[发明专利]自清洁活塞

说明书

相关申请的交叉引用

本文基于并要求于2014年7月16日提交的第62/025,464号美国临时申请以及2015年5月12日提交的第14/710,501号美国非临时申请的优先权，该申请的全部内容通过参引方式纳入本文。

背景技术

在很多油气井应用和其他应用中，利用活塞来致动多个工具和系统。在一些应用中，通过工作或致动流体来致动活塞。在其他应用中，活塞用于移动流体：这是在活塞泵中的情况。在其使用期间，这些活塞受到两个末端面间的流体压力差。为了维持此压力差，许多活塞采用密封件，例如橡胶动态密封件或金属活塞环，以阻止致动流体中的颗粒物进入活塞/气缸内孔界面。在一些应用中，例如使用钻井泥浆(无论是作为致动流体还是作为被移动的流体)的井眼钻井应用中，该流体可以包含相当数量的硬颗粒物。即使使用密封件，颗粒物仍然可能进入活塞与周壁(其通常是圆柱壁)间的间隙中。因此，在颗粒物嵌入活塞和/或周围气缸表面之间时，颗粒物可能通过第三体磨损损坏活塞部件和/或完全卡住活塞的运动。

发明内容

一般地，本发明提供了一种利用承受压力差的移动活塞而有助于工具操作(例如致动)的系统和方法。该技术利用可滑动地安装于对应的活塞通道中的移动的(例如驱动的)活塞。活塞通道由通道壁表面限定，且利用致动流体活塞可以沿活塞通道线性移动。活塞的外表面和/或通道壁表面具有一个槽或多个槽，该一个或多个槽被设置并布置为从致动流体中收集颗粒物。在一些应用中，所述槽形成于硬化材料中。通过减少例如第三体磨损以及活塞卡住，颗粒物的移除有助于致动器活塞的运行。通过所需布局的槽，当活塞进行往复运动时，堆积的颗粒物可以从一个槽传递到下一个槽。颗粒物的这种渐进运动允许清理槽，以便能够实现在含颗粒物流体存在时活塞的长期运行。

然而，在实质上不脱离本公开的教导的前提下，很多修改是可能的。相应地，这些修改旨在包含于如权利要求所限定的本公开的范围之内。

附图说明

下面将参照附图描述本公开的某些实施例，其中相似的附图标记指示相似的元件。然而应该理解，附图示出了本文描述的各种实施方式，并且不意图限制本文描述的各种技术的范围，并且：

图1是根据本公开的实施例的包括具有至少一个活塞式致动器的工具的系统的例子的示意图；

图2是根据本公开的实施例的活塞式致动器的例子的截面图；

图3示出了根据本公开的实施例的在活塞运动期间颗粒物的移动及颗粒物的连续位置；

图4是根据本公开的实施例的活塞式致动器的另一个例子的截面图；

图5是根据本公开的实施例的活塞式致动器的另一个例子的截面图；

图6是根据本公开的实施例的活塞式致动器的另一个例子的截面图；

图7是根据本公开的实施例的具有槽的活塞组件的示意截面图，其中该槽具有限制颗粒物卡在活塞及活塞通道周壁间的形状；

图8是根据本公开的实施例的类似于图7但活塞在不同运行位置的活塞组件的示意截面图；

图9是根据本公开的实施例的具有槽的活塞组件的示意截面图，其中该槽配有帮助清理槽的移动元件；

图10是根据本公开的实施例的具有槽的活塞组件的示意截面图，其中该槽配有帮助清理槽的移动元件和可变形特征；

图11是根据本公开的实施例的具有移动套筒的活塞组件的示意截面图，其中该移动套筒在短冲程的情况下增强活塞的长期性能；

图12是根据本公开的实施例的示于图11中的移动套筒的示意截面图；

图13是根据本公开的实施例的示出了活塞与活塞套筒的移动的示意截面图；

图14是根据本公开的实施例的类似于图13但活塞及活塞套筒在不同运行位置的示意截面图；以及

图15是根据本公开的实施例的将活塞组件用作泵的另一个实施例的示意截面图。

具体实施方式

在以下的详细描述中，陈述了许多细节以提供对本公开的一些实施例的理解。然而，本领域普通技术人员应该理解，在没有这些细节时也可以实现本系统和/或方法，并且基于所述实施例的许多变化或改变可以是可能的。