专利名称：多级机械通井工具的制作方法
技术领域：
在此公开的实施例总体上涉及一种井下工具。更具体地讲，在此公开的实施例涉及一种被设计用于油田工业的井下通井工具。
背景技术：
在油田开采和生产操作中，在将任何工具部署到井眼中之前，通常的工业实践是执行通井处理。通井是一种用于测量和验证可设置在井眼中的管或其它圆筒状工具的内径的方法。通常，已知直径的圆筒或管，通常称作传送器，通过设置在井下的管或圆筒形工具被拉动到井眼中。传送器的外径决定井眼的最大工作直径。通井直径或内直径被油井规划人员用来确定何种尺寸的工具或设备可设置在井眼中。通井也用于确定井眼没有障碍物、 辨别井眼内的任何特殊的地标和/或保证工具或其它井下组件能够行进通过井眼到达特定的深度。通常，现有直径的通井装置、圆筒或管(例如，井下工具)部署到井眼中。如果通井装置受阻，需要努力地使通井装置移动通过障碍物。然而，如果通井装置未通过障碍物， 则通井装置和工具必须收回到地面，然后将较小直径的通井装置向井下部署到井眼中。在一些情况下，可能需要多次变换通井装置。该技术也可用于检查井眼内的已知地标，例如， 短节型廓或管状跨接部。在大多数井和井眼中通常以预定间隔包括联顶短节，以便能够安装流动控制装置，例如堵头和节流器。然而，多次和不同的通井装置的反复部署可能是极其耗时繁琐的事件序列。这可产生额外的费用，尤其是钻井安装情况下，因为这种操作可延长时间而不能从井中接收任何产物。
发明内容
在一个方面，本发明的一个或多个实施例涉及一种用于测量井眼内的直径的井下工具，包括心轴，所述心轴具有第一端和第二端，且具有穿过所述心轴定义的轴线，其中， 细缩表面形成在心轴的外表面上，使得细缩表面的第一端与细缩表面的第二端相比具有更大的直径；以及夹套，所述夹套环绕着心轴设置，使得夹套被构造成相对于心轴沿着心轴的轴线在从心轴的第一端到心轴的第二端的方向上移动。在一个方面，本发明的一个或多个实施例涉及一种通过使用井下工具测量井眼内的直径的方法，所述井下工具包括心轴，所述心轴具有第一端、第二端和穿过所述心轴定义的轴线；以及夹套，所述夹套环绕着心轴设置，所述方法包括将井下工具部署到井眼中，使得心轴的第一端先于心轴的第二端进入井眼中；以及当井下工具接触到井眼中的障碍物时，向所述井下工具的第二端施加力，其中，基于施加到井下工具上的力，夹套相对于心轴沿心轴的轴线移动，使得井下工具的外径减小。在一个方面，本发明的一个或多个实施例涉及一种制造用于测量井眼内的直径的井下工具的方法，包括提供心轴，所述心轴具有第一端、第二端和穿过心轴定义的轴线；在心轴的外表面上形成细缩表面，使得细缩表面的第一端与细缩表面的第二端相比具有更大的直径；以及使夹套环绕着心轴设置，使得夹套被构造成相对于心轴沿着心轴的轴线在从心轴的第一端到心轴的第二端的方向上移动。本发明的其他方面和优点显见于下面的描述和权利要求书中。
图1示出了根据在此公开的实施例的井下工具的分解图；图2A-2C示出了根据在此公开的实施例的井下工具的多个剖视图；以及图3A-3C示出了根据在此公开的实施例的井下工具的多个剖切透视图。
具体实施例方式下面，参看附图详细地描述本公开的特殊的实施例。为了一致性，各个图中相似的元件可通过相似的附图标记表示。而且，在下面对本公开的各个实施例所作的详细描述中， 给出了多个特定的细节，以更完全理解本发明。然而，本领域的技术人员明白，在此公开的实施例也可在不具有这些特定细节的情况下实施。在其他例子中，对众所周知的特征没有进行详细地描述，以便不必使描述变得复杂。在一个方面，在此公开的实施例总体上涉及一种要部署到井眼中和/或测量井眼内的直径的井下工具。井下工具包括心轴和夹套。所述心轴具有第一端和第二端，且其具有穿过所述心轴定义的轴线。所述心轴还具有形成在心轴的外表面上的细缩表面，细缩表面的直径在心轴的一部分上可增大。而且，井下工具的夹套环绕着心轴设置，且被构造成相对于心轴移动。具体地讲，夹套可被构造成沿着心轴的轴线相对于心轴移动，且夹套可被构造成沿从心轴的第一端到心轴的第二端的方向移动。心轴的细缩表面也可包括多个台阶，其中所述台阶的直径可递减。而且，夹套可包括可偏转的臂部分，每个可偏转的臂部分连接有井眼接合部分。