具有帶行星齒輪系統(tǒng)的液壓馬達的井下驅(qū)動單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于插入井中的井下驅(qū)動單元（11），該井下驅(qū)動單元包括：驅(qū)動單元殼體（51）；液壓馬達（23），其包括液壓馬達殼體（93）；輪組件（90），其包括靜止部分（91）和旋轉(zhuǎn)部分（92），靜止部分與驅(qū)動單元殼體連接并與旋轉(zhuǎn)部分可旋轉(zhuǎn)地連接，輪組件包括用于與井中的內(nèi)壁接觸并與旋轉(zhuǎn)部分連接或形成其一部分的輪環(huán)（99）。輪組件還包括液壓馬達（23），使得靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分構(gòu)成液壓馬達殼體，該液壓馬達包括與旋轉(zhuǎn)部分連接以使輪組件的一部分旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段（84）。此外，輪組件包括被容納在液壓馬達殼體中的行星齒輪系統(tǒng)（95）并且液壓馬達包括通過行星齒輪系統(tǒng)驅(qū)動輪環(huán)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段。本發(fā)明還涉及一種包括驅(qū)動單元的井下系統(tǒng)和這種驅(qū)動單元的應(yīng)用。
【專利說明】具有帶行星齒輪系統(tǒng)的液壓馬達的井下驅(qū)動單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于插入井中的井下驅(qū)動單元，該井下驅(qū)動單元包括:驅(qū)動單元殼體；液壓馬達，其包括液壓馬達殼體；輪組件，其包括靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分，靜止部分與驅(qū)動單元殼體連接并與旋轉(zhuǎn)部分可旋轉(zhuǎn)地連接。本發(fā)明還涉及一種包括驅(qū)動單元的井下系統(tǒng)和這種驅(qū)動單元的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]當在井下井中操作時，用于操作的工具可能無法自行下潛。一些工具在盤管的前部定位并通過在井中進一步向下推動管而被向前驅(qū)動。其它工具借助線纜降下到井中，并且重力因此將確保該工具下潛。因此，并非所有工具都能夠在井中移動并因此需要通過另外的工具在井中向前移動。特別地，在井的水平部分中就是這種情況，因為重力不可能有助于移動。
[0003]已出于該目的開發(fā)了若干工具，尤其是在履帶上運行的工具。然而，該工具具有它無法始終將其基腳保持在井的更加不平坦的部分上的缺點，并在一些情況下這種工具不可能通過兩個井管相遇但未抵接因此留下間隙的位置。另一種工具具有借助滾子鏈條驅(qū)動并且全部由一個馬達驅(qū)動的輪。然而，如果馬達不能驅(qū)動所有輪，則工具不能再自行驅(qū)動。井具有障礙物并且一個輪無法被驅(qū)動跨越該障礙物就可能是這種情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的以上劣勢和缺點。更具體地，一個目的是提供一種用于使操作工具在井的全部部分中而且還在具有諸如21/8英寸的小內(nèi)徑的井中向前移動的改進的井下工具。
[0005]將從以下描述變得顯而易見的上述目的以及眾多其它的目的、優(yōu)勢和特征由一種用于插入井中的井下驅(qū)動單元通過根據(jù)本發(fā)明的方案來實現(xiàn)，所述井下驅(qū)動單元包括:
[0006]-驅(qū)動單元殼體，
[0007]-液壓馬達，其包括液壓馬達殼體，以及
[0008]-用于在井中向前驅(qū)動該驅(qū)動單元的輪組件，包括靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分，靜止部分與驅(qū)動單元殼體連接并與旋轉(zhuǎn)部分可旋轉(zhuǎn)地連接，該輪組件包括用于與井中的內(nèi)壁接觸并與旋轉(zhuǎn)部分連接或形成旋轉(zhuǎn)部分的一部分的輪環(huán)，
[0009]輪組件還包括液壓馬達，使得靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分構(gòu)成液壓馬達殼體，液壓馬達包括與旋轉(zhuǎn)部分連接以使輪組件的一部分旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段，
[0010]其中，輪組件還包括被容納在液壓馬達殼體中的行星齒輪系統(tǒng)并且液壓馬達包括經(jīng)該行星齒輪系統(tǒng)驅(qū)動輪環(huán)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段。
