专利名称：快动作阀致动器,及具有该致动器的工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种快动作阀致动器，还涉及一种装有所述致动器的工具。
本发明的应用领域是放置在用于地下作业的导管中的阀，比如，生产石油或天然气的井，以及任何抽取碳氢化合物的自喷井，或任何注入井。
背景技术：
通常，生产井包含深入的地下壁，用于使周围开采矿床生产的流体进入所述井内，从而随后在所述矿床中的流体压力的驱动作用下上升到地面。
因此，对于井的操作人员而言，单位时间内从井中抽取大量的生产流体是非常重要的，即，尽可能高的生产率。该生产率可能受多个参数和条件的影响。这些参数之一，仅涉及钻孔的结构，是在地下矿床和井壁之间的生产流体的流动截面。流动截面越大，可以从井中取出的流体量越多。该流动截面可能会受到材料和流体的污染，比如钻探泥浆，套管水泥和生产流体传送的固体材料。
然而，很难知道提升到地面的流体生产率过低是否是由于在所述地下层和井之间的流动截面的大小造成的。
为了评价流动截面的数值，已知监控地下生产层中的温度和压力。通过关闭和/或打开位于地面和生产矿床之间的阀，其中生产流体必须经过所述阀上升到地面，可以从测得的温度和压力开始，获得关于在地下层，也称作其“表层”的流动截面的信息，以及关于其渗透性的信息。
通过突然关闭阀，致使生产矿床处测量的压力从生产压力P1变化为较高的沉积压力P2，如图1所示。相反，从关闭的阀开始，当突然打开时，则会致使生产矿床处测量的压力从沉积压力P2变化为生产压力P1。
压力测量值曲线需要使用其数值，以及作为时间t的函数的斜率α。因此，测得的压力P从生产压力P1到沉积压力P2所需的时间T本身等于半天至十天的范围内的值。
在打开和/或关闭动作快速发生时，至少在紧接完全打开或关闭后的最初阶段，压力曲线接近一般的一阶曲线，该曲线响应于流速和阀的跳变，所述阀在其打开状态和关闭状态之间的瞬时开关的特性，反之亦然。因此，图1的曲线表现出的陡峭斜率α，指的是薄表层或流动截面几乎不阻塞，从而有更大的生产率。
这样，很容易推导出关于生产矿床处的流体的流动截面信息。
相反，如果阀的打开和关闭太慢，即，如果在阀完全打开和关闭之间经历的时间过长，那么压力响应接近一阶以上的曲线，比如图2所示的曲线，其中，作为时间的函数的压力斜率，开始升高，直到拐点I，然后下降，直到压力稳定在稳定状态。
在这种情况下，利用测得的压力P的曲线更为困难，因为它取决于除了生产矿床处的流动截面之外的多个参数。因此，测得的压力P的曲线不能在直到拐点I前的时间TI内使用。
发明内容
本发明寻求获得一种阀致动器和设有所述致动器的工具，该工具能使阀在阀完全打开和/或完全关闭的最后时刻，和阀完全关闭和/或打开的时刻之间尽可能快地打开和/或关闭，从而使从阀下游测得的流速尽可能接近作为时间的函数的流速的跳变，而使阀致动的响应尽可能接近图1所示的曲线。
为此，本发明提供了一种快动作阀致动器，包含致动器本体；可在所述致动器本体内在阀关闭位置和阀打开位置之间运动的阀致动部件；所述致动器特征在于它还包含
在所述致动器本体内的驱动装置；由所述驱动装置相对于所述致动器本体驱动的被驱动部件，所述驱动装置适用于使所述被驱动部件经第一行程到达第一触发位置；用于对所述致动部件相对于被驱动部件施加预应力的预应力装置，以便当所述被驱动件沿第一行程到达其第一触发位置时，施加相反的推斥力，所述作用力使所述致动部件至少从所述阀打开位置和阀关闭位置中选定的第一确定位置变为从所述阀打开位置和阀关闭位置中选定的所述第二确定位置；和相对于所述致动器本体静止且与所述被驱动部件和所述致动部件配合的锁定触发装置，从而在第一行程期间，所述致动部件在所述第一确定位置相对于所述锁定触发装置是静止的，且所述被驱动部件相对于所述锁定触发装置运动；当所述被驱动部件到达所述第一触发位置时，所述被驱动部件相对于所述锁定触发装置是静止的，且所述致动部件被所述预应力装置相对于所述锁定触发装置顶推，而使所述致动部件从所述第一确定位置变为所述第二确定位置。
通过本发明的方法，能量积聚在致动器中，而使其可以致使阀从打开或关闭状态快速变为关闭或打开状态，从而使流速中出现的陡斜率接近阀储的跳变。这样，更容易利用流动截面上的压力响应，以便确定流动截面的状态。
因此，即使当可用于为所述驱动装置供电的电源非常低或受限时，本发明也可以使阀在打开或关闭位置和关闭或打开位置之间快速运动。在适当情况下，所述致动器可以驱动多个阀打开和关闭运动。因此，可以在打开运动后或在后面是打开运动的关闭运动之后，提升处于打开状态的阀和含有阀的工具，这在仅能执行单次关闭运动的阀是不可能的。此外，所述致动器使其可以在井的多个连续的生产矿床内快速地连续进行打开和/或关闭。
而且，快速关闭和/或打开阀用于避免使其在使用条件下过早损坏。生产流体携带比如沙等磨损性材料，且它以非常高的速度经过阀。这一高速度是由于在所述阀的上、下游侧之间的压力差造成的，当在关闭结束时，或在打开开始时，通过所述阀的流体流动间隙很小时，这一差值增加。因此，在其关闭或打开运动期间，生产流体趋于压靠所述滑块或阀的的运动活塞。因为阀的关闭和/或打开运动速度，它的运动部分在更短时间内暴露于高速生产流体中，从而减轻磨损，延长寿命，避免提升所述阀进行更换的需求，这对于设备而言是非常昂贵的，且延长了生产井测试的时间。
在本发明的致动器中积聚的能量也使其可以保证施加在阀上的力克服其运动部分和其静止部分之间的阻力，这可能是由于在其之间的密封装置由于井中的高温和高压条件产生的粘着造成的。因此，所述致动器和包括所述致动器的工具更可靠。
