用于井下工具的操控系统和方法.pdf

1、10申请公布号CN104169520A43申请公布日20141126CN104169520A21申请号201380015343922申请日2013021361/598,28620120213US61/747,71920121231US13/765,46320130212USE21B34/06200601E21B10/3020060171申请人普拉德研究及开发股份有限公司地址英国维尔京群岛72发明人SP傅伊特MS卡林ALD克里斯图雷安CH杜威J多博什J胡DAS斯威策R乌特74专利代理机构永新专利商标代理有限公司72002代理人周家新蔡洪贵54发明名称用于井下工具的操控系统和方法57摘要公开了一种

2、用于井下工具的操控系统和方法。井下工具包括具有轴向孔的主体和相对于孔径向靠外设置的腔，孔至少部分地延伸穿过主体。阀设置在孔内并且适于在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，该阀阻止流体从孔通过端口流到腔中，在第二位置，该阀允许流体从孔通过端口流到腔中。设置在孔内的马达适于使阀在第一和第二位置之间移动。井下工具的可操控部件，例如扩孔器井下工具的切割器组，可移动地连接到主体并且适于响应于流体通过端口进入腔中而从非操控状态移动到操控状态。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014091986PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0258432013021387PCT国际申请的公

3、布数据WO2013/122987EN2013082251INTCL权利要求书2页说明书18页附图20页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书18页附图20页10申请公布号CN104169520ACN104169520A1/2页21一种具有操控系统的井下工具，包括具有孔的主体，该孔至少部分轴向延伸地穿过主体；相对于孔径向靠外设置并且通过端口与孔流体连通的腔；设置在孔内并且适于在第一位置和第二位置之间移动的阀，该阀在第一位置阻止流体从孔通过端口流向腔，该阀在第二位置允许流体从孔通过端口流到腔中；设置在孔内并且适于使阀在第一位置和第二位置之间移动的马达；以及可移动地连接

4、到主体的可操控部件，该可操控部件适于响应流体通过端口流到腔中而从非操控状态移动到操控状态。2权利要求1的井下工具，其中，该阀被布置和设计成能在孔内在第一位置和第二位置之间轴向移动。3权利要求1的井下工具，进一步包括连接在马达和阀之间的转换组件，该转换组件将马达的旋转运动转换成阀的轴向运动。4权利要求1的井下工具，其中，马达被布置和设计成能围绕延伸穿过该阀的纵向轴线来转动该阀。5权利要求4的井下工具，其中，该阀包括指，该指被布置和设计成当该阀处于第一位置时与端口对准、当该阀处于第二位置时从端口偏离。6权利要求4的井下工具，其中，该阀具有径向地穿过该阀形成的开口，该开口被布置和设计成当该阀处于第一

5、位置时从端口偏离、当该阀处于第二位置时与端口对准。7权利要求1的井下工具，进一步包括操控元件，该操控元件响应于流入腔中的流体的液压，该操控元件被布置和设计成响应于由流入腔中的流体引起的升高的液压而将可操控部件从非操控状态移动到操控状态。8权利要求1的井下工具，进一步包括至少部分地设置在孔内且适于测量可操控部件的轴向位置的位置传感器系统。9权利要求8的井下工具，其中，位置传感器系统包括连接到可操控部件的至少一个磁体；以及设置在孔内的探头，该探头具有沿其轴向长度布置的多个磁力计。10权利要求9的井下工具，其中，该多个磁力计沿着设置在探头内的至少两个板的轴向长度布置。11权利要求8的井下工具，进一步

6、包括设置在孔内的遥测系统，该遥测系统被布置和设计成能将表示可操控部件的轴向位置的信号传递到远程位置。12权利要求8的井下工具，其中，可操控部件接合且移动心轴，心轴的轴向位置表示可操控部件的状态。13权利要求1的井下工具，其中，井下工具为扩孔器。14一种用在井眼中的井工具操控系统，包括阀，其设置在井下管道的内部流道内，且被布置和设计成能在密封井下管道的内壁中的端口的第一位置和允许流体从内部流道流入端口的第二位置之间移动，该阀具有从其中穿过的一个或多个通道，以允许流体从通道中轴向地通过到达钻头而不管阀的位置如何；以及马达，其设置在井下管道的内部流道内以允许内部流道中的流体从马达周围通过，该权利要求

7、书CN104169520A2/2页3马达被连接到阀且被布置和设计成能使阀在第一位置和第二位置之间移动。15权利要求14的井工具操控系统，进一步包括连接到马达且适于接收来自远程位置的信号的井下接收器，所述信号控制马达的一个或多个操作，以使阀在第一位置和第二位置之间移动。16权利要求14的井工具操控系统，其中，该阀被布置和设计成能在内部流道内在第一位置和第二位置之间轴向移动。17权利要求16的井工具操控系统，进一步包括连接在马达和阀之间的转换组件，该转换组件将马达的轴的旋转移动转换成阀的轴向移动。18权利要求14的井工具操控系统，其中，马达被布置和设计成能使该阀围绕延伸穿过该阀的纵向轴线转动。19

