CN106211786B - 用于在钻井孔中将工具对中的控制***和方法 - Google Patents
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Abstract
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***线轴类型的机构。包括一个或多个传感器的控制***控制释放机构的操作。
Description
相关申请
本专利申请要求于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***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。
技术领域
本发明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。
背景技术
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***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***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。
发明内容
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***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***的实施例。除了所讨论的工具的各种实施例之外,控制***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***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***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***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、以及将致动信号传输给工具的部件。在一些实施例中,操作程序根据第一信号和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致动信号。在一些实施例中,致动信号使部件致动,该部件为释放机构。
另外,公开了计算致动信号的方法。这种方法的一个实施例是用于计算致动信号,该致动信号用于计算位于钻井孔中的工具的部件。可选地,工具包括第一传感器和至少第二传感器、以及存储操作程序的记忆存储装置,操作程序用于计算致动信号。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。该方法自身包括检测第一参数(通过第一传感器)和第二参数(通过第二传感器)中的至少一者。该方法进一步包括产生代表第一参数的第一信号(通过第一传感器)和代表第二参数的第二信号(通过第二传感器)中的至少一者。在记忆存储装置上存储在第一时间和在随后时间的第一信号和第二信号中的至少一者。根据第一信号和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致动信号。该方法还包括将致动信号传输给部件。在一些实施例中,由致动信号致动的部件为释放机构。
如在本文中使用的,“至少一者”、“一个或多个”以及“和/或”是开放性表述,它们在效力上是连接性和分隔性的。例如,“A、B和C中的至少一者”、“A、B或C中的至少一者”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”这些表述中的每一个均表示A单独,B单独,C单独,A和B一起,A和C一起,B和C一起,或者A、B和C一起。
本发明的各个实施例在附图以及本文提供和权项体现的具体实施方式部分阐述。然而,应当理解的是,本发明内容部分不包含一个或多个本发明的所有方面和实施例、不旨在以任何方式做出限制或限定,并且本文公开的一个或多个本发明将由本领域普通技术人员理解为包含各种改进和修改。
通过下文讨论,特别是与附图一起进行参照时,本发明的额外优点将变得显而易见。
附图说明
图1为位于钻井孔中的工具的实施例。
图2为图1工具的实施例,其中对中机构未调用。
图3为图1工具的实施例,其中对中机构已调用。
图4为图2工具的部分截面A-A,其中对中机构未调用。
图5为图2工具的部分截面A-A,其中对中机构已调用。
图6为处于锁定位置的释放机构的实施例的透视图。
图7为图6的处于释放位置的释放机构的实施例的透视图。
图8为用于图1工具的控制***的实施例。
具体实施方式
现在将进一步描述本发明。在下文篇幅中,更具体地限定本发明的不同方面。除非另有明确指出,否则所限定的每个方面可与任一其他方面组合。特别地,表示为优选或有利的任何特征可与表示为优选或有利的任何其他一个或多个特征组合。
图1所示为井架10,在该井架下方已穿过地层15钻取钻井孔20。钻井孔20包括钻井孔壁22、钻井孔中线24和钻井孔直径26。钻井孔直径26在钻井孔中线24上对中且径向从其延伸,并且通常为形成钻井孔的钻头的标称直径。钻井孔20可为开孔(即,仅仅地层15限定钻井孔壁22)、或者加套孔(即,在该孔中钢制管道或管限定钻井孔壁22)。换言之,在钻取钻井孔时(在一些实施例中)、当钻取钻井孔20之后且在加套之前、或者在钻井孔20加套之后(如果其要加套的话),工具100可位于钻井孔20内。
在一些实施例中,钻井孔可以指本领域已知的流出管线、管和其他管道。因此,尽管本申请中参照的是钻井孔,然而相同特征适用于流出管线、管和其他管道。因此,本领域技术人员应当理解,钻井孔、钻井孔中线和钻井孔直径等同地指代例如流出管线的孔、流出管线中线和流出管线直径。这也适用于其他管和管道。
如所示出的,钻井孔20为偏斜钻井孔,该钻井孔以不同于直接位于井架10下方的期望方向定向地钻取。当然,本发明实施例适用于多种类型的钻井孔,包括竖直、水平、大位移的钻井孔,这些钻井孔钻取用于产生水、自然资源并且/或者仅仅制造例如使公共设施运行的管道。
