CN101336333A - 插入流体流通孔道中的心轴及相关的流体开采井 - Google Patents

Abstract

本发明涉及心轴，其包括具有纵向轴线(X－X’)的主体(16)和可径向膨胀的环形组件(18)。环形组件(18)具有贴靠在孔道上的周边表面(39)和贴靠在主体(16)上的周边表面(57)。环形组件(18)围绕纵向轴线(X－X’)具有多个径向膨胀块体(40，42)。每个块体(40，42)具有第一支承表面(44)、第二支承表面(46)和两个侧表面(48A，48B)，所述两个侧表面分别面对至少一相邻的块体(42，40)的侧表面(48B，48A)进行布置。块体(40，42)可在径向收缩构型和径向膨胀接合构型之间彼此相对移动，在径向膨胀接合构型中，块体(40，42)的每个侧表面(48A，48B)与相邻块体(42，40)的侧表面(48B，48A)进行接触。

Description

插入流体流通孔道中的心轴及相关的流体开采井

技术领域

[01]本发明涉及用于插入到流体流通孔道中的心轴，其具有：

[02]主体，其具有纵向轴线；

[03]径向上可膨胀的环形组件，其在其膨胀位置由主体支承，环形组件具有贴靠在孔道上的周边表面和贴靠在主体上的周边表面；

[04]环形组件的径向膨胀部件；

[05]环形组件围绕纵向轴线具有多个径向膨胀块体，每个块体具有第一支承表面、第二支承表面和两个侧表面，所述第一支承表面限定贴靠在孔道上的周边表面的一部分，所述第二支承表面限定贴靠在主体上的周边表面的一部分，所述两个侧表面分别面对着至少一相邻块体的侧表面加以布置。

[06]本发明尤其适用于底部工具或堵头在油井中的密封固定。该心轴适用于配有环形定位凹槽(英文称为“landing nipple(坐放短节)”)的油井，其尤其具有更大直径的密封实施表面。该心轴也适用于未配设这种区域的油井。

[07]本发明还适用于工具固定之前油井内壁的刮擦以及在这些内壁上制出槽腔(empreinte)。

背景技术

[08]从US6695051中已知一种前述类型的心轴(mandrin)，其具有管形主体、径向上可膨胀的环形密封组件、以及可展开的固定卡爪。

[09]例如，当位于油井底部的油层不再被开采时，这种心轴在油井中借助于缆工作线路展开，以便在油井中形成堵头。也可以借助于空心盘管(“coiled tubing”)或借助于钻杆柱进行展开。

[10]环形密封组件具有径向上可压缩膨胀的环形密封垫。这种密封垫基于橡胶环制成，以确保孔道中围绕心轴的密封屏障。

[11]橡胶密封垫夹紧在上、下金属环之间。当围绕心轴实现密封时，上环和下环彼此靠近，位于这些环之间的橡胶被压缩，从而引起其径向膨胀。

[12]每个环由呈梅花形布置的多个区段构成，以在密封垫之上和之下形成抗挤压屏障。当密封垫径向膨胀时，区段彼此分开。

[13]这种心轴不完全令人满意。实际上，橡胶密封垫的膨胀比率较小。为便于在油井中下降，必须在心轴和孔道之间留出足够的空间，以致橡胶必须被重压，以密封地贴靠在孔道的壁上，同时具有小膨胀比率以避免密封垫蠕变。因此，如果心轴长时间被保持在井中，橡胶密封垫趋向于在区段之间蠕变，从而它们发生不可逆转的变形。因此，心轴不容易从井中取出。

[14]因此，必须挖出心轴或抽回完井(complétion)，这会导致心轴损坏，且导致较大的开采成本和/或生产损耗。

发明内容

[15]本发明旨在提出一种心轴，其可密封固定在井中，且可简便、安全可靠和成本不太高地安装在井中和从井中取出。

[16]为此，本发明的目的在于提出前述类型的一种心轴，其特征在于，所述块体能在径向膨胀接合构型与径向收缩构型之间彼此相对移动，在所述径向膨胀接合构型中，一块体的每个侧表面贴靠在相邻的块体的侧表面上，而径向收缩构型包含在所述环形组件在其膨胀构型的径向尺寸中。

[17]本发明的心轴单独地或根据所有技术上可能的组合可包括以下或多个特征：

[18]在收缩构型和膨胀构型之间，每个块体可通过其侧表面沿着相邻的块体的侧表面滑动，而相对相邻的块体进行移动，所述侧表面构形成通过楔子作用引起所述环形组件径向膨胀；

[19]至少一第一块体随着沿所述纵向轴线朝第一方向移动，所述第一块体的一侧表面朝其另一侧表面收敛，与所述第一块体相邻的至少一第二块体随着沿所述纵向轴线朝第一方向移动，所述第二块体的一侧表面远离其另一侧表面呈发散状；

[20]每个块体都基本具有梯形形状，每个块体与相邻的块体以头脚倒置的方式沿所述纵向轴线布置，每个梯形的高平行于所述纵向轴线；

[21]所述主体具有块体支承表面，所述块体的至少之一安装成在所述块体支承表面上纵向滑动于所述环形组件处于其收缩构型的位置和所述环形组件处于其膨胀构型的位置之间；

[22]所述块体支承表面相对所述纵向轴线倾斜；并且，每个块体的第一支承表面基本呈绕所述纵向轴线的圆柱形，所述第二支承表面相对所述纵向轴线倾斜，所述支承表面通过所述侧表面彼此间连接；