8、权利要求18的井工具操控系统，其中，该阀被布置和设计成能在流体通过该阀的所述一个或多个通道时响应于内部流道和井眼之间产生的压差而坐落在第一位置。20权利要求14的井工具操控系统，进一步包括至少部分地设置在内部流道内且适用于测量可操控部件的轴向位置的位置传感器系统。21权利要求20的井工具操控系统，进一步包括设置在内部流道内的遥测系统，该遥测系统被布置和设计成能将表示可操控部件的轴向位置的实时信号传递到远程位置。22权利要求14的井工具操控系统，其中，阀和马达为模块化的，且能够单独地从地面部署到井眼的井下位置以及从井眼的井下位置回收到地面。23权利要求14的井工具操控系统，其中，该马达通过自对准

9、连接被连接到该阀。24一种用于操控井下工具的方法，包括将来自地面位置的信号传递给设置在井下工具中的井下接收器，该信号控制设置在至少部分地轴向延伸穿过井下工具的主体的孔内的马达的一个或多个操作，该马达被连接到设置在孔内的阀且使阀在第一位置和第二位置之间移动，当阀位于第一位置时，阀阻止流体流动通过设置在孔和腔之间的端口，该腔相对于该孔径向靠外设置，当阀位于第二位置时，阀允许流体从孔通过端口流入腔中，流入腔中的流体使得腔内的液压升高，从而操控井下工具的可操控部件；以及在井下工具的可操控部件被操控时操作井下工具。25权利要求24的方法，其中，连接在马达和阀之间的转换组件将马达的轴的旋转移动转换成阀的轴

10、向移动。26权利要求24的方法，进一步包括采用至少部分地设置在孔内的位置传感器系统测量可操控部件的轴向位置。27权利要求26的方法，进一步包括采用设置在孔内的遥测系统将可操控部件的轴向位置传递到地面位置。28权利要求27的方法，其中，该传递采用从下面的组中选取的一种遥测方法进行压力脉冲、声波、电磁波以及绝缘导体。权利要求书CN104169520A1/18页4用于井下工具的操控系统和方法技术领域0001这里公开的实施例总体上涉及井下工具。更具体地，这里公开的一个或多个实施例涉及用于操控井下工具以执行它们预期的操作和/或功能的系统和方法。背景技术0002在钻探井眼的过程中，经常采用井下工具执行井下

11、工具预期的操作或功能，例如扩孔器被用于扩大井眼的直径。在井下工具为扩孔器的例子中，传统的扩孔器具有主体，主体具有从其中轴向延伸穿过的轴向孔，流体流动通过轴向孔。一个或多个切割器组可移动地连接到主体并且适于在收起状态和展开状态之间转变。0003处在收起状态的扩孔器通过钻柱被送入井眼中。在收起状态，切割器组被折叠到扩孔器的主体内以使得切割器组相对于包围的套管或井眼壁径向靠内设置。一旦扩孔器到达井眼的期望深度，扩孔器被操控到展开状态。在展开状态，切割器组径向向外移动并且与井眼壁接触。切割器组接着被用于切割或研磨井眼壁以扩大其直径。发明内容0004本发明内容部分用于介绍在下面的详细说明中进一步描述的选

12、取的概念。本发明内容不是用于确定要求保护的主题的关键或本质特征，也不是用于帮助限定要求保护的主题的范围。0005公开了一种具有操控系统的井下工具。该井下工具包括具有轴向延伸的孔的主体和相对于孔径向靠外设置的腔，所述孔至少部分地延伸穿过主体，腔例如位于主体的壁内。孔通过端口与腔流体连通。阀被设置在孔内并且适于在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，该阀阻断流体从孔通过端口流到腔中，在第二位置，该阀允许流体从孔通过端口流到腔中。马达被设置在孔内并且适于使阀在第一位置和第二位置之间移动。可移动地连接到主体的井下工具的可操控部件适于响应于流体流动通过端口进入腔中而在操控状态和非操控状态之间移动。阀在

