CN102971482B - 套管填充流体管理装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将流体引入套管柱的流体管理装置，结合了泥浆护罩阀，该泥浆护罩阀构造成打开，并允许流体流响应达到预定开启压力的流体流压力，并且当流体流压力减少或低于预定闭合压力时自动地关闭，从而当装置从套管抽出时防止流体溢出。该泥浆护罩阀包括泥浆护罩滑柱，该泥浆护罩滑柱具有槽形滑柱框，并可在上部打开位置和下部闭合位置之间、在装置主体内的纵向孔中轴向地移动，在上部打开位置，流体能够流出滑柱框，并流入位于主体的下端的排出孔，在下部闭合位置，所述下端抵靠出口孔以防止流体从其中流过。止回阀可合并在泥浆护罩滑柱的下端。流体管理装置还结合主密封件和空气溢流阀子组件以及辅助吸力密封件和止回阀子组件。

Description

套管填充流体管理装置

技术领域

本公开总体上涉及一种设备和方法，用于在井施工操作期间将流体引入套管柱或其它管状元件中，以及用于从套管柱除去流体。本公开尤其涉及一种设备和方法，用于将例如钻探泥浆或水泥渣的流体引入套管柱，在套管柱中，引入的流体代替必须从套管排出的空气。

背景技术

通常建造油井或天然气井包括组装套管柱、将套管柱插入井眼以及将套管在井眼中粘结（cement）到位的操作。套管组装涉及将多个单节管子（或“单根”）连接起来以形成纵长套管柱。螺纹连接通常用于连接单节管子，需要使用扭转以“完成”所述连接，或者在需要卸下套管时“拆开”所述连接。

在借助于安装在钻柱端部的旋转钻头在地下地层中钻成期望深度的井眼之后，抽回所述钻柱，然后将套管柱基本同轴地插入所述井眼中。在已知为套管钻井（或“使用套管钻井”）的替代方法中，使用安装在套管柱底部的钻头钻出井眼，而消除了对单独钻柱的需要。在井钻好后，套管仍留在井眼中。正如在本专利文件中所使用的，在钻井阶段的领域，术语“钻柱”可理解为用于使用套管钻井方法进行井施工操作的套管柱。

在井施工的钻井阶段，挑选的钻井液（通常称为“钻探泥浆”）在压力下从地面向下经由钻柱，向外经由钻头的出口泵送入井眼，然后经由形成在钻柱和井眼之间的环形空间向上返回地面（由于钻头直径比钻柱直径大）。基于水的或基于油的钻探流体将井眼钻屑携带到地面，并可提供其它有益的功能，包括钻头冷却以及形成保护层以稳固和密封井壁。

一旦将井钻到期望的深度，并且套管在井眼中到位，就通过将水泥浆（通常仅指“水泥”）引入井眼环空而将套管粘结到位。这通常通过这样完成，将适当体积的水泥引入套管柱（即与井眼环空的容积对应的体积），然后在压力下将第二和更轻的流体（比如钻探泥浆或水）引入套管，使得第二流体向下代替水泥，将水泥冲出去，使水泥环绕套管的底部并向上进入井眼环空。通常情况下，继续该操作直到水泥在井眼环空内上升到套管的顶部。一旦粘结完成，套管作用为结构上沿井眼形成分界线，并提供地层流体彼此之间以及与井眼流体之间的液压隔离。

在钻井行业，日益使用装配顶驱的钻机来代替传统的转盘式钻机，以及安装套管（通常称为“下套管”的操作）和/或使用顶驱通过套管直接钻井。下套管装置，比如美国专利申请文件No.11/912665（公开号US2008/0210063）描述的“抓取装置”，与顶驱套管轴连接，并通过接合管状柱（即钻柱或套管柱，视情况而定）的上端来支持这些井施工操作，以允许在管状柱和顶驱之间传递轴向载荷和扭转载荷，以及允许流体（比如钻探泥浆和水泥）经由装置中的中央通道或孔流入或流出套管柱。因此这样的装置使顶驱用于完成和拆开管子接头之间的连接、提升和旋转管状柱、套管填充、使钻探泥浆循环以及粘结套管。

在流动的流体进入钻柱或套管柱后，只要从套管释放和移除下套管装置（或“CRT”），例如钻探泥浆的流体便倾向于从装置孔排出，导致在钻机的钻台和/或其它地方上的不期望的溢出。

此外，当下套管装置用于将比如钻探泥浆或水泥的流体添加到部分充满的套管柱时（即分别为套管填充和粘结操作），流体取代空气，空气经由重力分离倾向于在下套管装置下方的套管柱的上端堆积或滞留。在下套管装置与套管密封地接合的情况下，这会导致套管内的空气压力增加。然后当下套管装置从套管柱的上端移除时，受压的空气会突然排出到大气，通常这是不期望发生的，即使对于相对低水平的截留压力而言。

在粘结操作期间，水泥通常比被代替的流体更稠密，导致在泵送停止后，水泥继续在井眼中下降，有可能在套管中引起吸入压力，进而将空气吸入套管内，这会干扰随后的流体代替操作。

由于前述原因，需要一种设备和方法，用于结合使用下套管装置来改进流体的管理，以避免或最小化钻探泥浆或水泥的溢出，从而减轻在套管填充期间滞留气体的影响，以及防止空气由于抽吸而进入套管。

发明内容

本公开通过提供一种流体管理装置（或“FMT”）解决了前述需求，该流体管理装置构造成用于插入管状物体或管状组件的上端，比如但并不局限于套管柱。正如在本专利文件中所使用的，术语“套管”或“套管柱”在上下文中应理解为涵盖任何类型的管状物体或管状组件，而不局限于特定用于井管目的的管状组件。流体管理装置包括具有外表面、并限定了在流体管理装置的上端和下端之间延伸的主体流动路径的主体。所述主体密封地连接到上游流线以便于流体从所述流线经由主体流动路径流入并穿过主体。当流体管理装置插入套管柱时，环空形成在流体管理装置的外表面和套管的内表面之间；在这里该环空指的是“套管环空”，以区别前面提到的形成在套筒和井眼之间的“井眼环空”。

根据一个实施例，流体管理装置结合泥浆护罩阀，该泥浆护罩阀限定出与主体流动路径的中间区域一致的泥浆护罩流动路径。该泥浆护罩阀构造成在下游方向上的选定压差之下，防止大量流体经由主体流动路径从流线泄漏，同时还允许回流在上游方向上可忽略的压力（即，泥浆护罩再开启压力）之下流入上游流线。

因此，一方面，本公开教导了一种流体管理装置，包括：

（a）纵长主体，具有上端、下端和在所述上端和所述下端之间延伸的主体孔，所述主体孔包括：上部间隔；中间间隔，限定出具有截面面积A₁的中间主孔表面（或者称为上部泥浆护罩密封表面）；以及下部间隔，限定出具有截面面积A₂的下部主孔表面（或者称为下部泥浆护罩密封表面）；

（b）端帽，安装到所述主体的下端，所述端帽具有限定出端帽密封表面的上端，以及与所述主体孔流体连通的端帽排出孔；

（c）滑柱（或者称为泥浆护罩滑柱），具有上端、下端和在所述滑柱的上端和下端之间延伸的滑柱孔，所述滑柱包括：

c.1上部滑柱部分，具有外围表面；

c.2中间滑柱部分，具有外围表面；

c.3滑柱框（或者称为泥浆护罩滑柱框），具有至少一个狭缝；以及

c.4位于所述滑柱的下端的头锥，所述头锥限定出头锥密封表面；

所述滑柱布置在所述主体孔中，并在其中可轴向地移动，所述上部滑柱部分布置在所述主体孔的中间间隔中，以及所述中间滑柱部分和所述滑柱框布置在所述主体孔的下部间隔中；

（d）上部密封装置，用于在所述上部滑柱部分的外围表面和所述中间主孔表面之间密封；

（e）下部密封装置，用于在所述中间滑柱部分的外围表面和所述下部主孔表面之间密封；以及

（f）泥浆护罩滑柱偏置装置，朝着闭合位置偏置所述泥浆护罩滑柱，在闭合位置处，所述头锥密封表面在包围一面积A₃的接触密封区域上与所述端帽密封表面密封地接合；

其中，面积A₃小于面积A₂，A₁小于面积A₂与面积A₃之差。优选地（但并非必需），所述中间主孔表面，所述下部主孔表面，所述上部滑柱部分的外围表面，以及所述中间滑柱部分的外围表面是轴对称的。

