井下工具的液压控制制造技术

一种工具控制机构被配置为通过钻井液的液压作用启动和停止钻柱工具。所述工具控制机构能在启动模式与停止模式之间切换。在所述启动模式中，液压启动器缸联接到工具开关构件，以响应于高于阈值的钻井液条件而在启动方向上驱动所述开关构件。在所述停止模式中，停止器缸联接到所述工具开关构件，以在出现高于阈值的钻井液条件时在与所述启动方向相反的停止方向上驱动所述开关构件。所述工具控制机构能通过操作员控制的钻井液压力变化而在所述启动模式与所述停止模式之间切换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请总体涉及钻探操作中的井下工具，并且涉及操作井下工具的方法。一些实施方案更具体地涉及用于控制井下工具的操作的钻井液启动的控制系统、设备、机构和方法。本公开还涉及通过控制由钻柱传送的钻井液(例如钻井泥浆)的井下压力条件实现的井下扩孔器展开控制。
技术介绍
用于碳氢化合物(油和天然气)开采的以及用于其他目的的钻孔通常利用钻柱进行钻探，所述钻柱包括具有钻探组件的管状构件(也称为钻杆)，所述钻探组件包括附接到其底端的钻头。钻头旋转以剪切岩石地层的材料或使其破裂来钻探井眼。钻柱通常包括在操作时位于井下并且因此在钻探操作期间需要远程启动和停止的工具或其他装置。此类工具和装置包括例如扩孔器、稳定器或用于使钻头转向的施力构件。机电控制系统(例如)在此类钻探环境中通常是不可靠的。通过钻柱中的流体压力远程控制井下工具启动通常仅允许有限数量的启动/停止循环(在此之后控制系统需重置)，同时在一些系统中导致有效钻柱直径减小。例如，一些扩孔器启动设备利用落球机构，所述落球机构允许单个启动循环，在此之后需要重置控制系统。使用钻井液(例如，循环到钻柱下方并且沿钻孔环空反升的泥浆)作为展开机构可能引入无意的工具启动或停止的风险。附图说明一些实施方案在附图的各图中以示例性而非限制性的方式示出，在附图中：图1描绘根据示例性实施方案的包括钻探工具组件的钻探设施的示意性正视图，所述钻探工具组件包括井下工具和钻井液可操作控制机构，所述钻井液可操作控制机构用于选择性的液压致动工具启动和液压致动工具停止。图2描绘根据示例性实施方案的包括扩孔器和控制器的扩孔器组件的三维视图，所述控制器被配置用于选择性的液压致动工具启动和停止。图3是根据示例性实施方案的用于井下工具的控制器组件的部分示意性三维视图，出于说明性目的，图3中省略控制器组件的壳体以暴露示例性控制器组件的内部部件。图4A和图4B是根据示例性实施方案的用于井下工具的控制器组件的侧视图，出于说明性目的，图4A中省略控制器组件的壳体，而图4B则示出包括其壳体的控制器组件的截面侧视图。图5A和图5B分别是形成与图4A的示例性控制器组件类似或相似的控制器组件的部分的液压缸(hydraulicram)的三维视图，图5A中示出所述液压缸处于联接状态，并且图5B中示出其处于脱离联接状态。图6A-6H分别是根据示例性实施方案的用于井下工具的控制器组件的部分截面侧视图，其中为了清楚说明而省略控制器组件的壳体。图7是示出操作员控制的井下钻井液条件的变化的示例性表示的示意性曲线图，操作员控制井下钻井液条件的变化以控制与图6A-6H的示例性实施方案类似或相似的工具控制器组件。具体实施方式以下详述参照附图来描述本公开的示例性实施方案，所述示例性实施方案描绘示出如何可实践本公开的实例的各种细节。本讨论参照这些附图提出新颖方法、系统和设备的各种实例，并且足够详细地描述所描绘实施方案，以使得本领域的技术人员能够实践所公开的主题。