Скважинный приводной модуль, имеющий гидравлический двигатель с неподвижным кольцевым кулачком
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, причем гидравлический двигатель содержит кольцевой кулачок, колесный узел, содержащий неподвижную часть и вращающуюся часть. Причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля, а также соединена с возможностью вращения с вращающейся частью. При этом неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус гидравлического двигателя. Причем упомянутый гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, соединенную с вращающейся частью. При этом кольцевой кулачок соединен с неподвижной частью колесного узла или образует ее часть. Причем вращающаяся часть содержит ободок колеса. Причем между кольцевым кулачком и ободком колеса расположен подшипник. Данное изобретение также относится к скважинной системе, содержащей приводной модуль, и к использованию данного приводного модуля. Технический результат заключается в повышении надежности скважинного приводного модуля. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к скважинному приводному модулю, предназначенному для введения в скважину, содержащему корпус приводного модуля, гидравлический двигатель, содержащий корпус гидравлического двигателя, причем гидравлический двигатель содержит кольцевой кулачок, колесный узел, содержащий неподвижную часть и вращающуюся часть, причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля, а также 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, соответственно, 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 их 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 его основание на более неровных частях скважины, а в некоторых случаях такой инструмент не может проходить местоположение, в котором две скважинные трубы стыкуются, но не примыкают друг к другу, 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 управлять всеми колесами, 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 указанное препятствие.
Раскрытие изобретения
Задача данного изобретения состоит в полном или частичном преодолении вышеуказанных недостатков уровня техники. Более конкретно, задача данного изобретения состоит в создании улучшенного скважинного инструмента, предназначенного для продвижения рабочего инструмента во всех частях скважины, а также в скважинах с малым внутренним диаметром, например, равным 2 1/8 дюйма (5,4 см).
Вышеуказанные задачи вместе с различными другими задачами, преимуществами и признаками, которые очевидны из нижеследующего описания, выполнены с помощью технического решения согласно данному изобретению посредством скважинного приводного модуля, предназначенного для введения в скважину, содержащего:
- корпус приводного модуля,
- гидравлический двигатель, содержащий корпус гидравлического двигателя, причем гидравлический двигатель содержит кольцевой кулачок, и
- колесный узел, содержащий неподвижную часть и вращающуюся часть, причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля, а также соединена с возможностью вращения с вращающейся частью, при этом неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус гидравлического двигателя, причем упомянутый гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию, соединенную с вращающейся частью, при этом кольцевой кулачок соединен с неподвижной частью колесного узла или образует ее часть,
причем вращающаяся часть содержит ободок колеса,
причем между кольцевым кулачком и ободком колеса расположен подшипник.
За счет расположения подшипника между кольцевым кулачком и ободком колеса и, соответственно, в монтажном переходе между вращающейся частью и неподвижной частью колесного узла, между кольцевым кулачком и ободком колеса обеспечивается более свободный от трения монтажный переход. Помимо этого, обеспечивается большая гарантия непроницаемости для текучей среды корпуса гидравлического двигателя.
В одном варианте осуществления изобретения гидравлический двигатель может представлять собой радиально-поршневой двигатель.
Кроме того, подшипник, расположенный между кольцевым кулачком и ободком колеса, может представлять собой шариковый подшипник.
В другом варианте осуществления изобретения колесный узел может быть подвешен в корпусе приводного модуля.
Скважинный приводной модуль согласно данному изобретению может дополнительно содержать рычажный узел, 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.
Кроме того, скважинный приводной модуль согласно данному 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 подшипник может представлять собой шариковый подшипник или игольчатый подшипник.
Также, подшипник может представлять собой шариковый подшипник с четырехточечным контактом, двухрядный шариковый подшипник, двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник или однорядный радиально-упорный шариковый подшипник.
Ободок колеса может иметь изогнутую поверхность, обращенную к внутренней стенке скважины, при этом внешняя периферия изогнутой поверхности может определять плоскость, проходящую внутрь подшипника.
В одном варианте осуществления изобретения плоскость может проходить внутрь подшипника.