在一个可替代的实施例中，所述上部滑柱部分构造成在所述上部滑柱部分和所述中间主孔表面之间形成环形室，以便于给上部和下部密封装置之间的区域开孔。这可通过例如形成上部滑柱部分以限定出径向延伸的凸缘来实现，所述凸缘包括上部滑柱部分的外围表面。然而，上部滑柱部分并不局限于该构造或任何其它特定的构造，不管形成如上所述的环形室或其它。

在另一个替代的实施例中，所述主体包括上部部分和共轴的下部部分，所述上部部分通常是圆柱形的，所述上部部分的外直径小于所述下部部分的直径，使得向上取向的环形外部肩形成在上部和下部部分的接合点处。在该实施例中，环形主密封件和空气溢流阀子组件布置在流体管理装置的主体的上部部分的周围。所述主密封件构造成用于与流体管理装置已插入其中的套管的内表面外围地密封地接合。所述空气溢流阀构造成流量控制阀，以允许流体（气体或液体）依靠主密封件承受的所选定的闭合压差而绕过主密封件并从套管的内部逃逸。所述空气溢流阀适于在等于或高于选定的闭合压差的压力下闭合及保持闭合，从而防止进一步的流体绕过，同时还构造成当选定的再开启压力小于选定的闭合压力时再次打开。

可选择地，所述主体还包含辅助吸力密封件，并且可选择地，包含位于主密封件上方的止回阀，以密封倾向于经由所述套管环空进入套管的液体，比如空气，所述止回阀布置成允许液体经由所述空气溢流阀逃逸，以绕过所述辅助吸力密封件。所述止回阀功能性以单向密封件的方式与吸力密封件一体地设置。所述止回阀可具有有限、非零的开启压力。虽然提供了止回阀，但是在通常操作情况期间，流体从环空逃逸是由吸力密封件可选择地布置在打开位置而非通过所述空气溢流阀而产生的。

本公开的流体管理装置的另一个可替代的实施例包括主体，该主体具有如上所述的上部部分和下部部分以及纵向孔，主密封件和空气溢流阀子组件如上所述的安装在主体的上部部分的周围，但流体管理装置不包括泥浆护罩阀。在该替代实施例的第一变形例中，辅助吸力密封件和可选择的止回阀布置在主体的上部部分的周围，位于主密封件和空气溢流阀子组件的上方，也如上所述。在该替代实施例的第二变形例中，主体的上部部分可包含辅助吸力密封件和可选择的止回阀，但不具有主密封件和空气溢流阀子组件。

附图说明

下面结合附图描述本公开的实施例，在附图中参考标号表示相同的部件，附图中：

图1是本公开的流体管理装置（“FMT”）的一个实施例的等轴测视图，显示为连接到下套管装置（“CRT”）的下端；

图2是图1所示的流体管理装置的截面图；

图3是图1中的流体管理装置的泥浆护罩阀槽的等轴测视图；

图4是图2中的流体管理装置的截面图，显示为插入套管柱的上端，以及在套管填充期间流体管理装置所呈现的样子，即，泥浆护罩阀打开，空气溢流阀打开以及辅助吸力密封件从套管脱离；

图4A是图4的吸力密封组件的放大图；

图4B是图4的主密封件和空气溢流阀子组件的放大图；

图5是与图4类似的截面，除了示出在回流期间通过足够的套管压力以关闭空气溢流阀时，流体管理装置所呈现的样子，即，止回阀打开，泥浆护罩阀打开以及空气溢流阀关闭；

图6是与图4类似的截面，除了示出在流入期间通过足够的套管压力以关闭空气溢流阀时，流体管理装置所呈现的样子，即，泥浆护罩阀打开，吸力密封件从套管脱离以及空气溢流阀关闭；

图7是与图4类似的截面，除了示出在没有流入和具有处于吸力之下的套管的情况下，流体管理装置所呈现的样子，即，泥浆护罩阀关闭，止回阀关闭，空气溢流阀打开以及辅助吸力密封件接合套管；

图8是替代实施例的流体管理装置的截面视图，结合双向止回阀以密封发源于管道下端的流体压力；

图8A是图8所示的双向止回阀的放大图。

具体实施方式

图1和图2示出本公开的流体管理装置（“FMT”）1的实施例。流体管理装置1具有上端13和下端11，并图1中示出，上端13连接到下套管装置2的下端，上游流线（由参考标号3表示）连接到下套管装置2。如图2和图4（以及其它附图）的截面所示，流体管理装置1包括具有上部部分10U和下部部分10L的纵长主体10。主体10是大致轴对称构造，即，关于纵轴对称。主体10的下部部分10L具有壁16，壁16的外直径大于上部部分10U的外直径。尽管上部部分10U和下部部分10L优选地以及最合宜地是大致圆柱形构造，但是在本公开的范围内，在替代实施例中上部部分10U和下部部分10L或其部分可以是其它构造。

主体10的下部部分10L终止于端帽103，端帽103具有上端103U、下端103L和端帽排出孔155，上端103U限定出端帽密封表面156。端帽103通常通过螺纹连接150密封地安装到主体10的下部部分10L的下端。端帽103的下端103L的外部轮廓优选地是锥形的，以便于流体管理装置1插入套管柱。

附图中显示的主体10是一体的构造，但这仅作为示例，而不是必需的。本领域技术人员应当明白，主体10（和其它所示部件）可替换地由多个子部件装配或组装而成。类似地，本领域技术人员应当明白，显示为由多个子部件组装而成的部件可替换地是一体的构造。

主体10具有纵向孔15，纵向孔限定出主体流动路径14，并构造成从上端13朝着下端11限定出三个截面尺寸增加的阶梯间隔，如下：

上部间隔15U（通常为圆柱形但不是必须的）；

中间间隔15M，具有内部圆柱表面19（也指上部泥浆护罩密封表面19）；以及

下部间隔15L，具有内部圆柱表面21（也指下部泥浆护罩密封表面21）。

朝下取向的上部泥浆护罩肩18设置在孔15的上部间隔15U和中间间隔15M的接合点处；朝下取向的上弹簧肩20设置在中间间隔15M和下部间隔15L的接合点处。

在显示的实施例中，主体10包含三个子组件：泥浆护罩阀100，位于孔15的下部间隔15L中；主密封件和空气溢流阀子组件200，环绕主体10的上部间隔10U布置；以及吸力密封子组件300，环绕主体10的位于主密封件和空气溢流阀子组件200之上的上部间隔10U布置。

如图2-4所示，特别地，所示实施例的泥浆护罩阀100包括具有上端101U和下端101L的泥浆护罩滑柱101，并结合以下部件：上部部分108，具有外表面108A和凸缘107，凸缘107从上部部分108的上部区域径向向外突出，并具有外围表面107A；

中间部分111，中间部分111的至少一部分包括具有环形沟槽111B的圆柱形外围表面111A，环形沟槽111B用于容纳下部滑柱密封件119，下部滑柱密封件119构造用于与下部泥浆护罩密封表面21密封地接触；

滑柱框113，包括多个滑柱框肋113A，所述滑柱框肋具有一个或多个插入滑柱框狭缝113B，滑柱框113的下端终止于头锥114，头锥114限定出头锥孔115和头锥密封表面114A，头锥密封表面114A构造成密封地接合端帽密封表面156；以及

