用于在钻井孔中将工具对中的控制系统和方法技术方案

一种用于在钻井孔中使用的自对中工具，包括对中机构、偏压机构以及释放机构。对中机构包括配置成从第一位置向第二位置移动的至少一个臂。所述臂在其出于第二位置时将工具的中线朝向钻井孔的中线推进。偏压机构接合至对中机构并且将所述臂从其第一位置向其第二位置推进。释放机构为机电致动的。在其锁定位置，释放机构防止所述臂朝向其第二位置移动，而在其释放位置时，所述臂能够朝向其第二位置移动。释放机构为分裂线轴类型的机构。包括一个或多个传感器的控制系统控制释放机构的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本国际专利申请要求于2014年4月9日提交的题为“用于在钻井孔中将工具对中的控制系统和方法”的美国非临时专利申请No.14/249,209的优先权权益，该专利申请在2014年11月25日作为美国专利No.8,893,808进行公开，而该公开专利则是于2014年4月9日提交的题为“自对中井下工具”的美国非临时专利申请No.14/249,092的分案申请并且要求其优先权权益。通过引证将每个专利申请的全部内容结合于本文中。
本专利技术涉及用于在钻井孔中使用的工具，钻井孔特别是用于水、油、气、其他自然资源、处理井和公共管道而钻取的钻井孔。特别地，所公开的工具提供这样的结构，该结构检测到工具在钻井孔中变得卡住或者丢失(即与表面脱离)并且将工具在钻井孔内重新定位以提高重新获得工具的可能性。
技术介绍
在钻井孔的构建过程中或者在钻井孔完成之后，存在在钻井孔中使用的多种类型的工具。无论工具的类型，总是存在这样的风险，即，无论钻井孔是加套的或者开放的孔，工具都会在钻井孔中变得卡住或者丢失/与表面脱离。当工具在井下卡住或者丢失时，则随手的钻井孔操作会受到影响，从而需要花费时间和金钱来补救。因此，期望的是尽可能合宜地取回工具。先前，这些工具包括打捞或锁定头，其允许打捞工具或打捞筒安置并锁定在打捞头上。一旦锁定，则可通过缆绳或其他类似方法(工具在初始时通过所述缆绳或其他类似方法被传送到钻井孔中)将打捞筒和接合的工具取回。然而，新的钻井孔钻取和构件技术使得使用打捞筒来取回工具变得更加具有挑战性。例如，现在许多井都是定向钻取的并且可具有非常高的倾斜度。在这些情况下，由于作用在工具上的重力的原因，工具可搁置在钻井孔的底部或下侧。由于工具的精确位置很可能是不可知的，因此通常非常难以使得打捞筒到达并锁定在打捞头。先前解决该问题所做的努力采用各种对中器和机构。然而，通常这些努力依赖于对中器的控制和致动的粗略衡量。例如，美国专利No.3,087,552公开了酸溶性材料的使用，其在存在酸的情况下降解以触发对中器。这种系统导致在给定时间段之后对中器的最终调用，然而精确的时间是不可预测的，因为其依据酸的浓度、待溶解材料的可变性能等而变化。另外，酸必须在工具周围作为“丸片”或“弹丸(slug)”保持就位必要长的时间。为此就要求流体不能流动，无论是在钻井管道中或加套时在工具周围的抑或是在生产操作过程中产生的流体。使流体流在工具周围停止潜在地增大成本(特别是在必须关井/压井的情况下)以及增大钻井孔稳定性的风险以及使工具卡住的风险。此外，这些系统对对中器是否真正需要调用是不敏感的。调用的对中器可导致多种问题，包括增大使工具卡住的风险，所以对中器的调用不应当掉以轻心。因此，需要这样的工具，该工具可靠地使对中器机构致动，对中器会更加有利地将工具定位在钻井孔内，以便提高其被取回的可能性。还需要这样的工具，该工具包括对中器，该对中器能够在设定条件下致动，当满足特定参数时，无论使工具致动的指令来自表面或者是由工具确定。
技术实现思路
一种用于在钻井孔中使用的工具，包括具有壳体中线的壳体、外表面以及与外表面间隔开的内表面。壳体包括从内表面向外表面延伸的至少一个开口。该工具包括对中机构，该对中机构包括配置成至少部分地接收在开口内的至少一个臂。该臂包括第一位置和第二位置。偏压机构接合至对中机构并且配置成施加第一力，该第一力将对中结构更确切地将臂从其第一位置向第二位置推进。释放机构接合至对中机构。释放机构从(a)锁定位置机电致动到(b)释放位置，在锁定位置中，释放机构配置成施加抵抗第一力的第二力以使得臂至少保持在第一位置中，而在释放位置中，释放机构不施加第二力，从而允许偏压机构将臂向第一位置推进。