本國(guó)際專利申請(qǐng)要求于2014年4月9日提交的題為“用于在鉆井孔中將工具對(duì)中的控制系統(tǒng)和方法”的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)No.14/249,209的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該專利申請(qǐng)?jiān)?014年11月25日作為美國(guó)專利No.8,893,808進(jìn)行公開，而該公開專利則是于2014年4月9日提交的題為“自對(duì)中井下工具”的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)No.14/249,092的分案申請(qǐng)并且要求其優(yōu)先權(quán)權(quán)益。通過引證將每個(gè)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于在鉆井孔中使用的工具，鉆井孔特別是用于水、油、氣、其他自然資源、處理井和公共管道而鉆取的鉆井孔。特別地，所公開的工具提供這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)檢測(cè)到工具在鉆井孔中變得卡住或者丟失(即與表面脫離)并且將工具在鉆井孔內(nèi)重新定位以提高重新獲得工具的可能性。

背景技術(shù)：

在鉆井孔的構(gòu)建過程中或者在鉆井孔完成之后，存在在鉆井孔中使用的多種類型的工具。無論工具的類型，總是存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)，即，無論鉆井孔是加套的或者開放的孔，工具都會(huì)在鉆井孔中變得卡住或者丟失/與表面脫離。當(dāng)工具在井下卡住或者丟失時(shí)，則隨手的鉆井孔操作會(huì)受到影響，從而需要花費(fèi)時(shí)間和金錢來補(bǔ)救。因此，期望的是盡可能合宜地取回工具。

先前，這些工具包括打撈或鎖定頭，其允許打撈工具或打撈筒安置并鎖定在打撈頭上。一旦鎖定，則可通過纜繩或其他類似方法(工具在初始時(shí)通過所述纜繩或其他類似方法被傳送到鉆井孔中)將打撈筒和接合的工具取回。

然而，新的鉆井孔鉆取和構(gòu)件技術(shù)使得使用打撈筒來取回工具變得更加具有挑戰(zhàn)性。例如，現(xiàn)在許多井都是定向鉆取的并且可具有非常高的傾斜度。在這些情況下，由于作用在工具上的重力的原因，工具可擱置在鉆井孔的底部或下側(cè)。由于工具的精確位置很可能是不可知的，因此通常非常難以使得打撈筒到達(dá)并鎖定在打撈頭。

先前解決該問題所做的努力采用各種對(duì)中器和機(jī)構(gòu)。然而，通常這些努力依賴于對(duì)中器的控制和致動(dòng)的粗略衡量。例如，美國(guó)專利No.3,087,552公開了酸溶性材料的使用，其在存在酸的情況下降解以觸發(fā)對(duì)中器。這種系統(tǒng)導(dǎo)致在給定時(shí)間段之后對(duì)中器的最終調(diào)用，然而精確的時(shí)間是不可預(yù)測(cè)的，因?yàn)槠湟罁?jù)酸的濃度、待溶解材料的可變性能等而變化。另外，酸必須在工具周圍作為“丸片”或“彈丸(slug)”保持就位必要長(zhǎng)的時(shí)間。為此就要求流體不能流動(dòng)，無論是在鉆井管道中或加套時(shí)在工具周圍的抑或是在生產(chǎn)操作過程中產(chǎn)生的流體。使流體流在工具周圍停止?jié)撛诘卦龃蟪杀?特別是在必須關(guān)井/壓井的情況下)以及增大鉆井孔穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)以及使工具卡住的風(fēng)險(xiǎn)。此外，這些系統(tǒng)對(duì)對(duì)中器是否真正需要調(diào)用是不敏感的。調(diào)用的對(duì)中器可導(dǎo)致多種問題，包括增大使工具卡住的風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)中器的調(diào)用不應(yīng)當(dāng)?shù)粢暂p心。

因此，需要這樣的工具，該工具可靠地使對(duì)中器機(jī)構(gòu)致動(dòng)，對(duì)中器會(huì)更加有利地將工具定位在鉆井孔內(nèi)，以便提高其被取回的可能性。

還需要這樣的工具，該工具包括對(duì)中器，該對(duì)中器能夠在設(shè)定條件下致動(dòng)，當(dāng)滿足特定參數(shù)時(shí)，無論使工具致動(dòng)的指令來自表面或者是由工具確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種用于在鉆井孔中使用的工具，包括具有殼體中線的殼體、外表面以及與外表面間隔開的內(nèi)表面。殼體包括從內(nèi)表面向外表面延伸的至少一個(gè)開口。該工具包括對(duì)中機(jī)構(gòu)，該對(duì)中機(jī)構(gòu)包括配置成至少部分地接收在開口內(nèi)的至少一個(gè)臂。該臂包括第一位置和第二位置。偏壓機(jī)構(gòu)接合至對(duì)中機(jī)構(gòu)并且配置成施加第一力，該第一力將對(duì)中結(jié)構(gòu)更確切地將臂從其第一位置向第二位置推進(jìn)。釋放機(jī)構(gòu)接合至對(duì)中機(jī)構(gòu)。釋放機(jī)構(gòu)從(a)鎖定位置機(jī)電致動(dòng)到(b)釋放位置，在鎖定位置中，釋放機(jī)構(gòu)配置成施加抵抗第一力的第二力以使得臂至少保持在第一位置中，而在釋放位置中，釋放機(jī)構(gòu)不施加第二力，從而允許偏壓機(jī)構(gòu)將臂向第一位置推進(jìn)。

在用于在鉆井孔中使用的工具的另一實(shí)施例中，工具包括帶有殼體中線的殼體、外表面以及與外表面間隔開的內(nèi)表面。對(duì)中機(jī)構(gòu)包括具有第一位置和第二位置的上行進(jìn)頭、以及具有第一端部和與所述第一端部間隔開的第二端部的至少一個(gè)臂。臂的第一端部樞轉(zhuǎn)地連接至上行進(jìn)頭，使得當(dāng)上行進(jìn)頭處于第一位置中時(shí)，第一端部和第二端部鄰近殼體中線。當(dāng)上行進(jìn)頭處于第二位置時(shí)，臂的第一端部鄰近殼體中線，而第二端部定位成徑向遠(yuǎn)離殼體中線。偏壓機(jī)構(gòu)包括接合至上行進(jìn)頭的第一端部以及與第一端部間隔開的第二端部。偏壓機(jī)構(gòu)的第二端部相對(duì)于殼體的內(nèi)表面固定。偏壓元件接合至偏壓機(jī)構(gòu)的第一端部和第二端部。釋放機(jī)構(gòu)接合至對(duì)中機(jī)構(gòu)的上行進(jìn)頭。釋放機(jī)構(gòu)從鎖定位置機(jī)電致動(dòng)到釋放位置，在鎖定位置中，釋放機(jī)構(gòu)將上行進(jìn)頭位置在其第一位置中，在釋放位置中，釋放機(jī)構(gòu)釋放上行進(jìn)頭，從而允許偏壓元件將上行進(jìn)頭向其第二位置推進(jìn)。

在用于在鉆井孔中使用的工具的另一實(shí)施例中，工具包括具有上行進(jìn)頭的對(duì)中機(jī)構(gòu)、以及具有第一端部和與所述第一端部間隔開的第二端部的至少一個(gè)臂。臂的第一端部樞轉(zhuǎn)地連接至上行進(jìn)頭。釋放機(jī)構(gòu)包括接合至上行進(jìn)頭的第一端部以及與第一端部間隔開的第二端部。偏壓機(jī)構(gòu)的第二端部相對(duì)于殼體的內(nèi)表面固定。偏壓元件接合至偏壓機(jī)構(gòu)的第一端部和第二端部。聯(lián)軸節(jié)(union)包括第二桿以及接合至上行進(jìn)頭的第一桿。當(dāng)機(jī)電釋放機(jī)構(gòu)處于鎖定位置時(shí)，機(jī)電釋放機(jī)構(gòu)抓持第二桿，而當(dāng)機(jī)電釋放機(jī)構(gòu)處于釋放位置時(shí)，釋放第二桿。

可選地，釋放機(jī)構(gòu)的實(shí)施例包括分裂線軸(split-spool)。

偏壓元件的實(shí)施例包括呈現(xiàn)出線性力/距離關(guān)系的偏壓元件。偏壓元件的其他實(shí)施例包括彈簧和線性致動(dòng)器中的至少一者。

