CN1366126A - 电控释放装置 - Google Patents
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Abstract
一种缆释放设备,其包括壳体和安装在该壳体的一端的锁定件。该锁定件具有中心开口和多个延伸入壳体内的突出部件。可释放连接器安装在壳体内部。致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端。该致动件可在致动该可释放连接器之前的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动。在致动该可释放连接器之前,锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合保持就位。当该可释放连接器致动时,通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜,从而从壳体上释放该锁定件。
Description
发明背景
技术领域
本发明涉及一种用于从缆接头释放测井缆的机构。
背景技术
在油、气测井操作中，井下工具例如测井工具利用测井缆向下传送到井筒内。井下工具通常是螺纹连接在一起而形成“钻具”的管状部件。缆接头将测井缆连接于钻具。有时候，在操作过程中，该钻具可能卡在井筒内。当钻具被卡住时，通常将较大的张力施加到该钻具上，以试图使该钻具从其卡住位置脱开。这种大的张力作用到在地表面上的测井缆上，测井缆将施加的张力传递给缆接头。该缆接头又将该张力传递到钻具。能够使钻具从其卡住位置脱开的张力大小依赖于测井缆的强度，井筒的轮廓和摩擦系数，钻具在井筒内的位置，和各种其他参数，尤其是在井筒内的缆重量。
在缆接头和测井缆之间的连接通常含有“弱点”。弱点是一种设计成当施加预定大小的张力于其上时就断裂的连接。通常，弱点在张力钻具中具有最低的断裂强度。在不能施加足够的张力使钻具脱开的情况下，弱点使测井缆与缆接头分离。操作者首先利用连接于钻杆的一端的打捞工具锁定在缆接头或钻具，然后给测井缆施加张力而断开弱点，从缆接头上释放测井缆。从井筒中首先取出测井缆，然后通过取出钻杆而从井筒中拉出缆接头和钻具。
弱点通常是为最坏的情况而设计。换句话说，弱点的断裂强度必须低于测井缆可以传递的进入井筒内所需最大深度时的最小张力。否则，如果钻具在某一深度卡住，在此通过测井缆可以安全传递的张力大小低于弱点的断裂强度，那么将不能断开该弱点。弱点的强度还必须大于钻具加安全系数的重量。这些要求有时限制了钻具可以安全进入井筒内的深度。
然而，该钻具将不总是在井筒内的最大深度处被卡住。如果钻具在进入井筒的最大深度上方某一点处被卡住，那么可以传递到缆接头而不使测井缆断裂的最大张力将远大于断开弱点所需的作用力。如果这种最大张力传递到缆接头，那么弱点将在把全部可用张力用于试图脱开钻具之前断裂。
不同的钻具卡阻情况产生了对具有两种不同断裂强度的弱点的需要。在一种模式中。弱点的断裂强度大于测井缆的断裂强度，使全部能传递到缆接头的张力可以用来使钻具从其卡住位置脱开。在另一种模式中，弱点可以在任何下降深度处不超过测井缆的断裂强度而断裂。
授予Ludwig等人的美国专利US6032733公开了一种用于可释放地将测井缆连接于缆接头的锁定组件，该组件以两种模式工作。该锁定组件包括用键连接在内壳体中的锚接头。该锚接头具有大于测井缆的安全拉力的抗拉强度，其中测井缆的“安全拉力”定义为不超过测井缆的断裂强度一半的张力。锚接头具有颈部和从该颈部延伸到锚接头的本体的孔。锁定壳体螺纹连接在锚接头的颈部，且在该锁定壳体内形成腔室。锁定轴延伸穿过该室。锁定轴的一端连接于该测井缆。锁定轴具有将该室分成两个子室的扩大部分。在锁定位置，在锁定轴和锁定壳体之间形成干涉配合，上子室内装有可熔材料，而下子室的体积基本上为0。该锁定组件还包括用于加热该可熔材料的加热器。
在正常操作过程中，该锁定组件将测井缆连接于缆接头壳体上。当希望从缆接头释放测井缆时，操作者给开关电路发送指令，然后开关电路将电流导向加热器。接触锁定壳体的加热器加热锁定壳体的金属，使锁定壳体和锁定轴的扩大部分膨胀。锁定壳体具有比锁定轴的扩大部分更大的膨胀系数。因此，随着锁定壳体被加热，在锁定壳体和锁定轴的扩大部分之间产生间隙。加热的锁定壳体还使上室内的可熔材料熔化。熔化的可熔材料经锁定壳体和锁定轴的扩大部分之间形成的间隙流入下子室内。随着可熔材料流入下子室，由测井缆施加到锁定轴上的张力致使锁定轴向上移动。这样使锁定轴移动到未锁定位置。
发明内容
