚轮纵向分开并且分开120度角，使得在每个平面121、122、123上有一对滚轮。滚轮120a和120d在平面121上；滚轮120b和120e在平面122上；并且滚轮120c和120f在平面123上。

每个滚轮120a-120f用滚子销140a-140f保持，保持方式与前面图1a至图5e的实施方案相似。在图7d至图7f中，滚子销140a-140c被示出分别保持滚轮120a-120c。滚子销140d-140f未示出。

所有滚子销140d-140f都通过使用保持棒131来保持，保持方式与前面图1a至图5e的实施方案相似。然而，在本实施方案中，保持棒131不必是中空的。保持棒131本身通过与连接在抽油杆柱(未示出)中的滚子杆110的任一侧的抽油杆邻接而被保持在滚子杆110中。因此，相邻的抽油杆直接抵靠保持棒131的端部施加压缩力，并且间接地保持滚轮120a-120f。

如图7d中更清楚地图示的，滚轮120a的旋转轴线是偏离中心的，并且其尺寸使得轮子外圆周的第一部分91径向延伸到主体110的外部，并且轮子的外圆周的第二部分92在主体110内。此外，轮子的外轮缘93在主体的圆形横截面的方向上呈锥形。这允许在使用中与外套管或井有更多的表面连接。(理想地，外轮缘93是弓形形状，但在主体的圆形横截面方向上的直锥形(straight taper)相比直角轮缘(即没有任何锥形)提供了改进的功能。)在该实施方案中，滚轮120a-120f全部以这种方式配置。

往复泵以交替的下行冲程和上行冲程操作。在往复泵的下行冲程期间，包括扶正器滚子组件115的抽油杆柱被置于压缩状态下，并且通常经历弯曲模式。因此，通常每个平面121、122、123只有一个滚轮120a-120f通过接触钻井孔的侧面(未示出)操作。在往复泵的上行冲程期间，包括扶正器滚子组件115的抽油杆柱被置于张力状态下，这通常导致相反的弯曲模式。在这种情况下，每个滚轮120a-120f将在泵的上行冲程或下行冲程期间可操作并处于负载下，而不是像一些常规泵那样在上行冲程和下行冲程两者期间都可操作并处于负载下。

本发明的这样的实施方案的优点是每个滚轮120a-120f上的负载减少(例如减半)，以及因此扶正器滚子组件115的优良寿命，例如超过约两年而无需维修。本发明的这样的实施方案的另外的优点是泵冲程可以维持更长，和/或可以使用更长长度的抽油杆，这允许往复泵用于更深的井中。

在替代实施方案中，滚子平面可以以小于或大于120度的角度彼此偏移。特别地，如果滚子平面彼此分开小于120度的角度，则可以包括另外的滚子平面和滚轮对。例如，四对轮子可以围绕以90度角分开的滚子杆布置。作为另外的例子，八对轮子可以以45度间隔布置，或者六对轮子可以以60度间隔布置。仍然可替代地，可以使用单个滚子平面，其中沿着所述平面布置一个或更多个滚轮。

本领域技术人员将理解，不同的尺寸可以用于扶正器滚子组件115的部件。特别地，滚子杆110的直径取决于钻井孔尺寸。然而，在这个例子中，滚子杆110的直径在5/8英寸(约1.6cm)和1 1/8英寸(约2.9cm)之间。此外，在该例子中，滚子杆110的长度为12英寸(30cm)。

在一些实施方案中，如本文描述的图5a-5e中的旋转机构与扶正器滚子组件结合使用。旋转机构位于滚子杆的一端或两端处。长形帽附连到滚子杆的至少一个端部，并且旋转销位于该端部处并被长形帽部分地包住。这允许滚子杆相对于相邻的一个或更多个抽油杆以与前述实施方案类似的方式相对移动。

上述实施方案用于保持轮子。在替代实施方案中，其他部件保持在前述实施方案的滚子主体中，例如测量设备和/或传感器和/或切割器。这样的实施方案的优点包括减少了螺钉和传统紧固件的使用。

本申请还提供了以下方面：

1)一种井下装置，包括：

主体，其具有孔；

至少一个被保持的部件；

接合构件，其用于将所述至少一个被保持的部件与所述主体接合，所述接合构件具有主轴线；

保持构件，其用于保持所述接合构件，所述保持构件能够从释放位置移动到保持位置，其中所述保持构件是保持棒；

其中，在所述保持位置处，所述保持构件被设置成与所述轴线成一直线，使得所述接合构件与所述保持构件邻接，使得所述保持构件阻碍并阻止所述接合构件沿着所述轴线的移动，并且其中，在所述保持位置处，所述保持构件延伸穿过所述主体孔。