[23]所述环形组件具有复位部件，所述复位部件使至少一块体回位到所述支承表面上；

[24]每个块体具有：

[25]加固件，其具有上边缘或/和下边缘，从而限定在外部通到所述侧表面中的环形的外部槽座；

[26]外部密封垫，其布置在外部槽座中；

[27]并且，两个相邻的块体的槽座围绕所述纵向轴线X-X’沿至少一周边通过所述侧表面彼此连通，且由所述上边缘和/或所述下边缘中的至少之一纵向封闭；

[28]所述加固件限定内部环形槽座，所述内部环形槽座在内部通到所述侧表面，每个块体具有布置在所述内部环形槽座中的内部密封垫；并且，在膨胀构型中，两个相邻块体的内部环形槽座通过侧表面围绕所述纵向轴线沿至少一周边彼此连通；

[29]所述心轴还具有实施固定于所述孔道的固定构件，所述固定构件能相对所述主体径向展开，并布置在所述环形组件的下面；

[30]所述膨胀部件包括操纵构件，所述操纵控件可释放地连接于至少一第一块体，且连接于至少一第二块体，所述操纵构件在下述位置之间相对所述主体纵向活动：

[31]息止位置，所述第一块体和所述第二块体连接于所述操纵构件，所述环形组件处于其收缩构型；

[32]中间位置，在该位置，所述第一块体相对所述操纵构件是自由的，而相对所述主体基本是固定的，所述第二块体连接于所述操纵构件；以及

[33]所述第一和第二块体接合的工作位置，在该位置，所述环形组件处于其膨胀构型；以及

[34]所述心轴具有将所述操纵构件从其工作位置朝其中间位置作用的作用部件、以及使所述操纵构件在其工作位置保持就位的可释放部件。

[35]本发明还涉及流体开采井，其特征在于，它包括：

[36]孔道；

[37]如上所述的心轴，其布置在孔道中。

[38]按本发明的开采井可具有以下一个或多个特征：

[39]所述孔道至少具有第一管、第二管、以及连接所述第一和第二管的套管，所述第一管、所述第二管和所述套管限定流体流通通道，并且所述套筒限定接纳所述环形组件的环形凹槽，该环形凹槽通到所述中央通道中且其直径大于所述中央通道的平均直径，所述环形组件在其展开位置密封地贴靠在所述环形凹槽的底部上；以及

[40]所述套管具有使所述环形组件锁紧就位的凸起，所述凸起在所述中央通道中相对所述第一管和第二管在内部突起，所述环形组件的上边缘轴向卡固在所述凸起上。

附图说明

[41]通过下面参照附图且仅作为例子给出的说明，本发明将得到更好的理解，附图如下：

[42]图1是在环形组件的收缩构型中，按本发明的心轴的四分之三面的透视图；

[43]图2是沿图1所示的心轴的垂直中平面的剖面图，所述心轴布置在本发明的未配有接纳工具的环形凹槽的第一油井中；

[44]图3是图1所示的心轴在其径向膨胀构型中的环形密封组件的四分之三面透视图；

[45]图4类似于图2，但环形组件处在膨胀构型中；

[46]图4A是图2所示的细部在膨胀构型中的局部放大图；

[47]图5类似于图1，示出处于膨胀构型；

[48]图6是图4所示的心轴的一细部的剖面图，所述心轴处于按本发明的具有接纳环形组件的环形接纳凹槽的第二油井中；

[49]图7是沿按本发明的第二油井的垂直中平面的、位于图6所示的环形凹槽附近的剖面图；以及

[50]图8类似于图4A，示出本发明的心轴的一实施变型。

具体实施方式

[51]图1至6所示的心轴10用于插入到布置在地下的油井生产孔道12中，所述生产孔道12也称为“生产油管”。

[52]心轴10用于密封地固定在孔道12中，以在一定位置封闭该孔道。在其它实施例中，心轴10承载底部工具、阀、集滤器、或流体通过管。

[53]在图1至5所示的实施例中，孔道12具有内壁14，所述内壁面对着心轴10且基本是平滑的。因此，孔道12没有配有环形固定凹槽，其用术语“landing nipple”表示。

[54]如图1和2所示，心轴10具有管形主体16、环形密封组件18、操纵环形密封组件的操纵管20，所述管形主体16具有纵向轴线X-X′，所述环形密封组件18用于形成在内壁14上绕心轴10的密封屏障，所述操纵管20通过可释放的连接部件21连接于环形密封组件18。心轴10还具有用于锁紧操纵管20的可释放的锁紧部件22、和可径向展开的固定卡爪24。

[55]管形主体16在图2中自上而下具有连接罩帽26、中间空心管形部分28和下部圆锥形部分30，所述连接罩帽26通过铺设和拆除工具(未示出)连接于缆工作线路，所述下部圆锥形部分30朝井底部收敛，用于支承环形密封组件18。