工具100位于钻井孔20中。工具100通常为缆绳传输的工具,包括借助于钻管、井下拖车和其他机构传输的工具,其他机构包括卷管和钢丝绳。在一些实施例中,工具100配置成钻铤的一部分,诸如通常用于测量-钻井和记录-钻井应用中的钻铤。鉴于此,出于方便的目的,以下在缆绳工具的背景内对工具100进行讨论。本领域技术人员应当理解,所公开的每个元件是如何配置在钻铤和其他等同结构内的。
工具100包括延伸至表面***30的通信线路102。如图1所示,通信线路102是能够将数据传输给表面***30和/或从表面***接收数据的缆绳。尽管通信线路102示出为物理缆绳,然而其他通信缆绳落在本公开范围内,包括泥浆脉冲遥测装置、连线钻管、机电遥测装置、声学遥测装置和其他类型的遥测装置。
表面***30通常包括位于试井车、记录单元、测量-记录-钻井记录单元等上的计算机和数据记录***。表面***30可选地包括发射器(例如电话、无线电和其他形式的机电传输、卫星连接、以太网等),该发射器能够将通信线路102延伸至遥远的表面***。
在图2和图3中,工具100位于图1的钻井孔20内。如注意到的,钻井孔20在该实例中是偏斜的,因此为了参照,钻井孔壁22包括高侧22a和低侧22b,其中高和低是相对于竖直而言,且更具体地是相对于重力矢量的竖直分量而言。在倾斜的足够高的角度上,工具100将搁置在钻井孔壁22的低侧22b上。因此,工具100的壳体104的壳体中线106与钻井孔20的中线24间隔开。
如先前所讨论的,存在将工具100进一步在井下传输(即在所测量的更深的深度)的方法,诸如使用钻井或其他流体将工具100向下泵送、使用钻管或井下拖车传输工具100等等。
然而,当工具100变得与特定形式的传输装置脱离时(无论是由于意外事件还是有意为之),出现了挑战。在这种情况下,工具100搁置在钻井孔20的低侧22b上。该特定位置使得与工具100的第一端部107邻近的可选打捞头或锁定头108也位于低侧22b上。(本领域技术人员应当认识到,在打捞头108下方可选地存在作为整个工具穿的一部分的震击器(jar)和/或其他工具。出于清楚的目的,未示出这些可选部件。)当工具100和打捞头108搁置在低侧22b上时,更加难以使得传送至井下的打捞筒或锁定机构(未示出)锁定在打捞头108上。另外,由于工具100位于低侧22b上,通常存在增大的风险,即,当工具100随着打捞头108悬挂在护套上而例如从钻井孔20的开孔部分被拉动至加套孔部分时,工具100变得脱离。打捞头108抵靠护套唇缘的定位可进一步增大使打捞筒锁定到打捞头108上的难度。
在工具100变得脱离的情况下,至少一个臂110将延伸远离壳体中线106,通常延伸穿过壳体104中的开口112,如图3所示。这样,臂110使工具100升高,并且更确切地使工具100的壳体中线106朝向钻井孔中线24。该动作使得打捞头108处于相对于传送到井下以锁定到打捞头108上的任何打捞筒或锁定机构而言更有利的位置,这提高了打捞筒将成功锁定到打捞头108上的可能性。
转到图4,示出了工具100的一部分的截面图。如注意到的,工具100包括壳体104,如缆绳工具中通常的情况,然而在其他实施例中-诸如测量-钻井或记录-钻井工具-壳体可为钻铤。工具100可选地包括位于工具100的第二端部109处的连接部111,该第二端部与工具100的第一端部107间隔开。连接部111可为配置成将工具100接合至位于工具100下方的一个或多个额外工具的螺旋连接部。连接部111还可包括电接触器和/或连接器,所述电接触器和/或连接器允许能量和/或数据从工具100、连接线路102以及位于工具100下方的其他工具进出的传输和/或接收。如果工具100下方没有其他工具,则可在连接部111之上定位或接合有合适的端盖。
壳体104还包括壳体中线106、外表面114和内表面116,该内表面与外表面114间隔开。
内表面116至少部分地限定内部空间117,在该内部空间中可定位各种部件,要么直接位于其中要么位于可选彼此分离的特定压力密封的室内。在一些实施例中,诸如测量-钻井或记录-钻井工具,内部空间117可选地包括本领域已知的流动路径(未示出)以允许各种钻井流体等的流动并将它们与可定位在内部空间117中的其他部件隔开。可选地,工具100包括对中机构120、偏压机构140和释放机构160中的至少一者,它们中的任一者或全部可定位在工具100的内部空间117内,无论内部空间是否是由一个或多个单独室形成。
可选地,在壳体104内是至少一个(并且在一些实施例中是多个)开口112,所述开口从内表面116延伸至外表面114。开口112的形状通常然而并非必要为臂110的尺寸和形状。仅举例而言,在壁110具有较薄的叶片状轮廓的情况下,开口112可为槽孔。
工具100包括对中机构120。对中机构可选地包括上行进头130和至少一个臂110。在图4的截面图中示出了两个臂110,然而可使用任意数量的臂。上行进头130和/或臂110且更一般而言是对中机构120包括第一位置126和第二位置128(图5),其目的在下文中具体讨论。
臂110通常配置成至少部分地接收在开口112内。也即,在一些工具100的构造中,臂110要么全部要么至少部分地缩回到壳体104中。然而在其他实施例中,臂110可仅仅接合至壳体104的外表面114而不缩回到壳体104中。
在所示实施例中,臂110具有较薄的叶片状轮廓,然而臂的其他形状和尺寸落在本公开范围内。例如,臂110可为杆或气缸形、楔形、长斜方形和其他类似形状。
臂110包括第一端部122以及与第一端部122间隔开的第二端部124。臂110还包括第一位置126和第二位置128(图5)。
臂110可选地在枢转连接部132处枢转地连接或接合至上行进头130。在其中臂110具有枢转连接部132的实施例中,当上行进头130和/或臂110处于第一位置126时,臂110的第一端部122和第二端部124邻近壳体中线106。换言之,在第一位置126中该,臂110的第一端部122和第二端部124至少部分地缩回到工具100的壳体104中。当然,臂110的其他实施例直接从工具100径向延伸而非枢转,诸如通过使用延伸气缸、多连接机构、楔等。