13、第一位置和第二位置之间的移动可包括线性和旋转阀移动。在这里公开的一个或多个实施例中，井下工具为扩孔器并且可操控部件为适于在阀处于第一位置时的收起状态和阀处于第二位置时的展开状态之间移动的切割器组。0006在另一个实施例中，井下工具包括具有轴向延伸的孔的主体和相对于孔径向靠外设置的腔，所述孔至少部分地延伸穿过主体，腔例如位于主体的壁内。孔通过端口与腔流体连通。阀设置在孔内并且适于在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，阀阻断流体从孔通过端口流到腔中，在第二位置，阀允许流体从孔通过端口流到腔中。马达设置在孔内并且适于在孔内在第一位置和第二位置之间轴向地移动该阀。井下工具的可操控部件例如切割器组可

14、移动地连接到主体并且适于在阀处于第一位置时的非操控或收起状态和阀处于第二位置时的操控或展开状态之间移动。位置传感器系统设置在孔内并且配置成测量可操控部件的轴向位置。连接到位置传感器系统的遥测系统同样设置在孔内并且配置成将表示可操控部件的轴向位置的信号传递到远程位置，例如地面位置。说明书CN104169520A2/18页50007还公开了一种用于操控井下工具的方法。该方法包括将信号从地面位置传递给设置在井下工具中的井下接收器。该信号控制设置在至少部分地轴向延伸穿过井下工具的主体的孔内的马达的一个或几个操作。腔相对于孔径向靠外设置，其例如位于主体的壁中。马达连接到并且移动设置在孔内的阀，使其在第一

15、位置和第二位置之间移动。当阀处于第一位置时，阻断流体流动通过设置在孔和腔之间的端口，当阀处于第二位置时，允许流体从孔通过端口流到腔中。可操控部件能够可移动地连接到井下工具的主体并且被布置和设计成响应于由于流体流入腔中所引起的液压升高而在非操控状态和操控状态之间移动。在井下工具的可操控部件被操控时，井下工具被操作。0008公开了一种用在井眼中的井工具操控系统。该井工具操控系统包括设置在井下管道的内部流道内的阀。该阀被布置和设计成在密封井下管道的内壁中的端口的第一位置和允许流体从内部流道流入端口中的第二位置之间移动。该阀具有一个或多个从其中穿过的通道使得无论阀处于什么位置都允许流体从通道轴向地通过

16、到达井下钻头。马达设置在井下管道的内部流道内以允许内部流道中的流体从马达周围通过。马达被连接到阀并且被布置和设计成使阀在第一位置和第二位置之间移动。响应于流体流入端口并通过端口的可操控部件由此通过将阀从第一位置移动到第二位置而被操控。阀在第一位置和第二位置之间的移动包括线性和旋转阀移动。0009在另一个实施例中，井工具操控系统包括具有旋转地设置在井下管道的内部流道内的阀的阀模块。该阀被布置和设计成在阻断井下管道的内壁中的端口的第一旋转位置和允许流体流动进入端口中的第二旋转位置之间移动。阀模块和阀还被布置和设计成例如具有从其中穿过的通道以使得无论阀处于什么位置都允许钻井流体从通道通过到达井下钻头

17、。该阀进一步被布置和设计成当钻井流体通过阀模块时，响应于产生在内部流道和井眼之间的压差而坐落在阀模块的阀壳体上。马达模块设置在井下管道的内部流道内以允许钻井流体从马达的周围通过。马达模块包括连接到该阀的马达，以使阀在第一旋转位置和第二旋转位置之间移动。可操控部件，响应于流体流入并且通过端口的流体，由此通过使阀从第一旋转位置移动到第二旋转位置而被操控。0010还公开了一种用于操控井下工具的可操控部件的方法。该方法包括从井口位置向井下接收器发送命令信号。该命令信号控制设置在井下管道的内部流道内的马达的操作。该马达使得设置在井下管道内的阀在密封井下管道的内壁中的端口的第一位置和允许流体从内部流道流入

18、端口的第二位置之间移动。该阀进一步被布置和设计成无论阀处于什么位置都允许钻井流体从其中通过到达井下钻头。当阀处于第二位置时，流体从内部流道进入端口使得流体流动进入并且通过端口而操控井下工具的可操控部件。附图说明0011为了使叙述的特征可以详细地理解，上面简要概述的更具体的描述可以参看一个或多个实施例，其中一些实施例在附图中示出。然而，需要注意的是，附图只是示例性的实施例，因此并不能看作是对保护范围的限制。0012图1描绘了根据公开的一个或多个实施例的设置在井眼内并且具有操控系统的示例性井下工具的示意图。0013图2描绘了根据公开的一个或多个实施例的示例性阀模块的透视图。说明书CN1041695

