专利名称：井下调节器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在钻孔中使用的井下(downhole)调节器设备，且具体地涉及一种结 合提供为工具串的钻孔测井设施一起使用的井下调节器设备。
背景技术：
为了测量油井、水井或气井的特性，可将一个或多个感测或测量工具部署在井中， 以在现场进行测量。这可发生在钻探工作期间或井的工作期间。 一般而言，需要多个不同的 测量工具，各工具均专用于单一类型的测量。这些测量例如可包括测量井内流体流的速度 和方向，测量电容和/或阻抗来确定流体成分，以及测量局部井孔流体压力。在需要多个工 具的情况下，通常将工具连接在一起形成工具串，该工具串可通过线缆定位到井中。除容许 在井内操纵工具串外，线缆通常还携有电力和/或遥感信号，用于控制和监测相应的工具。
工具串通常还包括用于井下环境的附加设施如用以将工具串支承在井径中心的 一个或多个对中器、信号设施如泥浆脉冲器或调节器、井筒穿孔器、吸振器，以及通常用于 在进行任何测量的同时将工具串紧固在井中的期望位置上的一个或多个锚定器。
调节器为可用于将压力脉冲引入钻孔的流体中的设备。调节器可用于井下与地面 的信号传输，以及还可用于传感技术，以确定钻孔中的储油质量。 用于确定油井质量的公知的方法和装置的一个实例涉及以循环压力函数来调节 井中的流体流。然后使用流量计和压力传感器来测量流体的流速和压力的变化，以确定井 的质量。 用于减慢井中的流体流动的许多调节器实施例也是公知的，其包括螺旋桨类装 置、具有可延伸以阻塞钻孔中的流体流的多个可伸縮叶片，以及围绕工具装配且可受压膨 胀和抵靠套管(casing)壁密封的环形弹性材料袋。 公知的这些类型的调节器存在有许多不足。包括螺旋桨或叶片的实施例通常不能 充分地阻塞流体流以进行有效的调节。它们还预先假定钻孔内径是事先已知的，故当部署 螺旋桨和叶片二者时，可物理地阻塞足够的钻孔截面，以获得调节效果。在不知道钻孔直径 的情况下，在钻孔中部署基于叶片的调节器，就极难确保在独立的叶片之间以及在叶片与 钻孔内表面之间的充分密封。另一方面，已发现环形袋或囊在它们接近于抵靠钻孔壁密封 时会振动，这会严重地影响该调节方案。它们还需要收容在工具中的较大的流体储器，以对 囊加压以便使用。所有这些装置还必须包含在工具的较小横截面内，以便在不破坏钻孔或 工具情况下，容易地部署调节器工具和从钻孔中取出调节器工具。 因此，我们已经认识到需要一种调节器装置，其可在整个钻孔直径范围内工作，并 且可容易地装入狭窄的截面以用于部署和取出。我们还认识到，需要一种调节器装置，其可 提供足够强的密封以便使该装置可在一定的流体流速和压力范围内工作。
发明内容
本发明在现在将论及的独立权利要求中进行限定。有利的特征在从属权利要求中陈述。 在本发明的第一方面，提供了一种在装有流体的井中使用的井下设备，该设备包 括纵向工具本体；多个可延伸臂，其安装在工具本体上用于在装有流体的井内进行开启 和闭合；柔性阀衬套，其附接到多个可延伸臂上且可通过可延伸臂的运动来在装载位置与 未装载位置之间移动，其中，在未装载位置，阀衬套设置成用以收容来自井中的流体流，以 及阀衬套中的流体压力造成阀衬套的至少一部分抵靠井壁进行密封。 在本发明的其它方面，提供了一种在装有流体的井中使用的井下调节器设备，该 调节器包括纵向工具本体；多个可延伸臂，其安装在工具本体上用于在装有流体的井内 进行开启和闭合；柔性阀衬套，其附接到多个可延伸臂上且可通过可延伸臂的运动来在装 载位置与未装载位置之间移动，其中，在未装载位置，阀衬套设置成用以收容来自井中的流 体流，以及阀衬套中的流体压力造成阀衬套的至少一部分抵靠井壁进行密封；以及阀，其用 于通过至少部分地闭合阀衬套的一端来限制流体流以调节装有流体的井中的流体压力。
