CN115427659A - 井下管道干预工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下管道干预工具，其用于浸入井孔中的套管中并用于从该套管内选择性地去除材料，该工具在纵向方向上延伸，包括具有第一壳体部分和第二壳体部分的工具壳体、布置在第二壳体部分中的旋转单元如电动马达以及能在所述旋转单元的作用下旋转的旋转轴，该旋转轴用于使与所述第一壳体部分连接并形成有研磨边缘的、由研磨材料构成的至少第一部段旋转，其中所述第一部段能相对于工具壳体的第一壳体部分在缩回位置和突伸位置之间移动。

Description

井下管道干预工具

技术领域

本发明涉及一种井下管道干预工具，其用于浸入到井孔中的套管中并用于选择性地从套管内去除材料，该工具在纵向方向上延伸。

背景技术

钻井后，通过浸入套管的组装的管柱并对井进行完井而将井孔、套管或衬管下入到井中。在完井过程中，套管可能被卡住，并且需要将上部部分与下部部分分离，以便将上部部分从井中拉出。在生产过程中或生产停止后，需要在井中进行机加工操作，以便去除止挡、短节、滑动套筒、阀，以便进行切割以释放封隔器，以便拉动套管的一部分，或者以便在滑动套筒或套管壁中提供凹槽。所有这些过程的共同点是将干预工具浸入井中；然而，已知的切削工具有时不能完成该操作，因为切削刀片在工作完成之前就被损坏了。然后需要拉出该干预工具，并且需要更换刀片以继续操作，但是由于可能很难精确定位之前的部分切口，操作可能会再次失败。特别是在大直径套管中，干预工具似乎失效。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的井下管道干预工具，其能够在一次下入中从也是大直径的套管内去除或切削井下元件。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种井下管道干预工具来实现，该井下管道干预工具用于浸入井孔中的套管中并用于从该套管内选择性地去除材料，该工具在纵向方向上延伸，该井下管道干预工具包括：

-具有第一壳体部分和第二壳体部分的工具壳体；

-布置在第二壳体部分中的旋转单元，例如电动马达；以及

-在所述旋转单元的作用下旋转的旋转轴，该旋转轴用于使与所述第一壳体部分连接并形成有研磨边缘的、由研磨材料构成的至少第一部段旋转，

其中所述第一部段能相对于工具壳体的第一壳体部分在缩回位置和突伸位置之间移动。

当具有大直径的井并且工具的外径受到比操作发生的位置更靠套管上方的限制部的限制时，该部段需要比在小直径的套管中向外突伸得更远，并且于是在用于去除材料的机械加工操作过程中的振动将会撞掉该部段的碎片的风险很高，但是当该部段由研磨材料制成时，新的颗粒出现并且去除操作可以继续进行。

在其他情况下，井下管道干预工具被浸在被套筒或第二套管围绕的套管中，并且井下管道干预工具需要选择性地从套管内去除材料，以分离套管和套筒或第二套管两者。这在第一套管的分离破坏了所述部段并且于是该部段无法再分离第二套管或套筒的情况下是无法实现的。然而，当该部段由研磨材料构成时，该部段当被磨损时仅仅是减小了尺寸并且会暴露出部段中的新的颗粒，因此随着使该部段仅进一步突伸一点来补偿该部段的减小的尺寸，分离操作可以容易地成功继续进行。

因此，该部段可以是研磨部段。

此外，该部段可以是磨削部段。

此外，该部段可以是磨石。

此外，由研磨材料构成的第一部段可以是不产生碎屑的材料。

此外，第一部段可以由不产生碎屑的材料制成。

第一部段可以相对于工具壳体的第一壳体部分在缩回位置和突伸位置之间液压地移动。

通过具有液压操作的部件启动组件，随着部段的磨损，部段可以连续地向外突出，使得尺寸减小的部段仍然能够接触套管，从而继续去除操作。

此外，该工具还可以包括布置在旋转单元和第一壳体部分之间的传动区段。

此外，所述由研磨材料构成的至少第一部段可以包括金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒、氧化铝(刚玉)颗粒、碳化硅颗粒、碳化钨颗粒或陶瓷颗粒。

此外，井下管道干预工具可以包括第二部段，该第二部段沿着工具的周向布置在距第一部段一距离处。

此外，所述由研磨材料构成的至少第一部段可以包括粘合剂，例如铁、钴、镍、青铜、黄铜、碳化钨、陶瓷、树脂、环氧树脂或聚酯。

此外，第一部段可以具有基部和从所述基部突出的突起部分，从而形成径向尖端。

在操作中，径向尖端接触套管，用于选择性地从套管去除材料，例如用于分离套管，并且当由研磨材料构成的部段在去除操作中被磨损时，部段的突起部分仅减小尺寸并且部段中的新颗粒被暴露，并且因此随着该部段的突起部分的其余部分仅进一步突伸一点以补偿该部段的减小的尺寸，分离操作便可以容易地成功进行。当分离围绕第一套管的套筒或第二套管时，基部也变得起研磨作用，从而从第一套管进一步去除材料，使得已经分离了第一套管的突伸部件能够进一步突伸，从而也分离第二套管。

