具有鏈條導板的連續(xù)管道注入器頭的制作方法
【專利摘要】在用于處理用于插入井眼中和從井眼中收回的管道的注入器頭(30)中，當在至少一些條件下延伸時會易于振蕩的每個鏈條環(huán)(12)的路徑的未夾緊部分(22)被鏈條導板(44)約束。當鏈條被鏈輪(16)以環(huán)路驅動時該鏈條導板使鏈條能夠自由地移動，但是當沿著其路徑的一個或更多個部分移動時減弱或防止在鏈條環(huán)(12)中產(chǎn)生振蕩，其中在其他情況下鏈條不被壓抵于管道或被鏈輪或張緊件約束。
【專利說明】具有鏈條導板的連續(xù)管道注入器頭
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于將管道插入井眼中并從井眼收回管道的管道注入器。
【背景技術】
[0002]許多年以來連續(xù)管道油井介入在石油生產(chǎn)行業(yè)中是已知的。非常長的(通常15，000英尺)的小直徑(一般為1.5英寸)鋼質管道通過纏繞在大卷盤上而被處理，這種管道被取名為連續(xù)管道。這種管道卷盤不能用作絞車卷筒，因為作為絞車使用時所涉及的應力將毀壞管道。在石油行業(yè)中一種認可的解決方案是在需要時將管道從卷盤拉出并且使它繞過彎曲導向弓形結構或“鵝頸”，以便使它在與井眼共同的豎直軸線上。為了控制管道進出井眼的路程，一種所謂的連續(xù)管道注入器頭的裝置在導向弓形結構的下方被臨時安裝在井口上。通過利用注入器頭，管道的重量和有效載荷在井口處從近似直線的管道減去，只留下必要的小拉力以用于使管道整齊地纏繞于管道卷盤。連續(xù)管道注入器的例子包括在美國專利號5，309, 990,6, 059, 029和6，173，769中示出和描述的連續(xù)管道注入器，所有這些連續(xù)管道注入器通過參考結合于此。連續(xù)管道注入器頭也能夠被用于使得筆直連接管行進進出井眼。在這里大體提及的“管道”應當解釋為包括連續(xù)管道和連接管，除非上下文中另外清楚地指出。
[0003]連續(xù)管道外部齊平并且因此非常適合于通過壓力保持密封件或填料盒插入充氣油井中，這意味著這種充氣油井具有井口壓力，如果不密封將噴射液體。在常規(guī)的連續(xù)管道應用中，當在深井中時，注入器頭需要能夠提升或拉起40，000磅或更重的管道重量和有效載荷。在進入井眼的行程的開始和結束處還需要能夠壓住或停住20，000磅或更重的管道重量和有效載荷，以克服填料盒摩擦和井口壓力。通過管道卷盤驅動系統(tǒng)來控制卷繞張力并且該卷繞張力近似保持恒定，而不管注入頭是使得管道行進進井還是出井，或不管管道是被拉起還是被停住。與管道的重量和在井眼中由管道攜帶的有效載荷相比，卷繞張力是無關緊要的，并且對于管道的整體性沒有危害。管道在油井中通常行進到很深的深度，并且然后在較短的距離上重復地循環(huán)以安排化學處理或操作工具以校正或增強該井眼。正是通過對注入器頭的仔細控制，連續(xù)管道操作者操縱管道深度和速度，以實現(xiàn)編程的任務。
[0004]為了使注入器頭能夠操縱管道，注入器頭必須夾住管道并且然后同時移動夾緊裝置以便在井眼內移動管道。雖然達到這種目的的其他方法是已知的，但是用于油井介入和打眼所用的注入器頭利用多個用于夾緊管道的鏈條環(huán)。有許多注入器頭的例子。大多數(shù)依賴于滾子鏈條和配合的鏈輪形式作為從驅動軸到鏈條環(huán)組件的傳輸驅動的裝置。滾子鏈條不昂貴、非常牢固并且是撓性的。還有，當滾子鏈條與夾具——它有時候包括被安裝在運送器上的可移動的夾緊元件或塊一組裝時，得到了笨重的子組件，在一些應用中其需要以每分鐘高達300英尺的表面速度移動、圍繞驅動器和張緊輪鏈輪快速改變方向。