還公開了用于工具的控制系統(tǒng)的實(shí)施例。除了所討論的工具的各種實(shí)施例之外，控制系統(tǒng)包括定位在工具上的第一傳感器，該第一傳感器檢測(cè)第一參數(shù)并且產(chǎn)生反映出第一參數(shù)的第一信號(hào)。可選地，控制系統(tǒng)包括至少第二傳感器，該第二傳感器檢測(cè)至少第二參數(shù)并且產(chǎn)生反映出第二參數(shù)的第二信號(hào)。記憶存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)操作程序，該操作程序配置成根據(jù)第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)?？刂破髋渲贸山邮諄碜缘谝粋鞲衅鞯牡谝恍盘?hào)和來自第二傳感器的第二信號(hào)中的至少一者、使操作程序運(yùn)行、以及將致動(dòng)信號(hào)傳輸給釋放機(jī)構(gòu)以使釋放機(jī)構(gòu)從鎖定位置轉(zhuǎn)變到釋放位置。至少一個(gè)電源對(duì)第一傳感器、第二傳感器、記憶存儲(chǔ)裝置以及控制器中的至少一者提供能量。

控制系統(tǒng)的另一實(shí)施例配置成計(jì)算致動(dòng)信號(hào)，該致動(dòng)信號(hào)用于使位于鉆井孔中的工具的部件致動(dòng)。第一傳感器檢測(cè)第一參數(shù)并且產(chǎn)生反映出第一參數(shù)的第一信號(hào)。至少第二傳感器檢測(cè)至少第二參數(shù)并且產(chǎn)生反映出第二參數(shù)的第二信號(hào)。記憶存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)操作程序，該操作程序根據(jù)第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)?？刂破髋渲贸山邮諄碜缘谝粋鞲衅鞯牡谝恍盘?hào)和來自第二傳感器的第二信號(hào)中的至少一者、使操作程序運(yùn)行、以及將致動(dòng)信號(hào)傳輸給部件。可選地，控制系統(tǒng)通過致動(dòng)信號(hào)致動(dòng)的部件是釋放機(jī)構(gòu)。

還公開了操作程序的實(shí)施例，操作程序用以根據(jù)反映出所檢測(cè)第一參數(shù)且由第一傳感器產(chǎn)生的第一信號(hào)以及反映出所檢測(cè)第二參數(shù)且由第二傳感器產(chǎn)生的第二信號(hào)中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)。致動(dòng)信號(hào)用于使位于鉆井孔中的工具的部件致動(dòng)。操作程序部分地包括記憶存儲(chǔ)裝置，記憶存儲(chǔ)裝置用以存儲(chǔ)操作程序以及在第一時(shí)間和隨后時(shí)間存儲(chǔ)第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一者。控制器配置成接收來自第一傳感器的第一信號(hào)和來自第二傳感器的第二信號(hào)中的至少一者、使操作程序運(yùn)行、以及將致動(dòng)信號(hào)傳輸給工具的部件。在一些實(shí)施例中，操作程序根據(jù)第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一者在第一時(shí)間和隨后時(shí)間的差異來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)信號(hào)使部件致動(dòng)，該部件為釋放機(jī)構(gòu)。

另外，公開了計(jì)算致動(dòng)信號(hào)的方法。這種方法的一個(gè)實(shí)施例是用于計(jì)算致動(dòng)信號(hào)，該致動(dòng)信號(hào)用于計(jì)算位于鉆井孔中的工具的部件?？蛇x地，工具包括第一傳感器和至少第二傳感器、以及存儲(chǔ)操作程序的記憶存儲(chǔ)裝置，操作程序用于計(jì)算致動(dòng)信號(hào)。控制器配置成接收來自第一傳感器的第一信號(hào)和來自第二傳感器的第二信號(hào)中的至少一者、使操作程序運(yùn)行、以及將致動(dòng)信號(hào)傳輸給部件。該方法自身包括檢測(cè)第一參數(shù)(通過第一傳感器)和第二參數(shù)(通過第二傳感器)中的至少一者。該方法進(jìn)一步包括產(chǎn)生代表第一參數(shù)的第一信號(hào)(通過第一傳感器)和代表第二參數(shù)的第二信號(hào)(通過第二傳感器)中的至少一者。在記憶存儲(chǔ)裝置上存儲(chǔ)在第一時(shí)間和在隨后時(shí)間的第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一者。根據(jù)第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一者在第一時(shí)間和隨后時(shí)間的差異來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)。該方法還包括將致動(dòng)信號(hào)傳輸給部件。在一些實(shí)施例中，由致動(dòng)信號(hào)致動(dòng)的部件為釋放機(jī)構(gòu)。

如在本文中使用的，“至少一者”、“一個(gè)或多個(gè)”以及“和/或”是開放性表述，它們?cè)谛Яι鲜沁B接性和分隔性的。例如，“A、B和C中的至少一者”、“A、B或C中的至少一者”、“A、B和C中的一個(gè)或多個(gè)”、“A、B或C中的一個(gè)或多個(gè)”這些表述中的每一個(gè)均表示A單獨(dú)，B單獨(dú)，C單獨(dú)，A和B一起，A和C一起，B和C一起，或者A、B和C一起。

本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例在附圖以及本文提供和權(quán)項(xiàng)體現(xiàn)的具體實(shí)施方式部分闡述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明內(nèi)容部分不包含一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的所有方面和實(shí)施例、不旨在以任何方式做出限制或限定，并且本文公開的一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明將由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解為包含各種改進(jìn)和修改。

通過下文討論，特別是與附圖一起進(jìn)行參照時(shí)，本發(fā)明的額外優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

圖1為位于鉆井孔中的工具的實(shí)施例。

圖2為圖1工具的實(shí)施例，其中對(duì)中機(jī)構(gòu)未調(diào)用。

圖3為圖1工具的實(shí)施例，其中對(duì)中機(jī)構(gòu)已調(diào)用。

圖4為圖2工具的部分截面A-A，其中對(duì)中機(jī)構(gòu)未調(diào)用。

圖5為圖2工具的部分截面A-A，其中對(duì)中機(jī)構(gòu)已調(diào)用。

圖6為處于鎖定位置的釋放機(jī)構(gòu)的實(shí)施例的透視圖。

圖7為圖6的處于釋放位置的釋放機(jī)構(gòu)的實(shí)施例的透視圖。

圖8為用于圖1工具的控制系統(tǒng)的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將進(jìn)一步描述本發(fā)明。在下文篇幅中，更具體地限定本發(fā)明的不同方面。除非另有明確指出，否則所限定的每個(gè)方面可與任一其他方面組合。特別地，表示為優(yōu)選或有利的任何特征可與表示為優(yōu)選或有利的任何其他一個(gè)或多個(gè)特征組合。

圖1所示為井架10，在該井架下方已穿過地層15鉆取鉆井孔20。鉆井孔20包括鉆井孔壁22、鉆井孔中線24和鉆井孔直徑26。鉆井孔直徑26在鉆井孔中線24上對(duì)中且徑向從其延伸，并且通常為形成鉆井孔的鉆頭的標(biāo)稱直徑。鉆井孔20可為開孔(即，僅僅地層15限定鉆井孔壁22)、或者加套孔(即，在該孔中鋼制管道或管限定鉆井孔壁22)。換言之，在鉆取鉆井孔時(shí)(在一些實(shí)施例中)、當(dāng)鉆取鉆井孔20之后且在加套之前、或者在鉆井孔20加套之后(如果其要加套的話)，工具100可位于鉆井孔20內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，鉆井孔可以指本領(lǐng)域已知的流出管線、管和其他管道。因此，盡管本申請(qǐng)中參照的是鉆井孔，然而相同特征適用于流出管線、管和其他管道。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，鉆井孔、鉆井孔中線和鉆井孔直徑等同地指代例如流出管線的孔、流出管線中線和流出管線直徑。這也適用于其他管和管道。

如所示出的，鉆井孔20為偏斜鉆井孔，該鉆井孔以不同于直接位于井架10下方的期望方向定向地鉆取。當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例適用于多種類型的鉆井孔，包括豎直、水平、大位移的鉆井孔，這些鉆井孔鉆取用于產(chǎn)生水、自然資源并且/或者僅僅制造例如使公共設(shè)施運(yùn)行的管道。

工具100位于鉆井孔20中。工具100通常為纜繩傳輸?shù)墓ぞ?，包括借助于鉆管、井下拖車和其他機(jī)構(gòu)傳輸?shù)墓ぞ?，其他機(jī)構(gòu)包括卷管和鋼絲繩。在一些實(shí)施例中，工具100配置成鉆鋌的一部分，諸如通常用于測(cè)量-鉆井和記錄-鉆井應(yīng)用中的鉆鋌。鑒于此，出于方便的目的，以下在纜繩工具的背景內(nèi)對(duì)工具100進(jìn)行討論。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所公開的每個(gè)元件是如何配置在鉆鋌和其他等同結(jié)構(gòu)內(nèi)的。

