CN1252372C - 沿非垂直井眼输送工具的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种沿一非垂直井眼输送工具的输送设备，具有一对在支承件上转动安装的弧形凸轮、用以使各凸轮的弧面与钻孔壁作啮合的装置和与各凸轮连接的致动器。在第一方向启动一个致动器时，与之连接的凸轮就向前直线位移而凸轮弧面就沿钻孔壁滑动。在第二方向启动一个致动器时，启动的致动器就向后拉动所连接的凸轮，偏压装置就推动凸轮弧面而锁定在钻孔壁上。在锁定凸轮时，致动器进一步的动作立即将输送设备和测井工具沿非垂直钻孔向前推动。

Description

沿非垂直井眼输送工具的设备和方法

技术领域

本申请为1997年9月5日提出、正在审理中的美国专利申请08/924,672的继续部分申请，本申请还要于1998年6月9日提出的临时申请60/088,645的权利。

本发明一般涉及工具输送***，更具体地说涉及一种沿非垂直井眼输送工具的方法和设备。

背景技术

为从矿藏中经济地产出碳氢化合物，日益普遍地穿过地层钻出偏离传统上垂直方向的井眼。这种偏离可按某一锐角或按逐渐增大的角度偏离垂直轴线钻出井眼得出。这种偏离还可通过钻出从垂直并眼水平延伸的井眼得出。一般来说，将工具系在电缆上，将其降入井眼来测录这些偏斜或水平井眼周围的地层并完井。这些工具通常是借助于重力沿井眼或钻孔予以输送的。但，在钻孔角度很大或井眼内表面特别粗糙时，重力就不足以克服工具和电缆对井眼内表面的摩擦力。坚硬的装置如钻杆和挠性管曾被用来沿水平或高度偏斜的钻孔推动测井工具。但，用钻杆和挠性管进行输送并不能理想地适用于全部条件。例如，接合和脱开钻杆既费工又费钱，而挠性管输送由于管体的螺旋状扭曲也有局限性。

以往沿斜井推动工具的试验包括：使这些工具装上受驱动的轮子而沿井眼拖动工具，或使工具具有从其外面液压地伸出的卡爪。但，将这些***装进某些井具会有困难，会导致不良的后果。例如，驱动从工具中伸出的轮子需具足够的动力的马达，装上这些马达往往要求通过90度齿轮箱将马达接到相应轮子上。使卡爪可从工具表面伸出的距离也会受到限制，因为跨装在工具上的相关致动筒在安装空间上和所需孔腔长度上都受到了限制。很多研制而用以沿管腔驱动检查和清理管路所用很大机械的装置也不能用以沿井眼输送工具，这只是由于小直径的井眼造成了尺寸上的限制。很多油井套管的直径不超过约4in或6in。

此外，电动的井下***应尽可能是效率较高的以便减小电缆电流和减少经很长电缆传输这种电流方面的耗损。可惜的是，增加电缆直径来供给较大功率，不论是液压功率还是电气功率，都同时增加了沿水平井眼拖动较重电缆所需力度。

发明内容

这就要求一种更加经济、便利的沿钻孔水平或高度偏斜部分输送工具的设备。从理论上来讲，一种输送设备应能方便地适用于同一井眼上很多不同的内径。最好还使一种接触井眼内表面的输送工具在停止动力或发生其他可以预计的故障时也能可靠地脱离井眼表面以便安全地收回工具。

本发明的特征在于改进井下输送***，用以沿非垂直井眼输送如测井工具一类的工具。

按本发明的一个方面，提供一种用以沿一非垂直井眼输送一工具的设备，设备具有：

长形壳体，可将其接在一须被输送的工具上；其特征在于，

壳体具有一狭槽；

收缩组件，具有凸轮固定器和一外伸活塞，该凸轮固定器，布置成可侧向伸出壳体，并在一枢轴点上与壳体连接，该枢轴点可沿该壳体直线位移；和

致动器，与壳体作可操作连接，并构造成可使凸轮固定器枢轴点沿壳体作直线位移，该凸轮固定器，具有凸轮弧面，用以在凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移时与井眼内表面作滑动啮合，并用以在凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移时卡在井眼内表面上，从而沿井眼输送工具；

收缩组件通过致动器可沿壳体狭槽在前方和后方位置之间作直线位移，外伸活塞伸出收缩组件，并布置成使其在收缩组件移到其前方位置时与位于狭槽一端的壳体表面啮合并受到壳体的挤压，因而将凸轮固定器推到其伸展位置。

设备最好具有：第一和第二所述凸轮固定器，在沿壳体间隔一定距离的相应枢轴点上与壳体连接，凸轮固定器的凸轮弧面在一共同的方向上对准。第一和第二所述致动器构造成使第一和第二凸轮固定器枢轴点分别单独地位移以便沿井眼输送工具。