[0011 ] 在另一實施例中，一種用于插入井中的井下驅(qū)動單元可包括
[0012]-驅(qū)動單元殼體，
[0013]-包括液壓馬達殼體的液壓馬達，以及[0014]-用于在井中向前驅(qū)動該驅(qū)動單元的輪組件，其包括靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分，靜止部分與驅(qū)動單元殼體連接并與旋轉(zhuǎn)部分可旋轉(zhuǎn)地連接，
[0015]該輪組件還包括液壓馬達，使得靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分構(gòu)成液壓馬達殼體，液壓馬達包括與旋轉(zhuǎn)部分連接以使輪組件的一部分旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段，
[0016]其中，輪組件還包括被容納在液壓馬達殼體中的行星齒輪系統(tǒng)并且液壓馬達包括與行星齒輪系統(tǒng)的恒星齒輪連接或形成恒星齒輪的一部分的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段。
[0017]在液壓馬達與待旋轉(zhuǎn)的輪部分之間具有行星齒輪系統(tǒng)通過降低液壓馬達的轉(zhuǎn)速而獲得更大的轉(zhuǎn)矩。
[0018]通過將行星齒輪系統(tǒng)直接布置在液壓馬達殼體中，輪沿著其旋轉(zhuǎn)軸線的寬度相對于配置在液壓馬達殼體外部的行星齒輪系統(tǒng)顯著減小。小的輪寬度提供了驅(qū)動單元的較小直徑，從而使驅(qū)動單元能夠進入直徑也較小的井。
[0019]通過將馬達封裝在輪組件中的液壓馬達殼體中，可避免滾子鏈條或履帶。通過具有被封閉的殼體，來自驅(qū)動單元在其中自行推進的井流體的污物不會卡滯在鏈條或履帶中從而破壞輪的功能。
[0020]在一個實施例中，輪組件可被懸置在驅(qū)動單元殼體中。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的井下驅(qū)動單元還可包括可相對于驅(qū)動單元殼體在縮回位置與突出位置之間移動的臂組件，并且該臂組件可與輪組件的靜止部分連接或者可形成該靜止部分的一部分。
[0022]此外，根據(jù)本發(fā)明的井下驅(qū)動單元還可包括布置在驅(qū)動單元殼體中以使臂組件在縮回位置與突出位置之間移動的臂啟動組件。
[0023]在一個實施例中，驅(qū)動單元可包括若干個臂組件，每個臂組件在一端中與驅(qū)動單元殼體連接并且在另一端中與輪組件連接。
[0024]通過將馬達直接設(shè)置在輪中，每個輪可獨立于驅(qū)動單元的其它輪向前驅(qū)動該驅(qū)動單元。當通過障礙物時，最接近障礙物的臂組件隨著其它輪向前驅(qū)動該驅(qū)動單元而被壓向驅(qū)動單元殼體。因此，驅(qū)動單元能夠通過井或套管中的大多數(shù)障礙物。此外，當通過例如兩個管狀套管之間的間隙時，未位于間隙中的輪向前驅(qū)動該驅(qū)動單元，并且因此驅(qū)動單元能夠在井的幾乎全部部分中自行推進。
[0025]通過具有可縮回到驅(qū)動單元殼體中的可動臂組件，驅(qū)動單元能夠如上所述通過障礙物并且驅(qū)動單元能夠在具有在比臂不可移動的情況下大的范圍內(nèi)變化的內(nèi)徑的井中向前自行推進。當執(zhí)行操作時，臂組件縮回到殼體中并且通過拖曳連接到驅(qū)動單元的線纜而從井移開驅(qū)動單元。
[0026]在一個實施例中，輪環(huán)可通過封閉部件從一端封閉。
[0027]而且，可旋轉(zhuǎn)區(qū)段可與行星齒輪系統(tǒng)的恒星齒輪連接或形成恒星齒輪的一部分。
[0028]此外，行星齒輪系統(tǒng)可包括由輪環(huán)或封閉部件構(gòu)成的齒圈。
[0029]所述行星齒輪裝置可包括接合恒星齒輪和齒圈的多個行星齒輪，行星齒輪借助靜止的托架部件互連。
[0030]另外，托架部件可與靜止部分靜止地連接。
[0031]此外，輪環(huán)可包括封閉部件。
[0032]可旋轉(zhuǎn)區(qū)段可包括行星齒輪系統(tǒng)的驅(qū)動多個行星齒輪的第一恒星齒輪，所述多個行星齒輪經(jīng)與輪環(huán)連接或被包括在輪環(huán)中的托架部件連接，靜止部分可包括行星齒輪系統(tǒng)的齒圈，并且齒圈可接合行星齒輪。
[0033]而且，液壓馬達的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段可與多個行星齒輪連接并且行星齒輪可由可旋轉(zhuǎn)區(qū)段驅(qū)動。