除本文所讨论的说明性实例之外的许多实施方案可用于实践这些技术。在不脱离本公开的范围的情况下，除本文明确讨论的替代方案之外可以做出结构上和操作上的改变。在本说明书中，对本说明书中“一个实施方案”或“实施方案”或“一个实例”或“实例”的参考并不旨在一定是指同一个实施方案或实例；然而，这类实施方案并不相互排斥，除非这样说明或如受益于本公开的本领域的普通技术人员将显而易见的。因此，本专利技术可包括本文所述的实施方案和实例的多种组合和/或综合，以及如限定在基于本公开的所有权利要求和此类权利要求的所有法律等效物的范围内的其他实施方案和实例。本公开的一方面描述一种井下工具控制机构，其被配置为通过钻井液的液压作用来启动井下工具并且通过钻井液的液压作用来停止井下工具，所述控制机构可通过操作员对钻井液条件的控制而在启动模式与停止模式之间切换。这种液压驱动的停止利用停止机构提供启动和停止的可重复循环，所述停止机构展现出比现有停止机构优越的可靠性和可控制性，其中工具停止是通过偏置机构(例如像压缩弹簧)来实现。所述控制机构可以是被动机械系统，其被配置成使得所述控制机构响应于压力差变化的功能操作基本上排他性地是机械的，包括例如一个或多个液压致动机构、弹簧偏置机构和凸轮机构)。在这种情况下，至少所述控制机构的提供所公开的功能性的那些部分可操作，而没有来自任何基本上非机械部件(例如，电气部件、机电部件或电子部件)的贡献。图1是用于通过操作员对钻井液(例如，钻井泥浆)的压力条件的控制来控制井下工具的液压致动启动和液压致动停止的系统的示例性实施方案的示意图。钻探设施100包括地下钻孔104，钻柱108位于地下钻孔104中。钻柱108可包括从紧固在井口处的钻探平台112悬垂地连结的钻杆区段。在钻柱108底端处的井下组件或井底组件(BHA)151可包括钻头116，其用于使地层破裂，从而导引钻孔104；并且还可包括一个或多个扩孔器组件118，其位于钻头116的井孔，用于通过可选择性展开的切削元件的操作来加宽钻孔104。BHA151中可包括测量和控制组件120，所述BHA151还包括用于测量钻孔参数、钻探性能等的测量仪器。因此，钻孔104是基本上圆柱形的细长空腔，其具有沿钻孔104的长度几乎保持不变的基本上圆形横截面轮廓。钻孔104在一些情况下可以是直线形的，但通常沿其长度可包括一个或多个弯曲、弯折、转折或角度。如参考钻孔104和其中的部件所使用的，钻孔104(并且因此钻柱108或其一部分)的“轴线”是指圆柱形钻孔104的纵向延伸的中心线(对应于例如图3中的纵向轴线348)。因此，“轴向”和“纵向”是指沿在所讨论的钻孔104的相关点或部分处与钻孔104的纵长方向基本上平行的线的方向；“径向”是指基本上沿与钻孔轴线相交且位于垂直于钻孔轴线的平面中的线的方向；“切向”是指基本上沿与钻孔轴线不相交且位于垂直于钻孔轴线的平面中的线的方向；并且“周向”或“旋转”是指由切向矢量围绕钻孔轴线的旋转所描述的基本上弧形或圆形的路径。“旋转”及其派生词不仅是指360°或更大的连续或重复的旋转，而且包括小于360°的角位移或周向位移。如本文所使用的，“向前”或“井下”(以及相关术语)的移动或位置是指朝向钻头116、远离地表的轴向移动或相对轴向位置。相反地，“后向”、“向后”或“向井上”是指轴向地沿钻孔104、远离钻头116并且朝向地表的移动或相对位置。