CN113950564A - 分度机构 - Google Patents

Abstract

一种分度机构包括活塞。分度套筒包封活塞的一部分。分度机构纵向固定至活塞，并可相对于活塞转动。分度套筒包括分度轨道。分度环围绕少于整个分度套筒。分度环可相对于活塞转动。分度环包括延伸到分度轨道中的分度销。

Description

分度机构

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年5月3日提交的美国专利申请第62/842,562号的权益和优先权，所述申请以引用的方式整体并入本文。

背景技术

井筒可能包括从井筒底部在井上方向上的可能需要扩展的部分，或者可能需要在安装后移除的结构。这些部分和结构可以包括塞子、套管、钻杆、地层等等。井下工具可包括可径向扩展的切割结构，其可从井筒壁移除材料。在井下工具已经下钻到期望的井深之后，可以致动可径向扩展的切割结构。可通过改变液压或来自地面的流体流速来液压致动可径向扩展的切割结构。

发明内容

在一些实施方案中，一种分度机构包括活塞。分度套筒包封活塞的一部分。分度机构纵向固定至活塞，并可相对于活塞转动。分度套筒包括分度轨道。分度环围绕少于整个分度套筒。分度环可相对于活塞转动。分度环包括延伸到分度轨道中的一个或多个分度销。

在其他实施方案中，一种分度机构包括活塞。分度套筒包封活塞的一部分。分度环围绕分度套筒的一部分。分度环包括环止挡件和一个或多个分度销。一个或多个分度销延伸到分度轨道中。分度环可相对于活塞转动。

在其他实施方案中，一种用于操作分度机构的方法包括将活塞从第一纵向活塞位置移动到第二纵向活塞位置。该方法包括将分度套筒或分度环中的至少一者相对于活塞转动到第一分度对准。分度环包封少于整个活塞。分度环围绕分度套筒的一部分。第一分度对准将分度环上的环止挡件与分度套筒上的第一套筒止挡件对准，使得第一套筒止挡件在第二纵向活塞位置接触环止挡件。

提供本概述是为了介绍将在以下详细描述中进一步描述的一系列概念。本概述并非意图标识所要求保护的主题的关键或本质特征，也非意图用作限制所要求保护的主题的范围的辅助。

本公开的实施方案的另外的特征和优点将在以下描述中阐明，并且将部分地从描述中显而易见，或可以通过这类实施方案的实践得以领会。可以借助于所附权利要求中具体指出的仪器和组合来实现和获得这类实施方案的特征和优点。这些以及其他特征将从以下描述和所附权利要求中变得更加完整清楚，或可以通过如在下文中阐明的这类实施方案的实践得以领会。

附图说明

为了描述可获得本公开的上述特征和其他特征的方式，将通过参考在附图中示出的本公开的具体实施方案来呈现更为特定的描述。为了更好地理解，贯穿各个附图，相同的元件已经用相同的附图标记进行了表示。虽然附图中的一些可能是概念的示意性或夸大表示，但附图中的至少一些可为按比例绘制的。应该理解的是附图描绘了一些示例实施方案，并且将通过使用附图来更具体和详细地描述和解释实施方案，在附图中：

图1是根据本公开的至少一个实施方案的钻井系统的局部剖视图；

图2-1是根据本公开的至少一个实施方案的分度机构的透视图；

图2-2是根据本公开的至少一个实施方案的包括图2-1的分度机构的井下工具的剖视图；

图3是根据本公开的至少一个实施方案的分度机构的剖视图；

图4-1是根据本公开的至少一个实施方案的分度轨道的视图；

图4-2是根据本公开的至少一个实施方案的分度轨道的另一视图；

图5-1是根据本公开的至少一个实施方案的分度机构的透视图；

图5-2是根据本公开的至少一个实施方案的图2-2的包括分度机构的井下工具的剖视图；

图6是根据本公开的至少一个实施方案的分度机构的透视图；

图7-1是根据本公开的至少一个实施方案的另一个分度机构的透视图；

图7-2是根据本公开的至少一个实施方案的包括图7-1的分度机构的井下工具的剖视图；

图8是根据本公开的至少一个实施方案的另一个分度机构的剖视图；并且

图9是根据本公开的至少一个实施方案的用于操作分度机构的方法的方法图。

具体实施方式

本公开总体上涉及用于使用分度机构致动井下工具的装置、系统和方法。图1示出了用于钻取地球地层101以形成井筒102的钻井系统100的一个示例。钻井系统100包括用于转动向下延伸到井筒102中的钻井工具组件104的钻机103。钻井工具组件104可包括钻柱105、底部钻具组件(“BHA”)106和钻头110(附接到钻柱105的井下端)。

钻柱105可包括通过工具接头109端对端连接的钻杆108的若干接头。钻柱105通过中心孔传输钻井液并将转动动力从钻机103传输到BHA 106。在一些实施方案中，钻柱105还可包括附加部件，诸如短节、短钻杆等。钻杆108提供液压通道，钻井液通过该液压通道从地面泵送。钻井液通过钻头110中的选定尺寸的喷嘴、喷口或其他孔口排出，目的是冷却钻头110和其上的切割结构，并在钻井时将钻屑提升出井筒102。

BHA 106可以包括钻头110或其他部件。示例BHA 106可以包括附加的或其他的部件(例如，联接在钻柱105和钻头110之间)。附加的BHA部件的示例包括钻铤、稳定器、随钻测量(“MWD”)工具、随钻测井(“LWD”)工具、井下马达、管下扩孔器、截面铣鞋、液压断开装置、震击器、振动或阻尼工具、其他部件或上述各项的组合。

