專利名稱：熱致動(dòng)器和在井眼中期望的位置分離第二部件與第一部件的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及一種熱致動(dòng)器，以及一種在井眼中期望的位置分 離第二部件與第一部件的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
油田工具和作業(yè)中通常使用致動(dòng)器來移位構(gòu)件，以獲得期望的結(jié)果，
如打開或關(guān)閉閥、移位套筒、加強(qiáng)密封(energizing a seal)、或者分 離部件。在井下井眼(wellbore)作業(yè)中，目前的技術(shù)需要一種表面干預(yù) 來致動(dòng)該致動(dòng)器。表面干預(yù)的例子主要包括操縱鉆柱(well string:或 井管柱)和通過鉆柱給致動(dòng)器施加液壓。在至少一個(gè)分離裝置中，使用諸 如蒸汽或腐蝕劑的熱流來溶化止動(dòng)構(gòu)件，從而分離相互連接的組件。
如上所述的，現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷是需要利用表面干預(yù)來致動(dòng)該致 動(dòng)器。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的熱致動(dòng)器所要解決的技術(shù)問題是不使用表面干預(yù)來致
動(dòng)致動(dòng)器。
具體地，提出一種熱致動(dòng)器，其包括第一部分；第二部分；鎖定機(jī)構(gòu)， 在所述鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定位置，第一部分和第二部分相互連接，而在所述鎖 定機(jī)構(gòu)的解鎖位置，第一部分和第二部分分離；以及與鎖定機(jī)構(gòu)操作連接 的膨脹材料，該膨脹材料響應(yīng)于暴露在選定的溫度中而膨脹，其中所述 鎖定機(jī)構(gòu)包括從所述第一部分延伸的構(gòu)件，該構(gòu)件具有當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)處于 鎖定位置時(shí)接合第二部分的膨脹區(qū)域；可在鎖定位置和解鎖位置之間軸向 移動(dòng)的活塞；連接在第一部分與活塞之間的剪切機(jī)構(gòu)，該剪切機(jī)構(gòu)將鎖定 機(jī)構(gòu)保持在鎖定位置，直至膨脹材料發(fā)生確定的膨脹，且該膨脹材料響應(yīng)
4于暴露在選定的溫度中而發(fā)生確定的膨脹時(shí)，該膨脹致動(dòng)活塞軸向移動(dòng)從 而致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)至解鎖位置。
根據(jù)上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的熱致動(dòng)器與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效 果是致動(dòng)器可以由致動(dòng)器所處的環(huán)境的周圍條件來致動(dòng)，更具體地，致 動(dòng)器可以由材料響應(yīng)于周圍環(huán)境溫度的膨脹或收縮而致動(dòng)，從而無需使用 表面干預(yù)。
本實(shí)用新型的在井眼中期望的位置分離第二部件與第一部件的系統(tǒng) 所要解決的技術(shù)問題同樣是不利用表面干預(yù)使得井眼期望位置中的兩個(gè) 部件可以分離。
具體地， 一種在井眼中期望的位置分離第二部件與第一部件的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括含有膨脹材料的分離工具，其中所述分離工具包括連接至第 -部件的第一部分，該第一部分具有容納該膨脹材料的內(nèi)腔室和形成通向 腔室的開口的頸；連接至第二部件的第二部分，該第二部分具有空腔；以 及鎖定機(jī)構(gòu)，在所述鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定位置，第一部分和第二部分相互連接， 且所述空腔容納該頸，而在所述鎖定機(jī)構(gòu)的解鎖位置，第一部分和第二部 分分離。其中所述鎖定機(jī)構(gòu)包括從所述第一部分延伸的構(gòu)件，該構(gòu)件 具有當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)處于鎖定位置時(shí)接合第二部分的膨脹區(qū)域；可在鎖定位置 和解鎖位置之間軸向移動(dòng)的活塞；連接在第一部分與活塞之間的剪切機(jī) 構(gòu)，該剪切機(jī)構(gòu)將鎖定機(jī)構(gòu)保持在鎖定位置，直至膨脹材料發(fā)生確定的膨 脹，且該膨脹材料響應(yīng)于暴露在選定的溫度中而發(fā)生確定的膨脹時(shí)，該膨 脹致動(dòng)活塞軸向移動(dòng)從而致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)至解鎖位置。