当上行进头130和/或臂110处于第二位置128(图5)时,臂110的第一端部122保持邻近或靠近壳体中线106(例如,保持至少部分地位于壳体104内)。然而,臂110的第二端部124相比于第一端部122以远离壳体中线106的方式径向延伸或定位。如果工具100位于钻井孔20中该,则当上行进头和/或臂110处于第二位置130时,臂110的第二端部124会朝向钻井孔壁22延伸并且对其产生压靠。在压靠钻井孔壁22时,臂110将壳体中线106朝向钻井孔中线24推进。(当然,本领域技术人员应当认识到,其中臂110缩回的所谓第一位置126相反地也可称为第二位置。类似地,其中臂110延伸的所谓第二位置128相反地也可称为第一位置。因此,工具的默认或失效安全位置是其中臂延伸或缩回的位置是不重要的。)
在一些实施例中,内表面114的一部分113用于至少部分地保持臂110以防止在上行进头130和/或臂110处于第一位置126时的一般操作过程中延伸。
可选地,外表面114包括成角度的或倾斜的表面115。当上行进头130和/或臂110从第一位置126被推进或转变到第二位置128时,成角度表面115接触臂110的下表面123。这样,成角度表面115对下表面123施加力,该力推进臂110以远离壳体中线106的方式径向延伸。
对中机构120可选地包括联轴节(union)134,该联轴节将对中机构120且更具体而言是将上行进头130接合至释放机构160。在一些实施例中,联轴节134将与上行进头130接合的第一杆136接合至与释放机构160接合的第二杆138,如将在下文具体阐述的。第一杆136和第二杆138可为一端或两端具有螺纹的杆和/或分别包括凸缘135和137。可选O环139定位在干136和138中的一者或两者周围。
工具100在一些实施例中还包括偏压机构140。偏压机构140的第一端部141接合至对中机构120。更具体而言,偏压机构140的第一端部141且更具体而言是下行进头142通过杆144接合至对中机构120的上行进头130。
可选地,在一些实施例中,内表面116包括肩部118或其他部分,下行进头142止挡在该颈部或其他部分上并且被防止进一步向上行进。可选地包括O环119,用以提供支座和可选密封,并且用以减少下行进头142接触肩部118的力。
偏压机构140还包括与第一端部141间隔开的第二端部143。第二端部143相对于工具100的内表面116是固定的。例如,锁定销145可将第二端部143相对于内表面116固定地接合。
偏压机构140还包括接合至偏压机构的第一端部141(具体而言是下行进头142)和第二端部143的偏压元件150。偏压元件配置成施加第一力152,该第一力将对中机构120且更具体而言是上行进头130和/或臂110从它们的相应第一位置126向第二位置128推进。在工具100的默认位置相反的其他实施例中,偏压元件将对中机构从第二位置128向第一位置126推进。
在一些实施例中,偏压元件150呈现出或包括线性力-距离关系,诸如遵循胡克定律。在其他实施例中,偏压元件150为弹簧和线性致动器中的至少一者。线性致动器可包括各种类型的液压或气动气缸,该气缸可在气缸头的一侧或两侧上包括孔口,该孔口允许技术人员在表面处向气缸添加或从气缸移除流体。线性致动器的其他实例包括线性驱动器,诸如传动螺杆和其他已知类型。另外,可采用弹簧和线性致动器的各种组合。例如,组合式偏压元件150包括弹簧和液压或气动气缸。
可选地,偏压机构140包括允许工程人员向偏压机构140供应流体的一个或多个孔口146,所述流体诸如为液压流体、油、水、空气或其他流体(无论是液态还是气态)。如所示出的,孔口146位于下行进头142与第二端部143之间。在该构造中,可添加流体以将下行进头142向上推进并且从而使偏压元件150延伸。当在表面处将臂110置于第一位置126时,特别是在包括能够供应较大力152的偏压元件的实施例中,这样的特征是有用的。一旦偏压元件150延伸并且臂110由于释放机构160而锁定在第一位置126时,工程人员可通过相同孔口146或另一孔口移除流体,从而在一旦使释放机构160致动时允许偏压元件150以上述和下述方式缩回。当然,本领域技术人员应当理解,基于偏压元件150的类型和定向,孔口或多个孔口146可定位在下行进头142上方、下方或者任一侧上。
如注意到的,工具100包括释放机构160。可选地,释放机构160为机电操作或致动的装置,其相对于内表面116是固定的。壳体162可选地覆盖释放机构160的一部分或全部。
释放机构160通过前述联轴节134以及杆136和138接合至对中机构120,且更具体而言是接合至上行进头130。
释放机构160包括锁定位置164,在该锁定位置中,释放机构160将上行进头130和/或臂110维持在它们的第一位置126。在一些实施例中,释放机构160抓持或夹持第二杆138,以将上行进头130和/或臂110维持在它们的第一位置126。换种方式来说,在锁定位置164中,释放机构160向对中机构120施加第二力168,该第二力抵抗释放机构施加给对中机构120的第一力152。这样,释放机构将上行进头130和/或臂110维持在它们的第一位置126(或者在其中这些位置相反的实施例中是第二位置128)。
在接收到致动信号207(图8)时,释放机构160从锁定位置164转变到释放位置166。然而,在释放位置166,释放机构160释放上行进头130和/或臂110,从而允许偏压机构140且特别是偏压元件150将上行进头130和/或臂110朝向它们的第二位置128推进。在一些实施例中,释放机构160在其转变到其释放位置166时释放其对第二杆138的抓持。换种方式来说,在释放位置166中,释放机构160不再施加第二力168,从而允许偏压机构140将上行进头130和/或臂110从它们的第一位置126向它们的第二位置128推进(反之亦然)。
机电致动或操作的释放机构160的实例为***线轴170,其实例在不具有壳体162的图6和图7中示出。这样的***线轴释放机构160可从加利福尼亚州的库珀互连卡马里奥公司(Cooper Interconnect of Camarillo)购得。