井眼接合部分此时可接合心轴的细缩表面、特别是心轴的台阶(如果具有)。这样，当夹套相对于心轴移动时，夹套的井眼接合部分也可在细缩表面的台阶上移动。在夹套的上述运动的情况下，夹套的外径可逐渐地减小，从而也可降低井下工具的外径。现请参看图1，示出了根据一个或多个实施例的井下工具101的分解图。井下工具 101包括心轴111和夹套131，其中，心轴111具有贯穿心轴111定义的轴线110。如图所示，心轴111可被形成为第一部分IllA和第二部分IllB ；然而，本领域的技术人员可以理解，心轴也可使用两个以上部分形成，或心轴可被形成为一个结构体而不具有独立的部分。 在该实施例中，第一部分11IA和第二部分11IB被构造成连接到彼此，例如通过使用图1所示的螺纹连接进行。井下工具101的心轴111具有第一端113和第二端115，且包括形成在其外表面上的细缩部分117。在该实施例中，心轴111的细缩部分117使用多个台阶形成。然而，本领域的技术人员可以理解，本公开并不局限于此。在一个或多个实施例中，细缩部分也可例如通过光滑表面或具有形成有凹口的表面形成。不管如何，心轴111的细缩部分117被形成为使细缩部分117的直径减小。特别地，如图1所示，细缩部分117的直径在从心轴111的第一端113到心轴111的第二端115的方向上减小。
井下工具101的夹套131的尺寸此时选择成使夹套131可环绕着心轴111设置。 如图所示，夹套131可包括多个臂部分133和多个井眼接合部分135。在示出的实施例中， 井眼接合部分135设置在多个臂部分133的端部处。然而，在其他实施例中，井眼接合部分中的一个或多个也可根据需要设置在夹套的臂部分的其他位置处。当夹套131环绕着心轴111设置时，夹套131被构造成相对于心轴111移动。特别地，夹套131可相对于心轴111沿着心轴111的轴线110移动。这样，当夹套131相对于心轴111移动时，井眼接合部分135可在心轴111的细缩表面117上接合和移动。例如，如图1所示，细缩表面117包括形成在其上的台阶。夹套131的臂部分133能够相对于心轴的轴线110径向向内和向外偏转，从而也能够使加装到臂部分133上的井眼接合部分135径向向内和向外偏转。当夹套131相对于心轴111移动时，井眼接合部分135在心轴111的细缩部分117上移动，其中，井眼接合部分135也能够向内偏转。井眼接合部分135的上述偏转和移动将使得井下工具101的外径减小。下面，将更详细地描述该过程。还请参看图1，井下工具101的心轴111可包括一个机构，该机构能够使夹套131 在心轴111上沿一个方向移动，但防止夹套131在心轴111上沿另一个方向移动。特别地， 该机构能够使夹套131沿从心轴111的第一端113到心轴111的第二端115的方向移动， 但可防止夹套131沿从心轴111的第二端115到心轴111的第一端113的方向移动。这样，在一个或多个实施例中，为了能够使夹套131相对于心轴111产生这种选择性运动，井下工具101的心轴111可包括棘轮式机构151。具体地讲，示出的棘轮式机构 151可包括衬套153和承座157。衬套153可被形成为至少部分装配在承座157内。而且， 衬套153也可被形成为当设置在承座157中和与承座157啮合时至少部分在承座157内移动。这样，棘轮式机构151的衬套153包括形成在其内表面上的内凹槽155。类似地，心轴 111可包括形成在外表面上的外凹槽119。心轴111的外凹槽119被构造成与衬套153的内凹槽155啮合，从而在与承座157 连接时使得衬套153、从而使得棘轮式机构151可沿从心轴111的第一端113到心轴111 的第二端115的方向移动，但阻止沿从心轴111的第二端115到心轴111的第一端113的方向移动。棘轮式机构151此时可连接到夹套131，例如通过使棘轮式机构151的承座157 通过如图所示的螺纹连接方式连接到夹套131。棘轮式机构151与夹套131的上述连接此时能够使夹套131仅沿从心轴111的第一端113到心轴111的第二端115的方向移动。