具有锁定的弹簧力的液压触发器的制作方法

具有锁定的弹簧力的液压触发器
1.相关申请的交叉引用
2.本文档基于2020年4月17日提交的美国临时专利申请序列号63/011,478并要求其优先权，所述申请以引用方式整体并入本文。


背景技术：

3.隔离阀是一种提供对储层的隔离装置。隔离阀的传统应用是在从完井到生产的过渡期间保护储层免受流体的破坏。隔离阀可以至少包括触发部段和致动器以远程改变隔离阀的状态。


技术实现要素：

4.一种根据本公开的一个或多个实施方案的系统包括具有闩锁套筒的压缩弹簧、包括凹槽部段的活塞杆以及沿向下方向逐渐移动活塞杆的棘轮组件。在本公开的一个或多个实施方案中，闩锁套筒上的闩锁夹头在系统的第一位置中坐落于活塞杆的凹槽部段上。在本公开的一个或多个实施方案中，当棘轮组件逐渐使活塞杆沿向下方向移动时，闩锁夹头锁定压缩弹簧的弹簧力。在本公开的一个或多个实施方案中，当活塞杆已逐渐移动预定距离时，闩锁夹头变得不受凹槽部段的支撑，导致压缩弹簧释放并提供将液压阀从系统的第一位置致动到第二位置的推力。
5.然而，在实质上不脱离本公开的教导的情况下，可以做出许多修改。因此，这种修改旨在被包括在如权利要求所限定的本公开的范围内。
附图说明
6.以下将参考附图描述本公开的某些实施方案，其中相同的附图标记表示相同的元件。然而，应理解，附图示出了本文所述的多种实施方式，并且不意味着限制本文所述的各种技术的范围，并且：
7.图1示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于致动液压阀的液压触发系统；
8.图2示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分c的进一步细节；
9.图3示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分d的进一步细节；
10.图4示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分e的进一步细节；
11.图5示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分f的进一步细节；
12.图6示出了根据本公开的一个或多个实施方案的沿着线b-b的图1的液压触发系统；
13.图7示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分g的进一步细节；
14.图8示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分h的进一步细节；
15.图9示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分j的进一步细节；
16.图10示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分k的进一步细节；
17.图11示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分l的进一步细节；
18.图12示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分m的进一步细节；
19.图13示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分n的进一步细节；
20.图14a示出了根据本公开的一个或多个实施方案的处于某一位置的用于致动液压阀的液压触发系统；以及
21.图14b示出了根据本公开的一个或多个实施方案的处于不同位置的用于致动液压阀的液压触发系统。
具体实施方式
22.在以下描述中，阐述了许多细节以提供对本公开的一些实施方案的理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些细节的情况下实践系统和/或方法，并且可以对所描述的实施方案进行多种变化或修改。
23.在说明书和所附权利要求中，在本说明书中使用术语“上”和“下”、“上部”和“下部”、“向上”和“向下”、“上游”和“下游”、“井上”和“井下”、“上方”和“下方”以及指示在给定点或元件上方或下方的相对位置的其他相似术语来更清楚地描述本公开的一些实施方案。
24.本公开总体上涉及用于致动液压阀的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于致动隔离阀的液压触发器和相关联的方法。在根据本公开的一个或多个实施方案的系统和方法中，液压触发器的棘齿可以用作计数系统，以确保隔离阀仅在达到要求的计数时才改变状态。
25.本公开的一个或多个实施方案涉及2020年2月18日提交的题为“用于隔离阀的液压触发器”的美国临时专利申请号62/978,085，所述申请以引用方式整体并入本文。在这种液压触发器中，棘轮机构逐渐压缩动力弹簧直到达到预定弹簧力，所述预定弹簧力对剪切螺钉进行剪切并沿向下方向推动连接到动力弹簧的动力弹簧止动器以将液压阀从第一位置致动到第二位置。
26.在根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统中，弹簧随着棘轮组件逐渐沿向下方向移动活塞杆而被压缩。压缩弹簧的闩锁套筒上的闩锁夹头坐落于活塞杆的凹槽部段上。闩锁夹头锁定压缩弹簧的弹簧力。一旦通过棘轮组件的操作使活塞杆充分向下移动，闩锁夹头便变得不受支撑，导致压缩弹簧释放并提供将液压阀从第一位置致动到第二
位置所需的推力。
27.现在参考图1，示出了根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统100。如图1所示，根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统100可以包括以下部件：循环活塞15、棘轮组件23、活塞杆4、压缩弹簧603、弹簧闩锁套筒3、闩锁夹头25和液压阀24。如图1进一步所示，根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统100还可以包括液压触发系统100的井上的波纹管22。在本公开的一个或多个实施方案中，波纹管22提供压力补偿，将与循环活塞15相关联的循环弹簧602的弹簧腔室与外部(环空)流体隔离，并防止带有碎屑的流体进入液压触发系统100。根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统100还可以包括上主体外壳11、中间主体外壳10和下主体外壳1，例如，如图1所示。