在本发明的其它方面，提供了一种在装有流体的井中使用的井下调节器设备，该 调节器包括工具本体；用于调节装有流体的井中的流体压力的阀，该阀具有设置在工具 本体上的阀座，以及用于抵靠阀座进行闭合的一个或多个阀部件；以及可伸縮的流体流通 道，其用于抵靠装有流体的井的壁部进行至少部分地密封以及用于将装有流体的井中的流 体引导至阀。
现在将以举例的方式和参照附图来描述本发明的优选实例，在附图中 图1为第一实例中的调节器设备的等距视图； 图2为图1中的调节器设备的侧视图； 图3为心轴的等距视图，且示出了单条的弓形弹簧； 图4为阀膜片边缘的放大等距图，详细地示出其与弓形弹簧的附接； 图5为示出处于开启位置的阀的等距图； 图6为用于将阀连结到阀膜片上的夹持机构的等距视图； 图7为示出处于开启位置的阀的横截面视图； 图8为示出处于闭合位置的阀的等距图； 图9为示出处于闭合位置的阀的横截面视图； 图10为调节器设备的侧视图，示出了处于开启位置的阀； 图11为调节器设备的侧视图，示出了处于闭合位置的阀； 图12为穿过工具的纵向截面图，示出了位于默认位置的过度延伸的安全机构； 图13为穿过工具的纵向截面，示出了处于触发位置的过度延伸的安全机构。
具体实施例方式
现在将参看附图来描述根据本发明的调节器设备的优选实例。 示例性调节器包括工具本体，在工具本体上装有多个可延伸臂。该臂可縮回至大 致邻近工具本体的装载位置，或可延伸至碰触井如井壁或井套管的内表面。该臂优选为弹 性弓形弹簧，其可通过促动器推动弓形弹簧的至少一端而从工具向外挠曲。柔性阀衬套或
4袋子悬置在臂之间，且与安装在工具本体上邻近衬套的阀相配合。阀衬套生成经由阀的流体流路。在工作中，阀闭合阀衬套的一端，以产生压力脉冲。阀衬套抵靠井壁密封是流体压力使衬套抵靠井壁膨胀的结果。 结果，密封发生在袋子的延伸区域上，且动态地响应于流体流或压力的变化。
图1为在钻孔2中原位示出的调节器设备1的等距视图。钻孔2以剖面视图形式示出，并且钻孔套管2的边缘是可见的。调节器设备1包括中心杆或心轴3，用于通过公知的附接方式(这里未示出)连接到工具串中的相邻构件上。实际上，工具串可为大约30英尺，约9m长，且工具本体的直径为大约l 11/16〃或4.25cm。这些尺寸并非旨在进行限制，而是仅以举例的方式给出。阀4安装在心轴3上邻近支承在多条弓形弹簧6上的柔性阀膜片或衬套5。阀膜片5用于抵靠钻孔2内部进行密封，且为调节器的重要零件。在图1中，阀膜片5可见，但在图2中，省略了膜片，以便可看到设备下面的细节。
弓形弹簧6的数目取决于特定实施例，但通常在六至十二条之间。为了方便起见，通常使用六条弓形弹簧，但在备选实施例中，可根据需要使用少于六条或多于十二条的弓形弹簧。此外，在备选实施例中，在未使用弓形弹簧的情况下，可延伸臂可为例如通过安装座或枢轴提供在工具上的位置处的叶片或臂，并且其可在适合的促动器机构的影响下受到控制而延伸或收縮。 多条弓形弹簧6安装在心轴上处于间隔开的第一安装座或附接点7和第二安装座或附接点8上。用于弓形弹簧6的附接点比弓形弹簧的长度更为接近地在一起间隔开，以便如图2中更为清楚地示出，弓形弹簧6可在使用中向外挠曲，以碰触钻孔2的内部套管。弓形弹簧6自身由弹性金属制成，以便它们在接触时利用钻孔2的套管直径方面的任何限制或改变而将受到压縮。 图3为仅示出单条弓形弹簧6的中心心轴3的等距视图。在该示例性实施例中，连接点8为设置在心轴3上的固定套筒。然而，连接点7并非为固定的，而是可沿心轴3的轴线在纵向上移动。在该实例中，活动套筒7安装在收容于壳体72中的可促动的杆或活塞71上，该壳体72可提供为中心心轴3的一部分。 促动器杆71可由促动器(未示出)控制，以通过借助于线缆从控制器发送的控制信号或作为备选通过无线信号从壳体72延伸或收縮到壳体72中。促动器杆71的运动减小或增大活动套筒7距固定套筒8的距离，从而使得弓形弹簧6的横向延伸受到控制。