[0005]圖1是示意地示出作為用于使得管道進出油井和氣井的注入器頭的代表性例子的注入器頭的基本部件。盡管可以使用多于兩個的鏈條環(huán)，但是在這個例子中該注入器頭包括兩個閉合的或首尾相連的鏈條環(huán)12。每個閉合的或首尾相連的鏈條環(huán)12經(jīng)由與滾子鏈節(jié)嚙合的安裝的鏈輪16由驅動軸14移動，所述滾子鏈節(jié)形成總的鏈條環(huán)組件的一部分。每個鏈條環(huán)12具有設置在其上的多個夾緊塊(block)。當每個鏈條環(huán)運動通過預定的路徑運動時，在基本直線且平行的長度上鄰近其它鏈條環(huán)的每個鏈條環(huán)的部分一其也是其路徑沿著管道18的部分——被一些裝置(例如，液壓推動的滾子和鏈組件20)朝著管道18推動，使得沿著鏈條環(huán)路徑的這部分的夾具(可以叫做夾緊部分、夾緊長度或夾緊區(qū)域)接合管道18并且被推抵于管道18，因而在夾具和連續(xù)管道之間產(chǎn)生摩擦力，這導致牢固夾緊。與沿著鏈條環(huán)的路徑的夾緊部分的鏈條不同，在驅動鏈輪16和空轉鏈輪24之間延伸的每個環(huán)12的未夾緊長度22，在這個說明性的例子中，基本上不被支撐并且僅僅被居中安裝的張緊件26控制。但是，許多現(xiàn)代的注入器在未接合長度上省去中心張緊件，并且實際上通過調節(jié)底部空轉鏈輪24控制鏈條環(huán)張緊。

【發(fā)明內容】

[0006]具體說，在有時候稱之為毛細管的小直徑連續(xù)管道的布設期間，在鏈條環(huán)運動所沿的沒有為了夾緊被偏置的路徑部分內能夠產(chǎn)生振蕩。鏈條環(huán)的這些路徑部分以及這些路徑部分中在任何給定時間所存在的鏈條環(huán)部分被叫做自由的、未夾緊的或未被偏置的部分。在這種布設中，操作速度比在較大管道的情況下的操作速度高。鏈條振蕩使注入器頭粗野地行進，具有伴隨的噪音、降低的管道控制性以及減少的使用壽命。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果沒有足夠的振蕩阻尼，則增加鏈條的張力將增加振蕩的頻率，并且因此無法解決這個問題。通過增加承重而增大鏈條張力對于注入器頭也是有害的，其導致減少的效率、增加的磨損率以及減少的使用壽命。
[0007]在下面描述的注入器頭的代表性的例子中，其由被安裝在鏈輪上的多個鏈條環(huán)構成，至少一個鏈條環(huán)沿著該鏈條環(huán)的路徑的自由的或未被偏置的部分由鏈條導板支撐。鏈條導板的支撐減弱或基本防止鏈條振蕩而不必增加鏈條張力，否則當注入器頭在一些條件下操作時這種鏈條振蕩能夠發(fā)生或將會發(fā)生。
[0008]在注入器頭的一個例子中，鄰近其他鏈條環(huán)在鏈輪之間延伸的多個鏈條環(huán)中每個的路徑的筆直部分被偏置，以便導致在鏈條上的夾具抵靠鏈條環(huán)之間的管道的摩擦接合，以便夾緊該管道并且使其能夠輸送進出井筒。在鏈輪的與被偏置鏈條部分不同的另一側上，每個鏈條路徑的未被偏置部分(即，當至少在一些條件下行進時容易振蕩的部分)被鏈條導板約束。在一個實施例中，該鏈條導板基本上延伸在鏈輪之間的鏈條環(huán)的未被偏置部分的全部長度。當鏈條被鏈輪驅動成環(huán)時鏈條導板使鏈條能夠自由移動，但是減弱或防止沿著在其他情況下未被壓緊在管道上或未被鏈輪或張緊件約束的其路徑的一個或更多個部分的鏈條環(huán)振蕩的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出現(xiàn)有技術中見到的一般類型的典型連續(xù)管道注入器頭的基本部件。
[0010]圖2以等軸投影圖示出用于連續(xù)管道注入器的框架的實施例，其具有結合到機器框架中的連續(xù)彎曲的鏈條導板表面。
[0011]圖3示出包括圖2框架的代表性連續(xù)管道注入器的等軸投影圖。
[0012]圖4是圖3的代表性連續(xù)管道注入器的等軸投影剖視圖。[0013]圖5示出與圖2、圖3和圖4的連續(xù)管道注入器一起使用的代表性鏈條環(huán)組件的一段，示出前面具有夾緊元件后面具有滾動元件的滾子鏈條。