根据本发明的其他特点所述驱动装置适于使所述被驱动部件沿第二行程到达所述第二触发位置，当所述被驱动部件沿所述第二行程到达所述第二触发位置时，所述预应力装置适于施加相反的推斥力，趋于使所述致动部件从所述第二确定位置到达所述第一确定位置，且所述锁定触发装置用于配合所述被驱动部件和所述致动部件，从而在所述第二行程中，所述致动部件在第二确定位置相对于所述锁定触发装置是静止的，且所述被驱动部件相对于所述锁定触发装置运动；当所述被驱动部件处于所述第二触发位置时，所述被驱动部件相对于所述锁定触发装置是静止的，且所述致动部件被所述预应力装置相对于所述锁定触发装置顶推，而使所述致动部件从所述第二确定位置变为所述第一确定位置。
所述行程是纵向的，所述致动部件可以在所述阀关闭位置和所述阀打开位置之间纵向运动，所述被驱动部件可在所述行程期间相对于所述致动器本体纵向运动；所述锁定触发装置包含
至少一个可相对于所述致动器本体横向运动的楔形部分；分别在所述被驱动部件和所述致动部件内用于容纳所述楔形部分的第一和第二凹槽，所述第一和第二凹槽至少在第一行程期间直到第一触发位置纵向偏离，而使所述楔形部分位于所述被驱动部件的第一凹槽外部，位于所述致动部件的第二凹槽中，从而将所述致动部件相对于所述支撑件纵向固定，且可以使所述被驱动部件相对于所述支撑件纵向运动，且所述第一第二凹槽在所述第一触发位置横向互相面对，而使所述楔形部分可以从所述致动部件的第二凹槽出来，进入所述被驱动部件的第一凹槽中，从而可以将所述被驱动部件相对于所述支撑件纵向固定，且可以使所述致动部件相对于所述支撑件纵向运动。
所述锁定触发装置包括分别在所述被驱动部件和所述致动部件内用于容纳所述楔形部分的第三和第四凹槽，所述第三凹槽与所述第一凹槽中纵向间隔开，所述第三和第四凹槽至少在第二行程期间直到所述第二触发位置纵向偏离，而使所述楔形部分位于所述被驱动部件的第三凹槽外部，且位于所述致动部件的第四凹槽中，从而使所述致动部件相对于所述支撑件纵向固定，且可以使所述被驱动部件相对于所述支撑件纵向运动，所述第三和第四凹槽在所述第二触发位置横向互相面对，而使所述楔形部分可以从所述致动部件的第四凹槽出来，进入所述被驱动部件的第三凹槽中，从而可以使所述被驱动部件相对于所述支撑件纵向固定，且可以使所述致动部件相对于所述支撑件纵向运动。
所述楔形部分可以自由地在支撑件中横向运动，所述支撑件相对于所述致动器本体静止，且横向地位于所述被驱动部件和所述致动部件之间；所述楔形部分由球构成；或所述楔形部分由滚子构成；所述被驱动部件包括静止的引导部分，用于在所述行程期间引导所述楔形部分；所述楔形部分由横向挠性的突起的爪形成，且在离所述爪一定纵向距离处连接于相对于所述本体静止的部件；或者所述被驱动部件包括静止支撑部分，所述支撑部分具有在其上纵向运动的引导套筒，而在所述行程期间引导所述楔形部分，在所述楔形部分穿入所述被驱动部件的凹槽中时，所述引导套筒适于受到所述楔形部分的纵向顶推；至少位于所述致动部件中的凹槽之一向外开口，从而能使所述楔形部分插入所述支撑件中；或者所述第一位置对应于所述阀打开的位置，所述第二位置对应于所述阀关闭的位置；或者所述第一位置对应于所述阀关闭的位置，所述第二位置对应于所述阀打开的位置；当所述被驱动部件沿其行程到达其触发位置时，所述预应力装置用于增加在所述致动部件和所述被驱动部件之间的推斥力，且它施加当处于第二确定位置时阻止所述致动部件运动的作用力；所述致动部件包含固定在外套上的杆，所述被驱动部件包含在所述外套内可以纵向运动的杆，该杆具有至少一个第一推动件，用于在所述被驱动部件沿其行程行进到触发位置时纵向顶推所述预应力装置，，还具有位于所述预应力装置和外套之间的第二推动件；所述外套具有用于第一和第二间隔件的第一和第二邻接部分，所述间隔件可运动地分别安装在所述预应力装置和所述第一和第二推动件之间，所述外套包括分别用于第一和第二推动件的第一第二附加穿透空间，同时所述被驱动阀沿其行程运动到相应的纵向触发位置；所述预应力装置由所述致动部件和被驱动部件之间的压缩弹簧构成；所述压缩弹簧是螺旋的，且缠绕在所述被驱动部件的杆周围；所述压缩弹簧具有波状地绕在所述被驱动部件的杆周围的匝；所述被驱动部件包含避免在所述致动器本体内转动，且与通过所述驱动装置转动驱动的所述螺杆配合而使所述被驱动部件纵向运动的螺母；
所述致动器包括位于所述致动器本体和所述致动部件之间的密封装置，用于使所述驱动装置，所述被驱动部件，所述预应力装置，以及所述锁定触发装置相对于外界密封；所述密封装置包含沿所述致动部件纵向滑动地安装的活塞，所述密封装置的活塞包括密封垫，分别用于所述致动器壳体内侧和所述致动部件上；在所述致动器本体内位于所述密封装置后面，且包含所述驱动装置，所述被驱动部件，所述预应力装置，以及所述锁定触发装置的所述空间填充有工作流体；所述工具流体由润滑油构成；所述致动器本体还包含为所述驱动装置供电的装置；所述致动器本体还包含密封的通孔，用于使所述驱动装置电连接于电源和所述致动器上的控制装置；所述驱动装置是马达-齿轮箱单元；所述驱动装置包括无刷电机；并且所述驱动装置包括用于驱动所述被驱动部件的螺母的滚子螺杆；在第二方面，本发明提供了一种工具，包含具有打开位置和关闭位置的阀，以及用于所述阀的致动器。
根据本发明的其他特点所述工具还包含至少一个测量传感器和用于记录来自传感器的测量信息的装置，所述致动器纵向位于所述阀和所述传感器之间；所述阀包含活塞，所述活塞可以在相对于流体经过的空间通向外侧的阀体的至少一个孔的关闭位置和打开位置之间运动，且连接于用于紧固到所述致动部件的对应部分上的紧固部件；所述紧固部件由配合形成所述致动部件的对应部分的互补螺纹的螺纹构成；所述致动部件的对应部分由夹具构成，包含多个弹性分支，适于占据倾斜的打开位置，能使形成紧固件的钩挂部分插入到二者之间，同时它们位于所述阀内的引导墙外部，且它们适于夹在所述钩挂部分上，同时它们抵靠位于所述关闭位置和打开位置之间的所述引导墙。