回流阀104，与头锥114和头锥孔115关联。

凸缘107的外围表面107A具有环形沟槽107B，用于容纳上部滑柱密封件117，上部滑柱密封件117构造用于与上部泥浆护罩密封表面19密封地接触。上部部分108的外表面108A可以（但并非必须）是圆柱形，但在任何情况下，不具有等于或大于孔15的中间间隔15M的直径的外截面尺寸。上部部分108和外表面108A包括锥形的过渡区段，参见图3，但这并不是必须的要求。

应当理解的是，虽然流体管理装置1优选地结合回流阀104，但对本公开的范围内的所有实施例来说，这不是必需的。在替代实施例中，不包括回流阀，头锥114不要求头锥孔。

朝上取向的下弹簧肩118设置在泥浆护罩滑柱101的上部部分108和下部部分111的接合点处。泥浆护罩滑柱孔110限定出泥浆护罩流动路径112，泥浆护罩流动路径112从泥浆护罩滑柱101的上端101U，经由凸缘107、上部部分108、中间部分111，进入滑柱框113，从而使流体向下流经泥浆护罩滑柱孔110，向外流经滑柱框狭缝113B。泥浆护罩滑柱孔110的与泥浆护罩滑柱101的上部部分108和下部部分111关联的部分指的是泥浆护罩入口孔110A，泥浆护罩滑柱孔110的与滑柱框113关联的部分指的是泥浆护罩框孔110B（理所当然，泥浆护罩入口孔110A和泥浆护罩框孔110B与泥浆护罩流动路径112一致）。

在显示的实施例中，回流阀104以止回阀的形式设置，更确切地说，回流阀104是球形止回阀，包括止回阀框106，止回阀框106保持止回球105，当止回球105位于止回阀框106的下部区域的阀座106B时（参见图5），防止流体向下流出通过头锥孔115，而允许向上回流通过头锥孔115，经由止回阀框106的流体开口106A进入滑柱孔110。

在替代的实施例中，止回阀104包括任意合适类型的止回球偏置弹簧105A（如图6所示）以朝着止回阀框106的下端偏置止回球105，从而封锁流经头锥孔115的流量。该止回球偏置弹簧的一个益处是防止止回球105在流体管理装置1装运或运输期间移动，为了这个目的，止回球偏置弹簧不需要特别地坚硬（但应当相对地不如泥浆护罩偏置弹簧102坚硬）。将止回球偏置弹簧合并进止回阀104内还有益于允许止回阀104起减压阀（PRV）的作用，以减轻高于与止回球偏置弹簧的选定刚度（即弹簧常数）有关的减压阀开启压力的套管压力。

可选地，与阀座106B的几何形状和头锥孔115的直径结合的止回球105的材料柔量可选择成提供类似于“安全膈膜”（本领域技术人员应当理解的术语）的减压功能，使得如果泥浆护罩阀100的功能削弱到其在施加的压力负荷之下不能打开的程度，那么止回球105在比超过主体10和端帽103的容纳能力的压力低的压力之下会被向下挤出通过头锥孔115。在这样的事件发生后，压力容纳的缺乏会起阀门故障指示器的作用。

对于一般参考目的，泥浆护罩阀100可认为是包括主体10的下部部分10L、泥浆护罩滑柱101、止回阀104和端帽103的子组件。

在图2所示的组装的流体管理装置1中，泥浆护罩滑柱101布置在主体10的孔15中，使得泥浆护罩流动路径112与主体流动路径14在与孔15的中间间隔15M和下部间隔15L对应的区域内一致。位于泥浆护罩滑柱101的上端101U处的凸缘107在孔15的中间间隔15M和下部间隔15L中可纵向地移动，下部部分111和滑柱框113在孔15的下部间隔15L内可相应地移动。上部滑柱密封件117在与上部泥浆护罩密封表面19的密封地接合中是可滑动的，下部滑柱密封件119在与下部泥浆护罩密封表面21的密封地接合中是可滑动的，使得环形室157形成在上部滑柱密封件117和下部滑柱密封件119之间。

流体管理装置1具有泥浆护罩偏置装置，泥浆护罩偏置装置起作用以朝着闭合位置偏置泥浆护罩滑柱101，在该闭合位置，头锥114就位在端帽103上。在说明的实施例中泥浆护罩偏置装置显示为（并不局限于此）泥浆护罩偏置弹簧102，泥浆护罩偏置弹簧102环绕泥浆护罩滑柱101的上部部分108布置，使得泥浆护罩偏置弹簧102的上端支撑在主体10的上弹簧肩20上，下端支撑在泥浆护罩滑柱101的下弹簧肩118上，因此，泥浆护罩滑柱101朝着主体10的下端或下游端而被偏置。泥浆护罩滑柱101在主体10内的向上行程由上部泥浆护罩肩18限制，当泥浆护罩滑柱101位于其相对于主体10的最上部位置时，凸缘107抵接上部泥浆护罩肩18（例如，如图4、图5和图6所示）。

头锥密封表面114A和端帽密封表面156具有互补的轮廓（比如但并不局限于截头圆锥轮廓，用于当泥浆护罩滑柱101位于其相对于主体10最低的位置处时，在接触密封区域153上密封地接合（例如，如图2和图7所示）。优选地，当头锥密封表面114A和端帽密封表面156没有接触时，头锥密封表面114A和端帽密封表面156的轮廓还可以是例如便于平滑的流体从泥浆护罩框孔110B流入端帽排出孔155的轮廓。

在优选的实施例中，接触密封区域153是具有最小宽度的大致圆形轮廓线，该大致圆形轮廓线位于与流体管理装置1的纵轴横向的平面上。接触密封区域153的这种构造是可取的，以便于为了设计用于特定操作服务状况的流体管理装置1的目的而精确地确定压差（如随后所述）。一般还希望接触密封区域153具有最小宽度以使头锥密封表面114A和端帽密封表面156（假设在接触密封区域153上的总力与接触密封区域153的宽度无关）之间的局部接触压力最大化，从而提高在接触密封区域153上的密封效力。然而，在一些情况下，希望接触密封区域153具有确切的和可测量的径向宽度，相应的替代实施例在本公开的范围内。与接触密封区域153的几何尺寸无关，密封效力可进一步通过将密封促进涂层施加到位于与接触密封区域153对应的区域中的头锥密封表面114A和/或端帽密封表面156来增强。

上弹簧肩20和下弹簧肩118的相对位置通常与泥浆护罩偏置弹簧102的长度和刚度相配合，以提供选定的初始预应力（在这里也指偏置力F_B），从而压缩位于上弹簧肩20和下弹簧肩118之间的弹簧102，进而朝着闭合位置偏置泥浆护罩滑柱101，在该闭合位置处，头锥密封表面114A和端帽密封表面156处于密封的接触。

尽管在这里以弹簧的形式描述和说明了泥浆护罩偏置装置，但是本领域技术人员应当明白，替代的实施例可使用具有等效功能效果的不同类型的偏置装置。例如，泥浆护罩偏置装置可以设置成气垫的形式。对于一些操作应用，重力可有效地充当保持泥浆护罩滑柱101处于闭合位置的泥浆护罩偏置装置。

上部泥浆护罩肩18相对于滑柱凸缘107的位置选择成允许泥浆护罩滑柱101在上游方向上滑动足够的选定量，以使接触密封区域153打开，从而将泥浆护罩滑柱101放置在允许流体从泥浆护罩框孔110B环绕头锥104、流入端帽排出孔155（或反之亦然）的打开位置。在优选的实施例中，排放口22设置成穿过主体10的壁16，位于由上部滑柱密封件117和下部滑柱密封件119的每个扫过的圆柱形区域之间的一点处，因此，端帽排出孔155处的压力会与上部滑柱密封117和下部滑柱密封件119之间的环形室157压力连通，而与泥浆护罩滑柱101的位置无关。当设置了排放口22时，排放口22优选地合并充当止回阀的单向密封件，以使流体从环形室157排出，同时防止流体进入环形室157。

