工具管柱的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于悬挂在井内的工具管柱，该工具管柱沿纵向延伸并且包括第一管柱部分和第二管柱部分，每个管柱部分具有中心轴线并且包括位于第一端中的电连接件和至少部分地穿过管柱部分延伸的流体通道。此外，该工具管柱包括连接元件，该连接元件与一个管柱部分可旋转地连接并适合与另一个管柱部分的螺纹部分螺纹连接，以使第一和第二管柱部分的电连接件结合。此外，本发明涉及一种用于通过使连接元件旋转来组装工具管柱的两个管柱部分的方法。
【专利说明】工具管柱
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于悬挂在井内的工具管柱，该工具管柱沿纵向延伸并且包括第一管柱部分和第二管柱部分，每个管柱部分具有中心轴线并且包括位于第一端中的电连接件和至少部分地穿过管柱部分延伸的流体通道。此外，本发明涉及一种用于组装工具管柱的两个管柱部分的方法。
【背景技术】
[0002]从油气生产井和周围的地层采油的采油速率由于储油量不断减小而变得越来越重要。因此，一直在研发越来越先进的工具并且将它们用于油气的勘探和开采。配置在井内的井下工具通常被组装或组合在工具管柱中，所述工具管柱包括多个工具，例如用于在井的倾斜区段中向前驱动工具管柱的驱动工具和/或用于执行各种井下操作的操作工具。
[0003]从现有技术得知用于将用在套管的钻柱中的管道区段组合的各种原理。此类管道联接器可提供管道区段之间的流体紧密的联接并且还可包括用于传递电力的电联接器。然而，已知的联接器并不提供前置的工具和工具部分之间的必要连接。当前的井下工具，例如井下牵引机，需要供给电力和液压流体两者以便操作。因此需要不同工具管柱部分之间的联接器，其中可传递流体和电力两者。一些井下工具可能需要在工具管柱的不同部分之间延伸的若干单独的流体通道。联接器必须可靠并能在配置在井下期间耐受相当大的拉力和扭转。同时，联接器组装起来必须相对容易和快速。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术的以上劣势和缺点。更具体地，一个目的是提供一种改进的工具管柱，其中电力和流体(多种)可从该工具管柱的一个部分传递到另一个部分。此外，一个目的是提供两个管柱部分之间的连接件，其中每个管柱部分中的流体通道连通并且每个管柱部分中的管线是相连的。
[0005]将从以下描述变得显而易见的上述目的以及许多其它目的、优点和特征由一种用于悬挂在井内的工具管柱通过根据本发明的方案实现，所述工具管柱沿纵向延伸并且包括:
[0006]-第一管柱部分和第二管柱部分，每个管柱部分具有中心轴线并且包括:
[0007]-位于第一端中的电连接件，和
[0008]-至少部分地穿过管柱部分延伸的流体通道，以及
[0009]-连接元件，其与一个管柱部分可旋转地连接并适合与另一个管柱部分的螺纹部分螺纹连接，以使第一和第二管柱部分的电连接件结合；
[0010]其中，一个管柱部分包括管道连接件，该管道连接件在管柱部分通过连接元件互相连接时沿纵向从第一端延伸到另一个管柱部分的流体通道内，该管道连接件相对于中心轴线偏心地配置以防止管柱部分的互相旋转。
[0011]因此，可提供用于在工具管柱的两个管柱部分之间传递电力和流体两者的连接件。该连接件具有必要的刚性以提供和维持第一和第二管柱部分的流体通道之间流体紧密的密封。此外，电线未扭转或弯曲。
[0012]在一个实施例中，一个管柱部分可包括至少两个管道连接件。
[0013]在另一个实施例中，一个管柱部分可包括弓I导销并且另一个管柱部分可包括用于在管柱部分通过连接元件互相连接时接纳引导销的孔。
[0014]此外，连接元件可包括适合在一个管柱部分的一段周围互相连接的两个可连接的接箍兀件(colIar element)。
[0015]此外，连接元件可包括外螺纹部分。
[0016]而且，连接元件可配置在一个管柱部分的突出部周围，该突出部具有与该管柱部分的最大直径相比减小的直径。
[0017]另外，连接元件可配置在一个管柱部分的凹部中，藉此防止连接元件大体上沿纵向移动。
[0018]此外，可通过管柱部分的具有增加的外径的突出部分来防止连接元件大体上沿纵向朝第一端移动。
[0019]所述连接元件可具有等于或小于工具管柱的外径的外径。
[0020]而且，连接元件可具有等于或小于工具管柱的最小外径的外径。