根據(jù)上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的在井眼中期望的位置分離第二部件 與第一部件的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是可以由材料響應(yīng)于周圍 環(huán)境溫度的膨脹或收縮而致動(dòng)分離工具，從而無需使用表面干預(yù)。
上述內(nèi)容大致描述了本實(shí)用新型的特征和技術(shù)效果，以更好地理解下 面的對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)說明。下文中將描述形成本實(shí)用新型的權(quán)利要求 的主題的其他特征和效果。
結(jié)合以下附圖，參考下文的本實(shí)用新型的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，可 以很好地理解上述以及本實(shí)用新型的其他特征和方面。其中-
圖1是使用本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的熱致動(dòng)器作為分離裝置的井 眼的示意圖2是在鎖定位置的熱致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖3是在解鎖位置的熱致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；以及
圖4是熱致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，顯示第一部件從第二部件分離。
具體實(shí)施方式
參考這些附圖，其中描述的部件不必須依比例來顯示，并且其中相同 或相似的構(gòu)件在全部的幾幅圖中用相同的附圖標(biāo)記來指明。
在此，術(shù)語"向上"和"向下"；"上面的"和"下面的"；以及其 他類似的術(shù)語，指示一給定點(diǎn)或部件的相對(duì)的位置，用來更清楚地描述本 實(shí)用新型的實(shí)施例的部件。通常，這些術(shù)語與一參考點(diǎn)相關(guān)，如鉆井作業(yè) 幵始的表面為頂點(diǎn)，井的整個(gè)深度為最低點(diǎn)。
這里公開的內(nèi)容教導(dǎo)了一種熱致動(dòng)器10，所述熱致動(dòng)器利用該熱致 動(dòng)器所處的位置的環(huán)境溫度致動(dòng)。在此所描述的本實(shí)用新型涉及在井眼作 業(yè)中用于井下的分離裝置(disconnect device)的實(shí)施例。然而，應(yīng)認(rèn) 識(shí)到，該熱致動(dòng)器也可以使用在各種作業(yè)和工序中，如切換閥構(gòu)件、加強(qiáng) 密封等。
熱致動(dòng)器10包括第一部分22;第二部分24;鎖定機(jī)構(gòu)60，在鎖定 機(jī)構(gòu)60的鎖定位置，第一部分22和第二部分24相互連接，而在鎖定機(jī) 構(gòu)60的解鎖位置，第一部分22和第二部分24分離；以及與鎖定機(jī)構(gòu)60 操作連接的膨脹材料28，該膨脹材料28響應(yīng)于暴露在選定的溫度中而膨 脹，其中鎖定機(jī)構(gòu)60包括從所述第一部分22延伸的構(gòu)件，該構(gòu)件具 有當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)60處于鎖定位置時(shí)接合第二部分24的膨脹區(qū)域38;可在鎖 定位置和解鎖位置之間軸向移動(dòng)的活塞26;連接在第一部分22與活塞26 之間的剪切機(jī)構(gòu)48，該剪切機(jī)構(gòu)48將鎖定機(jī)構(gòu)60保持在鎖定位置，直至 膨脹材料28發(fā)生確定的膨脹，且該膨脹材料28響應(yīng)于暴露在選定的溫度
6中而發(fā)生確定的膨脹時(shí)，該膨脹致動(dòng)活塞26軸向移動(dòng)從而致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)
60至解鎖位置。
相應(yīng)地，本實(shí)用新型提出了一種在井眼12中期望的位置分離第二部 件20與第一部件18的系統(tǒng)，.該系統(tǒng)包括含有膨脹材料28的分離工具， 其中所述分離工具包括連接至第一部件18的第一部分22，該第一部分 22具有容納該膨脹材料的內(nèi)腔室34和形成通向腔室的開口的頸32;連接 至第二部件20的第二部分24，該第二部分24具有空腔50;以及鎖定機(jī) 構(gòu)60，在鎖定機(jī)構(gòu)60的鎖定位置，第一部分22和第二部分24相互連接， 且空腔50容納該頸32，而在鎖定機(jī)構(gòu)60的解鎖位置，第一部分22和第 二部分24分離。其中鎖定機(jī)構(gòu)60包括從第一部分22延伸的構(gòu)件， 該構(gòu)件具有當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)60處于鎖定位置時(shí)接合第二部分24的膨脹區(qū)域 38;可在鎖定位置和解鎖位置之間軸向移動(dòng)的活塞26;連接在第一部分 22與活塞26之間的剪切機(jī)構(gòu)48，該剪切機(jī)構(gòu)48將鎖定機(jī)構(gòu)60保持在鎖 定位置，直至膨脹材料28發(fā)生確定的膨脹，且該膨脹材料28響應(yīng)于暴露 在選定的溫度中而發(fā)生確定的膨脹時(shí)，該膨脹致動(dòng)活塞26軸向移動(dòng)從而 致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)60至解鎖位置。
