液压组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种井下工具，所述井下工具包括：液压组件；臂组件，所述臂组件包括轮；液压马达，用于使所述轮旋转，由此沿前进方向驱动所述井下工具；以及液压泵单元，用于同时产生第一和第二加压流体，所述井下工具的特征在于，所述臂组件可相对于工具壳体在缩回位置与突出位置之间移动，并且所述井下工具还包括：臂启动组件，用于使所述臂组件在所述缩回位置与所述突出位置之间移动，并且所述液压马达在所述臂组件处于所述突出位置时沿前进方向驱动所述井下工具，所述臂启动组件与所述第一加压流体流体连接并且所述液压马达与所述第二加压流体流体连接；液压控制块，用于控制具有第一压力的所述第一加压流体的压力以及控制所述第二加压流体的第二压力，并且所述液压控制块包括用于控制所述臂组件的缩回、所述臂组件的突出和所述轮的旋转的顺序的第一顺序阀，其中，所述顺序阀与所述流体中的一者流体连接并且基于另一种流体的压力而在打开位置与关闭位置之间切换。此外，本发明涉及一种控制井下工具的驱动单元的臂组件的突出的方法和一种井下系统。
【专利说明】液压组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种井下工具，该井下工具包括:液压组件；包括轮的臂组件；液压马达，用于使轮旋转，由此沿前进方向驱动井下工具；和液压泵单元，用于同时产生第一和第二加压流体。此外，本发明涉及一种控制井下工具的驱动单元的臂组件的突出的方法和一种井下系统。
【背景技术】
[0002]井下工具用于油气井的井眼内部的操作。井下工具在很苛刻的环境中操作并且必须尤其能够耐受腐蚀性流体、高温和高压。
[0003]为了避免油气生产中不必要和昂贵的干扰，配置在井下的工具必须可靠并且在崩溃的情况下易于从井移走。工具常常配置于井下数千米的很大深度处，并且移走卡滞的工具因此是一项昂贵和耗时的操作。
[0004]已知借助控制阀和/或顺序阀来控制液压系统中的液压引擎，所述阀被联接在引擎与相应的泵之间。在井下设备中，用户进行的控制由于井眼下数千米的特殊情况而受限。此外，这种设备的控制在设备与表面之间的通信发生故障的情况下必须独立于表面控制，以使得通过液压装置接合井眼壁或生产套筒的工具在故障的情况下仍可从井收回。因此，存在对可有利地用于故障安全井下控制系统的设计中的非常可靠的控制系统的需求。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术的以上缺点和弊端。更具体而言，一个目的是提供一种改进的井下工具，该井下工具在启动其在突出臂上的轮以便使其自身在井中向前推进时不会被卡住。
[0006]将从以下说明变得显而易见的上述目的以及许多其他目的、优点和特征由一种井下工具通过根据本发明的方案来实现，所述井下工具包括:
[0007]-液压组件，
[0008]-臂组件，该臂组件包括轮，
[0009]-液压马达，用于使轮旋转，由此沿前进方向驱动井下工具，以及
[0010]-用于同时产生第一和第二加压流体的液压泵单元，
[0011]所述井下工具的特征在于，臂组件可相对于工具壳体在缩回位置与突出位置之间移动，并且所述井下工具还包括:
[0012]-臂启动组件，用于使所述臂组件在所述缩回位置与所述突出位置之间移动，并且所述液压马达在所述臂组件处于所述突出位置时沿前进方向驱动所述井下工具，所述臂启动组件与所述第一加压流体流体连接并且所述液压马达与所述第二加压流体流体连接，
[0013]-液压控制块，用于控制具有第一压力的所述第一加压流体的压力以及控制所述第二加压流体的第二压力，并且
[0014]-所述液压控制块包括用于控制所述臂组件的缩回、所述臂组件的突出和所述轮的旋转的顺序的顺序阀，
[0015]其中，所述顺序阀与所述流体中的一者流体连接并且基于另一流体的压力而在打开位置与关闭位置之间切换。
[0016]在一个实施例中，所述第一和第二加压流体可分别在所述臂启动组件和所述液压马达的下游重新结合成进入在闭合回路中与所述液压泵连接的流体液压室的下游流体。