一方面，本发明涉及一种缆释放设备，该设备包含壳体和安装在该壳体的一端的锁定件。该锁定件具有中心开口和多个延伸入壳体内的突出部件。可释放连接器安装在壳体内部。致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端。该致动件可在致动该可释放连接器之前的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动。在致动该可释放连接器之前，锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合保持就位。当该可释放连接器致动时，通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜，从而从壳体上释放该锁定件。
在某些实施例中，这些突出部件包含用于接合壳体上的楔形内表面的楔形外表面。在某些实施例中，这些突出部件包括用于接合致动件上的楔形外表面的楔形内表面。在某些实施例中，该可释放连接器包括多个通过弹簧固定在一起的连接器部分和用于加热弹簧上的钎焊接头以便使弹簧膨胀的加热器。在某些实施例中，弹簧用来在致动件上施加作用力，以便当可释放连接器致动时使致动件沿可释放连接器的方向移动。
另一方面，本发明涉及一种缆接头，该缆接头包括接头壳体和安装在该接头壳体内部的缆释放壳体。该缆接头还包括安装在该缆释放壳体的一端处的锁定件。该锁定件具有中心开口和多个延伸入壳体内的突出部件。该缆接头还包括连接于该锁定件的缆连接器。可释放连接器安装在缆释放壳体内部，致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端。该致动件可在致动该可释放连接器之前的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动。在致动该可释放连接器之前，锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合保持就位。当该可释放连接器致动时，通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜，从而从壳体上释放该锁定件。
另一方面，本发明涉及一种测井工具，该工具包括接头壳体和设置在该接头壳体内的缆释放壳体。该缆接头还包括一安装在该缆释放壳体的一端处的锁定件。该锁定件具有中心开口和多个延伸入壳体内的突出部件。该缆接头还包括连接于该锁定件的缆连接器。可释放连接器安装在缆释放壳体内部，致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端。该致动件可在致动该可释放连接器之前的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动。在致动该可释放连接器之前，锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合保持就位。当该可释放连接器致动时，通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜。
从下面的描述和所附的权利要求中，本发明的其他方面和优点将显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的电控释放装置；
图2是图1所示的释放装置的横截面；
图3示出了位于测井仪器接头内的图1所示的释放装置；
图4示出了在井筒内悬挂在测井缆的端部的测井工具。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种用于井下缆接头，例如井下测井仪器接头的电控释放装置。该电控释放装置具有两种工作模式。在第一种工作模式中，该电控释放装置将通过测井缆施加到缆接头上的张力传递到与该缆接头相连的井下工具上，而不会使该测井缆从该缆接头上释放。在第二种工作方式中，当低张力作用到缆接头上时，该电控装置将测井缆从缆接头释放。该电控释放装置可以不管传递的加载张力而启动，从而释放该测井缆。
现在将参照附图描述本发明的各种实施例。图1示出了根据本发明的一个实施例的电控释放装置2。该释放装置2包括上壳体4和下壳体6。上壳体4例如通过螺纹连接8连接于下壳体6。O形环7在上壳体4和下壳体6之间提供密封。上壳体4设有中心开口10，且下壳体6设有中心室12。锁定件14安装在上壳体4上。该锁定件14具有锁定头16和从该锁定头16延伸的指状件18。指状件18延伸入上壳体4的中心开口10内。指状件18具有楔形表面20，该表面适于接合上壳体4的内壁的楔形表面22。O形环24在锁定头16和上壳体4之间提供密封。致动件26设于该锁定件14内的中心开口28内。该致动件26的下部分30延伸穿过上壳体4，进入下壳体6的中心室12中。该致动件26具有与指状件18的锥形表面34接合的锥形表面32。O形环35在锁定头16和致动件26之间提供密封。