[0014]圖6A和圖6B是示出用于鏈條的自由部分的連續(xù)彎曲導向表面提供分布的徑向力的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]在下面的描述中，自始至終，相同的附圖標記指代相同的或相似的元件。附圖不按比例繪制并且各個實施例的一些方面可以夸張地或以示意的形式示出。
[0016]參考圖2、圖3、圖4和圖5，連續(xù)管道注入器頭30具有許多和圖1的注入器頭10相同的基本元件，并且因此，對于相似的元件使用相同的附圖標記。但是，利用相同的附圖標記并不意味著完全相同。注入器頭30包括多個首尾相連的或閉合的鏈條環(huán)12，其被安裝成沿著細長閉合回路或路徑運動。在這個例子中，每個鏈條環(huán)路徑鄰近其他鏈條環(huán)路徑的一個區(qū)段實際上是筆直的，從而使得當一段細長管道在鏈條環(huán)之間時能夠接合這段管道。沿著這部分路徑的鏈條被設置成使得被置于鏈條上的夾緊元件被偏置朝向彼此，以致它們被法向力壓抵于被插入鏈條環(huán)之間的管道。這部分路徑和沿著這部分路徑的這段鏈條可以被叫做夾緊或被偏置部分、長度、區(qū)域或節(jié)段。用于偏置的機構或系統(tǒng)可以包括，例如，類似于圖1的示例性注入器頭10的偏置裝置20。圖3和圖4所示的偏置系統(tǒng)包括作用在壓力棒32上的液壓撞錘32，其也被叫做滑動件。不試圖暗示具體的形式或結構或壓力棒或滑動件。它可以是單個的元件或由多個元件構成。在這個具體的例子中，撞錘一起拉動對置壓力棒。對于本文中描述的發(fā)明目的，用于使鏈條上的夾緊元件被推動或被壓抵于管道的任何機構或結構將與這個例子或上面給出的其他例子基本上是等價的。
[0017]現(xiàn)在參考圖5，在這個例子中，鏈條環(huán)12具有包括滾子鏈條的類型，其由滾子鏈節(jié)36構成，且具有被安裝在銷子40上的夾緊元件38。一個或更多個夾緊元件可以是如下類型，例如，包括被連接于鏈條中的一個銷子40的運送器部分以及以可運動方式附接于或結合于運送器的夾具。夾具38具有形狀做成用于接合管道的部分40。在每個夾緊元件的背面安裝有滾子42的形式滾動元件。滾動元件被定位成便于鏈條組件沿著壓力棒34的自由運動。在被連接到鏈條的夾緊元件38的背側上的滾子42沿著壓力棒滾動，從而導致夾緊元件38被壓抵于被捕獲在鏈條之間的管道，并且因此形成增加夾緊元件和管道之間的摩擦力的法向力，從而允許鏈條環(huán)能夠夾緊其間的管道并且通過鏈條的運動將管道運輸進出井筒?？商娲?，滾子可以被偏置裝置承載。
[0018]現(xiàn)在回到圖2至圖5，在所示的實施例中，滾子42還被定位成沿著鏈條導板滾動。鏈條導板是細長構件44的形式，其約束每個鏈條環(huán)12的路徑的未夾緊或未被偏置部分22。所示的鏈條導板的實施例是連續(xù)彎曲的并且被定位成使得它在其路徑長度上接觸鏈條環(huán)的這部分，在該路徑長度上它不被壓抵于管道或不夾緊管道或者不以其他方式被鏈輪或張緊件約束，從而結束靠近在頂部的驅動鏈輪16和在底部的空轉/張緊鏈輪24。細長彎曲構件可以由例如一個或更多個鋼板制造。每個夾具背面上的滾子42沿著該彎曲構件44滾動。而且，這個具體的導板是以及被結合到機器框架46中的結構元件的例子。形成所示導板的細長彎曲構件被焊接于框架。機器框架從在該框架頂部的由液壓馬達48驅動的載重驅動軸14，分別傳送到在底部的樞轉和載荷點48和50。通過使載荷傳輸與鏈條導板結合，框架46減小或最小化兩個功能的空間和質量要求。
[0019]參考圖6A和圖6B，例如圖1至圖5所示的，注入器頭的每個鏈條環(huán)12，包括具有分配質量的柔性受拉構件。在其整個長度上的任何點均保持恒定的拉力。如果該構件具有恒定的截面和材料，則它將使其質量沿著其長度均勻分布。鏈條將具有抗彎曲性，不過這會是非常低的。這種構件的質量、柔性、長度和張力結合在一起提供振蕩機構。較高的質量和較長的長度會降低振蕩的頻率；較大的張力則增加振蕩的頻率。一旦產(chǎn)生振蕩，則這個系統(tǒng)中的振蕩將持續(xù)到其能量被摩擦耗盡。