19、20A3/18页60014图3描绘了根据公开的一个或多个实施例的示例性马达模块的透视图。0015图4描绘了根据公开的一个或多个实施例的通过自对准连接器连接的阀模块和马达模块的部分透视图。0016图5描绘了根据公开的一个或多个实施例的阀模块的部分剖视图。0017图6描绘了根据公开的一个或多个实施例的设置在井下工具中的阀模块的部分剖视图。0018图7描绘了图6的阀模块被操控到不同的操作位置的部分剖视图。0019图81描绘了根据公开的一个或多个实施例的位置感测系统的部分透视图。0020图82描绘了图81所示的位置感测系统的传感器阵列部分的一个实施例的部分透视图。0021图83描绘了根据公开的一个或多

20、个实施例的图82所示的位置感测系统的传感器阵列部分的部分透视图，传感器阵列设置在井口方向连接到井下工具的钻柱中。0022图9描绘了根据公开的一个或多个实施例的设置在井下工具中的位置感测系统的磁体篮或冠部分的部分剖视图。0023图10描绘了根据公开的一个或多个实施例的位置感测系统的一部分的部分透视图，其中，位置感测系统的形式为与正向脉冲随钻测量工具组装在一起的诊断探头。0024图11描绘了根据公开的一个或多个实施例的具有示例性的操控系统但是没有位置感测系统的井下工具的部分剖视图。0025图12描绘了根据公开的一个或多个实施例的包括阀模块的井下工具的部分剖视图。0026图13描绘了根据公开的一个或

21、多个实施例的井下工具的另一个部分的部分剖视图，其中示出了阀模块。0027图14描绘了根据公开的一个或多个实施例的在井下方向连接到井下工具并且在其中包括有操控系统的电子器件部分和动力源的钻柱的部分剖视图。0028图15描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的部分剖视图，其示出了图13的阀模块处于第一操控位置。0029图16描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的部分剖视图，其示出了图13的阀模块处于第二操控位置。0030图17描绘了根据公开的一个或多个实施例的设置在井眼内并且具有另一个操控系统的示例性井下工具的示意图。0031图181描绘了根据公开的一个或多个实施例的设置在井下工具内的示

22、例性旋转指状阀模块的部分剖视图。0032图182描绘了根据公开的一个或多个实施例的图181的旋转指状阀模块的指状阀的透视图。0033图19描绘了根据公开的一个或多个实施例的通过自对准连接器连接到马达模块的图181的旋转指状阀模块的部分剖视图。0034图20描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的部分剖视图，其示出了连接到马达模块的旋转指状阀模块。0035图21描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的部分剖视图，其示出了说明书CN104169520A4/18页7图20的旋转指状阀模块处于第一操控位置。0036图22描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的部分剖视图，其示出了图20的旋

23、转指状阀模块处于第二操控位置。0037图23描绘了根据公开的一个或多个实施例的用于旋转指状阀模块的示例性渐缩的阀部件和相应的倒角的阀部件的透视图。0038图24描绘了根据公开的一个或多个实施例的可以用在井下工具中的示例性旋转端口阀模块的部分剖视图。0039图25描绘了根据公开的一个或多个实施例的图24的旋转端口阀模块的阀壳体的剖视图。0040图26描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的剖视图，其示出了图24的示例性旋转端口阀模块连接到马达模块用于操控井下工具。0041图27描绘了根据公开的一个或多个实施例的图17的井系统的一部分的剖视图，其示出了示例性旋转槽阀模块连接到马达模块用于操控井

24、下工具。0042图28描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的部分剖视图，其示出了图27的旋转槽阀模块处于第一操控位置。0043图29描绘了根据公开的一个或多个实施例的井下工具的部分剖视图，其示出了图27的旋转槽阀模块处于第二操控位置。0044图30描绘了根据公开的一个或多个实施例的设置在井下工具内的替代阀模块的示意图。0045图31描绘了根据公开的一个或多个实施例的可以设置在井下工具中的另一种示例性操控系统的示意图。具体实施方式0046在后面的描述中，对多个细节进行了阐述以理解本公开的若干说明性实施例。然而，本领域技术人员可以理解，没有这些细节，本公开的系统和/或方法也可以实施，且描述的

25、实施例可以具有多种变化或改进。0047本公开的一个或多个实施例总体涉及操控井下工具的系统和方法。井下工具在多种环境包括井眼环境下可以远程操控。这种远程操控，例如在井口位置和井下工具之间，可以以本领域技术人员已知的任意方式执行并且可以包括有线和/或无线通信、声波、电磁波、泥浆压力脉冲和/或通过绝缘导体传递的信号。在至少一个实施例中，该系统和方法可以用于操控井下工具的可操控部件，例如用在井下钻井作业中的扩孔器的切割器组。系统电子器件和部件也可以设计成提供工具操控的实时或者准实时确认，例如切割器组的展开或收起。0048操控系统可以包括与实时或准实时位置感测系统组合的数字激活系统，以操控并且监测井下工