[0034]在一個實施例中，靜止部分可包括行星齒輪系統(tǒng)的恒星齒輪。
[0035]在另一實施例中，旋轉(zhuǎn)部分可包括輪環(huán)并且可由行星齒輪驅(qū)動。
[0036]此外，液壓馬達的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段可包括行星齒輪系統(tǒng)的第一恒星齒輪并且第一恒星齒輪可驅(qū)動經(jīng)托架部件連接的多個第一行星齒輪。
[0037]行星齒輪系統(tǒng)的所述托架部件可驅(qū)動多個第二行星齒輪并且托架部件可包括接合并驅(qū)動第二行星齒輪的恒星齒輪。
[0038]另外，第二行星齒輪可借助第二托架部件連接，第二托架部件是旋轉(zhuǎn)部分的用于使輪組件的一部分旋轉(zhuǎn)的一部分。
[0039]第二托架部件可與輪組件的旋轉(zhuǎn)部分連接或者可以是旋轉(zhuǎn)部分的一部分。
[0040]而且,靜止部分可包括行星齒輪系統(tǒng)的接合第一行星齒輪和第二行星齒輪的齒圈。
[0041]此外，上述臂組件可包括輪臂并且該輪臂可包括用于經(jīng)靜止部分向液壓馬達提供流體和從液壓馬達提供流體的流體通道。
[0042]此外，液壓缸體(cylinder block)可包括流體通道，該流體通道適合布置成與輪臂中的流體通道對齊，以使得流體從輪臂被引導(dǎo)到液壓缸體中的缸。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的井下驅(qū)動單元還可包括用于給液壓馬達提供流體的泵。
[0044]在一個實施例中，該液壓馬達可以是徑向活塞馬達。
[0045]此外，該液壓馬達可包括與輪組件的靜止部分連接或形成該靜止部分的一部分的凸輪環(huán)。
[0046]在另一實施例中，可旋轉(zhuǎn)區(qū)段可以是液壓缸體。
[0047]所述液壓缸體可包括布置成與輪臂中的流體通道對齊以使得流體從輪臂被引導(dǎo)到液壓缸體中的缸的流體通道。
[0048]在又一實施例中，液壓馬達可包括可在液壓缸體中的缸內(nèi)移動的活塞。
[0049]此外，具有若干個臂組件的驅(qū)動單元可具有縱向中心軸線并且臂組件可與驅(qū)動單元殼體連接，驅(qū)動單元殼體與中心軸線和中心軸線的相對側(cè)具有一定距離。當具有至少三個臂組件時，它們沿著中心軸線呈之字形圖案布置在一個平面內(nèi)。
[0050]此外，驅(qū)動單元可連接到線纜并且臂組件可與驅(qū)動單元的縱向軸線成小于90°的角度從驅(qū)動單元殼體突出。臂組件可相對于線纜面向后。
[0051]本發(fā)明還可涉及一種井下系統(tǒng)，該井下系統(tǒng)包括驅(qū)動單元和與驅(qū)動單元連接以在井或井眼中被向前移動的操作工具。
[0052]所述操作工具可以是沖擊工具、鑰匙工具(key tool )、銑削工具、鉆削工具、測井
工具等。
[0053]最后，本發(fā)明涉及驅(qū)動單元在井或井眼中的應(yīng)用，其用于在井或井眼中向前自行移動和/或使操作工具向前移動?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0054]下文將參考所附示意圖更詳細地描述本發(fā)明及其諸多優(yōu)勢，附圖為了說明的目的而示出了一些非限制性的實施例，并且其中
[0055]圖1示出井中的井下工具,諸如驅(qū)動單元，
[0056]圖2在另一視圖中示出圖1所示的輪，
[0057]圖3示出井中的另一井下工具，諸如驅(qū)動單元，
[0058]圖4在另一視圖中示出圖3所示的輪，
[0059]圖5示出臂啟動組件，
[0060]圖6A示出圖1所示的輪的截面圖，
[0061]圖6B示出圖6A的輪的另一截面圖，
[0062]圖7A示出圖3所示的輪的另一實施例的截面圖，
[0063]圖7B示出圖6A的輪的另一截面圖，
[0064]圖8示出輪的另一實施例的截面圖，
[0065]圖9示出井下系統(tǒng)，
[0066]圖10示出輪的又一實施例的截面圖，
[0067]圖11示出輪的另一實施例的一部分的截面圖，
[0068]圖12示出輪的另一實施例的截面圖，
[0069]圖13示出包括雙齒輪的輪的另一實施例的截面圖，
[0070]圖14示出輪的又一實施例的截面圖，以及
[0071]圖15示出輪內(nèi)的液壓馬達的另一部分截面圖。
[0072]所有附圖均為高度示意性的且不一定按比例繪制，并且它們僅示出闡明本發(fā)明所需的那些部分，其它部分被省略或僅進行提示。
【具體實施方式】