所述阀的活塞以确定的纵向间隙连接于所述紧固件，所述间隙短于在其打开位置和关闭位置之间的距离；和所述阀还包含第二活塞，该活塞可滑动地安装在所述活塞的腔室内，所述腔室具有在所述孔和所述流体经过空间之间的第二流体连通装置，所述装置连接于所述致动部件，关闭处于关闭位置的所述活塞的腔室，且在所述致动部件从所述关闭位置到达打开位置的过程中，适于使所述孔经所述第二连通装置与所述流体经过空间连通。
在阅读了仅通过非限制性示例给出的下述内容并参照附图，将能更好地理解本发明，其中图1，如上所述，是绘出在井的地下流体生产矿床中测得的压力曲线，并能获得关于流动截面的信息的图；图2，如上所述，是绘出在井的地下流体生产矿床中测得的另一压力曲线的图；图3A，3B和3C是纵向剖面图，示出了阀如何固定于本发明的致动器上的一个示例；图4是本发明的处于阀触发打开位置的阀致动器的纵向剖面图；图5和6是在从图4所示的位置向所述阀的触发关闭位置的致动行程期间，本发明的处于阀打开位置的阀致动器的纵向剖面图；图7是本发明的处于阀触发关闭位置的阀致动器的纵向剖面图；图8和9是在从图7所示的位置向所述阀的触发打开位置的另一致动行程期间，本发明的处于阀关闭位置的阀致动器的纵向剖面图；图10是比图4至9比例更小的图，示出了安装在阀上的本发明的致动器；图11是更大比例的图，示出了构成用于锁定和触发图4至10所示致动器的装置的一部分的引导部分的变体实施例；图12是更大比例的图，示出了构成用于锁定和触发图4至10所示致动器的装置的一部分的楔形部分的变体实施例；
图13是更大比例的图，示出了在用于紧固于所述致动部件的部件和图4至12所示的阀的活塞之间连接的变体实施例；图14A，14B和14C是更大比例的图，示出了图3A，3B，3C，4至10和13中示出的所述阀的活塞的变体实施例；图15是比图4至9更小比例的图，示出了安装在阀上的本发明的致动器。
具体实施例方式
在图4至10中示出的本发明的致动器1包含大致沿从后向前的纵向方向3延伸的致动器外本体2，例如，沿生产流体向井顶部上升的方向。致动器本体2包括用于连接阀6的本体5的装置4，例如，在本体2和5上的互补螺纹，比如在致动器本体2的顶端内侧的内螺纹4a，和在阀体5的底端外侧的互补螺纹4b，本体2和5是中空的，并且，例如，是管状和圆形截面。
阀6具有多个横向分布的孔7或端口，使生产流体从本体5外侧进入阀的前部空间14，朝向井顶部。当然，可以设置单个孔7。活塞8可滑动地安装在本体5内，与前部空间14和后部空间15之间的孔7对准。活塞8具有支撑第一和第二外部密封垫9和10的壁11，所述垫能耐生产流体并且从后向前纵向间隔开。为了最佳的动态特性，所述阀及其形成一部分的工具应当放在紧接生产矿床上方。
如图4，5和6所示，当前垫10位于孔7后面时，生产流体从本体5外部经过孔7进入前部空间14，以便朝地面上升，然后阀处于其打开位置。
如图7，8和9所示，活塞8前进到前部空间14中，而使后垫9位于孔7后面，且前垫10位于孔7前面，通过垫9和10，防止生产流体进入前部空间14或后部空间15。无论何时，只要密封装置在阀体5和所述井壁之间，就阻止生产流体到达地面。
在下游，阀6连接于用于将其锁定在井内适当位置的部件，例如，爪形的，其中锁定位置的爪朝所述井壁顶出。
下面描述本发明的致动器1的位于致动器本体2内的部分。
阀6的活塞8连接于用于紧固到部件21的前紧固件19的后紧固件18，用于使阀8在其打开和关闭位置之间动作。活塞8刚性连接于图4至10或图3A至3C所示的紧固件18。
例如，如图3A至3C所示，部件21的前紧固件19由包含多个分支191的夹具构成，所述分支在其自由端设有钩子192的，且可以从图4A所示的打开位置弹性运动，使构成部件18的钩挂部分181插入其间。阀体5具有后部内倒角501，所述倒角与每个钩子192上的互补外倒角193配合，以便当它插入其间，且致动部件21的紧固件19纵向顶推本体5时，如图3B所示，限制分支191而在钩挂部分181周围关闭。这样，钩子192进入钩挂部分181中面向它们的互补凹槽182中。每个分支191具有外部凸起194，用于将钩子192保持在凹槽182中的关闭位置，只要在如图3B所示所示的打开位置，如图3C所示的关闭位置，以及在所示位置之间，凸起194邻靠位于本体5内、在倒角501前面的纵向引导墙502。
紧固部件18如图4至10所示由配合形成致动部件21的紧固部件19的互补外螺纹的内螺纹构成。
致动部件21在本体2内纵向延伸，且包含例如，具有支撑紧固部件19的前端的杆22，所述紧固部件用于紧固在活塞8上。致动部件21可在致动器本体2内纵向运动，而使阀6的活塞8在其打开和关闭位置之间运动，致动部件21还包含中空的后纵向外套23，所述外套具有用于通过任何适当装置固定的前紧固部分23b，例如，通过螺纹紧固到杆22的后端。所述外套23中插入被驱动部件31中，被驱动部件31受从动螺母32限制而在外套23的后部纵向平移，所述螺母32经内部螺纹与固定于驱动装置35的纵向转动轴34的纵向螺杆33配合，例如，驱动装置35由马达和齿轮箱单元构成，固定在本体2内部。例如，螺杆33以球螺纹的形式驱动螺母32纵向平移。例如，单元35中的马达包含无刷电机。被驱动部件31可以例如为具有围绕螺母32的部分36的纵向杆的形式。
相对于本体2纵向静止的锁定触发装置41位于被驱动部件31和致动部件21之间，且相互配合。
通过马达单元35，螺母32和被驱动部件31适于占据相对于锁定触发装置41不同的纵向位置。
这样，如图4，5和6所示被驱动部件31具有在本体2内的第一致动行程C1，沿致动器1的纵向方向从后向前，或沿井的方向向上，从而占有第一纵向触发位置，如图7所示，其中使阀从打开位置变为关闭位置。相反，如图8，9，和10所示被驱动部件31具有第二纵向致动行程C2，沿与第一行程C1相反的方向延伸，从致动器1的前面向后面，或相对于井向下，从所述第一触发位置到第二纵向触发位置，所述第二纵向触发位置相对于所述第一触发位置后移，如图4所示，其中使所述阀从关闭位置变为打开位置。