通常，钻井系统100可包括其他钻井部件和附件，诸如专用阀(例如方钻杆阀、防喷器和安全阀)。包括在钻井系统100中的附加部件取决于它们在钻井系统100中的位置可被视为钻井工具组件104的一部分、钻柱105或BHA 106的一部分。

BHA 106中的钻头110可以是适合于剥蚀井下材料的任何类型的钻头。例如，钻头110可以是适合于钻取地球地层101的钻头。用于钻取地球地层的钻头的示例类型是固定切削齿或刮刀钻头。在其他实施方案中，钻头110可以是用于移除金属、复合物、弹性体、井下其他材料或其组合的铣鞋。例如，钻头110可与造斜器一起使用，以铣入衬在井筒102上的套管107。钻头110也可以是用以铣削掉井筒102内的工具、塞子、水泥、其他材料或其组合的平头铣鞋。通过使用铣鞋形成的切屑或其他钻屑可被提升到地面，或者可被允许落到井下。

图2-1是根据本公开的至少一个实施方案的分度机构212的表示的透视图。分度机构212可以包括活塞214。分度套筒216可以包封活塞214的一部分。换言之，分度套筒216可围绕活塞214的至少一部分。在一些实施方案中，分度套筒216可以包封少于整个活塞214。在至少一个实施方案中，分度套筒216可围绕纵向轴线217与活塞214同轴。分度套筒216可以包括分度轨道218。分度轨道218可以包括分度套筒216上的一系列壁和/或轨道。

分度机构212可以包括分度环220。分度环220可以围绕分度套筒216的至少一部分，因此，分度环220可以围绕活塞214的至少一部分。在至少一个实施方案中，分度环220可围绕少于整个分度套筒216。分度环220可围绕纵向轴线217与活塞214和分度套筒216同轴。分度环220可以包括分度销222。分度销222可以插入到分度轨道218中。

分度套筒216可为围绕纵向轴线217相对于活塞214可转动的。此外，分度套筒216可为围绕纵向轴线217相对于活塞214和分度环220可转动的。分度环220可为围绕纵向轴线217相对于活塞214可转动的。此外，在至少一个实施方案中，分度环220可为围绕纵向轴线217相对于活塞214和分度套筒216可转动的。

在一些实施方案中，分度套筒216可以纵向固定到活塞214。换言之，当活塞214沿纵向轴线217移动时，分度套筒216可随活塞214沿纵向轴线217移动。在至少一个实施方案中，活塞214和分度套筒216可以相对于分度环220沿纵向轴线217纵向移动。随着分度套筒216相对于分度环220纵向移动，分度销222可以接触分度轨道218的壁224。接触分度轨道218的壁224可以使壁224被推到分度销222上并且使分度销222被推到壁224上。这种推动可导致围绕纵向轴线217作用在分度套筒216和分度环220两者上的扭矩。当扭矩超过分度套筒216和/或分度环220中的至少一者的卸扣扭矩时，分度套筒216和/或分度环220中的一者或两者可围绕纵向轴线217相对于活塞214转动。因此，分度套筒216和分度环220可以响应于活塞214的纵向移动而相对于活塞214转动。换言之，分度套筒216和分度环220可以响应于分度销222接合分度轨道218的壁224而相对于活塞214转动。

例如，当扭矩超过分度套筒216的套筒卸扣扭矩但未超过分度环220的环卸扣扭矩时，分度套筒216可以相对于活塞214和分度环220转动。以此方式，套筒卸扣扭矩可小于环卸扣扭矩。在其他示例中，当扭矩超过环卸扣扭矩但未超过套筒卸扣扭矩时，分度环220可以相对于活塞214和分度套筒216转动。在其他示例中，扭矩可超过环卸扣扭矩和套筒卸扣扭矩两者，并且分度套筒216和分度环220两者可以相对于彼此和活塞214转动。

施加在分度套筒216上的扭矩可以与施加在分度环220上的扭矩相反。因此，扭矩可以导致分度套筒216在第一方向上转动，并且分度环220在第二方向上转动，第一方向不同于第二方向。例如，在图2-1所示的实施方案中，如果分度套筒216在井下方向上沿纵向轴线217移动(即，使得分度套筒216的井上端226朝向分度环220移动)，则分度销222可以接合壁224的顺时针弯曲的一部分。这种接合可以使分度套筒216从井上端226观察逆时针转动，并且使分度环220从井上端226观察顺时针转动。在其他示例中，壁224可以沿不同方向取向，从而使得分度套筒216顺时针转动并且使得分度环220逆时针转动。

包括都转动的分度套筒216和分度环220可以增加分度机构212的可靠性。例如，如果分度套筒216卡住，则分度环220可仍然能够转动，并且分度机构212可能够循环。类似地，如果分度环220卡住，则分度套筒216可仍然能够转动，并且分度机构212可能够循环。因此，分度机构212可以更可靠地循环，或者可以在两次维修之间具有更长的使用寿命。这可以减少钻柱需要从孔中起出的次数，从而潜在地降低成本。

此外，在分度套筒216上包括分度轨道218可以降低井下工具的整体制造复杂性。例如，加工分度轨道218可以是在井下工具的制造中采取的最后制造步骤之一。如果在直接位于活塞214上的分度轨道218的加工过程中出现错误，则必须丢弃整个活塞214，这可表示在材料、消耗品、劳动力等方面的重大投资的损失。通过在分度套筒216上包括分度轨道218，如果在分度轨道218的加工过程中出现错误，则仅必须丢弃分度套筒216，与丢弃活塞相比，这可以表示在材料、消耗品、劳动力等方面的投资的显著减少。因此，分度套筒216降低了制造过程的复杂性，并且还降低了必须重新制造整个活塞214的风险。

