CN101802345B - 胀管器 - Google Patents

Abstract

本发明描述了利用两个不同尺寸的整形器(26，38)进行一次起下钻自顶向下膨胀以在管上形成下端凹座。较小整形器(26)下送到井眼内，位于其后的较大整形器(38)处于锁定收缩位置。当达到适当深度时，引导整形器(26)撞到止动部。在止挡件(20)接合于凹槽(24)中的情况下，吊起力使较大整形器(38)上的锁定装置解除(外加压力使锚定装置固定在该位置)，使较大整形器伸展以对位于管(10)下端的凹座进行膨胀。提供紧急释放以在整形器不能完成任务时将其从井中取出。

Description

胀管器

技术领域

本发明的领域是井下胀管，更特别地，是两级膨胀以形成凹座，使得一个管柱可以膨胀到另一个管柱中以产生单孔，尤为特别地，是在沿井下方向的一次起下钻过程中完成上述工作。

背景技术

单孔完井利用胀管技术使井从地面开始具有相同的直径。通常，管柱在其下端具有凹座，表示位于其下端的直径扩大区域。当管柱固定就位时，另一个管柱延伸穿过，第二管柱的顶端与位于第一管柱下端的凹座对准。随后给第二管柱使用膨胀装置，从而使其内径与上部管柱的内径大致相同。两个管柱在上部管柱的凹座中彼此固定。由于凹座的缘故，下部管柱的膨胀导致最终装配好的管柱的内部尺寸不会减小。

完成这一工作的一种方法是在上部管柱的下端上安装凹座并使上部管柱膨胀到凹座中，随后将下部管柱放在与上部管柱的凹座相邻的位置并膨胀下部管柱。另一种方法是在井下形成凹座。在2005年7月版的World Oil中，Fischer和Snyder描述了这样一种方法，在底部形成喇叭口，随后向地面连续进行衬管膨胀。这种自底向上的方法使被膨胀的管承受压应力，在胀管期间冒有纵向弯曲的风险。该方法未提供但又需要的是在管柱受拉的情况下自顶到底胀管的方法，以及在管膨胀之后，在整形器(swages)之间转换以产生凹座的简单方法。这比自底向上胀管在技术上存在更大的挑战，因为在自顶向下胀管中，整形器必须转换为被膨胀管内的较大尺寸以形成均匀的较大凹座。本发明中还包含使较大整形器在需要形成凹座前失效的方法。在胀管组件不能充分推进并且需要从井中取到地面上的情况下，本发明还提供了用于紧急释放的特征。在结合附图阅读本发明优选实施例的情况下，本发明的这些及其它优点对于本领域技术人员来说显而易见，同时应该认识到权利要求书限定了本发明的整个范围。

发明内容

本发明描述了利用两个不同尺寸的整形器进行一次起下钻自顶到底胀管以在管上形成下端凹座。较小整形器下送到井眼内，位于其后的较大整形器处于锁定收缩位置。当达到适当深度时，引导整形器撞到一体或可释放的止动肩部。在止挡件接合于凹槽中的情况下，吊起力使较大整形器上的锁定装置解除(外加压力使锚定装置固定在该位置)，使较大整形器伸展以对位于管下端的凹座进行膨胀。提供紧急释放以在整形器不能完成任务时将其从井中取出。

附图说明

图1是显示了引导整形器处于止动(no-go)位置的剖视图；

图2是显示了图1中止挡件抵靠肩部凹座的视图；

图3是图2中剪切螺钉被剪断以允许心轴之间相对运动的视图；

图4是图3中引导整形器底部位于止动位置，尾随整形器松开以在管柱内施加压力时变大的视图；

图5是图4中尾随整形器致动以形成凹座的视图；

图6是图5中处于尾随整形器收缩的紧急释放位置的视图；

图7是用于在利用引导整形器进行膨胀时将尾随整形器锁定在下钻位置的锁定装置的透视图；

图8是图7中锁定装置松开，使得尾随整形器可以在将其向井下进一步推动的压力作用下达到其全尺寸的视图；

图9是可松开的止动部锁定就位并且在其与整形器组件接合之前的局部详图；

图10是图9中可松开的止动部与整形器组件接合的视图；

图11是图10中可松开的止动部从下面接合并且刚要松开前的视图；

图12是图11中可松开的止动部完全松开的视图；

图13是可松开的止动部的一部分部件的透视图，显示了当止动部锁定时的C形环位置；和

图14是图13的视图，显示了C形环为使可松开的止动部松开而收缩。

具体实施方式

图1显示了管10最初自顶向下膨胀的部件位置。管10优选地具有位于限动器14下面的凹座12。限动器14的目的是在地面上给出引导固定牙轮16接近限动器14的早期信号。图1显示了支撑一系列止挡件20的心轴18，所述止挡件可克服弹簧22的偏压移动。止挡件20在向下钻进过程中与限动器14接合时，心轴保持移动以压缩弹簧22并且使凹槽24与止挡件20相对以允许它们径向缩回并越过限动器14，此时，弹簧22推动止挡件20离开凹槽24使得它们在组件A再次吊起时再次径向伸展并达到足以卡在凹座12中的程度，如图2所示。