当然，可以仅设置第一和第二纵向触发位置之一。
下面将参照第一和第二触发位置都出现的情况描述本发明。
在每个所述第一和第二触发位置，致动部件31在纵向位置上相对于锁定触发装置41保持静止，同时致动部件21分别在向前和向后的方向上，被位于被驱动部件31和致动部件21之间的预应力装置51相对于锁定触发装置41纵向顶推，从而使致动部件21分别进入第一或第二纵向位置，它们分别对应于处于关闭位置或打开位置的阀6。
当仅设有第一触发位置时，被驱动部件31的定位能使预应力装置51致使致动部件21仅进入第一位置，对应于阀6从打开位置变为关闭位置。
当仅设有第二触发位置时，被驱动部件31的定位能使预应力装置51致使致动部件21仅进入第二位置，对应于阀6从关闭位置变为打开位置。
在所述图中，被驱动部件31具有第一推动件37，用于在第一行程C1期间纵向向前顶推预应力装置51，从而到达第一触发位置，还具有第二推动件38，用于在第二行程C2期间纵向向前顶推预应力装置51，从而到达第二触发位置。
例如，预应力装置51由插入外套23中，位于第一和第二推动件37和38之间，在牢固地连接第一和第二推动件37和38的中心纵向杆39周围的螺旋压缩弹簧构成。
第一推动件37经第一分隔件61作用在预应力装置51上，所述第一分隔件61可以在预应力装置51和第一推动件37之间纵向滑动，且例如由垫圈构成，所述垫圈经截面小于第一推动件31的截面的孔在其前面啮合在杆39周围。
第二推动件38经第二分隔件62作用在预应力装置51上，所述第二分隔件62可以在预应力装置51和第二推动件38之间纵向滑动，且例如由垫圈构成，所述垫圈经截面小于第二推动件32的截面的孔在其后面啮合在杆39周围。
用于外套23的第一邻接部分63位于第一分隔件61后面，其截面大于第一推动件31，且大于杆39，从而使其纵向滑动，而在第二分隔件62前方，设有用于外套23的第二邻接部分64，其截面大于第二推动件38和杆39，从而使其纵向滑动。第一和第二邻接部分63和64间隔与第一和第二推动件37和38相同的距离L。
当被驱动部件31沿第一行程C1向前运动时，第一推动件31使第一分隔件61在第一邻接部分63前面向前运动，如图6所示，而外套23被锁定触发装置41纵向保持，从而将第二分隔件62朝前方锁定在第二邻接部分64上，结果将第一和第二分隔件61和62之间的距离减小至小于距离L的距离，从而压缩弹簧51。外套23包括额外空间65，在第二推动件38前面，以便在其第一行程C1直到所述第一触发位置期间容纳第二推动件。
相反，在被驱动部件31沿第二行程C2偏移期间，当外套23被锁定触发装置41纵向保持时，第二推动件38向后顶推第二分隔件62到第二邻接部分64后面，如图9所示，从而保持第一分隔件61抵靠第一邻接部分63，且因此将第一和第二分隔件61和62之间的厚度减小至小于距离L的距离，因此压缩弹簧51。在外套23中在第一邻接部分63后面设有额外空间66，用于在第二行程C2期间，容纳在外套23内向后运动到第一邻接部分63后面的第一推动件37。
被驱动部件31连接于部分36的前面，具有在第一和第二行程C1和C2期间以及在第一和第二触发位置，容纳螺杆33的前端的护套67。护套67在其前端连接于长度为L2的纵向引导部分47，长度L2大于或等于第一行程C1到所述第一触发位置的距离，也大于第二行程C2到所述第二触发位置的距离。
锁定触发装置41位于后部附加空间66和第一推动件31后面。锁定和触发装置41具有固定于本体2内、在部分36前面的支撑件42，以及在护套67和引导部分47周围的螺母32。支撑件42包含围绕引导部分47的纵向壁，且包括一个或多个壳体44，所述壳体分别接纳一或多个楔形部分43，所述楔形部分可横切纵向方向运动，即径向。例如，壳体44为通孔形式，位于支撑件42的纵向壁的指定纵向位置。当设有多个壳体44和相应部件43时，壳体44都处于相同的指定纵向位置，且被支撑件42的纵向壁的实体部分分开，即，壳体44横向对准，而使每个楔形部分具有在相应壳体44内相对于纵向方向3受到限制的行程。引导部分47，楔形部分43和围绕支撑件42的外套23的后部68这样构造，即在第一和第二行程C1和C2期间以及第一和第二触发位置，可以互相横向面对。
对于每个楔形部分43，引导部分47的外表面具有第一横向壳体凹槽45，而对于每个楔形部分43，外套23的后部24包括用于楔形部分43的第二横向壳体凹槽46。当设有多个凹槽45时，它们横向对准。当设有多个凹槽46时，它们横向对准。第一和第二凹槽45，46适于在第一行程C1到达第一触发位置时，横向地面对面，从而使楔形部分43从第二凹槽46到达第一凹槽45。
当楔形部分43处于第一凹槽45中时，它并不伸入到第二凹槽46中，因此能使外套23相对于支撑件42纵向滑动，这对应于图7所示的第一触发位置。
相反，当第一和第二凹槽45，46纵向偏移时，楔形部分43压在远离第一凹槽45的引导部分47上，且进入第二凹槽46中，如图5和6所示，从而使外套23的后部24在纵向位置上相对于支撑件42静止，且在对应于第一行程C1到第一触发位置的状态下，使引导部分47相对于楔形部分43纵向运动。
类似地，在第一凹槽45前面，对于每个楔形部分43来说，引导部分47具有用于在第二触发位置容纳楔形部分43的第三横向凹槽49，外套23的后部24包括，在第二凹槽46后面且对于每个楔形部分43来说，用于楔形部分43的第四横向壳体凹槽50。当设有多个凹槽49时，它们横向互相对准。第三和第四凹槽49，50适于当第二行程C2到达第二触发位置时横向地面对面，从而使楔形部分43从第四凹槽50到达第三凹槽49。围绕凹槽46，50且在所述凹槽之间，外套23具有在楔形部分43已经插入支撑件44中之后安装的封闭壁231。