活动套筒7具有最大延伸位置，在该位置，活动套筒7最接近固定套筒8，并且弓形弹簧6通过由套筒7和8所施加的纵向压縮力来抵靠钻孔套管2向外挠曲。该活动套筒7还具有装载位置或闭合位置，在该位置，活动套筒7以其最大程度地远离固定套筒8移动，以便平直地抵靠心轴3拉动弓形弹簧6和阀膜片5进行储存。在工作中，活动套筒8可处于两个极限位置之间的任何位置上。 参看图4和图5，阀膜片具有在工作中与钻孔中的流体流成一定角度的上游端50，以及附接到阀4上的下游端51。阀膜片5可由织物制成，例如为聚芳族酰胺或类似织物。Kevlar (凯夫拉尔)是一个实例。该织物还可为无孔编织物，或可涂有或掺有PTFE、PEEK或其它无孔物质，以及可制造成单块或分离的块的组合，这些分离的块可缝合、焊接、粘结，或其它以防漏的方式牢固地附接。已发现，优选为将阀膜片制造成至少两段。用于抵靠钻孔内表面进行密封的第一段，其形状基本上为渐縮形或圆锥形，但在一端被截断成截头圆锥形，非常类似于风向袋。有利的是，保持圆锥段的角度较小，以便产生较大的密封力。第二段大致为圆柱形或管形，且用于与阀部件4进行配合。两段附接在一起，使得它们为同轴的，且使得流入风向袋的较大直径中的任何流体继续穿过风向袋的较窄直径而进入管状段。阀膜片的风向袋部分支承在弓形弹簧6上。 阀衬套5基本上为管件，该管件在一端其直径大于待密封的最大直径，而在另一端其直径小于待密封的最小直径。于是，在大直径与小直径之间存在正好对应于套管内径的一个直径。假定衬套内径通过流动来加压，则该直径大致密封套管与膜片之间的任何流动。这还意味着，由于衬套会适应形状上的微小改变，故井的内套管不必为圆形。
如图3和图4中所示，各弓形弹簧6可包括横向延伸的托架60，其大致定位在沿弓形弹簧6长度的中间，位于接近在组装工具时阀膜片5边缘所定位的位置上。托架60可一体地形成在弓形弹簧6上，或单独地形成且随后焊接至其上。托架60本身收容恒力弹簧61。恒力弹簧61的一端穿过托架60，且其自身向后弯曲以将其保持就位，而本文称为锚定端的另一端则围绕中心心轴3巻曲。 在本文所述的示例性实施例中，恒力弹簧61为大约0. 2mm厚、25mm宽和300mm长的弹簧钢带，其形成为内径大约20mm的巻片，以便其自然姿态为巻绕状态。该带件可通过巻筒(未示出)联接到心轴3上，该巻筒围绕工具纵轴线可旋转地安装在工具上。通过保持住弹簧，将它们彼此抵靠平放，并让弹簧巻拢，使得公共轴线夹入其间，恒力弹簧61的锚定端盘绕相同的巻筒。巻筒的旋转会以恒定量巻起或展开各恒力弹簧61，从而确保弓形弹簧6同步地从心轴3向内和向外径向地运动。对恒力弹簧预先加压，致使其受到偏压朝向围绕中心心轴闭合。 现在将参看图3和图4来更为详细地论述用于将阀膜片5附接到弓形弹簧6上的机构。卡夹组件63通过紧固件62固定到各恒力弹簧61上。紧固件62优选为销，销穿过恒力弹簧61和阀膜片5中的对应开孔，以便提供牢固的附接。 在该实例中，卡夹组件63包括铰链64，铰链64使卡夹组件63能够紧固到恒力弹簧61和阀膜片5的边缘上，使它们彼此夹紧。利用螺钉(未示出)，可固定铰链以将其保持就位。 如果需要修理特定的构件，如阀膜片5本身，则销62容许卡夹组件63容易地从阀膜片5拆下。