丝状元件插入装置及丝状元件的插入方法.pdf

本发明涉及一种丝状元件插入装置，包括：壳体；能够以被驱动的方式设置在所述壳体(12)中的绞盘(28)；从所述壳体延伸并与所述壳体的内部流体连通的有限直径的管状件(22，24)。本发明还涉及一种将丝状元件(26)插入目标管状件中的方法，包括：围绕绞盘缠绕所述丝状元件；使所述丝状元件的位于所述绞盘下游的部分产生张力，该张力作用在所述绞盘上；使所述丝状元件缚紧在所述绞盘上；以及借助所述绞盘驱动所述丝状元件进入所述目标管状件中。

1.  一种丝状元件插入装置，包括：
壳体；
能够以可被驱动的方式设置在所述壳体中的绞盘；
从所述壳体延伸并与所述壳体的内部流体连通的有限直径的管状件。

2.  如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述壳体为压力容器。

3.  如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述绞盘还包括固定地附连至所述壳体的螺旋引导件。

4.  如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述绞盘操作性地连接于马达。

5.  如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述有限直径的管状件的直径被设计成增大作用在放置于所述有限直径的管状件中的丝状元件上的流体拉拽力。

6.  如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述壳体还包括丝状元件入口和流体入口。

7.  如权利要求3所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述螺旋引导件能容纳所述丝状元件，从而不仅用于从所述绞盘的一个轴向端部向另一个轴向端部引导所述丝状元件，而且还用于避免所述丝状元件的缠结。

8.  如权利要求3所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述螺旋引导件是其中具有螺旋形槽的元件。

9.  如权利要求3所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述螺旋引导件为螺旋弹簧。

10.  一种将丝状元件插入目标管状件中的方法，包括：
围绕绞盘缠绕所述丝状元件；
使所述丝状元件的位于所述绞盘下游的部分产生张力，该张力作用在所述绞盘上；
使所述丝状元件缚紧在所述绞盘上；以及
借助所述绞盘驱动所述丝状元件进入所述目标管状件中。

11.  如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，该方法还包括使所述丝状元件进给到有限直径的管状件中。

12.  如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，该方法还包括在有限直径的管状件内于所述丝状元件上产生流体拉拽力。

13.  如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述张力的产生是通过使流体流过所述丝状元件延伸穿过的有限直径的管状件来实现的。

14.  如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述缚紧是通过在所述丝状元件与所述绞盘之间产生足够的摩擦力来实现的，以使所述绞盘能够驱动所述丝状元件。

15.  如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述缠绕是螺旋状缠绕。

16.  如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述流体在进入所述目标管状件之前流过有限直径的管状件。

17.  如权利要求16所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述流体在进入所述目标管状件之前流过有限直径的管状件。

18.  如权利要求16所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，流动的流体耦连至所述丝状元件，从而沿着整个目标管状件为所述丝状元件提供流体拉拽力。

19.  如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述驱动是通过启动与所述绞盘操作性地相连的马达而实现的。