[0073]圖1示出在地層2的井或井眼5中布置在具有內(nèi)部4的套管6中的井下工具10，諸如驅(qū)動單元11。該井下工具通過經(jīng)由頂部連接器13與工具連接的線纜9被提供動力。該井下工具在向驅(qū)動液壓泵18的電動馬達17供電之前還包括具有模式轉(zhuǎn)換電子裝置15和控制電子裝置16的電子區(qū)段。在圖1中，該井下工具是具有輪組件90被懸掛地連接在其中的驅(qū)動單元殼體51的驅(qū)動單元11。驅(qū)動單元11被分為若干區(qū)段54并與補償裝置20連接，所述補償裝置用于補償驅(qū)動單元內(nèi)的壓力，使得高壓不會引起驅(qū)動單元殼體向外鼓出或向內(nèi)塌陷。
[0074]如圖1所示,輪組件90的一部分從驅(qū)動單元殼體51突出并且另一部分如圖2所示保持在驅(qū)動單元殼體中的槽117中。輪組件90包括靜止部分91和旋轉(zhuǎn)部分92。靜止部分91與驅(qū)動單元殼體51連接并與旋轉(zhuǎn)部分92可旋轉(zhuǎn)地連接。
[0075]在圖3中，井下工具也是具有驅(qū)動單元殼體51的驅(qū)動單元11，在所述驅(qū)動單元殼體中，臂組件60借助來自液壓泵18的流體沿著驅(qū)動單元11的縱向軸線相對于驅(qū)動單元殼體51在縮回位置與突出位置之間移動。在圖3中，臂組件60被示出處于其突出位置。如圖4所示，臂組件60的一部分從驅(qū)動單元殼體51突出并且另一部分與輪組件90連接。輪組件90包括靜止部分91和旋轉(zhuǎn)部分92。靜止部分91與臂組件60連接并與旋轉(zhuǎn)部分92可旋轉(zhuǎn)地連接。
[0076]臂組件60借助如虛線所示布置在驅(qū)動單元殼體51中的臂啟動組件41在突出和縮回位置之間移動進出驅(qū)動單元殼體51。臂啟動組件41由液壓泵驅(qū)動以使臂組件60移動通過液壓缸42c。驅(qū)動單元11通常用于在執(zhí)行操作時使操作工具移動到井中的特定位置或僅僅在井中向前移動，諸如在測量流體和地層數(shù)據(jù)時使測井工具向前移動以優(yōu)化從井產(chǎn)生油流體。另一操作工具12還可以是在一次或多次沖擊中提供軸向力的沖擊工具、開啟或關(guān)閉井中的閥的鑰匙工具、諸如套管接箍定位器(CCL)的定位工具、銑削工具或鉆削工具等。操作工具經(jīng)連接器14連接。
[0077]驅(qū)動單元11可插入井中并自行向前推進，并且因此能夠使操作工具在井中向前移動。為了能夠自行推進和推進操作工具，驅(qū)動單元包括若干個輪組件90，每個輪組件在臂處于其突出位置時布置在臂組件60的第一端88中，該第一端88最遠離最接近驅(qū)動單元殼體51的端部89,如圖4所示。輪組件包括靜止部分91和旋轉(zhuǎn)部分92。靜止部分91與臂組件連接或形成臂組件的一部分并與旋轉(zhuǎn)部分可旋轉(zhuǎn)地連接。旋轉(zhuǎn)部分92與輪環(huán)99固定地連接或形成其一部分，所述輪環(huán)是輪組件90的與套管6或井眼4的內(nèi)表面接觸的最外部的部分。輪組件圍繞輪旋轉(zhuǎn)軸線33旋轉(zhuǎn)。為了在井中自行向前推進，每個輪組件90包括液壓馬達23。液壓馬達23具有液壓馬達殼體93和與旋轉(zhuǎn)部分92連接以使輪組件90的一部分旋轉(zhuǎn)并因此在井中向前驅(qū)動輪環(huán)99和驅(qū)動單元11的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84。在其外側(cè)，輪環(huán)99具有凹陷部110以獲得套管壁或井眼壁中的更好夾持，如圖2和4所示。輪環(huán)99還可具有任意其它摩擦增強裝置，諸如尖物或凹槽，并且輪環(huán)可包括由橡膠、彈性體等制成的摩擦增強裝置。
[0078]在圖5中，示出了布置在如圖1所示的驅(qū)動單元殼體51中以使臂組件在縮回位置與突出位置之間移動的臂啟動組件。臂組件被緊固在曲柄部件71的一端上，所述曲柄部件如箭頭所示圍繞旋轉(zhuǎn)軸線32旋轉(zhuǎn)。該端部相對于殼體以可旋轉(zhuǎn)的方式連接，并且曲柄部件的另一端借助在活塞殼體45中移動的活塞47而沿著驅(qū)動單元11的縱向軸線移動?；钊柚ㄟ^泵經(jīng)通道80供給的液壓流體沿第一方向移動并借助彈簧部件44沿相反的第二方向移動。
[0079]圖6A和6B示出圖1和2中的輪組件的截面圖。如圖所示，輪組件90包括液壓馬達23，該液壓馬達包括液壓馬達殼體93，使得靜止部分91和旋轉(zhuǎn)部分92構(gòu)成液壓馬達23的液壓馬達殼體93。液壓馬達23包括與旋轉(zhuǎn)部分92連接以使輪組件90的一部分旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84。輪組件90還包括被容納在液壓馬達殼體93中的行星齒輪系統(tǒng)95，并且液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84借助螺釘87與行星齒輪系統(tǒng)95的恒星齒輪96連接。