在用于在钻井孔中使用的工具的另一实施例中，工具包括带有壳体中线的壳体、外表面以及与外表面间隔开的内表面。对中机构包括具有第一位置和第二位置的上行进头、以及具有第一端部和与所述第一端部间隔开的第二端部的至少一个臂。臂的第一端部枢转地连接至上行进头，使得当上行进头处于第一位置中时，第一端部和第二端部邻近壳体中线。当上行进头处于第二位置时，臂的第一端部邻近壳体中线，而第二端部定位成径向远离壳体中线。偏压机构包括接合至上行进头的第一端部以及与第一端部间隔开的第二端部。偏压机构的第二端部相对于壳体的内表面固定。偏压元件接合至偏压机构的第一端部和第二端部。释放机构接合至对中机构的上行进头。释放机构从锁定位置机电致动到释放位置，在锁定位置中，释放机构将上行进头位置在其第一位置中，在释放位置中，释放机构释放上行进头，从而允许偏压元件将上行进头向其第二位置推进。在用于在钻井孔中使用的工具的另一实施例中，工具包括具有上行进头的对中机构、以及具有第一端部和与所述第一端部间隔开的第二端部的至少一个臂。臂的第一端部枢转地连接至上行进头。释放机构包括接合至上行进头的第一端部以及与第一端部间隔开的第二端部。偏压机构的第二端部相对于壳体的内表面固定。偏压元件接合至偏压机构的第一端部和第二端部。联轴节(union)包括第二杆以及接合至上行进头的第一杆。当机电释放机构处于锁定位置时，机电释放机构抓持第二杆，而当机电释放机构处于释放位置时，释放第二杆。可选地，释放机构的实施例包括分裂线轴(split-spool)。偏压元件的实施例包括呈现出线性力/距离关系的偏压元件。偏压元件的其他实施例包括弹簧和线性致动器中的至少一者。还公开了用于工具的控制系统的实施例。除了所讨论的工具的各种实施例之外，控制系统包括定位在工具上的第一传感器，该第一传感器检测第一参数并且产生反映出第一参数的第一信号。可选地，控制系统包括至少第二传感器，该第二传感器检测至少第二参数并且产生反映出第二参数的第二信号。记忆存储装置存储操作程序，该操作程序配置成根据第一信号和第二信号中的至少一者来计算致动信号。控制器配置成接收来自第一传感器的第一信号和来自第二传感器的第二信号中的至少一者、使操作程序运行、以及将致动信号传输给释放机构以使释放机构从锁定位置转变到释放位置。至少一个电源对第一传感器、第二传感器、记忆存储装置以及控制器中的至少一者提供能量。控制系统的另一实施例配置成计算致动信号，该致动信号用于使位于钻井孔中的工具的部件致动。第一传感器检测第一参数并且产生反映出第一参数的第一信号。至少第二传感器检测至少第二参数并且产生反映出第二参数的第二信号。记忆存储装置存储操作程序，该操作程序根据第一信号和第二信号中的至少一者来计算致动信号。控制器配置成接收来自第一传感器的第一信号和来自第二传感器的第二信号中的至少一者、使操作程序运行、以及将致动信号传输给部件。可选地，控制系统通过致动信号致动的部件是释放机构。还公开了操作程序的实施例，操作程序用以根据反映出所检测第一参数且由第一传感器产生的第一信号以及反映出所检测第二参数且由第二传感器产生的第二信号中的至少一者来计算致动信号。致动信号用于使位于钻井孔中的工具的部件致动。操作程序部分地包括记忆存储装置，记忆存储装置用以存储操作程序以及在第一时间和随后时间存储第一信号和第二信号中的至少一者。控制器配置成接收来自第一传感器的第一信号和来自第二传感器的第二信号中的至少一者、使操作程序运行、以及将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对中机构的控制系统，配置成使工具的壳体中线朝向所述工具定位于其中的钻井孔的中线移动，所述工具包括壳体、外表面以及与所述外表面间隔开的内表面，所述钻井孔包括钻井孔壁和钻井孔直径，所述钻井孔直径在所述中线上对中并且以远离所述中线的方式径向延伸，所述控制系统包括：对中机构，包括：上行进头，具有第一位置和第二位置；至少一个臂，具有第一端部以及与所述第一端部间隔开的第二端部，所述第一端部枢转地连接至所述上行进头，使得当所述上行进头处于所述第一位置时，所述第一端部和所述第二端部邻近所述壳体中线，并且当所述上行进头处于所述第二位置时，所述第一端部邻近所述壳体中线，而所述第二端部以远离所述壳体中线的方式径向定位；偏压机构，包括：第一端部，接合至所述上行进头；第二端部，与所述第一端部间隔开，所述第二端部相对于所述内表面是固定的；偏压元件，接合至所述偏压机构的所述第一端部和所述