在备选实例中，还可使用其它类型的紧固件或粘合剂。 卡夹组件63定位成在沿恒力弹簧61距其位于托架60处的附接点有较小的距离，以便其在弓形弹簧6与安装在心轴上的巻筒之间的中间点处将阀膜片5固定到恒力弹簧61上。这样，在弹簧中间的阀膜片5边缘的波形就大为减少，并且在通过活动套筒7将弓形弹簧6朝向心轴3拉动时，阀膜片5的边缘就靠近和围绕心轴3折起，以便其可整齐地装载。下文将更为详细地论述其重要性。 现参看图1和图4，将会看到的是，阀膜片5还通过固定带65直接附接到弓形弹簧
6上。固定带通过相配合的卡口销和伸长的渐縮形槽口来可释放地附接到弓形弹簧6上。销
插入槽口的较宽部分中，以形成临时连接，并然后朝较窄的部分滑动，以使连接得到保持。
弓形弹簧6或固定带65上的卡夹将两段锁定就位。因此，弓形弹簧6和固定带65 二者都
形成为具有变平的轮廓，以便它们可以接合，并且以稳定的方式滑动穿过彼此。 为了将阀膜片5附接到弓形弹簧6上，在它们开槽到适当位置中之前，使阀膜片5从弓形弹簧6上方和从固定带65下方穿过。提供在阀膜片5中的开孔用以收容弓形弹簧6或固定带65中的一个或另一个的卡口销。因此，阀膜片5沿其大部分长度固定到各弓形弹簧6上，从而改善了衬套的阻力，以在井中的流体压力下装入。这种布置减少了所需的螺钉数目，并且使得在进行修理的情况下，极为容易地实现衬套和弓形弹簧的移除。
此外，弓形弹簧6包括远离阀衬套5周边的较小的脊或凸起(图中看不到)，当弓形弹簧6闭合时，脊或凸起在装载时设置成安装在相邻弓形弹簧6下方。当弓形弹簧6闭合时，凸起作用在弓形弹簧6之间的阀衬套5区域上，且从而在膜片5中压出折痕。这有助于装载远离膜片周边以整齐的方式巻绕心轴3的部分膜片5，以及避免了对衬套的破坏和降低了衬套破裂而需要更换的风险。 现在将参照图2和图5来更为详细地论述阀4。阀4包括安装在心轴3上的第一套筒40和第二套筒41，邻近形成阀座42的第三套筒。多个铰接的阀部件43，在此情形中为十二个，以围绕心轴3的径向布置从第一套筒40向外延伸。 如图2中最为清楚地示出，铰接的阀部件包括闭合部件44或夹持件，闭合部件44或夹持件通过枢转地安装在第一套筒40和第二套筒41中的相应套筒上的第一支腿部件45和第二支腿部件46而保持在大致平行于心轴3的方向上。实际上，申请人发现，希望的是将略微向内的弯曲引入闭合部件44中，由于有力作用在膜片5的下游端上，故它们存在向外弯曲的自然趋势。微小的弯曲改善了闭合部件44与阀座42的相互作用。
如图5中所示，各闭合部件44的端部附接到阀膜片5的相对端51上。如图7和图8中所示，当阀闭合时，阀膜片5压靠在阀座42上，从而使阀膜片5的端部51大致密封。
图6更为详细地示出了用于将阀膜片5附接到闭合部件44上的夹持机构440。夹持机构通过将阀膜片5的织物截留在织物夹持件441与键442之间来工作。通过使用弹簧销443，将负载力施加到阀膜片上。织物夹持件441设计为H形轮廓，其中，容许H的中心444挠曲，以便利用弹簧销使夹持件上部张开来迫使下半部分压到键上。
现参看图7和图9，可看到阀座42具有用于与夹持件相配合的许多纵向脊。阀座42的形状类似于齿轮，具有交替的凸齿或花键47以及围绕其圆周定位的凹口 48。凹口设置成与阀部件或夹持件44相对，且当阀4闭合时，阀部件的侧部就收容在凹口 48中。如图9中更为清楚地示出，阀部件44的侧部和凹口 48 二者都以互补的方式成渐縮形，以便可容易地将闭合部件44收容在凹口 48中，同时仍产生良好的密封。然而，闭合部件44和凹口48并非严密地配合，而是在它们之间留下了足够的空间来容纳阀膜片5。
