[发明专利]用于挠性管道系统的注入头

说明书

相关申请的交叉引用：

本申请要求于2011年4月4日在美国专利商标局提交的美国临时专利申请No.61/471391的优先权。

与联邦资助研发有关的声明：

本申请不是任何联邦资助研发的主题。

联合研发协议方的名称：

没有与任何第三方的联合研发协议。

技术领域

一般来说，本发明的实施例涉及利用张紧缸(tension cylinder)的挠性管道(coiled tubing)注入头(injector head)，该张紧缸自动调整链条或传送带构件的张力。

背景技术

在油井或天然气井的开发和生产中，延长管道为了如下目的可从表面插入井中：例如注入某些类型的流体供生产模拟、转移井中的流体、用于对生产管道执行清洁操作以及其它各种目的。连续长度的管道从表面的大卷盘插入井中。在油和天然气工业中，这个过程称作挠性布管。用于将挠性管道插入井中并且从井中收回挠性管道的设备的示例能够见于Anderson Jr等人的美国专利No.5188174，通过引用将其完整地结合于此。

挠性管道单元用于油井和天然气井中的干涉，以及有时管道（其卷绕在大卷盘上）用作枯竭气井中的生产管道。注入头是挠性管道系统的心脏。挠性管道注入头将挠性管道注入油井和天然气井，以便促进井的维修。

挠性管道注入头是本领域众所周知的。挠性管道注入头通常具有两个相对的反向旋转垂直链环（sprocket），其中具有顶部的固定驱动链轮和底部的浮动链轮。两个相对的反向旋转链条为注入头提供以压力将挠性管道送入井中的能力。为了将挠性管道送入高压井中，注入头必须施加大量压缩力以克服来自井口压力的阻力。换言之，井压施加从井中弹出挠性管道的力，其必须由施加到底部链轮的力来抵制，以便使链环保持绷紧。本领域的技术人员将其称作链条张紧。

注入头链条和滑板轴承故障的大多数是通过在操作注入头时施加不正确链条张紧来引起的。在现有技术中，通过操作人员在附连到下链轮轴的张紧缸中的控制面板处调整液压，来控制链条张紧。操作人员必须基于挠性管道的外径和井压(以及在水平井中作用于挠性管道的摩擦力)来确定正确链条张紧压力。这些因素能够在钻探项目过程期间发生变化，从而要求操作人员监测挽桩负荷和链条张紧压力。有时难以使操作人员连续监测挽桩负荷。因此，在现有技术中，在下链轮轴添加机械止档件。机械止档件防止下链轮移动超过预定设定，并且必须随链条磨损而手动调整。链条磨损(链条长度延长)通过插销-衬套磨损(当链条进行操作时，插销的外表面和衬套的内表面相互摩擦，从而渐渐磨损)而引起。另一个考虑因素是链条和链轮接合的位置，其发生波动，从而使链条随同这种波动一起振动。因为链条中存在节距长度，它们只能在节点处弯曲，所以振动发生。链条在切线位置接合时和在弦线接合时，接合的高度(自链轮中心的半径)有所不同。将使链条相对高挽桩力保持绷紧的链条张紧压力引起来自链条弦线作用的负荷尖峰。至少由于上述原因，需要一种在挠性管道系统中使用的注入头，其自动调整链条张紧。

发明内容

因此，由于上述原因，本发明的实施例的一个目的是提供一种注入头，其自动调整链条或者传送带构件的张力。

本发明的实施例允许操作人员设置延长链条的有效寿命的正确链条张紧压力，并且提供机械止档件以防止底部链轮通过挠性管道上的井压向上推。本发明的实施例自动调整，以补偿因磨损引起的链条长度的增加。

本发明的实施例包括挠性管道系统中使用的注入头，其中包括具有第一端和第二端的至少两个相对的反向旋转链环，链环具有链条。本发明的实施例的注入头还包括：固定驱动链轮，设置在链环的第一端；以及浮动链轮，设置在链环的第二端。在本发明的实施例的注入头中，存在施加到浮动底部链轮以将链环保持在所需链条张紧的力。另外，本发明的实施例的注入头包括张紧缸，其自动将链环保持在所需链条张紧。

本发明的又一个实施例针对张紧缸，其中张紧缸包括：缸头和缸头密封件；杆和杆密封件；杆刮垢器(rod wiper)；缸筒；定位器；活塞密封件；以及活塞和缸，其中活塞将缸分为两个室，即第一室和第二室，并且每个室包括活塞区域，其中活塞区域在第一和第二室中基本上相同。张紧缸还包括连接第一和第二室的止回阀，其中止回阀允许流体和压力从第一室传递到第二室。