应注意，在附图的图2、3、4、6和7中，钻柱108的井下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被配置用于在包括钻柱工具的钻柱中使用的组件，所述钻柱具有用于输送钻井液的内部孔，所述组件包括：细长壳体，其被配置用于结合在所述钻柱中；开关构件，其能移位地安装在所述壳体上，并且被配置用于连接到所述钻柱工具，以分别响应于所述开关构件在启动方向上和相反的停止方向上的驱动移动而使所述钻柱工具在启动状态与停止状态之间切换；一对液压缸，其安装在所述壳体上，并且被配置用于响应于所述壳体处高于阈值的钻井液条件而分别在所述启动方向上和所述停止方向上进行反向移动，使得所述一对液压缸包括启动器缸和停止器缸；以及联接机构，其被配置用于在启动模式与停止模式之间进行操作员控制的选择性切换，在所述启动模式中，所述开关构件与所述停止器缸脱离联接，并且在所述启动模式中，所述启动器缸被配置用于在所述启动方向上与所述开关构件进行联接移动，以通过在所述启动方向上驱动所述开关构件来将所述钻柱工具切换到所述启动状态，在所述停止模式中，所述开关构件与所述启动器缸脱离联接，并且在所述停止模式中，所述停止器缸被配置用于在所述停止方向上与所述开关构件进行联接移动，以通过在所述停止方向上驱动所述开关构件来将所述钻柱工具切换到所述停止状态。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种被配置用于在包括钻柱工具的钻柱中使用的组件，所述钻柱具有用于输送钻井
液的内部孔，所述组件包括：
细长壳体，其被配置用于结合在所述钻柱中；
开关构件，其能移位地安装在所述壳体上，并且被配置用于连接到所述钻柱工具，以分
别响应于所述开关构件在启动方向上和相反的停止方向上的驱动移动而使所述钻柱工具
在启动状态与停止状态之间切换；
一对液压缸，其安装在所述壳体上，并且被配置用于响应于所述壳体处高于阈值的钻
井液条件而分别在所述启动方向上和所述停止方向上进行反向移动，使得所述一对液压缸
包括启动器缸和停止器缸；以及
联接机构，其被配置用于在启动模式与停止模式之间进行操作员控制的选择性切换，
在所述启动模式中，所述开关构件与所述停止器缸脱离联接，并且在所述启动模式中，
所述启动器缸被配置用于在所述启动方向上与所述开关构件进行联接移动，以通过在所述
启动方向上驱动所述开关构件来将所述钻柱工具切换到所述启动状态，
在所述停止模式中，所述开关构件与所述启动器缸脱离联接，并且在所述停止模式中，
所述停止器缸被配置用于在所述停止方向上与所述开关构件进行联接移动，以通过在所述
停止方向上驱动所述开关构件来将所述钻柱工具切换到所述停止状态。
2.如权利要求1所述的组件，其中在所述启动方向上的移动包括纵向移动，并且其中所
述一对液压缸和所述开关构件共轴对准，所述开关构件的至少一部分纵向地位于所述一对
液压缸之间，所述一对液压缸被配置用于响应于所述高于阈值的钻井液条件而朝向彼此共
轴移动并且至少部分地与所述开关构件纵向重叠，所述联接机构包括用于所述一对液压缸
的一对相应抓扣装置，每个抓扣装置能在非操作态与操作态之间操作，
在所述非操作态中，所述抓扣装置被配置为允许其相对轴向移动到所述开关构件和相
关联液压缸的重叠部分中，
在所述操作态中，所述抓扣装置被配置为在所述液压缸朝向彼此移动期间中止所述开
关构件与所述相关联液压缸之间的相对轴向移动，以通过防止所述抓扣装置移动到所述开
关构件和所述相关联液压缸的所述重叠部分中来将所述开关构件联接到所述相关联液压
缸。
3.如权利要求2所述的组件，其中所述联接机构还包括选择器，其能移位地安装在所述
壳体中，并且被配置用于相对于所述壳体选择性移位，以将所述抓扣装置中的一个设置成