26、具的操控。可以通过多种遥测技术和系统将信号送到井下和/或井口，所述多种遥测技术和系统例如包括模式化流动系统、转盘系统、绝缘导体、压力脉冲系统、电磁系统、声系统或其它合适的遥测方法。在另一个实施例中，表示位置的信号可以被记录在井下记忆装置、例如存储芯片中，用于在随后进行取回。0049操控系统，即，具有或没有位置感测系统的数字激活系统，可以在许多与井相关以说明书CN104169520A5/18页8及与井无关的应用场合中与各种井下工具一起使用。这种操控系统可以安装在或连接到钻柱、电缆或其它本领域技术人员已知的井下传输工具上，用于操控多种与井相关的工具，包括但不限于扩孔器和/或稳定器。在这些应用中，操

27、控系统可以设计成具有可以在井场选择性地组装的模块化部件。0050数字即启用/停用激活系统可以包括具有可线性移动的阀组件的阀模块和/或具有可旋转移动的阀组件的阀模块。数字激活系统可以进一步包括包含马达、例如旋转马达的马达模块以及适合的电子器件。自对准连接器可以用于将阀模块的阀组件连接到马达模块的马达。自对准连接器可以与转换组件配合工作，以便能将马达的旋转运动输出转换成阀的线性运动来操控井下工具。0051图1描绘了根据一个或多个实施例的设置在井眼24中的钻柱22的示意图。钻柱22具有与之连接的具有操控系统30的井下工具26。井下工具26可以是或者包括扩孔器，该扩孔器具有多个可移动地连接到其上的切割

28、器组28，该切割器组在收起状态和展开状态之间被操控。图1中与井下工具26相关联的操控系统30仅用于帮助说明，应该理解这里描述的操控系统30可以包括多个附加部件并且可以设置在多种类型的井下环境中。操控系统30还可以根据给定的应用场合的运行和环境特征以各种不同的结构构造。井下工具26和井下工具操控系统30可以至少部分地设置在井底组件32中。井底组件32可包括随钻测量工具34，例如，正脉冲随钻测量工具。井底组件32在钻井眼24的过程中凭借钻柱22被用于转动钻头36。0052操控系统30包括具有阀模块40和马达模块42的数字激活系统38。马达模块42包括马达82参见图3和电子器件80参见图3，电子器件

29、80用于接收控制信号并且用于控制马达82参见图3。动力通过井下动力源44图14、例如电池被提供给马达82。也可将涡轮机或容积式马达均未示出连接到马达82来提供能量。如后面更加详细描述的，马达82的旋转运动可以被转换成线性/轴向运动。0053操控系统30可以进一步包括实时或准实时位置感测系统50，其包括诊断探头部分52和具有一个或多个磁传感器的传感器部分54。位置感测系统50可以连接到或者用于与数字激活系统38协作，以例如通过监测切割器组28或者连接到其上的部件或者阀模块40的一个或多个部件的线性移动监测井下工具26的激活/操控。0054图2描绘了根据一个或多个实施例的示例性的阀模块40的透视图

30、。阀模块40包括可滑动地接纳穿过端盖58的柱塞或轴46的阀模块主体56。着陆卡盘60可连接到阀模块主体56，以便于使阀模块40着陆和定位在井下管件或钻柱22的内部流动通道或孔106内参看图6，例如定位在钻柱22的中心或者从钻柱22的纵向轴线偏移开，同时允许钻井泥浆和/或其它流体流动通过钻柱22并且通过着陆卡盘开口62围绕/通过阀模块40。阀模块40以及操控系统30的其它模块位于钻柱22的孔106的中心使得操控系统30能够用在具有任意直径的钻柱22中，其中，柱塞头/组件或阀74的大小适于与孔106/接纳结构100的内直径密封地接合参见图6。阀组件可以被定义为连接到柱塞头/组件或阀74的柱塞或轴4

31、6。柱塞头/组件或阀74被布置和设计成具有一个或多个轴向开口110，以允许钻井泥浆和/或其它流体流动通过钻柱22的孔106图6。阀模块主体56还包围转换组件64，以将旋转运动转换成柱塞或轴46的线性运动。作为举例，转换组件64可以包括具有螺纹的螺杆和连接到轴46的螺母，以便在具有螺纹的螺杆在相应的螺母中转动说明书CN104169520A6/18页9时而沿着线性方向移动轴46。适用的转换组件64的例子可以包括丝杆、艾米克螺杆ACMESCREW、滚珠丝杠等。然而，本领域技术人员已知的其它类型的传动和转换组件也可以用于将旋转运动转换成线性运动。0055阀模块40还可以包括自对准连接器部分66，其连接