在某些本发明优选实施例中，凸轮固定器可绕其枢轴点转到一收缩位置上而以其凸轮弧面与井眼内表面脱开。在某些情况下，弹簧布置成使凸轮固定器偏向其收缩位置。

在某些实施例中，凸轮固定器具有一对方向相背的固定件，在一共同枢轴点上与壳体可摆动地连接并布置成同时与井眼内表面的相对部分啮合。两个固定件可绕其共同的枢轴点转到收缩位置上而以其凸轮弧面脱开井眼内表面，设备还具有一弹簧，布置成使两个固定件偏向其收缩位置。

在某些情况下，凸轮固定器具有多个凸体，凸体伸出凸轮弧面以便卡在井眼内表面上。这些凸体最好由坚硬耐久的材料如碳化物构成。

井眼内表面举例来说可由土壤或油井套管构成。

在某些实施例中，被输送的工具具有：一测井传感器，对井下井眼的特征作出反应；电子仪器，可启动致动器。

设备最好可在无动力的情况下自动地将凸轮固定器收缩到其收缩位置上。在一本发明的优选实施例中，设备具有一收缩组件，收缩组件具有凸轮固定器和一外伸活塞。收缩组件通过致动器可沿壳体狭槽在前方和后方位置之间作直线位移，外伸活塞伸出收缩组件，并布置成使其在收缩组件移到其前方位置时与位于狭槽一端的壳体表面啮合并受到壳体的挤压，因而将凸轮固定器推到其伸展位置上。

在某些实施例中，收缩组件具有一收缩组件壳体、一收缩活塞和一拉簧。收缩活塞位于收缩组件壳体的膛孔内并与凸轮固定器枢轴点连接。收缩活塞与外伸活塞作液压连通并可在壳体膛孔内位移以便在外伸活塞受压时移动枢轴点。拉簧与收缩组件壳体和凸轮固定器连接，并布置成可在外伸活塞受压时将凸轮固定器推向其延伸位置。

在一优选实施例中，收缩组件具有：一第一单向止回阀，布置成可在外伸活塞受压时使液压流体从外伸活塞流向收缩活塞；一常开电磁阀，布置成可在电磁阀上无电压时液压流体从收缩活塞流向外伸活塞；一弹簧，布置成可使收缩活塞偏向凸轮收缩位置。设备最好还限定一补偿腔，与收缩活塞作液压连通并可在电磁阀开启和外伸活塞受阻不能充分伸展时从收缩组件接受液压流体。

按本发明的另一方面，提供一种用以将一工具沿非垂直井眼输送到一预定位置的方法，其特征在于，方法包括：

(a)将输送设备接到须被输送的工具上，该输送设备具有：

长形壳体，可将其接在一须被输送的工具上；

壳体具有一狭槽；

收缩组件，具有凸轮固定器和一外伸活塞，该凸轮固定器，布置成可侧向伸出壳体，并在一枢轴点上与壳体连接，该枢轴点可沿该壳体直线位移；和

致动器，与壳体作可操作连接，并构造成可使凸轮固定器枢轴点沿壳体作直线位移，该凸轮固定器，具有凸轮弧面，用以在凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移时与井眼内表面作滑动啮合，并用以在凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移时卡在井眼内表面上，从而沿井眼输送工具；

收缩组件通过致动器可沿壳体狭槽在前方和后方位置之间作直线位移，外伸活塞伸出收缩组件，并布置成使其在收缩组件移到其前方位置时与位于狭槽一端的壳体表面啮合并受到壳体的挤压，因而将凸轮固定器推到其伸展位置；

(b)将工具和设备降入非垂直井眼；

(c)启动致动器，使凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移而使凸轮固定器表面沿井眼内表面滑动；

(d)启动致动器，使凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移而卡在井眼内表面上，并沿井眼输送工具；

(e)重复步骤(c)和(d)直至将工具输送到一预定位置上。

在某些本发明方法的实施例中，设备具有两组凸轮固定器和相关致动器，以上步骤(c)和(d)包括：

i)启动两个致动器而使两个凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移以便使凸轮固定器啮合在井眼内表面上；

ii)顺序启动各致动器而使凸轮固定器枢轴点顺序在第一方向上位移以便沿井眼输送工具。

在某些例子中，以上步骤i)包括启动一个致动器而使一个凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移，同时启动另一致动器而使另一凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移。

在某些本发明方法的其他实施例中，设备具有两组凸轮固定器和相关致动器，方法包括：在步骤(b)和(c)之间，启动两个致动器而使两个凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移以便使凸轮固定器啮合在井眼内表面上，在保持一个凸轮固定器与井眼内表面啮合的同时完成步骤(c)和(d)。步骤(c)和(d)在这些实施例中包括启动与另一凸轮固定器相关的致动器而使另一凸轮固定器枢轴点在第一和第二方向上往返运动以便沿井眼输送工具。使一个凸轮固定器通过一弹簧可偏向井眼内表面。