现在将对组件A的部件进行描述。参考图2，引导牙轮16优选地为固定的。变径整形器26具有交错块体(segment)，剖视图中只显示了一个28，因为块体全部对齐。块体28均具有接合到固定牙轮16上的下部挡圈30。剖视图中未显示的其它嵌套块体均具有上部挡圈32，当锚定装置和相关往复推送器(两者均未显示)将心轴18向井下推动时，所述上部挡圈由环34共同向下推动。当压力使行程延长时，通过使锚定装置夹紧以向前推进整形器组件而完成上述工作。当挡圈30和32通过井下作用力靠在一起时，块体在变径整形器26上对准并形成连续膨胀的周向表面36以使管10膨胀。

引导变径整形器沿井身向上是具有类似设计的较大整形器38，并且显示了其伸展或较小的直径尺寸。在图2所示位置，交错块体40、42显示为其顶点44、46偏离。块体40具有固定到环50上的挡圈48。块体42具有固定到环34上的挡圈52。除非运动锁定，否则块体40可以与块体42对齐，如下文将要描述的那样。对于管10的初始膨胀来说，固定牙轮首先进入，并且来自由锚定装置支撑的往复推送器(图中未显示锚定装置和往复推进器)的作用力足以使引导整形器26的块体28和未显示的交错块体对齐，使得整形器26的最大尺寸代表管10尺寸初始膨胀的程度。

在管10的初始膨胀期间，块体40和42锁定在图2所示位置。C形环58为弹性挡圈。在初始胀管期间，由于主体锁紧环58将来自套筒56(附接到34上)的作用力直接传递给套筒52以绕开较大整形器，因此可以防止环34移动。

套筒56支撑C形环58，所述C形环保持径向伸张直到它移动到与心轴18上的凹槽60对准为止，在此位置锁定产生对齐的相对运动，如下所述。锁紧环62处于图2所示部件位置，当整形器26前进以使管10进行初始膨胀时，将套筒56锁定到套筒52上。心轴18具有如图7和8所示的空转设计。锁紧环62最初将套筒56保持在套筒52上。尽管图7和8是示意性的，但本领域技术人员应当认识到，图2所示止挡件20可以设计为延伸穿过窗口68以接合图2所示的肩部70。这种接合在部件64吊起时防止部件66沿井身向上移动。当部件66属于由肩部70固定的心轴18的一部分时，部件64(其是与套筒52相同的部件)与图2所示的套筒56一起移动。部件64具有条状搭扣件72，其下侧接合锁紧环62，在锁紧环62上留有较小间隙74。条状搭扣件72分成多个部分并布置在指状部76上，图7显示了其中三个。指状部76从管节64伸出并与其一起移动。指状部78与指状部76交替并从管节66伸出，所述管节66由于止挡件20与表面70接合而不发生移动，如图2所示。指状部78具有凹座80，其最初与条状搭扣件72对准。与凹座80相邻的是高区域82，在管节64和66之间相对运动时所述高区域82位于环62之下以使其抬离条状搭扣件72，如图8所示。当达到该位置时，在不受环62阻碍的情况下有可能使运动反向，从而允许块体40和42对准，使得管10的连续膨胀可以给已经膨胀的管10增加凹座84(参见图5)。

现在可以连续观察图1-5以更好地理解操作顺序。在图1中，止挡件20具有弹跳通过限动器(jumped past restrictor)14以在地面上给出止挡件位于凹座12中并且固定牙轮16将迅速降到限动器14上的信号。这时，停止利用整形器26进行的进一步膨胀，组件吊起到图2所示位置，并且止挡件20向上抵靠肩部70。此时，从地面向上拉动使套筒56相对于由止挡件20固定的心轴18的部分沿井身向上移动。结果，剪切销54断裂，C形环58与凹槽60对准并且扣合在其中，从而防止沿任一方向发生进一步的相对运动。图3显示了这个位置，并且还显示了弹簧22已经伸长。未由C形环58锁定的同一相对运动也导致高区域82位于锁紧环62下面，如图8所示，使得锁紧环62不再与位于其下方的条状搭扣件72接合。图3也显示了这种情况。图4显示了重量再次下落，直到牙轮16落在限动器14上为止。由此，当锚定装置和往复推送器(两者均未显示)致动时，在环50和34之间可能发生相对运动，从而使块体40和42对准以将管10膨胀到比利用整形器26更大的尺寸，如图5所示。因为高区域82使锁紧环62与条状搭扣件72分离，整形器38可以致动到更大尺寸，由此，可以利用整形器38进行进一步膨胀以形成凹座84。在离开管20的底部之后，固定锚定装置且操作往复推送器的压力去除，吊起力允许整形器38和26伸展并径向收缩，使得组件A可以回撤。