28.仍然参考图1，根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统100还可以包括活塞延伸部(驱动活塞)13，以及棘轮组件23的棘轮夹头推动器8和棘轮套筒7。在操作中，当液压触发系统100内的内部压力增加时，棘轮夹头推动器8向井上移动，锁夹头25缩回并跳过相关的螺纹齿，并且棘轮夹头推动器8上的外径螺纹和棘轮套筒7上的内径螺纹相互接合。然后，当液压触发系统100内的内部压力降低时，棘轮夹头推动器8向下移动，从而沿井下方向推动棘轮套筒7。随着液压触发系统100内的内部压力反复增加和降低，棘轮套筒7沿井下方向逐渐移动，从而使活塞杆4沿井下方向移动。在本公开的一个或多个实施方案中，活塞杆4包括凹槽部段(即活塞杆4外径上的凹部)，并且压缩弹簧603的弹簧闩锁套筒3上的锁紧夹头25坐落于该凹槽部段上。由于这种构造，闩锁夹头25能够锁定压缩弹簧603的弹簧力。在本公开的一个或多个实施方案中，例如，压缩弹簧603可以以已经压缩的状态安装到液压触发系统100中。一旦通过棘轮组件23的棘轮夹头推动器8和棘轮套筒7的操作使活塞杆4充分向下移动，锁紧夹头25就变得解锁且不受支撑，导致压缩弹簧603释放压缩弹簧载荷并提供致动液压阀24所需的推力，如下文进一步描述。在本公开的一个或多个实施方案中，当活塞杆4的槽部到达弹簧闩锁套筒3上的锁夹头25的夹头指状物端部时，活塞杆4已经充分向下移动。此时，夹头指状物将被偏转，从而导致闩锁夹头25变得不受支撑，如前所述。在本公开的一个或多个实施方案中，如前所述，致动液压阀24所需的推力由释放的压缩弹簧603产生，所述释放的压缩弹簧沿向下方向移动解锁且不受支撑的闩锁夹头25和活塞杆4。
29.仍然参考图1，根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统100还可以包括用于附接相关联的液压阀24的阀连接器2。在本公开的一个或多个实施方案中，液压触发系统100的液压阀24包括例如上导向活塞18、用于二位三通阀的阀体17、中间导向活塞20、下导向活塞16和o形环组件502。如图1所示，根据本公开的一个或多个实施方案，上导向活塞18、中间导向活塞20和下导向活塞16可以相互配合并用作液压阀24的整体液压活塞。
30.在图1的视图中，二位三通阀17包括穿过阀体的壁的四个腔室。根据本公开的一个或多个实施方案，关于二位三通阀17，一个通路连接到液压活塞的上腔室21a，一个通路连接到液压活塞的下腔室21b，并且一个通路连接到大气腔室21c。根据本公开的一个或多个实施方案，穿过二位三通阀17的阀体的壁的第四腔室是压力腔室21d，所述压力腔室为液压触发系统100的循环提供压力。此外，关于二位三通阀17的两个位置，在阀17的液压活塞的第一位置，上腔室21a和下腔室21b通过二位三通阀17的阀体连通。压力腔室21d中增加的压力产生压力循环，这导致棘轮组件23沿向下方向逐渐移动活塞杆4，直到闩锁夹头25变得解
锁且不受支撑，从而导致压缩弹簧603释放压缩弹簧载荷，并提供将阀17的液压活塞(即，导向活塞18、20、16)从第一位置致动到第二位置所需的推力。更具体地，推力由释放的压缩弹簧603产生，所述释放的压缩弹簧沿向下方向移动解锁且不受支撑的闩锁夹头25和活塞杆4，从而将二位三通阀17的阀体中的液压活塞从第一位置推动到第二位置。在阀17的液压活塞的第二位置，下腔室21b与大气腔室21c连通，并且下腔室21b与上腔室21a隔离。由于下腔室21b与大气腔室21c流体连通，最初在下腔室21b中的流体静压可以排空到大气腔室21c中，从而产生打开相关联的隔离阀(未示出)的压差。换句话说，根据本公开的一个或多个实施方案，将阀17的液压活塞从第一位置移动到第二位置将打开相关联的隔离阀。如图1进一步所示，根据本公开的一个或多个实施方案的液压触发系统100还可以包括转换接头(蒸压器)19，其传输压差并有利于远程打开隔离阀。
31.现在参考图2，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分c的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图2示出了部分c尤其包括螺钉600或其他类型的紧固件和螺母环14。
32.现在参考图3，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分d的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图3示出了部分d尤其包括t形密封组件506、o形环密封件或任何其他类型的密封件。在本公开的一个或多个实施方案中，t形密封组件506包括将液压触发系统100内的内部压力与外部压力隔离的动态密封件。产生的压差对动态密封件和与密封件一起安装的驱动活塞13施加力。压差的循环移动驱动活塞13并为棘轮组件23提供能量。
33.现在参考图4，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分e的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图4示出了部分e尤其包括至少一个支承环500和o形环503或其他类型的密封件。根据本公开的一个或多个实施方案，所述至少一个支承环500和o形环503提供隔离外部和内部压力/流体的静态主体密封件。