[56]主体16在其全长上限定中央通道32，该通道具有轴线X-X′，通到主体16的上端部和下端部。

[57]为使心轴10在井中展开和从井中撤出，连接罩帽26具有接纳凹槽，其接纳连接头部，而所述头部执行到缆工作线路(未示出)的连接。缆工作线路例如在本申请人的法国专利申请FR-A-2 848 363中述及。

[58]中间管形部分28旋紧在罩帽26的下面。它在罩帽26的附近限定用于接纳可释放锁紧部件22的环形凹槽34。该环形凹槽34开放在中央通道32中。

[59]管形部分28在通道32中于圆锥形部分30的附近限定锁紧部件22和操纵管20的下部止动件36，下面将予以详述。

[60]圆锥形部分30在外部具有支撑环形组件18的支承锥形表面38。该表面38朝井的底部收敛。

[61]如图3所示，环形密封组件18在围绕纵向轴线X-X’沿外部周边表面39移动时，具有交替的上部块体40和下部块体42，这些上下部块体沿纵向轴线X-X’以头脚倒置的方式布置。

[62]在图3所示的实施例中，环形组件18具有三个上部块体40和三个下部块体42。

[63]每个块体40、42限定支承在孔道上的外表面44、支承在主体16上的内表面46、以及连接表面44和46的两个侧膨胀表面48A、48B。每个块体40、42还具有下表面50A和上表面50B，它们在图3上基本垂直于轴线X-X’。

[64]每个外表面44大致呈绕轴线X-X’的圆柱形，且形成表面39的一部分。每个内表面46具有沿轴线X-X’向上收敛的圆锥形状。内表面46的形状与主体的支承表面38基本接合。

[65]侧表面48A、48B基本呈具有轴线X-X’的螺旋形状。

[66]在图3所示的膨胀构型中，上部块体40的每个侧表面48A、48B布置成支承在相邻的下部块体42的侧表面48B、48A上。

[67]下部及上部块体40、42从侧视角度看总体呈梯形形状，每个梯形的高平行于纵向轴线X-X’。

[68]因此，每个上部块体40的侧表面48A、48B随着沿轴线X-X’向上的移动而彼此分开，而每个下部块体42的侧表面48A、48B沿着相同的移动而彼此相向地收敛。

[69]在图3和4A所示的实施例中，每个块体40、42具有中央金属加固件52、用于在孔道12上实现密封的外部密封垫54、以及用于在主体16上实现密封的内部密封垫56，这两个密封垫安装在加固件52的两侧。

[70]加固件52的横截面基本呈I型。因此，它具有上边缘58和下边缘60，所述上下边缘由中央芯体(

)62彼此连接，所述中央芯体62的厚度小于上边缘58和下边缘60的厚度。

[71]边缘58和60与中央芯体62一起限定分别接纳密封垫54和56的外部环形槽座和内部环形槽座。这些槽座在侧面通到块体40、42的侧表面48A、48B中，在纵向上由下边缘58和60封闭。因此，密封垫54、56的蠕变在纵向上被容纳在内外槽座中。

[72]如图4A所示，上边缘58在中央芯体62的两侧具有可变形唇部，当在密封垫54、56变形的作用下，所述唇部与孔道12的内壁14接触并与主体16的锥形表面38接触时，所述唇部可向上轴向变形和/或径向变形，下面将予以说明。

[73]通道63布置成径向地穿过中央芯体62，并且通道63连接外部与内部环形槽座。

[74]加固件52例如基于金属制成。密封垫54、56例如基于弹性材料或塑料制成。内部密封垫56布置成支承在锥形表面38上，而外部密封垫54用于贴靠在孔道12的内壁14上。密封垫54、56例如采用包覆成型法形成在加固件52上。

[75]在其它实施例中，加固件52可用塑料制成。在另一实施例中，密封垫54可用比加固件52更软的金属例如铅制成。

[76]如图1和5所示，在环形组件18的径向收缩的分离构型与该组件18的径向膨胀的接合构型之间，下部块体42通过沿着侧表面48A、48B滑动，可相对上部块体40纵向和径向地移动。

[77]在图1所示的收缩构型中，上部块体40的上表面50B与相邻的下部块体42的上表面50B的分开距离最大，因此，块体40、42处于远离位置。因此，两个相关的上部块体40的相关的侧表面48A、48B的沿着绕轴线X-X’的圆周的分开距离最小，两个相关的下部块体42的相关的侧表面48A、48B的分开距离同样如此。

[78]环形组件18因而部分地脱开，且具有最小的径向尺寸。这样，心轴10能安全且容易地被输送到孔道12中，限制其在孔道12中卡住的危险，且方便心轴以与孔道12中的液流逆向的方式下降。

[79]在图5所示的膨胀构型中，下部块体42的上边缘50B与相邻的上部块体40的上边缘50B的分开距离最小，块体40、42处于靠近位置。两个相邻的上部块体40的相关的侧表面48A、48B的分开距离因而最大，两个相邻的下部块体42的相关的侧表面48A、48B的分开距离同样如此。

[80]如下所述，由于块体42的侧表面48A、48B在相邻块体的侧表面上滑动，下部块体42接合在上部块体40之间，这使得通过在表面48A、48B上的楔子作用，引起环形组件18的径向膨胀。这样，环形组件18在其膨胀构型中具有径向尺寸最大的基本呈圆柱形的外部周边表面39。