剖分线轴组件36设于下壳体6的中心室12内。如图2所示，该剖分线轴组件36包括分成四块的线轴块44和置于环形结构内的电阻加热器46。线轴块44最好由耐热材料制成。金属弹簧或线圈45紧紧地缠绕在这些线轴块44和电阻加热器46上，并如图所示在钎焊接头47处钎焊定位。这样，线轴块44固定在一起。在一个实施例中，金属弹簧45由耐热导电材料制成，比如铍镍合金。正如将在下面进行进一步讨论的那样，电阻加热器46的目的是熔化该钎焊接头47，使金属弹簧45膨胀。当金属弹簧45膨胀时，线轴块44分离。
再参照图1，下壳体6包括两个分别用于容纳绝缘的馈电引线52、54的孔48、50。O形环49、51分别在下壳体6和馈电引线52、54之间提供密封。馈电引线52、54提供向电阻加热器46供电所需的电流(图2所示)。绝缘材料制成的板38布置在剖分线轴组件36和下壳体6之间。致动件26的突出部40接触该剖分线轴组件36。设于致动件26和上壳体4之间的弹簧42对致动件26施加偏置力，使该致动件26的突出部40抵靠在该剖分线轴组件36中的线轴块44上(图2中所示)。
该释放装置2具有两种工作模式。在模式一中，该释放装置传递施加到锁定件14上的张力，而指状件18没有与上壳体4分离。在模式二中，在小的张力施加到锁定件14上时，指状件18可以与上壳体4分离。在模式一中，张力负载可以通过锁定件14的表面55作用到锁定件14上。作用到锁定件14上的张力通过表面20、22传递到上壳体4上。表面20、22的楔入效应趋于使指状件18偏斜，致使压力通过表面32、34作用到致动件26上。由指状件18和致动件26在表面32、34处的界面所产生的楔入效应趋于将致动件26推靠在剖分线轴组件36上，导致在致动件26的突出部40和剖分线轴组件36之间的界面57处产生压缩载荷。该剖分线轴组件36又将压缩载荷施加给绝缘板38，而该绝缘板38又通过界面61将压缩载荷施加到下壳体6上。
下壳体6连接于上壳体4，使压缩载荷由指状件18经过表面20、22，经过表面32、34，经过致动件26和剖分线轴组件36之间的界面57，经过剖分线轴组件36和绝缘板38之间的界面59，以及经过绝缘板38和下壳体6之间的界面61而起作用。只要该压缩回路起作用，那么指状件18就不偏斜，且它们经干涉配合而相对于上壳体4保持就位。这样，张力负载可以从指状件18传递到上壳体4，而指状件18没有与上壳体4分离。然后传递到上壳体4的张力负载通过上壳体4和下壳体6之间的连接8传递到下壳体6。
在模式一中，线轴块44(图2所示)通过金属弹簧45固定在一起，且指状件18相对于上壳体4保持就位。在模式二中，在给锁定件14施加小的张力时，指状件18可以与上壳体4分离。为了将该释放装置2从模式一切换到模式2，给开关电路(未示出)发送指令，以向电阻加热器46供电(图2所示)。该开关电路(未示出)通过馈电引线52、54将电流导向电阻加热器46(图2所示)。如前所述，该电阻加热器46(图2所示)熔化金属弹簧45上的钎焊接头47，使金属弹簧45膨胀，并使线轴块44分离。当线轴块44分离后，致动件26向下运动。导致致动件26向下运动的作用力来自于弹簧45和表面20、22和32、34之间由作用到锁定件14上的张力产生的楔入效应。在这种情况下，上述的压缩回路不再作用，而施加到上壳体4上的小张力将使指状件18与上壳体4分离。一旦指状件18与上壳体4分离，锁定件14可以从释放装置2取下。
可取的是，当线轴块44分离且致动件26向下运动时由O形环密封件35形成的密封破裂。这使释放装置2被井筒内的流体淹没，在释放装置2的内部和外部之间产生压力平衡。这是必须的，因为释放装置2的内部最初为大气压，而释放装置2可能需要在高达20000psi的外界压力下分离。如果释放装置2没有压力平衡，那么保持锁定件14和上壳体4的压力将过大，以致于指状件18不能与上壳体4分离。释放装置2的淹没还提供了使致动件26向下运动的额外作用力。此外，当由释放装置2传递张力时，致动件26的表面32的楔形形状使释放装置2分离。如果表面32平行于释放装置2的轴线，那么当释放装置2传递张力时，即使线轴块44分离了，摩擦作用力将阻止致动件26移动。