32、到阀74，且被设计成自动地接纳马达模块42的连接到马达82的相应的自对准连接器部分68参见图3。阀连接器部分66可包括布置并且设计成接纳和定向马达连接器部分68的相应的凸起72“犬骨”图3和4的自对准凹槽或槽口70。自对准连接器部分66、68能够更高效地海运、组装和部署，因为工具在现场的组装被简化，这允许在自对准连接器部分66和阀连接器部分68进行初始配合的过程中产生些许的未对准。在一个或多个实施例中，自对准连接器部分66、68可布置和设计成借助钻柱22部署在井下，其中，在井下形成自对准连接器84图4。0056图3描绘了根据一个或多个实施例的说明性马达模块42的透视图。马达模块42包括马达82

33、和电子器件部分80。电子器件部分80被设计成包括用于探测送到井下的命令信号的井下接收器或传感器，该命令信号例如是压力脉冲信号、振动、钻柱每分钟转速RPM或上面公开的其它遥测方法的信号；并且还被设计成产生和向马达82提供控制信号以用于控制马达82的旋转输出运动。在一个或多个实施例中，井下接收器或传感器可以是加速计。马达82驱动马达连接器部分68，该马达连接器部分68驱动阀连接器部分66。马达连接器部分68和阀连接器部分66的这种旋转运动通过转换组件64被转换成轴46的线性运动。马达82还起着制动器的功能以防止发生不期望的反向驱动。马达模块42可包括多个其它结构，例如定中器或定中结构86，其可以用

34、于帮助马达模块42定位在钻柱22的包围管件或主体88的中心参见图1。定中结构86被设计成允许流体在主体88和模块40、42之间的环形空间中在主体88的孔106例如钻柱22的一部分中流动。0057图4描绘了根据一个或多个实施例的通过自对准连接器84接合或连接的阀模块40和马达模块42的部分透视图。马达连接器部分68与阀连接器部分66相接合，以形成总自对准连接器84。0058图5描绘了根据一个或多个实施例的阀模块40的部分剖视图。阀连接器部分66与通过多个轴承92可旋转地安装在阀模块主体56内的轴或心轴90连接。心轴90包括容纳在连接到轴46的螺母部分98的相应的螺纹部分96中的螺纹部分94。当马

35、达82通过连接器部分66来转动心轴90参见图3时，螺纹部分94相对于相应的螺纹部分96转动，而螺母部分98被保持成固定而不能转动。这使得轴46根据心轴90的转动方向而进行线性移动。轴46的线性运动例如被用于驱动阀74来控制井下工具26的操控。0059图6描绘了设置在井下工具26中的阀模块40的部分剖视图，图7描绘了图6的阀模块40被操控到不同的工作位置的部分剖视图。井下工具26在这个例子中为扩孔器，其可包括主体88，主体88具有孔106，该孔106至少部分地穿过主体88形成。主体88可以是一个部件或者是连接到一起的多个部件。阀模块40可以设置在主体88的孔106内。0060阀74可滑动地设置在

36、位于主体88内的接纳结构100内，使得密封件76与接纳结构100的内表面密封接合。一个或多个端口102延伸穿过井下工具26的接纳结构100，使得当阀74可滑动地设置在接纳结构100内以打开端口102时，通过端口102在操控腔112和井下工具26的孔106之间建立流体连通。端口102被布置和设计成能将加压流体传送到井下工具26中的操控腔112。当操控腔112中的压力上升得足够高时，操控元件104例说明书CN104169520A7/18页10如，活塞，诸如设置在腔112中的环形活塞轴向地移动或滑动，从而操控切割器组28，该切割器组28例如通过倾斜通道或轨道同时轴向且径向向外移动，切割器组可移动地连

37、接在这些通道或轨道上。这里公开的可与操控系统30一起使用的说明性的扩孔器在美国专利NO6,732,817中示出和描述，该专利内容通过引用在与本公开一致的程度上被结合到这里。尽管图6所示的是扩孔器，但井下工具26可以是或者包括多种工具类型，例如阀、滑动套筒、卡锁件、管切割器、型材轧机、震击器、打捞工具以及其它可操控的工具。0061如图6所示，阀74已经被轴46移动到接纳结构100内的位置或地点，使得密封件76设置在端口102的线性/轴向侧即它们骑跨端口102，由此防止流动通过端口102。流体、例如钻井泥浆沿着箭头108的方向通过井下工具26的孔106向井下传送，并流动通过阀74的轴向开口110而

