Скважинный приводной модуль, имеющий гидравлический двигатель с системой планетарной передачи
Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для доставки рабочего инструмента на забой скважины. Скважинный приводной модуль содержит корпус приводного модуля, гидравлический двигатель, содержащий корпус гидравлического двигателя, и колесный узел, содержащий неподвижную часть и вращающуюся часть. Причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля и соединена с возможностью вращения с вращающейся частью. Причем колесный узел содержит ободок колеса для вхождения в контакт с внутренней стенкой скважины и соединенный с вращающейся частью, или образующий ее часть. Колесный узел дополнительно содержит гидравлический двигатель так, что неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус гидравлического двигателя. При этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, соединенную с вращающейся частью для обеспечения вращения части колесного узла. Кроме того, колесный узел содержит систему планетарной передачи, содержащуюся в корпусе гидравлического двигателя. При этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, приводящую в движение ободок колеса через систему планетарной передачи. Изобретение также относится к скважинной системе, содержащей приводной модуль, и к использованию такого приводного модуля. Технический результат заключается в повышении надежности скважинного приводного модуля. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил.
Данное изобретение относится к скважинному приводному модулю, предназначенному для введения в скважину, содержащему корпус приводного модуля, гидравлический двигатель, содержащий корпус гидравлического двигателя, колесный узел, содержащий неподвижную часть и вращающуюся часть, причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля и соединена с возможностью вращения с вращающейся частью. Данное изобретение также относится к скважинной системе, содержащей приводной модуль, и к использованию такого приводного модуля.
Уровень техники
Инструменты, используемые для работы в скважине в процессе ее эксплуатации, могут не обладать возможностью самостоятельного погружения. Некоторые инструменты располагают перед спиральным трубопроводом и продвигают за счет проталкивания трубопровода в глубину скважины. Другие инструменты опускают в скважину посредством кабеля, при этом сила тяжести способствует погружению инструмента. Следовательно, не все инструменты способны перемещаться в скважине и, таким образом, для их продвижения в скважину требуются дополнительные инструменты. В частности, они необходимы при наличии горизонтальной части скважины, так как сила тяжести в этом случае не может способствовать перемещению.
Для решения данной задачи было разработано несколько инструментов, один из которых, среди прочих, совершает движение на гусеничном ходу. Однако недостатком данного инструмента является то, что он не всегда может устойчиво удерживать свое основание на наиболее неровных частях скважины, а в некоторых случаях такой инструмент не может проходить местоположение, в котором стыкуются, но не примыкают друг к другу две скважинные трубы, оставляя между собой зазор. Другой инструмент содержит колеса, приводимые в движение роликовой цепью, все из которых приводятся в движение одним двигателем. Однако, если двигатель не в состоянии привести в движение все колеса, то инструмент больше не может перемещаться самостоятельно. Такое состояние возникает в случае, если в скважине имеется препятствие и при этом одно колесо не может быть переведено через препятствие.
Раскрытие изобретения
Задача данного изобретения состоит в полном или частичном устранении вышеуказанных недостатков уровня техники. Более конкретно, задача данного изобретения состоит в создании улучшенного скважинного инструмента для продвижения рабочего инструмента во всех частях скважины, а также в скважинах с небольшим внутренним диаметром, например, равным 2 1/8 дюйма (5,4 см).
Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и свойства, очевидные из нижеследующего описания, выполнены благодаря техническому решению согласно данному изобретению посредством скважинного приводного модуля, предназначенного для введения в скважину, содержащего:
- корпус приводного модуля,
- гидравлический двигатель, содержащий корпус гидравлического двигателя, и
- колесный узел для продвижения приводного модуля в скважине, содержащий неподвижную часть и вращающуюся часть, причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля, и соединена с возможностью вращения с вращающейся частью, причем колесный узел содержит ободок колеса для вхождения в контакт с внутренней стенкой скважины и соединенный с вращающейся частью, или образующий ее часть,
причем колесный узел дополнительно содержит гидравлический двигатель так, что неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус гидравлического двигателя, при этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, соединенную с вращающейся частью для обеспечения вращения части колесного узла,
причем колесный узел дополнительно содержит систему планетарной передачи, содержащуюся в корпусе гидравлического двигателя, при этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, приводящую в движение ободок колеса через систему планетарной передачи.
В другом варианте осуществления изобретения скважинный приводной модуль, предназначенный для введения в скважину, может содержать:
- корпус приводного модуля,
- гидравлический двигатель, содержащий корпус гидравлического двигателя, и
- колесный узел, предназначенный для продвижения приводного модуля в скважине, содержащий неподвижную часть и вращающуюся часть, причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля и соединена с возможностью вращения с вращающейся частью,
причем колесный узел дополнительно содержит гидравлический двигатель так, что неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус гидравлического двигателя, при этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, соединенную с вращающейся частью для обеспечения вращения части колесного узла,
причем колесный узел дополнительно содержит систему планетарной передачи, содержащуюся в корпусе гидравлического двигателя, при этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, соединенную с центральной шестерней системы планетарной передачи или образующую ее часть.
