专利名称：用来在井管中操纵钻具的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来在井管中操纵钻具的设备。所述钻具可以是井下使用的任何钻具，比如井下安全阀、封隔器或者气举阀。所述用语“在井管中操纵钻具”用来指将钻具插入井管中，操纵所述钻具，并将所述钻具从井管中收回。所述钻具可以是井下使用的任何钻具，比如井下安全阀、封隔器或者气举阀。所述井管可以是任何井管，比如套管、衬管或者生产油管。
本发明的一个目的是提供一种可以用来无振动地设置和收回复杂的钻具的设备。
为此，本发明的用来在井管中操纵钻具的设备包括一个具有一个前端和一个后端的圆柱形外壳，安装在所述外壳的后端、用来将所述设备固定到井管中的可径向扩张的止动器，从所述前端延伸出来、可旋转、可轴向位移的一个轴，以及从所述前端延伸出来、环绕所述轴、可轴向位移的一个套筒，其中，所述轴的，以及所述套筒的向外延伸的端部安装有用来固定钻具的装置。
下面结合附图以举例的形式对本发明作更详细的说明。附图中，
图1a、1b和1c简要图示了本发明的用来在井管(图中未示出)中操纵钻具的设备的部分纵剖面上的几个相继的部分。
所述设备1包括一个具有一个前端6和一个后端7的圆柱形外壳5。该设备1还包括一组可径向扩张的、用来将所述设备1固定到井管(图中未示出)中的止动器10。所述止动器10设置在所述外壳5的后端7。在图1中，只示出了两个止动器10。但是，止动器10的数目在2到4之间是适合的，沿着设备1的圆周方向按均匀间隔布置。
所述设备包括一个从所述前端6延伸出来的可旋转、可轴向位移的轴15，以及从所述前端6延伸出来的一个可轴向位移的套筒17。所述可轴向位移的套筒17套着所述可旋转、可轴向位移的轴15。在所述轴15的和所述套筒17的向外延伸的端部上安装有用来固定钻具(图中未示出)的装置。
在所述后端7，所述设备1装有用来将所述设备1连接到钻杆柱(图中未示出)以将所述设备1送入井管(图中未示出)中的装置(图中未示出)。代替所述钻杆柱，也可以使用电缆或者螺旋管(coiltubing)。
所述设备1装有设置在所述前端6附近的第一驱动系统25。该第一驱动系统25能够在正常操纵中使所述套筒17轴向位移。为了能够使所述套筒17轴向位移，所述套筒17的后端部设有螺纹26。为了防止套筒17旋转，所述设备1包括用来防止所述套筒17旋转的装置，该装置包括一个设置在所述套筒17的后端部的轴向槽27和一个与该轴向槽27配合的销28。所述第一驱动系统25包括一个设置在固定于所述圆柱形外壳5中的马达室31中的第一电动机30。该第一电动机30有一根轴32，该轴上装有一个小齿轮33，该小齿轮与一个具有一个中央孔(图中未示出)的齿轮34啮合，该中央孔有内螺纹(图中未示出)与所述套筒17的后端部上的螺纹26配合。所述齿轮34固定到一个由轴承36支承在所述圆柱形外壳5中的中空轴35上。所述销28连接到所述马达室31。所述中空轴35允许所述套筒17和所述轴15从中通过。
所述设备1还有一个第二驱动系统40，用于使所述轴15轴向位移。该第二驱动系统40安装在所述第一驱动系统25后面。为了能够使所述轴15轴向位移，所述轴15的后端部设有螺纹41。所述第二驱动系统40包括一个设置在固定于所述圆柱形外壳5中的马达室46中的第二电动机45。该第二电动机45有一根轴47，该轴上装有一个小齿轮48，该小齿轮与一个具有一个中央孔(图中未示出)的齿轮49啮合，该中央孔有内螺纹(图中未示出)与所述轴15的后端部上的螺纹41配合。所述齿轮49固定到一个由轴承51支承在所述圆柱形外壳5中的中空轴50上。所述销28连接到所述马达室31。所述中空轴50允许所述轴15从中通过。