38、且沿着阀模块主体56的外部流向钻头36图1。当井下工具26要被操控到另一个工作位置时，控制信号被发送到井下到达马达模块42的电子器件部分80，并被位于电子器件部分80内或邻近处的井下接收器/传感器接收或感测到，而且被用于控制马达82的运行以使轴46进行线性运动。在该例子中，如图7所示，轴46的线性运动牵引阀74离开端口102，以使得加压流体能够从孔106流动并且流出端口102。流体如箭头114所示地流进操控腔112，以使得操控元件104朝向井口移动，由此移动/操控切割器组28。0062如这里所公开的，操控系统30的阀模块40和马达模块42可以与位置感测系统50组合。位置感测系统50可使用一个或

39、多个磁体感测井下工具26和/或切割器组28的位置并且实时或准实时向地面或另一个远程位置传送该位置。在另一个实施例中，位置感测系统50可通过测量马达82和/或轴46的转数确定阀模块40和/或切割器组28的位置。0063图81描绘了位置感测系统50的部分透视图，图82描绘了位置感测系统50的传感器阵列部分118的一个实施例的部分透视图，图83描绘了位于磁体篮122内的传感器阵列部分118的部分透视图，图9描绘了根据一个或多个实施例的设置在井下工具中的位置感测系统50的磁体篮122的部分剖视图。位置感测系统50可采用具有借助合适的定中结构86设置在钻柱22的主体88内的诊断探头116的诊断探头部分5

40、2图1。如图81和82所示，诊断探头116可包括传感器118，例如传感器阵列，其连接到支持电子器件120。如图9所示，传感器阵列118可以是或者包括多个磁力计，它们容纳在传感器部分54的相应的冠部或磁体篮122中。磁体篮122相对于传感器阵列118的相对轴向移动用于跟踪井下工具26的切割器组28的位置/状态。位置信号通过电子器件120被传递或传送到地面控制器，以便能够实时或准实时监测井下工具26的操控。这种位置传递或传送可以与从井口向井下传递/传送采用相同或不同的遥测方法执行。0064如图83和9示例性所示，部件可以定向成使得探头/传感器阵列118设置在磁体篮122内，磁体篮122包括磁体12

41、4，以通过探头/传感器阵列118监测位置的改变。探头/传感器阵列118被保持在磁体篮122的内部126中而防止与磁体篮122发生接触。在该具体的例子中，传感器阵列118包括沿期望长度以三板“星形阵列”结构形式设置的多个磁力计。这种三板结构形式其中，每个板从延伸通过探头/传感器阵列118的公共纵向轴线径向向外延伸使得无论磁体篮122处于什么样的旋转位置磁体篮122的磁体124都能被感测到。磁体篮122被连接到心轴128，并且磁体篮122和心轴128适于随着切割器组28轴向移动而轴向移动。心轴128可连接到环件123，所述环件通过弹簧元件130在一个说明书CN104169520A108/18页11

42、方向上被偏压以便于磁体篮122返回默认位置。环件123以及进而的浮动心轴128随着切割器组128被操控且轴向移动而沿相反的方向移动。当井下工具26的可操控部件例如，切割器组28通过轴46的线性移动而被启用和/或停用时，可操控部件接合且克服弹簧130的偏压作用向井口推动环件123。连接到环件123的心轴128相对于传感器阵列118、例如磁力计阵列移动磁体篮122和磁体124。由于磁体篮122和磁体124的位置指示出可操控部件例如切割器组28的位置/状态，因此可操控部件例如切割器组28的位置/状态可以被测量、计算并且通过合适的遥测系统、例如正向脉冲遥测系统或其它公开的遥测系统向井口传递。在一些应用

43、场合中，位置数据被传递给控制系统，例如基于计算机的控制系统，其输出有关工具操控状态和/或程度的信息。在替代的实施例中，磁体篮122可以连接到阀74未示出。可替代地，位置感测系统50可以与操控系统30连接，以监测轴46的移动并且将移动信息传递/传送给控制系统。0065图10描绘了根据一个或多个实施例的位置感测系统50的一部分的部分透视图，位置感测系统50为与正向脉冲随钻测量工具组装在一起的诊断探头116的形式。如图10所示，诊断探头116被连接到遥测系统132的脉冲器探头134。脉冲器探头134为正向脉冲随钻测量工具的一部分并且被用于通过正向压力脉冲向井口传达信号。然而，如前面所公开的，也可以采

44、用其它类型的遥测系统传递和/或接收信号。可以通过井下动力源136、例如电池探头为遥测系统132提供动力，井下动力源136连接在脉冲器探头134和诊断探头116之间。0066图11描绘了根据一个或多个实施例的井下工具26的部分剖视图，井下工具26在该实例中为扩孔器，其具有示例性的操控系统30而没有位置感测系统50。如在图12中最好地示出，操控系统30被设计成操控井下工具26的可操控部件例如切割器组28。在图11中，示出了操控系统30的一部分并且示出了具有处于收起状态的切割器组28的井下工具26。切割器组28通过操控元件104被液压操控，操控元件104通过加压钻井流体/泥浆进入腔112被移动图12