如图8和9所示，在第二行程C2到所述第二触发位置期间，楔形部分43位于外套23的后部24的第四凹槽50内，且在第三凹槽49外，所述第三凹槽相对于凹槽50纵向偏移，从而可以沿纵向方向互相固定支撑件42和外套23，且使引导部分47相对于楔形部分43纵向运动。
在第二触发位置，楔形部分43落入到第三凹槽49中，且离开互相横向面对的第四凹槽50，从而相对于支撑件42横向地固定引导部分47，且使外套23在第一分隔件61和第一邻接部分63上的预应力装置51施加的后向力的作用下向后纵向运动。
例如，且如图所示，楔形部分43由球构成，在被驱动部件31上的凹槽45和49形状互补，例如，半球形。外套23的凹槽46和/或50例如由直径大于所述球的圆形孔构成，以便能使其从外侧插入支撑件42中。例如，壳体44也是直径大于所述球的圆形孔，位于支撑件42的壁内。当然，楔形部件43也可以是具有圆柱形表面的滚子形式，位于被驱动部件31上的凹槽45和49也是中空圆柱体形式，例如圆形半圆柱体形式，而凹槽46，50为能使楔形部件43经部分24插入支撑件42内的互补长方形孔。例如，壳体44为尺寸相当于支撑件42的壁上的滚子母线和基线的矩形长方形通孔。
通过在预应力装置51内最初积累的能量，例如，通过在第一行程C1中压缩外套23内的弹簧，直到被驱动部件31到达第一触发位置，可以使阀6从打开位置变为关闭位置。
第一触发位置能使在第一行程C1期间预应力装置51内积聚的能量释放，从而使致动部件21从打开位置偏移至关闭位置。在触发位置施加在致动部件21上的作用力取决于用于存储能量的预应力装置51，即对于弹簧来说取决于其刚度，预应力的大小和行程的大小。
当第一行程C1到达第一触发位置时存储在预应力装置51内的一部分能量的突然释放，导致较大的力作用在阀6的活塞8上，从而突然使其加速，从打开位置朝关闭位置平移。在适当情况下，预应力装置51这样设计，即在活塞8和阀6的本体5之间的任何相对作用力被克服，其中在触发位置预应力装置51施加的最初作用力例如大于所述相对作用力数倍，例如等于或大于所述相对作用力的3至10倍。
为了增加在触发位置由预应力装置51施加的最初作用力，预应力装置这样组织，即例如在第一行程C1期间到达第一触发位置之前，在致动部件21和被驱动部件31之间施加纵向推斥。例如，预应力装置51可以为螺旋弹簧的形式，该弹簧已经在所述间隔件以其最大距离间隔开时，在间隔件61和62之间纵向压缩。预应力装置51也可以是具有波状匝的弹簧。在触发打开或关闭之后，弹簧51继续在致动部件21上施加作用力，而使阀6保持在已经刚刚开始的相应打开或关闭位置。
当然，上述内容以对应的方式适用于第二行程C2和第二触发位置。
这使致动部件21和活塞8非常快速地平移运动，而从第一行程C1期间直到紧接第一触发位置之前占据的打开位置，变化为在到达第一触发位置时占据的关闭位置。在活塞8相对于处于打开位置的阀6的本体5静止时的最后时刻，和它处于打开位置的第一时刻之间关闭阀所需的时间非常短，且持续时间小于1秒，但是在执行阀关闭运动的现有技术的阀中，所述时间大于50秒。
当然，所述内容适用于第二行程C2和第二触发位置，类似地产生快速打开运动，其中在活塞8相对于处于关闭位置的阀6的本体5静止时的第一时刻和当它处于打开位置时的第一时刻之间的类似的较短时间内，致动部件21和活塞8从关闭位置变化为打开位置。
在图11中，引导部分47包含固定于护套67和推动件37的中心支撑杆471，且在其端部具有第一和/或第三凹槽45，49，其中最远地分开的纵向半部分451，491类似于图4至9所示的那些，而其关闭在一起的纵向半部分452，492由直线轮廓的相应凹槽形成，且以直角连接于中心杆471。
引导套筒472可以在中心支撑杆471周围纵向运动。引导套筒472具有以类似于图4至9的引导部件47的方式引导楔形部分43的外引导表面。外引导表面473连接于前、后横向边缘474和475，所述边缘互相分离基本上等于第一凹槽45中部和第三凹槽49的远端之间的距离的距离。
如图11中的实线所示，楔形部分43在行程C1和C2期间抵靠外引导表面473。在第一行程C1结束时，楔形部分43抵靠后横向边缘475。然后，在图11中的虚线所示的第一触发位置，楔形部分43从凹槽46进入第一凹槽45，同时向前顶推后横向边缘475，直到引导套筒472邻靠凹槽49的前半部分491。对于第二行程C2和第二触发位置来说，所述过程类似。
在图12中，构成一个部件的一或多个楔形部分43和支撑件42位于被驱动部件31和外套23之间，所述部件包含多个互相间隔开且在其后端连接于相对于本体2静止的部件432上的突起431。壳体44省略。在前面，每一突起431设有形成楔形部分43的爪433，具有面对外套23的外部分434，其纵向截面在形状上与第二和第四凹槽46，50互补，还具有面朝引导部件43的内部分435，其纵向截面在形状上与第一和第三凹槽45，49互补。
例如，凹槽45，46，49和50为分别在引导部件47和外套23内形成的直线轮廓的凹槽形式，所述壁231与外套23为一体。互补的斜坡位于部分434，435和凹槽45，46，49和50内，从而使外套23或被驱动部件31相对于突起431纵向锁定。
突起431由呈现一定程度挠性的材料制成，使其可以横向弯曲，从而在第一和第二触发位置能从一个凹槽50，46到达另一个45，49，且从而发现在凹槽46或50内抵靠引导部件47，并在行程C1和C2期间在其凹槽45和49之间。