Наличие системы планетарной передачи между гидравлическим двигателем и вращаемой колесной частью приводит к возникновению большого вращающего момента при снижении скорости вращения гидравлического двигателя.
Расположение системы планетарной передачи непосредственно в корпусе гидравлического двигателя существенно уменьшает ширину колеса вдоль его оси вращения по сравнению с системой планетарной передачи, расположенной снаружи корпуса гидравлического двигателя. Малая ширина колеса обеспечивает меньший диаметр приводного модуля, что обеспечивает возможность для вхождения приводного модуля в скважины, также имеющие небольшой диаметр.
Наличие двигателя, заключенного в корпус гидравлического двигателя в колесном узле, может позволить исключить использование роликовой цепи или гусеничных лент. При наличии закрытого корпуса грязь из скважинной текучей среды, в которой приводной модуль продвигает себя, не будет скапливаться в цепи или гусеничной ленте и ухудшать работу колеса.
В одном варианте осуществления изобретения колесный узел может быть подвешен в корпусе приводного модуля.
Скважинный приводной модуль согласно изобретению может дополнительно содержать рычажный узел, выполненный с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса приводного модуля, при этом рычажный узел может быть соединен с неподвижной частью колесного узла, или может образовывать ее часть.
Кроме того, скважинный приводной модуль согласно изобретению может дополнительно содержать узел активации рычага, расположенный в корпусе приводного модуля для перемещения рычажного узла между втянутым положением и выдвинутым положением.
В одном варианте осуществления изобретения приводной модуль может содержать несколько рычажных узлов, каждый из которых одним концом соединен с корпусом приводного модуля, а другим концом соединен с колесным узлом.
При наличии двигателя непосредственно в колесе, каждое колесо может продвигать приводной модуль независимо от других колес приводного модуля. При прохождении препятствия рычажный узел, расположенный ближе всего к препятствию, прижимается к корпусу приводного модуля по мере продвижения приводного модуля другими колесами. Таким образом, приводной модуль может проходить большинство препятствий в скважине или обсадной колонне. Кроме того, при прохождении зазора, например, между двумя обсадными трубами, колеса, не попавшие в зазор, продвигают приводной модуль и, таким образом, приводной модуль может продвигать себя практически во всех частях скважины.
При наличии рычажных узлов, выполненных с возможностью перемещения, которые могут быть втянуты в корпус приводного модуля, приводной модуль может проходить препятствия, как описано выше, и продвигать себя в скважинах, имеющих внутренний диаметр, изменяющийся в пределах большего диапазона, чем при наличии неподвижных рычагов. После выполнения работы рычажные узлы втягивают в корпус, а приводной модуль извлекают из скважины вытягиванием кабеля, присоединенного к приводному модулю.
В одном варианте осуществления изобретения ободок колеса может быть закрыт с одного конца закрывающим элементом.
Кроме того, вращающаяся секция может быть соединена с центральной шестерней системы планетарной передачи или образовывать ее часть.
Помимо этого, система планетарной передачи может содержать коронную шестерню, образуемую ободком колеса или закрывающим элементом.
Упомянутая планетарная передача может содержать множество планетарных шестерен, взаимодействующих с центральной шестерней и коронной шестерней, при этом планетарные шестерни взаимно соединены посредством несущего элемента, являющегося неподвижным.
Дополнительно, несущий элемент может быть неподвижно соединен с неподвижной частью.
Кроме того, ободок колеса может содержать закрывающий элемент.
Вращающаяся секция может содержать первую центральную шестерню системы планетарной передачи, приводящую в движение множество планетарных шестерен, которые соединены через несущий элемент, соединенный с ободком колеса или содержащийся в нем, причем неподвижная часть может содержать коронную шестерню системы планетарной передачи, при этом коронная шестерня может взаимодействовать с планетарными шестернями.
Также вращающаяся секция гидравлического двигателя может быть соединена с множеством планетарных шестерен, а планетарные шестерни могут приводиться в движение посредством вращающейся секции.
В одном варианте осуществления изобретения неподвижная часть может содержать центральную шестерню системы планетарной передачи.
В другом варианте осуществления изобретения вращающаяся часть может содержать ободок колеса и может приводиться в движение посредством планетарных шестерен.
Кроме того, вращающаяся секция гидравлического двигателя может содержать первую центральную шестерню системы планетарной передачи, при этом первая центральная шестерня может приводить в движение множество первых планетарных шестерен, которые соединены через несущий элемент.
Упомянутый несущий элемент системы планетарной передачи может приводить в движение множество вторых планетарных шестерен, при этом несущий элемент может содержать центральную шестерню, взаимодействующую со вторыми планетарными шестернями и приводящую их в движение.
Дополнительно, вторые планетарные шестерни могут быть соединены посредством второго несущего элемента, представляющего собой часть вращающейся части, для обеспечения вращения части колесного узла.
Второй несущий элемент может быть соединен с вращающейся частью колесного узла или может быть частью вращающейся части.
Также неподвижная часть может содержать коронную шестерню в системе планетарной передачи, взаимодействующую с первыми планетарными шестернями и вторыми планетарными шестернями.