然而，本领域的技术人员可以理解，也可使用其他机构来使得夹套相对于心轴选择性地移动， 例如通过使用仅能够沿一个方向在心轴上移动的销、锁定装置或单向离合器。仍请参看图1，井下工具101还可包括一个或多个剪切销(随后在图2中示出)。 在示出的实施例中，剪切销可设置成穿过心轴111(例如在剪切销孔位置121处)并设置到圆盘123中。被设置成穿过心轴111的剪切销可给夹套131相对于心轴111的运动提供阻力。例如，如图所示，井下工具101可包括内套筒141和外套筒143，其中，每个套筒141和 143可被形成为环绕着心轴111设置。内套筒141此时可例如通过将内套筒141连接到棘轮式机构151和使棘轮式机构151连接到夹套131连接到夹套131，且外套筒143可抵靠心轴111的一部分和/或连接到心轴111。在这种结构的情况下，当夹套131相对于心轴111移动时，内套筒141相对于外套筒143移动。加装到心轴111的圆盘123可设置在形成于外套筒143与心轴111之间的间隙中，在所述间隙中，内套筒141可在运动过程中接合圆盘123。具体地讲，当内套筒141沿从心轴111的第一端113到心轴111的第二端115的方向移动时，内套筒141的一端将抵靠和接合连接有剪切销的圆盘123。剪切销此时可阻止内套筒141的移动。然而，当使用足够大的力时，内套筒141可克服剪切销的剪切强度，从而剪断所述剪切销中的一个或多个， 以便能够使内套筒141相对于外套筒143和心轴111进一步移动。根据需要，每个剪切销可如图所示地等间距设置，也可非等间距地设置。而且，根据需要，每个剪切销可被形成为具有类似的剪切强度，或剪切销也可被形成具有各不相同的剪切强度。现请参看图2A-2C，示出了根据一个或多个实施例的井下工具201的剖视图。如上所述，与如图1所示的井下工具101具有类似结构的井下工具201可部署在井下，例如用于通井。当通井时，井下工具201可特定地用于测量它所部署到的井眼的直径。例如，当部署到井眼中时，井下工具201可具有初始完全展开的结构和完全鼓起的外径，如图2A所示。当井下工具201继续进一步向井下移动时，井眼的直径可降低。这样，井下工具201可与井眼的壁或表面接触或干涉，因为井下工具201的外径达到了与井眼的内径的尺寸大约相同，从而阻止井下工具201在井眼内进一步移动。此时可向井下工具 201、例如井下工具201的第二端215施加力，以便相对于心轴211移动夹套231，使得井下工具201的外径减小。当力施加到井下工具201时，假设该力大到足以克服剪切销的剪切强度，这能够使井眼接合部分235沿着心轴211的细缩表面217移动。具体地讲，井眼接合部分235可接触井眼的表面，其中，施加到井下工具201的力将会推动心轴211，使得井眼接合部分235 沿细缩表面217移动。在该移动的过程中，连接到夹套231的内套筒241将接触连接有剪切销的圆盘223。如上所述，当施加到井下工具201的力克服剪切销的剪切强度时，剪切销将会被剪断，且连接到剪切销的圆盘223将沿着心轴211移动。相应地，当夹套231相对于心轴211移动时，夹套231的外径、从而井下工具201 的外径将减小。例如，如图2B所示，夹套231已部分沿着心轴211的细缩表面217移动。 这样，通过井眼接合部分235与心轴211的细缩表面217的接合，这使得夹套231的外径减小。夹套231的外径的减小也与被设置成穿过心轴211的剪切销的剪断有关，其中，特别地示出了三个剪切销已在夹套231的移动中被剪断。图:3B示出了在夹套231的直径已完全收缩之后的井下工具201。具体地讲，井眼接合部分235已移动经过心轴211的整个细缩表面217，从而使得夹套231的外径、进而使得井下工具201的外径达到最小。在井下工具的细缩表面包括形成在其上的台阶的实施例中，如图1和2A-2C中所示，台阶可被形成具有直径递减量。例如，在一个或多个实施例中，细缩表面的台阶可被形成具有大约0.100英寸0.54mm)的直径递减量。而且，在一个或多个实施例中，细缩表面的台阶可被形成具有大约0.050英寸(1.27mm)的直径递减量。而且，其他递减量基于心轴中的剪切销之间的间距和/或细缩表面的坡度。