此外，第一部段可以从基部渐缩到末端，从而形成径向尖端。

此外，第一部段可以从基部渐缩到末端，从而形成突伸部件的径向尖端。

因此，基部、径向尖端和突伸部件可由研磨材料构成。

此外，径向尖端可形成有所述研磨边缘。

此外，所述第一部段在所述缩回位置可具有沿纵向轴线的部段长度并且该第一部段可具有垂直于所述纵向轴线的部段高度，所述径向尖端具有沿所述纵向轴线的尖端长度，该尖端长度小于所述部段长度的75％，优选小于所述部段长度的60％，更优选小于所述部段长度的50％。

此外，该部段可以具有在所述基部处的第一部段高度和在所述径向尖端处的第二部段高度，第二部段高度高于第一部段高度；优选地，第二部段高度是第一部段高度的至少两倍，更优选地，第二部段高度是第一部段高度的至少三倍。

此外，第一部段可以具有沿着工具的周向延伸的部段宽度。

此外，部段宽度沿部段长度可以是恒定的。

此外，部段宽度沿部段高度可以是恒定的。

此外，在所述末端处的部段宽度可以小于在所述基部处的部段宽度。

此外，所述径向尖端可以具有背离第二工具壳体的正面和面向第二工具壳体的背面，并且所述正面可以从所述末端起向内倾斜，使得所述径向尖端的末端是该部段的最靠外的部分。

该部段可以具有面向第一工具壳体并且背离所述末端的基部端面，并且该部段可以具有在该基部端面和该正面之间的大于90°的角度。以这种方式，径向尖端比在正面没有朝向背面向内或向后倾斜的情况下更尖锐。

此外，该工具可进一步包括能相对于工具壳体的第一壳体部分在缩回位置和突伸位置之间移动的突伸部件，该突伸部件具有第一端和第二端，所述第二端与第一壳体部分可移动地连接，并且所述第一端与第一部段连接，并且该工具还可以包括用于使突伸部件在缩回位置和突伸位置之间移动的部件启动组件。

此外，突伸部件可以带有连接到第一端的多个部段。

此外，突伸部件可以具有部件延伸方向，第一部段的部段长度沿着该部件延伸方向延伸，并且部段高度垂直于该部件延伸方向地在工具的径向方向上延伸。

此外，突伸部件可以在缩回位置和突伸位置之间枢转。

此外，部件启动组件可以包括:

-布置在第一壳体部分中并包括活塞腔室的活塞壳体；以及

-布置在所述活塞腔室内的、用于在所述缩回位置和所述突伸位置之间移动所述突伸部件的活塞构件，所述活塞构件能在井下工具的纵向方向上移动并具有第一活塞端面，通过在所述第一活塞端面上施加液压压力并使活塞在第一方向上移动，能够使所述活塞构件在所述突伸部件上施加突伸力。

通过具有液压操作的部件启动组件，随着部段被磨损，部段可以连续地向外突出，使得尺寸减小的部段仍然能够以足够的钻压(WOB)接触套管，从而继续去除操作。

此外，部件启动组件可以包括：

-布置在第一壳体部分中并包括活塞腔室的活塞壳体；以及

-布置在所述活塞腔室内的、用于在所述缩回位置和所述突伸位置之间移动所述突伸部件的活塞构件，所述活塞构件能在垂直于井下工具的纵向方向的方向上移动并具有第一活塞端面，通过在所述第一活塞端面上施加液压压力并使活塞在第一方向上移动，能够使所述活塞构件在所述突伸部件上施加突伸力。

此外，井下管道干预工具可以是井下管道分离工具，其通过从内部研磨机加工套管来将所述套管的上部部分从所述套管的下部部分分离。

此外，井下管道干预工具还可包括锚固区段，该锚固区段包括能从工具壳体伸出的至少一个锚固件，用于将工具锚固在所述套管中。

此外，井下管道干预工具还可以包括驱动单元，该驱动单元包括在轮臂上的轮子，用于在井中推动所述工具前进。

此外，井下管道干预工具还可以包括冲程单元，例如冲程工具，其提供处于所述突伸位置的所述第一部段的、沿着金属井管结构的纵向延伸方向的移动。因此，当井下管道干预工具被浸在金属井管结构中，并且井下工具的锚固区段被液压启动以相对于金属井管结构锚固井下管道干预工具的非旋转部分时，第一部段例如通过碾磨或磨削沿着金属井管结构的周向和纵向延伸方向从金属井管结构去除材料。因此，通过将金属井管结构磨削成小颗粒来从金属井管结构中去除金属井管结构的一部分，从而形成或重新形成环空隔离。

