使管柱进入或通过井筒变形且相异的邻接壁的方法和设备的制造方法_4

文档序号:8287499阅读:来源:国知局
形。密封可变形材料(3002)(例如弹性材料或涂层)可经使用且放置在壁啮合处以提供对井筒壁(9)的密封。
[0138]踏板(70)可以任何布置(例如,像图30到32的布置那样的布置)加以部署以提供与井筒壁(9)的啮合,其中用于机械臂(14S)啮合的孔口(28)可用以使踏板(70)延伸及/或回缩。机械臂(14S)可啮合到多个轴向枢转部件(70)及/或部件组件(例如图35的(7T)),其中臂(14S)连接在上部踏板(图35的22T1)与下部(图35的22T2)踏板(70)之间。
[0139]现参考图30,所述图展示可与图31及32—起使用的实施例(22P)的收缩平面图,图31及32分别描绘可与本发明的轴向枢转部件(7)实施例的各种其它实施例一起使用的脚蹬捞篮(22)的扩展平面图及正视图实施例(22N)。轴向枢转部件踏板(7P)(例如(图28的70),其可重叠且围绕轴杆变形以形成收缩脚蹬捞篮(22P))可以任何方式扩展(例如通过楔入轴杆(图28的3701到3702)或机械臂(图29的14S)及/或具有可膨胀隔膜的连杆)以形成扩展踏板(7N)捞篮(22N)。脚蹬捞篮(22N)可集中、支撑及/或保护例如弹性漏斗、球囊及/或流体可膨胀充填器/袋状物或水泥样材料或例如通过例如炸药或液压瓶经由井筒轴向发射的流体锤击力。
[0140]任何周界可调适设备(例如7P/7N)的轴向枢转部件可与例如轴杆(6)、轴杆中的通道(24)、弹簧、冲击吸收器及任何其它井下装置互操作,其中其可用以自动地扩展及收缩所述轴向枢转部件以便在其穿越井筒时保持与实质上不同周界的啮合或引导实质上不同的周界以在使用中引导其它啮合的井下装置(3),如例如在图35到44实施例(2T)所示。用以在通过或旋转期间研磨残渣的任何材料(例如碳化物)及/或用以在通过期间密封壁部分的弹性体可啮合到踏板(例如,图28的220)以提供各种井下功能,其中残渣的回收不必为目标,而目标可能是工具串部署或位移及壁部分的相关联干预(对于利用所部署的工具串或另一后续工具串引导通道或使通道进一步变形是必要的)。
[0141]图33及34描绘跨越横向于在例如部署期间及在扩展井下之前或在取回轴向枢转部件(7)实施例(分别为7R,7Q)及隔膜(15)实施例(分别为15R,15Q)期间使用的轴杆轴线的平面的收缩平面图切片,其可与本发明的各种其它实施例一起使用。轴向枢转部件的各种组合(例如脚蹬捞篮(图31及32的22N)与隔膜(15R,15Q))可用以形成轴向枢转部件,例如类似于图35到43的(7T)的轴向枢转部件。机械臂(14Q)可用铰链(25Q)并入,啮合到隔膜(15Q)以用于支撑隔膜周界,辅助与壁部分(4,5)的不规则周界的啮合且辅助推进隔膜的扩展或收缩。
[0142]与常规上围绕轴杆缠绕单一弹性可扩展层相比,可由可扩展的弹性材料制成的隔膜(15Q,15R)的折叠提供增大的放大能力。轴杆(6Q,6R)可为实心的,或如图所示,可具有可用于在内部穿过轴杆及/或流体连通以操作隔膜(15Q,15R)、阀、马达或其它流体装置的内部通道。轴向枢转部件可具有部署直径(58,如图30、33及34中所示)及相关联周界,其可如图所示为不规则的,且在扩展之后的有效直径或周界可或可不(图4的15A)为大致圆形。