在示例性实施例中，阀座优选为由类似于橡胶的弹性体，或另一弹性或超弹性材料制成，因为这会有助于阀4形成良好的密封。例如，如果阀膜片5的周边略微过大，则闭合部件就会将阀膜片5材料推入凹口 48中以产生密封。另一方面，如果阀膜片5的周边过短，由于是由橡胶或弹性材料形成，故花键47就略微压入凹口 48中，且再次产生良好的密封。 在图7中，阀膜片5由穿过各闭合阀部件的环形线表示。在图9中，示出了阀4处于闭合位置，阀膜片5示为压靠在齿47和凹口 48上，且基本上沿袭了它们的形状。实际上，已发现，需要大约100N至150N的力来产生周长大约6mm的密封膜片。阀4通过定位在第一套筒40和第二套筒41中的促动器而受到控制，且在其开启位置与闭合位置之间移动。促动器经由线缆接收信号，以根据需要对阀进行控制。 优选实施例中，促动器为安装在线性电动机上的活动套筒，该线性电动机进行工作，以在开启位置与闭合位置之间推动第一 支腿部件和第二支腿部件。 所述阀机构是特别有利的，因为其较小且稳健，并且容许方便地更换膜片5以便 修理，或者以便可安装适合于井或套管尺寸的膜片5。它还牢固地夹住膜片，从而容许在不 损坏或破坏膜片的情况下施加适合的压力。 此外，阀机构提供了可预测性。由于可计算弹性体阀座的变形，故可预先确定是否 会形成良好的密封。此外，可使用促动器来用于密封和用于调节。 现在将参照图10和图11来更为详细地描述装置的工作。通过线缆和工具串将调 节器设备部署在钻孔环境中，使得阀4处于下游方向上，而阀膜片5在上游面对钻孔流体 流。 在部署期间，将活动套筒7推离固定套筒8，使得弓形弹簧6伸展，且大致抵靠心轴 3平放。当将弓形弹簧6从延伸位置朝向心轴拉入时，恒力弹簧60就围绕心轴3在巻筒上 滑动，以拾取阀膜片5中的松弛部分。当如此进行时，安装在恒力弹簧60和阀膜片5上的 铰接卡夹63就围绕心轴3巻起膜片5，使得其不可能凸起和破裂，或受到其它损害。从阀膜 片5边缘也沿弓形弹簧6定位的凸缘(flange)在膜片5中间提供了类似的效果。
—旦已将调节器部署在期望位置上，则通过促动器杆71朝固定套筒8推动活动套 筒7，使得弓形弹簧6抵靠钻孔套管2向外挠曲。如果预先已知钻孔直径，则可使促动器杆 71移动预定量，以便弓形弹簧6抵靠钻孔套管提供预知或已知量的力。否则，促动器杆71 就简单地朝向固定套筒8移动在下文所述的过度延伸安全机构没有脱扣情况下的可能最 大量。当向外推动弓形弹簧6时，恒力弹簧60和阀膜片5就展开，以便它们在钻孔中完全 打开。 一旦阀膜片5已经开始打开，则井中的流体压力就作用成使膜片5膨胀，从而进一步 帮助开启运动。 在正常工作条件下，类似于水与碳氢化合物的溶液的流体将流经钻孔。当阀膜片
处于开启或展开位置时，流体进入阀膜片的上游端50，穿过阀膜片5，且假定阀为打开的，
就经由阀膜片的下游端51流出，并且穿过阀4，以继续其穿过钻孔的流动。 位于其开启位置的阀5的上游端50，其直径与下游端51相比较大，且结果流经膜
片的流体压力致使膜片膨胀。膨胀的膜片5通过流体压力压靠在钻孔2套管上，且形成密
封，该密封严格地限制流体流围绕阀膜片以及沿穿过阀4的外部路径泄漏。实际上，已发现
密封的效率完全足够用于调节器的应用。 当阀膜片5提供了延伸的渐縮形柔性表面区域时，抵靠钻孔套管的实际密封点就 可出现在膜片上的任一点上，该点可通过流体压力来与套管接触。这意味着，密封效果响应 于局部环境条件，如压力、钻孔形状、调节器定向，以及弓形弹簧延伸程度。当条件改变时， 膜片在流体压力的影响下相应地改变其位置，并且保持密封。 使用流体压力来影响所需密封，其意味着该设备利用钻孔中的力工作，而非克服 它们来工作，以及意味着，阀膜片5可比现有技术所提供的备选布置更为有效地进行密封。