从金属井管结构去除的部分可以具有沿着金属井管结构的纵向延伸方向的大于0.5米，优选大于1米，甚至更优选大于5米的长度。

最后，本发明还涉及一种井下系统，该井下系统包括金属井管结构和用于布置在井下系统中的上述井下管道干预工具。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1示出了在井孔中的套管内的井下管道干预工具的局部剖视图，该干预工具用于通过在套管内对套管进行磨削机加工来从套管的下部部分分离套管的上部部分；

图2示出了具有多个部段的突伸部件；

图3示出了井下管道干预工具的一个部段的侧视图；

图4示出了井下管道干预工具的另一部段的侧视图；

图5示出了井下管道干预工具的又一部段的侧视图；

图6示出了图2的突伸部件的部段之一的透视图；

图7示出了井下管道干预工具的又一部段的透视图；

图8示出了再一井下管道干预工具的一部分；

图9示出了部件启动组件的剖视图；

图10示出了又一部件启动组件的剖视图；以及

图11示出了工具的锚固区段的剖视图。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1示出了井下管道干预工具1，其用于浸入井孔3中的套管2中并用于从套管内选择性地去除材料，例如用于通过从内部对套管进行研磨机加工来将套管的上部部分4从套管的下部部分5分离。该工具在纵向方向L上延伸并且包括具有第一壳体部分7和第二壳体部分8的工具壳体6。该第二壳体部分布置成当该工具浸入到井中时更靠近井的顶部。该工具还包括布置在该第二壳体部分8中的旋转单元20如电动马达以及在该旋转单元的作用下旋转的旋转轴12，用于使与第一壳体部分7连接并形成有研磨边缘10的由研磨材料构成的至少第一部段25旋转。该第一部段能在缩回位置和突伸位置之间相对于工具壳体6的第一壳体部分移动，从而使该部段能在径向方向R上移动并接触套管的内表面。如能看到的那样，该工具包括多个部段。

该第一部段能借助于液力学/液压动力而在缩回位置与突伸位置之间移动。通过具有液力操作的部件启动组件，该部段可随着该部段的磨损而朝外连续地突伸，从而尺寸减小的部段仍能以足够的钻压(WOB)接触套管，从而继续该去除操作。

该井下管道干预工具1还包括传动区段23，其布置在该旋转单元20和第一壳体部分7之间，用于改变旋转轴的转速，从而使该第一壳体部分以更低或更高的速度旋转。该井下管道干预工具1是有线工具，即该工具经由电缆24接收电力。电控制单元69布置在至电缆的连接部与工具的马达之间。该电动马达既为泵供电又使第一壳体部分7和所述部段旋转。尽管未示出，但该井下管道干预工具1可具有除了旋转单元20之外的另一马达，使得一个马达驱动泵21并且另一个马达使该第一壳体部分7和该部段旋转。井下管道干预工具1还可包括驱动单元59如包括在轮臂61上的轮子60的井下牵引器，用于在井中于井的除竖直部分之外的其他部分中推进该工具前行。井下管道干预工具1通过例如具有另一种供电线如光纤的电缆被浸入到井中或套管中，而不是通过管道如连续油管、钻管或类似管被浸入到井中。

如图1所示，部段25抵靠套管2的内表面63，以便通过以下方式来从套管内选择性地去除材料和分离套管：通过在部段25旋转的同时驱迫该部段抵紧所述内表面而实现的研磨切割即磨削并从而通过借助于不产生碎屑的操作提供对所去除材料的周向切割来对套管进行机加工。借此，套管的被去除的材料仅转变成小颗粒而不是如利用已知切割工具的情况中那样地转变成长碎屑。将留在井中的这样的长碎屑带到地面是很难的，但这些碎屑可能会大到足够会与干预工具或稍后的完井产品相互作用。

当使用由研磨材料构成的部段来代替已知金属切割刀片时，无意的振动不会妨碍到机加工操作的完成。当经历无意的振动时，已知金属切割刀片会因切割边缘碰撞套管并且撞掉小碎片而被损害并且金属切割刀片不再具有能切割的切割边缘，并且需将该工具从井中取回。当具有由研磨材料构成的部段时，被撞掉的小碎片将仅使研磨材料中的新的研磨颗粒暴露，并且磨削过程能够继续进行。该部段因此将碾磨或磨削待从井中去除的元件，例如套管壁的一部分、短节、滑动套筒、止挡、阀等。