为了在正常操纵中允许旋转所述轴15，所述设备1还有一个用来旋转所述轴15的第三驱动系统55。该第三驱动系统55设置在所述第二驱动系统40的后面。为了允许旋转所述轴15，该轴15的后端部还设有用来传递转动的装置。该第三驱动系统55包括一个设置在所述马达室46中的第三电动机56。该第三电动机56有一根轴57，该轴上安装有一个与一个齿轮59啮合的小齿轮58，所述齿轮59连接到所述用来传递转动的装置。所述用来传递转动的装置包括一个伸入所述轴15的后端部中、具有方形横截面的轴向孔63，以及一个一端连接到所述齿轮59、具有方形横截面的杆65，其中，所述杆65的自由端可滑动地设置在所述轴向孔63中。所述齿轮59固定到一根由轴承68支承在所述圆柱形外壳5中的中空轴67上。
所述设备1还包括一个用来驱动设置在所述后端7附近的止动器10的系统70，该系统70在一个由一个壁71隔离出的单独的隔间中。
所述用来驱动止动器10的系统70包括一个锥形的推动器72，用来向外推动所述止动器10。在正常操纵中，所述锥形推动器72的轴向位移使所述止动器10向外移动。为了使所述推动器能够轴向位移，该推动器72固定在一个可轴向位移的驱动轴74上，该驱动轴的自由端有螺纹75。为了防止所述可轴向位移的驱动轴74旋转，所述设备1包括防止该驱动轴74旋转的装置。该装置的形式是一个设置在该驱动轴74的自由端部的一个轴向槽76和一个与该轴向槽76配合的销77，其中，所述自由端部是驱动轴74的在所述推动器72相反方向的端部。所述驱动系统70还包括一个设置在一个马达室81中的电动机80。该电动机80有一根轴82，该轴上有一个与一个齿轮84啮合的小齿轮83，所述齿轮84具有一个中央孔(图中未示出)，该中央孔有内螺纹，与所述驱动轴74的自由端部上的螺纹75配合。所述齿轮84固定到一个由轴承86支承在所述圆柱形外壳5中的中空轴85上。该中空轴85允许所述驱动轴74从中通过。所述可径向扩张的止动器10由设有一个中央孔91、92的盖88和89引导，所述可轴向位移的驱动轴74可以穿过所述孔。所述销77固定到所述马达室81上。
所述可径向扩张的止动器10适当地设有衬垫95，以在所述止动器10被推向井管(图中未示出)的内表面时增大摩擦。
本发明的所述设备1的优点是能够对钻具施加一个推或拉钻具的力以及使钻具旋转的力矩。这样，本发明的设备能够用来无振动地设置和收回复杂的钻具。
所述设备1可以通过电缆、钻杆或者螺旋管操纵。
可以为该设备提供一个为所述电动机提供动力的电池组(图中未示出)，或者可以通过电缆(图中未示出)从地面提供动力，所述电缆从一个通道引入，该通道包括所述可轴向位移的驱动轴74中的一个中央孔97、所述壁71上的一个开口88以及所述中空轴67上的所述开口。
所述设备1还适当地包括一个连接器100，以允许与所述设备1携带的所述钻具(图中未示出)进行光通信或电通信。来自钻具的信号通过一个管道(图中未示出)经由该连接器100传送，所述管道设置在所述可旋转、可轴向位移的轴15中的一个纵向中央通道(图中未示出)中。这样，可以用连接到本发明的所述设备的适当工具监控井。连接可以是电连接或者光学连接。
为了简明起见，图中没有示出用来将所述设备1的部件保持在一个预定距离的套环，也没有示出密封装置。
所述螺纹26、41或75可以是单线螺纹或者是多线螺纹。
所述电动机30、45、56和80是单马达。或者，所述各单马达可以由一个马达替代，该马达包括一组环绕所述设备1的中央纵轴线径向布置的基本马达。
权利要求