[0080]圖7A和7B示出如圖3和4所示布置在臂組件的一端中的輪組件90的截面圖，其中該輪組件還包括液壓馬達23，其中靜止部分91和旋轉(zhuǎn)部分92構(gòu)成液壓馬達23的液壓馬達殼體93。
[0081]在圖6A-8中，液壓馬達23是徑向活塞馬達，其中可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84是具有缸83的液壓缸體，在所述缸83中，至少四個活塞82相對于輪組件90的輪旋轉(zhuǎn)軸線徑向移動。臂組件60包括輪臂81并且輪臂包括用于經(jīng)輪組件90的靜止部分91往來于液壓馬達23提供流體的流體通道85。液壓馬達23的液壓馬達殼體93由輪組件90的靜止部分91和旋轉(zhuǎn)部分92構(gòu)成。輪組件90包括從一端111封閉輪環(huán)的封閉部件26，并且液壓馬達23因此被輪臂81、輪環(huán)99、封閉部件26和密封部件27封裝在它們之間，以提供密封連接和充分緊密的液壓馬達殼體。這樣，驅(qū)動單元周圍的井流體被保持在液壓馬達殼體93之外。液壓馬達23因此被容納在與輪組件相同的殼體中，使得馬達殼體和輪殼體為同一殼體和因此同一流體腔室。本發(fā)明的方案因此非常緊湊，以便帶有輪組件90的臂組件60當在驅(qū)動單元殼體51中縮回時僅僅占用很小的空間，使得當在驅(qū)動單元的臂60的端部存在輪時驅(qū)動單元的直徑和因此井下工具的直徑不會顯著增大。
[0082]驅(qū)動單元11具有如圖1所示的單元直徑Du,并且輪組件90或輪61具有如圖2所示的輪直徑Dw和寬度W，寬度W小于1/2單元直徑，優(yōu)選小于1/3單元直徑，更優(yōu)選小于1/4
單元直徑。
[0083]液壓馬達23包括形成輪組件90的靜止部分91的一部分的凸輪環(huán)24。在圖6A和7A中，活塞在缸中移動并被來自液壓缸體84中的流體通道86的液壓流體向外迫壓。這歸咎于以下事實:圖4A和5A中的靜止部分91中的流體通道85布置成與液壓缸體84中的流體通道86相對，使得流體流入缸的背面中并向外迫壓活塞。液壓缸體84中的其它活塞通過凸輪環(huán)中的凸角沿反方向移動，從而如圖4B和5B所示迫使活塞回到缸中。在圖4B和5B中，靜止部分91中的其它流體通道85布置成與缸的前部相對，使得缸中的流體可被清空并且活塞朝液壓缸體84的中心移動。這樣，液壓缸體旋轉(zhuǎn)。凸輪環(huán)24因此是靜止的并且液壓缸體使輪組件90的旋轉(zhuǎn)部分92旋轉(zhuǎn)。在凸輪環(huán)24的外側(cè)在輪環(huán)99與靜止部分91之間布置有滾珠軸承36A，從而使輪環(huán)99能夠旋轉(zhuǎn)。
[0084]此外，在輪組件90的靜止部分91的突出軸112與液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84之間布置有滾珠軸承36B。該軸靜止地布置在液壓缸體的內(nèi)部并形成輪臂81的一部分或與輪臂81連接。滾珠軸承36B布置在軸周圍和液壓馬達體中的凹部中。
[0085]在圖6A-7B中，封閉部件26借助螺釘被緊固在輪環(huán)99上，但可以任意其它合適的方式被緊固。封閉部件26具有與液壓缸體中的凹部匹配的凹陷部，以將旋轉(zhuǎn)力從液壓缸體傳遞至輪環(huán)99。在圖4A和4B中，液壓缸體經(jīng)由封閉部件26驅(qū)動輪環(huán)。封閉部件26可以任意其它合適的方式被緊固以傳遞來自液壓缸體的旋轉(zhuǎn)力。在圖6中，封閉部件26借助布置在輪環(huán)99的凹槽114中的卡環(huán)113被緊固在輪環(huán)99上，以保持封閉部件的突出的凸緣115被牢固地緊固在輪環(huán)99上。在封閉部件26的凸緣與輪環(huán)99之間布置有用于密封馬達殼體的密封部件116。
[0086]在圖6A和6B中，行星齒輪系統(tǒng)95包括借助螺釘緊固在可旋轉(zhuǎn)的液壓缸體上的恒星齒輪96。恒星齒輪96驅(qū)動經(jīng)托架部件37諸如托板連接的行星齒輪97，所述托板使托架部件37能夠驅(qū)動行星齒輪系統(tǒng)95的齒圈98。輪環(huán)99包括允許行星齒輪97接合并驅(qū)動輪環(huán)的齒圈98。行星齒輪圍繞行星齒輪旋轉(zhuǎn)軸線34旋轉(zhuǎn)并經(jīng)布置在托板37的突出部分與行星齒輪中的孔之間的滾珠軸承36C與托板37可旋轉(zhuǎn)地連接。行星齒輪與起到行星齒輪系統(tǒng)95的齒圈98的作用的輪環(huán)99嚙合。托架部件37被擰入靜止部分91中并因此是靜止的。