[81]在膨胀构型中，每个块体40、42的外部和内部环形槽座分别通到相邻块体42、40的外部和内部槽座中，以致内部和外部密封垫54、56连续延伸在至少一围绕轴线X-X’的周边上。外部密封垫54因而限定支承在孔道上的环形周边支承表面39。内部密封垫56限定支承在主体16上的内部周边支承表面57，该表面在围绕轴线X-X’的至少一周边上是连续的。

[82]此外，块体40、42的上边缘58的每个侧端部至少部分地贴靠在相邻块体42、40的上边缘58的侧端部上。同样，块体40、42的每个下边缘60的侧端部贴靠在相邻的每个块体42、40的下边缘60的侧端部上。内部和外部环形槽座因而在环形组件18的整个周边上被纵向封闭。

[83]因此，环形组件18在膨胀构型中的径向尺寸与环形组件18在收缩构型中的径向尺寸之比为1.05至1.50，优选地，大于1.15。因此，在其收缩构型中的环形组件18包含在该组件在展开构型中的径向尺寸中，且有利地，包含在主体16的径向尺寸中。

[84]操纵管20滑动地安装在管形主体16中。它具有上部70、下部72和堵头74，所述上部70布置在通道32中，所述下部72在主体16的外部朝下纵向凸起，所述堵头74旋拧在下部72的下端部。管20限定具有轴线X-X’的中央空心孔75，其在上端部通到中央通道32。

[85]上部70在外部具有上部平滑区域和下部区域，所述下部区域配有锁紧齿76，所述锁紧齿用于同锁紧部件22相配合，下面将予以说明。上部70在下部由环形肋78限定，所述环形肋78适于同下部止动件36相配合，以防止管20向下移动超过一下部位置。

[86]下部72在面对固定卡爪24的中部区域具有使卡爪24展开的两组展开托块80A、80B，其在部分72的外部径向凸起。这些托块80A、80B具有向上径向收敛的横截面，例如圆锥形截面或平的截面。

[87]堵头74延伸，在中央孔的下端部密封地堵塞该中央孔75。堵头具有易断的牵引环82，该牵引环布置在孔75中以挂接铺设工具。

[88]如下所述，操纵管20相对主体16在块体40、42脱开的息止位置、上部块体40固定在主体16上的中间固定位置、下部块体42接合在上部块体40中的工作位置、以及固定卡爪24的膨胀位置之间纵向活动。

[89]可释放的连接部件21包括引导上部块体40的引导夹84、推动下部块体42并径向引导卡爪24的笼架86、使下部块体42和卡爪24朝轴线X-X’回位的复位簧片87、上部弹簧88以及使管20回位到其息止位置的下部复位弹簧90。

[90]引导夹84包括可释放地安装在操纵管20上的下环圈92以及多个连接于上部块体40的簧片94。

[91]环圈92在展开托块80B的下面围绕管20的下部72延伸。它由易断的第一销96连接于管20。

[92]簧片94围绕环圈92分布。每个簧片94在环圈92和相关的上部块体40之间纵向延伸。因此，簧片94的数量等于上部块体40的数量。

[93]簧片94产生朝向轴线X-X’的径向紧贴弹力，以使上部块体40紧贴在锥形支承表面38上。

[94]笼架86围绕操纵管20延伸。它与管20一起限定环形空间，在环形空间中接纳有环圈92、簧片94的下部、固定卡爪24、下部块体和固定卡爪24的复位簧片87。

[95]笼架86在图2中自上而下具有推动下部块体42的上表面98、使固定卡爪24通过的纵向的通过凹槽100、以及在其下端部附近的下部环形肋102，所述肋102布置成支承在管20的下部上。

[96]每个复位簧片87的下端部在径向上由笼架86锁定，且在轴向上沿轴线X-X’在卡爪24上的两个止动件之间是自由的。每个簧片87的上端部固定于一下部块体42。

[97]簧片87的上端部固定在下部块体42的下表面50A中。因此，复位簧片87通过支承在笼架86上，而始终在径向上朝向轴线X-X’促动下部块体42。因此，每个块体42可通过在爪103的上表面上滑动，在径向上相对上表面98移动，所述爪103连接于固定卡爪24，间置在上表面98和块体42之间。

[98]凹槽100面对固定卡爪24延伸，以使之通过笼架86朝外部径向展开。

[99]环形肋102与管20的下部72呈互补形状。环形肋通过易断的第二销104连接于管20。

[100]上部弹簧88布置在环形空间中，支承在环圈92和肋102上。当弹簧88受到压缩时，它促使笼架86离开引导夹84。

[101]下部弹簧90间置在环形肋102和堵头74之间。它将管20朝其息止位置促动。

[102]锁紧部件22在图2中自上而下包括压力均衡套筒110、释放管20的释放环112和锁紧管20的锁紧夹114。

[103]压力均衡套筒110由密封地布置在连接罩帽26中的圆柱形套管形成。套筒110在上部密封位置与支承在环112上的下部支承位置之间滑动地安装在中央通道32中。