本领域的技术人员可以理解，当在细缩表面上形成台阶时，可使用其他递减量或根本没有递减。现请参看图3A-3C，示出了根据一个或多个实施例的井下工具的另一种结构形式。 特别地，图3A示出了井下工具301的透视图，图;3B和3C示出了井下工具301的剖切视图。 如图所示，井下工具301的夹套331包括多个臂部分333和多个井眼接合部分335。然而， 在示出的实施例中，井眼接合部分335不是设置在臂部分333的端部处(例如图1和2A-2C中所示)，而是井眼接合部分335设置在臂部分333的主体内。这样，井眼接合部分335仍设置成接合心轴311的细缩表面317。而且，在该实施例中，如上所述，井下工具301不必包括棘轮式机构。相反，井下工具301仍可在没有棘轮式机构的情况下有效操作，或其他任何类似的机构能够使夹套331 相对于心轴311选择性地移动。这样，在一个或多个实施例中，井下工具301可依靠剪切销来防止夹套331相对于心轴311的任何不利的移动。如每幅图中所示，井下工具可包括设置在其第一端处的打捞颈。该打捞颈可具有形成在其中的螺纹连接部(如图所示)，或者可具有形成在其上的其他机构和工具。这样， 打捞颈可在井眼内适用于多种目的，例如取回其他工具，清除井眼内的障碍物和打捞设备所常见的其他任何功能。然而，本领域的技术人员可以理解，这种打捞颈不是必须的，因为根据一个或多个实施例的井下工具也可不包括打捞颈。在此公开的实施例可提供以下优点中的一个或多个。首先，在此公开的实施例可提供一种允许测量井眼的直径的井下工具。例如，通过将根据在此公开的实施例的井下工具部署在井眼中，井下工具可选择性地减小直径，以提供井眼的内径的读数。而且，在此公开的实施例可提供一种提高井眼的生产效率的井下工具。例如，根据在此公开的实施例的井下工具可使得不需要在通井时多次往井下操作。而且，本领域的技术人员应当理解，本公开不应局限于图中所示和说明书中所述的特定的实施例。这样，在不脱离本公开的范围的情况下，其他各种机构也可用于将臂膨胀到井壁。尽管已参看有限数量的实施例描述了本公开，但本领域的技术人员在该公开的帮助下将会理解，也可设计出不脱离在此描述的本公开的范围的其他实施例。因此，本发明的范围应仅由权利要求书限定。
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权利要求
1.一种用于测量井眼内的直径的井下工具，包括心轴，所述心轴具有第一端和第二端，且具有穿过所述心轴定义的轴线，其中，细缩表面形成在心轴的外表面上，使得细缩表面的第一端与细缩表面的第二端相比具有更大的直径；以及夹套，所述夹套环绕着心轴设置，使得夹套被构造成相对于心轴沿着心轴的轴线在从心轴的第一端到心轴的第二端的方向上移动。
2.如权利要求1所述的井下工具，其特征在于，细缩表面的第一端比细缩表面的第二端更接近心轴的第一端设置。
3.如权利要求1所述的井下工具，其特征在于，细缩表面包括多个台阶，所述多个台阶的直径在从心轴的第一端到心轴的第二端的方向上减小。
4.如权利要求3所述的井下工具，其特征在于，所述多个台阶的直径以预定的递减量减小。
5.如权利要求1所述的井下工具，其特征在于，夹套包括可偏转的臂部分，每个可偏转的臂部分加装有井眼接合部分，所述井眼接合部分被构造成接合心轴的细缩表面。
6.如权利要求5所述的井下工具，其特征在于，井眼接合部分中的至少一个包括形成在其上的锥形表面，所述锥形表面被构造成接合井眼。
7.如权利要求1所述的井下工具，其特征在于，它还包括设置在心轴内的剪切销，使得夹套被构造成将力传递到剪切销。
8.如权利要求1所述的井下工具，其特征在于，它还包括衬套，所述衬套具有形成在其内表面上的内凹槽，心轴包括形成在其外表面上的外凹槽，其中，内凹槽啮合外凹槽，使得阻止夹套相对于心轴沿心轴的轴线在从心轴的第二端到心轴的第一端的方向上移动。