在某些实施例中，被输送的工具包括对井下井眼特性作出反应的一测井传感器。在某些情况下，被输送的工具还包括用以启动致动器的电子仪器。

有利的是，本发明固定器并不要求采用大量功率以主动地将其压紧在井眼内表面上。其凸轮弧面主要是被动地卡在套壁上，只是通过相对较小的弹簧加上接触负荷。在凸轮固定器和油井套管之间所作出的大部分正常负荷来自由致动器所加向前输送力。这就不再存在单独设置用以伸长凸轮所需动力装置这样的复杂性和费用，凸轮在一个方向上受拉动时自动卡紧，在另一方向上受推动时自动松开。

此外，本发明的特点在于设有用以失去动力的情况下自动收缩凸轮固定器的装置，因而不必破坏凸轮固定器以便从井眼中拉出工具。

本发明可提供一种有效、实用的沿非垂直井眼输送工具的设备如输送测井工具或完井所用工具的设备。本发明的其他优点通过以下结合附图所作说明会明显起来。须理解的是，附图仅用作说明，并不用作对本发明的限定。

附图说明

图1示出在斜井内的下井仪器串。

图2示出本发明输送设备。

图3A、3B示出在小直径和大直径钻孔内的输送设备。

图4A～4C示出在本发明中，为连续移动输送设备，位置、速度和作用力与时间的关系曲线。

图5示出第二下井仪器串，其输送设备具有可自动收缩的凸轮固定器。

图6为图5中其中一个输送器探头的侧视图。

图7、8分别为输送器探头收缩组件的透视图和侧视图。

图9、10分别为沿图8中线9-9所取、处于收缩和伸展状态下的收缩组件及其凸轮固定器的剖面图。

图11为收缩组件的透视图，示出其固定器区的分解图。

图12为输送器探头液压元件的功能筒图。

图13为图9所示夹持区的放大图。

图14为收缩组件夹持区的分解图。

图15、16合在一起构成单张剖面图，示出输送器探头致动器区和补偿器区的内部结构。

图17A、17B分别为第一凸轮件外部的侧视图和端视图。

图17C为第二凸轮件外部的侧视图和端视图。

图18为包括任选测井传感器在内的图5下井仪器串电子仪器筒功能简图。

具体实施方式

图1简略示出将下井仪器串10降入斜井12的情况。井眼12通常衬有钢制套管13，钢制套管在地层内粘结就位并可另设生产油管。但，不带套管的裸眼井也在本发明考虑之内。下井仪器串10至少具有一装在输送设备16上的测井工具14。下井仪器串10还具有用以控制输送设备16的电子仪器筒17。在某些情况下，电子仪器筒17还控制测井工具14并在某些情况下电子仪器筒具有一或几个测井传感器而行使测井工具14的职能。下井仪器串10是用铠装电缆18悬挂的，电缆包括铠装的电气导体(单心电缆)，用以将动力和来自地面的控制信号传输到下井仪器串，并从工具向地面传输数据遥测信号。在地面上用绞盘(未示出)使下井仪器串10在井的垂直部分内升降并沿井的非垂直部分拉动工具。

在某些情况下，测井工具14装在下井仪器串10的远端、位于输送设备16的前面如图所示，使输送设备16沿井眼偏斜部分推动测井工具14。在另外的情况下，将测井工具14置于下井仪器串10的近端、位于输送设备16的后面，使输送设备沿井眼拉动测井工具。

图2简略示出用以将测井工具单程送下斜井的输送设备16实施例。设备16具有装在共用壳体19内的两个凸轮致动器组。一个凸轮致动器组由一凸轮固定器20、一支承构架22和一致动器24构成，凸轮固定器具有两个反向设置的凸轮件26a、26b。直线致动器24的构造使支承构架22沿壳体19(即沿井眼延伸的方向)作直线位移而使枢轴点40位移，在枢轴点上凸轮固定器20的两个凸轮件在支承构架22上同时作绕枢轴转动的安装。凸轮件26a、26b具有由强力、抗蚀、抗磨材料如不锈钢构成的外弧面21，用以与井眼内表面接触。在凸轮件26a、26b之间延伸的压缩弹簧28用以使背向设置的凸轮件与井眼内表面作偏压接触。但也可采用其他的偏压机构如扭转簧或拉簧。其他用以使凸轮固定器20偏压在井眼上、包括机电或液压致动***在内的机构都在本发明的考虑范围以内。