[0143]隔膜(15Q,15R)可经布置以形成类似于图4到5、35到43及58的相应(15a)、(15T)、(15U)的袋状物或充填器样形状或圆锥形单个连续脚蹬捞篮(22Q,22R)或类似于图31及32的(22N)的圆锥形包层。材料或踏板的折叠或重叠可随着距平面图切片(如图30、33及34中所示)的轴向距离而减小,直到单一层(没有折叠或重叠)以圆锥形形状存在。对于袋状物或充填器形隔膜,从折叠到围绕相关联轴杆的单层的进展发生于图33及34平面切片图的两端处。对于圆锥形形状,类似于图31及32的(22N),从折叠或重叠的转变仅发生于所述平面图切片的一个轴向侧上。
[0144]因此,可形成任何形式的蜂窝、封套、袋状物或充填器形状以将流体保持在充填器内且隔离形成充填器的若干单元或形成充填器的单个电池。可形成圆锥形形状以将流体或残渣保持在一个轴向方向上,而在其它方向上具有显著较少的流体或残渣保持容量。
[0145]本发明的各种隔膜实施例不需要由常规可膨胀弹性材料制成,经设计以保持在跨越大差压的固定位置,而是,在各种情况下,可用能够折叠的相对薄材料形成实施例。与常规设备相比,本发明能够具有较大扩展直径与部署直径(58)比。例如,常规54mm(2.125英寸)部署直径可膨胀件能够扩展到如图3中所示的165.1mm(6.5英寸)直径,其导致大约54/165.1 (6.5/2.125) = +/-3.1的比率。具有类似54mm(2.125英寸)部署直径的折叠隔膜(15R,15Q)可去展开为等于215.9_(8.5英寸)直径的周界;因此,在发生任何扩展之前的比率为/54/2.125) = 4。利用与用于常规可膨胀件中的材料类似的材料,本发明的扩展直径与部署直径比将始终较大,因为本发明的目的不同于常规可膨胀件,常规可膨胀件使用滑套抵靠井筒放置于未支撑的固定位置中以保持跨越隔膜的大差压。本发明可穿越井筒的不规则轴线,其中合乎需要的功能是根据井筒的周界形状而变形。常规可膨胀件搜寻引起与井筒的摩擦,而本发明可寻求跨越井筒放置较低差压隔膜且减少摩擦限制以允许其使用例如流体驱动、啮合的选择性压力阀及/或轮移动经过实质上不同的周界以促进对工具串的引导。
[0146]尽管相对于扩展与部署直径比展示且解释径向折叠,但各种实施例中可不使用折叠,而其它实施例可轴向折叠。对折以例如最小化有效部署直径的长轴向长度隔膜可向外径向延伸地显著超出部署直径,这取决于折叠的轴向长度。因此,使用折叠的扩展与部署比能力能够简单地通过使隔膜的轴向长度较长而从常规卷曲管柱最小部署直径扩展到最大套管的内径。
[0147]实际上,本发明显著不同于许多现有技术,其中维持具有压力差的站台为基本所需特征。本发明可用于进入及通过井筒,借此区分与井筒的互操作性,与现有方法相比,可通过例如增大挤压活塞效率、穿越迂曲井筒、使用差压及地质时间范围的元件使管变形以报废井筒的能力来说明。本发明能够较多地关注挤压,而较不关注用于使挤压活塞穿过井筒的摩擦力。本发明的各种目标中的一者为减小摩擦及改善移动,以及例如改善在因其它原因预期可能穿过迂曲通道之物上的挤压,具体是通过添加例如滑板的互操作性或来自可渗透隔膜(图35到41的27T)的流体润滑,之后可使用经扩展隔膜(15Q,15R)来支撑水泥,且其中所述经扩展隔膜由其已挤压出的残渣支撑。在需要支撑的情况下,例如当放置可定型水泥样材料以密封井筒时,本发明可例如依赖于井筒内的残渣。另外,可通过包含正位移阀(图4的11A)而添加互操作性,所述正位移阀用于轴杆及隔膜内以填充所述隔膜且进一步提供流体润滑(图35到41的27T),同时维持其扩展及/或渗出捕获压力(用于穿过限制物)或抵抗对井组件的挤压的捕获压力,借此渗出以减少操作动量振动器(图4的12A)的摩擦。由于运动中的对象往往会保持在运动中,动量振动器可显著增大实施例的挤压能力。