为了解释性目的，孔15的中间间隔15M的截面面积（即，对应于上部泥浆护罩密封表面19）指的是面积A₁，下部间隔15L的截面面积（对应于下部泥浆护罩密封表面21）指的是面积A₂。此外，由接触密封区域153限定的圆形截面面积指的是面积A₃（如前面所讨论，当接触密封区域153限定出最小宽度的圆形轮廓线时，面积A₃能以最大的精度计算得出）。根据本公开，这三个面积之间的关系可由公式A₁<（A₂-A₃）表达，即，A₃小于A₂，A₁小于A₂和A₃之差。

参考前述说明，本领域技术人员应当明白，泥浆护罩滑柱101在主体10的下部部分10L内的轴向位置取决于作用在其上的力的平衡。这顺次取决于主体流动路径14（以及泥浆护罩流动路径112）中的压力、环形室157内的压力以及由偏置装置（举例来说，泥浆护罩偏置弹簧102）朝着闭合位置施加的偏置泥浆护罩滑柱101的偏置力F_B。

这可通过参见图7最好的明白，在图7中，泥浆护罩滑柱101显示处于闭合位置，套管环空6由初级密封件202和第二密封件301（在这里，随后描述两者）密封。在该情况下，流体管理装置1一插入套管柱4，套管压力就通常大约为大气压力，并且环形室157内的压力会通过排放口22与套管压力相对应。当流体（比如钻探泥浆）随后沿流动路径14和112被泵送进流体管理装置1时，压差P_D发展为等于泥浆护罩滑柱孔110内的压力减去套管压力。泥浆护罩滑柱101仍倾向于保持关闭，直到向上作用在泥浆护罩滑柱101上的力由于差动压力P_D而平衡偏置力F_B，即，当P_D（A₂-A₁-A₃）=F_B时。必须满足该条件的P_D的值指的是泥浆护罩开启压力，选择成足够量以防止流体（例如，钻探泥浆）在由上游流线3中的重心高差产生的（即，并非通过泵送产生的压力）、不高于需要避免溢出的压力之下从泥浆护罩滑柱孔110排泄出。

因此，应当明白的是，当紧接着完成套管填充任务，流体管理装置1从套管4中抽回时，没有泵送压力被引入泥浆护罩滑柱孔110，由于偏置力F_B大于流体管理装置1内的泥浆护罩滑柱101和流体（比如钻探泥浆）体积的总重量，泥浆护罩滑柱101会自动地关闭。因此当流体管理装置1从套管4抽回时，一定体积的流体会保留在流体管理装置内，从而避免了流体溢出。

图4示出插入套管柱4的上端的流体管理装置1，套管柱具有内表面5，内表面与主体10一起形成套管环空6，泥浆护罩阀100显示处于打开位置，下游流体沿主体流动路径14（即，主体10内的孔15）和泥浆护罩流动路径112（即，泥浆护罩滑柱孔110）流动，并向外经由端帽排出孔155进入套管4。根据由文丘里效应产生的增加的流速，流体流经泥浆护罩滑柱孔110导致上部滑柱密封件117处的压力小于下部滑柱密封件119处的压力，文丘里效应是由从泥浆护罩入口孔110A到出口泥浆护罩框孔110B和滑柱框狭缝113B的扩大的流动面积产生的。该压差有益于迫使泥浆护罩滑柱101进一步打开，从而减少流动损失压力以及任何侵蚀位于接触密封区域153中的头锥密封表面114A和端帽密封表面156的趋势（因为当头锥密封表面114A和端帽密封表面156之间的间隙变宽时，穿过头锥密封表面114A和端帽密封表面156的流速会减小，从而减轻流动流体的磨蚀效应）。

期望泥浆护罩滑柱101在给定的流率下更充分地打开的趋势可通过提供泥浆护罩偏置弹簧102来进一步促进，泥浆护罩偏置弹簧102具有在与泥浆护罩滑柱101从闭合位置到打开位置的移动对应的偏斜范围内的较低刚度。通过非限制性示例，这可通过提供泥浆护罩偏置弹簧102来完成，该泥浆护罩偏置弹簧是具有线性荷载挠度响应和低整体刚度的弹簧的形式，或者如附图所示，是具有非线性荷载挠度响应的贝氏弹簧垫圈叠层的形式（本领域已知）。

现在参见图5，泥浆护罩阀100显示为其呈现有流体回流（理论上由箭头BF指示），该流体回流倾向于打开回流止回阀104，向上移位止回阀球105，从而允许回流通过头锥孔115和位于止回阀框106中的开口106A。然而，在期望回流率高的情况下，止回阀104呈现非期望的高流阻，或者更坏地，止回阀104变紧，在这种情况下，如果泥浆护罩阀100仍保持关闭，那么泥浆护罩阀100倾向于堵住套管中的压力。然而，在这种回流压力状况下，由于由接触密封区域153限定的区域上的压力施加的克服泥浆护罩偏置弹簧102的偏置力F_B的力，泥浆护罩滑柱101倾向于移动到打开位置，从而允许通过主体10中的泥浆护罩滑柱孔110和孔15来减缓套管压力。

再次参见图4和图4A及图4B，主密封件和空气溢流阀子组件200包括密封承载器201、主密封件202、空气溢流阀体203和空气溢流滑柱204（全部为大致圆柱形和轴对称构造），还有在所示实施例中以空气溢流偏置弹簧205的形式（但并不局限于该形式）设置的空气溢流偏置装置。密封承载器201同轴地布置在主体10的上部部分10U的周围，并具有与上部部分10U紧密地匹配的密封承载器孔220。主密封件202（以非限制示例的方式设置为如所示的封隔器杯型（packer-cup-style）密封件，或者设置为楔形密封件）通过密封限位器杯（seal retainer cup）209和相关的密封件密封地安装到密封承载器201，以与套管4的内表面5密封地接合，从而在端帽排出孔155处发展的压力的作用下，密封位于密封承载器201和套管4之间的环形流。

所示的主体10的上部部分10U具有承载器体密封件222，用于与密封承载器孔220密封地接合。图中显示了许多其它密封件，但并没有标示出，应当理解的是，所有示出的密封装置和位置是示例性的和非限制性的，除非清楚地描述功能和明白地指示别的方式。附加的和不同构造的密封件可根据需要或要求合并在流体管理装置1中，以在不脱离本公开的情况下配合特定的设计要求。

主体10的上部部分10U还显示为具有位于上部部分10U、位于承载器体密封件222下方的上部环形沟槽23；位于密封承载器201下方的下部环形沟槽24；以及在连接上部环形沟槽23和下部环形沟槽24之间延伸的多个分隔的轴向沟槽25。上部环形沟槽23布置成对准一个或多个空气溢流出气口221，所述空气溢流出气口在主密封件202上方的选定位置处延伸通过密封承载器201的壁。空气溢流阀体203在主密封件202下方的选定位置处密封地连接到密封承载器201。大致轴对称的空气溢流阀体203具有外部圆柱形外密封表面240和支承面密封件241的环形下端面242。如图4B所示，一个或多个环形密封件217可由密封承载器201或空气溢流阀体203支承，以密封在密封承载器201和空气溢流阀体203之间。

空气溢流阀体203还包括大致环形抵接件243，该抵接件从下端面242向下地、从面密封件241径向向内地突出，环形抵接件243的下部表面充当上部空气溢流弹簧肩244。环形抵接件243形成为多个径向沟道或狭槽243A，并在组装的设备中与下部环形沟槽24对准，使得当空气溢流滑柱204处于打开位置时（如下所述），下部环形沟槽24通过狭槽243A与空气溢流滑柱204中的空气溢流入口267（下面描述）流体连通。