此外，包括与活塞214分离的分度套筒216可以减小分度机构212循环时转动的质量。较低的质量可以减少转动分度套筒216所需的扭矩量。这可以减少分度销222和/或壁224所承受的力。减小分度销222和/或壁224上的扭矩和力可以降低分度销222因破裂、剪切等而失效的机会。在至少一个实施方案中，分度环220可以具有比分度套筒216小的质量。这意味着分度环220可能需要比分度套筒更低的扭矩来转动，从而进一步减小分度销222和/或壁224上的力。

分度套筒216具有套筒质量。在一些实施方案中，套筒质量可以在具有包括1kg、2kg、3kg、4kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg、10kg、15kg、20kg中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。例如，套筒质量可大于1kg。在另一个示例中，套筒质量可小于20kg。在其他示例中，套筒质量可以是在1kg和20kg之间的范围内的任何值。在一些实施方案中，套筒质量为8kg或更少以减少分度销222失效的机会可能是关键的。

分度环218具有环质量。在一些实施方案中，环质量可以在具有包括0.25kg、0.5kg、0.75kg、1kg、2kg、3kg、4kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg、10kg中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。例如，环质量可大于0.25kg。在另一个示例中，环质量可小于10kg。在其他示例中，环质量可以是在0.25kg和10kg之间的范围内的任何值。在一些实施方案中，环质量为2kg或更少以减少分度销222失效的机会可能是关键的。

分度套筒216和分度环220具有质量比，即环质量与套筒质量之比。在一些实施方案中，质量比可以在具有包括1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。例如，质量比可大于1:1。在另一个示例中，质量比可小于1:10。在其他示例中，质量比可以是在1:1和1:10之间的范围内的任何值。在一些实施方案中，质量比小于1:4以提高分度机构212的可靠性可能是关键的。

图2-2是井下工具213的剖视图，包括图2-1的分度机构212的剖视图。井下工具213包括外壳228。活塞214可以位于外壳228的中心孔230内。分度套筒216可包围少于整个活塞214。换言之，分度套筒216的内表面232可以邻接活塞214的外表面234。

分度环220可以围绕分度套筒216的至少一部分。例如，分度环220具有分度环宽度236并且分度套筒216具有分度套筒宽度238。分度环宽度236和分度套筒宽度238分别影响分度环220和分度套筒216的质量。例如，较大的分度环宽度236导致较重的分度环220，而较小的分度环宽度236导致较轻的分度环220。

如本文所述，分度环可围绕少于整个分度套筒。例如，分度环宽度236是分度套筒宽度238的环百分比。在一些实施方案中，环百分比可以在具有包括5％、10％、12％、14％、15％、16％、18％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。例如，环百分比可大于5％。在另一个示例中，环百分比可小于50％。在其他示例中，环百分比可以是在5％和50％之间的范围内的任何值。在一些实施方案中，环百分比小于10％以提高分度机构212的可靠性可能是关键的。

外壳228可以包括流体路径240。流体路径240可以通过流体路径240和活塞214之间的密封构件241进行密封。活塞214可以穿过通道壁242，使得通道壁242将中心孔230与流体路径240分开。通道壁242可以包括通道开口243。在图2-2所示的位置中，通道开口243通过活塞214与中心孔230密封隔开。

流体流244可以以与流体压力相关的体积流速穿过中心孔230。流体压力可以推在活塞214的井上端246上。随着体积流速增加，流体压力可将活塞214的井上端246向井下推动。位于分度机构212的井下端248之后的偏压构件(未示出)可以将活塞214向井上推动。偏压构件可以是任何偏压构件，例如螺旋弹簧、Bellville垫圈、板簧、波形弹簧、液压或气动活塞、或其他偏压构件。当流体压力在活塞214上施加大于来自偏压构件的反作用力的力时，活塞214可以向井下移动。在至少一个实施方案中，活塞214可以向井下移动到足以使流体流244可以进入流体路径240。流体路径240可以被引导以液压地致动井下工具，包括可扩展工具，诸如铰刀、截面铣鞋、其他可扩展工具、可扩展稳定器、锚、旁通阀、封隔元件、另一井下工具，或上述的组合。

在图2-2所示的实施方案中，分度机构212处于低流量状态。换言之，来自流体流244的流体压力不足以克服来自偏压构件的反作用力。在这种状态下，流体路径240被阻塞，并且井下工具不被致动。随着流体流244增加，活塞214向井下移动，分度套筒216可随活塞214向井下移动。分度销222可以插入分度轨道218的轨道250中。当分度销222接合分度轨道218的壁224时，分度套筒216和分度环220中的一者或两者可以转动以允许活塞214和分度套筒216随着流体流增加而继续向井下纵向移动。

图3是根据本公开的至少一个实施方案的分度机构312的放大剖视图。分度机构312可以包括外壳328。活塞314可以位于外壳328的中心孔330中。分度套筒316可至少包围少于整个活塞314。换言之，分度套筒316可围绕活塞314的一部分。分度套筒可以通过上套筒块352-1和下套筒块352-2纵向固定到活塞314。上套筒块352-1和下套筒块352-2可以防止分度套筒316相对于活塞314纵向移动。例如，当活塞314向井下移动(即，朝向下套筒块352-2)时，分度套筒316可以推靠上套筒块352-1。类似地，当活塞314向井上移动(即，朝向上套筒块352-1)时，分度套筒316可以推靠下套筒块352-2。