[0148]例如带轮机械连杆或滑板(7T1及7T3或图35的26T1及26T2)、隔膜(15R,15Q)、脚蹬捞篮(图30到32的22P,22N)及相关联多个轴杆及/或其它轴向枢转部件(其可用以引导、定向、放置、取回、安置、起始、连接及/或提供与使用任何类型的连接器(较佳为卷曲管柱兼容连接器)进入或通过井筒相关联其它功能)之间的可操作性可简单地被称作周界可调适设备(2)、相关联井下装置(3)与相关联工具串(8)之间的互操作性(在穿越实质上不同的井筒周界时)。
[0149]图35展示正视图,而图36到44展示可与工具串⑶实施例(8T)及井下装置(3)一起使用的方法(I)实施例(IT)及设备(2)实施例(2T)的各种其它视图。
[0150]可在致动用以将能量存储在工具串内的弹簧(23T1到23T4)之前或之后部署工具串,所述工具串可出现于地面处或井筒内。在管柱(8)的下端处的任何井下常规致动器装置(42)(例如在卷曲管柱兼容连接器(17)与周界可调适设备(2T)之间的电动机构、计时器机构、平直泵、流体静压力致动器或小爆炸装药致动器)可用以致动工具串(8T)通过抵抗所述弹簧(23,23T1到23Τ4)轴向压缩围绕且沿着中心轴杆(6Τ10)安置的轴杆(6Τ1到6Τ9)以选择性地将能量捕获在设备(2Τ)内以用于轴向枢转部件(7,7Τ1到7Τ3)扩展。如图35中所示,上部轴向枢转部件(7Τ1)包含用于实现其扩展的铰接臂(14Τ1,14Τ2)及铰接(25Τ1,25Τ2,25Τ3,25Τ4)实施例,而下部轴向枢转部件(7,7Τ3)(例如,下部滑板)包含用于实现下部轴向枢转部件(7,7T3)的扩展的铰接臂(14Τ4,14Τ5)及数个铰接(25Τ9,25Τ10,25Τ11,及25Τ12)啮合件。任何形式的滑套或其它定位装置可用以保持轴杆(6Τ1到6Τ9)及弹簧(23Τ1到23Τ4)的选择性轴向组合长度以沿着中心轴杆¢110)存储能量,所述能量与可用于起始扩展及抵抗轴向枢转部件(7,7T1到7Τ3)的收缩的所存储能量等级相关联。
[0151]互操作性可出现于多个轴杆(6,6Τ1到6Τ10)与可在上部滑板(26Τ1)与下部滑板(26Τ3)之间操作的中间弹簧(23Τ1到23Τ4)之间,且使用中间轴向枢转充填器(7Τ2)来在例如73mm(27/8英寸)外径的12.8kg/m(8.6磅/英尺)生产管(内部漂移直径为55mm(2.165英寸))的实质上不同周界之间在外径为244.5mm(95/8英寸)的套管(与79.8kg/m(53.5磅/英尺)密度相关联)的例如216.8mm(8.535英寸)内径的套管孔(5T)内引导;其中套管(9T2)的内径及相关联周界变形(4T)。设备(2)的实施例(2T)具有例如53.3mm(2.1英寸)收缩部署直径以穿越介于55mm(2.165英寸)与216.8(8.535英寸)直径之间的可扩展充填器(7T2)以及套管变形部,具体是通过使用滑板(7T1,7T3或26T1,26Τ2)来引导充填器(7Τ2),管柱张力及/或压力从管抵抗充填器下部的任何压力而施加
(31)到充填器。用例如其上端处的卷曲管柱连接器及/或经由管施加到充填器(7Τ2)的上端的压力部署的设备(2Τ)在其下端处载运井下装置(3Τ)以用于进入及通过实质上不同的周界(IT)。