阀膜片5和弓形弹簧6的设计实际上确保了可实现整个所部署的阀膜片的压差为 大约5psi(磅/平方英寸)。井中的压力可高达15000psi。在流动缓慢的井中，这需要围 绕膜片5的流体流限于细流，而在流动较快的井中，流动仅最小限度地受到阻塞。
为了在钻孔的流体中产生脉冲，则指示阀4抵靠阀座42闭合。阀4的闭合将阀膜
8片5的下游端51拉入抵靠阀座42的密封位置，从而大致切断经由膜片5的流体流。工具 串中的传感器然后可测量流动和压力的组合变化，并将它们储存，或将它们传递至地面，在 地面，可通过适合的软件对它们进行详细地分析。 实际上，已经发现阀4在两个限定的阀位置之间(例如开启位置和闭合位置之间) 循环更为精确，因此在进行测量时，结果可为平均值，且确保了测量的稳定性。具体而言，可 在多个周期内对相位差和幅度比求平均值。 阀的闭合可较快或较慢，并且可按需要而耗费数十秒或一小时或更久。阀4不必 完全闭合，因为增大在阀膜片下游端的限制足以在探测设备上引起可检测到的压力变化。
由于由阀膜片5抵靠钻孔套管2所提供的密封，故调节器所提供的脉冲就有较 好的质量，并且调节器可在较宽的工作条件范围下工作。例如，所述的调节器装置可在 9000bpd(日产桶数)与300bpd之间也就是16pint/s (品脱/秒)至lpint/s的额定流动 下工作，并且较lpint/s可更好地密封。 —旦完成钻孔中的调节器的期望用途，则活动套筒7縮回，从而朝心轴3和装载位 置拉动弓形弹簧6和阀膜片5。在该位置，通过线缆可将调节器3拉至钻孔表面，并且可在 没有较大破坏风险的情况下从钻孔中取出调节器3。 调节器设备还包括用于防止阀膜片5上超压的安全机构。在该装置的正常工作 中，整个阀膜片5的压差设置在4psi至7psi之间。压力通过阀膜片5抵靠钻孔2内表面 的密封来平衡，从而容许围绕阀膜片5的一些少量流体流入钻孔的下游部分。然而，如果钻 孔上游部分中的流体压力因为任何原因而升高，则较大的压差可形成在整个膜片上，并且 破坏阀4、阀膜片5，以及甚至是工具本身。因此，提供了安全机构，其在施加到阀膜片5上 的压力过大时脱扣，如将参照图12和图13进行更为详细地描述。 弓形弹簧6的下游端附接至其上的固定套筒8采取了固定在心轴3上的同轴衬套 81的形式。衬套的上游端收容在安装于心轴83相邻段上的壳体82内，并且与棘爪机构相 配合来将衬套在壳体82中保持就位。 在该实例中，棘爪机构包括衬套上的凹槽84，倾斜巻簧85容纳在该凹槽84中。倾 斜巻簧85的特别之处在于，弹簧的压縮力作用在除沿弹簧纵轴线之外的方向上。在此情况 下，选择了倾斜巻簧85，其中，压縮力垂直于弹簧的纵向圆周轴线作用，且倾斜巻簧85围绕 中心心轴3穿过。因此，倾斜巻簧提供了抵靠凹槽84唇缘作用的力，以在壳体82内将衬套 81保持就位。优选倾斜巻簧，因为它们由金属形成，且因此能够在长期的工作寿命内经受钻 孔内恶劣的工作条件。在备选实施例中，由基于塑料或橡胶的材料制成的弹性垫圈作为备 选方案使用。 压板86安装在心轴3上，处于心轴收容在壳体82内的位置。压板86作用在相邻 心轴段83的端部上，以限制心轴3在壳体82中的运动。然而，心轴3部分地收容在心轴83 端盖中的开孔内，以便可产生与工具相邻部分的电性连接。压板86还作用在弹簧88上，弹 簧88在其另一端由肩部87固定。如果安全机构脱扣，则心轴3将移离心轴段83，如图12 中所示地压縮弹簧88，弹簧88从而提供恢复力以在随后使机构复位。 