分度套筒316可为相对于活塞314可转动的。在至少一个实施方案中，分度套筒316可以直接抵靠活塞314转动，而无需任何轴承。在其他实施方案中，分度套筒316可以抵靠分度套筒316和活塞314之间的径向轴承354转动。在至少一个实施方案中，包括径向轴承354可以减少转动分度套筒316所需的扭矩。此外，在相同或其他实施方案中，径向轴承354可有助于将分度套筒316相对于活塞314对中。在没有任何轴承的情况下抵靠活塞314转动可以降低分度机构312的成本和复杂性。

分度机构312可以包括分度环320。分度环320可以包括固定到分度环320的分度销322。分度销322可以位于定位在分度环320中的环止挡件356中。例如，分度销322可以插入到环止挡件356中的孔中。在一些实施方案中，分度销322可以通过机械连接被连接到环止挡件356，所述机械连接诸如螺纹连接、压配合、过盈配合、卡环、锁定销、开口销、剪切销或其他机械连接。在其他实施方案中，分度销322可以通过焊接、铜焊或其他连接工艺连接到环止挡件356。在一些实施方案中，分度销322和环止挡件356可以由单个一体件形成。例如，毛坯可以被加工以形成环止挡件356和分度销。将分度销322包括在环止挡件356中可以加强分度销322以用于分度销322和分度轨道318的壁324之间的接触。此外，包括分度销322与环止挡件356可以缩短分度机构312并且允许分度套筒316上的套筒止挡件362位于分度环320和环止挡件356的井上方向。

在一些实施方案中，分度销322可以相对于环止挡件356转动。例如，当分度销322接合壁324并且分度套筒316和分度环320中的一者或两者转动时，分度销322可以沿着壁324滑动。转动的分度销322可沿壁324滚动而不是沿壁滑动。这可以在分度机构312的重复循环期间减少壁324和/或分度销322上的磨损。

在一些实施方案中，分度环320可以包括连接到多个环止挡件356的多个分度销322。例如，分度环320可以包括两个、三个、四个或更多个分度销322和环止挡件356。

分度销可以延伸到分度套筒316的分度轨道318的轨道350中。分度环320可以用环支撑件358固定到外壳328。环支撑件358可以通过任何类型的连接在纵向和转向上地固定到外壳328，所述连接诸如螺纹连接、螺栓连接、焊接、铜焊或任何其他类型的连接。分度环320可以相对于环支撑件358转动。在至少一个实施方案中，分度环320可以直接抵靠环支撑件358转动，或者没有任何轴承。在其他实施方案中，分度环320可通过轴承抵靠环支撑件358转动，诸如轴向或径向轴承。在一些实施方案中，分度环320可以直接固定到外壳328。例如，分度环320可以插入到机加工或铸造到外壳328的内壁中的环形通道中。

随着活塞314和分度套筒316向井下纵向移动，分度轨道318的壁324可以接合分度销322。因此，分度销322可以插入到分度轨道318和轨道350中足够远以接触壁324。在至少一个实施方案中，分度销322可以接触轨道350的底表面360。当分度销322接触壁324时，分度套筒316可被推向上套筒块352-1。分度套筒316的井上移动可以被上套筒块352-1阻止，并且可以向分度套筒316和分度环320施加扭矩。

该扭矩可以大于分度套筒316的套筒卸扣扭矩，并且分度套筒316可以相对于活塞314转动。在至少一个实施方案中，上套筒块352-1可以在转向上固定到活塞314，并且分度套筒316可以直接抵靠上套筒块352-1转动，无需任何轴承。在其他实施方案中，上套筒块352-1可以是轴承，诸如推力轴承或滚珠轴承。

随着活塞314和分度套筒316向井下进一步移动，分度套筒316上的套筒止挡件362可以接触或接合环止挡件356。这可导致活塞314和分度套筒316停止向井下移动。在一些实施方案中，套筒止挡件362可以直接接合环止挡件356。环止挡件356的尺寸可设计成在不损坏的情况下停止活塞314和分度套筒316的运动。在其他实施方案中，套筒止挡件362可以接合分度销322，并且分度销322的尺寸可以设计成在不损坏的情况下停止活塞314和分度套筒316的运动。因此，在一些实施方案中，套筒止挡件362可位于环止挡件356的井上方向。将套筒止挡件362定位在环止挡件356的井上方向可以减少系统的零部件的数量，这可以降低制造成本。此外，将分度销322定位在分度环320中可以缩短分度套筒316的长度，这可以降低制造成本并减少分度套筒316必须移动以使分度机构312循环的长度。

图4-1是根据本公开的至少一个实施方案的分度轨道418的表示。分度轨道418可以包括位于分度轨道418中的壁424之间的轨道450。分度销422可以安装在分度环(例如，图2-1的分度环220)的环止挡件(例如，图3的环止挡件356)中。分度销可以在第一纵向活塞位置464-1(例如，图2-1和图2-2所示的位置)处延伸到轨道450中。当分度轨道418位于其中的分度套筒(例如，图2-1的分度套筒216)向井下移动时，分度销422可以沿循第一分度销路径466-1。壁424可以引导分度销422直到活塞(例如，图2-2的活塞214)和分度套筒在第二纵向活塞位置464-2处被止挡。例如，当流体流(例如，图2-2的流体流244)增加到高流量状态时，这可能发生。第一套筒止挡件462-1可以接合环止挡件并且将活塞和分度套筒的向井下移动止挡在第二纵向活塞位置464-2处。