[0017]在另一实施例中，该液压组件可包括液压组件壳体，所述液压组件壳体是所述液压块和所述液压泵被容纳在其中的液压室。
[0018]此外，所述液压块和所述液压泵可被容纳在还包括用于监视所述第一和第二压力以向控制系统产生反馈信号的传感器的液压组件壳体中。
[0019]此外，所述顺序阀可与所述第二流体流体连接并且基于所述第一流体的压力而在打开和关闭位置之间切换。
[0020]而且，所述顺序阀可与所述第一流体流体连接并且基于在节流器(throttle)上游测得的所述第二流体的压力而在打开和关闭位置之间切换。
[0021]所述第一加压流体可通过先导连接部与换向阀流体连通，所述液压马达具有第一和第二输入端口，所述换向阀控制进入所述液压马达的所述第一或第二输入端口中的所述第二流体，以使得所述液压马达的旋转方向可被第一流体控制处于前进或后退模式下。
[0022]在另一实施例中，所述液压块还可包括另外的顺序阀，所述另外的顺序阀与所述第二流体流体连接，以使得所述第二流体在被供给至所述臂启动组件之前经过所述另外的阀。
[0023]此外，所述液压泵单元或马达可通过线缆被提供动力或经管子接收流体。
[0024]根据本发明的井下工具可包括多个轮。
[0025]而且，根据本发明的井下工具可包括多个臂组件。
[0026]此外，所述轮可由被容纳在所述驱动单元壳体内的液压马达驱动。
[0027]此外，根据本发明的井下工具可包括具有内部流体通道的臂组件。
[0028]在一个实施例中，所述液压块可包括用于控制第一和第二压力的第一和第二压力控制装置。
[0029]根据本发明的井下工具可与线缆例如盘管或钻管连接。
[0030]此外，根据本发明的井下工具可包括用于监视第一和第二压力以向控制系统产生反馈信号的传感器。
[0031]本发明还涉及一种控制井下工具的驱动单元的臂组件的突出的方法，所述方法包括:
[0032]-启动液压泵，
[0033]-同时产生具有第一压力的第一加压流体和具有第二压力的第二加压流体，
[0034]-通过所述第一加压流体启动液压马达的旋转，以驱动所述臂组件的轮，
[0035]-提高所述第一压力，直至所述第一压力达到预定突出压力，
[0036]-通过第一顺序阀启动臂启动组件，以及
[0037]-通过所述第二加压流体的第二压力启动所述臂组件的突出。
[0038]而且，本发明涉及一种如上所述的方法，所述方法还包括以下步骤:
[0039]-迫使所述第二流体通过孔口并进入第一顺序阀，由此逐渐关闭所述第一顺序阀并且替换通过所述第一顺序阀启动臂启动组件的步骤，
[0040]-提高所述孔口上游的所述第二压力，
[0041]-通过提高所述第二流体的第二压力而逐渐关闭第二顺序阀，
[0042]-提高所述第一流体的第一压力(替换提高所述第一压力直至所述第一压力达到预定突出压力的步骤)，
[0043]-当所述臂组件的所述轮抵接所述井眼或生产套管的内壁时，进一步提高所述第二压力，
[0044]-通过所述第二压力关闭所述第二顺序阀，
[0045]-进一步提高所述第一流体的第一压力，直至获得所述第一流体的第一压力的最大压力，并且
[0046]-沿前进方向驱动工具管柱。
[0047]在一个实施例中，所述臂组件的突出的启动可发生在所述第二加压流体的压力克服由弹簧部件施加至所述臂启动组件的弹簧力时。
[0048]另外，上述方法可包括:
[0049]-液压泵的停用，
[0050]-通过降低第二加压流体的第二压力而停止所述臂组件的突出，
[0051]-降低所述第二压力，直至所述臂组件缩回，以及
[0052]-通过降低驱动液压马达配置在其中的所述臂组件的轮的第一加压流体的第一压力来减慢所述液压马达的旋转。
[0053]在一个实施例中，所述臂组件的缩回的启动可发生在所述第二加压流体的压力变得不及由弹簧部件施加至所述臂启动组件的弹簧力时。
[0054]此外，本发明涉及一种如上所述的方法，所述方法包括:
[0055]-启动液压泵，
[0056]-同时产生具有第一压力的第一加压流体和具有第二压力的第二加压流体，
[0057]-通过所述第一加压流体启动液压马达的旋转，以驱动所述臂组件的轮，
[0058]-提高所述第一压力，直至所述第一压力达到预定突出压力，