由凸轮固定器20’、支承构架22’和致动器24’构成的第二凸轮致动器组具有与以上所述类似的结构。凸轮固定器20’凸轮件的凸轮弧面21带有凸体29如带有柱头或带有颗粒，用以进一步提高卡在井眼表面上的作用。凸体29由具有高硬度、高耐磨性的材料如碳化钨构成。在其他实施例中，凸轮固定器20具有类似的凸体。

如图2所示，致动器24具有用以转动滚动螺杆32的马达30，马达通过减速齿轮箱34与滚动螺杆连接。致动器24也可由其他用以使支承构架22作直线位移的机构构成如采用与由马达传动的液压泵连接的液压活塞。当马达30在一个方向上转动时，滚动螺杆32使支承构架22带着枢轴点40向前作直线位移。在作出这种位移时凸轮件26a、26b的弧面沿井壁自由滑动。在马达30反向转动时，滚动螺杆32向后拉动枢轴点40而使凸轮件26a、26b卡紧或锁定在井壁上而将输送设备和测井工具向前推动。在以下具体说明的各实施例中致动器24、24’配合动作而沿井眼移动工具。

输送设备1b在具有各种不同内径的井眼上锁定或作滑动接触。图3A、3B分别示出相对较小和较大直径油井套管13内的凸轮固定器20。接触角θ定义为垂直于油井套管的方向“A”和从枢轴点40到凸轮件26b接触油井套管13之点“c”的延伸线“B”之间的角度。使凸轮固定器20在井壁上可靠、无滑动地锁定所需最大接触角与凸轮固定器20和钻孔壁12之间的摩擦特性有关。接触角θ的正切值必须小于弧面21和油井套管13之间的静磨擦系数以便在致动器在“锁定”方向上拉动凸轮固定器时凸轮固定器表面和油井套管之间的摩擦阻止滑动现象。由于接触点“c”在枢轴点40的后面，凸轮固定器在“滑动”方向移动时沿油井套管13表面自由滑动。本发明推荐约为22度的接触角，这相当于约为0.4的摩擦系数。为适应油井套管直径的变化，凸轮弧面21的形状应使接触角θ在凸轮件26a、26b绕枢轴点40向内或向外转动时保持恒定不变。

最好有控制地启动致动器24、24’以便凸轮固定器20、20’的运动使下井仪器串沿井眼协同移动。由于使一凸轮固定器向前滑动的反作用力或由于电缆18(图1)的张力工具会向外(即向井眼开口)移动，为防止这种向外的移动，在所有时间内总有一个凸轮固定器锁定在井壁上。换言之，在一个凸轮固定器20’或20向前移动时，另一凸轮固定器保持锁定在井壁上，以免下井仪器串向后移动。

图4A～4C示出为使本发明这里也涉及的图2输送设备连续移动时位置、速度和作用力与时间的关系曲线。

在一实施例中，在起始状态下在时间t＝0时，第一致动器24的滚动螺杆32处于充分伸展状态，而第二致动器24’的滚动螺杆32’处于充分收缩状态下。为将下井仪器串向前输送，第一致动器的马达30在一个方向上转动，收缩滚动螺杆32而将凸轮固定器20向后拉动，从而使两个凸轮固定器20的凸轮弧面21同时锁定在钻孔壁12上面将输送设备和测井工具向前推动。与此同时，致动器24’的马达30’转动滚动螺杆32’，使凸轮固定器20’的枢轴点40’向前作直线位移而使凸轮固定器20’沿套壁向前滑动。然后使这些动作反过来进行，使第一马达30反方向转动而使凸轮固定器20向前滑动，这时第二马达30’收缩支承构架22’而向后拉动凸轮固定器20’，从而将凸轮固定器20’的凸轮弧面21’锁定在钻孔壁上而将输送设备和测井工具进一步向前推动。使凸轮固定器向前移动的动作稍快于将其向后拉动的动作可在两个致动器的时间安排上形成其拉动行程稍有搭接的现象，从而使下井仪器串向前的净动作是连续的如图4B所示。通过电缆18(图1)致动器所能取得的电力供量是有限的，由致动器作出的最大拉力在较高拉动速度下会较低如图4C所示。

在另一种操作顺序下，凸轮固定器20和20’先同时操作，然后顺序操作。同时启动致动器24，24’而向后拉动两个凸轮固定器，从而将其凸轮弧面21锁定在钻孔壁上而向前推动下井仪器串。其次，致动器24，24’顺序启动而使各凸轮固定器向前位移，然后两个致动器再一起收缩凸轮固定器而向前输送下井仪器串。这些步骤一直重复到将下井仪器串输送到预定位置。