图6的***线轴170示出为处于锁定位置164。弹簧加载的柱塞172锁定在上线轴174与下线轴176之间的压缩或待发(armed)位置。线178紧密缠绕或包裹在上线轴174和下线轴176上以将***线轴170的两个半部保持在一起并且从而提供将弹簧加载的柱塞保持在锁定位置164的必要压缩力。在该位置中,***线轴170抓持第二杆138,该第二杆将释放机构160接合至对中机构120。
为了使***线轴170从其锁定位置164转变到其释放位置166,对电接触器180中的一者或两者施加通常为电流的致动信号207。电接触器180连接至连线182,该连线在接收到致动信号207时打开。当连线182打开,其释放对线178的张力,该线则径向伸展并且使得线178先前保持在上线轴174和下线轴176上的张力。
一旦***线轴170上的张力释放,则弹簧加载的柱塞172通过向前移动(即朝向上线轴174和下线轴176)而辅助上线轴174与下线轴176的分离。在释放位置166,***线轴170释放第二杆138,该第二杆则会在偏压元件150的作用下并且在弹簧加载柱塞172向前移动的帮助下朝向偏压机构140被推进。
还公开了如下文描述和如图8所示的控制***200的实施例。控制***200适于控制工具100且更确切是控制释放机构160和对中机构120的致动。
控制***200包括位于工具100上的第一传感器202。第一传感器202配置成检测第一参数并产生反映出第一参数的第一信号201。控制***200还可选地包括至少第二传感器204。与第一传感器202类似,第二传感器204配置成检测至少第二参数并产生反映出第二参数的第二信号203。在一些实施例中,第一传感器202和第二传感器204中的至少一者位于工具100上,并且更确切而言,第一传感器202和第二传感器204中的一者或两者位于控制器206上。当然,第一传感器202和第二传感器204可位于前述电接合至工具100的其他工具上,并且/或者通过表面***30和通信线路102电接合至工具100。
第一传感器202和第二传感器204可选地选自各种已知传感器。在一个实施例中,第一传感器202和第二传感器204选自由电阻率传感器、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-包括用作接箍***、温度传感器、流量传感器(有时称为微调器)以及其他已知类型的传感器组成的组。
例如,第一传感器202可包括电阻率/连续性传感器,其配置成检测在通信线路102上是否正在传输或接收通信和/或功率。在通信线路102断开或短接的情况下,第一传感器202检测到通信线路102的连续性和/或电阻率的改变。
第二传感器204可选地提供额外数据来确认工具100是否移动,特别是当与第一传感器202提供的数据相比较时。例如,加速度计提供工具正在移动的指示。如果第一传感器202是检测到通信线路102的连续性改变的电阻率/连续性传感器,这意味着通信线路102可能断开,则控制***200能够从第二传感器204查询加速度计数据。如果加速度计表明工具100仍然在移动,则控制***200然后可推断由传感器202检测到的连续性的丢失的原因并非是通信线路102的断开(例如表面***30的部件或工具100的另一电子部件的失效)。本领域技术人员应当认识到,用于所公开不同类型的传感器、它们的等同物和本领域其他已知触感器的数据通常可用于确认来自第一传感器202的数据以及工具100的状态(例如卡住/自由、连接/断开、受控移动/自由下落)。
控制***200还可包括记忆存储装置208,该记忆存储装置配置成存储操作程序210,并且可选地存储第一信号201和第二信号203,通常与时间标识一起。本领域技术人员应当认识到,在记忆存储装置208中存储第一信号201和/或第二信号203的能力允许根据时间并且在给定正确设备和深度的情况下记录数据。因此,工具100实现除了更为传统的记录操作之外的记录-打捞操作。所记录的任何这种数据可通过通信线路102整体或部分传送至表面并且/或者可选地在工具100返回表面时下载至表面***30,无论工具100是从钻井孔20打捞还是以工具100传送到钻井孔20中相同的方式返回。
记忆存储装置208包括各种类型可记录媒介,包括随机存取存储器、只读存储器、可删除媒介、以及硬接线特定指令芯片以及其他已知类型。另外,记忆存储装置208可为独立元件或者其可结合到计算机***或控制器206中,如下文所述。
操作程序210配置成计算致动信号207。致动信号207依据第一信号201和第二信号203中的至少一者而变化。在一些实施例中,致动信号207根据在第一时间和随后时间由控制器206接收和/或由控制器206从记忆存储装置208取回的第一信号201和/或第二信号203中的至少一者的差异来计算。记忆存储装置208可选地存储致动信号207。
作为操作程序210的实施例的实例,可使用由第一传感器202产生的第一信号201,出于该实例的目的,第一传感器为电阻率/连续性传感器,其配置成检测在通信线路102上是否正在传输或接收通信和/或功率。(当然,相对于第一信号201而言,操作程序可以额外地或替换地使用第二信号203。)在通信线路102中出现中断或短路的情况下,第一传感器202检测到通信线路102的连续性和/或电阻率的改变。第一信号201然后反映出第一时间的连续性/期望电阻率以及第二时间的连续性缺失/电阻率改变。
在这种情况下,操作程序210可确定工具100可能已变得与通信线路102脱离。在该时间点,操作程序210可计算或确定保证使对中机构120致动的致动信号207。可替换地,操作程序210可等待额外的时间段来确定在相对于第一时间的随后时间在第一信号201中进一步出现的改变(如果有的话),并且/或者其可使用诸如第二信号203和/或其他额外信号的其他数据来确定其是否应当计算和传输(通过控制器206)致动信号207。
在其中第一信号201并非决定性的情况下,操作程序210可使用由第二传感器204产生的第二信号203来提供额外数据。出于该实例的目的,假设第二传感器为伽马传感器或伽马射线传感器,其配置成对钻井孔20中的伽马射线的存在进行检测和量化。如果工具100卡住(即并非正在移动)或者已与通信线路102脱离(即并非正在移动),在第一时间和随后时间测量的第二信号203中通常改变很少或不存在改变。该结果则进一步表明工具100卡住或脱离,并且操作程序计算或确定应当产生致动信号207并且应当通过控制器206将致动信号传送给释放机构160。