34.现在参考图5，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分f的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图5示出了部分f尤其包括至少一个支承环501和o形环507或其他类型的密封件。根据本公开的一个或多个实施方案，所述至少一个支承环501和o形环503提供隔离外部和内部压力/流体的静态主体密封件。
35.现在参考图6，示出了根据本公开的一个或多个实施方案的沿着线b-b的图1的液压触发系统100。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图6示出了沿着线b-b的横截面尤其包括至少一个螺钉601或其他类型的紧固件。
36.现在参考图7，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分g的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图7示出了部分g尤其包括上延伸套筒9、棘轮组件23的棘轮卡环6、下延伸套筒5和磁体604。在本公开的一个或多个实施方案中，上延伸套筒9防止棘轮卡环6的旋转。根据本公开的一个或多个实施方案，图6的至少一个螺钉601在转向上锁定上延伸套筒9。在本公开的一个或多个实施方案中，上延伸套筒9和下延伸套筒5相对于棘轮卡环6轴向定位。替代地，如果将上延伸套筒9和中间主体外壳10组合成整体部件，则可以从设计中省略至少一个螺钉601。在本公开的其他实施方案中，可以在不损及液压触发系统100的功能的情况下从设计中省略上延伸套筒9、至少一个螺钉601、棘轮卡环6和下延伸套筒5。在本公开的一个或多个实施方案中，磁体604可用于检查棘
轮套筒7在中间主体外壳10内的位置。
37.现在参考图8，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分h的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图8示出了部分h包括至少一个支承环501和o形环507或其他类型的密封件。根据本公开的一个或多个实施方案，所述至少一个支承环501和o形环507提供隔离外部和内部压力/流体的静态主体密封件。
38.现在参考图9，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分j的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图9示出了部分j包括至少一个支承环501和o形环507或其他类型的密封件。根据本公开的一个或多个实施方案，所述至少一个支承环501和o形环507提供隔离外部和内部压力/流体的静态主体密封件。
39.现在参考图10，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分k的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图10示出了部分k尤其包括至少一个支承环500和o形环503或其他类型的密封件。根据本公开的一个或多个实施方案，所述至少一个支承环500和o形环503提供隔离外部和内部压力/流体的静态主体密封件。
40.现在参考图11，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分l的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图11示出了部分l尤其包括至少一个密封组件504。
41.现在参考图12，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分m的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图12示出了部分m尤其包括至少一个密封组件504。
42.现在参考图13，提供了根据本公开的一个或多个实施方案的图1中所示的部分n的进一步细节。如图所示，根据本公开的一个或多个实施方案，图13示出了部分n尤其包括套筒(t形密封件)21和t形密封组件505。在本公开的一个或多个实施方案中，随着二位三通阀17的液压活塞如前所述从第一位置过渡到第二位置，t形密封组件505在致动期间刺入转换接头(蒸压器)19上的密封孔。此外，t形密封组件505隔离阀17的液压活塞的上腔室21a和下腔室21b，如前所述。在本公开的一个或多个实施方案中，套筒21具有与转换接头(蒸压器)19上的密封孔相同的内径。由于套筒21，t形密封组件505很容易刺入转换接头(蒸压器)19上的密封孔，而不会损坏t形密封组件505。实际上，如果从设计中省略了套筒21，则在刺入操作期间t形密封组件505可能被锋利的边缘切割。
43.现在参考图14a，根据本公开的一个或多个实施方案，用于致动液压阀24的液压触发系统100被示出处于致动位置。具体地，图14a示出了液压触发系统100处于其中压力循环已经完成并且在致动之前或在液压阀24的二位三通阀17从第一位置过渡到第二位置之前的位置。
44.现在参考图14b，根据本公开的一个或多个实施方案，用于致动液压阀24的液压触发系统100被示为处于不同的致动位置。具体地，图14b示出了液压触发系统100处于其中二位三通阀17的阀体已经从第一位置改变到第二位置的位置。
45.在图1、图14a和图14b的视图中，在最后一个循环处，在活塞杆4到达其中闩锁夹头25变得解锁且不受支撑的位置之后，导致压缩弹簧603释放压缩弹簧载荷，由于在至少一个密封组件504(图11和图12)上的大量摩擦，可能存在这样一种情况，即压缩弹簧603释放的压缩弹簧载荷不足以移动阀体中的液压活塞(即导向活塞18、20、16)来将二位三通阀17的
位置从第一位置改变到第二位置。在这种情况下，棘轮组件23可以继续循环，直到驱动活塞13的右端靠在导向活塞18的左侧，导致来自循环弹簧602的附加力被传递到导向活塞18以移动阀体中的液压活塞将二位三通阀17的位置从第一位置改变到第二位置。
46.尽管以上已经详细描述了本公开的几个实施方案，但是本领域普通技术人员将容易理解，在实质上不脱离本公开的教导的情况下可以做出许多修改。因此，这种修改旨在被包括在如权利要求所限定的本公开的范围内。