在其他情况下，井下管道干预工具被浸入到套管中，该套管被套筒或第二套管围绕，并该井下管道干预工具需要从套管内选择性地去除材料以分离套管和套筒或第二套管两者。这在第一套管的分离破坏了所述部段并且于是该部段无法再分离第二套管或套筒的情况下是无法实现的。然而，当该部段由研磨材料构成时，该部段当被磨损时仅仅是减小了尺寸并且会暴露出部段中的新的颗粒，因此随着使该部段仅进一步突伸一点来补偿该部段的减小的尺寸，分离操作可以容易地成功继续进行。

该部段可以是研磨部段或磨削部段，如磨石。由研磨材料构成的第一部段是不产生碎屑的材料。因此，第一部段是由不产生碎屑的材料构成的。

由研磨材料构成的部段25包括金刚石颗粒、或立方氮化硼颗粒、氧化铝(刚玉)颗粒、碳化硅颗粒、碳化钨颗粒、陶瓷颗粒或类似材料的颗粒。该由研磨材料构成的第一部段包括粘合剂如铁、钴、镍、青铜、黄铜、碳化钨、陶瓷、树脂、环氧树脂或聚酯。

如图3和6所示，该部段从基部25A渐缩至末端10A中，从而形成径向尖端25B。在缩回位置，第一部段25具有沿纵向轴线的部段长度LS，并且该部段具有垂直于该纵向轴线的部段高度H、H1、H2。径向尖端具有沿纵向轴线的尖端长度LT，该尖端长度小于部段长度的75％。基部处的部段高度是第一部段高度H1，径向尖端处的部段高度是第二部段高度H2。图3中，第二部段高度H2是第一部段高度H1的大约三倍。在另一个实施例中，第二部段高度H2高于第一部段高度H1，并且优选地是第一部段高度H1的至少两倍。图3的径向尖端25B具有背离工具的正面76和面向工具主要部分的背面78。正面从末端10A向内或向后朝向背面倾斜。该部段在基部端面77和所述正面之间具有大于90°的角度v，使得径向尖端25B比正面不向后倾斜时更尖锐。在图4中，径向尖端的正面远离基部倾斜，当角度v小于90°时，形成不太尖锐的径向尖端。通过具有如图3所示的尖锐的径向尖端，当切割、磨削或碾磨套管2时，该部段以及因此该工具不太可能被卡住，从而将上部部分4从下部部分5分离(如图1所示)。如果径向尖端25B具有同时接合套管的大尖端，则它需要比有时可以提供给井下几公里处的工具的功率更大的功率。此外，当将套管的上部部分从下部部分分离时，当所述部段已经切穿套管壁时，工具可能承载上部部分，并且因此所述部段可能被卡住。

如图1-9中且尤其是图3中所示，第一部段具有基部25A和从基部突出的突起部分25B，从而形成径向尖端25B。因此，第一部段从基部到末端渐缩，从而形成突伸部件的径向尖端。在操作中，径向尖端接触套管的内表面，用于选择性地从套管去除材料，例如以便分离/锯穿套管，并且当由研磨材料构成的部段在去除操作中被磨损时，部段的突起部分仅减小尺寸并且部段中的新颗粒/金刚石被暴露，并且随着该部段的突起部分的其余部分仅进一步突伸一点以补偿该部段的减小的尺寸，分离/去除操作便可以容易地成功进行。当将围绕第一套管的套筒或第二套管分成两部分时，基部也变得起研磨作用，从而从第一套管进一步去除材料，使得已经分离了第一套管的突伸部件能够进一步突伸，从而也分离第二套管。因此，基部、径向尖端和突起部分/突伸部件由研磨材料构成。

如能在图6中看到的那样，径向尖端25B的末端10A形成研磨边缘10。图4中也是如此，在图4中，末端看起来像一个正方形的端面，而不是一条线或边，但是一旦突伸部件从工具壳体6突伸，该部段便倾斜，然后末端形成研磨边缘10。研磨边缘从套管2内切入井内的元件，并且随着边缘磨损，研磨边缘变得更大，并且末端也机加工到切口的相邻部分中，以便从套管2进一步去除材料。

部段25也可以是从布置在基部端面77和径向尖端25B之间的基部25A渐缩的径向尖端25B，如图5所示。因此，该基部具有与基部和部段长度大致相同的长度。该部段具有如图2、6和7所示的部段宽度W，并且在图7中，径向尖端还沿工具的周向方向渐缩成比图6的末端更小的末端10A。这样，与要机加工的井内的套管壁或其它元件接合的面更小，因此与末端10A更大的情况相比，需要更少的功率来旋转所述部段和第一壳体部分7。当在井下几公里处时，不超过600W的功率可用于为工具供电，因此这种渐缩可能是决定工具是否能够操作的差异。