В другом варианте осуществления изобретения плоскость может проходить внутрь подшипника в его центре.
В еще одном варианте осуществления изобретения плоскость может проходить внутрь подшипника вне центра.
Помимо этого, между кольцевым кулачком и ободком колеса может быть расположено несколько подшипников.
Упомянутые несколько подшипников могут быть расположены симметрично относительно плоскости.
Помимо этого, колесный узел может дополнительно содержать систему планетарной передачи.
Система планетарной передачи может содержаться в корпусе гидравлического двигателя.
Кроме того, вращающаяся секция гидравлического двигателя может быть соединена с центральной шестерней системы планетарной передачи.
Система планетарной передачи может содержаться в корпусе гидравлического двигателя.
Центральная шестерня системы планетарной передачи может приводить в движение множество планетарных шестерен, которые соединены через несущий элемент для приведения в движение коронной шестерни системы планетарной передачи.
Помимо этого, ободок колеса может содержать коронную шестерню, обеспечивающую возможность для взаимодействия планетарных шестерен с ободком колеса и приведения его в движение.
В одном варианте осуществления изобретения вращающаяся часть может содержать ободок колеса, закрытый с одного конца закрывающим элементом.
В еще одном варианте осуществления изобретения система планетарной передачи может содержать коронную шестерню, образованную ободком колеса или закрывающим элементом.
Помимо этого, 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, система планетарной передачи может содержать коронную шестерню, образованную ободком колеса или закрывающим элементом.
Дополнительно, система планетарной передачи может содержать планетарные шестерни, взаимодействующие с центральной шестерней и коронной шестерней, причем планетарные шестерни соединены друг с другом через несущий элемент.
Помимо этого, вращающаяся секция гидравлического двигателя может быть соединена с множеством планетарных шестерен, при этом 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 планетарными шестернями.
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.
Также, 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.
Вторые планетарные шестерни могут быть соединены посредством второго несущего элемента, который является частью 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.
Помимо этого, неподвижная часть может содержать коронную шестерню системы планетарной передачи, взаимодействующую с первыми планетарными шестернями и вторыми планетарными шестернями.
Кроме того, 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.
Скважинный приводной модуль согласно данному изобретению может дополнительно содержать насос для подачи жидкости к гидравлическому двигателю.
Помимо этого, вращающаяся секция может представлять собой блок гидравлических цилиндров.
Упомянутый гидравлический двигатель может содержать поршни, выполненные с возможностью перемещения внутри цилиндров в блоке гидравлических цилиндров.
Также, блок гидравлических цилиндров может содержать цилиндры, в каждом из которых перемещается поршень, причем поршень содержит корпус поршня и шариковый подшипник, подвешенный в корпусе поршня так, что шариковый подшипник примыкает к кольцевому кулачку.
Дополнительно, 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, распложенным в блоке гидравлических цилиндров.
Данное изобретение также относится к скважинной системе, содержащей приводной модуль согласно данному изобретению и рабочий инструмент, соединенный с приводным модулем для продвижения в скважине или в стволе скважины.
Рабочий инструмент может представлять собой ударный инструмент, ключевой инструмент, фрезерный инструмент, буровой инструмент, каротажный инструмент и так далее.
Кроме того, данное изобретение относится к использованию приводного модуля согласно данному изобретению в скважине или стволе скважины для продвижения собственно модуля и/или рабочего инструмента в скважине или в стволе скважины.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено более подробное описание данного изобретения и его многочисленных преимуществ со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:
на фиг.1 показан скважинный инструмент, а именно приводной модуль, в скважине,
на фиг.2 показан 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.5A изображен вид в разрезе колеса, показанного на фиг.3,
на фиг.5B изображен другой вид в разрезе колеса, показанного на фиг.5A,
на фиг.6 показан узел активации рычага,
на фиг.7A показан вид в разрезе другого варианта реализации колеса, показанного на фиг.1,
на фиг.7B изображен другой вид в разрезе колеса, показанного на фиг.7A,
на фиг.8A показан вид в разрезе другого варианта реализации колеса,
на фиг.8B изображен другой вид в разрезе колеса, показанного на фиг.8A.