[0059]-通过第一顺序阀启动臂启动组件，以及
[0060]-通过所述第二加压流体的第二压力启动所述臂组件的突出，
[0061]-沿前进方向驱动所述井下工具，
[0062]-停用所述液压泵，
[0063]-通过降低第二加压流体的第二压力而停止所述臂组件的突出，
[0064]-降低所述第二压力，直至所述臂组件缩回，以及
[0065]-通过降低所述第一加压流体的第一压力来减慢所述液压马达的旋转。
[0066]另外，本发明涉及一种控制井下工具的驱动单元的臂组件的突出的方法，所述方法包括:
[0067]_启动液压栗，
[0068]-同时产生具有第一压力的第一加压流体和具有第二压力的第二加压流体，
[0069]-迫使所述第二流体通过孔口并进入第一顺序阀，由此逐渐关闭所述第一顺序阀，
[0070]-提高所述孔口上游的所述第二压力，[0071]-通过提高所述第二流体的第二压力而逐渐关闭第二顺序阀，
[0072]-提高所述第一流体的第一压力，
[0073]-通过所述第一加压流体启动液压马达的旋转，以驱动所述臂组件的轮，
[0074]-通过所述第二加压流体的第二压力启动所述臂组件的突出，
[0075]-当所述臂组件的所述轮抵接井眼或生产套管的内壁时，进一步提高所述第二压力，
[0076]-通过所述第二压力关闭所述第二顺序阀，
[0077]-进一步提高所述第一流体的第一压力，直至获得所述第一流体的第一压力的最大压力，并且
[0078]-沿前进方向驱动工具管柱。
[0079]本发明还涉及一种控制井下工具的驱动单元的臂组件的突出的方法，所述方法包括:
[0080]-启动液压泵，
[0081]-同时产生具有第一压力的第一加压流体和具有第二压力的第二加压流体，
[0082]-通过所述第二加压流体(代替第一顺序阀)启动臂启动组件，
[0083]-通过所述第二加压流体的第二压力启动所述臂组件的突出，
[0084]-当所述臂组件的轮抵接所述井眼或生产套管的内壁时提高所述第二压力(用以替换提高所述第一压力直至所述第一压力达到预定突出压力的步骤)，以及
[0085]-提高所述第二压力，直至所述第二压力达到预定旋转压力，
[0086]其中，由第一顺序阀执行通过所述第一加压流体启动液压马达的旋转以驱动所述臂组件的轮的步骤，
[0087]-沿前进方向驱动所述井下工具，
[0088]-停用所述液压泵，
[0089]-通过降低所述第一加压流体的第一压力来减慢所述液压马达的旋转，
[0090]-通过降低所述第二加压流体的第二压力而停止所述臂组件的突出，以及
[0091]-降低所述第二压力，直至所述臂组件缩回。
[0092]此外，本发明涉及一种井下系统，该井下系统包括根据本发明的井下工具和与所述井下工具连接以在井或井眼中被向前移动的操作工具。
[0093]所述操作工具可以是冲击工具、钥匙工具(key tool )、铣削工具、钻削工具、测井
工具等。
[0094]最后，根据本发明的井下工具的臂组件的缩回可通过弹簧部件协助。
【专利附图】
【附图说明】
[0095]下文将参考所附示意图更详细地描述本发明及其诸多优势，附图为了说明的目的而示出了一些非限制性的实施例，并且其中
[0096]图1示出液压组件的示意图，
[0097]图2示出另一液压组件的示意图，
[0098]图3示出井下工具的一部分的截面图，
[0099]图4示出包括液压组件的井下工具管柱，以及[0100]图5a-d示出液压组件的不同实施例的液压回路图。
[0101]所有附图均为高度示意性的且不一定按比例绘制，并且它们仅示出阐明本发明所需的那些部分，其它部分被省略或仅进行提示。
【具体实施方式】
[0102]图1示出井下工具12的液压组件200，该液压组件用于控制井下工具的液压驱动功能的顺序。液压组件200附接到驱动单元11上以在井下操作期间传送工具管柱10。液压组件200提供用于推进驱动单元11的多种加压流体。该驱动单元包括至少一个臂组件和用于使臂组件在突出位置与缩回位置之间移动的至少一个臂启动组件。该臂组件包括轮62，该轮配置成使得当臂组件处于其突出位置时，轮被迫使靠在井眼4或生产套筒6的内壁5上。由液压组件200提供的加压流体用于使臂组件60突出并使轮62旋转。一个驱动单元通常包括若干个轮,每个轮借助臂启动组件40启动。图1所示的驱动单元包括4个臂组件和4个臂启动组件。