下面參照附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
圖1是一井眼12的示意圖，其中熱致動(dòng)器10的一個(gè)實(shí)施例用作分離 裝置。井眼12從地面14鉆到地下層16。熱致動(dòng)器10使得第一部件18 和第二部件20相互連接，以使這些部件相互結(jié)合地下送到井眼12中。當(dāng) 將致動(dòng)器10和部件18、 20定位到井眼12中期望的位置對(duì)，使熱致動(dòng)器 IO致動(dòng)以分離部件18和20。
在圖示的實(shí)施例，第一部件18是撓性油管，第二部件20是油管管柱。 油管管柱20是主油管管柱(primary tubing string)，用來將撓性油管 管柱18下送到位而不被破壞。
一旦撓性管18到位，地下層16中的熱量使熱致動(dòng)器10致動(dòng)至一分 離位置，在該分離位置撓性管18與管柱20脫離。然后撓性管18可以從 井眼12中移出，而將油管管柱20留在適當(dāng)位置以便在下一作業(yè)中使用， 或?qū)⒂凸芄苤?0留在不與主油管管柱20連接的位置。參考圖2，圖2顯示了在鎖定機(jī)構(gòu)60處于鎖定位置的熱致動(dòng)器10的 一實(shí)施例。熱致動(dòng)器包括與第二部分24可分離地連接的第一部分22，活 塞26和熱致膨脹材料28。
第一部分22為圓柱體，該圓柱體具有連接端30、反向頸(opposing neck) 32、和內(nèi)腔室34。頸32形成一通向腔室34的開口 ，其尺寸形成為 可容納活塞26的一部分。具有臂和膨脹部分或指狀物38的套爪(collet) 36從頸32大體上軸向延伸。
圖示連接端30為與撓性油管18連接的帶螺紋連接件(圖l)。其他 連接方式，如焊接等也可以用于連接端30。
第二部分24包括大致管狀的外殼，該外殼形成一適于容納頸32和活 塞26的空腔50。第二部分24的內(nèi)表面42輪廓形成為包括至少一個(gè)凹進(jìn) 部件44，當(dāng)熱致動(dòng)器10的鎖定機(jī)構(gòu)60位于鎖定位置時(shí)，用于容納套爪 36的膨脹區(qū)域38?；钊?6包括一個(gè)外部的，臺(tái)階形平臺(tái)46,其具有一突 出部分，當(dāng)熱致動(dòng)器10的鎖定機(jī)構(gòu)60位于鎖定位置時(shí)，該突出部分使膨 脹區(qū)域38保持在凹進(jìn)部件44中?；钊?6還可以包括一個(gè)直徑擴(kuò)大端52。
當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)60位于該鎖定位置，第一部分22和活塞26通過機(jī)構(gòu)48， 通常為剪切機(jī)構(gòu)(shear mechanism)，保持相互連接。剪切機(jī)構(gòu)可以包 括任何剪切、破裂、易碎或割裂型的裝置，如銷、螺釘、盤、或其他在施 加一確定的力時(shí)就解開連接的裝置。
活塞26、膨脹區(qū)域38和凹進(jìn)部件44相互結(jié)合地運(yùn)作，用作可釋放 的如上所述的鎖定機(jī)構(gòu)60。鎖定機(jī)構(gòu)60在鎖定位置使得第一和第二部分 在相對(duì)于彼此固定的位置相互連接，以防止在工具下送到井眼內(nèi)時(shí)第一和 第二部分發(fā)生意外的或提前的分離。熱致膨脹材料28操作連接至鎖定機(jī) 構(gòu)60。如圖3所示，當(dāng)材料28做出確定的膨脹時(shí)，致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)60至解 鎖位置。
第二部分24也包括連接端40，其適用于與油管管柱20(圖l)連接。 對(duì)于圖示和所描述的實(shí)施例，連接端40是適于焊接至油管管柱的接頭 (sub)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，連接端40可以包括其他接合方式，如攻絲， 以符合所期望的應(yīng)用。熱致膨脹材料28提供將鎖定機(jī)構(gòu)60移動(dòng)至解鎖位置的激發(fā)或致動(dòng)能 量。材料28可以包括任何響應(yīng)于熱能而膨脹的材料(液體、固體、或氣 體)。材料28的體積熱膨脹系數(shù)必須是使材料響應(yīng)于表面14 (圖1)的 溫度與地層16的期望深度處的溫度之間的溫度差而膨脹。雖然用于致動(dòng) 分離裝置10的操作器可以供給熱量，但通常期望當(dāng)暴露在地層16中的期 望位置的環(huán)境溫度中時(shí)出現(xiàn)致動(dòng)。膨脹材料的例子包括液壓油(它容易適 用于大多數(shù)的應(yīng)用)、固體和氣體。許多制造商都提供適用的液壓油，例 如殼牌公司(Shell)提供的名為TELLUS 32的液壓油。材料28的選擇、 腔室34的體積、以及活塞26的移動(dòng)范圍，可以被調(diào)整以滿足該表面與期 望的致動(dòng)位置之間的溫度差。