[0087]行星齒輪系統(tǒng)95被容納在液壓馬達殼體93中并直接連接到液壓馬達體(motorblock)。因此,液壓缸體內(nèi)部的液壓流體也包圍行星齒輪系統(tǒng)95的齒輪，因為它們被容納在同一馬達殼體中。通過將行星齒輪系統(tǒng)95直接布置在液壓馬達殼體93中，輪沿著輪組件90的旋轉(zhuǎn)軸線33的寬度W相對于行星齒輪系統(tǒng)布置在液壓馬達殼體93外部(例如，布置在包括馬達殼體93的單獨殼體中)的方案顯著減小。小的輪寬度W提供了驅(qū)動單元的較小直徑Du，從而使驅(qū)動單元能夠進入直徑同樣較小的井。
[0088]圖6A-7B中的封閉部件借助螺釘被緊固在輪環(huán)99上，并且密封部件27B設(shè)置在輪環(huán)99中的凹部中。而且，當將封閉部件緊固在輪環(huán)上時，密封部件被擠壓在封閉部件26與輪環(huán)99之間，以提供其間的流體緊密的連接。
[0089]在圖8中，恒星齒輪96作為液壓缸體的一部分設(shè)置。行星齒輪與封閉部件26哨合，封閉部件26因此起到行星齒輪系統(tǒng)95中的齒圈98的作用。因此，輪環(huán)由液壓缸體通過驅(qū)動行星齒輪而驅(qū)動，所述行星齒輪驅(qū)動封閉部件26，該封閉部件驅(qū)動輪環(huán)99。
[0090]行星齒輪97經(jīng)連接到靜止部分91、從而使其靜止的托架部件37連接，如圖6A、6B、7A、7B和8所示。在圖8中，在靜止部分91的突出部分112與液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84之間布置有四個滾珠軸承36B。這樣，恒星齒輪96可作為可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84的一部分制造。
[0091]在圖10中，輪殼體中用于給液壓馬達23提供流體的流體通道86與圖8中不同地布置，以使流體通道能夠徑向供給液壓馬達體。
[0092]輪環(huán)99圍繞靜止部分91旋轉(zhuǎn)，并且其間布置有滾珠軸承36A。在圖11中，滾珠軸承36A包括兩排滾珠120。在另一實施例中，滾珠軸承可由滾針軸承替代。如在圖11中可見，液壓馬達23的活塞82包括布置在與在缸內(nèi)移動的活塞82的端部相對的一端中的滾珠軸承121。
[0093]在圖12中，可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84包括行星齒輪系統(tǒng)95的第一恒星齒輪96，使得恒星齒輪形成液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段的一部分并驅(qū)動經(jīng)托架部件37連接的多個行星齒輪97。托架部件37與輪環(huán)連接，并且靜止部分91包括行星齒輪系統(tǒng)95的齒圈98，從而使齒圈98能夠接合驅(qū)動托架部件37和因此輪環(huán)的封閉部件的行星齒輪97。齒圈98被緊固在靜止部分91上并因此是靜止的。
[0094]在圖14中，液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84與行星齒輪97連接，并且行星齒輪因此由可旋轉(zhuǎn)區(qū)段圍繞被緊固在靜止部分91的中心部分112上的恒星齒輪96驅(qū)動。恒星齒輪96被緊固在該中心部分上，液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84圍繞該部分旋轉(zhuǎn)?？尚D(zhuǎn)區(qū)段84具有經(jīng)滾珠軸承36C與行星齒輪97連接的突出部。行星齒輪97與齒圈98接合，齒圈98形成經(jīng)卡環(huán)113與輪環(huán)99連接的封閉部件的一部分。可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84使圍繞靜止的恒星齒輪96旋轉(zhuǎn)的行星齒輪97旋轉(zhuǎn)，行星齒輪97接合被包括在封閉部件26中的齒圈98。
[0095]在圖13中，輪組件90包括雙齒輪系統(tǒng)。液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84包括行星齒輪系統(tǒng)95的第一恒星齒輪96。因此，恒星齒輪96是可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84的突出部分并驅(qū)動經(jīng)托架部件37連接的多個第一行星齒輪97。托架部件37在經(jīng)滾珠軸承36C與行星齒輪系統(tǒng)95的第一行星齒輪97連接的一側(cè)具有突出部。在另一側(cè)，托架部件37具有形成驅(qū)動多個第二行星齒輪97B的第二恒星齒輪96B的一個突出部。第一行星齒輪97和第二行星齒輪97B接合借助螺釘與靜止部分91固定地連接的靜止齒圈98。齒圈98還用來將滾珠軸承36A緊固在輪環(huán)99與靜止部分91之間。