作为替换实例,第二传感器204可为用作接箍***的磁力计。第二信号203指示在短暂时间间隔内快速出现磁力峰。这种形式的第二信号203表明磁力计/第二传感器204快速穿过工具接头和/或钻管衬套和/或护套。该数据则表明工具100自由下落并且在与来自第一传感器202的电阻率/连续性数据结合时,可决定性地认为工具已脱离并且朝向钻井孔20底部下落。可对任意数量的不同类型的传感器和相关信号做出其他类似的这种计算。
在一些实施例中,操作程序210和/或控制器206可包括这样的预防措施,其允许使用者在表面***30处越过程序并指示操作程序210产生制动信号207并通过控制器206传输给释放机构160,而无视第一传感器202和/或第二传感器204正在检测到的数据。
控制***200还包括控制器206,诸如通用计算机、专用计算机、精简指令组芯片以及其他已知类型的控制器和/或处理器。控制器206接收第一信号201和第二信号203中的至少一者,要么分别直接从第一传感器202和第二传感器204接收,要么从记忆存储装置208取回第一信号201和第二信号203,记忆存储装置先前已从第一传感器202和第二传感器204或者控制器206直接接收这些信号。控制器206额外地调用或运行205操作程序210,以便计算致动信号207。控制器206然后将所计算致动信号207传输给释放机构160,以使释放机构160从其锁定位置164转变到其非锁定位置166。在一些实施例中,引线或引出线管216将控制器206电接合至第一传感器202、第二传感器204、记忆存储装置208、电源212以及释放机构160中的至少一者。
控制***200包括至少一个电源212,电源通过例如引线或引出线管214向第一传感器202、第二传感器204、记忆存储装置208和控制器206中的至少一者提供功率213。例如,电源212通常为化学电源,诸如位于工具100上的电池(可充电或其他),然而电源也为位于其他位置。例如,电源212可为由表面***30提供的电力源,其通过通信线路102将功率传输给工具100。在其他实施例中,电源212可位于工具100与之接合的另一工具上。例如,电源212可为接合至涡轮的电池和/或发电机,其将钻井流体的流转化成电力。
控制***200的另一实施例配置成计算致动信号207,用于使位于钻井孔20中的工具100的部件致动。第一传感器202位于工具100上并且检测第一参数并产生反映出第一参数的第一信号201。至少第二传感器204检测至少第二参数并且产生反映出第二参数的第二信号203。记忆存储装置208存储操作程序210,操作程序根据第一信号201和第二信号203中的至少一者来计算致动信号207。控制器206配置成接收来自第一传感器202的第一信号201和来自第二传感器204的第二信号203中的至少一者,以使操作程序210运行并且将致动信号207传输给部件。至少一个电源212对第一传感器202、第二传感器204、记忆存储装置208和控制器206中的至少一者提供功率。可选地,控制***200使用致动信号207致动的部件是释放机构160,该释放机构控制对中机构120,该对中机构配置成使工具100的壳体中线106朝向工具100定位于其中的钻井孔20的中线24移动。
还公开了操作程序210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202产生的第一信号201以及反映出所检测第二参数且由第二传感器204产生的第二信号203中的至少一者来计算致动信号207。致动信号207用于使位于钻井孔20中的工具100的部件致动。操作程序210部分地包括记忆存储装置208,用以存储操作程序210并且用以存储第一时间和随后时间的第一信号201和第二信号203中的至少一者。控制器206配置成接收来自第一传感器202的第一信号201以及来自第二传感器204的第二信号203中的至少一者,运行操作程序210,并且将致动信号207传输给工具100的部件。至少一个电源212对记忆存储装置208和控制器206中的至少一者提供功率。在一些实施例中,操作程序210根据第一信号201和第二信号203中的至少一者在第一时间和随后时间的差异来计算致动信号207。在一些实施例中,致动信号207使作为释放机构160的部件致动,释放机构控制对中机构120,对中机构配置成使工具100的壳体中线106朝向工具100定位于其中的钻井孔20的中线24移动。
另外,公开了计算致动信号207的方法。这种方法的一个实施例是用于计算致动信号207,该致动信号用于使位于钻井孔20中的工具100的部件致动。可选地,工具100包括第一传感器202和至少第二传感器204以及记忆存储装置208,该记忆存储装置存储计算致动信号207的操作程序210。控制器206配置成接收由第一传感器202产生的第一信号201以及由第二传感器204产生的第二信号202中的至少一者,运行操纵程序210,并且将致动信号207传输给部件。至少一个电源212对第一传感器202、第二触感器204、记忆存储装置208和控制器206中的至少一者提供功率。
该方法本身包括检测第一参数(通过第一传感器202)和第二参数(通过第二传感器204)中的至少一者。该方法进一步包括产生代表第一参数的第一信号201(通过第一传感器202)和代表第二参数的第二信号203(通过至少第二传感204)中的至少一者。在记忆存储装置208上存储第一时间和随后时间的第一信号201和第二信号203中的至少一者。根据第一信号201和第二信号203中的至少一者在第一时间和随后时间的差异来计算致动信号207。该方法还包括将致动信号207传输给部件。在一些实施例中,由致动信号207致动的部件为释放机构160,该释放机构控制对中机构120,对中机构配置成使工具100的壳体中线106朝向工具100定位于其中的钻井孔20的中线24移动。
本发明在各个实施例中包括提供装置和方法,在缺少在本文中或者在本发明各个实施例中未描绘和/或描述的项目的情况下,包括缺少可能已经用作先前装置或方法中的项目,例如用于改进性能、时间简易性和/或降低实施成本。