在图1中，井下管道干预工具1还包括突伸部件9，其可相对于工具壳体6的第一壳体部分7在缩回位置和突伸位置之间移动。如图2所示，突伸部件9具有第一端18和第二端19。第二端19与第一壳体部分可移动地连接，第一端18与第一部段25、25’连接。如图8-10所示，该工具还包括部件启动组件11，用于例如通过液力学在缩回位置和突伸位置之间移动突伸部件9。在图1、图8和图9中，突伸部件9处于其突伸位置，但在图10中处于其缩回位置(虚线表示突伸位置)。突伸部件在缩回位置和突伸位置之间移动所述部段，并且突伸位置决不会发生部段的背面78垂直于套管的纵向轴线的情况，而是总是向下倾斜，使得井下管道干预工具1总是能够通过向上拉动工具而从井中取回。如果背面78是垂直的，则井下管道干预工具1将有被卡住的风险。去除过程从套管去除材料，并且形成三角形凹槽。

图2中所示的突伸部件9具有第二部段25”，该第二部段25”沿工具的周向布置在距第一部段25、25’一距离CD处。图2的突伸部件具有五个部段，其中第三部段25”’也沿工具的周向布置在距第二部段一距离CD处，并且第四部段25””也沿工具的周向布置在距第五部段25””’一距离CD处。因此，突伸部件9具有连接到第一端18的几个多个部段。突伸部件9具有部段延伸长度LA，并且第一部段的部段长度LS沿着部段延伸长度延伸，并且部段高度H在工具的径向方向R(如图1所示)上垂直于部段延伸长度延伸。与覆盖面积和五个部段的覆盖面积相同的一个较大的部段相比，通过使部段之间具有一定距离，获得了与套管内表面的较少接触。因此，需要较少的功率来旋转该突伸部件，并且因材料去除过程产生的颗粒可以容易地通过部段之间的空间移动远离接触区域。

在图1中，突伸部件9在缩回位置和突伸位置之间枢转。因此，如图2和9所示，突伸部件9具有枢转点33。在图9中，部件启动组件11包括布置在第一壳体部分7中并包括活塞腔室14的活塞壳体17，以及布置在活塞腔室内用于在缩回位置和突伸位置之间移动所述部件的活塞构件15。活塞构件可在井下工具的纵向方向上移动，并且具有第一活塞端面16，并且活塞构件能够通过如下方式来将突伸力施加到突伸部件上：在第一活塞端面上施加液压压力并且从而在第一方向上移动活塞、施加通过在位置31，32和枢转点33处的滚动凸轮接触转化为动态切削力的轴向力。来自泵的液压流体通过第一流体通道18B被泵入腔室14的第一腔室区段中，在第一活塞端面16上施加液压压力，并且活塞在第一方向上移动，在突伸部件9上施加轴向力。轴向力通过枢转点33和径向尖端25B的末端10A转化为动态切削力。

图8示出了井下管道干预工具1的另一实施例的一部分，其中部件启动组件11还包括布置在第一壳体部分7中的活塞壳体17和布置在活塞腔室14内部的活塞构件15，用于在缩回位置和突伸位置之间移动突伸部件。然而，活塞构件15可在垂直于井下工具的纵向方向的方向上移动。活塞构件还能够通过如下方式在突伸部件上施加突伸力：在第一活塞端面16上施加液压压力、使活塞构件在第一方向上从工具壳体6径向向外移动。井下管道干预工具1包括锚固区段22，该锚固区段22具有可从工具壳体6延伸出的四个锚固件62，用于将工具锚固在套管2中。

井下管道干预工具1还可以包括冲程单元(未示出)，例如冲程工具，其提供第一壳体部分7的和处于突伸位置的第一部段25的沿着套管2的或金属井管结构2的纵向延伸方向的移动。冲程单元布置在锚固区段22和第一壳体部分7之间，以便使第一壳体部分7能够从锚固区段/锚固件区段22突伸。因此，当井下管道干预工具1浸入套管/金属井管结构2中，并且井下工具的锚固区段22被液压启动以相对于金属井管结构2锚固井下管道干预工具1的第一壳体部分7时，第一部段25沿着金属井管结构的周向方向和纵向延伸方向从金属井管结构2去除材料。这样，金属井管结构的一个区段被从金属井管结构去除，从而将金属井管结构的一部分研磨成不明显的小片/颗粒，从而形成或重新形成环空隔离。从金属井管结构去除的区段一直围绕金属井管结构的周向延伸，并且沿着金属井管结构的纵向延伸方向的长度可以大于0.5米，优选大于1米，甚至更优选大于5米。因此，去除套管/金属井管结构2的一个区段提供了通向围绕金属井管结构的环空的通路，用于形成或重新形成环空隔离，即环空中的区域隔离，或者水泥可以被注入到环空中，例如用于堵塞和废弃(P&A)作业，或者环状屏障可以对着该区段布置和膨胀，以在环空中提供区域隔离。