工具100包括延伸至表面系統(tǒng)30的通信線路102。如圖1所示，通信線路102是能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸給表面系統(tǒng)30和/或從表面系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的纜繩。盡管通信線路102示出為物理纜繩，然而其他通信纜繩落在本公開范圍內(nèi)，包括泥漿脈沖遙測(cè)裝置、連線鉆管、機(jī)電遙測(cè)裝置、聲學(xué)遙測(cè)裝置和其他類型的遙測(cè)裝置。

表面系統(tǒng)30通常包括位于試井車、記錄單元、測(cè)量-記錄-鉆井記錄單元等上的計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。表面系統(tǒng)30可選地包括發(fā)射器(例如電話、無線電和其他形式的機(jī)電傳輸、衛(wèi)星連接、以太網(wǎng)等)，該發(fā)射器能夠?qū)⑼ㄐ啪€路102延伸至遙遠(yuǎn)的表面系統(tǒng)。

在圖2和圖3中，工具100位于圖1的鉆井孔20內(nèi)。如注意到的，鉆井孔20在該實(shí)例中是偏斜的，因此為了參照，鉆井孔壁22包括高側(cè)22a和低側(cè)22b，其中高和低是相對(duì)于豎直而言，且更具體地是相對(duì)于重力矢量的豎直分量而言。在傾斜的足夠高的角度上，工具100將擱置在鉆井孔壁22的低側(cè)22b上。因此，工具100的殼體106的中線104與鉆井孔20的中線24間隔開。

如先前所討論的，存在將工具100進(jìn)一步在井下傳輸(即在所測(cè)量的更深的深度)的方法，諸如使用鉆井或其他流體將工具100向下泵送、使用鉆管或井下拖車傳輸工具100等等。

然而，當(dāng)工具100變得與特定形式的傳輸裝置脫離時(shí)(無論是由于意外事件還是有意為之)，出現(xiàn)了挑戰(zhàn)。在這種情況下，工具100擱置在鉆井孔20的低側(cè)22b上。該特定位置使得與工具100的第一端部107鄰近的可選打撈頭或鎖定頭108也位于低側(cè)22b上。(本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在打撈頭108下方可選地存在作為整個(gè)工具穿的一部分的震擊器(jar)和/或其他工具。出于清楚的目的，未示出這些可選部件。)當(dāng)工具100和打撈頭108擱置在低側(cè)22b上時(shí)，更加難以使得傳送至井下的打撈筒或鎖定機(jī)構(gòu)(未示出)鎖定在打撈頭108上。另外，由于工具100位于低側(cè)22b上，通常存在增大的風(fēng)險(xiǎn)，即，當(dāng)工具100隨著打撈頭108懸掛在護(hù)套上而例如從鉆井孔20的開孔部分被拉動(dòng)至加套孔部分時(shí)，工具100變得脫離。打撈頭108抵靠護(hù)套唇緣的定位可進(jìn)一步增大使打撈筒鎖定到打撈頭108上的難度。

在工具100變得脫離的情況下，至少一個(gè)臂110將延伸遠(yuǎn)離殼體中線106，通常延伸穿過殼體104中的開口112，如圖3所示。這樣，臂110使工具100升高，并且更確切地使工具100的殼體中線106朝向鉆井孔中線24。該動(dòng)作使得打撈頭108處于相對(duì)于傳送到井下以鎖定到打撈頭108上的任何打撈筒或鎖定機(jī)構(gòu)而言更有利的位置，這提高了打撈筒將成功鎖定到打撈頭108上的可能性。

轉(zhuǎn)到圖4，示出了工具100的一部分的截面圖。如注意到的，工具100包括殼體104，如纜繩工具中通常的情況，然而在其他實(shí)施例中-諸如測(cè)量-鉆井或記錄-鉆井工具-殼體可為鉆鋌。工具100可選地包括位于工具100的第二端部109處的連接部111，該第二端部與工具100的第一端部107間隔開。連接部111可為配置成將工具100接合至位于工具100下方的一個(gè)或多個(gè)額外工具的螺旋連接部。連接部111還可包括電接觸器和/或連接器，所述電接觸器和/或連接器允許能量和/或數(shù)據(jù)從工具100、連接線路102以及位于工具100下方的其他工具進(jìn)出的傳輸和/或接收。如果工具100下方?jīng)]有其他工具，則可在連接部111之上定位或接合有合適的端蓋。

殼體104還包括殼體中線106、外表面114和內(nèi)表面116，該內(nèi)表面與外表面114間隔開。

內(nèi)表面116至少部分地限定內(nèi)部空間117，在該內(nèi)部空間中可定位各種部件，要么直接位于其中要么位于可選彼此分離的特定壓力密封的室內(nèi)。在一些實(shí)施例中，諸如測(cè)量-鉆井或記錄-鉆井工具，內(nèi)部空間117可選地包括本領(lǐng)域已知的流動(dòng)路徑(未示出)以允許各種鉆井流體等的流動(dòng)并將它們與可定位在內(nèi)部空間117中的其他部件隔開。可選地，工具100包括對(duì)中機(jī)構(gòu)120、偏壓機(jī)構(gòu)140和釋放機(jī)構(gòu)160中的至少一者，它們中的任一者或全部可定位在工具100的內(nèi)部空間117內(nèi)，無論內(nèi)部空間是否是由一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)室形成。

可選地，在殼體104內(nèi)是至少一個(gè)(并且在一些實(shí)施例中是多個(gè))開口112，所述開口從內(nèi)表面116延伸至外表面114。開口112的形狀通常然而并非必要為臂110的尺寸和形狀。僅舉例而言，在壁110具有較薄的葉片狀輪廓的情況下，開口112可為槽孔。

工具100包括對(duì)中機(jī)構(gòu)120。對(duì)中機(jī)構(gòu)可選地包括上行進(jìn)頭130和至少一個(gè)臂110。在圖4的截面圖中示出了兩個(gè)臂110，然而可使用任意數(shù)量的臂。上行進(jìn)頭130和/或臂110且更一般而言是對(duì)中機(jī)構(gòu)120包括第一位置126和第二位置128(圖5)，其目的在下文中具體討論。

臂110通常配置成至少部分地接收在開口112內(nèi)。也即，在一些工具100的構(gòu)造中，臂110要么全部要么至少部分地縮回到殼體104中。然而在其他實(shí)施例中，臂110可僅僅接合至殼體104的外表面114而不縮回到殼體104中。

在所示實(shí)施例中，臂110具有較薄的葉片狀輪廓，然而臂的其他形狀和尺寸落在本公開范圍內(nèi)。例如，臂110可為桿或氣缸形、楔形、長(zhǎng)斜方形和其他類似形狀。

臂110包括第一端部122以及與第一端部122間隔開的第二端部124。臂110還包括第一位置126和第二位置128(圖5)。

臂110可選地在樞轉(zhuǎn)連接部132處樞轉(zhuǎn)地連接或接合至上行進(jìn)頭130。在其中臂110具有樞轉(zhuǎn)連接部132的實(shí)施例中，當(dāng)上行進(jìn)頭130和/或臂110處于第一位置126時(shí)，臂110的第一端部122和第二端部124鄰近殼體中線106。換言之，在第一位置126中該，臂110的第一端部122和第二端部124至少部分地縮回到工具100的殼體104中。當(dāng)然，臂110的其他實(shí)施例直接從工具100徑向延伸而非樞轉(zhuǎn)，諸如通過使用延伸氣缸、多連接機(jī)構(gòu)、楔等。

當(dāng)上行進(jìn)頭130和/或臂110處于第二位置128(圖5)時(shí)，臂110的第一端部122保持鄰近或靠近殼體中線106(例如，保持至少部分地位于殼體104內(nèi))。然而，臂110的第二端部124相比于第一端部122以遠(yuǎn)離殼體中線106的方式徑向延伸或定位。如果工具100位于鉆井孔20中該，則當(dāng)上行進(jìn)頭和/或臂110處于第二位置130時(shí)，臂110的第二端部124會(huì)朝向鉆井孔壁22延伸并且對(duì)其產(chǎn)生壓靠。在壓靠鉆井孔壁22時(shí)，臂110將殼體中線106朝向鉆井孔中線24推進(jìn)。(當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，其中臂110縮回的所謂第一位置126相反地也可稱為第二位置。類似地，其中臂110延伸的所謂第二位置128相反地也可稱為第一位置。因此，工具的默認(rèn)或失效安全位置是其中臂延伸或縮回的位置是不重要的。)

在一些實(shí)施例中，內(nèi)表面114的一部分113用于至少部分地保持臂110以防止在上行進(jìn)頭130和/或臂110處于第一位置126時(shí)的一般操作過程中延伸。