[104]释放环112也由基本呈圆柱形的套管形成。它在其上部接纳压力均衡套筒110的下部。

[105]释放环112具有内部环形止动件116，其用于在套筒110朝其下部位置移动时同套筒110相配合。

[106]环112可在保持夹114的上部保持位置与使该夹114通过弹性复位释放的下部弹性释放位置之间移动。它在外部限定环形槽座118。

[107]夹114也呈管状。它具有实现锁紧于纵向位置的上部凸缘120和锁紧管20的带齿内表面122。开有槽的中间环123在外部接合在带齿内表面122中、于该表面122和管20之间。中间环123具有锁紧管20的内表面。

[108]因此，锁紧夹114在锁紧管20的上部位置与一下部位置之间活动，在上部位置，凸缘120被接纳在主体16的环形凹槽34中，在下部位置，凸缘120被接纳在释放环的槽座118中，且夹114的下端部即下表面122布置成支承在止动件36上。

[109]固定卡爪24轴向布置在下部块体42的下面。它们围绕轴线X-X’分布。

[110]每个卡爪24具有支承件124，所述支承件124可由托块80A、80B在收起位置和展开位置之间径向地展开，收起位置即是在簧片87的作用下收起在笼架86中，而展开位置即是朝外径向展开并凸伸穿过凹槽100，同时在簧片87的作用下仍被束持在笼架86中。

[111]复位簧片87贴靠在支承件124的外表面上，且与支承件124一起径向展开。滑动爪103连接于支承件124。爪103的上表面朝外径向延伸。

[112]支承件124具有朝上的止动上表面124A，该上表面位于展开托块80A的下面，面对着该托块80A。

[113]定中心托块125从罩帽26和堵头74起朝外径向凸起，以使心轴10在孔道中轴向对齐，且在心轴于孔道12中下降和上升时保护心轴10。

[114]现在来说明本发明的心轴10的工作情况。

[115]首先，如图1和2所示，心轴10在下降构型中置于孔道12内。

[116]为此，管20布置在其息止位置，在该位置，堵头74与主体16的分开距离最大。在该位置，环形肋78支靠在止动件36上。此外，引导夹84由第一销96保持连接于管20的下部72。因此，上部块体40布置成支承在与该表面的下部相面对的锥形表面38上。它们由簧片94保持紧贴地支靠在表面38上。

[117]笼架86由第二销104保持连接于管20的下部72，从而下部块体42在上部块体40之下部分地布置在上部块体40以外。环形密封组件18因而处于其径向收缩的部分脱开的构型。

[118]固定卡爪24收起在笼架86中。下部弹簧90被保持预加应力，以将管20朝其息止位置加以促动。

[119]因此，心轴10具有最小的径向尺寸，从而允许易于在孔道12中下降，而没有损坏密封垫18的危险。心轴10与孔道12的内壁14之间的最小间隙大得足以限制由于心轴10以与孔道12中存在的液流逆流的方式移动所引起的问题。定中心托块125可在孔道中引导心轴10，沿孔道的纵向轴线调准心轴10，且在上升和下降时保护心轴10。

[120]在该下降构型中，套筒110与释放环112的内部环形止动件116分隔开，被置于其上部位置。释放环112布置成：环形槽座118在锁紧夹114的上部凸缘120的上方延伸，而所述上部凸缘被锁定就位在环形凹槽34中。

[121]此外，铺设工具插入到中央通道32中和中央孔75中，然后在井中下降，以同牵引环82和连接罩帽26相配合。

[122]因此，该工具具有固定部分(未示出)和活动部分(未示出)，所述固定部分支承和/或钩在罩帽26上，所述活动部分接合在易断的牵引环82中。

[123]于是，心轴10在孔道12中下降，使铺设工具钩挂于缆工作线路。

[124]当心轴10在井中达到所需的位置时，铺设工具使易断的牵引环82向上移动，同时保持主体16相对孔道12纵向地固定。管20因而从其息止位置进入其中间位置。

[125]进行这种移动时，引导夹84保持连接于管20，以致上部块体40在锥形表面38上向上纵向滑动，从而引起其径向膨胀。簧片94使上部块体40在移动时保持贴靠在该锥形表面38上。

[126]笼架86也连接于管20，以致下部块体42由于上表面98、爪103和下部块体42之间的机械叠置而同时向上移动。上部块体40的上表面50B和相邻的下部块体42的上表面50B之间的距离在进行这种移动时保持不变。

[127]同样，管20的上部70也在锁紧夹114中上升。但是，外齿76保持位于带齿内表面122的下面，这样，如果必须改变心轴10的位置，那么，可使管20朝其息止位置返回。

[128]然后，固定在夹环圈92与管20之间的第一销96折断，以便相对管20释放上部块体40。因此，上部块体40相对上表面38基本纵向固定。

[129]管20因而从其中间位置纵向滑动至其工作位置。进行这种移动时，笼架86与管20一起向上移动，并向上推动爪103和下部块体42。因此，下部块体42通过在锥形表面38上滑动，而接合在上部块体40之间。每个块体42的侧表面48A、48B在相邻的块体40的侧表面48A、48B上滑动。