安装在心轴3上的套环89防止心轴抵靠壳体82旋转，以及防止弹簧以及穿过心 轴3且邻近心轴段83的线缆90扭曲。图12中可看到穿过心轴3中心且邻近心轴段83的 线缆90。在相邻心轴段83中的线缆90段穿过0形密封圈91 ，并且在其长度上具有一些游隙，以便可适应心轴段3的运动。 如果阀膜片5上的压力突然增大，则轴向力将作用在阀膜片5及其相连的弓形弹 簧6上，从而朝下游方向推动它们。这就推动了套筒8和衬套81 ，弓形弹簧还在下游方向 上安装在衬套81上。如可从图12中看到，如果衬套81沿下游方向移动，则促使凹槽84的 唇缘承载靠在倾斜巻簧85上，引起弹簧巻压縮。倾斜巻簧将继续受到压縮，直到凹槽84升 高的唇缘可滑动穿过弹簧内部。结果为衬套81和心轴3向下游移动，以延伸在弓形弹簧6 的连接点7和8之间的分离距离，以及引起朝向工具拉动弓形弹簧6和阀膜片5。阀膜片5 与钻孔内表面之间的扩大的间隙容许更多流体从外部围绕膜片流动，且因此容许平衡流体 压力。 为了重置该机构，所需的是使促动器杆71工作，以装载弓形弹簧臂6。这会使套 筒7沿上游方向移动，引起将弓形弹簧进一步拉入工具本体中。当弓形弹簧6受到向内拉 动时，它们向上游拉动阀膜片5和心轴3，并且抵靠倾斜巻簧85，直到弹簧85可快速回到凹 槽84中。来自于球弹簧88的压縮力有助于该过程。此时，可看到弓形弹簧朝向钻孔向外 跳回，因为在瞬间减小了端点7和8之间的分离距离。 一旦重置了安全机构，则有可能使促 动器的方向再次反向，以使弓形弹簧延伸，以备进一步使用。然后，促动器杆71的作用在于 抵靠套环81推动壳体82，以便两个心轴段3和83移到一起。 能够重置井下安全机构，根据需要使用相同机构操作弓形弹簧，提供了显著的优 点，因为可在不必取回工具的情况下继续进行钻孔的测试。如果套管直径过大且臂过度延 伸，则该机构还防止了阀膜片撕裂。 在本发明的备选实例中，可不同地实施阀机构。例如，阀可包括心轴的可旋转段， 阀衬套的管状窄段设置在该可旋转段上。为了使阀闭合，心轴段旋转以便像止血器一样截 断穿过阀衬套的流体流。 作为备选，阀可提供为可促动的塞子，其装入到管状窄段的加强端，以阻止流动。
因此，已描述了用于注入井和套管井的可靠的调节器。所述的调节器装置意味着， 不需要将调节器植入井、井源或连接井的管线的结构中，且避免了对泵或管(duse)的需 求。此外，当调节机构的所有构件均为工具的一部分时，则其工作就并非取决于工具与未知 表面的临近程度。具体而言，套管壁并非为调节机构本身的一部分。当然，密封方面例如需 要与表面配合，但一旦密封件就位，则调节就纯粹由阀和阀衬套来实现。
仅为了说明的目的，本发明参照示例性实施方式进行了描述。本发明并非由这些 限制，因为普通技术人员可构思出许多修改和变型。本发明应根据权利要求来理解。
权利要求
一种在装有流体的井中使用的井下设备，所述设备包括纵向工具本体；多个可延伸臂(6)，其安装在所述工具本体上用于在所述装有流体的井内进行开启和闭合；柔性阀衬套(5)，其附接到所述多个可延伸臂(6)上且可通过所述可延伸臂(6)的运动来在装载位置与未装载位置之间移动，其中，在所述未装载位置，所述阀衬套(5)设置成用以收容来自于所述井的流体流，以及所述阀衬套(5)中的所述流体的压力引起所述阀衬套(5)的至少一部分抵靠所述井的壁部进行密封。
2. 根据权利要求l所述的设备，其特征在于，所述多个可延伸臂(6)包括安装所述工具 本体上位于纵向间隔开的支承座之间的多个弹性部件，所述纵向间隔开的支承座中的至少 一个支承座可在工具串上纵向地移动；以及所述设备包括促动器，其用于将所述纵向间隔开的支承座中的至少一个支承座朝向另一个支承座推 动，以引起所述弹性部件向外移动并接触所述井的壁部。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述多个弹性部件为弓形弹簧。
4. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述阀衬套(5)至少具有第一渐 縮形段，所述衬套(5)的渐縮形段的第一端具有第一直径，以及所述渐縮形段的第二端具 有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径，且大于所述井的预期内径，以及其中，所述 第一渐縮形段附接到所述可延伸臂(6)上，使得在使用中，抵靠所述井的壁部进行密封的 所述阀衬套(5)的部分位于所述第一直径与所述第二直径之间。
5. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述阀衬套(5)为无孔物质。
6. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述阀衬套(5)由加强材料制成。
7. 根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备包括多个恒力弹簧(60)，各弹簧 均在一端可滑动地安装在所述工具本体上，且在另一端附接到具有所述第一直径的所述阀 衬套(5)的所述第一渐縮形段的周边上，其中，所述可滑动地安装的恒力弹簧(60)同心地 安装，使得它们通过沿一个方向滑动从所述工具本体向外推动所述周边，以及它们通过沿 另一方向滑动朝向所述工具本体拉动所述周边。
8. 根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括安装在所述可延伸臂(6)上 的凸缘，当所述恒力弹簧(60)滑动以朝向所述工具本体拉动所述周边以及帮助所述阀衬 套(5)围绕所述工具本体折叠时，所述凸缘作用在所述阀衬套(5)的外侧上。
9. 根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将阀膜片(5)连接到所 述可延伸臂(6)上的可释放的连接器。
10. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述可释放的连接器在所述恒力弹簧 (60)的端部中间的位置处连接到所述恒力弹簧(60)上。
全文摘要
本发明涉及井下调节器设备。具体而言，公开了一种用于在装有流体的井中产生压力脉冲的调节器。调节器包括工具本体，多个可延伸臂(6)安装在工具本体上。该臂(6)可缩入大致邻近工具本体的装载位置，或可延伸至碰触钻孔(2)壁。臂(6)优选为弹性弓形弹簧，其可通过促动器推动弹簧的至少一端而从工具向外挠曲。柔性阀衬套(5)或袋子悬置在臂(6)之间，且与安装在工具本体上邻近衬套的阀(4)配合。阀衬套(5)产生经由阀(4)的流体流路，且在工作中，阀(4)闭合阀衬套(5)的一端以产生压力脉冲。阀衬套抵靠井壁的密封是流体压力使衬套抵靠井壁膨胀的结果。因而，密封发生在袋子的延伸区域上且动态地响应于流体流或压力的变化。
文档编号E21B47/10GK101737036SQ200910224500
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月19日 优先权日2008年11月19日
发明者A·韦布, C·W·唐金, I·希奇科克, J·布斯, J·拉特克利夫, R·莫沃特, 布鲁奇斯 W·P·斯图尔特 申请人:桑德克斯有线有限公司