Кроме того, вышеописанный рычажный узел может содержать колесный рычаг, причем колесный рычаг может содержать каналы для текучей среды, предназначенные для подачи текучей среды к гидравлическому двигателю и от него через неподвижную часть.
Дополнительно, блок гидравлических цилиндров может содержать каналы для текучей среды, адаптированные для совмещения с каналами для текучей среды в колесном рычаге так, что текучая среда проводится из колесного рычага к цилиндрам в блоке гидравлических цилиндров.
Скважинный приводной модуль согласно данному изобретению может дополнительно содержать насос для подачи текучей среды к гидравлическому двигателю.
В одном варианте осуществления изобретения гидравлический двигатель может представлять собой радиально-поршневой двигатель.
Кроме того, гидравлический двигатель может содержать кольцевой кулачок, соединенный с неподвижной частью колесного узла или образующий ее часть.
В другом варианте осуществления изобретения вращающаяся секция может представлять собой блок гидравлических цилиндров.
Упомянутый блок гидравлических цилиндров может содержать каналы для текучей среды, совмещенные с каналами для текучей среды в колесном рычаге так, что текучая среда проводится из колесного рычага к цилиндрам в блоке гидравлических цилиндров.
В еще одном варианте осуществления изобретения гидравлический двигатель может содержать поршни, выполненные с возможностью перемещения внутри цилиндров в блоке гидравлических цилиндров.
Помимо этого, приводной модуль, имеющий несколько рычажных узлов, может иметь продольную центральную ось, при этом рычажные узлы могут быть соединены с корпусом приводного модуля на расстоянии от центральной оси и противоположной стороны центральной оси. При наличии по меньшей мере трех рычажных узлов они расположены зигзагообразно в плоскости вдоль центральной оси.
Дополнительно, приводной модуль может быть присоединен к кабелю, при этом рычажные узлы могут выдвигаться из корпуса приводного модуля под углом менее 90° к продольной оси приводного модуля. Рычажные узлы могут быть обращены назад относительно кабеля.
Данное изобретение может дополнительно относиться к скважинной системе, содержащей приводной модуль и рабочий инструмент, соединенный с приводным модулем для его продвижения в скважине или в стволе скважины.
Упомянутый рабочий инструмент может представлять собой ударный инструмент, ключевой инструмент, фрезерный инструмент, буровой инструмент, каротажный инструмент и так далее.
Наконец, данное изобретение относится к использованию приводного модуля в скважине или стволе скважины для продвижения собственно модуля и/или рабочего инструмента в скважине или в стволе скважины.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение и его многочисленные преимущества описаны более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не имеющие ограничительного характера варианты осуществления изобретения, и на которых:
на фиг.1 показан скважинный инструмент, а именно приводной модуль в скважине,
на фиг.2 изображен другой вид колеса, показанного на фиг.1,
на фиг.3 показан другой скважинный инструмент, а именно приводной модуль в скважине,
на фиг.4 изображен другой вид колеса, показанного на фиг.3,
на фиг.5 показан узел активации рычага,
на фиг.6А изображен вид в разрезе колеса, показанного на фиг.1,
на фиг.6В показан другой вид в разрезе колеса, показанного на фиг.6А,
на фиг.7А изображен вид в разрезе другого варианта реализации колеса, показанного на фиг.3,
на фиг.7В показан другой вид в разрезе колеса, показанного на фиг.6А,
на фиг.8 изображен вид в разрезе другого варианта реализации колеса,
на фиг.9 показана скважинная система,
на фиг.10 изображен вид в разрезе еще одного варианта реализации колеса,
на фиг.11 показан вид в разрезе части другого варианта реализации колеса,
на фиг.12 изображен вид в разрезе другого варианта реализации колеса,
на фиг.13 показан вид в разрезе другого варианта реализации колеса, содержащего двойную зубчатую передачу,
на фиг.14 изображен вид в разрезе еще одного варианта реализации колеса, и
на фиг.15 показан другой частичный вид в разрезе гидравлического двигателя, расположенного внутри колеса.
Все чертежи являются схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для объяснения данного изобретения, поэтому другие части не показаны или показаны без объяснения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан скважинный инструмент 10, а именно приводной модуль 11, расположенный в обсадной колонне 6, имеющей внутреннюю часть 4, в скважине или стволе скважины в формации 2. К скважинному инструменту подается питание через кабель 9, который соединен с инструментом посредством верхнего соединителя 13. Скважинный инструмент дополнительно содержит секцию электроники, содержащую изменяющую режим работы электронику 15 и управляющую электронику 16 перед подачей тока к электрическому двигателю 17, приводящему в действие гидравлический насос 18. Как показано на фиг.1, скважинный инструмент представляет собой приводной модуль 11, имеющий корпус 51 приводного модуля, к которому присоединены в подвешенном состоянии колесные узлы 90. Приводной модуль 11 разделен на несколько секций 54 и соединен с компенсационным устройством 20 для компенсации давления внутри приводного модуля для предотвращения вздутия или сплющивания корпуса приводного модуля под действием высокого давления.