現(xiàn)在說明在鎖定或者下送位置組裝熱致動(dòng)器10。活塞26與膨脹端部 52定位在空腔50內(nèi)。端部52位于距離空腔50的后壁54 —定距離處，以 留下一空間56?；钊?6的外部平臺(tái)46推動(dòng)并保持所述套爪36的膨脹區(qū) 域38在內(nèi)表面42的凹進(jìn)部件44中。
熱致動(dòng)器10還可包括連接在第二部分24和活塞26之間的保持機(jī)構(gòu) 58，如卡簧(snap spring)，它可以從第二部分24定位成接合活塞26 的膨脹端部52。當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)60在解鎖位置時(shí)，該保持機(jī)構(gòu)58維持活塞 26與第二部分24的連接。第一部件18連接至第一部分22，且第二部件 20連接至第二部分24。熱致膨脹材料28設(shè)置在腔室34中，使其填滿腔 室34的體積，直至活塞26。對(duì)于本示例，填充0. 25升液壓油到腔室34 中，直至活塞26。該表面或下送(run-in)溫度是20攝氏度。期望的致 動(dòng)點(diǎn)處的預(yù)期溫度是100攝氏度，在該點(diǎn)處液壓油的體積將膨脹至0. 267 升。
現(xiàn)在參考圖1至4描述熱致動(dòng)器10的操作。熱致動(dòng)器10在使得第一 部件18和第二部件20相互連接的位置組裝。部件18、 20和致動(dòng)器10下 送到井眼12中至期望的深度和位置。
暴露致動(dòng)器，更確切地，暴露膨脹材料28至地層16中相對(duì)于表面 14升高的溫度中，使材料28膨脹。材料28膨脹，從而向軸向遠(yuǎn)離第一部 分22和腔室34的方向推動(dòng)活塞26。剪切機(jī)構(gòu)48將活塞26保持在固定的 位置，且第一第一部分22維持腔室34的體積大體上不變。材料28的膨
9脹產(chǎn)生的壓力作用在活塞26的區(qū)域61上，從而在剪切機(jī)構(gòu)48上施加一 個(gè)力。腔室34中的壓力上升，直到超過剪切機(jī)構(gòu)48的能力，從而釋放第 一部分22與活塞26之間的連接。然后，材料28的膨脹帶來的壓力軸向 移動(dòng)活塞26。隨著活塞26的移動(dòng)，套爪36的膨脹區(qū)域38徑向向內(nèi)向著 外部臺(tái)階46逐漸減小的直徑部分移動(dòng)，這從凹進(jìn)部件44和第二部分24 之間的接合松開區(qū)域38。圖3顯示鎖定機(jī)構(gòu)60位于解鎖位置的致動(dòng)器10。 在鎖定機(jī)構(gòu)60解鎖的情況下，第一部分22從第二部分24分離。
如圖4所示，當(dāng)端部52向空腔50的后壁移動(dòng)時(shí)，保持機(jī)構(gòu)58向著 活塞26徑向向內(nèi)移動(dòng)。保持機(jī)構(gòu)58的位置在空腔50內(nèi)圍繞活塞形成限 制。該限制維持活塞26與第二部分24連接，從而防止活塞26釋放至井 眼中，并防止在鎖定位置重新接合鎖定機(jī)構(gòu)60。圖4顯示當(dāng)對(duì)第一部分 22施加一向上的力時(shí)，第一部分22和第二部分24分離的情形。
從上述對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，顯然公開了一種新穎 的熱致動(dòng)器。雖然在此詳細(xì)公開了本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，但這僅是為 了描述本實(shí)用新型的各種特征和各個(gè)方面，而不是限制本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍?？梢灶A(yù)期在不偏離所附權(quán)利要求書中限定的本實(shí)用新型的精神和 保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些公開的實(shí)施例做出各種替換、變化、禾口/ 或修改(包括但不限于這里所暗示的變型)。