在第二纵向活塞位置464-2，至流体路径(例如，图2-2的流体路径240)的流体流可以被活塞阻挡。当流体流减少到低流量状态时，则活塞和分度套筒可以向井上移动，并且壁424可以引导分度销422直到活塞和分度套筒回到第一纵向活塞位置。以此方式，分度机构的循环可无限重复，而不允许流体流进入流体路径。换言之，分度机构的循环可以无限重复而不致动井下工具。

在第二纵向活塞位置464-2，分度环和分度套筒可以处于第一分度对准。在第一分度对准中，分度环可以在分度轨道418的第一下直段465-1和分度轨道218的第一上直段467-1中的一者中，第一下直段465-1和第一上直段467-1在分度轨道418中成一直线。例如，第一下直段465-1和第一上直段467-1可以在分度套筒上的相同周向位置。此外，在第一分度对准中，环止挡件可被对准以接触分度套筒上的第一套筒止挡件462-1，使得第一套筒止挡件462-1在第二纵向活塞位置464-2接触环止挡件。

图4-2是根据本公开的至少一个实施方案的图4-1的分度轨道418的表示。分度轨道418可以包括位于分度轨道418中的壁424之间的轨道450。分度销422可以在第一纵向活塞位置464-1处延伸到轨道450中。随着流量从低流量状态增加到高流量状态，活塞和分度套筒向井下移动，分度销422可以沿循第二分度销路径466-2。第二分度销路径466-2可以沿循与图4-1所示的第一分度销路径466-1相同的初始路径，直到活塞和分度套筒处于第二纵向活塞位置464-2。

为了致动井下工具，流体流可以减少到高流量状态和低流量状态之间的分度流量。在分度流量下，活塞和分度套筒可以移动到第三纵向活塞位置464-3。第三纵向活塞位置464-3可以在第一纵向活塞位置464-1和第二纵向活塞位置464-2之间。在第三纵向活塞位置464-3，分度环和分度套筒可以处于第二分度对准。在第二分度对准中，分度销422可以在分度轨道的中间段468中，并且不与第一下直段465-1、第二下直段465-2、第一上直段467-1或第二上直段475-2对准。因此，环止挡件可不与第一套筒止挡件462-1或第二套筒止挡件462-2对准。

然后流体流可以从分度流量增加到高流量。这可导致分度销422将活塞和分度套筒引导至第四纵向活塞位置464-4。在至少一个实施方案中，第一套筒止挡件462-1可以在第四纵向活塞位置接合环支撑件并且停止活塞和分度套筒的向井下移动。环支撑件可以包括分度环的井下表面，第一套筒止挡件462-1可以接触该表面，从而防止活塞和分度套筒的进一步纵向移动。

在相同或其他实施方案中，第二套筒止挡件462-2可以接合环止挡件并且停止活塞和分度套筒的向井下移动。在一些实施方案中，在第四纵向活塞位置中，分度套筒可以接触环止挡件并且第二套筒止挡件462-2可以接合环止挡件。在第四纵向活塞位置464-4，分度环和分度套筒可以处于第三分度对准。在第三分度对准中，分度环可以在第二下直段465-2和第二上直段467-2中的一者中，第二下直段465-2和第二上直段467-2在分度轨道418中成一直线。例如，第二下直段465-2和第二上直段467-2可以在分度套筒上的相同周向位置。此外，在第三分度对准中，第一套筒止挡件462-1可以被对准以接触两个环止挡件之间的环支撑件，和/或环止挡件可以被对准以接触分度套筒上的第二套筒止挡件462-2，使得在第四纵向活塞位置464-4，第一套筒止挡件462-1接触环支撑件和/或第二套筒止挡件462-2接触环止挡件。换句话说，在第三分度对准中，环止挡件可以在第四纵向活塞位置和第三分度对准中从第一套筒止挡件462-1纵向偏移。

在第四纵向活塞位置464-4，流体路径可以对流体流开放。以此方式，流体流可致动井下工具。当流体流减少到低流量状态时，分度销422可以将活塞和分度套筒引导回到第一纵向活塞位置464-1。当流体流增加回高流量状态时，则分度销422可以将活塞和分度套筒引导回到第四纵向活塞位置464-4。以这种方式，通过将流体流从低流量状态改变到高流量状态并再次返回，井下工具可以在致动井下工具和停用井下工具之间无限循环。

图5-1是根据本公开的至少一个实施方案的分度机构512的表示。分度机构512可以处于第二纵向活塞位置(例如，图4-1的第二纵向活塞位置464-2)。当活塞514和分度套筒516移动到第二纵向位置时，分度套筒516和分度环520中的一者或两者可以转动以将分度套筒516和分度环520置于第一分度对准中。在第一分度对准(和第二纵向活塞位置)中，第一套筒止挡件562-1可以被对准以接触分度环520上的环止挡件536。分度销插入分度轨道518的轨道550中。因此，第一套筒止挡件562-1可位于环止挡件536的井上方向。

在一些实施方案中，第一套筒止挡件562-1可以固定到分度套筒516。例如，第一套筒止挡件562-1可以在转向和纵向上固定到分度套筒516。第一套筒止挡件562-1可以与分度套筒516一体地形成。例如，第一套筒止挡件562-1可以由分度套筒516的单个一体件机加工、铸造、化学蚀刻或以其他方式形成。在其他实施方案中，第一套筒止挡件562-1可以附接到分度套筒516。例如，第一套筒止挡件562-1可以焊接、铜焊、用机械紧固件附接、压配合、过盈配合或以其他方式附接到分度套筒516。在其他实施方案中，第一套筒止挡件562-1可附接到活塞514并与分度套筒516重叠。