Как показано на фиг.1, часть колесного узла 90 выступает из корпуса 51 приводного модуля, а его другая часть остается в пазу 117 в корпусе приводного модуля, как показано на фиг.2. Колесный узел 90 содержит неподвижную часть 91 и вращающуюся часть 92. Неподвижная часть 91 соединена с корпусом 51 приводного модуля, а также соединена с возможностью вращения с вращающейся частью 92.
На фиг.3 показан скважинный инструмент, который также представляет собой приводной модуль 11, имеющий корпус 51 приводного модуля, в котором перемещаются рычажные узлы 60 между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса 51 приводного модуля вдоль продольной оси приводного модуля 11 посредством текучей среды, поступающей из гидравлического насоса 18. На фиг.3 рычажный узел 60 показан в выдвинутом положении. Как показано на фиг.4, часть рычажного узла 60 выдвинута от корпуса 51 приводного модуля, а другая его часть соединена с колесным узлом 90. Колесный узел 90 содержит неподвижную часть 91 и вращающуюся часть 92. Неподвижная часть 91 соединена с рычажным узлом 60, а также соединена с возможностью вращения с вращающейся частью 92.
Рычажные узлы 60 перемещаются в корпус 51 приводного модуля и из него между втянутым положением и выдвинутым положением посредством узла 41 активации рычага, расположенного в корпусе 51 приводного модуля, как показано пунктирными линиями. Узлы 41 активации рычага приводятся в действие гидравлическим насосом для перемещения рычажных узлов 60 посредством гидравлического цилиндра 42с. Приводной модуль 11 чаще всего используют для перемещения рабочего инструмента в конкретное положение в скважине или во время выполнения операции просто для его продвижения в скважине, например, для продвижения каротажного инструмента во время получения данных о текучей среде и формации для оптимизации добычи нефтяной текучей среды из скважины. Другой рабочий инструмент 12 также может представлять собой ударный инструмент, обеспечивающий осевое усилие в одном или более ударов, ключевой инструмент, открывающий или закрывающий клапаны в скважине, позиционирующие инструменты, например, локатор муфтовых соединений обсадной колонны (CCL), фрезерный инструмент или буровой инструмент и так далее. Рабочий инструмент соединен через соединитель 14.
Приводной модуль 11 может быть введен в скважину и может продвигаться сам и, соответственно, способен продвигать рабочий инструмент в скважине. Для возможности собственного продвижения и продвижения рабочего инструмента приводной модуль содержит несколько колесных узлов 90, каждый из которых расположен в первом конце 88 рычажного узла 60, дальше от конца 89, расположенного ближе всего к корпусу 51 приводного модуля, когда рычаг находится в выдвинутом положении, как показано на фиг.4. Колесный узел содержит неподвижную часть 91 и вращающуюся часть 92. Неподвижная часть 91 соединена с рычажным узлом, или образует часть рычажного узла, и соединена с возможностью вращения с вращающейся частью. Вращающаяся часть 92 прочно соединена с ободком колеса или образует часть ободка 99 колеса, которая является наиболее удаленной от центра частью колесного узла 90, входящей в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны 6 или ствола 4 скважины. Колесный узел совершает вращение вокруг оси 33 вращения колеса. Для собственного продвижения в скважине каждый колесный узел 90 содержит гидравлический двигатель 23. Гидравлический двигатель 23 имеет корпус 93 гидравлического двигателя и вращающуюся секцию 84, соединенную с вращающейся частью 92 для обеспечения вращения части колесного узла 90 и, соответственно, продвижения ободка 99 колеса и приводного модуля 11 в скважине. На наружной стороне ободок 99 колеса имеет вырезы 110, обеспечивающие лучшее сцепление со стенкой обсадной колонны или стенкой ствола скважины, как показано на фиг.2 и 4. Ободок 99 колеса также может содержать другое улучшающее трение средство, например, шипы или бороздки, а также ободок колеса может содержать улучшающее трение средство, выполненное из резины, эластомера и так далее.
На фиг.5 показан узел активации рычага, расположенный в корпусе 51 приводного модуля, как показано на фиг.1, для перемещения рычажных узлов между втянутым положением и выдвинутым положением. Рычажный узел прикреплен к одному концу кривошипного элемента 71, который вращается вокруг оси 32 вращения, как показано стрелками. Данный конец присоединен к корпусу с возможностью вращения относительно него, а другой конец кривошипного элемента перемещается вдоль продольной оси приводного модуля 11 посредством поршня 47, перемещающегося в корпусе 45 поршня. Поршень перемещается в первом направлении под действием гидравлической текучей среды, подаваемой через канал 80 посредством насоса, а также в противоположном втором направлении посредством пружинного элемента 44.
На фиг.6A и 6B показан вид в разрезе колесного узла, изображенного на фиг.1 и 2. Как показано, колесный узел 90 содержит гидравлический двигатель 23, содержащий корпус 93 гидравлического двигателя так, что неподвижная часть 91 и вращающаяся часть 92 образуют корпус 93 гидравлического двигателя 23. Гидравлический двигатель 23 содержит вращающуюся секцию 84, соединенную с вращающейся частью 92 для обеспечения вращения части колесного узла 90. Колесный узел 90 дополнительно содержит систему 95 планетарной передачи, содержащуюся в корпусе 93 гидравлического двигателя, при этом вращающаяся секция 84 гидравлического двигателя 23 соединена с центральной шестерней 96 системы 95 планетарной передачи посредством винтов 87.