已出于示意和描述的目的给出本发明的前述讨论。前文不旨在将本发明限定为本文公开的一种或多种形式。在前文的例如具体实施方式部分中,出于组织本公开的目的将本发明的各个特征组合到一个或多个实施例中。本公开的该方法不应当解释为呈现出这样的发明,即所要求的发明需要比在每个权项中具体陈述特征更多的特征。相反,如所附权项所呈现的,发明方面在于臂单个前文公开实施例的所有特征更少的特征。因此,所附权项这里结合到该实施方式部分中,其中每个权项各自作为本发明的独立优选实施例。
此外,尽管本发明的描述已包括一个或多个实施例以及特定变型和修改的描述,然而在理解本公开之后,其他变型和修改落在本发明范围内,例如入可落在本领域技术人员的技术和知识内。旨在在允许的程度上获得包括可替换实施例的权利,包括相对所要求的而言的替换、可更换和/或等同结构、功能、范围或步骤,无论这些替换、可更换和/或等同结构、功能、范围或步骤是否在本文公开,并且也无需旨在公然宣称任何可专利主题。
本发明实施例
一种操作程序,用于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,所述致动信号用于使位于钻井孔中的工具的部件致动,所述工具初始通过通信线路连接至表面***,所述操作程序包括:
记忆存储装置,用以存储所述操作程序并且用以存储第一时间和随后时间的所述第一信号和所述第二信号中的至少一者;
控制器,配置成接收来自所述第一传感器的第一信号和来自所述第二传感器的第二信号中的至少一者、运行所述操作程序、以及在所述工具与所述通信线路脱离时将所述致动信号传输给所述部件;
至少一个电源,对所述记忆存储装置和所述控制器中的至少一者提供功率。
根据上文所述的操作程序,其中,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所述第一时间和所述随后时间的差异来计算所述致动信号。
根据上文所述的操作程序,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。
根据上文所述的操作程序,其中,由所述致动信号致动的所述部件为释放机构,所述释放机构控制对中机构,所述对中机构配置成使工具的壳体中线朝向所述工具定位于其中的所述钻井孔的中线移动。
一种计算致动信号的方法,所述致动信号用于使位于钻井孔中的工具的部件致动,所述工具初始通过通信线路连接至表面***,所述工具包括:第一传感器和至少第二传感器;记忆存储装置,存储计算所述致动信号的操作程序;控制器,配置成接收由所述第一传感器产生的第一信号以及由所述第二传感器产生的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部件;以及至少一个电源,所述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,所述方法包括:
执行通过所述第一传感器检测第一参数以及通过所述至少第二传感器检测第二参数中的至少一项;
执行通过所述第一传感器产生代表所述第一参数的所述第一信号以及通过所述至少第二传感器产生代表所述第二参数的所述第二信号中的至少一项;
在所述记忆存储装置上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;
根据所述第一信号和所述第二信号中的至少一者在所述第一时间和所述随后时间的差异来计算所述致动信号;
在所述工具变得与所述通信线路脱离时将所述致动信号传输给所述部件;以及
使所述部件致动。
根据上文所述的方法,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。
根据上文所述的方法,其中,由所述致动信号致动的所述部件为释放机构,所述释放机构控制对中机构,所述对中机构配置成使工具的壳体中线朝向所述工具定位于其中的所述钻井孔的中线移动。
根据上文所述的方法,其中,所述对中机构包括至少一个臂,所述臂配置成至少部分地位于所述工具的外表面内的开口内,所述臂包括第一位置和第二位置,并且其中所述方法进一步包括将所述臂从所述第一位置向所述第二位置推进。
根据上文所述的方法,其中,所述工具进一步包括偏压机构,所述偏压机构配置成将所述臂从所述第一位置向所述第二位置推进。
一种用于在钻井孔中使用的工具,所述钻井孔包括钻井孔壁、钻井孔中线以及钻井孔直径,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,所述工具包括:
壳体,包括:
壳体中线;
外表面;
与所述外表面间隔开的内表面,所述内表面限定至少一个内部空间;
从所述内表面向所述外表面延伸的至少一个开口;
对中机构,包括:
配置成至少部分地接收在所述开口内的至少一个臂;所述臂包括第一端部和第二端部,所述臂包括第一位置和第二位置;
偏压机构,接合至所述对中机构,所述偏压机构配置成施加第一力,所述第一力以以下方式中的至少一种方式推进所述至少一个臂:(a)从所述第一位置朝向所述第二位置,以及(b)从所述第二位置朝向所述第一位置;以及
释放机构,接合至所述对中机构,所述释放机构机电地从(a)锁定位置致动到(b)释放位置,在所述锁定位置中,所述释放机构配置成施加抵抗所述第一力的第二力,以将所述至少一个臂维持在所述第一位置和所述第二位置中的至少一个位置中;在所述释放位置中,所述释放机构不施加所述第二力,从而允许所述偏压机构将所述至少一个臂朝向所述第一位置和所述第二位置中的至少一个位置推进。
根据上文所述的工具,其中,所述对中机构、所述偏压机构以及所述释放机构中的至少一者至少部分地设置在所述内部空间内。
根据上文所述的工具,其中,所述工具进一步包括通信线路,所述通信线路能够执行以下操作中的至少一项:将数据传输给表面***以及从表面***接收数据。
根据上文所述的工具,其中,所述释放机构进一步包括***线轴。
根据上文所述的工具,其中,当所述臂处于所述第一位置时,所述内表面至少部分地保持所述至少一个臂。
根据上文所述的工具,其中,所述对中机构进一步包括上行进头,并且所述至少一个臂进一步包括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,使得当所述至少一个臂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,并且当所述至少一个臂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。