通过控制驱动装置35，使致动部件21进入第一或第二触发位置，从而使螺母32在螺杆33上运动到对应的纵向位置。这种控制是例如通过为驱动装置35供电的控制装置实现的，所述控制装置没有示出，且与致动器和/或工具下向孔相应。例如，电源装置可以为可充电电池的形式，该电池可以控制，从而连接于驱动装置35，以便使其在行程C1或C2期间沿一个方向或另一方向转动其轴34。电源装置可以这样设计，即能执行多个行程C1和C2，而不需要充电或更换，从而能使致动器长时间使用。在其后端，致动器本体2具有密封的通孔81，能使驱动装置35电连接于固定在致动器本体2或整体地延伸的单元内的电源和控制装置。例如，驱动装置35包括用于对其轴34的回转计数的装置，且包括无刷驱动马达，例如。致动器的电源也可以通过在地面连接于电源的电缆提供。致动器也可以通过在放入井内之前在地面预编程进行控制。使电源装置连接于致动器致使已经预先记录在致动器内的程序运行。
能耐生产流体的密封装置71位于外套23的紧固部分23b的前凸肩23c前面的杆22周围，且在本体2的后面。这些密封装置71例如为围绕本体2内的杆22的活塞形式，且在其面向本体2内侧的外围表面上有第一密封垫72，以及在面向杆22的内表面上的第二密封垫73。活塞71有利地安装，从而相对于杆22和本体2滑动，以便平衡在其相对侧上纵向存在的压力差。这样，垫72和73面受在其任一侧纵向上的压力差。
位于密封装置71后面的本体2内侧的空间由工作流体填充，例如在井内端工作条件下基本上不可压缩的流体。例如这种工作流体可以由油构成。
在图13中，阀6的活塞8以纵向间隙连接于图4至10或图3A至3C的紧固部件18。紧固部件18在其前端具有横向凸肩183，该凸肩插入而在活塞8的后壳体184内纵向滑动，所述后壳体由前、后邻接部分185和186限定，它们在其之间限定了已确定的纵向间隙，用于凸肩183，所述凸肩比在其打开和关闭位置之间的长度更短。
虽然阀6保持打开，凸肩183由部件18，19和21保持抵靠后邻接部分186，但阀6保持关闭时，如图13所示，凸肩183由部件18，19和21保持抵靠前邻接部分185。此后，当阀6从打开位置或关闭位置变为关闭位置或打开位置时，用于凸肩183的间隙能使其沿适当的方向高速到达抵靠相对的邻接部分185或186，从而在活塞8上施加振动，有助于其垫9，10与本体5分离。
在图14A至14D中，阀6的活塞8具有一个前外垫10，和后中心内部腔室111，该腔室能首先经横向导管112与其支撑壁11的外侧连通，其次经纵向导管113与前空间14连通。当活塞8相对于孔7处于关闭位置时，横向导管112向外打开通向孔7。导管112和113使井中生产的流体具有比孔7更小的流动截面。腔室111也由纵向滑动地安装且固定于凸肩183前面的部件18的第二活塞114向后限定。
当如图14A所示，凸肩183前进而抵靠邻接部分185时，第二活塞114通过任何适当的密封装置断开导管112和113之间经腔室111的连通，但是，如图14B和14C所示，当凸肩183向后运动抵靠邻接部分184时，第二活塞114使导管112和113经腔室111连通，同时避免流体流入壳体184和致动器。这样，如图14C所示，打开孔7的活塞8的运动通过如图14B所示的经导管11 2和113建立的连通领先，从而可以使少量的产生流体从井进入前面14，降低由于流体吸入阀的打开造成生产井的壁坍塌的危险，因为这可能阻塞井。该实施例尤其对不够坚固的井有利。
在图15中，本发明的致动器1可以与工具201为一体。这种工具201可以包含，除了致动器1和阀6之外，具有用于测量在致动器1下方的压力、温度、流速和/或其他参数的传感器的装置204，以及用于记录传感器产生的测量信息的装置。工具201包含从顶部到底部机械连接在一起的部件207，用于通过锚固在导管203上而在适当位置阻塞工具的部件，包括能耐生产流体和作用在导管203，阀6，致动器1上的密封垫207，具有作用在导管203上的弓架的可选定心器209，和所述单元204。
权利要求
1.一种快动作阀致动器，包含·致动器本体(2)；·可在所述致动器本体(2)内在阀关闭位置和阀打开位置之间运动的阀致动部件(21)；所述致动器特征在于它还包含·在所述致动器本体(2)内的驱动装置(35)；·由所述驱动装置(35)相对于所述致动器本体(2)驱动的被驱动部件(31)，所述驱动装置(35)适用于使所述被驱动部件(31)经第一行程(C1)到达第一触发位置；·用于对所述致动部件(21)相对于被驱动部件(31)施加预应力的预应力装置(51)，以便当所述被驱动件(31)沿第一行程(C1)到达其第一触发位置时，施加相反的推斥力，所述作用力使所述致动部件(31)至少从所述阀打开位置和阀关闭位置中选定的第一确定位置变为从所述阀打开位置和阀关闭位置中选定的所述第二确定位置；·相对于所述致动器本体(2)静止且与所述被驱动部件(31)和所述致动部件(21)配合的锁定触发装置(41)，从而·在第一行程(C1)期间，所述致动部件(21)在所述第一确定位置相对于所述锁定触发装置(41)是静止的，且所述被驱动部件(31)相对于所述锁定触发装置(41)运动；·当所述被驱动部件(31)到达所述第一触发位置时，所述被驱动部件(31)相对于所述锁定触发装置(41)是静止的，且所述致动部件(21)被所述预应力装置(51)相对于所述锁定触发装置(41)顶推，而使所述致动部件(21)从所述第一确定位置变为所述第二确定位置。
