井下壓力補(bǔ)償裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于與井下工具結(jié)合使用的井下壓力補(bǔ)償裝置，該井下壓力補(bǔ)償裝置包括：殼體，其具有腔室和內(nèi)部中空區(qū)段；第一活塞，其將所述腔室分隔成第一區(qū)段和第二區(qū)段，所述第一區(qū)段與第一流體端口流體連通，所述第二區(qū)段經(jīng)第二流體端口與井眼流體連通；以及第一彈簧，其配置在所述第二區(qū)段內(nèi)，以在所述第一活塞上施加壓力，從而能夠保持所述第一區(qū)段中的過壓。此外，所述裝置還包括：第二活塞；配置在所述第一活塞與所述第二活塞之間的第二彈簧；以及布置在所述第一或第二活塞中的過壓通道，該過壓通道在所述第二彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí)提供所述第一和第二區(qū)段之間的流體連通。本發(fā)明還涉及一種井下系統(tǒng)，該井下系統(tǒng)包括：線纜；匹配工具，諸如驅(qū)動(dòng)單元和/或操作工具；以及根據(jù)本發(fā)明的井下壓力補(bǔ)償裝置。本發(fā)明還涉及一種井下系統(tǒng)，該井下系統(tǒng)包括：線纜；匹配工具，諸如驅(qū)動(dòng)單元和/或操作工具；以及根據(jù)本發(fā)明的井下壓力補(bǔ)償裝置。
【專利說明】井下壓カ補(bǔ)償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使井下井工具中的壓カ均衡以避免工具的內(nèi)爆或爆裂的壓カ補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]井下工具如驅(qū)動(dòng)單元、沖擊器(stroker)、穿孔器等暴露于工具內(nèi)部和外部之間的極端壓差。為了避免由于工具的內(nèi)爆或爆裂而引起的塌陷，所述塌陷可能既損壞工具又損壞井結(jié)構(gòu)并且還引起井內(nèi)的生產(chǎn)停止，數(shù)十年來在本領(lǐng)域內(nèi)已公知壓カ補(bǔ)償裝置。為了適應(yīng)壓カ補(bǔ)償，通常允許井眼流體在壓カ補(bǔ)償裝置的一側(cè)位于工具的內(nèi)部并且通常被維持在井下工具內(nèi)部的液壓流體將位于另ー側(cè)，由此使壓カ補(bǔ)償裝置的每ー側(cè)的兩種壓力均衡。
[0003]已知在壓カ補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中使用橡膠袋、膜片、波紋管和彈簧的各種壓カ補(bǔ)償裝置。然而，它們被設(shè)計(jì)成耐受一定壓差，當(dāng)超過所述壓差時(shí)引起機(jī)構(gòu)的崩潰。
[0004]用于在井眼中使用的壓カ補(bǔ)償裝置的提高的可靠性和更加自動(dòng)防止故障的機(jī)構(gòu)因此將引起優(yōu)化的鉆井和生產(chǎn)性能，由此使成本最小化并使井操作的回報(bào)最大化。由于幾種類型的工具在井眼操作期間需要壓カ補(bǔ)償，因此各種不同過程將受益于改善的壓カ補(bǔ)償裝置，這些全部將導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間限制的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
[0005]因此，需要能夠在地下藏層如油氣藏層的開采、生產(chǎn)和監(jiān)視期間補(bǔ)償井下工具中的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的ー個(gè)目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的以上劣勢(shì)和缺點(diǎn)。更具體地，ー個(gè)目的是提供一種用于在地下藏層如油氣藏層的開采、生產(chǎn)和監(jiān)視期間補(bǔ)償井下工具中的壓カ的改進(jìn)的系統(tǒng)。