[130]这种滑动移动通过楔子作用引起块体42和40的径向膨胀。

[131]此外，管20的齿76啮合在中间环123中，以致夹114和管20锁紧接合。管20朝其息止位置的返回因而被阻止。

[132]在图5所示的工作位置，每个上部块体40的上边缘50B与相邻的下部块体42的上边缘50B的分开距离最小。因此，环形组件18处于其径向膨胀接合位置。

[133]如前所述，组件18的外部周边表面39至少在围绕轴线X-X’的一周边上是连续的，所述外部周边表面39由块体40、42的外部周边表面44形成。该外部周边表面39贴靠在孔道12的内壁14上，以围绕心轴10实施密封。表面39的连续性由外部密封垫54在外部环形槽座中的三维压缩加以确保。

[134]此外，由块体40、42的内部周边表面46形成的组件18的内部周边表面57，在围绕轴线X-X’的至少一周边上是连续的。该内部周边表面57贴靠在主体16的支承表面38上，以便在组件18和主体16之间实施密封。

[135]表面57的连续性由内部密封垫56在内部环形槽座中的三维压缩加以确保。

[136]环形槽座由边缘58限定，从而避免密封垫54和56在压力的作用下被压出。

[137]当管20从其中间位置移动至其工作位置时，环形肋102和环圈92之间的距离显著缩短，以致上部弹簧88极大地被压缩。

[138]然后，第二销104被折断，管20依然上升，以展开固定卡爪24，且使固定卡爪挂接在壁14上，而不会相对环形组件18进行轴向移动。

[139]当管20从其工作位置移动至其固定位置时，托块80A相对支承件124向上纵向移动，从而由于楔子作用引起支承件124径向膨胀，且使支承件固定在孔道12的内壁14上。

[140]因此，环形肋102和堵头74之间的距离最小，以致下部弹簧90也受到大大地压缩。

[141]在管的固定位置，易断环82折断，从而释放铺设工具。

[142]因此，心轴10牢固且密封地被固定在孔道12中。应当指出，下部块体42始终可在压力的作用下向上轴向移动。

[143]应当指出，在图2和4所示的实施例中，孔道12的内表面在心轴10的整个长度上基本是平滑的。因此，心轴10可密封和牢固地固定在孔道12的任意部位上，环形接纳槽座不必在该部位处布置在壁14中。

[144]当心轴10必须从孔道12分离时，工具(未示出)插入到通道32中，以便压力均衡套筒110向下移动，使位于密封组件18下面的孔道12的下部与位于密封组件18上方的孔道12的上部之间压力均衡。

[145]然后，套筒110被向下推动到环形内部止动件116上，以引起环112相对主体16向下移动。在环112的下部位置，凸缘120进入槽座118中，并脱离环形槽部34。

[146]因此，由释放环112和锁紧夹114、开口环123以及管20形成的组件在通道32中自由向下滑动，直至锁紧夹114的下部122止靠在主体16的止动件36上。

[147]在进行这种移动时，并在下部弹簧90和回收工具向下击打的作用下，管20也从其固定位置朝其工作位置、然后朝其中间位置向下移动。

[148]管20的移动引起卡爪24在复位簧片87的作用下缩回到笼架86中。此外，托块80B止靠在支承表面124A上，从而引起下部块体42通过复位簧片87沿表面38向下移动。在进行这种移动时，下部块体42纵向地远离开上部块体40。

[149]然后，在与罩帽26连接的回收工具向上击打的作用下，上部块体40相对锥形表面38移动。在弹簧88的作用下，笼架86远离引导夹84，向下移动。因此，环形组件18从其径向膨胀接合构型运行到其径向收缩脱开构型。心轴10因而易于简单地在孔道12中朝地面上升，从而在簧片94的作用下缩回上部块体40。

[150]在图6和7所示的井中，孔道12具有上管150和下管152，上管和下管由中间套管154彼此连接，所述中间套管154拧在管150、152各自的外部螺纹表面上。

[151]如图7所示，上管150、下管152和套管154限定中央的流体流通通道156。

[152]上管150在通道156中限定第一区域158和第二区域160，所述第一区域158具有标称直径D1，所述第二区域160邻接于套管，其内表面略微向下呈喇叭口形，直至直径D2大于D1。

[153]套管154具有上部环形止动部分162，其与上管150对齐，或者在中央通道156中相对管150和151略微凸起。环形部分162限定通道156的区域164，该区域164的直径D3等于或小于第一区域158的直径D1和第二区域160的直径D2。直径D3与直径D1之比例如为0.8至1。

[154]套管154还在部分162的下面限定环形槽座166，其接纳按本发明的心轴10的环形密封密封组件18。通道126在环形槽座166中的直径D4大于第二区域160的直径D2。

[155]直径D4与直径D3之比小于例如为1.05至1.50的环形组件18的膨胀比率。

[156]套管的下部168的内径D2基本等于第二区域160的内径，且基本等于下管152的邻近区域的内径。

[157]因此，这种套管154成形为接纳按本发明的心轴10的环形密封组件18。如图6所示，支承表面39贴靠在槽座166的底部上，上表面50B止靠在环形部分162上，所述环形部分162的作用是使心轴10朝上固定。因此，在缩进到孔道12的壁14内的槽座166的底部，围绕轴线X-X’沿组件18的周边进行密封，而不是在相对孔道12的壁14凸起的部分上进行这种密封。在一实施例中，凸起部分164略去。