2.如权利要求1所述的快动作阀致动器，其特征在于所述驱动装置(35)适于使所述被驱动部件(31)沿第二行程(C2)到达所述第二触发位置，当所述被驱动部件(31)沿所述第二行程(C2)到达所述第二触发位置时，所述预应力装置(51)适于施加相反的推斥力，趋于使所述致动部件(21)从所述第二确定位置到达所述第一确定位置，且所述锁定触发装置(41)用于配合所述被驱动部件(31)和所述致动部件(21)，从而·在所述第二行程(C2)中，所述致动部件(21)在第二确定位置相对于所述锁定触发装置(41)是静止的，且所述被驱动部件(31)相对于所述锁定触发装置(41)运动；·当所述被驱动部件(31)处于所述第二触发位置时，所述被驱动部件(31)相对于所述锁定触发装置(41)是静止的，且所述致动部件(21)被所述预应力装置(51)相对于所述锁定触发装置(41)顶推，而使所述致动部件(21)从所述第二确定位置变为所述第一确定位置。
3.如权利要求1或2所述的快动作阀致动器，其特征在于所述行程(C1，C2)是纵向的，所述致动部件(21)可以在所述阀关闭位置和所述阀打开位置之间纵向运动，所述被驱动部件(31)可在所述行程(C1，C2)期间相对于所述致动器本体(2)纵向运动。
4.如权利要求3所述的快动作阀致动器，其特征在于所述锁定触发装置(41)包含·至少一个可相对于所述致动器本体(2)横向运动的楔形部分(43)；·分别在所述被驱动部件(31)和所述致动部件(21)内用于容纳所述楔形部分(43)的第一和第二凹槽(45，46)，所述第一和第二凹槽(45，46)至少在第一行程期间直到第一触发位置纵向偏离，而使所述楔形部分(43)位于所述被驱动部件(31)的第一凹槽(45)外部，位于所述致动部件(21)的第二凹槽(46)中，从而将所述致动部件(21)相对于所述支撑件(42)纵向固定，且可以使所述被驱动部件(31)相对于所述支撑件(42)纵向运动，且所述第一和第二凹槽(45，46)在所述第一触发位置横向互相面对，而使所述楔形部分(43)可以从所述致动部件(21)的第二凹槽(46)出来，进入所述被驱动部件(31)的第一凹槽(45)中，从而将所述被驱动部件(31)相对于所述支撑件(42)纵向固定，且使所述致动部件(21)相对于所述支撑件(42)纵向运动。
5.如权利要求2和4所述的快动作阀致动器，其特征在于所述锁定触发装置(41)包括分别在所述被驱动部件(31)和所述致动部件(21)内用于容纳所述楔形部分(43)的第三和第四凹槽(49，50)，所述第三凹槽与所述第一凹槽(45)纵向间隔开，所述第三和第四凹槽(49，50)至少在第二行程期间直到所述第二触发位置纵向偏离，而使所述楔形部分(43)位于所述被驱动部件(31)的第三凹槽(49)外部，且位于所述致动部件(21)的第四凹槽(50)中，从而使所述致动部件(21)相对于所述支撑件(42)纵向固定，且使所述被驱动部件(31)相对于所述支撑件(42)纵向运动，所述第三和第四凹槽(49，50)在所述第二触发位置横向互相面对，而使所述楔形部分(43)可以从所述致动部件(21)的第四凹槽(50)出来，进入所述被驱动部件(31)的第三凹槽(49)中，从而使所述被驱动部件(31)相对于所述支撑件(42)纵向固定，且使所述致动部件(21)相对于所述支撑件(42)纵向运动。
6.如权利要求4或5所述的快动作阀致动器，其特征在于所述楔形部分(43)被安装成自由地在支撑件(42)中横向运动，所述支撑件(42)相对于所述致动器本体(2)静止，且横向地位于所述被驱动部件(31)和所述致动部件(21)之间。
7.如权利要求6所述的快动作阀致动器，其特征在于所述楔形部分(43)由球构成。
8.如权利要求6所述的快动作阀致动器，其特征在于所述楔形部分(43)由滚子构成。
9.如权利要求4至8任一所述的快动作阀致动器，其特征在于所述被驱动部件(31)包括静止的引导部分(47)，用于在所述行程期间引导所述楔形部分(43)。
10.如权利要求4至9任一所述的快动作阀致动器，其特征在于所述楔形部分(43)由横向挠性的突起(431)的爪(433)形成，且在离所述爪(433)一定纵向距离处连接于相对于所述本体(2)静止的部件(432)。
11.如权利要求4至8任一所述的快动作阀致动器，其特征在于所述被驱动部件(31)包括静止支撑部分(471)，所述支撑部分具有在其上纵向运动的引导套筒(472)，而在所述行程期间引导所述楔形部分(43)，在所述楔形部分(43)穿入所述被驱动部件(31)的凹槽(45，46)中时，所述引导套筒(472)适于受到所述楔形部分(43)的纵向顶推。
12.如权利要求4，5，6，7，8，9和11任一所述的快动作阀致动器，其特征在于位于所述致动部件(21)中的凹槽(46，50)中的至少之一向外开口，从而能使所述楔形部分(43)插入所述支撑件(42)中。
13.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于所述第一位置对应于所述阀打开的位置，所述第二位置对应于所述阀关闭的位置。
14.如权利要求1至12任一所述的快动作阀致动器，其特征在于所述第一位置对应于所述阀关闭的位置，所述第二位置对应于所述阀打开的位置。
15.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于当所述被驱动部件(31)沿其行程(C1，C2)到达其触发位置时，所述预应力装置(51)用于增加在所述致动部件(21)和所述被驱动部件(31)之间的推斥力，且它施加用于当处于第二确定位置时阻止所述致动部件运动的作用力。
16.如前述任一权利要求所述，且从属于至少权利要求3时的快动作阀致动器，其特征在于所述致动部件(21)包含固定在外套(23)上的杆(22)，所述被驱动部件(31)包含在所述外套(23)内可以纵向运动的杆(39)，该杆具有至少一个第一推动件(37)，用于在所述被驱动部件(31)沿其行程(C1，C2)行进到触发位置时纵向推动所述预应力装置(51)，还具有位于所述预应力装置(51)和外套(23)之间的第二推动件(38)。