图3示出了一种测井缆接头60。应当指出的是该缆接头60没有完整示出，以避免影响本发明说明。在运行中，缆接头60的下端将连接于测井工具组件(未示出)。缆接头60包括外壳62。电控释放装置2(前面在图1中示出)安装在外壳62内部。打捞颈66安装在外壳62的上端。打捞颈66具有用于接纳套管70的中心孔68。套管70的下端固定到释放装置2的锁定头16上。壳体73连接于套管70的上端。在壳体73内部的是缆索插座72，该插座具有用于接纳测井缆(未示出)的孔74。导体套筒76安装在套管70内。导体套筒76将测井缆(未示出)中的导体的端子端部连接于套管70的连接器78。连接器78又通过电线80连接于该工具的其余部分。这样，信号可以通过测井缆(未示出)传递到地表面或从地表面传入。
图4示出了在井筒82内悬挂在测井缆84的端部上的缆接头60。该测井缆84从地表面绞盘86放出。在工作过程中，来自地面绞盘86的张力向下经测井缆84传递到缆接头60。然后传递到缆接头60的张力通过缆接头60中的释放装置2传递到连接于缆接头60的测井工具组件64上(见图3)。在正常测井过程中，缆接头60中的释放装置2(见图3)处于模式一，其中它传递较高的张力而不分离。当需要时，缆接头60中的释放装置2(见图3)切换到模式二，而在其上仅施加小张力就能分离。
在模式二中，操作者首先给井下开关电路(未示出)发送指令，向电阻加热器46供电(图2所示)。电阻加热器46(图2所示)熔化金属弹簧45(图2所示)上的钎焊接头47，使线轴块44(图2所示)分离。一旦线轴块44(图2所示)分离，作用在释放装置2上的小张力将使指状件18(图2所示)与上壳体4(图1所示)分离。当指状件18(图1所示)与上壳体4(图1所示)分离后，锁定件14(图1所示)和连接于锁定件14的其他部件，例如接纳套筒70可以从该缆接头60上释放，而拉回地面。缆接头60的其他部分和测井工具组件64可以利用打捞工具(未示出)从井筒82拉出。
本发明的优点在于提供了一种电控的弱点，该弱点将不考虑正在传递的张力而脱开。该释放装置以两种模式之一工作。在模式一中，该释放装置在传递张力时将不分离。在这种模式中，弱点是测井缆。在模式二中，该释放装置将在施加有小张力时释放。该释放装置将分离而不考虑正传递的张力。该释放装置可位于缆接头内，如图3所示，或者通常在任一缆接头内。
虽然本发明已经相对于有限的实施例进行了描述，但那些本领域的技术人员在本文内容帮助下将认识到可以作出其他的实施例，而没有脱离如在此所述的本发明的范围。因此，本发明的范围应当仅由所附的权利要求书来限定。
Claims (29)
1.一种缆释放设备，其包括：
壳体；
安装在该壳体的一端处的锁定件，该锁定件具有中心开口和多个延伸入壳体内的突出部件；
安装在壳体内部的可释放连接器；以及
设于该壳体内的致动件，该致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端，该致动件可在致动该可释放连接器之前的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动；
其中在致动该可释放连接器之前，锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合而保持就位，当将该可释放连接器致动后，通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜，从而从壳体上释放该锁定件。
2.如权利要求1所述的缆释放设备，其特征在于，这些突出部件包括用于接合壳体上的楔形内表面的楔形外表面。
3.如权利要求1所述的缆释放设备，其特征在于，这些突出部件包括用于接合致动件上的楔形外表面的楔形内表面。
4.如权利要求1所述的缆释放设备，其特征在于，该可释放连接器包括多个通过弹簧固定在一起的连接器部分
5.如权利要求4所述的缆释放设备，其特征在于，该可释放连接器包括用于熔化弹簧上的钎焊接头以便使弹簧膨胀的电加热器。
6.如权利要求1所述的缆释放设备，其特征在于，其还包括弹簧，该弹簧用来给致动件施加作用力，以便当可释放连接器致动时使致动件沿可释放连接器的方向移动。
7.如权利要求1所述的缆释放设备，其特征在于，其还包括用于在致动件和锁定件之间密封的密封件。
8.如权利要求7所述的缆释放设备，其特征在于，在该致动件和锁定件之间的密封件构形成当致动件从第一位置移动到第二位置时断裂，从而当可释放连接器致动时使壳体的内部暴露于外部压力。
9.如权利要求1所述的缆释放设备，其特征在于，其还包括用于在锁定件和壳体之间密封的密封件。
10.一种缆释放设备，其包括：
壳体；
安装在该壳体的一端处的锁定件，该锁定件具有中心开口和多个延伸入壳体内的突出部件；
安装在壳体内部的可释放连接器，该可释放连接器包含多个由弹簧固定在一起的连接器部分；以及
设于该壳体内的致动件，该致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端，该致动件可在致动该可释放连接器之前的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动；