可選地，外表面114包括成角度的或傾斜的表面115。當(dāng)上行進(jìn)頭130和/或臂110從第一位置126被推進(jìn)或轉(zhuǎn)變到第二位置128時(shí)，成角度表面115接觸臂110的下表面123。這樣，成角度表面115對(duì)下表面123施加力，該力推進(jìn)臂110以遠(yuǎn)離殼體中線106的方式徑向延伸。

對(duì)中機(jī)構(gòu)120可選地包括聯(lián)軸節(jié)(union)134，該聯(lián)軸節(jié)將對(duì)中機(jī)構(gòu)120且更具體而言是將上行進(jìn)頭130接合至釋放機(jī)構(gòu)160。在一些實(shí)施例中，聯(lián)軸節(jié)134將與上行進(jìn)頭130接合的第一桿136接合至與釋放機(jī)構(gòu)160接合的第二桿138，如將在下文具體闡述的。第一桿136和第二桿138可為一端或兩端具有螺紋的桿和/或分別包括凸緣135和137?？蛇xO環(huán)139定位在干136和138中的一者或兩者周圍。

工具100在一些實(shí)施例中還包括偏壓機(jī)構(gòu)140。偏壓機(jī)構(gòu)140的第一端部141接合至對(duì)中機(jī)構(gòu)120。更具體而言，偏壓機(jī)構(gòu)140的第一端部141且更具體而言是下行進(jìn)頭142通過桿144接合至對(duì)中機(jī)構(gòu)120的上行進(jìn)頭130。

可選地，在一些實(shí)施例中，內(nèi)表面116包括肩部118或其他部分，下行進(jìn)頭142止擋在該頸部或其他部分上并且被防止進(jìn)一步向上行進(jìn)?？蛇x地包括O環(huán)119，用以提供支座和可選密封，并且用以減少下行進(jìn)頭142接觸肩部118的力。

偏壓機(jī)構(gòu)140還包括與第一端部141間隔開的第二端部143。第二端部143相對(duì)于工具100的內(nèi)表面116是固定的。例如，鎖定銷145可將第二端部143相對(duì)于內(nèi)表面116固定地接合。

偏壓機(jī)構(gòu)140還包括接合至偏壓機(jī)構(gòu)的第一端部141(具體而言是下行進(jìn)頭142)和第二端部143的偏壓元件150。偏壓元件配置成施加第一力152，該第一力將對(duì)中機(jī)構(gòu)120且更具體而言是上行進(jìn)頭130和/或臂110從它們的相應(yīng)第一位置126向第二位置128推進(jìn)。在工具100的默認(rèn)位置相反的其他實(shí)施例中，偏壓元件將對(duì)中機(jī)構(gòu)從第二位置128向第一位置126推進(jìn)。

在一些實(shí)施例中，偏壓元件150呈現(xiàn)出或包括線性力-距離關(guān)系，諸如遵循胡克定律。在其他實(shí)施例中，偏壓元件150為彈簧和線性致動(dòng)器中的至少一者。線性致動(dòng)器可包括各種類型的液壓或氣動(dòng)氣缸，該氣缸可在氣缸頭的一側(cè)或兩側(cè)上包括孔口，該孔口允許技術(shù)人員在表面處向氣缸添加或從氣缸移除流體。線性致動(dòng)器的其他實(shí)例包括線性驅(qū)動(dòng)器，諸如傳動(dòng)螺桿和其他已知類型。另外，可采用彈簧和線性致動(dòng)器的各種組合。例如，組合式偏壓元件150包括彈簧和液壓或氣動(dòng)氣缸。

可選地，偏壓機(jī)構(gòu)140包括允許工程人員向偏壓機(jī)構(gòu)140供應(yīng)流體的一個(gè)或多個(gè)孔口146，所述流體諸如為液壓流體、油、水、空氣或其他流體(無論是液態(tài)還是氣態(tài))。如所示出的，孔口146位于下行進(jìn)頭142與第二端部143之間。在該構(gòu)造中，可添加流體以將下行進(jìn)頭142向上推進(jìn)并且從而使偏壓元件150延伸。當(dāng)在表面處將臂110置于第一位置126時(shí)，特別是在包括能夠供應(yīng)較大力152的偏壓元件的實(shí)施例中，這樣的特征是有用的。一旦偏壓元件150延伸并且臂110由于釋放機(jī)構(gòu)160而鎖定在第一位置126時(shí)，工程人員可通過相同孔口146或另一孔口移除流體，從而在一旦使釋放機(jī)構(gòu)160致動(dòng)時(shí)允許偏壓元件150以上述和下述方式縮回。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，基于偏壓元件150的類型和定向，孔口或多個(gè)孔口146可定位在下行進(jìn)頭142上方、下方或者任一側(cè)上。

如注意到的，工具100包括釋放機(jī)構(gòu)160。可選地，釋放機(jī)構(gòu)160為機(jī)電操作或致動(dòng)的裝置，其相對(duì)于內(nèi)表面116是固定的。殼體162可選地覆蓋釋放機(jī)構(gòu)160的一部分或全部。

釋放機(jī)構(gòu)160通過前述聯(lián)軸節(jié)134以及桿136和138接合至對(duì)中機(jī)構(gòu)120，且更具體而言是接合至上行進(jìn)頭130。

釋放機(jī)構(gòu)160包括鎖定位置164，在該鎖定位置中，釋放機(jī)構(gòu)160將上行進(jìn)頭130和/或臂110維持在它們的第一位置126。在一些實(shí)施例中，釋放機(jī)構(gòu)160抓持或夾持第二桿138，以將上行進(jìn)頭130和/或臂110維持在它們的第一位置126。換種方式來說，在鎖定位置164中，釋放機(jī)構(gòu)160向?qū)χ袡C(jī)構(gòu)120施加第二力168，該第二力抵抗釋放機(jī)構(gòu)施加給對(duì)中機(jī)構(gòu)120的第一力152。這樣，釋放機(jī)構(gòu)將上行進(jìn)頭130和/或臂110維持在它們的第一位置126(或者在其中這些位置相反的實(shí)施例中是第二位置128)。

在接收到致動(dòng)信號(hào)207(圖8)時(shí)，釋放機(jī)構(gòu)160從鎖定位置164轉(zhuǎn)變到釋放位置166。然而，在釋放位置166，釋放機(jī)構(gòu)160釋放上行進(jìn)頭130和/或臂110，從而允許偏壓機(jī)構(gòu)140且特別是偏壓元件150將上行進(jìn)頭130和/或臂110朝向它們的第二位置128推進(jìn)。在一些實(shí)施例中，釋放機(jī)構(gòu)160在其轉(zhuǎn)變到其釋放位置166時(shí)釋放其對(duì)第二桿138的抓持。換種方式來說，在釋放位置166中，釋放機(jī)構(gòu)160不再施加第二力168，從而允許偏壓機(jī)構(gòu)140將上行進(jìn)頭130和/或臂110從它們的第一位置126向它們的第二位置128推進(jìn)(反之亦然)。

機(jī)電致動(dòng)或操作的釋放機(jī)構(gòu)160的實(shí)例為分裂線軸170，其實(shí)例在不具有殼體162的圖6和圖7中示出。這樣的分裂線軸釋放機(jī)構(gòu)160可從加利福尼亞州的庫珀互連卡馬里奧公司(Cooper Interconnect of Camarillo)購得。

圖6的分裂線軸170示出為處于鎖定位置164。彈簧加載的柱塞172鎖定在上線軸174與下線軸176之間的壓縮或待發(fā)(armed)位置。線178緊密纏繞或包裹在上線軸174和下線軸176上以將分裂線軸170的兩個(gè)半部保持在一起并且從而提供將彈簧加載的柱塞保持在鎖定位置164的必要壓縮力。在該位置中，分裂線軸170抓持第二桿138，該第二桿將釋放機(jī)構(gòu)160接合至對(duì)中機(jī)構(gòu)120。

為了使分裂線軸170從其鎖定位置164轉(zhuǎn)變到其釋放位置166，對(duì)電接觸器180中的一者或兩者施加通常為電流的致動(dòng)信號(hào)207。電接觸器180連接至連線182，該連線在接收到致動(dòng)信號(hào)207時(shí)打開。當(dāng)連線182打開，其釋放對(duì)線178的張力，該線則徑向伸展并且使得線178先前保持在上線軸174和下線軸176上的張力。

一旦分裂線軸170上的張力釋放，則彈簧加載的柱塞172通過向前移動(dòng)(即朝向上線軸174和下線軸176)而輔助上線軸174與下線軸176的分離。在釋放位置166，分裂線軸170釋放第二桿138，該第二桿則會(huì)在偏壓元件150的作用下并且在彈簧加載柱塞172向前移動(dòng)的幫助下朝向偏壓機(jī)構(gòu)140被推進(jìn)。