[0103]液压组件200包括液压组件壳体201和与液压组件壳体的周围密封的液压室202。因此，液压组件壳体201用作液压室202。这样，壳体201被充填有液压流体并因此在暴露于井下的高压时基本不可压缩。液压泵18配置在液压组件壳体201内部的液压室中并与其流体连通。图1所示的液压泵包括5个液压活塞206、并联流体连接地配置以对第一加压流体207进行加压的4个第一液压活塞206a和用于对第二加压流体208进行加压的一个第二液压活塞206b。液压泵18因此是由电动马达17以常规方式驱动并经如图4所示的线缆9接收动力的若干个泵区段。液压组件200与臂启动组件40流体连接，以通过第二加压流体208使臂组件相对于驱动单元壳体54在缩回位置与突出位置之间移动。臂组件的轮在突出位置可接合井眼或生产套管的内侧。此外，液压组件200与液压马达23流体连接，以驱动臂组件60的轮62，由此在臂组件处于突出位置时沿前进方向驱动井下工具。液压组件200还包括液压块19，该液压块配置在液压室202中并与其流体连通，以控制第一和第二加压流体离开液压组件200的顺序。此外，液压块19控制加压流体在加压流体离开液压块19并进入臂启动组件60或液压马达23时的压力的大小。此外，通过设置在壳体201中的液压块19和液压泵18被充填液压流体，液压块19和液压泵18两者都被保护免受井下的周围高压影响，并且确保液压组件中的稳定流体连接。
[0104]在图1和5a中，液压块19包括多个流体连接部203、第一顺序阀204a和两个过压阀。流体连接部203a将液压泵18与液压马达23连接。流体连接部203a经第一过压阀205a与液压室202流体连接，以确保第一加压流体207的压力永远不会超过由第一过压阀确定的压力。此外，流体连接部203a经第一压力通道203d与第一顺序阀204a流体连接，从而使第一顺序阀204a在第一加压流体的第一压力低于突出压力时打开。突出压力由第一顺序阀204a控制并且在第一压力超过突出压力时关闭。此外，该液压块包括将液压泵18与臂启动组件60连接的流体连接部203b。流体连接部203b经第二过压阀205b与液压室202流体连接，以确保第二加压流体208的压力永远不会超过由第二过压阀确定的压力。此夕卜，流体连接部203b经第一顺序阀204a与液压室202流体连接。当第一顺序阀204a由于第一加压流体的第一压力低于由第一顺序阀204a控制的突出压力而打开时，第二加压流体208可通往液压室202。第二加压流体因此与液压室202流体短路并且不会进入臂启动组件40，并且因此将无法在臂启动组件40中建立压力以使臂组件60突出。当第一顺序阀204a由于第一加压流体的第一压力高于突出压力而关闭时，第二加压流体208无法通往液压室202，并且第二加压流体因此未与液压室202流体短路并且因此将必须进入臂启动组件40，由此使臂组件60突出。
[0105]根据本发明的一种方法，液压泵首先被启动以便产生第一和第二加压流体。在压力的建立期间，液压马达23的旋转将通过第一加压流体207启动。在压力建立的早期，臂启动组件仍未被启动，这是因为第一顺序阀仍打开并由此使第二加压流体短路，使得第二加压流体回到液压室而不是在臂启动组件40中建立压力。因此，轮62将在臂组件突出之前开始旋转。这种顺序开始的优点是轮已经在旋转并因此在臂组件突出并且轮开始接合井眼或生产套管的内壁时具有一定动量。当第一加压流体207的第一压力继续建立时，第一压力将在某一点关闭第一顺序阀204a。顺序阀204a在第一压力达到定义为突出压力的压力时关闭，这是因为臂组件的突出将在第一顺序阀关闭时启动。当第一顺序阀关闭时，第二加压流体208不再经第一顺序阀204a直接通向液压室20。第二加压流体208的第二压力然后将开始建立，引起第二加压流体208向臂启动组件40施加启动臂组件60的突出的突出力。