[0096]第二行星齒輪97B借助第二托架部件137連接以使輪組件90的一部分旋轉(zhuǎn)，所述第二托架部件是借助卡環(huán)113與輪環(huán)99連接的封閉部件的一部分。因此，第二托架部件137與輪組件90的旋轉(zhuǎn)部分92連接或者是旋轉(zhuǎn)部分92的一部分。[0097]在圖15中，輪組件90是在示出液壓馬達23的凸輪環(huán)24和活塞82的部分截面圖中看去的。出于說明的目的已去除封閉部件26。如可見的，活塞82在與凸輪環(huán)24的內(nèi)表面接觸的滾珠軸承121中結(jié)束。當一個活塞82被流體通道86中的液壓流體向外迫壓時，另一個活塞被凸輪環(huán)24朝液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84的旋轉(zhuǎn)軸線34在缸內(nèi)向內(nèi)迫壓。
[0098]此外，液壓缸體中給馬達供給流體的流體通道86與輪的旋轉(zhuǎn)軸線大致平行。輪臂81包括與液壓缸體中的流體通道86對齊的流體通道85，使得當供給流體以徑向向外迫壓液壓活塞馬達的活塞82時流體可從臂自由流到馬達。然而，當活塞82不再向外移動時，流體通道85、86未對齊。然后，流體通道已移動至下一個待被向外迫壓的活塞，以驅(qū)動液壓馬達23的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段84圍繞旋轉(zhuǎn)軸線34旋轉(zhuǎn)。僅示出給馬達供給流體的通道。然而，其它通道布置在臂中，以便當缸在活塞82朝旋轉(zhuǎn)軸線向內(nèi)移動時被清空時使流體流入所述其它通道中。通過使液壓缸體的流體通道86大致平行于輪的旋轉(zhuǎn)軸線34，流體通道更容易制造。
[0099]為了能夠沿著凸輪環(huán)24滾動，在液壓缸體的缸中移動的活塞設(shè)置有滾珠軸承121。滾珠軸承的中心部分被懸掛在活塞的活塞本體中，并且滾珠軸承的最外部部分抵接凸輪環(huán)，滾珠軸承因此能夠相對于活塞旋轉(zhuǎn)。
[0100]本發(fā)明還涉及如圖9所示的井下系統(tǒng)，其中驅(qū)動單元連接到操作工具，該操作工具在此情況下為測量流體和地層數(shù)據(jù)的測井工具。操作工具還可以是在一次或多次沖擊中提供軸向力的沖擊工具、開啟或關(guān)閉井中的閥的鑰匙工具、諸如套管接箍定位器(CCL)的定位工具、銑削工具或鉆削工具等。
[0101]井流體是指井下油氣井中可能存在的任何種類的流體，諸如天然氣、油、油泥、原油、水等。氣體是指井、完井或開孔中存在的任何種類的氣體成分，而油是指任何種類的油成分，諸如原油、含油流體等。因此，氣體、油和水流體都可以包括分別不同于氣體、油和/或水的其它元素或物質(zhì)。
[0102]套管是指關(guān)于油或天然氣生產(chǎn)的在井下使用的任何種類的管道、管、管件、襯套、管柱等。
[0103]盡管上文已結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見的是，在不脫離如通過以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的前提下可以設(shè)想若干個改型。
【權(quán)利要求】
1.一種用于插入井中的井下驅(qū)動單元(11)，包括: -驅(qū)動單元殼體(51)， -液壓馬達(23)，其包括液壓馬達殼體(93)，以及 -輪組件(90)，其包括靜止部分(91)和旋轉(zhuǎn)部分(92)，所述靜止部分與所述驅(qū)動單元殼體連接并與所述旋轉(zhuǎn)部分可旋轉(zhuǎn)地連接，所述輪組件包括用于與所述井中的內(nèi)壁接觸并與所述旋轉(zhuǎn)部分連接或形成所述旋轉(zhuǎn)部分的一部分的輪環(huán)(99 )， 所述輪組件還包括所述液壓馬達(23)，使得所述靜止部分和所述旋轉(zhuǎn)部分構(gòu)成所述液壓馬達殼體，所述液壓馬達包括與所述旋轉(zhuǎn)部分連接以使所述輪組件的一部分旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段(84)， 其中，所述輪組件 還包括被容納在所述液壓馬達殼體中的行星齒輪系統(tǒng)(95 )并且所述液壓馬達包括經(jīng)所述行星齒輪系統(tǒng)驅(qū)動所述輪環(huán)的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述輪組件被懸置在所述驅(qū)動單元殼體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的井下驅(qū)動單元，還包括可相對于所述驅(qū)動單元殼體在縮回位置與突出位置之間移動的臂組件(60)，并且其中所述臂組件與所述輪組件的所述靜止部分連接或形成所述靜止部分的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下驅(qū)動單元，還包括布置在所述驅(qū)動單元殼體中以使所述臂組件在所述縮回位置與所述突出位置之間移動的臂啟動組件(41)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述輪環(huán)(99)在一端由封閉部件(26)封閉。