图5-2是井下工具513的剖视图，包括图5-1的分度机构512的剖视图。在所示的实施方案中，分度机构512处于第二纵向活塞位置和第一分度对准。因此，环止挡件536可正接触第一套筒止挡件562-1，从而阻止活塞514和分度套筒516的向井下移动。当流体流544处于高流量状态时，活塞514可能阻塞通向流体路径540的通道开口543。这可以防止井下工具513致动(即，防止可扩展构件扩展)。

图6是根据本公开的至少一个实施方案的处于第三纵向活塞位置的分度机构612的透视图。当活塞614和分度套筒616移动到第三纵向活塞位置时，分度环620和分度套筒616转动到第二分度对准。连接到分度环620上的环止挡件636的分度销622可以插入分度轨道618的轨道650中。在第二分度对准中，环止挡件650可能与第一套筒止挡件662-1或第二套筒止挡件662-2未对准。

在一些实施方案中，第二套筒止挡件662-2可以固定到分度套筒616。例如，第二套筒止挡件662-2可以在转向和纵向上固定到分度套筒616。第二套筒止挡件662-2可以与分度套筒616一体地形成。例如，第二套筒止挡件662-2可以由分度套筒616的单个一体件机加工、铸造、化学蚀刻或以其他方式形成。在其他实施方案中，第二套筒止挡件662-2可以附接到分度套筒616。例如，第二套筒止挡件662-2可以焊接、铜焊、用机械紧固件附接、压配合、过盈配合或以其他方式附接到分度套筒616。在其他实施方案中，第二套筒止挡件662-2可附接到活塞614并与分度套筒16重叠。

在一些实施方案中，第一套筒止挡件662-1和第二套筒止挡件662-2可以一体地形成。在其他实施方案中，第一套筒止挡件662-1和第二套筒止挡件662-2可以是分开的件，并且单独地附接到分度套筒616或与分度套筒616一起形成。

图7-1是根据本公开的至少一个实施方案的处于第四纵向活塞位置的分度机构712的透视图。当活塞714和分度套筒716移动到第四纵向活塞位置时，分度环720和/或分度套筒中的至少一者转动到第三分度对准。连接到分度环720上的环止挡件736的分度销722可以插入分度轨道718的轨道750中。在第四纵向活塞位置和第三分度对准中，第一环止挡件(例如，图5-2的第一环止挡件562-1)可以接合分度环上的两个环止挡件736之间的环支撑件。在相同或其他实施方案中，第二套筒止挡件762-2可以接合环止挡件736。环止挡件736可以防止活塞714和分度套筒716的进一步向井下移动。

图7-2是根据本公开的至少一个实施方案的井下工具713的剖视图，包括图7-1的分度机构712的剖视图。在所示实施方案中，活塞714和分度套筒716处于第四纵向活塞位置。可以看出，活塞714已经露出通道开口743，从而允许来自流体流744的流体的一部分770进入流体路径740。流体的部分770可以被引导以致动井下工具，诸如可扩展工具。在第四纵向活塞位置，第一环止挡件可接合分度环上的两个环止挡件736之间的环支撑件。在相同或其他实施方案中，分度环720上的环止挡件736可以接合分度套筒716上的第二套筒止挡件762-2，从而防止活塞714和分度套筒716的进一步向井下移动。

图8是根据本公开的至少一个实施方案的井下工具813的剖视图。井下工具813可以包括分度机构812。分度机构812可以包括活塞814。分度环820可以围绕活塞814的至少一部分并且为相对于活塞814可转动的。分度环820可以固定到被固定到活塞814的环支撑件858。环支撑件858可以纵向固定到活塞814，使得当活塞814纵向移动时，分度环820可以纵向移动。因此，分度环820可以纵向固定到活塞814。

分度套筒816可位于分度环820和活塞814的径向外侧。分度套筒816可以邻接井下工具813的外壳828。分度套筒816可为相对于外壳828可转动的。分度套筒可以通过上套筒块852-1和下套筒块852-2纵向固定到外壳828。当活塞814相对于分度套筒816纵向移动时，分度环820可沿分度套筒816纵向移动。

分度销822可以接合分度套筒816的分度轨道818的壁824。这可导致分度套筒816和分度环820中的一者或两者相对于彼此和活塞814转动。以此方式，分度轨道818可位于分度套筒的内表面中。

图9是用于操作分度机构的方法976的方法图。方法976可以包括在978处将活塞从第一纵向活塞位置移动到第二纵向活塞位置。移动活塞可以包括将分度套筒从第一纵向活塞位置移动到第二纵向活塞位置，分度套筒包封活塞的至少一部分。移动活塞可以包括将流体流从第一流速增加到第二流速，第二流速高于第一流速。

方法976可以包括在980处相对于活塞转动分度套筒和/或分度环中的至少一者以对准。分度套筒和/或分度环的转动可以响应活塞和/或分度套筒的纵向移动。例如，纵向移动活塞和分度套筒可导致位于分度环的环止挡件中的分度销接合分度活塞的分度轨道。这可以向分度环和分度套筒施加扭矩，从而导致分度环和分度套筒中的一者或两者转动。分度活塞的分度轨道可以成形为使得分度套筒和/或分度轨道中的至少一者可以转动以自对准或自动对准分度机构上的止挡或定位特征。例如，分度套筒可以包括套筒止挡件并且分度环可以包括环止挡件，并且分度轨道可以成形为将套筒止挡件与环止挡件对准，使得套筒止挡件可以接触环止挡件。在其他示例中，分度套筒可以包括套筒止挡件并且分度环可以包括两个环止挡件之间的间隙，并且套筒止挡件可以对准以穿过环止挡件之间的间隙并接触环支撑件，环支撑件将分度环固定到位。