на фиг.9 показан вид в разрезе другого варианта реализации колеса,
на фиг.10 показана скважинная система,
на фиг.11 показан вид в разрезе части другого варианта реализации колеса,
на фиг.12 показан 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 показан вид в разрезе еще одного варианта реализации колеса, и
на фиг.15 показан другой частичный вид в разрезе гидравлического двигателя 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, другие части опущены 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 и проходящей в скважине или стволе 5 скважины в формации 2. К скважинному инструменту подается питание через кабель 9, который соединен с инструментом через верхний соединитель 13. Скважинный инструмент дополнительно содержит секцию электроники, имеющую изменяющую режим электронику 15 и управляющую электронику 16 перед подачей электроэнергии 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, предназначенным для компенсации давления внутри приводного модуля так, чтобы предотвращать вздутие или сплющивание корпуса приводного модуля под действием высокого давления.
Как показано на фиг.1, часть колесного узла 90 выдвинута из корпуса 51 приводного модуля, а другая часть остается в пазу 117 корпуса 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.
Как показано на фиг.3, скважинный инструмент 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. На фиг.3 рычажный узел 60 показан в выдвинутом положении. Как показано на фиг.4, часть рычажного узла 60 выступает из корпуса 51 приводного модуля, а другая 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 или образует часть рычажного узла, а также соединена с возможностью вращения с вращающейся частью 92.
Приводной модуль 11 может быть введен в скважину и может продвигаться самостоятельно и, соответственно, способен продвигать рабочий инструмент в скважине. Для собственного продвижения и продвижения рабочего инструмента 12 приводной модуль содержит несколько колесных узлов 90, либо подвешенных непосредственно в корпусе 51 приводного модуля, либо расположенных в первом конце 88 рычажного узла 60, на удалении от конца 89, расположенного ближе всего к корпусу 51, когда рычаг находится в выдвинутом положении, как показано на фиг.3 и 4.
Вращающаяся часть 92 неподвижно соединена с частью ободка 99 колеса или образует его часть, которая является наиболее удаленной от центра частью колесного узла 90, входящей в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны 6 или ствола 5 скважины. На наружной стороне ободок 99 колеса имеет выемки 110, обеспечивающие лучшее сцепление со стенкой обсадной колонны или стенкой ствола скважины, как показано на фиг.2 и 4. Ободок 99 колеса также может иметь любое другое улучшающее трение средство, например, шипы или бороздки, а также ободок колеса может содержать улучшающее трение средство, выполненное из резины, эластомера и так далее.
Колесный узел 90, показанный на фиг.5A и 5B, соединен с колесным рычагом 81 рычажного узла 60, как показано на фиг.3 и 4. Колесный узел 90 совершает вращение вокруг оси 33 вращения колеса. Для собственного продвижения в скважине каждый колесный узел 90 содержит гидравлический двигатель 23. Гидравлический двигатель 23 содержит корпус 93 гидравлического двигателя и вращающуюся секцию 84, соединенную с вращающейся частью 92 для обеспечения вращения части колесного узла 90 с приведением тем самым в движение ободка 99 колеса и приводного модуля 11 в скважине.
Гидравлический двигатель 23 содержит кольцевой кулачок 24, образующий часть неподвижной части 91 колесного узла 90, как показано на фиг.5A и 5B. Неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус 93 гидравлического двигателя, в котором вращающаяся секция 84 гидравлического двигателя 23 совершает вращение относительно кольцевого кулачка 24, приводя в движение вращающуюся часть 92 колесного узла 90. Таким образом, кольцевой кулачок 24 является неподвижным, при этом на наружной стороне кольцевого кулачка 24 между кольцевым кулачком 24 и ободком 99 колеса расположен шариковый подшипник 36A для обеспечения простого и по существу свободного от трения монтажного перехода между вращающимся ободком колеса и неподвижным кольцевым кулачком. Благодаря наличию монтажного перехода между вращающейся частью 92 и неподвижной частью 91 колесного узла 90 между кольцевым кулачком 24 и ободком 99 колеса обеспечивается свободный от трения монтажный переход, обусловленный возможностью расположения между ними шарикового подшипника 36A. Помимо этого, обеспечивается большая гарантия непроницаемости для текучей среды корпуса гидравлического двигателя. На фиг.5A-7 показано, что подшипник 36A между ободком 99 и кулачком 24 представляет собой шариковый подшипник, однако в других вариантах осуществления изобретения подшипник может представлять собой другой подшипник, обеспечивающий по существу свободный от трения монтажный переход между кольцевым кулачком 24 и ободком 99 колеса.