也大致轴对称的空气溢流滑柱204具有下端266、圆柱形外表面204A和阶梯孔，阶梯孔限定出上部圆柱表面260U、中部圆柱表面260M和下部圆柱表面260L，中部圆柱表面260M具有小于上部圆柱表面260U的直径，下部圆柱表面260L具有小于中部圆柱表面260M的直径。环形密封肩262设置在上部和中部圆柱表面260U和260M的接合点处，环形下部空气溢流弹簧肩263设置在中部和下部圆柱表面260M和260L的接合点处。如图4B所示，上部圆柱表面260U共轴地布置在空气溢流阀体203的下端周围，并支承可滑动地和密封地接合空气溢流阀体203的外部密封表面240的外部滑动密封件261。下部圆柱表面260L（或者称为内部滑动密封孔260L）构造成与支承在主体10的上部部分10U上的内部滑动密封件26紧密匹配。

在所示的实施例中，主体10构造成具有位于上部和下部部分10U和10L的接合点处的环形外部肩27，环形外部肩27充当用于空气溢流滑柱204的下端266的抵接件。在组装的设备中，空气溢流滑柱204被允许在闭合位置和打开位置之间移动，所述闭合位置由位于空气溢流阀体203上的面密封件241和空气溢流滑柱204的密封肩262之间的接触限制，在所述打开位置处，空气溢流滑柱204从位于空气溢流阀体203上的面密封件241朝着位于主体10上的外部肩27向下地移位。所述实施例中显示为贝氏弹簧叠层的空气溢流偏置弹簧205布置在位于空气溢流阀体203的环形抵接件243上的上部空气溢流弹簧肩244和位于空气溢流滑柱204上的下部空气溢流弹簧肩263之间。空气溢流偏置弹簧205设计并构造成朝向打开位置施加偏置空气溢流滑柱204的力。至少一个以及优选地多个空气溢流入口267设置在空气溢流滑柱204中，由此，套管环空6与环形空间208流体连通，当空气溢流滑柱204处于打开位置（图4和4B所示）时，环形空间208可以在位于空气溢流滑柱204上的密封肩262和空气溢流阀体203的下端面242之间打开。

虽然实施例中所示的主体10具有环形外部肩27，以限制位于空气溢流阀体203上的空气溢流滑柱204的向下行程，但是并非为了这个目的必须提供这样的肩。本领域技术人员应当明白，空气溢流滑柱204的向下行程可通过已知方法的其它手段来限制，比如，通过提供位于空气溢流阀体203和空气溢流滑柱204之间的适当位置处的止动装置。

为了参考起见，在一定时间内，主密封件202下方的套管环空6中呈现的压力被称为套管压力。当空气溢流滑柱204处于打开位置时，主密封件和空气溢流阀组件200提供如图4所示的流动路径206，以通过如下流体流动来减缓套管压力：（1）从套管环空6到空气溢流入口267；（2）经过打开的面密封件241，径向向内通过环形空间208；（3）径向向内通过位于空气溢流阀体203上的环形抵接件243中的径向狭槽243A；（4）流入下部环形沟槽24；（5）沿轴向沟槽25向上流动；（6）流入上部环形沟槽23；以及（7）经由密封承载器201中的空气溢流出气口221离开。

明显地，流动路径206会保持打开，并继续为套管环空6提供出口，直到起因于作用在由位于空气溢流阀体203上的外部滑动密封表面240和位于空气溢流阀槽204上的内部滑动密封孔260L限定的环空区域上的压差的力足够克服空气溢流偏置弹簧205的力（加上任何其它负荷，比如由重力和/或密封摩擦力施加的负荷），从而导致空气溢流滑柱204移动进入如图6所示的闭合位置。所述流动被要求引起在空气溢流入口267处的、就在空气溢流阀槽204关闭前足以导致该移动的压差，会造成一些沿面密封件241下游的轴向沟槽25的回压（即，在通过流动路径206给套管环空6提供出口的情况下，轴向沟槽25在面密封件241的下游）。因此，随着空气溢流阀槽204关闭，该回压会降低，易于增加导致空气溢流阀关闭的压差力，并因此提供反馈机制以确保更积极的关闭和更低的再开启压力。

应当注意的是，虽然所示实施例中的空气溢流偏置弹簧205位于面密封件241之下、位于与空气溢流滑柱204上的密封肩262和空气溢流阀体203的下端面242关联的环形空间208之下，但这并非必须的。本领域技术人员应当明白，空气溢流阀体203和空气溢流滑柱204可替代地构造成将空气溢流偏置弹簧205收纳在位于面密封件241和环形空间208上方的位置，使其具有良好的功能效力。空气溢流偏置弹簧205的这种可替代的位置的有益效果是防止空气溢流偏置弹簧205暴露到钻探泥浆或其它沿流动路径206流动的流体（液体的或气体的）。

本领域技术人员应当明白，控制该双稳态行为（即，空气溢流滑柱204在打开时倾向于保持打开，在闭合时倾向于保持闭合）的流道特性可通过调节弹簧特性以提供低于泥浆护罩开启压力的再开启压力来操纵。在空气溢流阀用于在套管填充有流体（比如钻探泥浆）期间排出空气并随后施加压力（比如通过泵送）以使流体循环的应用中，该特性尤其是可取的，因为较低的再开启压力允许在较低的压力下循环，而不存在经由流道206的泥浆渗漏，以及类似地当流体流动压力减少以允许从套管4移除流体管理装置1时，较低的再开启压力倾向于使流体溢出最小。

现在参见图4A和图7，吸力密封子组件300安装在密封承载器201的上部区域的周围，并在所示的实施例中构造成美国专利申请No.12/484984（在这里该专利通过引用全部并入本文）公开的锥形压盖支撑的环形密封件类型。吸力密封子组件300包括压盖螺母302和螺旋形吸力密封元件301，压盖螺母302通过螺纹连接件303可安装在密封承载器201的上端207上，螺旋形吸力密封元件301布置在压盖沟槽305中，压盖沟槽305形成在（1）位于压盖螺母302上的上游压盖面304A和（2）形成在密封承载器201上的互补的下游压盖面304B之间。吸力密封元件301由例如弹性体的合适的顺应材料制成。为了清楚地识别吸力密封子组件300的各特征，在图4A中吸力密封元件301部分地显示为间断的轮廓线。

根据USPA 12/484984的教导，以及如图4A所示，压盖面304A和304B的每个优选地限定出与截头锥形外部密封保持面307A（或307B）邻近的截头锥形内部密封支撑面306A（或306B）。压盖沟槽305由相对的压盖面304A和304B形成，包括：（1）由相对的内部支撑面306A和306B形成的内部沟槽间隔，具有径向向外增加的轴向沟槽宽度，以及（2）由相对的截头锥形密封保持面307A和307B形成的外部沟槽间隔，具有径向向外减少的沟槽宽度。

压盖螺母302在密封承载器201上的轴向位置可通过在第一方向（通常为顺时针）上绕螺纹连接件303旋转来调节，以使压盖沟槽305的宽度变窄，从而当吸力密封元件301在密封支撑面306之间被轴向压缩时，增加吸力密封元件301径向向外的变形。在图4中，吸力密封元件301显示为从套管4的内表面5脱离。在图7中，压盖螺母302已旋转使压盖沟槽305的宽度变窄，从而压缩吸力密封元件301，使得吸力密封元件从压盖沟槽305径向地突出，以密封地接合套管4的内表面5（在该情况下，压盖螺母302可认为处于闭合位置）。因此，吸力密封元件301和套管4的内表面5之间的接触压力可通过压盖螺母302在第一方向上进一步旋转来增加，而压盖螺母302在相反的方向上旋转会减小密封接触压力或导致吸力密封元件301远离套管4的内表面5完全地缩回（在该情况下，压盖螺母302可认为处于打开位置）。

可通过提供压盖螺母锁定装置用于可释放地限制压盖螺母302绕密封承载器201的旋转，以便于保持压盖螺母302处于选择的打开或闭合位置。图4A所示的实施例结合螺纹锁销308形式的压盖螺母锁定装置，螺纹锁销308径向地延伸通过压盖螺母302，并可以旋转以支持在密封承载器201的外表面上，从而可释放地限制压盖螺母302绕密封承载器201的旋转，并由此将压盖螺母302保持在期望的轴向位置。用于可释放地限制压盖螺母302的旋转的可替代的装置属于本领域技术人员所知范围，所有这些可替代的装置旨在属于本公开的范围。