17.如权利要求16所述的快动作阀致动器，其特征在于所述外套(23)具有用于第一和第二间隔件(61，62)的第一和第二邻接部分(63，64)，所述间隔件可运动地分别安装在所述预应力装置(51)和所述第一和第二推动件(37，38)之间，所述外套(23)包括分别用于第一和第二推动件(37，38)的第一和第二附加穿透空间(66，65)，同时所述被驱动阀(31)沿其行程(C1，C2)运动到相应的纵向触发位置。
18.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于所述预应力装置(51)由所述致动部件(21)和被驱动部件(31)之间的压缩弹簧构成。
19.如权利要求18和权利要求16或17所述的快动作阀致动器，其特征在于所述压缩弹簧是螺旋的，且缠绕在所述被驱动部件(31)的杆(39)周围。
20.如权利要求14和权利要求16或17所述的快动作阀致动器，其特征在于所述压缩弹簧具有波状地绕在所述被驱动部件(31)的杆(39)周围的匝。
21.如前述任一权利要求所述，至少从属于权利要求3的快动作阀致动器，其特征在于所述被驱动部件(31)包含避免在所述致动器本体(2)内转动、且与通过所述驱动装置(35)转动驱动的所述螺杆(33)配合而使所述被驱动部件(31)纵向运动的螺母(32)。
22.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于它包括位于所述致动器本体(2)和所述致动部件(21)之间的密封装置(71)，用于使所述驱动装置(35)，所述被驱动部件(31)，所述预应力装置(51)，以及所述锁定触发装置(41)相对于外界密封。
23.如权利要求22所述的快动作阀致动器，其特征在于所述密封装置(71)包含沿所述致动部件(21)纵向滑动地安装的活塞，所述密封装置(71)的活塞包括密封垫(72，73)，分别用于所述致动器壳体(2)内侧和所述致动部件(21)上。
24.如权利要求22或23所述的快动作阀致动器，其特征在于在所述致动器本体(2)内位于所述密封装置(71)后面，且包含所述驱动装置(35)、所述被驱动部件(31)、所述预应力装置(51)、以及所述锁定触发装置(41)的所述空间填充有工作流体。
25.如权利要求24所述的快动作阀致动器，其特征在于所述工作流体由润滑油构成。
26.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于所述致动器本体(2)还包含密封的通孔(81)，用于使所述驱动装置(35)电连接于电源和所述致动器上的控制装置。
27.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于所述驱动装置(35)是马达-齿轮箱单元。
28.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于所述驱动装置(35)包括无刷电机。
29.如前述任一权利要求所述的快动作阀致动器，其特征在于所述驱动装置包括用于驱动所述被驱动部件(31)的螺母(32)的滚子螺杆(33)。
30.一种工具，包含具有打开位置和关闭位置的阀，以及如前述任一权利要求所述的阀致动器。
31.如权利要求30所述的工具，其特征在于它还包含至少一个测量传感器(204)和用于记录来自传感器(204)的测量信息的装置，所述致动器(1)纵向位于所述阀(6)和所述传感器(204)之间。
32.如权利要求30或31所述的工具，其特征在于所述阀包含活塞(8)，所述活塞被安装成在相对于流体经过空间(14)通向外侧的阀体(5)的至少一个孔(7)的关闭位置和打开位置之间运动，且连接于用于紧固到所述致动部件(21)的对应部件(19)上的紧固部件(18)。
33.如权利要求32所述的工具，其特征在于所述紧固部件(18)由配合形成所述致动部件(21)的对应部分(19)的互补螺纹的螺纹构成。
34.如权利要求32所述的工具，其特征在于所述致动部件(21)的对应部件(19)由夹具构成，包含多个弹性分支(191)，适于占据倾斜的打开位置，能使形成紧固部件(18)的钩挂部分(181)插入到二者之间，同时它们位于所述阀内的引导墙(502)外部，且它们适于夹在所述钩挂部分(181)上，同时它们抵靠位于所述关闭位置和打开位置之间的所述引导墙(502)。
35.如权利要求32至34任一所述的工具，其特征在于所述阀(6)的活塞(8)以确定的纵向间隙连接于所述紧固件(18)，所述间隙短于在其打开位置和关闭位置之间的距离。
36.如权利要求32至35任一所述的工具，其特征在于所述阀(6)还包含第二活塞(114)，该活塞可滑动地安装在所述活塞(8)的腔室(111)内，所述腔室具有在所述孔(7)和所述流体经过空间(14)之间的第二流体连通装置(112，113)，所述装置连接于所述致动部件(21)，关闭处于关闭位置的所述活塞(8)的腔室(111)，且在所述致动部件(21)从所述关闭位置到达打开位置的过程中，适于使所述孔(7)经所述第二连通装置(112，113)与所述流体经过空间(14)连通。
全文摘要
本发明涉及一种快动作阀致动器，包含由驱动装置(35)驱动的被驱动部件(31)，该驱动装置适于使被驱动部件(31)沿行程(C1)行进至触发位置；配合所述被驱动部件(31)和所述致动部件(21)的锁定触发装置(41)，从而在所述行程(C1)期间，所述致动部件(21)静止，且所述被驱动部件(31)运动；当被驱动部件(31)到达触发位置时，所述被驱动部件(31)保持静止，而所述致动部件(21)被预应力装置(51)顶推而打开或关闭所述阀。
文档编号F16K31/00GK1678813SQ03820326
公开日2005年10月5日 申请日期2003年7月4日 优先权日2002年7月24日
发明者F·米勒, C·米肖, F·吉拉尔迪 申请人:地理服务公司