45、。通过阀模块40的阀74图12控制加压钻井流体/泥浆进入腔112图12的操控流。0067图12描绘了井下工具26的部分剖视图，其在该实例中为扩孔器，并包括阀模块40，图13描绘了根据一个或多个实施例的图12的井下工具26的另一个部分的部分剖视图，示出了阀模块40。如上所述，阀74的线性移动通过心轴90相对于螺母组件98的旋转而被轴46所控制，螺母组件98例如为槽型螺母组件，如图12和13所示。阀74设置成阻断通过端口102的流动，并且由此阻断钻井流体/泥浆朝向操控腔112的流动。如图13最好地示出，马达轴41通过合适的连接结构140被连接到心轴90以将马达82的旋转输出运动传递给心轴90。心轴

46、90包括丝杠部分142，其包括与螺母部分98的相应的螺纹部分96啮合的螺纹部分94。然而，这些部件仅仅是用于将马达82的旋转输出转换成轴46的线性输出的机构的例子，也可以采用本领域技术人员已知的其它机构。0068图14描绘了根据一个或多个实施例的井下工具26在井下连接的钻柱22的部分剖视图并且在其中包括有操控系统30的电子器件部分80和动力源44。操控系统30的电子器件部分80和动力源44设置在钻柱22的孔106中，使得流体/泥浆可以在这些部件和钻柱之间的环形空间内向钻头未示出流动。如图14所示，从地面发送的关于井下工具26的操控的控制信号被电子器件部分80例如井下接收器或传感器，例如加速计或

47、其它装说明书CN104169520A119/18页12置接收和处理。电子器件部分80和马达82如图12所示，连接到电子器件部分80可通过动力源44在井下被供给电能。如图所示，动力源44可包括设置在电池壳146中的多个电池144。作为举例，电池144可以是中等井下锂电池。此外，电池壳146的大小允许使用各种电池数量和组合。0069电子器件部分80可包括读取压力脉冲的命令序列的压力脉冲系统。一旦接收到正确的预编程命令序列，马达82图12被供给动力使得马达轴41发生旋转运动并且轴46发生线性运动图13并且最终井下工具26被期望地操控。然而，如上面所公开的各种遥测系统，可以用于控制阀的移动并且用于向位

48、置监测系统传递信号或者从其得到信号。0070图15描绘了根据一个或多个实施例的井下工具26的一部分的部分剖视图，其中，示出了阀模块40处于第一操控位置。在切割器组28被操控之前，钻井流体/泥浆被泵送向下通过孔106、然后通过阀74中的轴向开口110，并且沿着阀模块40和马达模块42的外部按规定的路径流向钻头36图1。操控系统30的各个模块的设计允许在正常钻井作业过程中钻井泥浆或其它流体被泵送到井下，如箭头48所示。然而，一旦适当的控制信号被向井下传递/传送到达电子器件部分80，马达模块42就控制阀模块40和轴46的运行以沿线性方向平移阀47，由此打开穿过端口102的流动路径图16。在马达模块4

49、2控制阀模块40的运行来移动阀74之前，流体/泥浆借助地面泵通过孔106的流动被暂时地停止以减少在孔106和井眼24之间产生的任意压差。压差的减少降低了马达82移动阀74所需要的力/能量。一旦阀74改变了位置，流体/泥浆通过孔106的流动可被恢复。马达82还起着制动器的作用，以防止发生不期望的反向驱动，即，阀74的移动。0071图16描绘了根据一个或多个实施例的井下工具26的部分剖视图，其中，示出了阀模块40处于第二操控位置。钻井流体/泥浆向外流动通过端口102并且进入操控腔112。随着操控腔112中建立起足够高的压力，操控元件104轴向移动或滑动并且由此操控切割器组28进入第二或展开状态。这

50、种平移的发生是由压差造成的，压差例如是操控腔112中的钻井流体压力通过端口102和井眼压力之间的压差。如图16中箭头150所示，操控元件104沿轴向方向被驱动，以迫使切割器组28同时地轴向和径向向外移动。0072轴46的移动被设计成进一步移动阀74以暴露端口102，这使得被转移的流体/泥浆流进操控腔112并且沿与流体/泥浆流动148相反的方向推动操控元件104以激活/操控可操控部件，例如切割器组28。当轴46被反向移动时例如，通过向马达82发送信号使其反向旋转，阀74轴向地平移以密封旁通端口102，由此由于缺少被转移的泥浆流与弹簧130产生的弹簧偏压结合使得激活元件104沿着泥浆流的方向被推动