[0106]此外，在本发明的一些实施例中，臂组件的突出的启动将发生在第二加压流体208的突出力克服由弹簧部件42施加至臂启动组件的缩回弹簧力时。为了确保臂组件的故障安全缩回，弹簧部件42可对抗第二加压流体的第二压力，以使得弹簧部件42将协助臂组件60处于缩回阶段。这样，来自液压组件200的压力损失将立即引起臂组件60的缩回，由此防止井下工具的卡滞。
[0107]根据本发明的另一方法，停用液压泵18以开始臂组件60的缩回。这将引起施加在臂启动组件40上的第二压力的降低，由此引起臂组件60的缩回。停用液压泵18还引起第一压力的降低。当第一压力降低时，液压马达23的旋转也将减慢，并且井下工具最终将停止移动。
[0108]第一和第二加压流体可在返回液压室202之前在驱动单元11中在臂启动组件40的下游和液压马达23的下游合并。
[0109]流体经流体连接部203a进入液压马达，以便迫使液压马达的可旋转区段沿一个方向旋转并因此使轮旋转以使井下工具旋转，从而使其自身在井中向前推进。为了能够既向前又向后推进，可改变井下工具的轮的旋转方向。为了改变轮62的旋转方向，第一流体可在进入液压马达23之前经先导连接部305与换向阀流体连通。在此实施例中，液压马达具有第一和第二两个输入端口，并且流体进入哪一个端口由换向阀的位置确定，并且换向阀的位置由先导连接部控制。因此，如果流体在换向阀中被引导成进入第一端口，则液压马达的可旋转区段被迫沿一个方向旋转，并且如果流体被引导成进入第二端口，则液压马达被迫沿反方向旋转。通过具有该先导连接部，可利用第一流体使液压马达23的旋转方向反向，以使得可通过第一流体控制液压马达的旋转方向处于前进或后退模式下。
[0110]图2和5d示出还包括第二顺序阀204b和孔口 211的液压组件200。在该液压组件中，流体连接部203b经通向第二液压活塞206b的孔口 211与第一顺序阀204a流体连接。此外，第二流体208经第二压力通道203e与第二顺序阀204b流体连接，从而使第二顺序阀204b能够在第二加压流体208的第二压力低于由第二顺序阀204b控制的旋转开始压力时打开并在第二压力超过旋转开始压力时关闭。通过引入第二顺序阀204b和第二压力通道203e，可逐渐启动臂组件的突出和轮62的旋转，以便逐渐加重驱动液压泵18的电动马达17的负担。此外，来自第一流体207的全部驱动力在轮62完全接合井眼或生产套管之前不会被利用，使得整个工具管柱的移动也逐渐启动并且不会产生突然的冲击。
[0111]根据本发明的一种方法，液压泵18首先被启动以便产生图2和5d所示的第一和第二加压流体。首先，第一流体207被引导直接通过打开的第二顺序阀204b并进入液压室202。第二流体208被迫使经孔口 211进入第一顺序阀204a，该第一顺序阀由于孔口 211的阻力而被逐渐启动。在孔口 211的上游，第二压力将逐渐建立，从而向逐渐开始关闭的第二顺序阀204b施加越来越大的压力，迫使第一流体207流向液压马达23，从而启动轮62的旋转。当第一流体207已充分充填第一顺序阀204a时，第一顺序阀204a关闭并且第一压力207开始建立，由此启动臂启动组件40。当臂组件40最终接合井眼或生产套管的内壁时，第二压力将快速建立，由此快速完全关闭第二顺序阀204b。当第二顺序阀204b完全关闭时，所有第一流体207将被迫进入液压马达。第一压力此后因此将朝以最大可能的动力驱动液压马达的最大第一压力快速升高。
[0112]当使用液压马达时使轮在接合井眼壁或生产套管前旋转的一个优点是它们潜在的零旋转力矩，这呈现了井眼中可能的卡滞状况。当轮在未旋转的状态下接合井眼壁时，它们可能无法开始旋转，这是因为轮必须克服源于当臂组件处于其突出位置时朝井眼壁或生产套管施加的法向力的另外的摩擦力。此外，在井下数千米作业时，用于驱动电动马达和因此驱动液压马达的液压泵的动力由于长线缆中的大电压降而非常有限。因此，工具管柱的初始移动由于需要建立工具管柱的惯性而很关键。