在第三个操作顺序中，使一个致动器沿井眼来回逐步输送下井仪器串而使另一致动器保持固定而使其相关凸轮固定器锁定在套壁上以免向后移动。

图5示出另一下井仪器串50，类似于图1下井仪器串10，但具有(从下到上)一测井工具14、两个工具输送器探头52、一电子仪器筒54和一电缆连接器56。尽管仅示出一个测井工具14，应该理解，下井仪器串可具有若干测井工具或其他须沿非垂直井眼输送的这类装置。每输送器探头52具有两个凸轮固定器58，各凸轮固定器具有反向设置的凸轮件60a、60b。各探头还具有单个致动器(未示出)，用以同时移动其两个凸轮固定器。各凸轮件60a、60b具有凸轮远端弧面62，用以与油井套管内表面接触如以上就图2实施例所述，从而使凸轮固定器在向前移动时如箭头“F”所示沿油井套管表面自由滑动，但，在向后拉动时如箭头“R”所示锁定在油井套管表面上。

如图6所示，各输送器探头52从上到下由一上端区64、补偿器区66、致动器区68、轨道区70和下端区72构成。轨道区70具有装在狭槽78内的收缩组件76，收缩组件通过轨道区相对两侧伸展。收缩组件76具有凸轮固定器58而通过装在致动器区68内的致动器沿狭槽78纵向移动。如以下就图15、16所述，各输送器探头沿探头长度具有电气连通，以便传输动力和传输通向和来自测井工具或其他装置的控制信号。

如图7、8所示，收缩组件76从左到右由致动器杆夹80、液压块体82、固定器区84和外伸活塞区86构成。将探头致动器区致动器杆91a、91b的远端(图16)牢固地夹在杆夹80内以便收缩组件来回移动。将结合图12进一步说明的液压块体82具有液压阀，用以在动力发生故障时可控地收缩凸轮固定器。收缩组件向前的动作首先将从收缩组件外伸活塞区伸出的外伸活塞88向内推动而产生液压压力以便伸展凸轮固定器，这在以下结合图9、12再作具体说明。

图9示出以其凸轮固定器处于收缩状态下的收缩组件76和伸展的外伸活塞88。在收缩组件通过探头致动器先向前移到其行程终端时，活塞88接触探头的下端隔壁89(图6)而被推入收缩组件，迫使液压流体流出外伸活塞腔90。腔90在其外端由密封圈92绕活塞88的轴进行密封，活塞具有扩大的导向部分94，用以沿腔90的膛孔滑动。压缩弹簧96将活塞88压向外面。从外伸活塞腔90流出的液压流体沿装在收缩组件内的流体管(未示出)通过单向止回阀98流向绕收缩活塞102的环形腔100，将活塞102向左压向图10所示位置而压缩收缩弹簧104。与此同时，由活塞102的移动从腔106流出的液压流体通过致动杆91b流到探头补偿区的补偿活塞腔108(图15)。装在活塞102远端的双凸轮支承轨110在收缩活塞收缩时被拉向左方。凸轮件60a、60b(图9、10中仅凸轮件60a可见)通过构成凸轮固定器枢轴点114的轴承112与轨110连接。在其收缩位置上如图9所示，各凸轮件通过在凸轮件和收缩组件壳体122之间延伸的相关拉簧120并通过弹簧104的剩余压力被压靠在销子116和滚子118上。各弹簧120的一端通过销子124与其相关凸轮件连接。在凸轮支承轨110移到左边时，弹簧120将其相关凸轮件向外转到其伸展位置上如图10所示。在轨110移回到右边时(如图9所示)，枢轴点114沿井眼相对于滚子118向前位移。这一相对运动有助于凸轮件的收缩而要求任意缆索张力通过滚子118而不是通过轴承122加在凸轮件上。

如图9、10所示，凸轮件60a(和60b，未示出)各具有用带螺纹固定件125连接的内部和外部，使其外部(具有凸轮弧面62)可以更换。同时还提供不同尺寸的凸轮外部如图17A、17C所示以便用于不同范围的管径。此外，在某些情况下，一个凸轮固定器58(图8)装有一种尺寸的凸轮件外部(如图17A所示外部)而另一凸轮固定器装有另一尺寸的凸轮件外部(如图17C所示外部)以便与单个井眼内孔径范围很宽的情况相适应。

图11在某些方面对收缩组件固定器区84结构提供较好的视图。固定器区壳体122具有一对平行侧轨126，各具有内部凹槽128，凸轮支承轨110在其中滑动。

液压块体82的功用可结合图12作出最好的说明。重复地说，液压流体先从外伸活塞腔90经止回阀98流到收缩活塞102周围的环形腔100内而将活塞102压向左边。与此同时，流体从腔106从收缩组件流出而进入探头补偿器区的补偿活塞腔108。由于腔100内的压力大于腔106，可防止通过止回阀128的回流。液压块体具有一常开电磁阀130，此阀在探头正常操作时通过保持一跨接在电磁线图132绕组的电压保持关闭。