一个或多个流道309可设置在压盖螺母302中，以允许流体管理装置1的上端和压盖沟槽305的下部区域之间大气压力连通，使得在套管压力下降低于大气压力（即，负压）以及压盖螺母302闭合的情况下，吸力密封元件301倾向于防止空气流入套管4，承载器体密封件222也是这样。相反地，在存在正套管压力的情况下，吸力密封元件301倾向于允许套管压力经由流道309排出，从而充当允许空气逃逸而防止空气进入套管4的内部的止回阀。当不要求密封负压时，压盖螺母302可选择地移动到打开位置，以减小在正常操作期间吸力密封元件301上的磨损，在正常操作期间，当流体管理装置1插入套管4及从套管4移除时，流体管理装置1需要越过构成套管柱4的管子的单独接头之间的连接。

在图4A（以及其它附图）所示的实施例中，锁销308显示为与沟道309重叠。然而，这仅是示例性的，任何或所有锁销308均可位于邻近的沟道309之间。

图8和图8A示出可替代实施例的流体管理装置（FMT）280，结合双向密封组件600来代替其它附图中所示的实施例的初级密封件202和第二密封件301。在所示的实施例中，流体管理装置280包括含有泥浆护罩滑柱101的修改的主体10’，泥浆护罩滑柱101结合构成结构上和功能上类似于其它附图中所示的实施例的泥浆护罩阀100的泥浆护罩阀100。双向密封组件600包括共轴地安装在主体10’的上部区域周围的大致环形密封承载器601，所示实施例中的大致环形密封承载器601包括上部密封限位器602和下部密封限位器605（使用合适的连接器或其它由标号601A表示的连接装置组装以形成密封承载器601）。上部和下部密封限位器602和605分别限定出相对的上部和下部密封表面604A和604B，上部和下部密封表面604A和604B的轮廓与图4A所示实施例的吸力密封子组件300中的相对的面304A和304B类似，从而形成以与图4A所示的压盖沟槽305基本相同的方式构造的密封沟槽604。由合适的顺应材料制成的环形密封元件603布置在密封沟槽604中，使得密封元件603从密封沟槽604径向向外地突出，以与套管柱4的内表面5密封地可接合。

密封元件603优选地结合加固装置，在所示实施例中该加固装置设置成与密封元件603结合及在密封元件内部的线支撑元件608的形式，使得线支撑元件608的任何部分没有暴露出来。然而，在一些情况下，希望线支撑件608的一部分或表面暴露在密封元件603的非密封表面上，以便于在制造期间准确地将线支撑件608定位在密封元件603中。在图8和图8A中，线支撑件608仅通过非限制性示例的方式显示为例如环状螺旋弹簧的螺旋弹簧。

用于线支撑件608的螺旋弹簧的线直径和线距优选地选择成根据通过最小增加圆周刚度而得到对密封元件603的径向伸出增加的抵抗来提供期望的性能。在本文中，对径向伸出的抵抗是当密封元件603从套管4的内表面5脱离时，对密封元件603如何从变形状态容易地弹回的测量。对于由给定的弹性材料制成的密封元件，结合线支撑件608使密封元件603增强和变硬，使得密封元件的总回弹特性有效地及良好地符合由较硬材料制成的非加固密封元件的总回弹特性，而同时倾向于生产抵靠内表面5更有效的密封件，因为其比较硬材料更易弹回。

正如在这里所使用的，术语圆周刚度表示弹性地改变密封元件603的主要直径或换句话说，改变密封元件603的圆周拉伸性所必需的力的量的测量值。实际情况中，希望密封元件603具有一定程度的圆周拉伸性，使得给定的密封元件603可与具有不同内直径的套管一起使用。例如，给定公称尺寸的管子具有明确的外直径，但是内直径会根据管壁厚度而变化。如果密封元件603的主要直径能够在例如0.5-英寸范围内弹性地调节，则特定的密封元件603有可能用于两个或三个具有相同公称尺寸及不同壁厚度的不同套管，而不需要提供不同的密封元件603以匹配每个不同的内套管直径。

由位于密封元件603中的线支撑件608提供的附加的刚度和强度增加了对密封元件603挤进位于套管4和密封承载器601的外表面之间的环形空间609的抵抗。该布置是可取的，因为其仅使用单个密封元件便完成了吸力密封组件和主密封件的功能，并且密封元件具有足够的强度和刚度，以在油田流体填充、循环和粘结操作的通常压力下起作用。

虽然通常希望密封元件603结合线支撑件608，但是应当注意的是，在所有情况下，线支撑件608（或可替换地加固装置）不是必需的或不具有关键实际益处，尤其对于较大直径的套管尺寸而言。因此，线支撑件608对本公开而言不认为是必要的。

在所示实施例中，双向密封组件600包括以球形止回阀形式显示的双向止回阀500，包括：止回球；从上部密封限位器602的上表面延伸进上部密封限位器602的上部压力孔502；从下部密封限位器605的下表面延伸进下部密封限位器605的下部压力孔503；位于上部和下部压力孔502和503之间以及与其流体连通的止回球室510；在止回阀室510和密封沟槽604的径向内部区域之间延伸并与其流体连通的径向压力孔607；位于上部压力孔502和止回球室510的接合点处的上部密封座504；位于下部压力孔503和止回球室510的接合点处的下部密封座505。球501和密封座504及505的性能联合地选择，使得当球501位于密封座504或密封座505时，容易地影响密封件。对于加强的密封效力，止回球501可由合适的顺应聚合物材料制成。可替换地，密封效力可通过由刚性材料制成止回球501、由顺应材料制成座504和505来加强。

在密封元件603上游的压差是正的情况下，密封元件603会通过密封地接合套管4的内表面5和下部密封限位器605的下部密封表面604B来防止流体流入套管4。止回球501所承受的压差迫使球501向下与下部密封座505密封地接合，从而允许流体压力经由上部压力孔502和径向压力孔607进入在密封元件603的径向内侧的密封沟槽604的区域，同时防止流体流入压力孔503。

在较高压力位于套管4的下端的情况下，如图8A所示的情况，止回球501所承受的压差迫使止回球501向上与上部密封座504的密封地接合，从而允许流体压力经由下部压力孔503和径向压力孔607进入在密封元件603的径向内侧的密封沟槽604的区域，同时防止流体流入压力孔502。密封元件603逆着下游流体移动，密封地接合套管4的内表面5和上部密封限位器602的上部密封表面604A。

本领域技术人员应当理解，在不脱离本公开的范围和教导的情况下，可以进行各种修改，包括使用将来设想或发展的同等结构或材料的修改。尤其应当理解的是，本公开的范围不由任何所描述或示出的实施例限制，要求的元件或特征的变型例的没有任何功能性实质改变的替换不构成脱离本公开的范围。还应当理解的是，在这里所描述和所讨论的实施例的不同教导可单独地或以任何合适的组合使用，以得到期望的结果。

在本专利文件中，词“包括”的任何形式都理解为其非限制性意义，意味着该词后面的任何物品都包含在内，但是并不排除没有明确提到的物品。不定冠词“一个”标示的元件不排除多于一个所呈现的元件的可能性，除非文中清楚地要求有一个且只有一个这样的元件。词“通常”的任何形式都理解为“普通”或“平常”的非限制性意义，而并不是必须的。

在这里使用的术语“连接”、“接合”、“联接”、“安装”、“附接”的任何形式或其它描述元件之间相互作用的术语不应理解为局限于目标元件之间直接的相互作用，还可包括元件之间间接的相互作用，例如，通过中级或中间结构。相关的术语，比如“平行的”、“垂直的”、“一致的”、“相交的”、“圆形的”、“对称的”和“等距的”，并不旨在表示或要求绝对的数学或几何精度。因此，这样的术语应理解为仅表示或要求大致精度（例如“大致平行”），除非文中清楚地要求绝对精度。