[0152]下端井下装置(3Τ)可为可用轴杆(6Τ9)连接器及/或上端卷曲管柱连接器部署的任何可用井下装置,例如穿孔或爆破塑形装料、记录工具、致动工具或马达、开孔钻头或研磨装置,或楔状物。可使用各种布置,例如,中心轴杆(6Τ10)可随环绕外壳轴杆(6Τ1到6Τ9)内的轴承一起旋转以转动开孔钻头(例如3Τ),所述开孔钻头可通过在设备(2Τ)上的例如42.7mm(l.68英寸)外径流体马达而操作且通过滑板(26T1,26T2)保持实质上固定,并且还用以定向孔发现装置(例如3Τ)及下端开孔钻头。如果使用本发明人的旋转线缆工具正位移液压马达,那么充填器(7Τ2)可用以导引循环流体在退出73mm(27/8英寸)管之后向上穿过环形空间。
[0153]可增强与孔口(28,如图38及41中所示)、可渗透隔膜(27,27T)部分及/或阀(11,1111,11了2,如图37中所示)的互操作性,所述阀可与初级隔膜(15,15Τ) —起操作以允许流体泵送到井中及从井排出,或允许隔膜润滑轴向枢转部件(7Τ2)与相异通道壁(9Τ1,9Τ2,4Τ,5Τ,如图37及38中所示)之间的穿越啮合。上端(22Τ1)及下端(22Τ2)脚蹬捞篮(22)可用以在穿越井筒(10)时柔性地保护隔膜。初级隔膜(15Τ)及相关联脚蹬捞篮(22Τ1,22Τ2)可通过围绕其啮合周界的铰接臂(14Τ3)而进一步加强,其中隔膜上的流体压力、内部轴杆(6Τ10)的轴向移动及/或抵靠例如5.3cm(27/8〃)管或壁部分(4T)楔入上部经反转脚蹬捞篮(22T1)可用以楔入及/或膨胀或缩小所述隔膜(15T)。上端(22T1)脚蹬捞篮展示为分别柔性地铰接(25T5,25T6)到轴杆及初级隔膜,且下端(22Τ2)脚蹬捞篮展示为分别柔性地铰接(25Τ7,25Τ8)到初级隔膜及轴杆。
[0154]设备(2Τ)及下端井下装置(3Τ)可利用卷曲或接合管管柱部署及取回,但设备(2)及下端井下装置(3)还可能从管柱或地面降落以例如使用充填器(7Τ2)上的流体压力,其中楔入装置(3Τ)包括例如另一脚蹬捞篮或另一可扩展装置,其可适合于在下端处推进或楔入以在使用中试图独立于管柱连接径向向外及/或轴向向下推动壁及/或残渣且使其变形。此后,可经由钓颈(fishing neck)用卷曲管柱取回工具(2T,3T)。本发明通过使工具串居中以提高钓出降落的工具串的概率来提供显著益处。
[0155]现参考图36、37及38,所述图展示线B-B的平面图,及沿着线B-B的正视横截面图,其中断线展示与图38相关联的移除部分,图38描绘若干部分被移除的图37的等角视图,其中详细线C与图39相关联。图36、37及38说明可与工具串(8)及井下装置(3) —起使用以进入或穿过井筒(10)实施例(1T)的相异邻接通道(9T1,9T2,4T,5T)的壁的方法(I)实施例(IT)及设备(2)实施例(2Τ)。周界可调适设备(2Τ)展示为其下端已通过受损壁(4Τ)且例如73_(27/8英寸)尾管(9Τ1)的大直径改变通过例如生产充填器而轴向居中于套管(9Τ2)内。
[0156]或者,管可铺设于倾斜或水平井筒的低侧上,例如见图4,借此弹簧(23Τ4)启动的下部滑板(7Τ3)可将工具串抬升及引导到变形部(4Τ)上方,直到弹簧引起充填器(7Τ2)引导及定向工具串。在弹簧、管柱张力及在井筒内轴向泵送以在井筒的大致中心引导整个组合件的流体的辅助下,在卷曲管柱与管交互以抬升卷曲管柱及/或与拖尾管柱形成链状曲线时,在工具串穿越井筒、经过变形部(4Τ)到井下端时,充填器可朝向井筒的近轴引导工具串,直到工具串退出管(包含滑板(7Τ1,7Τ3)及充填器(7Τ2)两者)。