На фиг.7A и 7B показан вид в разрезе колесного узла 90, расположенного в одном конце рычажного узла, как показано на фиг.3 и 4, причем колесный узел также содержит гидравлический двигатель 23, в котором неподвижная часть 91 и вращающаяся часть 92 образуют корпус 93 гидравлического двигателя 23.
На фиг.6А-8 показано, что гидравлический двигатель 23 представляет собой радиально-поршневой двигатель, в котором вращающаяся секция 84 представляет собой блок 83 гидравлических цилиндров, в которых по меньшей мере четыре поршня 82 перемещаются в радиальном направлении относительно оси вращения колеса колесного узла 90. Рычажный узел 60 содержит колесный рычаг 81, причем колесный рычаг содержит каналы 85 для текучей среды для подачи текучей среды к гидравлическому двигателю 23 и от него через неподвижную часть 91 колесного узла 90. Корпус 93 гидравлического двигателя 23 образован неподвижной частью 91 и вращающейся частью 92 колесного узла 90. Колесный узел 90 содержит закрывающий элемент 26, закрывающий ободок колеса с конца 111, при этом гидравлический двигатель 23, соответственно, окружен колесным рычагом 81, ободком 99 колеса, закрывающим элементом 26 и уплотнительными элементами 27, расположенными между ними для создания герметизированного соединения и по существу непроницаемого корпуса гидравлического двигателя. При данном способе скважинная текучая среда, окружающая приводной модуль, остается снаружи корпуса 93 гидравлического двигателя. Таким образом, гидравлический двигатель 23 содержится в том же корпусе, что и колесный узел, так что корпус двигателя и корпус колеса являются одним и тем же корпусом и, соответственно, одной и той же камерой для текучей среды. Такое решение данного изобретения обеспечивает весьма компактную конструкцию, которая, при втянутом в корпус 51 рычажном узле 60 с колесным узлом 90, занимает лишь небольшое пространство, так что диаметр приводного модуля и, соответственно, скважинного инструмента увеличивается незначительно, когда колеса находятся у конца рычагов 60 приводного модуля.
Как показано на фиг.1, приводной модуль 11 имеет диаметр модуля Du, а колесный узел 90 или колесо 61 имеет диаметр колеса Dw и ширину W, как показано на фиг.2, причем ширина W меньше 1/2 диаметра модуля, предпочтительно меньше 1/3 диаметра модуля, предпочтительнее меньше1/4 диаметра модуля.
Гидравлический двигатель 23 содержит кольцевой кулачок 24, образующий часть неподвижной части 91 колесного узла 90. Как показано на фиг.6A и 7A, поршни перемещаются в цилиндрах и продвигаются наружу гидравлической текучей средой, поступающей из каналов 86 для текучей среды блока 84 гидравлических цилиндров. Данное перемещение обусловлено тем, что каналы 85 для текучей среды, выполненные в неподвижной части 91, как показано на фиг.4A и 5A, расположены напротив каналов 86 для текучей среды в блоке 84 гидравлических цилиндров так, что текучая среда проходит в заднюю часть цилиндра и вытесняет поршень в наружном направлении. Как показано на фиг.4B и 5B, другие поршни в блоке 84 гидравлических цилиндров перемещаются в противоположном направлении посредством выступов в кольцевом кулачке, отводящих назад поршни в цилиндре. На фиг.4B и 5B показано, что другие каналы 85 для текучей среды в неподвижной части 91 расположены напротив передней части цилиндра, так что текучая среда в цилиндре может быть выпущена, а поршень перемещен в направлении центра блока 84 гидравлических цилиндров. При данном способе блок гидравлических цилиндров совершает вращение. Соответственно, кольцевой кулачок 24 является неподвижным, а блок гидравлических цилиндров приводит во вращение вращающуюся часть 92 колесного узла 90. Между ободком 99 колеса и неподвижной частью 91 на наружной стороне кольцевого кулачка 24 расположен шариковый подшипник 36A, обеспечивающий возможность для вращения ободка 99 колеса.
Кроме того, между выступающим валом 112 неподвижной части 91 колесного узла 90 и вращающейся секцией 84 гидравлического двигателя 23 расположен шариковый подшипник 36B. Вал неподвижно расположен внутри блока гидравлических цилиндров и образует часть колесного рычага 81 или соединен с колесным рычагом 81. Шариковый подшипник 36B расположен вокруг вала в углублении в блоке гидравлического двигателя.
Как показано на фиг.6A-7B, закрывающий элемент 26 прикреплен к ободку 99 колеса посредством винта, но он может быть прикреплен любым другим подходящим способом. Закрывающий элемент 26 содержит выступы, сопрягающиеся с углублениями в блоке гидравлических цилиндров для передачи вращающего усилия от блока гидравлических цилиндров к ободку 99 колеса. Как показано на фиг.4A и 4B, блок гидравлических цилиндров приводит в движение ободок колеса посредством закрывающего элемента 26. Закрывающий элемент 26 может быть прикреплен любым подходящим способом для передачи вращающего усилия от блока гидравлических цилиндров. Как показано на фиг.6, закрывающий элемент 26 прикреплен к ободку 99 колеса посредством пружинного кольца 113, расположенного в пазу 114 ободка 99 колеса для удержания выступающего фланца 115 закрывающего элемента, прочно прикрепленного к ободку 99 колеса. Между фланцем закрывающего элемента 26 и ободком 99 колеса расположен уплотнительный элемент 116 для герметизации корпуса двигателя.