[0020]連續(xù)柔性受拉構件從筆直路徑的任何偏轉均導致近似垂直于拉力的壓縮載荷。相反，如果沒有偏轉，將沒有力。圖6A示出在頂部和底部被輕微偏轉54約束的鏈條12的圖。在引起偏轉的約束之間的鏈條56的長度是重要的并且可能經(jīng)受振蕩。圖6B示出了頻繁小偏轉58的實施例，這是由從頂部到底部分布的沿鏈條的路徑被放置的多個約束所引起的，從而近似于柔性受拉構件的連續(xù)彎曲路徑。當沿著長度提供足夠數(shù)目的約束時，該系統(tǒng)將不再具有能夠被環(huán)境激勵的頻率。沿著其長度提供頻繁小偏轉會充分約束或控制鏈條，使得由鏈條的環(huán)境引起的振蕩被有效地阻止而不必顯著地增加鏈條上的張力。
[0021]圖2至圖5中的鏈條導板13提供鏈條環(huán)的連續(xù)彎曲路徑并且具有被結合到框架中的優(yōu)點。還有，這種導板非常適合于具有被安裝在其背側的滾動元件的滾子鏈條。但是，沿著鏈條的自由部分的長度提供足夠數(shù)目的約束的多種結構能夠代替它。一個例子包括能夠被間隙間隔開的兩個或多于兩個的彎曲節(jié)段，它們一同近似于連續(xù)彎曲路徑。另一個例子包括例如以支承表面形式的多個離散定位的約束，或對于沒有滾動元件的鏈條而言，適當?shù)亻g隔開的或適當?shù)胤植家苑乐弓h(huán)境引起在約束之間延伸的鏈條的未支撐部分的振蕩的滾子。
[0022]由所附權利要求限定的本發(fā)明不限于所描述的實施例，實施例僅僅作為想要的例子。在不脫離本發(fā)明的情況下對于所公開的實施例可以進行改變和修改。在本說明書中所用的術語的含義，除非另外明確地指出，旨在具有一般的和常用的含義而不是想要被限制在舉例說明的或描述的結構或實施例的細節(jié)。
【權利要求】
1.一種用于輸送管道進出井眼的注入器頭，包括: 彼此相鄰地設置的多個鏈條環(huán)，至少一個所述鏈條環(huán)被驅動，并且每個所述鏈條環(huán)具有被置于其上的多個夾緊元件；所述多個鏈條環(huán)被設置成用于夾緊被約束在所述鏈條之間的管道并且通過所述鏈條環(huán)沿著細長閉合路徑的運動而移動所述管道，所述路徑具有夾緊部分，沿著所述夾緊部分所述鏈條上的夾緊元件被壓向彼此；和 鏈條導板，其用于在所述路徑的所述夾緊部分的外側、沿著其路徑的未夾緊部分的其他自由節(jié)段約束多個鏈條中的一個的運動；所述鏈條導板以沿著所述路徑的所述未夾緊部分的所述自由節(jié)段的至少多個點約束所述鏈條的運動，所述多個點被間隔開以便有效地防止所述鏈條的所述自由節(jié)段的振蕩。
2.根據(jù)權利要求1所述的注入器頭，其中所述鏈條導板由沿著所述多個鏈條中的所述至少一個的所述路徑的所述未夾緊部分的至少一部分延伸的連續(xù)彎曲構件構成。
3.根據(jù)權利要求2所述的注入器頭，其中所述鏈條導板被結合作為所述注入器頭的框架的一部分。
4.根據(jù)權利要求1所述的注入器頭，其中所述鏈條導板由沿著所述鏈條的所述自由的未夾緊部分間隔開的多個約束構成。
5.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的注入器頭，其中所述多個鏈條環(huán)中的每個由多個滾子構成，每個所述夾緊元件在其背后具有所述多個滾子中的一個。
6.根據(jù)權利要求1至5中任何一項所述的注入器頭，對于所述多個鏈條中的每個，還包括，用于沿著其路徑的所述夾緊部分將所述鏈條壓抵于管道的裝置。
7.根據(jù)權利要求1至5中任何一項所述的注入器頭，還包括沿著所述多個鏈條環(huán)中的每個的所述路徑的所 述部分設置的壓力棒，以用于沿著所述路徑的夾緊部分對所述鏈條環(huán)施加力。