[0021]在一个实施例中，管道连接件可包括适合提供管道连接件与管道连接件延伸到其中的相应流体通道之间流体紧密的密封的周向密封元件。
[0022]此外，一个管柱部分可包括适合提供第一和第二管柱部分之间的流体紧密的密封的周向密封元件。
[0023]在一个实施例中，一个管柱部分可以是用于在井内推进工具管柱的驱动单元。
[0024]本发明还涉及一种用于组装工具管柱的两个管柱部分的方法，该方法包括以下步骤:
[0025]-使第一管柱部分的第一端朝第二管柱部分的第一端移动，
[0026]-将一个管柱部分的弓I导销配置在另一个管柱部分中的孔内，
[0027]-利用另一个管柱部分的螺纹部分将连接元件的螺纹部分与一个管柱部分可旋转地连接，以及
[0028]-使连接元件旋转以使第一和第二管柱部分的电连接件结合并迫使一个管柱部分的管道连接件进入与另一个管柱部分的流体通道流体连通的孔内。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]下文将参考所附示意图更详细地描述本发明及其诸多优点，附图出于说明的目的而示出了一些非限制性的实施例，并且其中
[0030]图1示出了悬挂在井内的工具管柱，
[0031]图2示出了通过连接元件连接的处于组装状态的两个管柱部分的端部，
[0032]图3a和3b示出了适合组装的两个管柱部分的端面的布局，
[0033]图4示出了包括两个可连接的接箍元件的连接元件，以及
[0034]图5示出了包括具有轮区段的井下牵引机的工具管柱。
[0035]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】
[0036]图1示出了由钢缆5悬挂在井4内的工具管柱I。工具管柱I也可利用盘管或者通过成为钻柱的一部分而被悬挂。所示的井包括套管14，但工具管柱I也可用在无套管的井内。
[0037]工具管柱I沿纵向延伸并且至少包括第一工具管柱部分2和第二工具管柱部分3。第一管柱部分2的第一端200和第二管柱部分3的第一端400经由沿纵向配置在两个管柱部分2、3之间的连接元件6连接。图1中的虚线图解了第一管柱部分的第一端200的一部分如何穿过连接元件6延伸到第二管柱部分的第一端400内。
[0038]参照图2，下文将更详细地描述图1所示的位于第一管柱部分2与第二管柱部分3之间的连接。出于清楚的目的，连接元件6和第二管柱部分3的一部分已被贯穿地切割并以截面图示出。
[0039]管柱部分2、3和连接元件6均具有圆形截面。在第一端200中，第一管柱部分2包括具有减小的直径37b的突出部27。突出部27在第一管柱部分的面39与端面201之间延伸。在朝着端面201的方向上，突出部27包括周向突出的凸缘29。连同面39—起，突出的凸缘29限定环绕突出部27的凹部28。多个管道连接件22、23、24和引导销26在端面201处延伸。此外，在端面201中设置有电连接件，例如插头21，并且邻近端面201在突出部27周围配置有周向密封件33。每个管道连接件沿纵向10从端面201朝锥形自由端延伸。在距锥形端的一定距离处，在每个管道连接件周围配置有周向密封件30、31。引导销26也沿纵向从端面201朝锥形自由端延伸。连接元件6在突出部27周围设置在直径减小的凹部28中。连接元件6由如图4所示的两个可连接的接箍元件601、602组成。在组装期间，两个接箍元件601、602在突出部27周围配置在凹部28中并通过螺栓62连接。连接元件6由此与第一管柱部分2可旋转地连接并通过面39和突出的凸缘29抑制沿纵向移动。连接元件6包括适合与第二管柱部分3的螺纹部分48连接的外螺纹部分61，如图2所示。对本领域的技术人员而言显而易见的是，该连接元件可采用多种其它方式设计而不脱离本发明的实质。设置可旋转地连接的连接元件6可采用技术人员公知的多种不同方式实现，例如采用回转连接、球窝接头或在允许互相旋转的同时连接两个单独的物体的其它类型的连接。
[0040]在第一端400中，第二管柱部分3包括适合接纳第一管柱部分2的突出部27和连接元件6的孔眼47。该孔眼由第二管柱部分3的适合与连接元件6的螺纹部分61连接的螺纹部分48环绕。在一端，孔眼47由包括适合接纳管道连接件22、23、24的多个孔42、43、44的面401界定，如图3a和3b所示。面401还包括适合接纳引导销26的孔46和适合与插头21连接的电连接件，例如插座41，如图3a和3b所示。