2)如1)所述的井下装置，其中所述保持构件沿着所述主体的纵向轴线延伸穿过所述主体孔。

3)如前述中任一项所述的井下装置，其中所述保持构件相对于所述接合构件的所述主轴线成50度至130度的角度。

4)如前述中任一项所述的井下装置，其中所述至少一个被保持的部件包括轮子、切割器、传感器和计量器中的至少一个。

5)如4)所述的井下装置，其中所述被保持的部件包括至少一个轮子。

6)如5)所述的井下装置，其中所述至少一个轮子至少部分地径向延伸到所述主体的外部。

7)如6)所述的滚子装置，其中所述轮子的外轮缘在所述主体的外圆周方向上呈锥形。

8)如6)或7)所述的井下装置，其中所述至少一个轮子的旋转轴线在所述主体中偏离中心，使得所述轮子的外圆周的第一部分径向延伸到所述主体的外部，并且所述轮子的外圆周的第二部分在所述主体内。

9)如前述中任一项所述的井下装置，其中存在至少两个被保持的部件。

10)如9)所述的井下装置，其中存在多达十二个被保持的部件。

11)如8)或9)所述的井下装置，其中所述至少两个被保持的部件彼此成角度地间隔开至少25度。

12)如前述中任一项所述的井下装置，其中设置有锁定机构以将所述保持构件锁定在所述保持位置。

13)如12)所述的井下装置，其中所述锁定机构包括螺纹接合在所述主体的端部上的锁定接头。

14)如前述中任一项所述的井下装置，其中所述主体相对于所述保持构件可旋转地布置。

15)如前述中任一项所述的井下装置，其中所述接合构件包括销。

16)如前述中任一项所述的井下装置，其中所述接合构件的第一端部与所述保持构件邻接，并且被成形为与所述保持构件的外表面互补，以便与所述保持构件的所述外表面接合。

17)如16)所述的井下装置，其中所述接合构件的所述第一端部是凹形的，并且所述保持构件是圆柱形的。

18)如16)至17)中任一项所述的井下装置，其中所述接合构件具有与其第一端部相对的第二端部，所述接合构件的所述第二端部与设置在所述主体中的互补承槽接合。

19)如18)所述的井下装置，其中所述承槽由埋头孔形成，以接收所述接合构件的互补形状的第二端部。

20)如前述中任一项所述的井下装置，其中所述接合构件将每个被保持的部件安装在所述保持构件和所述主体之间。

21)如前述中任一项所述的井下装置，还包括测井工具、完井工具和射孔枪中的至少一种。

22)如前述中任一项所述的井下装置，所述井下装置被配置成在缆线上被插入到井眼中。

23)如前述中任一项所述的井下装置，其中所述保持构件具有通孔，使得在使用中，缆线能够延伸穿过所述通孔。

24)如1)至21)中任一项所述的井下装置，所述井下装置被配置成在杆上被插入到井眼中。

25)一种用于部署到井眼中的管柱，包括至少一个如前述中任一项所述的井下装置。

26)如25)所述的管柱，还包括井下工具。

27)如25)或26)中任一项所述的管柱，包括多个如1)至24)中任一项所述的井下装置，各自间隔开至少20m。

28)一种组装如在1)至24)中任一项所述的井下装置的方法，包括：

提供至少一个被保持的部件和具有至少一个承槽的主体；

将接合构件与所述至少一个被保持的部件接合，并且将所述接合构件接合在所述主体的所述承槽中，

将保持构件从释放位置移动到保持位置，以邻接所述接合构件，并且阻挡并阻止所述接合构件的轴向移动和旋转移动。

29)如1)至24)中任一项所述的井下装置，当用于油井和/或气井、水井、地热井或排放管时。

30)一种在井中使用井下装置的方法，所述井下装置是如在1)至24)中任一项所述的井下装置。

31)如20)所述的使用井下装置的方法，所述井下装置作为工具管柱的一部分，所述工具管柱在缆线上被插入油井钻井孔和气井钻井孔中。

32)如30)所述的使用井下装置的方法，所述井下装置作为在油井钻井孔和气井钻井孔中操作的往复式杆柱的一部分。

Claims (32)

1.一种井下装置，包括：

主体，其具有孔；

至少一个被保持的部件；

接合构件，其用于将所述至少一个被保持的部件与所述主体接合，所述接合构件具有主轴线；

保持构件，其用于保持所述接合构件，所述保持构件能够从释放位置移动到保持位置，其中所述保持构件是保持棒；

其中，在所述保持位置处，所述保持构件被设置成与所述主轴线成一直线，使得所述接合构件与所述保持构件邻接，使得所述保持构件阻碍并阻止所述接合构件沿着所述主轴线的移动，并且其中，在所述保持位置处，所述保持构件延伸穿过所述主体的所述孔。