1.用来在井管中操纵钻具的设备，包括一个具有一个前端和一个后端的圆柱形外壳，安装在所述外壳的后端、用来将所述设备固定到井管中的可径向扩张的止动器，从所述前端延伸出来、可旋转、可轴向位移的一个轴，以及从所述前端延伸出来、环绕所述轴、可轴向位移的一个套筒，其中，所述轴的，以及所述套筒的向外延伸的端部安装有用来固定钻具的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备装有设置在所述前端附近的第一驱动系统25，用来使所述套筒轴向位移。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述套筒的后端部设有螺纹，其中，所述设备包括用来防止所述套筒旋转的装置，所述第一驱动系统包括一个第一电动机，该第一电动机有一根轴，该轴上装有一个小齿轮，该小齿轮与一个具有一个中央孔的齿轮啮合，该中央孔有内螺纹与所述套筒的后端部上的螺纹配合。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还有一个第二驱动系统，用于使所述轴轴向位移，该第二驱动系统安装在所述第一驱动系统后面。
5.如权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述轴的后端部设有螺纹，所述第二驱动系统包括一个第二电动机，该第二电动机有一根轴，该轴上装有一个小齿轮，该小齿轮与一个具有一个中央孔的齿轮啮合，该中央孔有内螺纹与所述轴的后端部上的螺纹配合。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还有一个用来旋转所述轴的第三驱动系统，该第三驱动系统设置在所述第二驱动系统的后面。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述轴的后端部还设有用来传递转动的装置，所述第三驱动系统包括一个第三电动机，该第三电动机有一根轴，该轴上安装有一个与一个齿轮啮合的小齿轮，所述齿轮连接到所述用来传递转动的装置。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述用来传递转动的装置包括一个伸入所述轴的后端部中、具有方形横截面的轴向孔，以及一个一端连接到所述齿轮、具有方形横截面的杆，其中，所述杆的自由端可滑动地设置在所述轴向孔中。
9.如权利要求1到8之一所述的设备，其特征在于它还包括一个用来驱动设置在所述后端附近的止动器的系统。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述用来驱动所述止动器的系统包括一个锥形的推动器，用来向外推动所述止动器，该推动器固定在一个可轴向位移的驱动轴上，该驱动轴的自由端有螺纹和防止该驱动轴旋转的装置；一个电动机，该电动机有一根轴，该轴上有一个与一个齿轮啮合的小齿轮，所述齿轮具有一个中央孔，该中央孔有内螺纹与所述驱动轴的自由端部上的螺纹配合。
11.如权利要求1到10之一所述的设备，其特征在于它还包括一根设置在穿过所述设备的中心的一个通道中的电缆，使得能够实现到连接到固定钻具的装置的合适钻具的电连接或者光学连接。
12.基本上如前参照附图所述的设备。
全文摘要
用来在井管中操纵钻具的设备(1)，包括一个具有一个前端(6)和一个后端(7)的圆柱形外壳(5)，安装在所述外壳(5)的后端(7)、用来将所述设备固定到井管中的可径向扩张的止动器(10)，从所述前端(6)延伸出来、可旋转、可轴向位移的一个轴(15)，以及从所述前端(7)延伸出来、环绕所述轴(15)、可轴向位移的一个套筒(17)，其中，所述轴(15)的，以及所述套筒(17)的向外延伸的端部安装有用来固定钻具的装置。
文档编号E21B23/00GK1399703SQ00816214
公开日2003年2月26日 申请日期2000年11月24日 优先权日1999年11月24日
发明者威廉默斯·许贝特斯·保罗斯·玛丽亚·海耶宁 申请人:国际壳牌研究有限公司