处于所述操作态并且同时将所述抓扣装置中的另一个设置成处于所述非操作态，并且反之
亦然，从而使所述联接机构在所述启动模式与所述停止模式之间切换。
4.如权利要求3所述的组件，其中所述选择器纵向延伸并且与所述一对液压缸共轴，所
述选择器还包括抓扣选择构造，所述抓扣选择构造被配置为当所述抓扣选择构造与相应抓
扣装置配准时，将所述相应抓扣装置设置成处于所述操作态和所述非操作态中的一个，当
所述抓扣选择构造不与所述相应抓扣装置配准时，所述相应抓扣装置处于所述操作态和所
述非操作态中的另一个。
5.如权利要求4所述的组件，其中每个抓扣装置包括能偏转凸耳，其从所述相应液压缸
径向突出并且与所述开关构件径向重叠，所述选择器与所述一对液压缸共轴布置，并且被
配置为抵抗所述凸耳中的一个的径向偏转，同时通过将呈所述选择器中的空腔形式的所述
抓扣选择构造定位成与所述凸耳中的另一个配准来允许所述凸耳中的所述另一个径向偏
转。
6.如权利要求4所述的组件，其中所述一对抓扣装置彼此周向不对准，所述抓扣选择构
造具有有限周向长度，并且其中所述选择器被配置用于进行转位式旋转以使得所述抓扣选
择构造与所述抓扣装置中所选择的一个周向对准。
7.如权利要求6所述的组件，其还包括旋转转位机构，所述旋转转位机构被配置为响应
于所述壳体处出现预定模式切换钻井液条件而使所述选择器旋转一定转位角度，从而移动
所述抓扣选择构造以与所述抓扣装置中的一个周向失准并且与另一个抓扣装置周向对准。
8.如权利要求7所述的组件，其中所述选择器被配置用于响应于所述高于阈值的钻井
液条件而经液压致动移动，以脱离与所述旋转转位机构的接合，所述旋转转位机构被配置
用于响应于所述模式切换钻井液条件而经液压致动旋转所述转位角度，并且其中所述选择
器被配置用于响应于所述选择器随后轴向移位，以与所述旋转转位机构接合而自动地将所
述旋转转位机构的转位式旋转传输到所述选择器。
9.如权利要求8所述的组件，其还包括选择器偏置机构，其被配置为推动所述选择器轴
向移动以与所述旋转转位机构接合。
10.如权利要求2所述的组件，其中所述开关构件包括中空套筒，所述相应液压缸的至
少一部分能在所述中空套筒内共轴地滑动，每个抓扣装置包括凸耳，所述凸耳在所述相关
联液压缸与所述开关构件之间径向突出，以在所述操作态中抵抗所述凸耳相对移动到所述
开关构件和所述相关联液压缸的所述重叠部分中，所述凸耳被配置用于在其处于所述非操
作态时径向缩回。
11.如权利要求1所述的组件，其还包括所述钻柱工具，所述钻柱工具联接到所述开关
构件，以通过所述开关构件的驱动轴向移位来使所述钻柱工具在所述启动状态与所述停止
状态之间切换。
12.如权利要求11所述的组件，其中所述钻柱工具包括扩孔器。
13.一种钻探设施，其包括：
细长钻柱，其沿钻孔纵向延伸，所述钻柱具有限定纵向延伸孔的壳体，所述纵向延伸孔
被配置为在压力下输送钻井液；
钻柱工具，其形成所述钻柱的一部分，并且被配置为能在启动状态与停止状态之间进
行设置；
控制机构，其联接到所述钻柱工具，并且被配置为允许通过控制钻井液压力状态来对
所述钻柱工具进行操作员控制的切换，所述控制机构包括：
开关构件，其能移位地安装在所述壳体上，并且被配置为分别响应于所述开关构件在
启动方向上和相反的停止方向上的驱动纵向移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·马格仁，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US