如图1所示，井下管道干预工具1是一种井下管道分离工具，其通过从套管内部研磨机加工套管来将套管2的上部部分4从套管的下部部分5分离，例如用于产生稍微倾斜的切口。

当突伸部件突伸以压靠在套管2或钻管的内表面上，并且同时经由旋转轴12而由马达驱动旋转时，研磨边缘10能够碾磨或磨削穿过套管或钻管，而不产生碎屑，而仅产生颗粒。因此，可在不使用爆炸物的情况下通过从内部切割套管来将套管的上部部分4从套管的下部部分5分离。在图9中，来自泵的流体通过与第二壳体部分8中的第二流体通道28流体连接的周向凹槽27供应。因此，来自第二流体通道28的流体分布在周向凹槽27中，使得第一流体通道在旋转时总是被供应来自泵的加压流体。周向凹槽27通过周向密封件29密封，周向密封件例如为单独的O形环或与O形环结合的滑动密封件，其用作激励器/增能器以在周向凹槽27的两侧建立密封表面。活塞构件15在活塞腔室内沿工具1的纵向方向移动，并将腔室14分成第一腔室区段26A和第二腔室区段26B。当活塞构件在第一方向上移动时，抵接与第一活塞端面16相对的第二活塞端面17B的弹簧构件40被压缩。当弹簧构件被压缩时，第二腔室区段也被压缩，并且其中的流体通过与通道28流体连接的第四通道44流出。为围绕布置在第二腔室区段26B中的活塞构件的一部分的螺旋弹簧的弹簧构件因此在第二活塞端面17B和活塞腔室14之间被压缩。活塞构件具有延伸出活塞壳体17的第一端30，并且通过具有周向凹槽31而接合突伸部件，突伸部件的第二端32延伸到周向凹槽31中。突伸部件的第二端是经倒圆的，以便能够在凹槽中旋转。突伸部件围绕枢转点33与第一壳体部分7可枢转地连接。在活塞构件的另一端即第二端34，活塞构件与轴12连接。当活塞构件在第一方向上移动时，在活塞构件的第二端34处产生空间45。该空间45通过由虚线示出的第三通道35与井筒流体流体连通。这样，活塞构件不必克服井内工具周围的压力。活塞构件的第二端34设置有两个周向密封件36，以便将活塞腔室与脏的井筒流体或井筒污染物密封隔离。当机加工操作结束时，来自泵的液压压力不再供给第一通道，并且弹簧构件沿着工具的纵向方向L在与第一方向相反的第二方向上推动活塞构件15，如图9所示。

当在横截面中观察时，该突伸部件具有研磨边缘10，当突伸部件处于其突伸位置时，研磨边缘10形成突伸部件的最外点，使得研磨边缘是突伸部件抵接套管2或钻管的内表面的第一部分。这样，套管或钻管可以从套管或钻管被内机加工或分离。当在图9的剖视图中看到时，突伸部件9因此从缩回位置移动到突伸位置，在缩回位置，突伸部件基本上平行于工具的纵向方向，如图所示，在突伸位置，突伸部件与工具的纵向方向L成角度x。因此，部段25的研磨边缘从圆形工具壳体6径向突伸出。如图9的剖视图所示，突伸部件是L形的，形成跟部50，并且围绕跟部中的枢转点33可枢转地连接。因此，突伸部件9具有带部段25的第一端18和与活塞构件配合的第二端19。在第一端和第二端之间，在枢转点，销41穿过突伸部件中的孔42。在图9中，为了说明的目的，工具被显示为仅具有一个突伸部件。然而，在另一个实施例中，该工具具有三个彼此间隔120°布置的突伸部件。活塞构件基本上同轴地布置在工具壳体中，并且具有两个周向密封件43，例如O形环。

图10示出了井下管道干预工具1的另一个实施例。类似于关于图9描述的实施例，突伸部件9与第一壳体部分7可枢转地连接，并且在第一端18中具有研磨边缘10。突伸部件9可相对于工具壳体6在缩回位置和突伸位置之间移动。