[158]槽座166的底部布置成缩进到壁14中，在通道156中流动的物质损坏底部的危险性受到限制。这样，缆在倾斜井中的连续通行(“wiretracking”)造成的轴向刮痕不会在槽座166的底部上产生。

[159]环形组件18因而形成将心轴10同时固定并密封在孔道12中的固定和密封部件。

[160]一般来说，心轴具有主体，该主体具有纵向轴线；

[161]至少一可径向膨胀的环形组件由主体支承，所述环形组件具有贴靠在孔道上的周边表面和贴靠在主体上的周边表面；

[162]可以使用环形组件径向膨胀部件。该心轴具有这样的环形密封组件：所述环形密封组件例如未配有块体40、42，且其膨胀比率类似于本发明的环形组件18的膨胀比率，并密封地布置在槽座166的底部上。

[163]在另一实施例中，每个外部密封垫54基于可持久变形的材料例如铅形成。

[164]环形组件10在孔道12的一定部位从其收缩构型移动到其膨胀构型，以便通过块体40、42的表面39的塑性变形在该部位形成孔道12的壁14的印痕(empreinte)。这样可以探测壁14的表面的不平整度，尤其是缆在倾斜的井中连续通行(“wire tracking”)时所设置的轴向凹槽。

[165]然后，环形组件18置于其收缩构型中，以便上升至地面。因此，获得孔道12的壁14在预定部位的印痕，从而可估计该壁的表面状态。在这种情况下，心轴不必配设有锁紧部件22。

[166]根据刚描述过的本发明，可以配置这样一种心轴10：它具有环形密封和/或固定组件18，该组件由可彼此接合的多个块体形成，组件18可经受可逆式强力径向膨胀作用。

[167]为此，环形组件18保持在收缩构型，以便在孔道12中插入和撤回心轴10。环形组件18通过块体40、42的接合而被径向展开，这尤其是为了在心轴10和孔道12之间实施密封，或者对孔道12的内壁14进行刮擦或留出印痕。

[168]在其它实施例中，堵头74由电磁控制式安全阀代替，如本申请人的法国专利申请No.05 08 880中所描述的，或者由FR-A-2 842 881中述及的快速闭合式测试阀代替，或者由需要在井中密封固定的任何其它底部工具代替。

[169]在另一实施例中，堵头74由在其端部穿通的简易管代替，心轴10因而形成永久性的填充件(或“packer”)。在这种情况下，启动装置可由心轴支承。此外，心轴因而可借助于钻杆柱下降。

[170]在另一实施例中，心轴具有至少两个轴向隔开的环形组件18，它们可轴向对置地布置在具有卡爪的固定系统的两侧。

[171]在图8局部出示的另一实施例中，环形组件18的外部周边表面39具有锯齿形或平滑的横截面，且固定卡爪24由平滑的定中心托块代替。

[172]因此，心轴10在环形组件18的膨胀构型中在孔道12内被纵向移动，以刮擦内壁14，或者形成在孔道12中可移动的柱塞。

[173]在这种情况下，支承表面38在外部围绕轴线X-X’限定上部止动件401，其使上部块体40锁紧就位。该止动件401具有与轴线X-X’正交的平面形状，或者具有朝心轴10的下端部收敛的环形圆锥形状。在后一种情况下，圆锥形止动件401与支承表面38的朝心轴10的下端部收敛的区域一起，限定接纳块体40的环形槽座403。

[174]因此，上部块体40被带至与上部止动件接触，再使第一销96断裂，从而获得环形组件的确定的膨胀直径。

Claims (16)

1.心轴(10)，其用于插入到流体流通孔道(12)中，所述心轴具有：

主体(16)，其具有纵向轴线(X-X’)；

至少一可径向膨胀的环形组件(18)，其由所述主体(16)支承，所述环形组件(18)具有贴靠在孔道(12)上的周边表面(39)和贴靠在所述主体(16)上的周边表面(57)；

使所述环形组件(18)径向膨胀的膨胀部件(20，21)；

所述环形组件(18)围绕所述纵向轴线(X-X’)具有多个径向膨胀块体(40，42)，每个块体(40，42)具有：第一支承表面(44)，其限定贴靠在所述孔道(12)上的周边表面(39)的一部分；第二支承表面(46)，其限定贴靠在所述主体(16)上的周边表面(57)的一部分；和两个侧表面(48A，48B)，所述两个侧表面(48A，48B)分别面对至少一相邻的块体(42，40)的侧表面(48A，48B)进行布置，

其特征在于，所述块体(40，42)能在径向膨胀接合构型与径向收缩构型之间彼此相对移动，在所述径向膨胀接合构型中，一块体(40，42)的每个侧表面(48A，48B)贴靠在相邻的块体(42，40)的侧表面(48B，48A)上，而所述径向收缩构型包含在所述环形组件(18)在其膨胀构型的径向尺寸中。

2.根据权利要求1所述的心轴(10)，其特征在于，在收缩构型和膨胀构型之间，每个块体(42)通过其侧表面(48A，48B)沿着相邻的块体(40)的侧表面(48B，48A)滑动，而相对所述相邻的块体(40)可移动，所述侧表面(48A，48B)构形成通过楔子作用引起所述环形组件(18)径向膨胀。