還公開了如下文描述和如圖8所示的控制系統(tǒng)200的實(shí)施例?？刂葡到y(tǒng)200適于控制工具100且更確切是控制釋放機(jī)構(gòu)160和對(duì)中機(jī)構(gòu)120的致動(dòng)。

控制系統(tǒng)200包括位于工具100上的第一傳感器202。第一傳感器200配置成檢測(cè)第一參數(shù)并產(chǎn)生反映出第一參數(shù)的第一信號(hào)201。控制系統(tǒng)200還可選地包括至少第二傳感器204。與第一傳感器202類似，第二傳感器204配置成檢測(cè)至少第二參數(shù)并產(chǎn)生反映出第二參數(shù)的第二信號(hào)203。在一些實(shí)施例中，第一傳感器202和第二傳感器204中的至少一者位于工具100上，并且更確切而言，傳感器202、204中的一者或兩者位于控制器206上。當(dāng)然，傳感器202、204可位于前述電接合至工具100的其他工具上，并且/或者通過表面系統(tǒng)30和通信線路102電接合至工具206。

第一傳感器202和第二傳感器204可選地選自各種已知傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，第一傳感器202和第二傳感器204選自由電阻率傳感器、功率傳感器、振動(dòng)傳感器、加速度計(jì)、壓力傳感器、聲學(xué)傳感器、電磁傳感器、伽馬射線傳感器、中子傳感器、磁力計(jì)-包括用作接箍定位器、溫度傳感器、流量傳感器(有時(shí)稱為微調(diào)器)以及其他已知類型的傳感器組成的組。

例如，第一傳感器202可包括電阻率/連續(xù)性傳感器，其配置成檢測(cè)在通信線路102上是否正在傳輸或接收通信和/或功率。在通信線路102斷開或短接的情況下，第一傳感器202檢測(cè)到通信線路102的連續(xù)性和/或電阻率的改變。

第二傳感器204可選地提供額外數(shù)據(jù)來確認(rèn)工具100是否移動(dòng)，特別是當(dāng)與第一傳感器202提供的數(shù)據(jù)相比較時(shí)。例如，加速度計(jì)提供工具正在移動(dòng)的指示。如果第一傳感器202是檢測(cè)到通信線路102的連續(xù)性改變的電阻率/連續(xù)性傳感器，這意味著通信線路102可能斷開，則控制系統(tǒng)200能夠從傳感器204查詢加速度計(jì)數(shù)據(jù)。如果加速度計(jì)表明工具100仍然在移動(dòng)，則控制系統(tǒng)200然后可推斷由傳感器202檢測(cè)到的連續(xù)性的丟失的原因并非是通信線路102的斷開(例如表面系統(tǒng)30的部件或工具100的另一電子部件的失效)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，用于所公開不同類型的傳感器、它們的等同物和本領(lǐng)域其他已知觸感器的數(shù)據(jù)通?？捎糜诖_認(rèn)來自第一傳感器202的數(shù)據(jù)以及工具100的狀態(tài)(例如卡住/自由、連接/斷開、受控移動(dòng)/自由下落)。

控制系統(tǒng)200還可包括記憶存儲(chǔ)裝置208，該記憶存儲(chǔ)裝置配置成存儲(chǔ)操作程序210，并且可選地存儲(chǔ)第一信號(hào)201和第二信號(hào)203，通常與時(shí)間標(biāo)識(shí)一起。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在記憶存儲(chǔ)裝置208中存儲(chǔ)第一信號(hào)201和/或第二信號(hào)203的能力允許根據(jù)時(shí)間并且在給定正確設(shè)備和深度的情況下記錄數(shù)據(jù)。因此，工具100實(shí)現(xiàn)除了更為傳統(tǒng)的記錄操作之外的記錄-打撈操作。所記錄的任何這種數(shù)據(jù)可通過通信線路102整體或部分傳送至表面并且/或者可選地在工具100返回表面時(shí)下載至表面系統(tǒng)30，無論工具100是從鉆井孔20打撈還是以工具100傳送到鉆井孔20中相同的方式返回。

記憶存儲(chǔ)裝置208包括各種類型可記錄媒介，包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、可刪除媒介、以及硬接線特定指令芯片以及其他已知類型。另外，記憶存儲(chǔ)裝置208可為獨(dú)立元件或者其可結(jié)合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或控制器206中，如下文所述。

操作程序210配置成計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207。致動(dòng)信號(hào)207依據(jù)第一信號(hào)201和第二信號(hào)203中的至少一者而變化。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)信號(hào)207根據(jù)在第一時(shí)間和隨后時(shí)間由控制器206接收和/或由控制器206從記憶存儲(chǔ)裝置208取回的第一信號(hào)201和/或第二信號(hào)203中的至少一者的差異來計(jì)算。記憶存儲(chǔ)裝置208可選地存儲(chǔ)致動(dòng)信號(hào)207。

作為操作程序210的實(shí)施例的實(shí)例，可使用由第一傳感器202產(chǎn)生的第一信號(hào)201，出于該實(shí)例的目的，第一傳感器為電阻率/連續(xù)性傳感器，其配置成檢測(cè)在通信線路102上是否正在傳輸或接收通信和/或功率。(當(dāng)然，相對(duì)于第一信號(hào)201而言，操作程序可以額外地或替換地使用第二信號(hào)203。)在通信線路102中出現(xiàn)中斷或短路的情況下，第一傳感器202檢測(cè)到通信線路102的連續(xù)性和/或電阻率的改變。第一信號(hào)201然后反映出第一時(shí)間的連續(xù)性/期望電阻率以及第二時(shí)間的連續(xù)性缺失/電阻率改變。

在這種情況下，操作程序210可確定工具100可能已變得與通信線路102脫離。在該時(shí)間點(diǎn)，操作程序210可計(jì)算或確定保證使對(duì)中機(jī)構(gòu)120致動(dòng)的致動(dòng)信號(hào)207?？商鎿Q地，操作程序210可等待額外的時(shí)間段來確定在相對(duì)于第一時(shí)間的隨后時(shí)間在第一信號(hào)201中進(jìn)一步出現(xiàn)的改變(如果有的話)，并且/或者其可使用諸如第二信號(hào)204和/或其他額外信號(hào)的其他數(shù)據(jù)來確定其是否應(yīng)當(dāng)計(jì)算和傳輸(通過控制器206)致動(dòng)信號(hào)207。

在其中第一信號(hào)201并非決定性的情況下，操作程序210可使用由第二傳感器204產(chǎn)生的第二信號(hào)203來提供額外數(shù)據(jù)。出于該實(shí)例的目的，假設(shè)第二傳感器為伽馬傳感器或伽馬射線傳感器，其配置成對(duì)鉆井孔20中的伽馬射線的存在進(jìn)行檢測(cè)和量化。如果工具100卡住(即并非正在移動(dòng))或者已與通信線路102脫離(即并非正在移動(dòng))，在第一時(shí)間和隨后時(shí)間測(cè)量的第二信號(hào)203中通常改變很少或不存在改變。該結(jié)果則進(jìn)一步表明工具100卡住或脫離，并且操作程序計(jì)算或確定應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生致動(dòng)信號(hào)207并且應(yīng)當(dāng)通過控制器206將致動(dòng)信號(hào)傳送給釋放機(jī)構(gòu)160。

作為替換實(shí)例，第二傳感器204可為用作接箍定位器的磁力計(jì)。第二信號(hào)203指示在短暫時(shí)間間隔內(nèi)快速出現(xiàn)磁力峰。這種形式的第二信號(hào)203表明磁力計(jì)/第二傳感器204快速穿過工具接頭和/或鉆管襯套和/或護(hù)套。該數(shù)據(jù)則表明工具100自由下落并且在與來自第一傳感器202的電阻率/連續(xù)性數(shù)據(jù)結(jié)合時(shí)，可決定性地認(rèn)為工具已脫離并且朝向鉆井孔20底部下落?？蓪?duì)任意數(shù)量的不同類型的傳感器和相關(guān)信號(hào)做出其他類似的這種計(jì)算。

在一些實(shí)施例中，操作程序210和/或控制器206可包括這樣的預(yù)防措施，其允許使用者在表面系統(tǒng)30處越過程序并指示操作程序210產(chǎn)生制動(dòng)信號(hào)207并通過控制器206傳輸給釋放機(jī)構(gòu)160，而無視第一傳感器202和/或第二傳感器204正在檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。