在至少一个实施方案中，转动分度套筒和/或分度环中的至少一者可以包括相对于彼此转动分度套筒和分度环。在相同或其他实施方案中，转动分度套筒和/或分度环中的至少一者可以包括在第一方向上转动分度套筒和在第二方向上转动分度环，第一方向不同于第二方向。转动分度套筒和/或分度环中的至少一者可以包括将分度套筒和分度活塞对准到第一分度对准中，第一分度对准将分度环上的环止挡件与分度套筒上的第一套筒止挡件对准，使得分度套筒上的第一套筒止挡件在第二纵向活塞位置接触分度环上的环止挡件。

方法976可包括在982处接合对准的止挡或定位特征，这可导致分度套筒被止挡在终端纵向活塞位置。换言之，方法976可以包括将套筒止挡件与环止挡件或环支撑件接合。例如，分度套筒的套筒止挡件可以对准以接合或接触分度环的环止挡件，从而将分度套筒止挡在终端纵向活塞位置或第二纵向活塞位置。在另一个示例中，分度套筒的套筒止挡件可以对准以接合或接触支撑分度环的环支撑件，从而将分度套筒止挡在终端纵向位置或第四纵向活塞位置。

方法976还可包括将活塞从第二纵向活塞位置移动到第三纵向活塞位置，第三纵向活塞位置在第一纵向活塞位置和第二纵向位置之间。移动活塞可以包括将流体流从第二流速改变为第三流速，第三流速在第一流速和第二流速之间。将活塞移动到第三纵向位置可以包括将分度套筒和/或分度环中的至少一者相对于活塞转动到第二分度对准。

方法976还可包括将活塞从第三纵向活塞位置移动到第四纵向活塞位置，第四纵向活塞位置距离第一纵向活塞位置比距离第二纵向活塞位置更远。移动活塞可以包括将分度套筒和/或分度环中的至少一者相对于活塞转动到第三分度对准。第三分度对准可以使环止挡件与第二套筒止挡件对准，使得第二套筒止挡件在第四纵向活塞位置接触环止挡件。

在一些实施方案中，一种井下工具包括活塞、包封活塞的一部分的分度套筒和围绕少于整个分度套筒的分度环。分度套筒可相对于活塞转动。分度环包括延伸到分度轨道中的分度销。分度环可为相对于分度套筒可转动的。分度套筒可以纵向固定到活塞。分度套筒和分度环可以响应于活塞的纵向移动而相对于活塞转动。分度套筒和分度环可以响应于分度销接合分度轨道而相对于活塞转动。分度环可以具有2kg或更小的质量，并且分度套筒可以具有8kg或更小的质量。分度环和分度套筒可具有小于1:4的质量比。分度轨道可以包括第一套筒止挡件和第二套筒止挡件。第一套筒止挡件可以在第一纵向活塞位置接合环止挡件，并且可以在第二纵向活塞位置接合环支撑件。第二纵向活塞位置可以比第一纵向活塞位置更靠井上。

在一些实施方案中，一种井下工具包括活塞、具有分度轨道的分度套筒和围绕分度套筒的一部分的分度环。分度套筒包封活塞的一部分。分度环包括环止挡件和延伸到分度轨道中的分度销。分度环可相对于活塞转动。分度销可以位于环止挡件中。分度套筒可以包括位于环止挡件的井上方向的套筒止挡件。套筒止挡件可以在高流量状态下接合环止挡件。分度环可以延伸小于活塞长度的10％。

在一些实施方案中，一种用于操作分度机构的方法包括将活塞从第一纵向活塞位置移动到第二纵向活塞位置，以及将分度套筒或分度环中的至少一者相对于活塞转动至第一分度对准。分度套筒包封少于整个活塞并且分度环围绕分度套筒的一部分。第一分度对准将分度环上的环止挡件与分度套筒上的第一套筒止挡件对准，使得第一套筒止挡件在第二纵向活塞位置接合环止挡件。该方法可包括将活塞从第二纵向活塞位置移动到第三纵向活塞位置，第三纵向活塞位置在第一纵向活塞位置和第二纵向活塞位置之间。该方法可以包括将分度套筒或分度环中的至少一者相对于活塞转动到第二分度对准。该方法还可包括将活塞从第三纵向活塞位置移动到第四纵向活塞位置，第四纵向活塞位置距离第一纵向活塞位置比距离第二纵向活塞位置更远。该方法可以包括将分度套筒或分度环中的至少一者相对于活塞转动至第三分度对准，第三分度对准将环止挡件与第二套筒止挡件对准，使得第二套筒止挡件在第四纵向活塞位置接触环止挡件。该方法可以包括通过相对于分度套筒转动分度环来转动分度套筒或分度环中的至少一者。该方法可以包括通过在第一方向上转动分度套筒并在与第一方向不同的第二方向上转动分度环来转动分度套筒或分度环中的至少一者。

分度机构的实施方案已经主要参井筒钻取操作进行了描述；本文所述的分度机构可用于井筒钻取以外的应用中。在其他实施方案中，根据本公开的分度机构可在用于勘探或生产自然资源的井筒或其他井下环境的外部使用。例如，本公开的分度机构可以在用于放置公用事业管线的钻孔中使用。因此，术语“井筒”、“钻孔”等不应被解释为将本公开的工具、系统、组件或方法限于任何特定的行业、领域或环境。