Подшипник между ободком 99 колеса и кольцевым кулачком 24 может представлять собой подшипник любого типа, например, шариковый подшипник или игольчатый подшипник, шариковый подшипник с четырехточечным контактом, двухрядный шариковый подшипник, двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник или однорядный радиально-упорный шариковый подшипник. На фиг.11 показан двухрядный шариковый подшипник, а именно двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник. На фиг.5A показан шариковый подшипник с четырехточечным контактом. На фиг.7A показан игольчатый подшипник. На фиг.8A показан однорядный радиально-упорный шариковый подшипник. Подшипники показаны, как имеющие отдельные части, окружающие собственно шарик, однако в другом варианте осуществления изобретения части, окружающие шарик в подшипнике, могут быть расположены в кольцевом кулачке и ободке колеса.
Ободок 99 колеса имеет изогнутую поверхность, обращенную к внутренней стенке скважины, при этом внешняя периферия изогнутой поверхности определяет плоскость, проходящую внутрь подшипника. Как показано, например, на фиг.5A, плоскость проходит внутрь подшипника с некоторым смещением от его центра. Однако при расположении подшипника так, что внутрь него проходит упомянутая плоскость, результирующее усилие, действующая на ободок колеса, поглощается в подшипнике более чем на 50%, предпочтительно более чем на 75%. В другом варианте осуществления изобретения плоскость проходит внутрь подшипника в его центре. Помимо этого, между кольцевым кулачком и ободком колеса может быть расположено несколько подшипников, тогда подшипники расположены по существу симметрично относительно плоскости, как показано на фиг.12.
Колесный узел 90, показанный на фиг.5B, содержит закрывающий элемент 26, закрывающий ободок 99 колеса с конца 111, при этом гидравлический двигатель 23 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 таком способе скважинная текучая среда, окружающая приводной модуль, остается снаружи корпуса 93 гидравлического мотора. Таким образом, гидравлический двигатель 23 содержится в том же корпусе, что и колесный узел 90, так что корпус двигателя и корпус колеса представляет собой один и тот же корпус и, соответственно, одну и ту же камеру для текучей среды. Такое решение данного изобретения обеспечивает, таким образом, весьма компактную конструкцию, которая, при втянутом в корпус 51 приводного модуля рычажном узле 60 вместе с колесным узлом 90, занимает лишь небольшое пространство, так что диаметр приводного узла 11 и, соответственно, скважинного инструмента увеличивается незначительно, когда колеса находятся у конца рычагов 60 приводного модуля.
Как показано на фиг.1, диаметр приводного модуля 11 равен Du, a колесный узел 90 имеет диаметр колеса, равный Dw и ширину W, как показано на фиг.2, причем ширина W меньше 1/2 диаметра модуля, предпочтительно меньше 1/3, предпочтительнее меньше 1/4.
Закрывающий элемент 26 соединен непосредственно с блоком гидравлических цилиндров для передачи вращающего усилия от гидравлического двигателя 23 к ободку 99 колеса для продвижения приводного модуля 11 в скважине. Как показано на фиг.5A и 5B, гидравлический двигатель 23 представляет собой радиально-поршневой двигатель, в котором вращающаяся секция 84 представляет собой блок гидравлических цилиндров. Блок гидравлических цилиндров содержит цилиндры 83, в которых по меньшей мере четыре поршня 82 перемещаются в радиальном направлении относительно оси вращения колеса колесного узла 90 для создания вращающего усилия. Колесный рычаг 81 содержит каналы 85 для текучей среды для подачи текучей среды к гидравлическому двигателю 23 и от него через неподвижную часть 91 колесного узла 90.