控制系統(tǒng)200還包括控制器206，諸如通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、精簡(jiǎn)指令組芯片以及其他已知類型的控制器和/或處理器?？刂破?06接收第一信號(hào)201和第二信號(hào)203中的至少一者，要么分別直接從第一傳感器202和第二傳感器204接收，要么從記憶存儲(chǔ)裝置208取回第一信號(hào)201和第二信號(hào)203，記憶存儲(chǔ)裝置先前已從第一傳感器202和第二傳感器204或者控制器206直接接收這些信號(hào)?？刂破?06額外地調(diào)用或運(yùn)行205操作程序210，以便計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207。控制器206然后將所計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207傳輸給釋放機(jī)構(gòu)160，以使釋放機(jī)構(gòu)160從其鎖定位置164轉(zhuǎn)變到其非鎖定位置166。在一些實(shí)施例中，引線或引出線管216將控制器206電接合至第一傳感器202、第二傳感器204、記憶存儲(chǔ)裝置208、電源212以及釋放機(jī)構(gòu)160中的至少一者。

控制系統(tǒng)200包括至少一個(gè)電源212，電源通過例如引線或引出線管214向第一傳感器202、第二傳感器204、記憶存儲(chǔ)裝置208和控制器206中的至少一者提供功率213。例如，電源202通常為化學(xué)電源，諸如位于工具100上的電池(可充電或其他)，然而電源也為位于其他位置。例如，電源212可為由表面系統(tǒng)30提供的電力源，其通過通信線路102將功率傳輸給工具100。在其他實(shí)施例中，電源212可位于工具100與之接合的另一工具上。例如，電源212可為接合至渦輪的電池和/或發(fā)電機(jī)，其將鉆井流體的流轉(zhuǎn)化成電力。

控制系統(tǒng)200的另一實(shí)施例配置成計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207，用于使位于鉆井孔20中的工具100的部件致動(dòng)。第一傳感器202位于工具100上并且檢測(cè)第一參數(shù)并產(chǎn)生反映出第一參數(shù)的第一信號(hào)201。至少第二傳感器204檢測(cè)至少第二參數(shù)并且產(chǎn)生反映出第二參數(shù)的第二信號(hào)203。記憶存儲(chǔ)裝置208存儲(chǔ)操作程序210，操作程序根據(jù)第一信號(hào)201和第二信號(hào)203中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207?？刂破?06配置成接收來自第一傳感器202的第一信號(hào)201和來自第二傳感器204的第二信號(hào)203中的至少一者，以使操作程序210運(yùn)行并且將致動(dòng)信號(hào)207傳輸給部件。至少一個(gè)電源212對(duì)第一傳感器202、第二傳感器204、記憶存儲(chǔ)裝置208和控制器206中的至少一者提供功率?？蛇x地，控制系統(tǒng)200使用致動(dòng)信號(hào)207致動(dòng)的部件是釋放機(jī)構(gòu)160，該釋放機(jī)構(gòu)控制對(duì)中機(jī)構(gòu)120，該對(duì)中機(jī)構(gòu)配置成使工具100的殼體中線106朝向工具100定位于其中的鉆井孔20的中線24移動(dòng)。

還公開了操作程序210的實(shí)施例，操作程序用以根據(jù)反映出所檢測(cè)第一參數(shù)且由第一傳感器202產(chǎn)生的第一信號(hào)201以及反映出所檢測(cè)第二參數(shù)且由第二傳感器204產(chǎn)生的第二信號(hào)203中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207。致動(dòng)信號(hào)207用于使位于鉆井孔20中的工具100的部件致動(dòng)。操作程序210部分地包括記憶存儲(chǔ)裝置208，用以存儲(chǔ)操作程序210并且用以存儲(chǔ)第一時(shí)間和隨后時(shí)間的第一信號(hào)201和第二信號(hào)203中的至少一者。控制器206配置成接收來自第一傳感器202的第一信號(hào)201以及來自第二傳感器204的第二信號(hào)203中的至少一者，運(yùn)行操作程序210，并且將致動(dòng)信號(hào)207傳輸給工具100的部件。至少一個(gè)電源212對(duì)記憶存儲(chǔ)裝置208和控制器206中的至少一者提供功率。在一些實(shí)施例中，操作程序210根據(jù)第一信號(hào)201和第二信號(hào)203中的至少一者在第一時(shí)間和隨后時(shí)間的差異來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)信號(hào)207使作為釋放機(jī)構(gòu)160的部件致動(dòng)，釋放機(jī)構(gòu)控制對(duì)中機(jī)構(gòu)120，對(duì)中機(jī)構(gòu)配置成使工具100的殼體中線106朝向工具100定位于其中的鉆井孔20的中線24移動(dòng)。

另外，公開了計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207的方法。這種方法的一個(gè)實(shí)施例是用于計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207，該致動(dòng)信號(hào)用于使位于鉆井孔20中的工具100的部件致動(dòng)?？蛇x地，工具100包括第一傳感器202和至少第二傳感器204以及記憶存儲(chǔ)裝置208，該記憶存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207的操作程序210。控制器206配置成接收由第一傳感器202產(chǎn)生的第一信號(hào)201以及由第二傳感器204產(chǎn)生的第二信號(hào)202中的至少一者，運(yùn)行操縱程序210，并且將致動(dòng)信號(hào)207傳輸給部件。至少一個(gè)電源212對(duì)第一傳感器202、第二觸感器204、記憶存儲(chǔ)裝置208和控制器206中的至少一者提供功率。

該方法本身包括檢測(cè)第一參數(shù)(通過第一傳感器202)和第二參數(shù)(通過第二傳感器204)中的至少一者。該方法進(jìn)一步包括產(chǎn)生代表第一參數(shù)的第一信號(hào)201(通過第一傳感器202)和代表第二參數(shù)的第二信號(hào)203(通過至少第二傳感204)中的至少一者。在記憶存儲(chǔ)裝置208上存儲(chǔ)第一時(shí)間和隨后時(shí)間的第一信號(hào)201和第二信號(hào)203中的至少一者。根據(jù)第一信號(hào)201和第二信號(hào)203中的至少一者在第一時(shí)間和隨后時(shí)間的差異來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)207。該方法還包括將致動(dòng)信號(hào)207傳輸給部件。在一些實(shí)施例中，由致動(dòng)信號(hào)207致動(dòng)的部件為釋放機(jī)構(gòu)160，該釋放機(jī)構(gòu)控制對(duì)中機(jī)構(gòu)120，對(duì)中機(jī)構(gòu)配置成使工具100的殼體中線106朝向工具100定位于其中的鉆井孔20的中線24移動(dòng)。

本發(fā)明在各個(gè)實(shí)施例中包括提供裝置和方法，在缺少在本文中或者在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中未描繪和/或描述的項(xiàng)目的情況下，包括缺少可能已經(jīng)用作先前裝置或方法中的項(xiàng)目，例如用于改進(jìn)性能、時(shí)間簡(jiǎn)易性和/或降低實(shí)施成本。

已出于示意和描述的目的給出本發(fā)明的前述討論。前文不旨在將本發(fā)明限定為本文公開的一種或多種形式。在前文的例如具體實(shí)施方式部分中，出于組織本公開的目的將本發(fā)明的各個(gè)特征組合到一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。本公開的該方法不應(yīng)當(dāng)解釋為呈現(xiàn)出這樣的發(fā)明，即所要求的發(fā)明需要比在每個(gè)權(quán)項(xiàng)中具體陳述特征更多的特征。相反，如所附權(quán)項(xiàng)所呈現(xiàn)的，發(fā)明方面在于臂單個(gè)前文公開實(shí)施例的所有特征更少的特征。因此，所附權(quán)項(xiàng)這里結(jié)合到該實(shí)施方式部分中，其中每個(gè)權(quán)項(xiàng)各自作為本發(fā)明的獨(dú)立優(yōu)選實(shí)施例。

此外，盡管本發(fā)明的描述已包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例以及特定變型和修改的描述，然而在理解本公開之后，其他變型和修改落在本發(fā)明范圍內(nèi)，例如入可落在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)和知識(shí)內(nèi)。旨在在允許的程度上獲得包括可替換實(shí)施例的權(quán)利，包括相對(duì)所要求的而言的替換、可更換和/或等同結(jié)構(gòu)、功能、范圍或步驟，無論這些替換、可更換和/或等同結(jié)構(gòu)、功能、范圍或步驟是否在本文公開，并且也無需旨在公然宣稱任何可專利主題。

額外權(quán)項(xiàng)附錄

1.一種操作程序，用于根據(jù)反映出所檢測(cè)第一參數(shù)且由第一傳感器產(chǎn)生的第一信號(hào)以及反映出所檢測(cè)第二參數(shù)且由第二傳感器產(chǎn)生的第二信號(hào)中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)，所述致動(dòng)信號(hào)用于使位于鉆井孔中的工具的部件致動(dòng)，所述工具初始通過通信線路連接至表面系統(tǒng)，所述操作程序包括：