[0157]图39及40分别展示图36的实施例(1Τ,2Τ)的在图38的详细线C及图39的详细线M内的放大详细视图。上端脚蹬捞篮(22Τ1,图41中所示)具有孔口(28)以允许流体压力经由上部单向阀(11,11Τ1)从地面进入隔膜(15,15Τ),所述上部单向阀可与例如轴杆上安裝的弹簧一起使用以按流体方式使隔膜(15Τ)膨胀且在泵送且穿越各个周界时经由隔膜(15Τ)中的可渗透孔(图41中所示的27Τ)泵送流体以用于润滑与井筒的其周界连接,因此允许其根据限制物而膨胀及缩小,但保持密封压缩活塞或可移动充填器的功能。
[0158]通过机械连杆(14Τ3)及到捞篮(图41中所示的22Τ1)的个别踏板的铰接(25Τ13)啮合件来辅助在引导及穿越井筒时围绕限制物及残渣的变形。对于各种实施例,动量振动器(图3的12Α)或正位移阀(图3的11Α)可添加到布置以通过控制对隔膜(15Τ)的流体压力及/或通过增大围绕其周界的润滑来进一步增强工具与相异通道壁之间的互操作性。在各种其它实施例,例如类似于图45的(IX)及(2Χ)的实施例中,常规上可用于例如1.68英寸外径多个轴杆布置的小直径流体马达可与隔膜(15Τ)并入在一起或并入于隔膜(15Τ)的一端处以为例如反扭矩牵引车供电以使用例如图41到43中所示的滑板(26Τ1,26Τ2)布置的抓持及/或切割轮沿着相异通道的壁移动工具串。
[0159]现参考图41、42及43,所述图分别以详细线D及E展示图35的等角视图及图41的线D及E内的放大详细视图,其说明图35的实施例(1Τ,2Τ)。机械连杆(14Τ1及14Τ2,14Τ4及14Τ5)的轴向长度可在到滑板(分别为26Τ1,26Τ2)的轴杆连接与铰接(分别为25Τ2及25Τ3,25Τ10及25Τ11)连接之间变化以适应不同直径范围,且其中足够空间存在于周界可调适设备(2)内,独立弹簧可啮合到每一滑板以选择性地引导工具串。周围中心轴杆的一系列弹簧可个别地啮合到每一滑板或较小直径弹簧(可放置在例如中心轴杆与环绕或周围轴杆之间的径向距离内)。
[0160]可变形充填器及楔入轴向枢转部件(7Τ2)可形成有柔性地铰接(25Τ5,25Τ6)到轴杆(6Τ4)及机械连杆(14Τ3)、支撑且柔性地铰接(25Τ13)到可变形隔膜(15Τ)(其可与壁部分(9Τ1,9Τ2)啮合)的上端的上部脚蹬捞篮(22Τ1)。可渗透孔(27Τ)可允许在穿越相异邻接通道(9Τ,9Τ1,9Τ2)时对啮合件的流体润滑。隔膜(15Τ)的下端可利用机械连杆(14Τ3)柔性地铰接(25T7)到柔性地铰接(25T8)到轴杆^T5)的下端脚蹬捞篮(22Τ2)。
[0161]上部及下部弹簧(23Τ2,23Τ3)可作用于环绕中心轴杆(6Τ10)的相关联上部及下部楔入(37Τ1,37Τ2,如图38中所示)轴杆,以推动上部及下部脚蹬捞篮(22Τ1,22Τ2)的扩展以起始经由上部反转捞篮(22Τ1)中的单向阀(IlTl)及孔口(28)对隔膜(15Τ)的流体填充。隔膜中的孔(27Τ)可使用例如如图所示的阀及孔口(28)实例阀(11)而具有单向流动多样性,或打开以允许对隔膜(15Τ)的初始填充。在隔膜的初始弹簧致动扩展及流体填充(15Τ)之后,进一步流体填充因为经由上部捞篮(22Τ1)中的孔口(28)及上部单向阀(IlTl)的地面流体注入而可为可能的,其中退出下部单向阀(11Τ2)的流体可作用于下部捞篮(22Τ2)以通过作用于且扩展下部捞篮(22Τ2)而进一步扩展隔膜(15Τ)。可将内部通道(24Τ4)添加到轴杆以促进从沿着轴杆的任何较低点的填充,其中旋转接头(6Τ8)可用以允许使用内部通道(24Τ4)及隔膜(15Τ)旋转任何位移阀及/或动量振动器的中心轴杆。