Claims (41)

1.一种流体管理装置，包括：

(a)纵长主体，具有上端、下端和在所述上端和所述下端之间延伸的主体孔，所述主体孔包括：上部间隔；中间间隔，限定出具有截面面积A1的中间主孔表面；以及下部间隔，限定出具有截面面积A2的下部主孔表面；

(b)端帽，安装到所述主体的下端，所述端帽具有限定出端帽密封表面的上端以及与所述主体孔流体连通的端帽排出孔；

(c)滑柱，具有上端、下端和在所述滑柱的上端和下端之间延伸的滑柱孔，所述滑柱包括：

c.1具有外围表面的上部滑柱部分；

c.2具有外围表面的中间滑柱部分；

c.3具有至少一个狭缝的滑柱框；以及

c.4位于所述滑柱的下端的头锥，所述头锥限定出头锥密封表面；

所述滑柱布置在所述主体孔中，并能够在所述主体孔中轴向地移动，所述上部滑柱部分布置在所述主体孔的中间间隔中，所述中间滑柱部分和所述滑柱框布置在所述主体孔的下部间隔中；

(d)上部密封装置，用于在所述上部滑柱部分的外围表面和所述中间主孔表面之间密封；

(e)下部密封装置，用于在所述中间滑柱部分的外围表面和所述下部主孔表面之间密封；以及

(f)滑柱偏置装置，向闭合位置偏置所述滑柱，在闭合位置处，所述头锥密封表面在包围一面积A₃的接触密封区域上与所述端帽密封表面密封地接合；

其中，面积A₃小于面积A₂，A₁小于面积A₂与面积A₃之差。

2.如权利要求1所述的流体管理装置，其中，所述中间主孔表面，所述下部主孔表面，所述上部滑柱部分的外围表面，以及所述中间滑柱部分的外围表面是轴对称的。

3.如权利要求1所述的流体管理装置，其中，所述上部密封装置由所述上部滑柱部分的外围表面支承。

4.如权利要求1所述的流体管理装置，其中，所述上部密封装置由所述中间主孔表面支承。

5.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述下部密封装置由中间滑柱部分的外围表面支承。

6.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述下部密封装置由所述下部主孔表面支承。

7.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述上部滑柱部分构造成在所述上部滑柱部分和所述中间主孔表面之间形成环形室。

8.如权利要求7所述的流体管理装置，其中，所述上部滑柱部分的一部分限定出径向延伸的凸缘，所述凸缘包括所述上部滑柱部分的所述外围表面，从而形成所述环形室。

9.如权利要求7所述的流体管理装置，还包括从所述主体的外表面延伸进所述环形室的排放口。

10.如权利要求9所述的流体管理装置，其中，所述排放口包括单向密封件。

11.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述滑柱偏置装置包括布置在所述上部滑柱部分的下部区域处的弹簧，所述弹簧具有上端和下端，所述上端支撑在上弹簧肩上，所述上弹簧肩形成在所述主体上、并位于所述主体孔的中间间隔和下部间隔的接合点处，所述下端支撑在形成在所述中间滑柱部分的下弹簧肩上。

12.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述滑柱偏置装置包括气垫。

13.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述滑柱偏置装置利用重力向闭合位置偏置所述滑柱。

14.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，还包括与所述头锥关联的回流阀，其中，所述头锥具有头锥孔。

15.如权利要求14所述的流体管理装置，其中，所述回流阀包括具有一个或多个流体开口的止回阀框、与所述头锥孔的上端关联的止回元件座以及流量止回元件，所述流量止回元件与所述止回元件座密封地接合，以防止流体向下流过所述头锥孔。

16.如权利要求15所述的流体管理装置，还包括止回元件偏置弹簧，该止回元件偏置弹簧布置在所述止回阀框内，并向位于止回元件座中的闭合位置偏置所述流量止回元件。

17.如权利要求15或16所述的流体管理装置，其中，所述流量止回元件包括止回球。

18.如权利要求15或16所述的流体管理装置，其中，所述流量止回元件包括提升阀。

19.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述接触密封区域限定出圆形轮廓线。

20.如权利要求1至4任一所述的流体管理装置，其中，所述主体包括上部部分和下部部分，向上取向的外部环形肩形成在所述主体的所述上部部分和所述下部部分的接合点处。

21.如权利要求20所述的流体管理装置，还包括布置在所述主体的上部部分周围的主密封件和空气溢流阀组件。

22.如权利要求21所述的流体管理装置，还包括吸力密封件，布置在所述主体的位于所述主密封件和空气溢流阀组件之上的所述上部部分的周围。

23.如权利要求20所述的流体管理装置，还包括吸力密封件，布置在所述主体的所述上部部分的周围。

24.如权利要求22或23所述的流体管理装置，还包括与所述吸力密封件关联的止回阀。

25.一种流体管理装置(FMT)，包括：

(a)纵长主体，具有上端、下端和在所述上端和下端之间延伸的主体孔；以及

(b)环形主密封件和空气溢流阀，布置在所述主体的周围；

其中：

(c)所述主密封件安装到所述主体，并构造成与所述流体管理装置已插入其中的管状元件的内表面密封地接合；

(d)所述空气溢流阀布置在所述主密封件之下，并且所述流体管理装置构造成当所述主密封件承受的压差小于选定的闭合压力时，提供流动路径，所述流动路径使流体流能够从所述管状元件向上流过所述流体管理装置，绕过所述主密封件，并且在高于所述主密封件的一点处离开所述流体管理装置；以及

(e)当穿过所述主密封件的所述压差等于或大于所述选定的闭合压力时，所述空气溢流阀适于闭合并保持闭合，当穿过所述主密封件的所述压差等于或小于比所述选定的闭合压力小的选定的再开启压力时，所述空气溢流阀适于再次打开。

26.如权利要求25所述的流体管理装置，其中，所述空气溢流阀包括：

(a)大致柱形的空气溢流阀体，具有上端和下端，所述空气溢流阀体相对于所述流体管理装置的主体轴向地固定；以及

(b)大致柱形的空气溢流滑柱，具有上端、下端、上部滑柱孔和下部滑柱孔；其中：

b.1所述下部滑柱孔的直径小于所述上部滑柱孔的直径，因此，向上取向的密封肩形成在所述上部滑柱孔和所述下部滑柱孔的接合点处；

b.2所述空气溢流滑柱具有一个或多个空气溢流进入口，每个空气溢流进入口延伸通过位于所述空气溢流滑柱的外表面上的入口和与所述密封肩关联的出口之间的空气溢流滑柱；以及

b.3所述空气溢流滑柱布置在所述空气溢流滑柱体的下部区域处，所述空气溢流滑柱的上部孔与所述空气溢流阀体的外表面密封地接合，所述空气溢流滑柱的下部孔与所述流体管理装置的主体的外表面密封地接合，并且，所述空气溢流滑柱相对于所述空气溢流阀体能够在以下位置之间轴向地移动：

b.3A打开位置，其中，所述空气溢流滑柱的密封肩与所述空气溢流阀体的下端分开，因此，流体能够流过所述一个或多个空气溢流进入口，并径向向内地流过所述密封肩和所述空气溢流阀体的下端之间的间隙；以及

b.3B闭合位置，其中，所述空气溢流阀体的下端与所述空气溢流滑柱的密封肩密封地接合。

27.如权利要求25所述的流体管理装置，还包括偏置装置，用于向所述打开位置偏置所述空气溢流滑柱。

28.如权利要求26所述的流体管理装置，还包括止动装置，用于限制所述空气溢流滑柱相对于所述空气溢流阀体的向下行程。

29.如权利要求28所述的流体管理装置，其中，所述止动装置包括形成在所述流体管理装置的主体上的环形肩。

30.如权利要求26至29任一所述的流体管理装置，其中：

(a)所述主密封件由布置在所述流体管理装置的主体周围的大致柱形密封承载器支承；

(b)上部环形沟槽形成在所述流体管理装置的主体的外表面上、位于所述主密封件上方的一位置处；

(c)下部环形沟槽形成在所述流体管理装置的主体的外表面上，所述下部环形沟槽的至少一部分布置在所述空气溢流阀体的下端之下；

(d)一个或多个轴向沟槽形成在所述流体管理装置的主体的外表面上，在所述上部环形沟槽和所述下部环形沟槽之间延伸；以及

(e)一个或多个空气溢流出气口径向延伸通过位于所述主密封件上方的所述密封承载器，所述一个或多个空气溢流出气口与所述上部环形沟槽流体连通；

因此，所述流动路径顺次包括：所述一个或多个空气溢流进入口；当所述空气溢流滑柱处于打开位置时，形成在所述空气溢流阀体的下端和所述空气溢流滑柱的密封肩之间的环形空间；所述下部环形沟槽；所述一个或多个轴向沟槽；所述上部环形沟槽；以及位于所述密封承载器上的所述一个或多个空气溢流出气口。