[0007]將從以下說明變得顯而易見的上述目的以及許多其它目的、優(yōu)勢(shì)和特征由ー種用于結(jié)合井下工具使用的井下壓カ補(bǔ)償裝置通過根據(jù)本發(fā)明的方案來實(shí)現(xiàn)，所述井下壓カ補(bǔ)償裝置包括:
[0008]-殼體，其具有腔室和內(nèi)部中空區(qū)段，
[0009]-第一活塞，其將所述腔室分隔成第一區(qū)段和第二區(qū)段，第一區(qū)段與第一流體端ロ流體連通，第二區(qū)段經(jīng)第二流體端ロ與井眼流體連通，以及
[0010]-第一彈簧，其配置在第二區(qū)段內(nèi)以在第一活塞上施加壓力，從而實(shí)現(xiàn)第一區(qū)段中的過壓的保持，
[0011]其中，所述裝置還包括:
[0012]-第二活塞，
[0013]-第二彈簧，其配置在第一活塞與第二活塞之間，以及
[0014]-布置在第一或第二活塞中的過壓通道，該過壓通道在第二彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí)提供所述第一和第二區(qū)段之間的流體連通。[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，該井下壓カ補(bǔ)償裝置可包括與工具管柱中的匹配工具連接的至少ー個(gè)壓カ連接部。
[0016]所述匹配工具可為驅(qū)動(dòng)単元。
[0017]在另ー實(shí)施例中，補(bǔ)償裝置的第二區(qū)段可與電動(dòng)馬達(dá)單元和/或液壓泵單元的內(nèi)部流體連通。
[0018]此外，第一彈簧、第二彈簧、第一活塞和第二活塞可與補(bǔ)償裝置的縱向中心軸線共軸地布置。
[0019]此外，第一彈簧、第二彈簧、第一活塞和第二活塞中的至少ー者可已經(jīng)與補(bǔ)償裝置的縱向中心軸線非共軸地布置，從而未包圍內(nèi)部中空區(qū)段。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償裝置可與工具的縱向中心軸線非共軸地布置。
[0021 ] 另外，第二活塞可部分地布置在第一活塞的內(nèi)部。
[0022]而且，第一活塞可部分地布置在第二活塞的內(nèi)部。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，腔室的第一區(qū)段可被充填有具有預(yù)定特性(與井眼的條件匹配)的加壓液壓流體，諸如油。
[0024]此外，第一和第二彈簧可為盤繞彈簧、螺旋彈簧、波紋管、渦卷彈簧、板簧、氣壓彈簧或盤式彈簧。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的井下壓カ補(bǔ)償裝置還可包括電傳感器，其用于監(jiān)視裝置內(nèi)部的溫度和/或第一和第二區(qū)段中的壓カ和/或第一和第二活塞的位置以向控制系統(tǒng)產(chǎn)生反饋信號(hào)。
[0026]所述井下壓カ補(bǔ)償裝置還可包括至少ー個(gè)開關(guān)，其中補(bǔ)償裝置可由連接到控制系統(tǒng)的至少ー個(gè)開關(guān)控制，以基于反饋信號(hào)適應(yīng)環(huán)境條件的變化。
[0027]此外，該裝置可包括多個(gè)第一和/或第二彈簧。
[0028]此外，該裝置可包括多個(gè)彈簧導(dǎo)向件。
[0029]而且，第二彈簧可布置在第一活塞內(nèi)。
[0030]該裝置可包括同心地布置在殼體中的多個(gè)第一彈簧。
[0031 ] 在一實(shí)施例中，第二彈簧可在過壓閥中布置在第一活塞內(nèi)，過壓閥包括第二彈簧和第二活塞。
[0032]另外，殼體可包括管狀部件和可分離地連接的兩個(gè)端部部件。
[0033]此外，本發(fā)明涉及ー種井下系統(tǒng)，該井下系統(tǒng)包括:
[0034]-線纜，
[0035]-匹配工具，諸如驅(qū)動(dòng)單元和/或操作工具，以及