丝状元件插入装置及丝状元件的插入方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年9月12日申请的第60/844,021号临时申请的优先权，该文件的全部内容被包含在本文中作为参考。
背景技术
丝状元件例如光导纤维在信号传输和许多行业的感测操作中非常有用。所述行业之一是碳氢化合物探测及制造行业。光导纤维较其它向下钻进传输信号或检测参数的方法具有非常大的优越性。然而，由于光导纤维必须布设非常长的距离，且由于在将光导纤维贯穿管孔时工具与管孔壳体的碰撞而造成的困难，因此，有效地将光导纤维输送到目标位置仍然是一个较困难的目标。
电信行业研发出一种装设光导纤维的方法，该方法利用流体在光导纤维上的粘性阻力来沿着纤维长度方向分配牵拉载荷。该方法能够将光导纤维“吹”入预装的管道中，且能有效地使光导纤维移动相对较长距离。然而，为了产生流体流，在起点和终点区域之间必须形成压力梯度。压差大小与将要贯穿装设光导纤维的管道长度以及管道的截面积成比例。因为在油田中，长度可能高达35000英尺，所需的压差会非常高。一个例子是，利用5700磅/平方英寸的起点压力移动0.15加仑的水穿过长35000英尺、0.250英寸外径×0.152英寸内径的管道。在这样大的压力下，吹送纤维很显然会产生严重的问题。也就是说，所述压力将作用在所选定纤维的截面上，从而将纤维从管道中推出，而不是使纤维移入管道。
能克服所述缺陷的用来插入纤维的方法及装置将被业界充分认可。
发明内容
一种丝状元件插入装置，包括：壳体；能够以被驱动的方式设置在所述壳体中的绞盘；从所述壳体延伸并与所述壳体的内部流体连通的有限直径的管状件。
一种将丝状元件插入目标管状件中的方法，包括：围绕绞盘缠绕所述丝状元件；使所述丝状元件的位于所述绞盘下游的部分产生张力，该张力作用在所述绞盘上；使所述丝状元件缚紧在所述绞盘上；以及借助所述绞盘驱动所述丝状元件进入所述目标管状件中。
附图说明
图1为本发明一个实施例的正视图，显示了部分截面；
图2为本发明一个类似实施例的透视分解图。
具体实施方式
参照附图，显示出丝状元件插入装置10的实施例。插入装置10包括壳体12，该壳体包括底座14和盖16。所述底座和盖彼此可压力密封地连接，以便形成一压力容器，从而所述容器内的压力能够被设定得大于或等于丝状(类)元件将被布设于其中的管状件内的压力。所述丝状元件可以是任何类型的，为方便起见，下文中称为“纤维”(类型)，并不是为了限定本发明请求保护的范围。在图示中，所述盖借助多个螺纹紧固件例如螺栓固定在底座上，然而，应当理解的是，例如直接将盖旋拧在底座上或者使用闩锁件或类似装置的替代性布置也同样是可应用的。壳体12包括流体入口18、纤维入口20和流体/纤维出口22。流体出口22可与短长度管状件24相连，纤维26可通过该管状件被施以向前的力，以用来布设到目标管状件(未示出)中。所述短长度管状件24的内尺寸较窄(直径有限)，以便使流入其中的流体流动得更快，从而在纤维26上产生更大的流体拉拽力。这在刚开始送进时是有益的，它帮助将纤维送入系统中足够远——只要流体拉拽力大于后座力。然而，为了使用短长度管状件24来代替对于实际平衡流体拉拽力与后座力而言所必须的较长长度，需要额外的插入力。在本说明书中教导了应用这种插入力的方法和装置。
如本文所公开的，机械力被施加在纤维上从而在纤维上获得所需的合力，以防止后座现象的发生。在壳体12中设有绞盘28。绞盘28由驱动装置30驱动，该驱动装置在一个实施例中可以是如图所示的皮带传动装置。皮带32可以由任何可应用的驱动系统例如马达驱动。在这种具有绞盘装置的情况下，驱动装置转动使绞盘绕其轴线旋转。除了绞盘28之外，还设置有螺旋引导件34，该引导件相对于绞盘28操作性地与纤维26相连，且以这样一种方式固定在壳体12上，即螺旋引导件34不随绞盘旋转，而是保持靠近绞盘28的表面。除了如图所示使纤维在一个轴向端部与绞盘接合，在另一轴向端部离开绞盘之外，引导件34本身的目的是减少由于纤维围绕绞盘28多圈而导致纤维26发生缠结的可能性。通过设置螺旋状(或螺线状)路径例如凹槽，或者例如限定凹槽的结构，纤维26可以如上所述地被引导。参照附图2，可以最佳地观察引导件34，在该图中引导件从壳体中分解出来。在本实施例中可以看出，引导件34包括内部设置有螺旋38的管状支撑件36。螺旋38朝着其内部空间开放，从而为位于其中的纤维提供通向绞盘28表面的通道，以便在需要时致动力可被施加到纤维26上。可以看出，引导件34中设置有纤维出孔40，该纤维出孔可容许纤维26穿过并进入流体/纤维出口22。还可看到，在引导件34中有一类似的纤维入孔42。该纤维入孔容许纤维进入引导件34，并缠绕在绞盘28上。如前所述，所述引导件34相对于壳体12并不旋转，因此包括防止这种旋转的特征。这些特征可以如图所示是销钉44，所述销钉从支撑件36垂下，并插入壳体的凹孔(未示出)中，以防止相对转动；或者可以是围绕支撑件36设置并以与壳体12干涉配合的方式被容纳的O形环(未示出)，或者可以是其它防止相对转动的手段。与引导件34操作性连接的纤维26在螺旋引导件34的螺旋槽中绕着绞盘28前进，然后通过纤维出孔40离开引导件34并离开壳体12，并与加压流体一起穿过纤维和流体出口22。
应当注意，流体入口18可用于任何流体介质，不论是液体或是气体，例如水或空气。壳体12的加压允许经过出口22与将布设纤维的管状件的高压环境相平衡。如上文所述，出口22外部的管状件24中的压力非常大。在一种应用情况中，压力为5700磅/平方英寸。这么大的压力使导入纤维26很困难，因为压力作用在纤维的截面积上，将纤维向回推离管状件24，因此需要机械地插入。然而公知的是，光导纤维并不能良好地承受作用在其上的压缩力(例如，沿着其轴向的压缩力)。作用于其上的相对较小的轴向压缩载荷也会对纤维造成特定的损坏。然而，根据本发明，在保持插入力的同时可避免这种压缩载荷。