記憶存儲(chǔ)裝置，用以存儲(chǔ)所述操作程序并且用以存儲(chǔ)第一時(shí)間和隨后時(shí)間的所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)中的至少一者；

控制器，配置成接收來自所述第一傳感器的第一信號(hào)和來自所述第二傳感器的第二信號(hào)中的至少一者、運(yùn)行所述操作程序、以及在所述工具與所述通信線路脫離時(shí)將所述致動(dòng)信號(hào)傳輸給所述部件；

至少一個(gè)電源，對(duì)所述記憶存儲(chǔ)裝置和所述控制器中的至少一者提供功率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作程序，其中，所述操作程序根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)中的至少一者在所述第一時(shí)間和所述隨后時(shí)間的差異來計(jì)算所述致動(dòng)信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作程序，其中，所述第一傳感器和所述至少第二傳感器中的至少一者選自由連續(xù)性傳感器、電阻率傳感器、功率傳感器、振動(dòng)傳感器、加速度計(jì)、壓力傳感器、聲學(xué)傳感器、電磁傳感器、伽馬射線傳感器、中子傳感器、磁力計(jì)、溫度傳感器以及流量傳感器組成的組。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作程序，其中，由所述致動(dòng)信號(hào)致動(dòng)的所述部件為釋放機(jī)構(gòu)，所述釋放機(jī)構(gòu)控制對(duì)中機(jī)構(gòu)，所述對(duì)中機(jī)構(gòu)配置成使工具的殼體中線朝向所述工具定位于其中的所述鉆井孔的中線移動(dòng)。

5.一種計(jì)算致動(dòng)信號(hào)的方法，所述致動(dòng)信號(hào)用于使位于鉆井孔中的工具的部件致動(dòng)，所述工具初始通過通信線路連接至表面系統(tǒng)，所述工具包括：第一傳感器和至少第二傳感器；記憶存儲(chǔ)裝置，存儲(chǔ)計(jì)算所述致動(dòng)信號(hào)的操作程序；控制器，配置成接收由所述第一傳感器產(chǎn)生的第一信號(hào)以及由所述第二傳感器產(chǎn)生的第二信號(hào)中的至少一者、運(yùn)行所述操作程序、以及將所述致動(dòng)信號(hào)傳輸給所述部件；以及至少一個(gè)電源，所述電源對(duì)所述第一傳感器、所述第二傳感器、所述記憶存儲(chǔ)裝置以及所述控制器中的至少一者提供功率，所述方法包括：

執(zhí)行通過所述第一傳感器檢測(cè)第一參數(shù)以及通過所述至少第二傳感器檢測(cè)第二參數(shù)中的至少一項(xiàng)；

執(zhí)行通過所述第一傳感器產(chǎn)生代表所述第一參數(shù)的所述第一信號(hào)以及通過所述至少第二傳感器產(chǎn)生代表所述第二參數(shù)的所述第二信號(hào)中的至少一項(xiàng)；

在所述記憶存儲(chǔ)裝置上在第一時(shí)間和隨后時(shí)間存儲(chǔ)所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)中的至少一者；

根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)中的至少一者在所述第一時(shí)間和所述隨后時(shí)間的差異來計(jì)算所述致動(dòng)信號(hào)；

在所述工具變得與所述通信線路脫離時(shí)將所述致動(dòng)信號(hào)傳輸給所述部件；以及

使所述部件致動(dòng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一傳感器和所述至少第二傳感器中的至少一者選自由連續(xù)性傳感器、電阻率傳感器、功率傳感器、振動(dòng)傳感器、加速度計(jì)、壓力傳感器、聲學(xué)傳感器、電磁傳感器、伽馬射線傳感器、中子傳感器、磁力計(jì)、溫度傳感器以及流量傳感器組成的組。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，由所述致動(dòng)信號(hào)致動(dòng)的所述部件為釋放機(jī)構(gòu)，所述釋放機(jī)構(gòu)控制對(duì)中機(jī)構(gòu)，所述對(duì)中機(jī)構(gòu)配置成使工具的殼體中線朝向所述工具定位于其中的所述鉆井孔的中線移動(dòng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述對(duì)中機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)臂，所述臂配置成至少部分地位于所述工具的外表面內(nèi)的開口內(nèi)，所述臂包括第一位置和第二位置，并且其中所述方法進(jìn)一步包括將所述臂從所述第一位置向所述第二位置推進(jìn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述工具進(jìn)一步包括偏壓機(jī)構(gòu)，所述偏壓機(jī)構(gòu)配置成將所述臂從所述第一位置向所述第二位置推進(jìn)。

10.一種用于在鉆井孔中使用的工具，所述鉆井孔包括鉆井孔壁、鉆井孔中線以及鉆井孔直徑，所述鉆井孔直徑在所述中線上對(duì)中并且以遠(yuǎn)離所述中線的方式徑向延伸，所述工具包括：

殼體，包括：

殼體中線；

外表面；

與所述外表面間隔開的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面限定至少一個(gè)內(nèi)部空間；

從所述內(nèi)表面向所述外表面延伸的至少一個(gè)開口；

對(duì)中機(jī)構(gòu)，包括：

配置成至少部分地接收在所述開口內(nèi)的至少一個(gè)臂；所述臂包括第一端部和第二端部，所述臂包括第一位置和第二位置；

偏壓機(jī)構(gòu)，接合至所述對(duì)中機(jī)構(gòu)，所述偏壓機(jī)構(gòu)配置成施加第一力，所述第一力以以下方式中的至少一種方式推進(jìn)所述至少一個(gè)臂：(a)從所述第一位置朝向所述第二位置，以及(b)從所述第二位置朝向所述第一位置；以及

釋放機(jī)構(gòu)，接合至所述對(duì)中機(jī)構(gòu)，所述釋放機(jī)構(gòu)機(jī)電地從(a)鎖定位置致動(dòng)到(b)釋放位置，在所述鎖定位置中，所述釋放機(jī)構(gòu)配置成施加抵抗所述第一力的第二力，以將所述至少一個(gè)臂維持在所述第一位置和所述第二位置中的至少一個(gè)位置中；在所述釋放位置中，所述釋放機(jī)構(gòu)不施加所述第二力，從而允許所述偏壓機(jī)構(gòu)將所述至少一個(gè)臂朝向所述第一位置和所述第二位置中的至少一個(gè)位置推進(jìn)。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，其中，所述對(duì)中機(jī)構(gòu)、所述偏壓機(jī)構(gòu)以及所述釋放機(jī)構(gòu)中的至少一者至少部分地設(shè)置在所述內(nèi)部空間內(nèi)。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，其中，所述工具進(jìn)一步包括通信線路，所述通信線路能夠執(zhí)行以下操作中的至少一項(xiàng)：將數(shù)據(jù)傳輸給表面系統(tǒng)以及從表面系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，其中，所述釋放機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括分裂線軸。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，其中，當(dāng)所述臂處于所述第一位置時(shí)，所述內(nèi)表面至少部分地保持所述至少一個(gè)臂。

15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，其中，所述對(duì)中機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括上行進(jìn)頭，并且所述至少一個(gè)臂進(jìn)一步包括第一端部以及與所述第一端部間隔開的第二端部，所述第一端部樞轉(zhuǎn)地連接至所述上行進(jìn)頭，使得當(dāng)所述至少一個(gè)臂處于所述第一位置時(shí)，所述第一端部和所述第二端部鄰近所述殼體中線，并且當(dāng)所述至少一個(gè)臂處于所述第二位置時(shí)，所述第一端部鄰近所述殼體中線，而所述第二端部以遠(yuǎn)離所述殼體中線的方式徑向定位。

16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，其中，所述偏壓機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括：

第一端部，接合至所述對(duì)中機(jī)構(gòu)；

與所述第一端部間隔開的第二端部，所述第二端部相對(duì)于所述內(nèi)表面是固定的；以及

偏壓元件，接合至所述偏壓機(jī)構(gòu)的所述第一端部和所述第二端部。

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工具，其中，所述偏壓元件包括線性力/距離關(guān)系。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工具，其中，所述偏壓元件包括彈簧和線性致動(dòng)器中的至少一者。

19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工具，其中，所述偏壓機(jī)構(gòu)將所述至少一個(gè)臂從所述第一位置朝向所述第二位置推進(jìn)。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的工具，其中，所述外表面包括成角度表面，使得當(dāng)所述至少一個(gè)臂被朝向所述第二位置推進(jìn)時(shí)，所述至少一個(gè)臂的下表面接觸所述成角度表面，從而推進(jìn)所述至少一個(gè)臂以遠(yuǎn)離所述殼體中線的方式徑向延伸。