3.根据权利要求1或2所述的心轴(10)，其特征在于，至少一第一块体(42)随着沿所述纵向轴线(X-X’)朝第一方向移动，所述第一块体的一侧表面(48A)朝其另一侧表面(48B)收敛，与所述第一块体(42)相邻的至少一第二块体(40)随着沿所述纵向轴线(X-X’)朝第一方向移动，所述第二块体的一侧表面(48A)远离其另一侧表面(48B)呈发散状。

4.根据权利要求3所述的心轴(10)，其特征在于，每个块体(40，42)基本具有梯形形状，每个块体(40，42)与相邻的块体(42，40)以头脚倒置的方式沿所述纵向轴线(X-X’)布置，并且每个梯形的高平行于所述纵向轴线(X-X’)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的心轴(10)，其特征在于，所述主体(16)具有块体支承表面(38)，所述块体(40，42)中的至少之一在所述块体支承表面(38)上纵向滑动地安装在所述环形组件(18)处于其收缩构型的位置与所述环形组件(18)处于其膨胀构型的位置之间。

6.根据权利要求5所述的心轴(10)，其特征在于，所述块体支承表面(38)相对所述纵向轴线(X-X’)倾斜；并且，每个块体(40，42)的第一支承表面(44)基本呈绕所述纵向轴线(X-X’)的圆柱形，所述第二支承表面(46)相对所述纵向轴线(X-X’)倾斜，所述支承表面(44，46)通过所述侧表面(48A，48B)彼此连接。

7.根据权利要求6所述的心轴(10)，其特征在于，所述环形组件(18)具有复位部件(94)，所述复位部件使至少一块体(40)回位到所述支承表面(38)上。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的心轴(10)，其特征在于，所述支承表面(38)限定使所述块体(40)锁紧就位的上部止动件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的心轴(10)，其特征在于，每个块体(40，42)具有：

加固件(52)，其具有上边缘(58)或/和下边缘(60)，从而限定在外部通到所述侧表面(48A，48B)中的环形的外部槽座，

外部密封垫(54)，其布置在所述外部槽座中；

其特征还在于，在膨胀构型中，两个相邻的块体(40，42)的槽座围绕所述纵向轴线(X-X’)沿至少一周边通过所述侧表面(48A，48B)彼此连通，且由所述的上和/或下边缘(58，60)中的至少之一纵向封闭。

10.根据权利要求9所述的心轴(10)，其特征在于，所述加固件(52)限定内部环形槽座，所述内部环形槽座在内部通到所述侧表面(48A，48B)，每个块体(40，42)具有布置在所述内部环形槽座中的内部密封垫(56)；并且，在膨胀构型中，两个相邻块体(40，42)的内部环形槽座围绕所述纵向轴线(X-X’)沿至少一周边通过侧表面(48A，48B)彼此连通。

11.根据前述权利要求中任一项所述的心轴(10)，其特征在于，所述心轴还具有实施固定于所述孔道(12)的固定构件(24)，所述固定构件(24)能相对所述主体(16)径向展开，并布置在所述环形组件(18)的下面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的心轴(10)，其特征在于，所述膨胀部件(20，21)包括操纵构件(20)，所述操纵控件可释放地连接于至少一第一块体(40)，且连接于至少一第二块体(42)，所述操纵构件(20)在下述位置之间相对所述主体(16)纵向活动：

息止位置，在该位置，所述第一块体(40)和所述第二块体(42)连接于所述操纵构件，所述环形组件(18)处于其收缩构型；

中间位置，在该位置，所述第一块体(40)相对所述操纵构件(20)是自由的，并且相对所述主体(16)基本是固定的，所述第二块体(42)连接于所述操纵构件(20)；以及

所述的第一和第二块体(40，42)接合的工作位置，在该位置，所述环形组件(18)处于其膨胀构型。

13.根据权利要求12所述的心轴(10)，其特征在于，所述心轴具有将所述操纵构件从其工作位置朝其中间位置作用的作用部件(88，90)、以及使所述操纵构件(20)在其工作位置保持就位的可释放部件(22)。

14.流体开采井，其特征在于，它具有：

孔道(12)；

根据前述权利要求中任一项所述的心轴(10)，其布置在所述孔道(12)中。

15.根据权利要求14所述的井，其特征在于，所述孔道(12)至少具有第一管(150)、第二管(152)、以及连接所述第一和第二管(150，152)的套管(154)，所述第一管(150)、所述第二管(152)和所述套管(154)限定流体流通通道(156)，并且

其特征还在于，所述套管(154)限定接纳所述环形组件(18)的环形凹槽(166)，该环形凹槽通到所述中央通道(156)中且其直径(D4)大于所述中央通道(156)的平均直径(D1)，所述环形组件(18)在其展开位置密封地贴靠在所述环形凹槽(166)的底部上。

16.根据权利要求15所述的井，其特征在于，所述套管具有使所述环形组件(156)锁紧就位的凸起(162)，所述凸起在所述中央通道(156)中相对所述第一管(150)和第二管(152)在内部突起，所述环形组件(18)的上边缘(58)轴向卡固在所述凸起(162)上。

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