На фиг.6 показан узел 41 активации рычага, который расположен в корпусе 51 приводного модуля, как показано на фиг.1, для перемещения рычажных узлов между втянутым и выдвинутым положениями. Рычажный узел прикреплен к одному концу кривошипного элемента 71, который приводится во вращение вокруг оси 32 вращения, как показано стрелками. Данный конец присоединен с возможностью вращения относительно корпуса, 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 и втором направлении посредством пружинного элемента 44.
Рычажные узлы 60 перемещаются в корпус 51 приводного модуля и из него между втянутым и выдвинутым положениями 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 гидравлических цилиндров 42c. 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 каротажных данных о текучей среде и формации для оптимизации добычи нефтяной текучей среды из скважины. Другой рабочий инструмент 12 также может быть ударным инструментом, обеспечивающим осевое усилие в одном или более ударов, ключевым инструментом, открывающим или закрывающим клапаны в скважине, позиционирующими инструментами, например, локатором муфтовых соединений обсадной колонны (CCL), фрезерным инструментом или буровым инструментом, и так далее. Рабочий инструмент присоединен посредством соединителя 14.
На фиг.7A и 7B 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. Как показано на фиг.7A и 7B, колесные узлы 90 подвешены непосредственно в корпусе 51 приводного модуля без каких-либо рычажных узлов. Таким образом, неподвижная часть 91 подвешена в корпусе приводного модуля и содержит каналы для текучей среды для подачи текучей среды к гидравлическому двигателю 23 и от него. Помимо этого, кольцевой кулачок 24 гидравлического двигателя 23 образует часть неподвижной части 91 колесного узла 90, как показано на фиг.5A и 5B. Таким образом, кольцевой кулачок 24 является неподвижным, при этом шариковый подшипник 36A расположен на наружной стороне кольцевого кулачка 24 между кольцевым кулачком 24 и ободком 99 колеса для обеспечения простого и по существу свободного от трения монтажного перехода между вращающимся ободком 99 колеса и неподвижным кольцевым кулачком 24.
Колесный узел 90, показанный на фиг.8A-9, 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.
Фиг.8A и 8B показывают вид в разрезе колесного узла 90, расположенного в одном конце рычажного узла, как показано на фиг.3 и 4, причем колесный узел 90 также содержит гидравлический двигатель 23, в котором неподвижная часть 91 и вращающаяся часть 92 образуют корпус 93 гидравлического двигателя 23. Рычажный узел 60 содержит колесный рычаг 81, при этом как неподвижная часть 91 образует часть колесного рычага 81, так и кольцевой кулачок 24 выполнен в виде части колесного рычага 81.
На фиг.7A-9 показано, что гидравлический двигатель 23 представляет собой радиально-поршневой двигатель, в котором вращающаяся секция 84 представляет собой блок гидравлических цилиндров, имеющий цилиндры 83, в которых по меньшей мере шесть поршней 82 перемещаются в радиальном направлении относительно оси вращения колеса колесного узла 90. Как показано на фиг.8A-9, колесный рычаг содержит каналы 85 для текучей среды, обеспечивающие подачу текучей среды к гидравлическому двигателю 23 и от него через неподвижную часть 91 колесного узла 90 для обеспечения вращения колеса 61 (показано на фиг.1 и 3) приводного модуля и, соответственно, приводного модуля.
Как показано на фиг.5A, 7A и 8A, поршни перемещаются в цилиндрах, продвигаемые 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 в неподвижной части 91 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.5B и 7B и 8B, другие поршни в блоке 84 гидравлических цилиндров перемещаются в противоположном направлении посредством выступов в кольцевом кулачке, отводящих назад поршни в цилиндре. Как показано на фиг.5B и 7B и 8B, 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 этом способе блок 84 гидравлических цилиндров совершает вращение.