根据上文所述的工具,其中,所述偏压机构进一步包括:
第一端部,接合至所述对中机构;
与所述第一端部间隔开的第二端部,所述第二端部相对于所述内表面是固定的;以及
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。
根据上文所述的工具,其中,所述偏压元件包括线性力/距离关系。
根据上文所述的工具,其中,所述偏压元件包括弹簧和线性致动器中的至少一者。
根据上文所述的工具,其中,所述偏压机构将所述至少一个臂从所述第一位置朝向所述第二位置推进。
根据上文所述的工具,其中,所述外表面包括成角度表面,使得当所述至少一个臂被朝向所述第二位置推进时,所述至少一个臂的下表面接触所述成角度表面,从而推进所述至少一个臂以远离所述壳体中线的方式径向延伸。
根据上文所述的工具,其中,当所述至少一个臂处于所述第二位置时,所述至少一个臂压靠所述钻井孔壁并且将所述壳体中线朝向所述钻井孔中线推进。
根据上文所述的工具,其中,所述工具包括缆绳传送的工具。
根据上文所述的工具,进一步包括控制***,所述控制***包括:
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。
一种用于在钻井孔中使用的工具,所述钻井孔包括钻井孔壁、钻井孔中线以及钻井孔直径,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,所述工具包括:
壳体,包括:
壳体中线;
外表面;
与所述外表面间隔开的内表面;
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。
根据上文所述的工具,其中,所述壳体进一步包括从所述内表面向所述外表面延伸的至少一个开口,并且其中所述至少一个臂至少部分地位于所述开口内。
根据上文所述的工具,其中,所述工具进一步包括通信线路,所述通信线路能够执行以下操作中的至少一项:将数据传输给表面***以及从表面***接收数据。
根据上文所述的工具,其中,所述释放机构进一步包括***线轴。
根据上文所述的工具,其中,当所述臂处于所述第一位置时,所述内表面至少部分地保持所述至少一个臂。
根据上文所述的工具,其中,所述偏压元件包括弹簧和线性致动器中的至少一者。
根据上文所述的工具,其中,所述外表面包括成角度表面,使得当所述至少一个臂被朝向所述第二位置推进时,所述至少一个臂的下表面接触所述成角度表面,从而推进所述至少一个臂以远离所述壳体中线的方式径向延伸。
根据上文所述的工具,进一步包括控制***,所述控制***包括:
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。
一种用于在钻井孔中使用的工具,所述钻井孔包括钻井孔壁、钻井孔中线以及钻井孔直径,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,所述工具包括:
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,具有第一端部和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;
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;
联轴节,包括:
第一杆,接合至所述上行进头;
第二杆;以及
机电释放机构,所述机电释放机构在处于锁定位置时抓持所述第二杆,并且所述机电释放机构在处于释放位置时释放所述第二杆。
根据上文所述的工具,其中,当所述机电释放机构处于释放位置时,所述释放机构将所述上行进头从第一位置向第二位置推进。
根据上文所述的工具,进一步包括壳体,所述壳体包括壳体中线、外表面以及与所述外表面间隔开的内表面,并且其中当所述上行进头处于所述第一位置时,所述至少一个臂的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,所述至少一个臂的所述第一端部邻近所述壳体中线,而所述至少一个臂的所述第二端部以远离所述壳体中线的方式径向定位。
根据上文所述的工具,其中,所述壳体进一步包括从所述内表面向所述外表面延伸的至少一个开口,并且其中所述至少一个臂至少部分地位于所述开口内。
根据上文所述的工具,其中,所述工具进一步包括通信线路,所述通信线路能够执行以下操作中的至少一项:将数据传输给表面***以及从表面***接收数据。
根据上文所述的工具,其中,所述释放机构进一步包括***线轴。
根据上文所述的工具,其中,所述偏压元件包括弹簧和线性致动器中的至少一者。
根据上文所述的工具,其中,所述外表面包括成角度表面,使得当所述至少一个臂被朝向所述第二位置推进时,所述至少一个臂的下表面接触所述成角度表面,从而推进所述至少一个臂以远离所述壳体中线的方式径向延伸。
Claims (21)
1.一种配置成计算致动信号的控制***,所述致动信号用于使位于钻井孔中的工具的部件致动,所述工具初始时通过通信线路连接至表面***,所述控制***包括:
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在所述工具变得与所述通信线路脱离时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部件;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***,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或2所述的控制***,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或2所述的控制***,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所述第一时间和所述随后时间的差异来计算所述致动信号。