[0036]-根據(jù)本發(fā)明的井下壓カ補(bǔ)償裝置。
[0037]本發(fā)明還涉及ー種井下工具系統(tǒng)，該井下工具系統(tǒng)包括:
[0038]-至少ー個(gè)匹配工具，諸如驅(qū)動(dòng)單元和/或操作工具，以及
[0039]-根據(jù)本發(fā)明的井下壓カ補(bǔ)償裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]下文將參考所附示意圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明及其諸多優(yōu)勢(shì)，附圖為了說明的目的而示出了一些非限制性的實(shí)施例，并且其中[0041]圖1示出壓カ補(bǔ)償裝置的剖視圖，
[0042]圖2a_2d示出在第一區(qū)段充填液壓流體期間壓カ補(bǔ)償裝置的示意圖，
[0043]圖3a_3d示出在第二區(qū)段充填井眼流體期間壓カ補(bǔ)償裝置的示意圖，
[0044]圖4a_4d示出壓カ補(bǔ)償裝置的各種實(shí)施例的示意圖，
[0045]圖5示出包括非共軸地布置的彈簧的補(bǔ)償裝置，
[0046]圖6示出與工具的中心軸線非共軸地布置的補(bǔ)償裝置，
[0047]圖7示出包括壓カ補(bǔ)償裝置的井下系統(tǒng)，
[0048]圖8示出包括壓カ補(bǔ)償裝置的井下工具管柱，
[0049]圖9示出壓カ補(bǔ)償裝置的剖視圖，
[0050]圖10示出在用液壓流體充填第一區(qū)段期間壓カ補(bǔ)償裝置的示意圖，
[0051]圖11示出在用井眼流體充填第二區(qū)段期間壓カ補(bǔ)償裝置的示意圖，以及
[0052]圖12示出壓カ補(bǔ)償裝置的剖視圖。
[0053]所有附圖均為高度示意性的且不一定按比例繪制，并且它們僅示出闡明本發(fā)明所需的那些部分，其它部分被省略或僅進(jìn)行提示。
【具體實(shí)施方式】
[0054]圖1示出用于補(bǔ)償井下工具的內(nèi)部和外部之間的壓差以避免這種工具由于壓差而內(nèi)爆或爆裂的壓カ補(bǔ)償裝置20。壓カ補(bǔ)償裝置20附接到井下工具115上以便補(bǔ)償壓カ變化。壓カ補(bǔ)償裝置20包括具有腔室101和內(nèi)部中空區(qū)段102的殼體100。中空區(qū)段102可有利于布置在補(bǔ)償裝置20的每一端中并通過連接裝置116連接到補(bǔ)償裝置20的兩個(gè)エ具115之間的電連接112。中空區(qū)段102中的壓カ由第一活塞103、第二活塞109、第一彈簧108和第二彈簧110調(diào)節(jié)。連接到補(bǔ)償裝置的每一端的兩個(gè)工具的內(nèi)部可與中空區(qū)段102的內(nèi)部113流體連通，藉此可通過補(bǔ)償裝置20調(diào)節(jié)兩個(gè)工具的內(nèi)部壓力。第一活塞103和第二活塞109將第一區(qū)段104與腔室101的第二區(qū)段105密封。當(dāng)?shù)谝粡椈?08布置在腔室的第二端面IOlb與第一活塞103的第二面103b之間時(shí)，第一彈簧108由此在腔室101的第二端面IOlb和第一活塞103的第二面103b上施力。第二彈簧110布置在第一活塞103與第二活塞109之間，第二彈簧110在第一活塞103和第二活塞109上施力。過壓通道111布置在第一和/或第二活塞中，以在第一活塞103和第二活塞109朝它們?cè)谇皇?01的每一端中的極端位置移位時(shí)提供腔室101的第一區(qū)段104和第二區(qū)段105之間的流體連接。圖1示出第一彈簧108的壓縮狀態(tài)，并且如果第一活塞103和第二活塞109朝腔室101的第二端面進(jìn)ー步移動(dòng)，則第二活塞109將在第一彈簧被壓縮至一定程度時(shí)接合第二端面，由此使第二活塞109停止朝腔室101的第二端面移動(dòng)。當(dāng)?shù)谝换钊?03繼續(xù)朝第二端面移動(dòng)時(shí)，第二彈簧110將開始?jí)嚎s，并且在特定點(diǎn)過壓流體通道將然后提供腔室101的第一區(qū)段104和第二區(qū)段105之間的通道，并且來自腔室101的第一區(qū)段104的流體將開始流經(jīng)過壓流體通道，從而進(jìn)入腔室101的第二區(qū)段105。