为了旋转可旋转切割头110，井下管道干预工具1包括由马达20旋转的旋转轴12。旋转轴12延伸穿过第二壳体部分8和第一壳体部分7，并且在第一壳体部分中，旋转轴为齿轮组件53提供旋转输入。为了在缩回位置和突伸位置之间移动突伸部件9，井下管道干预工具1包括突伸部件启动组件111。突伸部件启动组件111包括布置在第一壳体部分7中的活塞壳体113，并且包括活塞腔室114。活塞构件115布置在活塞腔室内，并与适于在缩回位置和突伸位置之间移动突伸部件9的启动元件55接合。活塞构件115可在工具的纵向方向上移动，并具有第一活塞端面116。来自液压泵21的液压流体通过第一流体通道118被泵入活塞腔室114，在第一活塞端面116上施加液压压力。活塞在第一方向上移动，并且活塞构件在突伸部件9上施加突伸力。当活塞构件在第一方向上移动时，抵接启动元件55的弹簧构件140被压缩。为了使突伸部件9从突伸位置(由虚线表示)缩回，终止向活塞腔室114供应液压流体，并且弹簧构件140沿着工具的纵向方向L在与第一方向相反的第二方向上推动活塞构件115。

弹簧构件140也可以布置在活塞壳体113内部，从而提供突伸部件的缩回力。当活塞构件在第一方向上移动时，弹簧构件140在活塞壳体中被压缩。为了使突伸部件从突伸位置缩回，终止向活塞腔室114供应液压流体，并且弹簧构件140沿着工具的纵向方向37在与第一方向相反的第二方向上推动活塞构件115。

在图10中，启动构件/元件55具有L形轮廓的形状，其第一端551与突伸部件9的外套筒中的凹部561接合。启动构件的第一端551是经倒圆的，以便当突伸部件向突伸位置移动时，凹部561能够围绕第一端551旋转。本领域技术人员可以设想，在不脱离本发明的情况下，可以使用各种其他原理来构造突伸部件启动组件111。启动构件可以适于仅将突伸部件从缩回位置移动到突伸位置。弹簧构件140因此可以适于直接向突伸部件提供缩回力，以将突伸部件从突伸位置移动到缩回位置。

图11示出了图1或8中所示的锚固区段的替代锚固区段22的剖视图，锚固区段用于相对于套管2锚固工具壳体6的第二壳体部分8。锚固系统/区段22包括多个锚固件221，其可以从第二壳体部分8延伸，如图11所示。每个锚固件221包括在第一枢转点230可枢转地连接的两个锚固臂222、223；第一锚固臂222在第二枢转点231处可枢转地连接到第二壳体部分8，第二锚固臂223可枢转地连接到活塞套筒224，该活塞套筒围绕旋转轴12设置在第二壳体部分8的内孔226中。活塞套筒224因此是环形活塞。活塞套筒224处于弹簧构件225的影响下，从而提供了确保所述多个锚固件221缩回的故障安全系统，以便能够在断电或发生另一故障的情况下取回工具。在图11中，锚固件221被延伸出，并且弹簧构件225被这样的活塞套筒压缩，即该活塞套筒正被在压力下供应到活塞腔室228中并从而作用在活塞套筒224的活塞端面227上的液压流体在远离突伸部件的第一方向上被推压。当液压流体的供应终止时，活塞端面227上的压力降低，并且弹簧构件在与第一方向相反的第二方向上移动活塞套筒，由此锚固件221缩回。

用于移动活塞套筒224的液压流体由独立于用于提供用于使突伸部件在缩回位置与突伸位置之间移动的液压压力的液压系统的液压系统提供。通过使用两个独立的液压系统，突伸部件和锚固件可以彼此独立地操作。例如，如果在切割操作期间出现问题，突伸部件可以缩回，而不影响工具在井中的位置。因此，工具在井中保持静止，并且突伸部件可以再次突伸以继续中断的切割过程。如果在缩回突伸部件的过程中工具没有保持静止，将很难确定开始切割的位置，并且切割过程将不得不在新的位置重新开始。当不得不重新开始时，突伸部件上的研磨边缘10或钻头可能已经被磨损得太多，以至于工具不能在新的位置切穿套管2，因此工具可能不得不从井中取回以更换突伸部件的部段，以便能够一直切穿套管。

为了确保工具不会由于动力损失或液压系统之一的故障而保持锚固在井中，锚固区段的液压系统包括计时器，用于控制向活塞腔室228的液压流体供应。当突伸部件缩回时，计时器登记/记录经过的时间。根据特定的操作参数，计时器可以被设定为在突伸部件缩回后的任何时间缩回锚固件，优选在突伸部件缩回后的15分钟至180分钟，更优选在突伸部件缩回后的30分钟至60分钟缩回锚固件。当设定的时间过去时，计时器启动控制活塞腔室228中压力的阀。当阀被启动时，活塞腔室中的压力下降，活塞构件使活塞套筒移动以缩回锚固件。阀控制器包括电池，并且如果工具的电源被切断，则阀的启动可以由电池供电。当处于突伸位置时，锚固臂222具有面向套管2的内表面的端面，该端面是锯齿状的，以提高锚固臂222与套管的内表面接合的能力。该工具包括第二泵，该第二泵用于驱动单独的液压系统以启动锚固系统。因此，活塞套筒围绕其延伸的轴可以具有流体通道，该流体通道用于供应流体来使突伸部件突伸。