[0113]图3示出在一个臂组件处于突出位置而另一个臂组件60处于缩回位置的状态下连接到驱动单元11的液压组件200的图示。臂组件60包括臂部件61并且还包括用于在井下操作期间驱动工具管柱的轮62。在井下操作期间，井下工具的臂组件通常将全部处于突出或缩回位置。此外，若干个驱动单元11可连接到同一个液压组件200。将多于一个驱动单元连接到同一个液压组件200通常可流体并联地完成，以便获得驱动单元的同步表现。这样，所有驱动单元的每个臂组件都被供给大致相同的压力，并且所有驱动单元的每个轮都通过大致相同的压力旋转。在图3中，看到臂组件60的臂部件61 (左边的一个)处于突出位置，并且在此情况下接合生产套管6的内壁，并且看到臂部件61 (右边的一个)处于其缩回位置。此外，示出了臂部件61的长轴相对于工具管柱的纵向轴线具有小于90度的突出角度。这样，臂组件的缩回在拉动线缆9或盘管9时将不会具有倒钩功能。拉动线缆或盘管因此将有助于在突出角度小于90度的情况下使臂组件缩回。
[0114]用于驱动驱动单元11的轮62的液压马达23可配置在臂组件60的轮62的内部，或配置在驱动单元的壳体内部并且然后通过配置在臂组件60中的连接装置(未示出)例如带传动装置与轮连接。
[0115]图4所示的井下工具管柱10包括用于使液压泵18移动的电动马达17。电动马达17可由线缆9从表面提供动力，或替代地，电动马达可由配置在工具管柱中的电池(未示出)提供动力。在本领域技术人员公知的盘管操作期间，液压泵可由在表面产生经盘管9被泵送到井下工具管柱的加压流体的液压泵替换。盘管操作通常由于盘管的重量而被局限于较小的井眼深度。在很大的深度处，线缆操作因此比盘管操作更适宜。在图4中，工具管柱10还包括顶部连接器13、底部连接器14、模式转换电子设备15和控制电子设备16。
[0116]图5a_d示出根据本发明的液压组件的不同实施例的五个不同液压回路图。特殊的井下操作可能存在特殊要求，因此设置特定的顺序阀系统以满足这些特殊需要。
[0117]图5b示出液压组件的液压回路图，其中液压块19包括2个顺序阀204、3个过滤器210、止回阀213、节流器212和2个过压阀205。启动液压泵18对第一流体207和第二流体208进行加压。第一流体被直接引回液压室202，这是因为第二顺序阀在其初始位置是打开的。第二流体被部分地引导通过节流器212并且部分地被引导通过止回阀213。当第二压力升高时，第一顺序阀204a封闭用于第二流体直接通往液压室202的通路。当第一顺序阀204a开始关闭时，第二流体被引向臂启动组件40，藉此臂启动组件随着第二压力升高而使臂组件突出。此外，当第二压力升高时，第二顺序阀被第二流体启动并且然后将关闭。当第二顺序阀关闭时，第一压力开始升高并且液压马达23的旋转将被启动，由此使轮旋转。利用这种设置，臂组件的突出的启动将逐步发生，以使驱动液压泵的电动马达上的负荷逐渐增大。
[0118]在图5c中，原理与图5b所示的原理非常相似。在图5c中，第二流体未被引导通过节流器212，而且第一顺序阀由螺线管214控制，所述螺线管可被控制成通过电动马达17的启动而被启动或者由工具管柱10中的控制电子设备16控制。螺线管的启动可来自电动马达17的启动之后的固定延时，或利用输入至控制电子设备例如压力传感器(未示出)的其它输入信号控制。
[0119]图5d所示的液压回路图与图5b所示的液压回路图也非常相似。差别在于节流器212的配置，其在图5d中配置在第一顺序阀204a的上游。将节流器配置在该位置确保了所有通过液压泵18的第二活塞206b产生的动力都被引导通过臂启动组件40，从而获得最大可能的突出力。在图5b所示的液压回路图中，一小部分第二流体将被直接引导回到液压室202并且因此将不参与臂组件60的突出。在图5d中，还示出了可如何在并联配置时同步启动若干个轮和臂启动组件40。在图5d中，4个臂启动组件40和4个液压马达23并联连接以同步工作。
[0120]如图5d所示，液压马达23可以是双向的并由换向阀306控制。换向阀306可由通过先导连接部305的第一流体控制，从而可通过第一流体控制液压马达的旋转方向处于前进或后退模式下。为了控制液压马达在臂组件60突出之后的旋转方向，可使用另外的阀204b、205b、304a来控制臂组件突出之后的换向顺序。换向阀306可配置在轮臂61或轮62中，如图5d中示意性地示出，从而仅一个第二流体通道必须通过臂启动组件40。这由于第二流体提供了驱动力并因此是比较大的通道而有利。包括第一流体的先导连接部305可能非常小，仅足够提供足够的第一流体以启动换向阀306那么大。如果换向阀替代地配置在液压控制块19中，则运送第二流体的两个分离的通道必须经臂启动组件通往轮，一个用于前进运动并且一个用于后退运动，这将需要臂启动组件40和轮臂60中更多的空间。