Как показано на фиг.6A и 6B, система 95 планетарной передачи содержит центральную шестерню 96, прикрепленную посредством винтов к вращающемуся блоку гидравлических цилиндров. Центральная шестерня 96 приводит в движение планетарные шестерни 97, которые соединены посредством несущего элемента 37, например, несущей пластины, обеспечивающей возможность для приведения в движение коронной шестерни 98 системы 95 планетарной передачи несущим элементом 37. Ободок 99 колеса содержит коронную шестерню 98, обеспечивающую возможность для взаимодействия планетарных шестерен 97 с ободком колеса и приведения его во вращение. Планетарные шестерни совершают вращение вокруг оси 34 вращения и соединены с возможностью вращения с несущей пластиной 37 через шариковый подшипник 36C, расположенный между выступающей частью несущей пластины 37 и отверстием в планетарной шестерне. Планетарные шестерни входят в зацепление с ободком 99 колеса, действующим в качестве коронной шестерни 98 в системе 95 планетарной передачи. Несущий элемент 37 завинчен в неподвижную часть 91 и поэтому является неподвижным.
Система 95 планетарной передачи содержится в корпусе 93 гидравлического двигателя и присоединена непосредственно к блоку гидравлического двигателя. Таким образом, гидравлическая текучая среда внутри блока гидравлических цилиндров также окружает шестерни системы 95 планетарной передачи, так как они расположены в том же корпусе двигателя. При расположении системы 95 планетарной передачи непосредственно в корпусе 93 гидравлического двигателя ширина W колеса вдоль оси 33 вращения колесного узла 90 существенно уменьшается по сравнению с решением, в котором система планетарной передачи расположена снаружи корпуса 93 гидравлического двигателя, например, в отдельном корпусе, содержащем корпус 93 двигателя. Малая ширина W колеса обеспечивает меньший диаметр Du приводного модуля, обеспечивая его вхождение в скважины, также имеющие малый диаметр.
Закрывающий элемент, показанный на фиг.6А-7B, прикреплен посредством винтов к ободку 99 колеса, а уплотнительные элементы 27 В вставлены в углубление в ободке 99 колеса. При прикреплении закрывающего элемента к ободку колеса уплотнительный элемент сжимается между закрывающим элементом 26 и ободком 99 колеса, обеспечивая между ними непроницаемое для текучей среды соединение.
Как показано на фиг.8, центральная шестерня 96 выполнена в виде части блока гидравлических цилиндров. Планетарные шестерни входят в зацепление с закрывающим элементом 26, который, соответственно, действует в качестве коронной шестерни 98 в системе 95 планетарной передачи. Таким образом, ободок колеса приводится в движение блоком гидравлических цилиндров путем приведения в движение планетарных шестерен, которые приводят в действие закрывающий элемент 26, приводящий в движение ободок 99 колеса.
Планетарные шестерни 97 соединены через несущий элемент 37, который присоединен к неподвижной части 91, соответственно, он является неподвижным, как показано на фиг.6A, 6B, 7A, 7B и 8. Как показано на фиг.8, между выступающей частью 112 неподвижной части 91 и вращающейся секцией 84 гидравлического двигателя 23 расположены четыре шариковых подшипника 36B. Таким образом, центральная шестерня 96 может быть выполнена в виде части вращающейся секции 84.
Как показано на фиг.10, каналы 86 для текучей среды, обеспечивающие подачу текучей среды к гидравлическому двигателю 23 в корпусе колеса, отличаются по расположению от каналов, показанных на фиг.8, что создает возможность для радиальной подачи текучей среды из канала для текучей среды к блоку гидравлического двигателя.
Ободок 99 колеса совершает вращение вокруг неподвижной части 91, при этом между ними расположен шариковый подшипник 36А. Как показано на фиг.11, шариковый подшипник 36А содержит два ряда шариков 120. В другом варианте реализации шариковые подшипники могут быть заменены игольчатыми подшипниками. Как показано на фиг.11, поршни 82 гидравлического двигателя 23 содержат шариковые подшипники 121, расположенные в одном конце, противоположном концу поршня 82, перемещающегося внутри цилиндра.
Как показано на фиг.12, вращающаяся секция 84 содержит первую центральную шестерню 96 системы 95 планетарной передачи так, что центральная шестерня образует часть вращающейся секции гидравлического двигателя 23 и приводит в движение множество планетарных шестерен 97, которые соединены через несущий элемент 37. Несущий элемент 37 соединен с ободком колеса, при этом неподвижная часть 91 содержит коронную шестерню 98 системы 95 планетарной передачи, обеспечивая возможность для взаимодействия коронной шестерни 98 с планетарными шестернями 97, приводящими в движение несущий элемент 37 и, соответственно, закрывающий элемент ободка колеса. Коронная шестерня 98 прикреплена к неподвижной части 91 и поэтому является неподвижной.