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述可旋轉(zhuǎn)區(qū)段與所述行星齒輪系統(tǒng)的恒星齒輪(96)連接或形成所述恒星齒輪的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述行星齒輪系統(tǒng)包括由所述輪環(huán)或所述封閉部件構(gòu)成的齒圈(98)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述行星齒輪系統(tǒng)包括接合所述恒星齒輪和所述齒圈的多個行星齒輪(97)，所述行星齒輪借助靜止的托架部件(37)互連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述液壓馬達的所述可旋轉(zhuǎn)區(qū)段與多個行星齒輪(97)連接并且所述行星齒輪由所述可旋轉(zhuǎn)區(qū)段驅(qū)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述液壓馬達的所述可旋轉(zhuǎn)區(qū)段包括所述行星齒輪系統(tǒng)的第一恒星齒輪(96)并且所述第一恒星齒輪驅(qū)動經(jīng)托架部件(37)連接的多個第一行星齒輪(97)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述行星齒輪系統(tǒng)的所述托架部件驅(qū)動多個第二行星齒輪(97B)并且所述托架部件包括接合并驅(qū)動所述第二行星齒輪的恒星齒輪。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述第二行星齒輪借助第二托架部件(137)連接，所述第二托架部件是所述旋轉(zhuǎn)部分(92)的用于使所述輪組件的一部分旋轉(zhuǎn)的一部分。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述臂組件包括輪臂(81)并且所述輪臂包括用于經(jīng)所述靜止部分往來于所述液壓馬達提供流體的流體通道(85)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的井下驅(qū)動單元，其中，液壓缸體包括布置成與所述輪臂中的流體通道對齊以使得流體從所述輪臂被弓丨導(dǎo)到所述液壓缸體中的缸的流體通道(86 )。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述液壓馬達為徑向活塞馬達。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述液壓馬達包括與所述輪組件的所述靜止部分連接或形成所述靜止部分的一部分的凸輪環(huán)(24)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述可旋轉(zhuǎn)區(qū)段為液壓缸體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的井下驅(qū)動單元，其中，所述液壓缸體包括適合布置成與所述輪臂中的流體通道對齊以使得流體從所述輪臂被引導(dǎo)到所述液壓缸體中的缸的流體通道(86)。
19.一種井下系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的驅(qū)動單元和與所述驅(qū)動單元連接以在井或井眼中被向前移動的操作工具。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的井下系統(tǒng)，其中，所述操作工具是沖擊工具、鑰匙工具、銑削工具、鉆削工具、測井工具等。
21.根據(jù)權(quán)利要求 1至18中任一項所述的驅(qū)動單元在井或井眼中的應(yīng)用，用于在井或井眼中自行向前移動和/或使操作工具向前移動。
【文檔編號】B60K17/14GK103459760SQ201280016374
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】J·哈倫德巴克 申請人:韋爾泰克有限公司