[0121]此外，第二流体可被引导通过减小通往液压马达的流体流量的防自旋阀并防止轮自旋。因此，臂组件60还可包括防自旋阀。防自旋阀控制通过流体通道的流量，以确保轮与井或套管的侧壁之间的牵引力。当牵引力基本丧失时，轮旋转而不会提供井下工具或工具管柱的必要前进运动。此时，通过液压马达的流量增加并且压力因此下降。为了防止自旋，防自旋阀限制通过通道的流量，藉此降低轮的转速并重新获得牵引力。[0122]当液压马达中的压力由于轮的自旋而下降时，液压马达中的压力和防自旋阀中的弹簧力不再足以将防自旋阀保持在打开位置，并且通过防自旋阀的流量至少部分地被限制。
[0123]顺序阀204a、204b可以是能够控制流体流动的顺序的任意类型的阀。阀的打开和关闭可通过压力、温度、电气开关、机械相互作用等来控制。顺序阀204a、204b可以是电磁阀。过压阀205b、209的组合可用比例阀替代。第一顺序阀204a和螺线管214的组合可用比例阀替代。
[0124]液压块还可包括用于控制过压阀209的可调装置、用于过滤进入驱动单元的液压流体的过滤器210、孔口 211、节流器212、止回阀213、螺线管214和/或用于监视第一和第二压力以向控制系统产生反馈信号的电传感器(未示出)。
[0125]尽管上文已结合本发明的优选实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员来说将显而易见的是在不脱离如通过以下权利要求限定的本发明的前提下可以设想若干个改型。
【权利要求】
1.一种井下工具(12)，包括: -液压组件(200)， -臂组件(60)，所述臂组件包括轮(62)， -液压马达(23)，用于使所述轮旋转，由此沿前进方向驱动所述井下工具，以及 -用于同时产生第一和第二加压流体的液压泵单元(18)， 所述井下工具的特征在于，所述臂组件可相对于工具壳体在缩回位置与突出位置之间移动，并且所述井下工具还包括:-臂启动组件(40)，用于使所述臂组件在所述缩回位置与所述突出位置之间移动，并且所述液压马达在所述臂组件处于所述突出位置时沿前进方向驱动所述井下工具，所述臂启动组件与所述第一加压流体流体连接并且所述液压马达与所述第二加压流体流体连接，-液压控制块(19)，用于控制具有第一压力的所述第一加压流体的压力以及控制所述第二加压流体的第二压力，并且 -所述液压控制块包括用于控制所述臂组件的缩回、所述臂组件的突出和所述轮的旋转的顺序的顺序阀(204b)， 其中，所述顺序阀与所述流体中的一种流体连接并且基于另一种流体的压力而在打开位置与关闭位置之间切换。
2.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述第一和第二加压流体分别在所述臂启动组件和所述液压马达的下游重新合并为进入在闭合回路中与所述液压泵连接的液压室(202)的下游流体。
3.根据权利要求2所述的井下工具，其中，所述液压组件包括液压组件壳体(19)，所述液压组件壳体为所述液压室。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的井下工具，其中，所述液压块和所述液压泵被容纳在所述液压组件壳体中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的井下工具，其中，所述顺序阀与所述第二流体流体连接并且基于所述第一流体的压力而在打开位置与关闭位置之间切换。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的井下工具，其中，所述顺序阀与所述第一流体流体连接并且基于在节流器(212)上游测得的所述第二流体的压力而在打开位置与关闭位置之间切换。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的井下工具，其中，所述第一加压流体经先导连接部(305 )与换向阀(306 )流体连通，所述液压马达具有第一和第二输入端口，所述换向阀控制进入所述液压马达的第一或第二输入端口的第二流体，从而可通过所述第一流体控制所述液压马达的旋转方向处于前进或后退模式下。