在收缩组件处于外伸活塞能充分伸展的位置(即离开控头下端隔壁的位置)而动力发生故障时，收缩弹簧104将收缩活塞102压向右边而使凸轮固定器收缩。流体在外伸弹簧96(图9)将外伸活塞88压向外边时从腔100通过电磁阀130和止回阀134流到外伸活塞腔90。

如果外伸活塞88受阻而不能充分伸展、例如在收缩组件在探头内处于其充分向前的位置上的情况下，来自腔100的多余液体就通过电磁阀130和止回阀136流到补偿器腔108。此后，外伸活塞在不再受阻时立即由于内部液压压力自动伸展而无源地重新使外伸***复位。

如图13、14所示，收缩组件夹持器50牢固地与探头的致动杆连接。杆的远端(未示出)插在孔138a和138b内，在此用密封件140将其密封起来。在孔138b内的液压快接接合器142可使杆件从液压块体82上脱出而不会使收缩组件的液压腔产生泄漏现象。夹持器的中心块体144用螺栓146固定在液压块体的平面上，侧板148从中心块体相对两侧进行安装以便用软质夹持垫块150将致动杆夹持就位。夹持器80的结构使收缩组件可以与输送探头的其余部分脱开而不必拆卸探头的其余部分。充液和放液栓152装在致动杆和收缩组件的接合处。

输送探头52的其余部分将参照图15、16予以说明。从探头的上端开始(图15的上方)，上端64用以与下井仪器串的后部和缆索作干态电气接合。在补偿器区66的上端内油和空气的隔壁154绕沿探头长度延伸的电气导体构成油的严密密封。探头相邻区段用拼合的螺纹环155连接而对相邻区段之间的电气连接采用卡口式接合器。补偿器区66也具有环形补偿活塞156，此活塞与压缩簧158的端部连接并具有密封件，用以密封补偿器管160和壳体162的表面。在活塞156周围形成环形补偿器腔108以与探头下面各部分和收缩组件通过开口164与轴160的内腔作流体连通。活塞156以下的环形腔166通过侧口168对井眼是敞开的。位于环形腔166下端的柔性止动器170防止活塞156撞击腔端并使活塞保持对壳体腔内表面的密封性。

现对探头致动器区68作具体说明。在致动器区上端电气连接器组件172使致动器区和补偿器区很易脱开，并使液压流体在两区之间流动。连接器172还在电缆和包括向马达组件174供电所用导体在内的整个下部电气***之间提供电气连接。马达组件174具有无电刷直流马达，马达通过用脉冲宽度调制的约800v直流电压来操作，而行星齿轮系提供10：1的减速。马达组件的直径约为2in，长约为3in，功率约为1HP。马达组件在致动器区的壳体上作柔性安装，其输出轴与万能接合器176作仿样似合，连接器的另一端与滚动螺杆178连接。滚动螺杆178在致动器壳体内装在上轴承组件180和下轴承组件182上。滚动螺母184跨在滚动螺杆上而使其通过马达组件174的转动沿下井仪器串的主轴线作直线位移。在滚动螺母上装有上杆座186，用以夹持致动杆91a、91b的上端。滚动螺母184的直线位移使杆91a、91b沿工具轴线位移，从而移动收缩组件。杆91a、91b是空心的，杆91b的孔腔在收缩组件和探头其他部分之间形成液压流体的通路。单根导体(未示出)沿经密封的杆腔91a延伸而与电磁阀130(图9)作电气连通。此导体在滚动螺母184和轴承组件180之间穿过围绕在滚动螺杆上的螺管(未示出)以使在滚动螺母和轴承之间的距离改变时保护导体。致动器区的下端具有电气连接器组件188，用以与轨区70作电气连接。

轨区70上端具有用以对杆91a、91b进行密封的滑动密封件190。轨区上下端之间的管系(未示出)沿侧轨192带有电气导体和液压流体。在各侧轨中切出的椭圆槽194内装有位于收缩组件外伸活塞区各侧的舌形体196(图7)，用以对收缩组件沿侧轨进行导向。

探头52下端区72具有另一油和空气的隔壁154，用以与下井仪器串下面各部连接。

如图17A～17C所示凸轮件外部198a、198b的两个示例用于不同井眼孔腔直径、尺寸不同的凸轮件外部。如图17B所示凸轮件外部相对较窄而具有较宽而平的侧面。在有些凸轮件的远端边沿上镶有一排尖顶的碳化物镶片200，用以卡住钢质套壁。

如图18所示，电子仪器筒54用以对两个图5输送探头52作井下控制。应该看到，图18简略示出电子仪器筒的功能。对熟悉本专业的人来说，可以理解，具体的实施例在某些情况下会装有多元组成部分，用以共同行使图18所示任一给定单元的功能。例如，本发明的一个实施例装有不少于5个微处理机。