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 расположен вокруг вала 112 в углублении в блоке гидравлического двигателя. Как показано на фиг.9, между валом или выступающей частью 112 и вращающейся секцией расположены четыре шариковых подшипника.
Как показано на фиг.5A, 5B, 7A-8B, закрывающий элемент 26 прикреплен к ободку 99 колеса посредством винта, но он может быть прикреплен любым другим подходящим способом. Закрывающий элемент 26 содержит вырезы, сопрягающиеся с углублениями в блоке гидравлических цилиндров для передачи вращающего усилия от блока гидравлических цилиндров к ободку 99 колеса. Как показано на фиг.5A, 5B и 9, блок гидравлических цилиндров приводит в движение ободок колеса посредством закрывающего элемента 26. Закрывающий элемент 26 может быть прикреплен любым другим подходящим способом для передачи вращающего усилия от блока гидравлических цилиндров. Как показано на фиг.9, закрывающий элемент 26 прикреплен к ободку 99 посредством пружинного кольца 113, расположенного в пазу 114 ободка 99 колеса для того, чтобы удерживать выступающий фланец 115 закрывающего элемента прочно прикрепленным к ободку 99 колеса. Между фланцем закрывающего элемента 26 и ободком 99 колеса расположен уплотнительный элемент 116.
Как показано на фиг.7A-8B, система 95 планетарной передачи содержит центральную шестерню 96, прикрепленную к вращающемуся блоку гидравлических цилиндров посредством винтов. Центральная шестерня 96 приводит в движение планетарные шестерни 97, которые соединены через несущий элемент 37, например, несущую пластину, обеспечивающую 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 99 колеса и приведения его в движение. Планетарные шестерни совершают вращение вокруг оси 34 вращения планетарных шестерен и соединены с возможностью вращения с несущим элементом 37 через шариковый подшипник 36B, расположенный между выступающей частью несущего элемента 37 и отверстием в планетарной шестерне. Планетарные шестерни входят в зацепление с ободком 99 колеса, действующим, соответственно, в качестве коронной шестерни 98 системы 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, находящаяся внутри блока гидравлических цилиндров, также окружает шестерни системы 95 планетарной передачи, так как они содержатся 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 двигателя. Малая ширина колеса обеспечивает меньший диаметр приводного модуля, создавая возможность для его вхождения также в скважины малого диаметра.
Закрывающий элемент, показанный на фиг.7A-8B, прикреплен к ободку 99 колеса посредством винтов, а в углублении в ободке 99 колеса предусмотрены уплотнительные элементы 27B. 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.9, 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 99 колеса приводится в движение блоком гидравлических цилиндров путем приведения в движение планетарных шестерен 97, 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. При таком способе центральная шестерня 96 может быть выполнена в виде части вращающейся секции 84.
Ободок 99 колеса совершает вращение вокруг неподвижной части 91, при этом между ними расположен шариковый подшипник 36A. На фиг.11 показано, что шариковый подшипник 36A содержит два ряда шариков 120, что было описано ранее как двухрядный шариковый подшипник. В другом варианте осуществления изобретения 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, 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.
На фиг.14 показано, что вращающаяся секция 84 гидравлического двигателя 23 соединена с планетарными шестернями 97, таким образом, планетарные шестерни 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 пружинное кольцо 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 двойной 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, соединенные 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 36A между ободком 99 колеса и неподвижной частью 91.
Вторые планетарные шестерни 97B соединены посредством второго несущего элемента 137, который является частью закрывающего элемента, соединенного 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 представляет собой часть вращающейся части 92.
На фиг.15 показан вид колесного узла 90 в частичном разрезе для иллюстрации кольцевого кулачка 24 и поршней 82 гидравлического двигателя 23. С иллюстративной целью закрывающий элемент 26 изъят.Как можно видеть, поршни 82 перемещаются в каждом из цилиндров 83 в блоке гидравлических цилиндров. Каждый поршень 82 содержит корпус 88 поршня, при этом шариковый подшипник 121 подвешен в корпусе поршня так, что шариковый подшипник 121 входит 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 цилиндра в направлении к 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 протекать 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 находятся не в совмещенном состоянии. Затем каналы для текучей среды перемещаются с расположением напротив следующего поршня, который должен быть продвинут наружу для приведения в движение 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 для текучей среды с тем, чтобы текучая среда протекала в упомянутые другие каналы, 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.