本发明还涉及如图1所示的井下系统100，其包括金属井管结构和用于布置在井下系统中的上述井下管道干预工具。

“流体”或“井筒流体”是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。“气体”是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且“油”是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。

“套管”或“金属井管结构”是指井下使用的与石油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。

在该工具不是完全浸没入套管2中的情况下，井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如Well

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种井下管道干预工具(1)，其用于浸入井孔(3)中的套管(2)中并用于从该套管内选择性地去除材料，该工具在纵向方向(L)上延伸，该井下管道干预工具包括：

-具有第一壳体部分(7)和第二壳体部分(8)的工具壳体(6)；

-布置在所述第二壳体部分中的旋转单元(20)，例如电动马达；以及

-能在所述旋转单元的作用下旋转的旋转轴(12)，该旋转轴用于使与所述第一壳体部分连接并形成有研磨边缘(10)的、由研磨材料构成的至少第一部段(25)旋转，

其中所述第一部段能相对于所述工具壳体的该第一壳体部分在缩回位置和突伸位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述由研磨材料构成的至少第一部段包括金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒、氧化铝(刚玉)颗粒、碳化硅颗粒、碳化钨颗粒或陶瓷颗粒。

3.根据权利要求1所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述井下管道干预工具包括第二部段，该第二部段沿着工具的周向布置在距所述第一部段一距离(CD)处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述第一部段从基部(8A)渐缩到末端(10A)，从而形成径向尖端(25B)。

5.根据权利要求4所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述径向尖端形成有所述研磨边缘。

6.根据权利要求4或5所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述第一部段在所述缩回位置具有沿着纵向轴线的部段长度(LS)并且该第一部段具有垂直于所述纵向轴线的部段高度(H，H1，H2)，所述径向尖端具有沿所述纵向轴线的尖端长度(LT)，所述尖端长度小于所述部段长度的75％。

7.根据权利要求6所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述第一部段具有沿着工具的周向延伸的部段宽度(W)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述工具进一步包括能相对于所述工具壳体的该第一壳体部分在缩回位置和突伸位置之间移动的突伸部件(9)，该突伸部件具有第一端(18)和第二端(19)，所述第二端与所述第一壳体部分可移动地连接，并且所述第一端与所述第一部段连接，该工具还包括用于使所述突伸部件在所述缩回位置和所述突伸位置之间移动的部件启动组件(11)。

9.根据权利要求8所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述突伸部件具有连接到所述第一端的多个部段。

10.根据权利要求8或9所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述突伸部件具有部件延伸方向(LA)，所述第一部段的部段长度(LS)沿着该部件延伸方向延伸，并且所述部段高度(H)垂直于该部件延伸方向地在工具的径向方向上延伸。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述部件启动组件包括:

-布置在所述第一壳体部分中并包括活塞腔室(14)的活塞壳体(17)；以及

-布置在所述活塞腔室内的、用于在所述缩回位置和所述突伸位置之间移动所述突伸部件的活塞构件(15)，所述活塞构件能在所述井下工具的纵向方向上移动并具有第一活塞端面(16)，通过在所述第一活塞端面上施加液压压力并使活塞在第一方向上移动，能够使所述活塞构件在所述突伸部件上施加突伸力。

12.根据权利要求8或9所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述部件启动组件包括：

-布置在所述第一壳体部分中并包括活塞腔室(14)的活塞壳体(17)；以及

-布置在所述活塞腔室内的、用于在所述缩回位置和所述突伸位置之间移动所述突伸部件的活塞构件(15)，所述活塞构件能在垂直于所述井下工具的纵向方向的方向上移动并具有第一活塞端面(16)，通过在所述第一活塞端面上施加液压压力并使活塞在第一方向上移动，能够使所述活塞构件在所述突伸部件上施加突伸力。

13.根据前述权利要求中任一项所述的井下管道干预工具(1)，其中，所述井下管道干预工具是井下管道分离工具，其通过从内部研磨机加工所述套管来将所述套管的上部部分(4)从所述套管的下部部分(5)分离。

14.根据前述权利要求中任一项所述的井下管道干预工具(1)，还包括锚固区段(22)，所述锚固区段包括能从所述工具壳体伸出的至少一个锚固件(62)，用于将所述工具锚固在所述套管中。

15.根据前述权利要求中任一项所述的井下管道干预工具(1)，还包括驱动单元(59)，该驱动单元包括位于轮臂(61)上的轮子(60)，用于在井中推动所述工具前进。

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