8.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的注入器頭，其中所述多個鏈條中的每個被安裝在一對間隔開的鏈輪上，因而，在所述鏈輪的相應軸線之間延伸的直線的一側上，在所述鏈輪之間形成其路徑的實際筆直的夾緊部分，沿著該夾緊部分所述多個鏈條環(huán)中的每個被偏置，并且在所述路徑的所述鏈輪部分的軸線之間的所述直線的另一側上使得至少一部分自由并且形成所述自由的未夾緊部分。
9.一種用于輸送管道進出井眼的注入器頭，包括: 鄰近彼此設置的多個鏈條環(huán)，至少一個所述鏈條環(huán)被驅動，并且每個所述鏈條環(huán)具有被置于其上的多個夾緊元件；所述多個鏈條環(huán)被設置成用于夾緊被約束在所述鏈條之間的管道并且通過所述鏈條環(huán)沿著細長閉合路徑的運動而移動所述管道； 用于沿著其路徑的夾緊部分將所述多個鏈條環(huán)中的每個偏置向其他鏈條的偏置裝置，從而在所述鏈條環(huán)上的所述夾緊元件和被約束在所述鏈條之間的管道之間能夠產(chǎn)生較大摩擦力；和 用于在其路徑的被偏置的加緊部分的外側、沿著在其路徑的至少一個節(jié)段未的夾緊部分約束所述多個鏈條中的至少一個的運動的約束裝置，當運輸管道進出井眼時所述約束裝置有效地防止所述至少一個鏈條環(huán)的該部分沿著所述路徑的所述未夾緊部分的振蕩。？
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10.根據(jù)權利要求9所述的注入器頭，其中所述約束裝置至少由沿著所述路徑的所述未夾緊部分間隔開的多個約束點構成，當所述注入器頭被操作時防止在所述約束點之間引起的振湯。
11.根據(jù)權利要求10所述的注入器頭，其中所述多個約束至少近似彎曲路徑。
12.根據(jù)權利要求10所述的注入器頭，其中所述多個約束點包括至少一個細長彎曲構件。
13.根據(jù)權利要求9所述的注入器頭，其中如果未被所述約束裝置約束，則所述多個鏈條中的至少一個的所述路徑的所述未被偏置的未夾緊部分的至少一個節(jié)段在使用期間易于振蕩。
14.一種用于操作用來處理插入和拔出井眼的管道的注入器頭的方法，包括: 驅動鄰近彼此設置的多個鏈條環(huán)中的至少一個，每個所述鏈條環(huán)具有被置于其上的多個夾緊元件；所述多個鏈條環(huán)被設置成用于夾緊被約束在所述鏈條之間的管道并且通過所述鏈條環(huán)沿著細長閉合路徑的運動而移動所述管道；和 在被推抵于所述管道的其路徑的夾緊部分的外側、沿著其路徑的至少一個未被偏置的未夾緊部分約束所述多個鏈條中的至少一個的運動，從而當輸送管道進出井眼時在允許所述鏈條沿著其路徑運動的同時減弱所述鏈條沿著所述路徑的所述未被偏置的未夾緊部分的振蕩。
15.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中沿著其路徑的所述至少一個未被偏置的未夾緊部分約束所述多個鏈條中的至少一個的運動至少包括沿著所述路徑的所述未夾緊部分間隔開的多個約束點，當操作所述注入器頭時在所述約束點之間引起的振蕩被減弱。
16.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述多個約束至少近似彎曲路徑。`
17.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述多個約束由至少一個彎曲細長構件構成。
【文檔編號】E21B19/22GK103890309SQ201280052196
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年8月31日 優(yōu)先權日:2011年9月2日
【發(fā)明者】T·J·戈達德 申請人:美國國民油井華高公司