[0041]突出的管道连接件22、23、24、引导销26和插头21的大致布局在图3a中示出，而匹配的孔42、43、44和插座41的布局在图3b中示出。管道连接件22、23、24与第一管柱部分中的相应流体通道220、240流体连接，而孔42、43、44与第二管柱部分3中的相应流体通道420、440流体连通。通过将管道连接件22、23、24配置在相应孔42、43、44内，第一管柱部分的流体通道220、240与第二管柱部分的流体通道流体连通。以相似的方式，插头21和插座41提供第一和第二管柱部分之间的电连接。[0042]如图3a和3b所示，第一管柱部分2的管道连接件22、23、24和第二管柱部分3中的相应孔42、43、44关于中心轴线10偏心地配置。通过将管道连接件22、23、24中的至少一个偏心地配置在距中心轴线的一定距离处，防止了第一管柱部分2和第二管柱部分3围绕中心轴线10互相旋转。一个或多个管道连接件因而在管柱部分的组装和工具管柱在井下使用两者期间具有将管柱部分相对于彼此固定的附加功能。
[0043]引导销26比管道连接件更加远离端面201延伸。在第一和第二管柱部分的组装期间，引导销26因而插入孔46以控制组装过程并防止由于管柱部分相对于彼此旋转或成角度而导致的损坏。如果管柱部分在组装和拆卸期间未正确对齐，则插头和插座以及管道连接件可能弯曲或受损。当引导销26至少部分地配置在孔46内时，两个管柱部分保持相对于彼此大致平行。通过设置引导销，防止了第一和第二管柱部分在二者之间连接时稍微倾斜。这种在连接时的稍微倾斜本身可能引起管道连接件泄漏，其原因或者在于作为管柱部分的一端的一体部分的管道连接件已弯曲并因而稍微分离从而形成折断，或者在于作为单独部分的管道连接件已在孔内倾斜。
[0044]管道连接件可以是一个管柱部分的一体部分或者它们可以是单独的管道。一个管道连接件可配置在一个管柱部分中且另一个管道连接件可配置在另一个管柱部分中，使得当将管柱部分结合时，管道连接件在组装过程中起引导件的作用。
[0045]连接元件6配置在第一管柱部分的凹部28中，并且在图2中，第一管柱部分2也包括管道连接件和销。然而，连接元件6可配置在第一管柱部分的凹部中，并且管道连接件和销可配置在第二管柱部分3中。
[0046]图5示出了作为工具管柱I的一部分的井下牵引机81，其中两个管柱部分2、3是利用上述连接元件6组装的。井下牵引机由经顶部连接器71与井下牵引机连接的钢缆5悬挂并提供动力。井下牵引机81包括电子设备区段72、电动机73、液压泵74和由液压装置驱动的两个轮区段80。轮区段与液压泵74流体连通并且也可表示为用于在井内推进井下牵引机和工具管柱的驱动单元80。井下牵引机可与也是工具管柱I的一部分的一个或多个操作的井下工具75连接。此类操作的工具可以是在一次或多次冲击中提供轴向力的冲击工具(stroker tool)、开启或关闭井中的阀的钥匙工具、诸如套管接箍定位器(CCL)的定位工具、铣削工具、钻孔工具等。
[0047]两个管柱部分2、3例如井下牵引机的两个轮区段80之间的连接可用于传递流体(多种)和/或电力。电力可从钢缆5传递至第一管柱部分并经由插头21和插座41传递至后面的管柱部分。管道连接件22可用于连接将加压流体从液压泵74提供至轮区段以使枢转地安装的轮臂76突出的流体通道。管道连接件24可用于连接将加压流体从液压泵74提供至轮区段以使安装在轮臂76处的轮77沿顺时针方向旋转的流体通道。管道连接件23可用于连接将加压流体从液压泵74提供至轮区段以使安装在轮臂76处的轮77沿逆时针方向旋转的流体通道。管道连接件25和孔45可用于连接针对供给至轮区段的流体提供返回通道的流体通道。
[0048]流体或井流体是指井下油气井内可能存在的任何种类的流体，诸如天然气、油、油泥、原油、水等。气体是指井、完井或裸孔中存在的任何种类的气体成分，而油是指任何种类的油成分，诸如原油、含油流体等。因此，气体、油和水这些流体都可以包括分别不同于气体、油和/或水的其它元素或物质。[0049]可旋转地连接是指，第一可旋转物体与第二物体连接，使得第一物体可在与第二物体连接的同时旋转并且第一和第二物体之间的连接在第一物体相对于第二物体旋转期间被维持。套管是指关于油或天然气生产的在井下使用的任何种类的管、管道、管件、衬套、管柱等。
[0050]在工具不能全部沉入套管内的情况下，可以使用井下牵引机来将工具一直推动到井内的适当位置。井下牵引机是能够在井下推动或拉动工具的任何种类的驱动工具，例如Well Tractor?。