權(quán)利要求1、一種熱致動(dòng)器，包括第一部分；第二部分；鎖定機(jī)構(gòu)，在所述鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定位置，第一部分和第二部分相互連接，而在所述鎖定機(jī)構(gòu)的解鎖位置，第一部分和第二部分分離；以及與鎖定機(jī)構(gòu)操作連接的膨脹材料，其特征在于，所述鎖定機(jī)構(gòu)包括從所述第一部分延伸的構(gòu)件，該構(gòu)件具有當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)處于鎖定位置時(shí)接合第二部分的膨脹區(qū)域；可在鎖定位置和解鎖位置之間軸向移動(dòng)的活塞；連接在第一部分與活塞之間的剪切機(jī)構(gòu)，該剪切機(jī)構(gòu)將鎖定機(jī)構(gòu)保持在鎖定位置，直至膨脹材料發(fā)生確定的膨脹，且該膨脹材料響應(yīng)于暴露在選定的溫度中而發(fā)生確定的膨脹時(shí)，該膨脹致動(dòng)活塞軸向移動(dòng)從而致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)至解鎖位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱致動(dòng)器，其中所述膨脹材料包括液體、 固體、或氣體中的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱致動(dòng)器，其中所述膨脹材料包括油。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱致動(dòng)器，還包括連接在第二部分和活塞 之間的保持機(jī)構(gòu)，當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)在解鎖位置時(shí)，該保持機(jī)構(gòu)維持活塞與第二 部分連接。
5、 一種在井眼中期望的位置分離第二部件與第一部件的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括含有膨脹材料的分離工具，其中所述分離工具包括連接至第一部件的第一部分，該第一部分具有容納該膨脹材料的內(nèi)腔室和形成通向腔室的開口的頸；連接至第二部件的第二部分，該第二部分具有空腔；以及 鎖定機(jī)構(gòu)，在所述鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定位置，第一部分和第二部分相互連接，且所述空腔容納該頸，而在所述鎖定機(jī)構(gòu)的解鎖位置，第一部分和第二 部分分離，其特征在于，所述鎖定機(jī)構(gòu)包括從所述第一部分延伸的構(gòu)件，該構(gòu)件具有當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)處于鎖定位置時(shí)接合第二部分的膨脹區(qū)域；可在鎖定位 置和解鎖位置之間軸向移動(dòng)的活塞；連接在第一部分與活塞之間的剪切機(jī) 構(gòu)，該剪切機(jī)構(gòu)用于將鎖定機(jī)構(gòu)保持在鎖定位置，直至膨脹材料發(fā)生確定 的膨脹，且該膨脹材料響應(yīng)于暴露在選定的溫度中而發(fā)生確定的膨脹時(shí)，該膨脹 致動(dòng)活塞軸向移動(dòng)從而致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)至解鎖位置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在井眼中期望的位置分離第二部件與第一 部件的系統(tǒng)，還包括連接在第二部分和活塞之間的保持機(jī)構(gòu)，當(dāng)該工具在 解鎖位置時(shí)該保持機(jī)構(gòu)保持活塞與第二部分連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在井眼中期望的位置分離第二部件與第一 部件的系統(tǒng)，其中膨脹材料包括液體、固體、或氣體中的一種。
專利摘要一種熱致動(dòng)器，包括第一部分；第二部分；鎖定機(jī)構(gòu)，在鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定位置，第一和第二部分相互連接，而在鎖定機(jī)構(gòu)的解鎖位置，第一和第二部分分離；與鎖定機(jī)構(gòu)操作連接的膨脹材料。其中鎖定機(jī)構(gòu)包括從第一部分延伸的構(gòu)件，該構(gòu)件具有當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)處于鎖定位置時(shí)接合第二部分的膨脹區(qū)域；可在鎖定位置和解鎖位置之間軸向移動(dòng)的活塞；連接在第一部分與活塞之間的剪切機(jī)構(gòu)，其將鎖定機(jī)構(gòu)保持在鎖定位置，直至膨脹材料發(fā)生確定的膨脹，且其響應(yīng)于暴露在選定的溫度中而發(fā)生確定的膨脹時(shí)，致動(dòng)活塞軸向移動(dòng)從而致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)至解鎖位置。本實(shí)用新型還披露了在井眼中期望的位置分離第二部件與第一部件的系統(tǒng)。利用本實(shí)用新型，不需要使用表面干預(yù)。
文檔編號(hào)E21B17/02GK201288515SQ200820008490
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
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