[0055]在圖2和3中，示出了腔室101的兩端中的過壓通道的分步啟用。
[0056]圖2a_d示出第一和第二活塞由于腔室101的第一區(qū)段104的加壓而朝第二端面IOlb移位。在將補(bǔ)償裝置20降下到井眼4中前，第一區(qū)段104可通過從第一流體端ロ 106移開插塞124并用流體充填第一區(qū)段104而被充填流體，藉此第一區(qū)段104將被加壓。圖2a示出處于放松位置的第一彈簧108和第二彈簧110，其中第一活塞103和第二活塞109朝第一端面IOla移位并且過壓通道111被封閉。當(dāng)加壓流體經(jīng)第一流體端ロ 106進(jìn)入第一區(qū)段104時(shí)，第一彈簧108如圖2b所示被壓縮。如在圖2b中可見，第二彈簧110在該狀態(tài)下仍未被壓縮并且因此過壓通道仍被封閉，從而使得第一區(qū)段104與第二區(qū)段105之間未流體連接。然而，如果第一區(qū)段104被進(jìn)ー步加壓，則第二彈簧110將開始?jí)嚎s，從而引起第二活塞109移動(dòng)，而第一活塞103已停止移動(dòng)，這在圖2c中示出。如圖2c中通過箭頭所示，過壓通道在第二活塞109移位超出特定點(diǎn)時(shí)提供第一區(qū)段104與第二區(qū)段105之間的流體連通，由此允許來自第一區(qū)段104的流體流入第二區(qū)段105中，從而解除第一區(qū)段104的過壓。在圖2d中，第一流體端ロ 106被封閉，由此使加壓流體停止流入第一區(qū)段104中。當(dāng)?shù)谝涣黧w端ロ 106被封閉時(shí)，第二活塞109將隨著流體經(jīng)過壓通道111離開第一區(qū)段104而朝其放松位置回移。當(dāng)?shù)诙钊?09到達(dá)與第一活塞103有關(guān)的位置時(shí)，過壓流體通道如圖2d所示再次被封閉，并且然后第二活塞109將停止移動(dòng)。該機(jī)制因此提供了對(duì)第一區(qū)段104中的壓カ的限制，這樣所述壓カ不會(huì)超過一定最大壓力。此外，該機(jī)制允許用戶在將補(bǔ)償裝置20降下到井眼中之前每當(dāng)?shù)谝粎^(qū)段104被加壓時(shí)將第一區(qū)段104加壓至預(yù)定壓力。第一彈簧108和第二彈簧110的實(shí)際彈簧常數(shù)被選擇成對(duì)應(yīng)于該預(yù)定壓力。因此，可通過更換彈簧或?qū)椈深A(yù)加載至一定程度來控制該預(yù)定壓力，以適應(yīng)補(bǔ)償裝置20匹配特殊井下條件的特殊壓カ要求。
[0057]圖3a_d示出在井眼中的壓カ建立期間如何補(bǔ)償壓力。如上所述，第一區(qū)段104在將補(bǔ)償裝置20降下到井眼中之前被加壓。因此，補(bǔ)償裝置20在降下到井眼中時(shí)的初始狀態(tài)是圖2d所示的狀況。當(dāng)補(bǔ)償裝置然后接著進(jìn)入井眼時(shí)，來自井眼的壓カ經(jīng)第二流體端ロ107傳遞至第二區(qū)段105，并且第二區(qū)段105中的壓カ隨著井眼中的壓カ升高而升高。在圖3a中，井眼壓カ已朝腔室101的第一端面迫壓第一活塞103和第二活塞109，從而給第一彈簧108減壓。通過第一活塞103的這種移動(dòng)，補(bǔ)償了壓力，即，壓カ補(bǔ)償裝置20的第一和第ニ區(qū)段中的壓カ被均衡化。由于第一區(qū)段104與工具的內(nèi)部流體連通，因此工具將以此方式被壓カ補(bǔ)償并由此在井眼中的壓カ建立期間不會(huì)被毀壞。問題在于，如果工具內(nèi)部的壓力變得比工具的外部高得多或低得多，則工具的體積將增大或減小。為了避免工具的這種體積變化，工具的內(nèi)部連接到壓カ補(bǔ)償裝置，使得如果井眼中(即，第二區(qū)段105中)的壓カ變得比與第一區(qū)段104流體連通的工具中高得多，則第一區(qū)段104的體積可減小。