Кроме того, каналы 86 для текучей среды в блоке гидравлических цилиндров, обеспечивающие подачу жидкости 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 протекать от рычага к двигателю. Показаны только каналы, обеспечивающие подачу текучей среды к двигателю. При наличии каналов 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 упирается в кольцевой кулачок и, таким образом, шариковый подшипник может вращаться относительно поршня.
Данное изобретение дополнительно относится к скважинной системе, как показано на фиг.10, в которой приводной модуль 11 присоединен к рабочему инструменту, который, в данном случае, представляет собой каротажный инструмент, обеспечивающий получение данных о текучей среде и формации. Рабочий инструмент может также 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, 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, причем гидравлический двигатель содержит кольцевой кулачок (24), и
- колесный узел (90), содержащий неподвижную часть (91) и вращающуюся часть (92), причем неподвижная часть соединена с корпусом приводного модуля, а также соединена с возможностью вращения с вращающейся частью, при этом неподвижная часть и вращающаяся часть образуют корпус гидравлического двигателя, причем упомянутый гидравлический двигатель содержит вращающуюся секцию (84), соединенную с вращающейся частью, при этом кольцевой кулачок соединен с неподвижной частью колесного узла или образует ее часть,
причем вращающаяся часть содержит ободок (99) колеса,
причем между кольцевым кулачком и ободком колеса расположен подшипник (36).
2. Скважинный приводной модуль по п.1, в котором гидравлический двигатель представляет собой радиально-поршневой двигатель.
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 подшипник представляет собой шариковый подшипник или игольчатый подшипник.
6. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2 или 4, в котором подшипник представляет собой шариковый подшипник с четырехточечным контактом, двухрядный шариковый подшипник, двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник или однорядный радиально-упорный шариковый подшипник.
7. Скважинный приводной модуль по п.6, в котором колесный узел дополнительно содержит систему (95) планетарной передачи.
8. Скважинный приводной модуль по п.7, в котором система планетарной передачи содержится в корпусе гидравлического двигателя.
9. Скважинный приводной модуль по п.7 или 8, в котором вращающаяся секция гидравлического двигателя соединена с центральной шестерней (96) системы планетарной передачи.
10. Скважинный приводной модуль по п.7 или 8, в котором центральная шестерня (96) системы планетарной передачи приводит в движение множество планетарных шестерен (97), которые соединены через несущий элемент (37) для приведения в движение коронной шестерни (98) системы планетарной передачи.
11. Скважинный приводной модуль по п.10, в котором ободок колеса содержит коронную шестерню, обеспечивающую возможность для взаимодействия планетарных шестерен с ободком колеса и приведения его в движение.
12. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2, 4, 7, 8 или 11, в котором вращающаяся часть содержит ободок (99) колеса, закрытый с одного конца закрывающим элементом (26).
13. Скважинный приводной модуль по п.7 или 8, в котором вращающаяся секция гидравлического двигателя соединена с множеством планетарных шестерен (97), при этом планетарные шестерни приводятся в движение посредством вращающейся секции.
14. Скважинный приводной модуль по п.7 или 8, 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).
15. Скважинный приводной модуль по п.14, 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.
16. Скважинный приводной модуль по п.15, в котором вторые планетарные шестерни соединены посредством второго несущего элемента (137), который представляет собой часть вращающейся части (92), для обеспечения вращения части колесного узла.
17. Скважинный приводной модуль по любому из пп.1, 2, 4, 7, 8, 11, 15 или 16, 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.
18. Скважинная система, содержащая приводной модуль по любому из пп.1-17 и рабочий инструмент (12), соединенный с приводным модулем для продвижения в скважине или в стволе (5) 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 (5) скважины для продвижения собственно модуля и/или рабочего инструмента в скважине или в стволе скважины.