Как показано на фиг.14, вращающаяся секция 84 гидравлического двигателя 23 соединена с планетарными шестернями 97, и планетарные шестерни, таким образом, приводятся в движение вращающейся секцией вокруг центральной шестерни 96, прикрепленной к центральной части 112 неподвижной части 91. Центральная шестерня 96 прикреплена к центральной части, вокруг которой совершает вращение вращающаяся секция 84 гидравлического двигателя 23. Вращающаяся секция 84 имеет выступы, соединенные с планетарными шестернями 97 через шариковые подшипники 36C. Планетарные шестерни 97 взаимодействуют с коронной шестерней 98, которая образует часть закрывающего элемента, соединенного с ободком 99 колеса через пружинную шайбу 113. Вращающаяся секция 84 обеспечивает вращение планетарных шестерен 97, вращающихся вокруг неподвижной центральной шестерни 96 и взаимодействующих с коронной шестерней 98, содержащейся в закрывающем элементе 26.
Как показано на фиг.13, колесный узел 90 содержит систему сдвоенной зубчатой передачи. Вращающаяся секция 84 гидравлического двигателя 23 содержит первую центральную шестерную 96 системы 95 планетарной передачи. Таким образом, центральная шестерня 96 представляет собой выступающую часть вращающейся секции 84 и приводит в движение множество первых планетарных шестерен 97, которые соединены через несущий элемент 37. Несущий элемент 37 имеет выступы на одной стороне, соединенной с первыми планетарными шестернями 97 системы 95 планетарной передачи через шариковые подшипники 36C. На другой стороне несущий элемент 37 имеет одну выступающую часть, образующую вторую центральную шестерню 96B, приводящую в движение множество вторых планетарных шестерен 97B. Первые планетарные шестерни 97 и вторые планетарные шестерни 97B взаимодействуют с неподвижной коронной шестерней 98, прочно соединенной с неподвижной частью 91 посредством винтов. Коронная шестерня 98 также используется для прикрепления шариковых подшипников 36А между ободком 99 колеса и неподвижной частью 91.
Вторые планетарные шестерни 97 В соединены посредством второго несущего элемента 137, который является частью закрывающего элемента, и соединен с ободком 99 колеса посредством пружинного кольца 113 для обеспечения вращения части колесного узла 90. Таким образом, второй несущий элемент 137 соединен с вращающейся частью 92 колесного узла 90 или является частью вращающейся части 92.
На фиг.15 показан вид частичного разреза колесного узла 90 для иллюстрации кольцевого кулачка 24 и поршней 82 гидравлического двигателя 23. Для иллюстрации закрывающий элемент 26 изъят. Как можно видеть, поршни 82 заканчиваются в шариковом подшипнике 121, входящем в контакт с внутренней поверхностью кольцевого кулачка 24. Когда один поршень 82 под действием гидравлической текучей среды, поступающей из каналов 86 для текучей среды, продвигается в наружном направлении, то другой поршень продвигается внутрь в цилиндре в направлении оси 34 вращения вращающейся секции 84 гидравлического двигателя 23 посредством кольцевого кулачка 24.
Кроме того, каналы 86 для текучей среды в блоке гидравлических цилиндров, обеспечивающие подачу текучей среды к двигателю, расположены по существу параллельно оси вращения колеса. Колесный рычаг 81 содержит каналы 85 для текучей среды, совмещенные с каналами 86 для текучей среды в блоке гидравлических цилиндров так, что текучая среда может свободно проходить от рычага к двигателю при подаче текучей среды для продвижения поршня 82 гидравлического двигателя радиально наружу. Однако, когда поршень 82 больше не перемещается наружу, то каналы 85, 86 для текучей среды не совмещены. В таком случае каналы для текучей среды переместились к следующему поршню, который должен быть продвинут наружу для приведения во вращение вращающейся секции 84 гидравлического двигателя 23 вокруг оси 34 вращения. Показаны только каналы, обеспечивающие подачу текучей среды к двигателю. Однако в рычаге расположены другие каналы, предназначенные для прохождения в них текучей среды, когда цилиндр опорожняется при перемещении поршня 82 внутрь по направлению к оси вращения. При наличии каналов 86 для текучей среды блока гидравлических цилиндров, проходящих по существу параллельно оси 34 вращения колеса, изготовление каналов для текучей среды значительно упрощается.
Для возможности прокатывания вдоль кольцевого кулачка 24 поршни, перемещающиеся в цилиндрах блока гидравлических цилиндров, снабжены шариковым подшипником 121. Центральная часть шарикового подшипника подвешена в корпусе поршня, при этом внешняя часть шарикового подшипника примыкает к кольцевому кулачку и, таким образом, шариковый подшипник может вращаться относительно поршня.