另一方面，如果井眼中的壓カ比工具中低得多，則第一區(qū)段104的體積可増大。圖3b示出第一活塞已朝第一端面達(dá)到其最大位移并由于第二區(qū)段105中起因于井眼中的壓カ升高而升高的壓カ而抵接第一端面的狀況。如果第二區(qū)段105中的壓カ升高超出圖3b所示的點(diǎn)，則第ニ活塞109將開始朝第一端面移動(dòng)并且第二彈簧110將開始?jí)嚎s。如圖3c所示，第二區(qū)段105中的過壓在第二活塞109已朝第一端面足夠長(zhǎng)地移動(dòng)時(shí)開啟第一區(qū)段104與第二區(qū)段105之間的流體連接，這允許來自第二區(qū)段105的流體進(jìn)入第一區(qū)段104。一般而言，這是非期望的狀況，因?yàn)閬碜跃鄣呐K流體被允許進(jìn)入補(bǔ)償裝置20的內(nèi)部并由此進(jìn)入與補(bǔ)償裝置20的第一區(qū)段104流體連通的工具的內(nèi)部。然而，替代選擇要糟糕得多，因?yàn)楣ぞ咴谒鼈儫o法補(bǔ)償井眼壓カ的情況下可能由于內(nèi)爆而完全毀壞。此外，這種內(nèi)爆導(dǎo)致的變形可能導(dǎo)致壓カ補(bǔ)償裝置和/或附接到其上的工具堵塞在井眼的內(nèi)部，從而引起井生產(chǎn)完全停止。因此，補(bǔ)償裝置20的第一區(qū)段104和因此工具涌入臟井眼流體保護(hù)壓カ補(bǔ)償裝置和正被壓カ補(bǔ)償?shù)墓ぞ邇烧呙庥谒?。因此，允許井眼流體位于第一區(qū)段104內(nèi)部的可能性起到用于壓カ補(bǔ)償裝置20的自動(dòng)防止故障(fail-safe，失效保護(hù))的作用。如果自動(dòng)防止故障被啟用并且第一區(qū)段104的液壓流體被臟的井眼流體污染，則通常將從井眼收回壓カ補(bǔ)償裝置20和潛在被污染的工具兩者并對(duì)其徹底清洗。
[0058]在圖3d中，第二活塞109已朝第二端面回移，由此在第一區(qū)段104和第二區(qū)段105中的壓カ已被均衡化之后封閉過壓通道。
[0059]補(bǔ)償裝置20關(guān)于補(bǔ)償該壓力起到另ー種作用。當(dāng)補(bǔ)償裝置20被降下到井眼中吋，溫度根據(jù)井眼的深度和對(duì)巖漿層的接近而升高。當(dāng)?shù)谝粎^(qū)段104中的加壓流體的體積由于溫度升高而增大時(shí)，第一活塞103和第二活塞109上的壓カ升高。如果該壓力超過由第一彈簧108和第二彈簧110為了開啟過壓通道而限定的壓力，則來自第一區(qū)段104的液壓流體釋放到第二區(qū)段105和井眼中。同樣，補(bǔ)償裝置20起到防止補(bǔ)償裝置和/或附接到補(bǔ)償裝置上的工具由于壓カ補(bǔ)償裝置20中的液壓流體的熱膨脹而塌陷或鼓出的自動(dòng)防止故障作用。通常，已通過僅部分地充填現(xiàn)有技術(shù)補(bǔ)償裝置以避免鼓出來處理該問題。該現(xiàn)有技術(shù)方案具有以下兩個(gè)主要缺點(diǎn)。第一缺點(diǎn)是，即使補(bǔ)償裝置僅被部分地充填以避免由于熱膨脹而鼓出，其也仍取決于低于臨界溫度的溫度。這歸咎于溫度可能例如在巖漿層附近局部地變動(dòng)至極高溫度的事實(shí)。因此，即使在補(bǔ)償裝置中保守地充填液壓流體(使得如果補(bǔ)償裝置不能耐受熱膨脹后的液壓流體的壓カ則工具不論如何都將鼓脹)，也可能危及補(bǔ)償裝置的安全性。第二缺點(diǎn)是，液壓流體起到耐受起因于井眼壓カ的壓カ的作用——井眼壓カ也隨井眼中深度和局部條件而升高。通過僅部分地充填現(xiàn)有技術(shù)補(bǔ)償裝置，即，減小補(bǔ)償器中的液壓流體的量，補(bǔ)償工具中的壓カ的能力由于在第一區(qū)段中可獲得較少的液壓流體而下降。該能力降低的原因在于，液壓流體的體積通過與腔室的第一區(qū)段流體連通的泄漏部(例如通過工具中的泄漏部)而在壓カ補(bǔ)償期間減小，這通常發(fā)生在井內(nèi)操作期間。