2.根据权利要求1所述的井下装置，其中所述保持构件沿着所述主体的纵向轴线延伸穿过所述主体的所述孔。

3.根据权利要求1或2所述的井下装置，其中所述保持构件相对于所述接合构件的所述主轴线成50度至130度的角度。

4.根据权利要求1或2所述的井下装置，其中所述至少一个被保持的部件包括轮子、切割器、传感器和计量器中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的井下装置，其中所述至少一个被保持的部件包括至少一个轮子。

6.根据权利要求5所述的井下装置，其中所述至少一个轮子至少部分地径向延伸到所述主体的外部。

7.根据权利要求6所述的井下装置，其中所述至少一个轮子的外轮缘在所述主体的外圆周方向上呈锥形。

8.根据权利要求6或7所述的井下装置，其中所述至少一个轮子的旋转轴线在所述主体中偏离中心，使得所述至少一个轮子的外圆周的第一部分径向延伸到所述主体的外部，并且所述至少一个轮子的外圆周的第二部分在所述主体内。

9.根据权利要求1-2和5-7中任一项所述的井下装置，其中存在至少两个被保持的部件。

10.根据权利要求9所述的井下装置，其中存在多达十二个被保持的部件。

11.根据权利要求10所述的井下装置，其中所述至少两个被保持的部件彼此成角度地间隔开至少25度。

12.根据权利要求1-2、5-7和10-11中任一项所述的井下装置，其中设置有锁定机构以将所述保持构件锁定在所述保持位置。

13.根据权利要求12所述的井下装置，其中所述锁定机构包括螺纹接合在所述主体的端部上的锁定接头。

14.根据权利要求1-2、5-7、10-11和13中任一项所述的井下装置，其中所述主体相对于所述保持构件可旋转地布置。

15.根据权利要求1-2、5-7、10-11和13中任一项所述的井下装置，其中所述接合构件包括销。

16.根据权利要求1-2、5-7、10-11和13中任一项所述的井下装置，其中所述接合构件的第一端部与所述保持构件邻接，并且被成形为与所述保持构件的外表面互补，以便与所述保持构件的所述外表面接合。

17.根据权利要求16所述的井下装置，其中所述接合构件的所述第一端部是凹形的，并且所述保持构件是圆柱形的。

18.根据权利要求17所述的井下装置，其中所述接合构件具有与其第一端部相对的第二端部，所述接合构件的所述第二端部与设置在所述主体中的互补承槽接合。

19.根据权利要求18所述的井下装置，其中所述承槽由埋头孔形成，以接收所述接合构件的互补形状的第二端部。

20.根据权利要求1-2、5-7、10-11、13和17-19中任一项所述的井下装置，其中所述接合构件将每个被保持的部件安装在所述保持构件和所述主体之间。

21.根据权利要求1-2、5-7、10-11、13和17-19中任一项所述的井下装置，还包括测井工具、完井工具和射孔枪中的至少一种。

22.根据权利要求1-2、5-7、10-11、13和17-19中任一项所述的井下装置，所述井下装置被配置成在缆线上被插入到井眼中。

23.根据权利要求1-2、5-7、10-11、13和17-19中任一项所述的井下装置，其中所述保持构件具有通孔，使得在使用中，缆线能够延伸穿过所述通孔。

24.根据权利要求1-2、5-7、10-11、13和17-19中任一项所述的井下装置，所述井下装置被配置成在杆上被插入到井眼中。

25.一种用于部署到井眼中的管柱，包括至少一个根据任一前述权利要求所述的井下装置。

26.根据权利要求25所述的管柱，还包括井下工具。

27.根据权利要求25或26所述的管柱，包括多个根据权利要求1至24中任一项所述的井下装置，各自间隔开至少20m。

28.一种组装根据权利要求1至24中任一项所述的井下装置的方法，包括：

提供至少一个被保持的部件和具有至少一个承槽的主体；

将接合构件与所述至少一个被保持的部件接合，并且将所述接合构件接合在所述主体的所述承槽中，

将保持构件从释放位置移动到保持位置，以邻接所述接合构件，并且阻挡并阻止所述接合构件的轴向移动和旋转移动。

29.根据权利要求1至24中任一项所述的井下装置的用途，用于油井、气井、水井、地热井或排放管。

30.一种在井中使用井下装置的方法，所述井下装置是根据权利要求1至24中任一项所述的井下装置。

31.根据权利要求30所述的使用井下装置的方法，所述井下装置作为工具管柱的一部分，所述工具管柱在缆线上被插入油井钻井孔和气井钻井孔中。

32.根据权利要求30所述的使用井下装置的方法，所述井下装置作为在油井钻井孔和气井钻井孔中操作的往复式杆柱的一部分。

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