Данное изобретение дополнительно относится к скважинной системе, показанной на фиг.9, в которой приводной модуль присоединен к рабочему инструменту, который в этом случае представляет собой каротажный инструмент, обеспечивающий получение данных о текучей среды и формации. Рабочий инструмент также может представлять собой ударный инструмент, обеспечивающий осевое усилие в одном или более ударов, ключевой инструмент, открывающий или закрывающий клапаны в скважине, позиционирующие инструменты, например, локатор муфтовых соединений обсадной колонны (CCL), фрезерный инструмент или буровой инструмент, и так далее.
Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газового состава, присутствующий в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяного состава, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.
Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемый в скважине для добычи нефти или природного газа.
Хотя изобретение описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.
1. Скважинный приводной модуль (11), предназначенный для введения в скважину, содержащий:
- корпус (51) приводного модуля,
- гидравлический двигатель (23), содержащий корпус (93) гидравлического двигателя, и
- колесный узел (90), содержащий неподвижную часть (91) и вращающуюся часть (92), причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля и соединена с возможностью вращения с вращающейся частью, причем колесный узел содержит ободок (99) колеса для вхождения в контакт с внутренней стенкой скважины и соединенный с вращающейся частью, или образующий ее часть,
причем колесный узел дополнительно содержит гидравлический двигатель (23) так, что неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус гидравлического двигателя, при этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию (84), соединенную с вращающейся частью для обеспечения вращения части колесного узла,
причем колесный узел дополнительно содержит систему (95) планетарной передачи, содержащуюся в корпусе гидравлического двигателя, при этом гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, приводящую в движение ободок колеса через систему планетарной передачи.
2. Скважинный приводной модуль по п.1, в котором колесный узел подвешен в корпусе приводного модуля.
3. Скважинный приводной модуль по п.1 или 2, дополнительно содержащий рычажный узел (60), выполненный с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса приводного модуля, при этом рычажный узел соединен с неподвижной частью колесного узла, или образует ее часть.
4. Скважинный приводной модуль по п.3, дополнительно содержащий узел (41) активации рычага, расположенный в корпусе приводного модуля для перемещения рычажного узла между втянутым положением и выдвинутым положением.
5. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2 или 4, в котором ободок (99) колеса закрыт с одного конца закрывающим элементом (26).
6. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2 или 4, в котором вращающаяся секция соединена с центральной шестерней (96) системы планетарной передачи или образует часть центральной шестерни.
7. Скважинный приводной модуль по п.6, в котором система планетарной передачи содержит коронную шестерню (98), образуемую ободком колеса или закрывающим элементом.
8. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2, 4 или 7, в котором система планетарной передачи содержит множество планетарных шестерен (97), взаимодействующих с центральной шестерней и коронной шестерней, при этом планетарные шестерни взаимно соединены посредством несущего элемента (37), являющегося неподвижным.
9. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2 или 4, в котором вращающаяся секция гидравлического двигателя соединена с множеством планетарных шестерен (97), а планетарные шестерни приводятся в движение посредством вращающейся секции.
10. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2 или 4, в котором вращающаяся секция гидравлического двигателя содержит первую центральную шестерню (96) системы планетарной передачи, при этом первая центральная шестерня приводит в движение множество первых планетарных шестерен (97), которые соединены через несущий элемент (37).
11. Скважинный приводной модуль по п.10, в котором несущий элемент системы планетарной передачи приводит в движение множество вторых планетарных шестерен (97В), при этом несущий элемент содержит центральную шестерню, взаимодействующую со вторыми планетарными шестернями и приводящую их в движение.
12. Скважинный приводной модуль по п.11, в котором вторые планетарные шестерни соединены посредством второго несущего элемента (137), представляющего собой часть вращающейся части (92), для обеспечения вращения части колесного узла.
13. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2, 4, 7, 11 или 12, в котором рычажный узел содержит колесный рычаг (81), причем колесный рычаг содержит каналы (85) для текучей среды, предназначенные для подачи текучей среды к гидравлическому двигателю и от него через неподвижную часть.
14. Скважинный приводной модуль по п.13, в котором блок гидравлических цилиндров содержит каналы (86) для текучей среды, совмещенные с каналами для текучей среды в колесном рычаге так, что текучая среда проводится из колесного рычага к цилиндрам, расположенным в блоке гидравлических цилиндров.
15. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2, 4, 7, 11, 12 или 14, в котором гидравлический двигатель представляет собой радиально-поршневой двигатель.
16. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2, 4, 7, 11, 12 или 14, в котором вращающаяся секция представляет собой блок гидравлических цилиндров.
17. Скважинный приводной модуль по п.16, в котором блок гидравлических цилиндров содержит каналы (86) для текучей среды, адаптированные для совмещения с каналами для текучей среды в колесном рычаге так, что текучая среда проводится из колесного рычага к цилиндрам в блоке гидравлических цилиндров.
18. Скважинная система, содержащая приводной модуль по любому из пп.1-17 и рабочий инструмент, соединенный с приводным модулем для продвижения в скважине или в стволе скважины.
19. Скважинная система по п.18, в которой рабочий инструмент представляет собой ударный инструмент, ключевой инструмент, фрезерный инструмент, буровой инструмент или каротажный инструмент.
20. Использование приводного модуля по любому из пп.1-17 в скважине или стволе скважины для продвижения собственно модуля и/или рабочего инструмента в скважине или в стволе скважины.