[0060]圖4a_d示出根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例。圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償裝置20，其中過壓通道111是第一活塞103內(nèi)的孔。通過將過壓通道布置在第一活塞103的內(nèi)部，過壓通道的開ロ可布置成遠(yuǎn)離第二彈簧110。圖4b示出補(bǔ)償裝置20，其中過壓通道已部分地布置在第二活塞109中并且部分地布置在第一活塞103中，并且當(dāng)?shù)诙椈?10被充分地壓縮時(shí)，過壓通道對(duì)齊并且允許流體從腔室101的一個(gè)區(qū)段104、105流到另一區(qū)段。圖4c示出補(bǔ)償裝置20，其中第一活塞已部分地布置在第二活塞109的內(nèi)部并且過壓通道已布置在補(bǔ)償裝置20的殼體100中。圖4d示出補(bǔ)償裝置20，其中第一活塞103已部分地布置在第二活塞109的內(nèi)部并且過壓通道已部分地布置在第二活塞109中且部分地布置在第一活塞103中，并且當(dāng)?shù)诙椈?10被充分壓縮時(shí)，過壓通道對(duì)齊并且允許流體從腔室101的一個(gè)區(qū)段104、105流到另ー個(gè)區(qū)段。
[0061]圖5示出補(bǔ)償裝置，其中兩個(gè)第二彈簧110已與工具的中心軸線非共軸地布置以使兩個(gè)第二活塞103離開腔室101的第二端面101b。
[0062]圖6示出補(bǔ)償裝置20，其中補(bǔ)償裝置與工具的中心軸線非共軸地布置。這樣，補(bǔ)償裝置20可平行于另ー裝置、工具或如圖6所示的空的空間121布置。與中心軸線不共軸地布置補(bǔ)償裝置的自由在井下工具管柱中的空間的設(shè)計(jì)優(yōu)化中増加了補(bǔ)償裝置的通用性。在圖6中，空的空間121可提供有利于液壓流體經(jīng)過補(bǔ)償裝置而不進(jìn)入補(bǔ)償腔室101或中空區(qū)段102的內(nèi)部113的可能性。此外，圖6示出包括多個(gè)第一和/或第二彈簧的補(bǔ)償裝置的ー實(shí)施例。其它實(shí)施例可包括更大數(shù)量的単獨(dú)的彈簧。圖6所示的補(bǔ)償裝置包括布置在第一流體端ロ 106中的單向閥122和一組開關(guān)123，以便能夠給控制系統(tǒng)提供反饋信號(hào)，這允許用戶檢查活塞和彈簧在彈簧的壓縮或減壓期間何時(shí)達(dá)到極端位置。
[0063]當(dāng)安裝補(bǔ)償裝置時(shí)，其形成如圖7和8所示的井下工具管柱10的一部分。在圖7和8中，工具管柱可包括驅(qū)動(dòng)單元11、補(bǔ)償裝置20和操作工具12等。工具管柱10包括在地層2的井或井眼5中布置在具有內(nèi)部4的套管6中的工具115，諸如驅(qū)動(dòng)單元11。井下工具管柱10通過經(jīng)由頂部連接器13與工具連接的線纜9被提供動(dòng)力。該井下工具在向驅(qū)動(dòng)液壓泵18的電動(dòng)馬達(dá)17供電之前還包括具有模式轉(zhuǎn)換電子裝置15和控制電子裝置16的電子區(qū)段。驅(qū)動(dòng)單元11可經(jīng)連接器14與操作工具12連接。
[0064]如圖9-10所示，第二彈簧110可在過壓閥120中布置在第一活塞103內(nèi)，該過壓閥包括第二彈簧110和第二活塞109。由于典型的過壓閥120僅為了沿ー個(gè)方向流動(dòng)而打開，因此中空區(qū)段102中的凹部119可有利于第一區(qū)段104中的過壓的釋放，如下文將說明的。過壓通道111布置在第一活塞中，以在第二活塞109朝第二彈簧110的最大壓縮移位時(shí)提供腔室101的第一區(qū)段104和第二區(qū)段105之間的流體連接。
[0065]圖9示出諸如在充填補(bǔ)償裝置之前處于未壓縮狀態(tài)的第一彈簧108。第一活塞103在如在圖2b中所述用加壓流體充填第一區(qū)段104之前朝腔室101的端部被迫壓。