本文描述了本公开的一个或多个具体实施方案。这些描述的实施方案是当前公开的技术的示例。另外，为了提供对这些实施方案的简要描述，说明书中可能不会描述实际实施方案的所有特征。应理解，如同在任何工程或设计项目中一样，在开发任何此类实际实施方式时，都必须作出与实施方案特定相关的众多决定，以实现开发人员的特定目标，诸如遵守与系统相关以及与业务相关的约束，这些约束可能会随实施方案而变化。此外，应理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计、制作和生产中的常规任务。

冠词“一者”、“一个”和“所述”旨在表示在前面的描述中存在一个或多个该要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可以存在除所列要素之外的其他要素。另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“实施方案”的提及并不意图被解释为排除也结合了所述特征的其他实施方案的存在。例如，关于本文的实施方案描述的任何元件可以与本文描述的任何其他实施方案的任何元件组合。如本公开的实施方案所涵盖的本领域的普通技术人员将理解的，本文中陈述的数字、百分比、比率或其他值旨在包括该值，以及“约为”或“近似”所述值的其他值。因此，应将所述值解释得足够宽泛以包含至少足够接近所述值，以执行期望的功能或实现期望的结果。所述值至少包括在合适的制造或生产过程中预期的变化，并且可以包括在所述值的5％内、1％内、0.1％内或0.01％内的值。

鉴于本公开，本领域的普通技术人员应该认识到，等同的构造不脱离本公开的精神和范围，并且可以对本文公开的实施方案进行各种改变、替换和变更而不脱离本公开的精神和范围。包括功能“装置加功能”条款在内的等效构造旨在涵盖本文所述的执行所述功能的结构，包括以相同方式操作的结构等效物和提供相同功能的等效结构。申请人的明确意图不对任何要求援引装置加功能或其他功能要求，但“用于……的装置”的词语与相关联功能一起出现的要求除外。落入权利要求的含义和范围内的对实施方案的每个添加、删除和修改将被权利要求所涵盖。

本文所用的术语“大约”、“约”及“基本上”表示仍执行期望功能或实现期望结果的接近所述量的量。例如，术语“大约”、“约”及“基本上”可以指在小于5％、小于1％、小于0.1％以及小于0.01％所述量的范围内的量。此外，应当理解，前面描述中的任何方向或参考系仅仅是相对方向或移动。例如，对“上”和“下”或“上方”或“下方”的任何引用仅描述相关元件的相对位置或移动。

本公开可以在不脱离其精神或特征的情况下以其他特定形式来体现。所描述的实施方案应被认为仅是说明性的而不是限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是由前述描述来指示。在所述权利要求的等效物的含义和范围内的变化都将包含在所述权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种井下工具，其包括：

活塞；

包封所述活塞的一部分的分度套筒，所述分度套筒能够相对于所述活塞转动，所述分度套筒包括分度轨道；和

围绕少于整个所述分度套筒的分度环，所述分度环能够相对于所述活塞转动，所述分度环包括分度销，所述分度销延伸到所述分度轨道中。

2.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度环能够相对于所述分度套筒转动。

3.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度套筒能够相对于所述分度环纵向移动。

4.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度套筒纵向固定到所述活塞。

5.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度套筒和所述分度环响应于所述活塞的纵向运动而相对于所述活塞转动。

6.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度套筒和所述分度环响应于所述分度销接合所述分度轨道而相对于所述活塞转动。

7.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度环的质量为2kg或更小并且所述分度套筒的质量为8kg或更小。

8.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度环和所述分度套筒的质量比小于1:4。

9.根据权利要求1所述的井下工具，所述分度轨道包括第一套筒止挡件和第二套筒止挡件。

10.根据权利要求9所述的井下工具，所述第一套筒止挡件在第一纵向活塞位置接合环止挡件并且所述第一套筒止挡件在第二纵向活塞位置接合环支撑件，所述第二纵向活塞位置比所述第一纵向活塞位置更靠井上。

11.一种用于操作分度机构的方法，其包括：

将活塞从第一纵向活塞位置移动到第二纵向活塞位置；以及

将分度套筒或分度环中的至少一者相对于所述活塞转动至第一分度对准，所述分度套筒包封少于整个所述活塞并且所述分度环围绕所述分度套筒的一部分，所述第一分度对准将所述分度环上的环止挡件与所述分度套筒上的第一套筒止挡件对准，使得所述第一套筒止挡件在所述第二纵向活塞位置接合所述环止挡件。

12.根据权利要求111所述的方法，其还包括：

将所述活塞从所述第二纵向活塞位置移动到第三纵向活塞位置，所述第三纵向活塞位置在所述第一纵向活塞位置和所述第二纵向活塞位置之间；以及

将所述分度套筒或所述分度环中的至少一者相对于所述活塞转动到第二分度对准。

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括：

将所述活塞从所述第三纵向活塞位置移动到第四纵向活塞位置，所述第四纵向活塞位置距离所述第一纵向活塞位置比距离所述第二纵向活塞位置更远；以及

将所述分度套筒或所述分度环中的至少一者相对于所述活塞转动至第三分度对准，所述第三分度对准将所述环止挡件与第二套筒止挡件对准，使得所述第二套筒止挡件在所述第四纵向活塞位置接触所述环止挡件。

14.根据权利要求11所述的方法，其中转动所述分度套筒或所述分度环中的至少一者包括相对于所述分度套筒转动所述分度环。

15.根据权利要求11所述的方法，其中转动所述分度套筒或所述分度环中的至少一者包括在第一方向上转动所述分度套筒并在第二方向上转动所述分度环，所述第一方向不同于所述第二方向。

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