8.一种用于控制井下工具的驱动单元的臂组件的突出的方法，包括: -启动液压泵(18)， -同时产生具有第一压力的第一加压流体和具有第二压力的第二加压流体， -通过所述第一加压流体启动液压马达(23)的旋转，以驱动所述臂组件的轮(62)， -提高所述第一压力，直至所述第一压力达到预定突出压力， -通过第一顺序阀(204a)启动臂启动组件，以及 -通过所述第二加压流体的第二压力启动所述臂组件的突出。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤: -迫使所述第二流体通过孔口并进入第一顺序阀(204a)，由此逐渐关闭所述第一顺序阀并且替换所述通过第一顺序阀启动臂启动组件的步骤， -提高所述孔口上游的所述第二压力， -通过提高所述第二流体的第二压力而逐渐关闭第二顺序阀(204b)， -提高所述第一流体的第一压力，替换所述提高所述第一压力直至所述第一压力达到预定突出压力的步骤， -当所述臂组件的所述轮抵接所述井眼或生产套管的内壁时，进一步提高所述第二压力， -通过所述第二压力关闭所述第二顺序阀， -进一步提高所述第一流体的第一压力，直至获得所述第一流体的第一压力的最大压力，以及 -沿前进方向驱动工具管柱(10)。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述臂组件的突出的启动发生在所述第二加压流体的压力克服由弹簧部件(42)施加至所述臂启动组件的弹簧力时。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，包括 -停用液压泵(18)，` -通过降低第二加压流体的第二压力而停止所述臂组件的突出， -降低所述第二压力，直至所述臂组件缩回，以及 -通过降低驱动所述臂组件的轮(62)的第一加压流体的第一压力来减慢液压马达(23)的旋转，所述液压马达配置在所述臂组件中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述臂组件的缩回的启动发生在所述第二加压流体的压力变得不及由弹簧部件(42)施加至所述臂启动组件的弹簧力时。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤: -沿前进方向驱动所述井下工具， -停用所述液压泵， -通过降低第二加压流体的第二压力而停止所述臂组件的突出， -降低所述第二压力，直至所述臂组件缩回，以及 -通过降低所述第一加压流体的第一压力来减慢所述液压马达的旋转。
14.根据权利要求8所述的方法，包括 -代替通过第一顺序阀，通过所述第二加压流体启动臂启动组件， -当所述臂组件的轮(62)抵接所述井眼或生产套管的内壁时提高所述第二压力，用以替换所述提高所述第一压力直至所述第一压力达到预定突出压力的步骤，以及-提高所述第二压力，直至所述第二压力达到预定旋转压力， 其中，由第一顺序阀(204a)执行通过所述第一加压流体启动液压马达(18)的旋转以驱动所述臂组件的轮的步骤， -沿前进方向驱动所述井下工具， -停用所述液压泵， -通过降低所述第一加压流体的第一压力来减慢所述液压马达的旋转，-通过降低所述第二加压流体的第二压力而停止所述臂组件的突出，以及 -降低所述第二压力，直至所述臂组件缩回。
15.一种井下系统，包括根据权利要求1-7中任一项所述的井下工具和与所述井下工具连接以在井或井眼 中被向前移动的操作工具(12)。
【文档编号】E21B23/14GK103459762SQ201280016270
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2011年3月30日
【发明者】J·哈伦德巴克 申请人:韦尔泰克有限公司