[0066]圖10示出在用加壓流體充填第一區(qū)段104期間圖9的補(bǔ)償裝置。當(dāng)?shù)谝换钊?03到達(dá)凹部119的位置時(shí)，允許加壓流體從第一區(qū)段104流入第二區(qū)段105中，從而解除第一區(qū)段104的過壓。當(dāng)壓カ釋放至第二區(qū)段105時(shí)，加壓流體將離開第二流體端ロ 107并且用戶知道第一區(qū)段104中的壓カ已達(dá)到期望水平。
[0067]在圖11中，示出了當(dāng)井眼流體經(jīng)第二流體端ロ 107進(jìn)入第二區(qū)段105并且第二區(qū)段105中的壓カ隨著井眼中的壓カ升高而升高時(shí)在第二區(qū)段105中的壓カ建立期間圖9和10的補(bǔ)償裝置20。在圖11中，井眼壓カ已朝第一端面IOla迫壓第一活塞103，從而使第一彈簧108減壓。通過第一活塞103的這種移動(dòng)，補(bǔ)償了壓力，即，壓カ補(bǔ)償裝置20的第一和第二區(qū)段中的壓カ被均衡化。由于第一區(qū)段104與工具的內(nèi)部流體連通，因此工具將以此方式被壓カ補(bǔ)償并由此在井眼中的壓カ建立期間不會(huì)被毀壞。圖11示出第一活塞已朝第一端面IOla達(dá)到其最大位移并由于第二區(qū)段105中起因于井眼中的壓カ升高而升高的壓力而抵接第一端面IOla的狀況。如果第二區(qū)段105中的壓カ繼續(xù)升高，則第二活塞109將開始朝第一端面移動(dòng)并且第二彈簧110將開始?jí)嚎s。如圖所示，第二區(qū)段105中的過壓在第二活塞109已朝第一端面IOla足夠長(zhǎng)地移動(dòng)時(shí)開啟第一區(qū)段104與第二區(qū)段105之間經(jīng)過壓通道111的流體連接，這允許來自第二區(qū)段105的流體進(jìn)入第一區(qū)段104。
[0068]圖12示出包括同心地布置在補(bǔ)償裝置20中的兩排第一彈簧108的另ー補(bǔ)償裝置20。第一排第一彈簧108a布置在第二排第一彈簧108b內(nèi)。每排彈簧包含僅僅通過一定數(shù)量的彈簧導(dǎo)向件129分離的四個(gè)單獨(dú)的彈簧。該ー定數(shù)量的彈簧導(dǎo)向件129已沿著兩個(gè)第ー彈簧108布置，以避免彈簧在壓縮期間的非期望的彎曲，所述彎曲可能引起同心地布置的兩排第一彈簧108的糾纏。
[0069]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，彈簧可屬于不同于附圖所示的常規(guī)盤繞彈簧的類型。這些類型可以是螺旋彈簧類型、波紋管類型、渦卷彈簧類型、板簧類型、氣壓彈簧類型或盤式彈簧類型。[0070]第一和第二流體端ロ可通過閥如球閥、蝶閥、節(jié)流閥、止回閥或逆止閥、膜閥、膨脹閥、閘閥、球心閥、刀閥、針閥、活塞閥、夾管閥或塞閥可控地密封。
[0071]盡管上文已結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見的是，在不脫離如通過以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的前提下，可以設(shè)想若干個(gè)改型。
【權(quán)利要求】
1.一種用于與井下工具結(jié)合使用的井下壓カ補(bǔ)償裝置(20)，包括: -殼體(100)，其具有腔室(101)和內(nèi)部中空區(qū)段(102)， -第一活塞(103)，其將所述腔室分隔成第一區(qū)段(104)和第二區(qū)段(105)，所述第一區(qū)段與第一流體端ロ( 106)流體連通，所述第二區(qū)段經(jīng)第二流體端ロ( 107)與井眼(4)流體連通，以及 -第一彈簧(108)，其配置在所述第二區(qū)段內(nèi)以在所述第一活塞上施加壓カ，從而實(shí)現(xiàn)所述第一區(qū)段中的過壓的保持， 其中，所述井下壓カ補(bǔ)償裝置還包括: -第二活塞(109)， -第二彈簧(110)，其配置在所述第一活塞與所述第二活塞之間，以及 -配置在所述第一活塞或所述第二活塞中的過壓通道(111)，該過壓通道在所述第二彈簧處于被壓縮狀態(tài)時(shí)提供所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段之間的流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，包括與工具管柱(10)中的匹配工具(11，17，18，20)連接的至少ー個(gè)壓カ連接部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述匹配工具為驅(qū)動(dòng)単元(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述井下壓カ補(bǔ)償裝置的所述第二區(qū)段與電動(dòng)馬達(dá)單元(17)和/或液壓泵單元(18)的內(nèi)部流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述第一彈簧、所述第二彈簧、所述第一活塞和所述第二活塞與所述井下壓カ補(bǔ)償裝置的縱向中心軸線共軸地布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述第一彈簧、所述第二彈簧、所述第一活塞和所述第二活塞中的至少ー者已與所述井下壓カ補(bǔ)償裝置的縱向中心軸線非共軸地布置，從而未包圍所述內(nèi)部中空區(qū)段。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述井下壓カ補(bǔ)償裝置與所述エ具的縱向中心軸線非共軸地布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述第二活塞部分地布置在所述第一活塞的內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述第一活塞部分地布置在所述第二活塞的內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述腔室的所述第一區(qū)段被充填具有預(yù)定特性的加壓液壓流體，諸如油。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，還包括電傳感器，所述電傳感器用于監(jiān)視所述井下壓カ補(bǔ)償裝置內(nèi)部的溫度和/或所述第一和第二區(qū)段中的壓カ和/或所述第一和第二活塞的位置以向控制系統(tǒng)產(chǎn)生反饋信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，還包括至少ー個(gè)開關(guān)，其中所述井下壓カ補(bǔ)償裝置可由連接到所述控制系統(tǒng)的所述至少ー個(gè)開關(guān)控制，以基于所述反饋信號(hào)適應(yīng)環(huán)境條件的變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置，其中，所述井下壓カ補(bǔ)償裝置包括多個(gè)第一和/或第二彈簧。
14.一種井下系統(tǒng),包括:-線纜(9)，-匹配工具，諸如驅(qū)動(dòng)單元和/或操作工具，以及-根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置。
15.ー種井下工具系統(tǒng)，包括:-至少ー個(gè)匹配工具，諸如驅(qū)動(dòng)單元和/或操作工具，以及-根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一 項(xiàng)所述的井下壓カ補(bǔ)償裝置。
【文檔編號(hào)】E21B43/119GK103492672SQ201280017079
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】J·哈倫德巴克 申請(qǐng)人:韋爾泰克有限公司