控制信号和数据是通过已知的遥测技术叠加在直流高压单心电缆18上的，使其从地面通向工具，而遥测技术可提供每秒13k～26k符号的数据传输速度。来自电缆18的供电是用过滤器202过滤而对致动器马达供电，并在电源204中降到较低电压而对电子仪器供电。一或数个机载微处理机控制器206控制井下的功能元件，遥测电子仪器208用以生成来自电缆18的数据信号和对其进行译码，并用以从遥测叠层中以足够的隔离程度分出高压电力以免干扰遥测信号。下井仪器串上的标称电缆电压在拉动时约为直流600v，但，为保持合理的恒定拉动速度而在控制器变动马达参数并通过分解器反馈给马达174时电压是波动的。

所设置的机载传感器210用以监控各***参数以取得安全性和其他功能。例如，热电偶用以监控供电散热器温度，应变仪用以监控电缆张力，以便在测得与要求不符的情况下自动收进凸轮固定器和停止致动器马达。也可以监控马达的速度、电压和电流以测定马达扭矩。马达激励器212具有用以对每马达的三个绕组供电的脉冲宽度调制功率晶片管，并与遥测电子仪器最好确实地相隔足够的距离以减少信号噪音。

在某些情况下，电子仪器筒54可与单独的井下测井工具对接(如与图5所示测井工具14对接)。在某些情况下，电子仪器筒本身装有测井传感器如计算机控制加载(CCL)传感器214，这就不再要求单独的测井工具。当然，电子仪器筒不难作出这样的配置而可一举两得。

电子仪器筒54还提供过滤的和不过滤的两种电缆电压输出(未示出)以供下井仪器串上其他井下工具使用。

在地面上的计算机(未示出)提供一种用户接口。在地面上的计算机在某些情况下也可监控电缆的张力和电流，并在测得与要求不符的状况时关闭该***。例如，零值电流可指示电缆断路。

在使用中不应将下井仪器串沿井眼输送太远以免在收缩时电缆和地面之间产生大于电缆强度所能承受的负荷。

以上就输送测井工具的实施例作了说明(测井工具可以装在、也可不装在以上所述电子仪器筒内)，但应该理解，本发明输送***同样适用于沿斜井输送其他类型的井下工具。例如，射孔枪和其他完井工具也可沿这种井眼通过以上所述设备和方法予以输送。

以上对本发明优选的和另外的一些实施例是作为例证和说明提出的。这并不用以将本发明限定在所公开的确切形式上。显然，对熟悉本专业的人来说，很多改型和变动是显而易见的。这些实施例是为了尽量说明本发明的原理及其实际应用予以选出和说明的，从而使其他熟悉本专业的人了解本发明的各种不同的实施例，与此同时，各种不同的改型也适用于可以设想到的一些特定用途。本发明的范围应由所附权利要求书及其等效内容来限定。

Claims (22)

1.一种用以沿非垂直井眼输送工具的设备，设备具有：

长形壳体，可将其接在一须被输送的工具上；其特征在于，

壳体具有一狭槽；

收缩组件，具有凸轮固定器和一外伸活塞，该凸轮固定器布置成可侧向伸出壳体，并在一枢轴点上与壳体连接，该枢轴点可沿该壳体直线位移；和

致动器，与壳体作可操作连接，并构造成可使凸轮固定器枢轴点沿壳体作直线位移，该凸轮固定器具有凸轮弧面，用以在凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移时与井眼内表面作滑动啮合，并用以在凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移时卡在井眼内表面上，从而沿井眼输送工具；

收缩组件通过致动器可沿壳体狭槽在前方和后方位置之间作直线位移，外伸活塞伸出收缩组件，并布置成使其在收缩组件移到其前方位置时与位于狭槽一端的壳体表面啮合并受到壳体的挤压，因而将凸轮固定器推到其伸展位置。