其中在致动该可释放连接器之前，锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合保持就位，当使该可释放连接器致动后，通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜，从而从壳体上释放该锁定件。
11.如权利要求10所述的缆释放设备，其特征在于，该可释放连接器还包括用于熔化弹簧上的钎焊接头以便使弹簧膨胀的电加热器。
12.一种缆接头，其包括：
接头壳体；
设于该接头壳体内的缆释放壳体；
安装在该缆释放壳体的一端处的锁定件，该锁定件具有中心开口和多个延伸入缆释放壳体内的突出部件；
连接于锁定件的缆连接器；
安装在缆释放壳体内部的可释放连接器；以及
设于该缆释放壳体内的致动件，该致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端，该致动件可在不致动该可释放连接器的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动；
其中，在致动该可释放连接器之前，锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合保持就位，当该可释放连接器致动时，通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜，从而从壳体上释放该锁定件。
13.如权利要求12所述的缆接头，其特征在于，这些突出部件包括用于接合缆释放壳体上的楔形内表面的楔形外表面。
14.如权利要求12所述的缆接头，其特征在于，这些突出部件包括用于接合致动件上的楔形外表面的楔形内表面。
15.如权利要求12所述的缆接头，其特征在于，该可释放连接器包括多个通过弹簧固定在一起的连接器部分
16.如权利要求15所述的缆接头，其特征在于，该可释放连接器包括用于加热弹簧上的钎焊接头以便使弹簧膨胀的电加热器。
17.如权利要求12所述的缆接头，其特征在于，其还包括弹簧，该弹簧用于给致动件施加作用力，以便当可释放连接器致动时使致动件沿可释放连接器的方向移动。
18.如权利要求12所述的缆接头，其特征在于，其还包括用于在致动件和锁定件之间密封的密封件。
19.如权利要求18所述的缆接头，其特征在于，在该致动件和锁定件之间的密封件构形成当致动件从第一位置移动到第二位置时断裂，从而当可释放连接器致动时使壳体的内部暴露于外部压力。
20.如权利要求12所述的缆接头，其特征在于，其还包括用于在锁定件和壳体之间密封的密封件。
21.一种测井工具，其包括：
接头壳体；
设于该接头壳体内的缆释放壳体；
安装在该缆释放壳体的一端处的锁定件，该锁定件具有中心开口和多个延伸入缆释放壳体内的突出部件；
连接于锁定件的缆连接器；
安装在缆释放壳体内部的可释放连接器；
设于该缆释放壳体内的致动件，该致动件具有设于锁定件的中心开口内的一端和接触该可释放连接器的另一端，该致动件可在不致动该可释放连接器的第一位置和致动该可释放连接器时的第二位置之间移动；以及
连接于该接头壳体和缆释放壳体的井下工具；
其中，在致动该可释放连接器之前，锁定件通过突出部件和壳体之间的干涉配合保持就位，当该可释放连接器致动时，通过给锁定件施加张力而使突出部件偏斜，从而从壳体上释放该锁定件。
22.如权利要求21所述的测井工具，其特征在于，这些突出部件包括用于接合缆释放壳体上的楔形内表面的楔形外表面。
23.如权利要求21所述的测井工具，其特征在于，这些突出部件包括用于接合致动件上的楔形外表面的楔形内表面。
24.如权利要求21所述的测井工具，其特征在于，该可释放连接器包括多个通过弹簧固定在一起的连接器部分
25.如权利要求24所述的测井工具，其特征在于，该可释放连接器包括用于熔化弹簧上的钎焊接头以便使弹簧膨胀的电加热器。
26.如权利要求21所述的测井工具，其特征在于，其还包括弹簧，该弹簧用于给致动件施加作用力，以便当可释放连接器致动时使致动件沿可释放连接器的方向移动。
27.如权利要求21所述的测井工具，其特征在于，其还包括用于在致动件和锁定件之间密封的密封件。
28.如权利要求27所述的测井工具，其特征在于，在该致动件和锁定件之间的密封件构形成当致动件从第一位置移动到第二位置时断裂，从而当可释放连接器致动时使壳体的内部暴露于外部压力。
29.如权利要求21所述的测井工具，其特征在于，其还包括用于在锁定件和壳体之间密封的密封件。
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