5.根据权利要求1或2所述的控制***,其中,所述工具进一步包括所述通信线路,所述通信线路能够执行以下操作中的至少一项:将数据传输给所述表面***以及从所述表面***接收数据。
6.根据权利要求1或2所述的控制***,其中,所述工具包括对中机构;由所述致动信号致动的所述部件为释放机构,所述释放机构控制所述对中机构,所述对中机构使所述工具的壳体中线朝向所述工具位于其中的所述钻井孔的中线移动。
7.一种用于对中机构的控制***,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(a)壳体、(b)外表面、与所述外表面间隔开的(c)内表面、(d)所述对中机构、(e)偏压机构以及(f)释放机构,所述对中机构包括:(d1)上行进头,具有第一位置和第二位置;(d2)至少一个臂,所述至少一个臂具有第一端部以及与所述至少一个臂的所述第一端部间隔开的所述至少一个臂的第二端部,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,所述至少一个臂的所述第一端部和所述至少一个臂的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,所述至少一个臂的所述第一端部邻近所述壳体中线,而所述至少一个臂的所述第二端部以远离所述壳体中线的方式径向定位;所述偏压机构包括:(e1)所述偏压机构的第一端部,接合至所述上行进头;(e2)所述偏压机构的第二端部,与所述偏压机构的所述第一端部间隔开,所述偏压机构的所述第二端部相对于所述内表面是固定的;(e3)偏压元件,接合至所述偏压机构的所述第一端部和所述偏压机构的所述第二端部;所述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;
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钻井孔的所述中线上对中并且以远离所述钻井孔的所述中线的方式径向延伸,所述控制***包括:
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所述锁定位置转变到所述释放位置;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。
8.根据权利要求7所述的控制***,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。
9.根据权利要求7或8所述的控制***,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。
10.根据权利要求7或8所述的控制***,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所述第一时间和所述随后时间的差异来计算所述致动信号。
11.根据权利要求7或8所述的控制***,其中,所述工具进一步包括通信线路,所述通信线路能够执行以下操作中的至少一项:将数据传输给表面***以及从所述表面***接收所述数据。
12.根据权利要求7或8所述的控制***,其中,所述释放机构进一步包括***线轴。
13.根据权利要求7或8所述的控制***,其中,所述工具包括缆绳传送的工具。
14.根据权利要求7或8所述的控制***,其中,所述偏压机构进一步包括弹簧和线性致动器中的至少一者。
15.根据权利要求7或8所述的控制***,其中,所述壳体进一步包括从所述内表面向所述外表面延伸的至少一个开口,并且其中所述至少一个臂至少部分地位于所述开口内。
16.根据权利要求7或8所述的控制***,其中,当所述至少一个臂的所述第二端部以远离所述壳体中线的方式径向定位时,所述至少一个臂压靠所述钻井孔壁并且将所述壳体中线朝向所述钻井孔的所述中线推进。
17.一种计算致动信号的方法,所述致动信号用于使位于钻井孔中的工具的部件致动,所述工具初始通过通信线路连接至表面***,所述工具包括:第一传感器和至少第二传感器;记忆存储装置,存储计算所述致动信号的操作程序;控制器,配置成接收由所述第一传感器产生的第一信号以及由所述第二传感器产生的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部件;以及至少一个电源,所述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,所述方法包括:
执行通过所述第一传感器检测第一参数以及通过所述至少第二传感器检测第二参数中的至少一项;
执行通过所述第一传感器产生代表所述第一参数的所述第一信号以及通过所述至少第二传感器产生代表所述第二参数的所述第二信号中的至少一项;
在所述记忆存储装置上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;
根据所述第一信号和所述第二信号中的至少一者在所述第一时间和所述随后时间的差异来计算所述致动信号;
在所述工具变得与所述通信线路脱离时将所述致动信号传输给所述部件;以及
使所述部件致动。
18.根据权利要求17所述的方法,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。
19.根据权利要求17或18所述的方法,其中,所述工具包括对中机构;由所述致动信号致动的所述部件为释放机构,所述释放机构控制对中机构,所述对中机构配置成使所述工具的壳体中线朝向所述工具定位于其中的所述钻井孔的中线移动。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,所述对中机构包括至少一个臂,所述臂配置成至少部分地位于所述工具的外表面内的开口内,所述臂包括第一位置和第二位置,并且其中所述方法进一步包括将所述臂从所述第一位置向所述第二位置推进。
21.根据权利要求20所述的方法,其中,所述工具进一步包括偏压机构,所述偏压机构配置成将所述臂从所述第一位置向所述第二位置推进。
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