2.按权利要求1所述设备，具有：

第一和第二所述凸轮固定器，在沿壳体间隔一定距离的相应枢轴点上与壳体连接，所述凸轮固定器的凸轮弧面在一共同的方向上对准；

第一和第二所述致动器，构造为第一和第二凸轮固定器的枢轴点分别单独地位移以便沿井眼输送工具。

3.按权利要求1所述设备，其中：凸轮固定器可绕其枢轴点转到一收缩的位置而以该凸轮固定器的凸轮弧面与井眼内表面脱开。

4.按权利要求3所述设备，还具有一弹簧，设置成使凸轮固定器偏向其收缩位置。

5.按权利要求1所述设备，其中：凸轮固定器具有一对固定件，以相反方向设置而工作，在一共同枢轴点上与壳体连接并设置成同时与井眼内表面的相对部分啮合。

6.按权利要求5所述设备，其中：两个固定件可绕其共同的枢轴点转到收缩的位置而以其凸轮弧面脱开井眼内表面，该设备还具有一弹簧，设置成使两个固定件偏向其收缩的位置。

7.按权利要求1所述设备，其中：凸轮固定器具有多个凸体，凸体伸出凸轮弧面以便卡在井眼内表面上。

8.按权利要求1所述设备，其中：井眼内表面由土壤构成。

9.按权利要求1所述设备，其中：井眼内表面由油井套管构成。

10.按权利要求1所述设备，其中：被输送的工具具有：

测井传感器，对井下井眼特性作出反应；

电子仪器，可启动致动器。

11.按权利要求3所述设备，可在无动力的情况下自动地将凸轮固定器收缩到其收缩位置上。

12.按权利要求1所述设备，其中：收缩组件具有：

收缩组件壳体；

收缩活塞，位于收缩组件壳体的一孔膛内并与凸轮固定器枢轴点连接，收缩活塞与外伸活塞作液压连通并可在壳体膛孔内位移以便在外伸活塞受压时移动枢轴点；

拉簧，与收缩组件壳体和凸轮固定器连接，并布置成可在外伸活塞受压时将凸轮固定器推向其延伸位置。

13.按权利要求12所述设备，其中：收缩组件具有：

第一单向止回阀，布置成可在外伸活塞受压时使液压流体从外伸活塞流向收缩活塞；

常开电磁阀，布置成可在电磁阀上无电压时液压流体从收缩活塞流向外伸活塞；

弹簧，布置成可使收缩活塞偏向凸轮收缩位置。

14.按权利要求13所述设备，还具有一补偿器腔，与收缩活塞作液压连通并可在电磁阀开启和外伸活塞受阻不能充分延伸时从收缩组件接受液压流体。

15.用以将工具沿非垂直井眼输送到预定位置的方法，其特征在于，方法包括：

(a)将输送设备接到须被输送的工具上，该输送设备具有：

长形壳体，可将其接在一须被输送的工具上，该壳体具有一狭槽；

收缩组件，具有凸轮固定器和一外伸活塞，该凸轮固定器布置成可侧向伸出壳体，并在一枢轴点上与壳体连接，该枢轴点可沿该壳体直线位移；和

致动器，与壳体作可操作连接，并构造成可使凸轮固定器枢轴点沿壳体作直线位移，该凸轮固定器具有凸轮弧面，用以在凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移时与井眼内表面作滑动啮合，并用以在凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移时卡在井眼内表面上，从而沿井眼输送工具；

收缩组件通过致动器可沿壳体狭槽在前方和后方位置之间作直线位移，外伸活塞伸出收缩组件，并布置成使其在收缩组件移到其前方位置时与位于狭槽一端的壳体表面啮合并受到壳体的挤压，因而将凸轮固定器推到其伸展位置；

(b)将工具和设备降入非垂直井眼；

(c)启动致动器，使凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移而使凸轮固定器表面沿井眼内表面滑动；

(d)启动致动器，使凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移而卡在井眼内表面上，并沿井眼输送工具；

(e)重复步骤(c)和(d)直至将工具输送到一预定位置上。

16.按权利要求15所述方法，其中：设备具有：

第一和第二所述凸轮固定器，在沿壳体间隔一定距离的相应枢轴点上与壳体连接，所述凸轮固定器的凸轮弧面在一共同的方向对准；

第一和第二所述致动器，构造为第一和第二凸轮固定器分别单独地位移以便沿井眼输送工具。

17.按权利要求16所述方法，步骤(c)和(d)包括：

i)启动两个致动器而使两个凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移以便使凸轮固定器啮合在井眼内表面上；

ii)顺序启动各致动器而使凸轮固定器枢轴点顺序在第一方向上位移以便沿并眼输送工具。

18.按权利要求17所述方法，其中：步骤i)包括启动一个致动器而使一个凸轮固定器枢轴点在第一方向上位移，同时启动另一致动器而使另一凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移。

19.按权利要求16所述方法，包括：

在步骤(b)和(c)之间，启动两个致动器而使两个凸轮固定器枢轴点在第二方向上位移以便将凸轮固定器啮合在井眼内表面上；

在保持一个凸轮固定器与井眼内表面啮合的同时完成步骤(c)和(d)，步骤(c)和(d)包括启动与另一凸轮固定器相关的致动器而使另一凸轮固定器枢轴点在第一和第二方向上往返运动以便沿井眼输送工具。

20.按权利要求19所述方法，其中：使一个凸轮固定器通过一弹簧偏向井眼内表面。

21.按权利要求15所述方法，其中：被输送的工具包括对井下井眼特性作出反应的一测井传感器。

22.按权利要求21所述方法，其中：被输送的工具还包括用以启动致动器的电子仪器。

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