9.一种通过使用井下工具测量井眼内的直径的方法，所述井下工具包括心轴，所述心轴具有第一端、第二端和穿过所述心轴定义的轴线；以及夹套，所述夹套环绕着心轴设置，所述方法包括将井下工具部署到井眼中，使得心轴的第一端先于心轴的第二端进入井眼中；以及当井下工具接触到井眼中的障碍物时，向所述井下工具的第二端施加力，其中，基于施加到井下工具上的力，夹套相对于心轴沿心轴的轴线移动，使得井下工具的外径减小。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述夹套包括可偏转的臂部分，每个可偏转的臂部分加装有井眼接合部分，其中，井眼接合部分被构造成接合形成在心轴的外表面上的细缩表面。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，井下工具接触到的障碍物是井眼的表面。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，心轴包括多个设置在其中的剪切销，所述方法还包括当所述力施加到井下工具上时，通过夹套剪断多个剪切销中的至少一个。
13.—种制造用于测量井眼内的直径的井下工具的方法，包括提供心轴，所述心轴具有第一端、第二端和穿过心轴定义的轴线；在心轴的外表面上形成细缩表面，使得细缩表面的第一端与细缩表面的第二端相比具有更大的直径；以及使夹套环绕着心轴设置，使得夹套被构造成相对于心轴沿着心轴的轴线在从心轴的第一端到心轴的第二端的方向上移动。
14.如权利要求13所述的制造井下工具的方法，其特征在于，它还包括 使细缩表面的第一端比细缩表面的第二端更接近心轴的第一端设置。
15.如权利要求13所述的制造井下工具的方法，其特征在于，它还包括在细缩表面上形成多个台阶，所述多个台阶的直径在心轴的第一端到心轴的第二端的方向上减小。
16.如权利要求15所述的制造井下工具的方法，其特征在于，所述多个台阶的直径以预定的递减量减小。
17.如权利要求13所述的制造井下工具的方法，其特征在于，它还包括 在夹套上形成可偏转的臂部分，每个可偏转的臂部分加装有井眼接合部分， 其中，所述井眼接合部分被构造成接合心轴的细缩表面。
18.如权利要求17所述的制造井下工具的方法，其特征在于，井眼接合部分中的至少一个包括形成在其上的锥形表面，所述锥形表面被构造成接合井眼。
19.如权利要求13所述的制造井下工具的方法，其特征在于，它还包括 在心轴内设置剪切销，使得夹套被构造成将力传递到剪切销。
20.如权利要求13所述的制造井下工具的方法，其特征在于，它还包括 提供衬套，所述衬套具有形成在其内表面上的内凹槽；以及在心轴的外表面上形成外凹槽，其中，内凹槽啮合外凹槽，使得阻止夹套相对于心轴沿心轴的轴线在从心轴的第二端到心轴的第一端的方向上移动。
全文摘要
一种用于测量井眼内的直径的井下工具包括心轴，所述心轴具有第一端和第二端，且具有穿过所述心轴定义的轴线。细缩表面形成在心轴的外表面上，使得细缩表面的第一端与细缩表面的第二端相比具有更大的直径。该井下工具还包括夹套，所述夹套环绕着心轴设置，使得夹套被构造成相对于心轴沿着心轴的轴线在从心轴的第一端到心轴的第二端的方向上移动。一种通过使用井下工具测量井眼内的直径的方法，所述井下工具包括心轴，所述心轴具有第一端、第二端和穿过所述心轴定义的轴线；以及夹套，所述夹套环绕着心轴设置，所述方法包括将井下工具部署到井眼中，使得心轴的第一端先于心轴的第二端进入井眼中；以及当井下工具接触到井眼中的障碍物时，向所述井下工具的第二端施加力。基于施加到井下工具上的力，夹套相对于心轴沿心轴的轴线移动，使得井下工具的外径减小。一种制造用于测量井眼内的直径的井下工具的方法，包括提供心轴，所述心轴具有第一端、第二端和穿过心轴定义的轴线；在心轴的外表面上形成细缩表面，使得细缩表面的第一端与细缩表面的第二端相比具有更大的直径；以及使夹套环绕着心轴设置，使得夹套被构造成相对于心轴沿着心轴的轴线在从心轴的第一端到心轴的第二端的方向上移动。
文档编号G01B5/12GK102459810SQ201080026223
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月17日
发明者P·吉兰 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司