如果在止挡件20仍然处于卡在凹座12中的位置时需要紧急释放的话，施加吊起力以切断剪切环86，继而允许弹簧22将止挡件20向下推入凹槽88中，在这种情况下，它们可以越过限动器14以允许组件A从井孔取出。

图1-8显示了固定限动器14，图9-14显示了可移动的设计。限动器14′具有其中安放定位开口环102的凹槽100，所述定位开口环具有一对周向突起，该周向突起可以弹跳到管10′中的凹陷104的匹配位置中。环102使限动器14′定位，利用具有条状搭扣件107的开口锁紧环106锁定该位置，当凸起110与凸起112接合时，所述条状搭扣件107与管10′上的条状搭扣件108接合。图9显示了接近止动面114的止挡件20′。图10显示了具有弹跳通过表面114和落于所述表面上的斜面116的止挡件20′。本实施例中的斜面116略微位于图1-8所示固定牙轮16之前。图11显示了与位于可移动限动器14′的下端处的斜面118接合的止挡件20′的锥面120。止挡件20′从图11所示位置沿井身向上进一步移动将达到图12所示位置，其中，凸起110和112没有对准，如图12所示，而非如图11所示那样对准。实质上，凸起110落入凹槽122中，限动器14′卡在肩部120上，以从管10′上去除，如图12所示。图13和14显示了限动器14′内的相对运动，所述限动器在图13中将其锁定到管10′上，在图14中将其释放，还显示了环104和106的C形环优选形状。

上述说明对优选实施例进行了描述，在不脱离其范围由下述权利要求的文字和等效范围确定的本发明的情况下，本领域技术人员可以进行许多改变。

Claims (19)

1.一种用于在管柱下端产生完全处于该管柱下端处的凹座以将另一要扩大的管柱接收在所述凹座中的方法，所述管柱具有初始圆整内径，该方法包括：

将膨胀组件下送到管柱中；

当所述膨胀组件进入管柱中时，使用一引导整形器膨胀所述管柱的初始圆整内径；

在利用所述引导整形器完成所述膨胀之后松开尾随整形器；和

利用所述尾随整形器在与所述引导整形器的运动方向相同方向上的运动将所述管柱连续膨胀到比所述引导整形器更大的尺寸，从而在所述管柱下端处形成所述凹座。

2.如权利要求1所述的方法，包括：

当所述引导整形器使管柱充分膨胀时，将所述尾随整形器锁定在小于所述引导整形器的尺寸。

3.如权利要求2所述的方法，包括：

在管柱充分膨胀之后，将所述尾随整形器解锁以改变尺寸。

4.如权利要求3所述的方法，包括：

将所述膨胀组件有选择地接合到管柱上以执行所述解锁操作。

5.如权利要求4所述的方法，包括：

在所述膨胀组件接合到管柱上时给该膨胀组件施加作用力。

6.如权利要求5所述的方法，包括：

将所述尾随整形器锁定在一心轴上；

通过由所施加的作用力破坏所述尾随整形器对所述心轴的锁定。

7.如权利要求6所述的方法，包括：

通过使锁定构件的径向尺寸改变而使锁定构件失效。

8.如权利要求7所述的方法，包括：

使一斜面抵靠所述锁定构件移动以径向改变所述锁定构件的尺寸。

9.如权利要求8所述的方法，包括：

使用开口环作为所述锁定构件。

10.如权利要求9所述的方法，包括：

在所述开口环的内外表面中的至少一个上设置锯齿状突起；

通过使所述斜面在所述开口环内移动来解除所述锯齿状突起的接触。

11.如权利要求10所述的方法，包括：

在所述解锁操作之后给所述尾随整形器施加作用力，从而将该尾随整形器的尺寸扩大到大于所述引导整形器。

12.如权利要求4所述的方法，包括：

利用所述管柱上的限动器给地面提供地面信号，该地面信号指示所述引导整形器接近能够接合所述膨胀组件的管柱部位。

13.如权利要求12所述的方法，包括：

使所述限动器为能够去除的。

14.如权利要求12所述的方法，包括：

在所述管柱上设置用于所述膨胀组件上的弹簧加载夹头的夹头凹座以有选择地接合。

15.如权利要求14所述的方法，包括：

当所述夹头由管柱保持时，通过给所述夹头施加作用力使至少一个剪切销断裂。

16.如权利要求15所述的方法，包括：

通过使所述剪切销断裂，从而使所述尾随整形器解锁以将该尾随整形器的径向尺寸改变到大于所述引导整形器的尺寸。

17.如权利要求16所述的方法，包括：

在所述引导整形器之前设置最前面固定直径整形器。

18.如权利要求13所述的方法，包括：

通过去除所述限动器减少对膨胀的阻力。

19.如权利要求13所述的方法，包括：

通过去除所述限动器减少内径膨胀量。

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