[0051]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】
1.一种用于悬挂在井(4)中的工具管柱(1)，所述工具管柱沿纵向延伸并且包括: -第一管柱部分(2)和第二管柱部分(3)，每个管柱部分都具有中心轴线(10)并且包括: -位于第一端(200，400 )中的电连接件(21，41)，和-至少部分地穿过所述管柱部分延伸的流体通道(220，240，420，440)，以及-连接元件(6)，其与一个管柱部分可旋转地连接并适合与另一个管柱部分的螺纹部分(48)螺纹连接，以使所述第一和第二管柱部分的电连接件结合； 其中，一个所述管柱部分包括管道连接件(22，23，24)，所述管道连接件在所述管柱部分通过所述连接元件互相连接时沿纵向从所述第一端延伸到所述另一个管柱部分的流体通道内，所述管道连接件相对于所述中心轴线偏心地配置以防止所述管柱部分的相互旋转。
2.根据权利要求1所述的工具管柱，其中，一个所述管柱部分包括至少两个管道连接件(22，23，24)。
3.根据权利要求1或2所述的工具管柱，其中，一个所述管柱部分包括引导销(26)并且另一个所述管柱部分包括孔(46 )，所述孔用于在所述管柱部分通过所述连接元件互相连接时接纳所述引导销。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，所述连接元件包括适合在一个所述管柱部分的一段(27)周围互相连接的两个可`连接的接箍元件(601，602)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，所述连接元件包括外螺纹部分(61)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，所述连接元件配置在一个所述管柱部分的与所述管柱部分的最大直径相比具有减小的直径(37b)的突出部(27)周围。
7.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，所述连接元件配置在一个所述管柱部分的凹部(28 )中，藉此防止所述连接元件大体上沿纵向移动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，通过所述管柱部分的具有增加的外径的突出部(29)防止所述连接元件大体上沿纵向朝所述第一端移动。
9.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，所述连接元件具有等于或小于所述工具管柱的外径(37a)的外径(66)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，所述管道连接件包括适合提供所述管道连接件与所述管道连接件延伸到其内的相应流体通道(420，440 )之间流体紧密的密封的周向密封元件(30，31)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，一个所述管柱部分包括适合提供所述第一和第二管柱部分之间的流体紧密的密封的周向密封元件(33)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的工具管柱，其中，一个所述管柱部分是用于在井内推进所述工具管柱的驱动单元(80 )。
13.一种用于组装工具管柱(I)的两个管柱部分(2，4)的方法，所述方法包括以下步骤: -使第一管柱部分(2)的第一端(200)朝第二管柱部分(3)的第一端(400)移动， -将一个所述管柱部分的引导销(26 )配置在另一个管柱部分的孔(46 )中，-将与一个所述管柱部分可旋转地连接的连接元件(6)的螺纹部分(61)与另一个所述管柱部分的螺纹部分(48)连接，以及 -使所述连接元件旋转以使所述第一和第二管柱部分的电连接件结合并迫使一个管柱部分的管道连接件(22，23，24)进入与另一个管柱部分的流体通道(420，440)流体连通的孔(42，43，44)内。
【文档编号】E21B17/18GK103502559SQ201280021013
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月27日 优先权日:2011年4月29日
【发明者】J·哈伦德巴克 申请人:韦尔泰克有限公司