第二端部；以及释放机构，接合至所述上行进头，所述释放机构机电地从锁定位置致动到释放位置，在所述锁定位置中，所述释放机构将所述上行进头维持在所述第一位置，在所述释放位置中，所述释放机构释放所述上行进头，从而允许所述偏压元件将所述上行进头朝向所述第二位置推进；位于所述工具上的第一传感器，所述第一传感器检测第一参数并且产生反映出所述第一参数的第一信号；至少第二传感器，所述第二传感器检测至少第二参数并且产生反映出所述第二参数的第二信号；用以存储操作程序的记忆存储装置，所述操作程序配置成根据所述第一信号和所述第二信号中的至少一者来计算致动信号；控制器，配置成接收来自所述第一传感器的所述第一信号以及来自所述第二传感器的所述第二信号中的至少一者、运行所述操作程序、以及将所述致动信号传输给所述释放机构从而使所述释放机构从锁定位置转变到释放位置；以及至少一个电源，所述至少一个电源对所述第一传感器、所述第二传感器、所述记忆存储装置以及所述控制器中的至少一者提供功率。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.09 US 14/249,209;2014.04.09 US 14/249,0921.一种用于对中机构的控制系统，配置成使工具的壳体中线朝向所述工具定位于其中的钻井孔的中线移动，所述工具包括壳体、外表面以及与所述外表面间隔开的内表面，所述钻井孔包括钻井孔壁和钻井孔直径，所述钻井孔直径在所述中线上对中并且以远离所述中线的方式径向延伸，所述控制系统包括：对中机构，包括：上行进头，具有第一位置和第二位置；至少一个臂，具有第一端部以及与所述第一端部间隔开的第二端部，所述第一端部枢转地连接至所述上行进头，使得当所述上行进头处于所述第一位置时，所述第一端部和所述第二端部邻近所述壳体中线，并且当所述上行进头处于所述第二位置时，所述第一端部邻近所述壳体中线，而所述第二端部以远离所述壳体中线的方式径向定位；偏压机构，包括：第一端部，接合至所述上行进头；第二端部，与所述第一端部间隔开，所述第二端部相对于所述内表面是固定的；偏压元件，接合至所述偏压机构的所述第一端部和所述第二端部；以及释放机构，接合至所述上行进头，所述释放机构机电地从锁定位置致动到释放位置，在所述锁定位置中，所述释放机构将所述上行进头维持在所述第一位置，在所述释放位置中，所述释放机构释放所述上行进头，从而允许所述偏压元件将所述上行进头朝向所述第二位置推进；位于所述工具上的第一传感器，所述第一传感器检测第一参数并且产生反映出所述第一参数的第一信号；至少第二传感器，所述第二传感器检测至少第二参数并且产生反映出所述第二参数的第二信号；用以存储操作程序的记忆存储装置，所述操作程序配置成根据所述第一信号和所述第二信号中的至少一者来计算致动信号；控制器，配置成接收来自所述第一传感器的所述第一信号以及来自所述第二传感器的所述第二信号中的至少一者、运行所述操作程序、以及将所述致动信号传输给所述释放机构从而使所述释放机构从锁定位置转变到释放位置；以及至少一个电源，所述至少一个电源对所述第一传感器、所述第二传感器、所述记忆存储装置以及所述控制器中的至少一者提供功率。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一传感器和所述至少第二传感器中的至少一者位于所述控制器上。3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一传感器和所述至少第二传感器中的至少一者选自由连续性传感器、电阻率传感器、功率传感器、振动传感器、加速度计、压力传感器、声学传感器、电磁传感器、伽马射线传感器、中子传感器、磁力计、温度传感器以及流量传感器组成的组。4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述记忆存储装置在第一时间和随后时间存储所述第一信号和所述第二信号中的至少一者，并且所述操作程序根据所述第一信号和所述第二信号中的至少一者在第一时间和随后时间的差异来计算所述致...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡里·A·瓦莱里奥，
申请(专利权)人：油田打捞解决方案有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US