[0162]可通过例如停止注入流体(31)及向管柱施予张力以将上部捞篮(22Τ1)牵拉到管(9Τ1)的下端中以便压缩弹簧且迫使流体从隔膜(15Τ)流出来实现轴向枢转部件(7Τ2)的收缩。在下部捞篮(22Τ2)收缩时,可经由孔(27Τ)在踏板之间从隔膜排出流体。如果从下端进行流体填充并不重要,那么可使用孔口替代单向阀(11Τ2)。
[0163]转的任何变化可啮合到滑板(26)或轴向枢转部件(7)以例如减少摩擦,引导工具,阻止轴杆旋转及/或切割井筒(例如,图46到48的(26ΑΑ,26ΑΒ, 26AC))的壁(9)。由于轮的类型及直径将影响周界可调适设备(2Τ)部署直径,如图42所示,因此应考虑目的及相关联形状,其中对机械臂(14)长度及致动器(例如弹簧力)的选择性调整可匹配于轮及目的。
[0164]图44展示可与各种实施例(包含图35到43的实施例)一起使用的经成形(29)机械连杆臂(14)的实施例(29Τ1)的正视图,其中下端凸轮样形状(29Τ1)可用以将所述臂支撑在中心轴杆(例如图35到43的6Τ10)上。可通过选择性地放置经成形(29)连杆(如同凸轮实施例(29Τ1))来增强工具串(8Τ)的工具之间的互操作性,其中通过例如在上部铰链(25Τ1,25Τ4)或下部铰链(25Τ9,25Τ12,如图43中所示)处放置凸轮形状,倾向于利用管柱/轴杆张力辅助臂(14)的回缩且利用轴杆压缩辅助扩展。将凸轮形状放置于下部铰链(25Τ2,25Τ5)上倾向于利用管柱/轴杆张力辅助臂(14)的扩展且利用轴杆压缩辅助回缩。所述形状还可用以限制臂(14)的扩展及回缩。
[0165]如实例工具串(8Τ)中所说明,可与井下装置(3)互操作以形成本发明的管柱(8)的方法(I)及设备(2)的各种实施例可以多种方式加以组合以满足进入及通过井筒的受损及/或受限部分的需要,其中各种形式的脚蹬捞篮、隔膜、滑板、阀、铰链(25)、弹簧或定向且布置在地面及井下的任何其它井下卷曲管柱兼容机构可用以选择性地引导通过任何合适致动构件选择性致动的任何合适井下装置(3Τ)。
[0166]图45、54到56及58到59为本发明的各种方法的图解说明,其中每一图的相关联设备除所描绘设备之外还可包含本发明的任何设备实施例。
[0167]现参考图45,所述图描绘穿过井筒(10)的切片的正视图,其说明可与工具串(8)实施例(8Χ)及井下装置(3) —起使用以进入或通过井筒的相异邻接通道(9)的壁的方法
(I)实施例(IX)及设备(2)实施例(2Χ),其中所述壁包括壁部分(4Χ,5Χ)。工具串(8Χ)可用以例如通过放置切割轮布置(例如图46到47及图48到49的相应(26AC)及(26ΑΒ1,26AB2))的任何变化且使用流体动力流体承载铣削马达(如本发明人的GB2486591中所描述)来旋转轴向枢转部件(7X2)而铣削相异壁部分(4X),所述轴向枢转部件包括例如具有重叠踏板的碳化物结壳捞篮踏板(3X1),所述重叠踏板针对旋转方向加以布置且通过穿过顶部经反转脚蹬捞篮孔口(28)的动力流体来操作以用于转动旋转的定子马达轴杆(6X3),所述马达轴杆可紧固到切割碳化物结壳捞篮(7X2)且围绕中心轴杆(6X5)旋转,所述中心轴杆通过轴向枢转切割滑板部件(7X1,7X3)而保持实质上固定。
[0168]在经由孔口(28)且在可旋转定子轴杆^X3)的流体动力表面与中心实质上固定轴
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