只有在壳体12的下游端的纤维26上存在例如来自管状件24的物理张力时，绞盘驱动装置才会对纤维26施加驱动力。这样的力使纤维缚紧在绞盘28上，从而使绞盘能够驱动纤维。如果在纤维26上没有张力，绞盘将仅在由围绕绞盘28的若干圈纤维所形成的纤维圈匝中旋转。这样由绞盘施加给纤维的插入力非常小。如果纤维向前的动作偶然被阻止，即使是较小程度，纤维上所需的张力也将减小，绞盘将自然地停止驱动纤维。因此，在任何情况下，当布设受到阻碍时，纤维不会被损坏。在一个实施例中，作用在纤维上的流体拉拽力单独提供足够的张力，以便引发绞盘驱动。
在本说明书所公开的装置的一个实施例中，绞盘28可从壳体12拆卸，以便于围绕绞盘手动缠绕纤维26。缠绕在绞盘28上的纤维通过短管状件24被全部进给。然后，绞盘以与驱动装置相接合的方式被放置在壳体12中。这种接合可以是齿轮啮合或者是任何其它方便的连接方式。一旦绞盘被纤维适当地缠绕，并装回到壳体底座14上，则将盖16压力密封地固定到底座14上，从而形成压力密封的壳体12。目标管状件借助任何常规装置与短管状件24相连，启动马达驱动装置以使绞盘旋转。如上所述，在纤维26上没有张力时，纤维就不缚紧在绞盘上，且没有机械驱动力作用在纤维上。绞盘在纤维的螺旋匝中以不会造成损害的方式旋转，直到流体在压力的作用下被供给到流体入口20。向流体入口20施加流体压力使得产生穿过流体和纤维出口22的流体流。当流体流增大时，作用于短管状件24内的这部分纤维26上的流体拉拽力开始拉拽纤维。当流体拉拽力增大到足够的程度从而在纤维上产生张力时，纤维变为缚紧在绞盘上，从而使绞盘能够对纤维施加机械插入力。纤维的插入将一直持续到达到所需深度、或者流体流停止或者减小到低于缚紧阈值、或者纤维被以某种方式机械地阻碍、或者任何其它力停止或减慢这种插入，此时纤维将停止对绞盘施加将纤维本身缚紧于绞盘上所必需的张力，且绞盘将无损害地在围绕绞盘的纤维螺旋缠绕匝中旋转。
虽然已经图示并描述了优选实施例，但在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对所述实施例进行改变或替换。因此，应当理解，本发明已经通过图解进行了说明，但这并不构成限制。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种丝状元件插入装置，包括：
壳体；
能够设置在所述壳体中的管状支撑件，所述管状支撑件包括螺旋路径；
能够以可被驱动的方式设置在所述管状支撑件中的绞盘；
从所述壳体延伸并与所述壳体的内部流体连通的有限直径的管状件。
2.如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述壳体为压力容器。
3.如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述绞盘还包括固定地附连至所述壳体的螺旋引导件。
4.如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述绞盘操作性地连接于马达。
5.如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述有限直径的管状件的直径被设计成增大作用在放置于所述有限直径的管状件中的丝状元件上的流体拉拽力。
6.如权利要求1所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述壳体还包括丝状元件入口和流体入口。
7.如权利要求3所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述螺旋引导件能容纳所述丝状元件，从而不仅用于从所述绞盘的一个轴向端部向另一个轴向端部引导所述丝状元件，而且还用于避免所述丝状元件的缠结。
8.如权利要求3所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述螺旋引导件是其中具有螺旋形槽的元件。
9.如权利要求3所述的丝状元件插入装置，其特征在于，所述螺旋引导件为螺旋弹簧。
10.一种将丝状元件插入目标管状件中的方法，包括：
将壳体、具有螺旋路径的管状支撑件以及绞盘与所述丝状元件组装到一起；
使所述丝状元件的位于所述绞盘下游的部分产生张力，该张力作用在所述绞盘上；
使所述丝状元件缚紧在所述绞盘上；以及
借助所述绞盘驱动所述丝状元件。
11.如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，该方法还包括使所述丝状元件进给到有限直径的管状件中。
12.如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，该方法还包括在有限直径的管状件内于所述丝状元件上产生流体拉拽力。
13.如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述张力的产生是通过使流体流过所述丝状元件延伸穿过的有限直径的管状件来实现的。
14.如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述缚紧是通过在所述丝状元件与所述绞盘之间产生足够的摩擦力来实现的，以使所述绞盘能够驱动所述丝状元件。
15.如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述缠绕是螺旋状缠绕。
16.如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述流体在进入所述目标管状件之前流过有限直径的管状件。
17.如权利要求16所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述流体在进入所述目标管状件之前流过有限直径的管状件。
18.如权利要求16所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，流动的流体耦连至所述丝状元件，从而沿着整个目标管状件为所述丝状元件提供流体拉拽力。
19.如权利要求10所述的将丝状元件插入目标管状件中的方法，其特征在于，所述驱动是通过启动与所述绞盘操作性地相连的马达而实现的。