21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的工具，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)臂處于所述第二位置時(shí)，所述至少一個(gè)臂壓靠所述鉆井孔壁并且將所述殼體中線朝向所述鉆井孔中線推進(jìn)。

22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，其中，所述工具包括纜繩傳送的工具。

23.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工具，進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：

位于所述工具上的第一傳感器，所述第一傳感器檢測(cè)第一參數(shù)并且產(chǎn)生反映出所述第一參數(shù)的第一信號(hào)；

至少第二傳感器，所述第二傳感器檢測(cè)至少第二參數(shù)并且產(chǎn)生反映出所述第二參數(shù)的第二信號(hào)；

用以存儲(chǔ)操作程序的記憶存儲(chǔ)裝置，所述操作程序配置成根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)；

控制器，配置成接收來自所述第一傳感器的所述第一信號(hào)以及來自所述第二傳感器的所述第二信號(hào)中的至少一者、運(yùn)行所述操作程序、以及將所述致動(dòng)信號(hào)傳輸給所述釋放機(jī)構(gòu)從而使所述釋放機(jī)構(gòu)從鎖定位置轉(zhuǎn)變到釋放位置；以及

至少一個(gè)電源，所述至少一個(gè)電源對(duì)所述第一傳感器、所述第二傳感器、所述記憶存儲(chǔ)裝置以及所述控制器中的至少一者提供功率。

24.一種用于在鉆井孔中使用的工具，所述鉆井孔包括鉆井孔壁、鉆井孔中線以及鉆井孔直徑，所述鉆井孔直徑在所述中線上對(duì)中并且以遠(yuǎn)離所述中線的方式徑向延伸，所述工具包括：

殼體，包括：

殼體中線；

外表面；

與所述外表面間隔開的內(nèi)表面；

對(duì)中機(jī)構(gòu)，包括：

上行進(jìn)頭，具有第一位置和第二位置；

至少一個(gè)臂，具有第一端部以及與所述第一端部間隔開的第二端部，所述第一端部樞轉(zhuǎn)地連接至所述上行進(jìn)頭，使得當(dāng)所述上行進(jìn)頭處于所述第一位置時(shí)，所述第一端部和所述第二端部鄰近所述殼體中線，并且當(dāng)所述上行進(jìn)頭處于所述第二位置時(shí)，所述第一端部鄰近所述殼體中線，而所述第二端部以遠(yuǎn)離所述殼體中線的方式徑向定位；

偏壓機(jī)構(gòu)，包括：

第一端部，接合至所述上行進(jìn)頭；

第二端部，與所述第一端部間隔開，所述第二端部相對(duì)于所述內(nèi)表面是固定的；

偏壓元件，接合至所述偏壓機(jī)構(gòu)的所述第一端部和所述第二端部；

以及

釋放機(jī)構(gòu)，接合至所述上行進(jìn)頭，所述釋放機(jī)構(gòu)機(jī)電地從鎖定位置致動(dòng)到釋放位置，在所述鎖定位置中，所述釋放機(jī)構(gòu)將所述上行進(jìn)頭維持在所述第一位置，在所述釋放位置中，所述釋放機(jī)構(gòu)釋放所述上行進(jìn)頭，從而允許所述偏壓元件將所述上行進(jìn)頭朝向所述第二位置推進(jìn)。

25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工具，其中，所述殼體進(jìn)一步包括從所述內(nèi)表面向所述外表面延伸的至少一個(gè)開口，并且其中所述至少一個(gè)臂至少部分地位于所述開口內(nèi)。

26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工具，其中，所述工具進(jìn)一步包括通信線路，所述通信線路能夠執(zhí)行以下操作中的至少一項(xiàng)：將數(shù)據(jù)傳輸給表面系統(tǒng)以及從表面系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)。

27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工具，其中，所述釋放機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括分裂線軸。

28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工具，其中，當(dāng)所述臂處于所述第一位置時(shí)，所述內(nèi)表面至少部分地保持所述至少一個(gè)臂。

29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工具，其中，所述偏壓元件包括彈簧和線性致動(dòng)器中的至少一者。

30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工具，其中，所述外表面包括成角度表面，使得當(dāng)所述至少一個(gè)臂被朝向所述第二位置推進(jìn)時(shí)，所述至少一個(gè)臂的下表面接觸所述成角度表面，從而推進(jìn)所述至少一個(gè)臂以遠(yuǎn)離所述殼體中線的方式徑向延伸。

31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工具，進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：

位于所述工具上的第一傳感器，所述第一傳感器檢測(cè)第一參數(shù)并且產(chǎn)生反映出所述第一參數(shù)的第一信號(hào)；

至少第二傳感器，所述第二傳感器檢測(cè)至少第二參數(shù)并且產(chǎn)生反映出所述第二參數(shù)的第二信號(hào)；

用以存儲(chǔ)操作程序的記憶存儲(chǔ)裝置，所述操作程序配置成根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)中的至少一者來計(jì)算致動(dòng)信號(hào)；

控制器，配置成接收來自所述第一傳感器的所述第一信號(hào)以及來自所述第二傳感器的所述第二信號(hào)中的至少一者、運(yùn)行所述操作程序、以及將所述致動(dòng)信號(hào)傳輸給所述釋放機(jī)構(gòu)從而使所述釋放機(jī)構(gòu)從鎖定位置轉(zhuǎn)變到釋放位置；以及

至少一個(gè)電源，所述至少一個(gè)電源對(duì)所述第一傳感器、所述第二傳感器、所述記憶存儲(chǔ)裝置以及所述控制器中的至少一者提供功率。

32.一種用于在鉆井孔中使用的工具，所述鉆井孔包括鉆井孔壁、鉆井孔中線以及鉆井孔直徑，所述鉆井孔直徑在所述中線上對(duì)中并且以遠(yuǎn)離所述中線的方式徑向延伸，所述工具包括：

對(duì)中機(jī)構(gòu)，包括：

上行進(jìn)頭，具有第一位置和第二位置；

至少一個(gè)臂，具有第一端部和與所述第一端部間隔開的第二端部，所述第一端部樞轉(zhuǎn)地連接至所述上行進(jìn)頭；

偏壓機(jī)構(gòu)，包括：

第一端部，接合至所述上行進(jìn)頭；

第二端部，與所述第一端部間隔開，所述第二端部相對(duì)于所述內(nèi)表面是固定的；

偏壓元件，接合至所述偏壓機(jī)構(gòu)的所述第一端部和所述第二端部；聯(lián)軸節(jié)，包括：

第一桿，接合至所述上行進(jìn)頭；

第二桿；以及

機(jī)電釋放機(jī)構(gòu)，所述機(jī)電釋放機(jī)構(gòu)在處于鎖定位置時(shí)抓持所述第二桿，并且所述機(jī)電釋放機(jī)構(gòu)在處于釋放位置時(shí)釋放所述第二桿。

33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的工具，其中，當(dāng)所述機(jī)電釋放機(jī)構(gòu)處于釋放位置時(shí)，所述釋放機(jī)構(gòu)將所述上行進(jìn)頭從第一位置向第二位置推進(jìn)。

34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的工具，進(jìn)一步包括殼體，所述殼體包括殼體中線、外表面以及與所述外表面間隔開的內(nèi)表面，并且其中當(dāng)所述上行進(jìn)頭處于所述第一位置時(shí)，所述至少一個(gè)臂的所述第一端部和所述第二端部鄰近所述殼體中線，并且當(dāng)所述上行進(jìn)頭處于所述第二位置時(shí)，所述至少一個(gè)臂的所述第一端部鄰近所述殼體中線，而所述至少一個(gè)臂的所述第二端部以遠(yuǎn)離所述殼體中線的方式徑向定位。

35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的工具，其中，所述殼體進(jìn)一步包括從所述內(nèi)表面向所述外表面延伸的至少一個(gè)開口，并且其中所述至少一個(gè)臂至少部分地位于所述開口內(nèi)。

36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的工具，其中，所述工具進(jìn)一步包括通信線路，所述通信線路能夠執(zhí)行以下操作中的至少一項(xiàng)：將數(shù)據(jù)傳輸給表面系統(tǒng)以及從表面系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)。

37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的工具，其中，所述釋放機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括分裂線軸。

38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的工具，其中，所述偏壓元件包括彈簧和線性致動(dòng)器中的至少一者。

39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的工具，其中，所述外表面包括成角度表面，使得當(dāng)所述至少一個(gè)臂被朝向所述第二位置推進(jìn)時(shí)，所述至少一個(gè)臂的下表面接觸所述成角度表面，從而推進(jìn)所述至少一個(gè)臂以遠(yuǎn)離所述殼體中線的方式徑向延伸。