31.如权利要求25至29任一所述的流体管理装置，其中：

(a)所述主体孔包括：上部间隔；中间间隔，限定出具有截面面积A₁的中间主孔表面；以及下部间隔，限定出具有截面面积A₂的下部主孔表面；

以及其中，所述流体管理装置还包括：

(b)端帽，安装在所述主体的下端，所述端帽具有限定出端帽密封表面的上端以及与所述主体孔流体连通的端帽排出孔；

(c)滑柱，具有上端、下端以及在所述滑柱的上端和下端之间延伸的滑柱孔，所述滑柱包括：

c.1具有外围表面的上部滑柱部分；

c.2具有外围表面的中间滑柱部分；

c.3具有至少一个狭缝的滑柱框；以及

c.4位于所述滑柱的下端的头锥，所述头锥限定出头锥密封表面；

所述滑柱布置在所述主体孔中，并可在所述主体孔中轴向地移动，所述上部滑柱部分布置在所述主体孔的中间间隔中，所述中间滑柱部分和所述滑柱框布置在所述主体孔的下部间隔中；

(d)上部密封装置，用于在所述上部滑柱部分的外围表面和所述中间主孔表面之间密封；

(e)下部密封装置，用于在所述中间滑柱部分的外围表面和所述下部主孔表面之间密封；以及

(f)滑柱偏置装置，向闭合位置偏置所述滑柱，在闭合位置处，所述头锥密封表面与所述端帽密封表面在包围一面积A₃的接触密封区域上密封地接合；

其中，面积A₃小于面积A₂，并且A₁小于面积A₂与面积A₃之差。

32.一种流体管理装置(FMT)，包括：

(a)纵长主体，包括上端、下端和在所述上端和所述下端之间延伸的主体孔；

(b)大致柱形的主密封承载器，布置在所述主体周围并安装到所述主体；

(c)环形主密封件，由所述密封承载器支承，所述主密封件构造成与所述流体管理装置已插入其中的管状元件的内表面密封地接合；以及

(d)辅助密封组件，布置在所述流体管理装置的位于所述主密封件之上的主体周围，所述辅助密封组件包括：

d.1大致柱形辅助密封承载器，布置在位于所述主密封件之上的主体的周围，并安装到位于所述主密封件之上的主体，所述辅助密封承载器限定出向上取向的第一压盖面和在所述第一压盖面上方延伸的柱形部分，所述柱形部分外部具有螺纹；

d.2内螺纹压盖螺母，螺纹地安装到所述柱形部分，并限定出向下取向的第二压盖面；以及

d.3由顺应性材料制成的环形密封元件；

其中：

d.4所述第一压盖面和所述第二压盖面结合形成压盖沟槽，用于容纳所述密封元件；以及

d.5所述压盖螺母可旋转以轴向地压缩位于所述第一压盖面和所述第二压盖面之间的密封元件，使得所述密封元件从所述压盖沟槽径向地向外突出，并与所述管状元件的内表面密封地接触。

33.如权利要求32所述的流体管理装置，其中，所述辅助密封承载器与所述主密封承载器结合为一体。

34.如权利要求32所述的流体管理装置，其中，所述辅助密封承载器的柱形部分具有一个或多个与所述压盖沟槽的径向向内区域流体连通的流道，使得所述压盖沟槽的所述径向向内区域暴露到大气压。

35.如权利要求32至34任一所述的流体管理装置，还包括如权利要求25所述的空气溢流阀。

36.如权利要求32至34任一所述的流体管理装置，其中：

(a)所述主体孔包含：上部间隔；中间间隔，限定出具有截面面积A₁的中间主孔表面；以及下部间隔，限定出具有截面面积A₂的下部主孔表面；

以及其中，所述流体管理装置还包括：

(b)端帽，安装到所述主体的下端，所述端帽具有限定出端帽密封表面的上端以及与所述主体孔流体连通的端帽排出孔；

(c)滑柱，具有上端、下端和在所述滑柱的上端和下端之间延伸的滑柱孔，所述滑柱包括：

c.1具有外围表面的上部滑柱部分；

c.2具有外围表面的中间滑柱部分；

c.3具有至少一个狭缝的滑柱框；以及

c.4位于所述滑柱的下端的头锥，所述头锥限定出头锥密封表面；

所述滑柱布置在所述主体孔中，并可在所述主体孔中可轴向地移动，所述上部滑柱部分布置在所述主体孔的中间间隔中，所述中间滑柱部分和所述滑柱框布置在所述主体孔的下部间隔中；

(d)上部密封装置，用于在所述上部滑柱部分的外围表面和所述中间主孔表面之间密封；

(e)下部密封装置，用于在所述中间滑柱部分的外围表面和所述下部主孔表面之间密封；以及

(f)滑柱偏置装置，向闭合位置偏置所述滑柱，在闭合位置处，所述头锥密封表面在包围一面积A₃的接触密封区域上与所述端帽密封表面密封地接合；

其中，面积A₃小于面积A₂，并且A₁小于面积A₂与面积A₃之差。

37.一种流体管理装置(FMT)，包括：

(a)纵长主体，具有上端、下端和在所述上端和所述下端之间延伸的主体孔；

(b)大致环形的密封承载器，安装在所述主体的上部区域的周围，所述密封承载器包括上部密封限位器和下部密封限位器，所述上部密封限位器和所述下部密封限位器限定出形成密封沟槽的相对的上部密封面和下部密封面；

(c)由顺应性材料制成的环形密封元件，在所述密封沟槽内可随意使用，使得所述密封元件从所述密封沟槽径向向外地突出，以密封地接合所述流体管理装置已插入其中的管状元件的内表面；以及

(d)单向止回阀，包括：

d.1止回元件；

d.2上部压力孔，从所述上部密封限位器的上表面延伸进所述上部密封限位器；

d.3下部压力孔，从所述下部密封限位器的下表面延伸进所述下部密封限位器；

d.4止回元件室，位于所述上部压力孔和所述下部压力孔之间，并与所述上部压力孔和所述下部压力孔流体连通；

d.5径向压力孔，在所述止回元件室和所述密封沟槽的径向内部区域之间流体连通地延伸；

d.6上部密封座，位于所述上部压力孔和所述止回元件室的接合点处；以及

d.7下部密封座，位于所述下部压力孔和所述止回元件室的接合点处；

因此：

(e)当所述密封元件之上的压力高于所述密封元件之下的压力时，所述止回元件会被迫向下与所述下部密封座密封地接合，使得所述密封沟槽的径向内部区域与所述密封元件之上的高压力区域流体连通；以及

(f)当所述密封元件之上的压力低于所述密封元件之下的压力时，所述止回元件会被迫向上与所述上部密封座密封地接合，使得所述密封沟槽的径向内部区域与所述密封元件之下的高压力区域流体连通。

38.如权利要求37所述的流体管理装置，其中，所述密封元件合并有加固装置。

39.如权利要求38所述的流体管理装置，其中，所述加固装置包括线元件。

40.如权利要求39所述的流体管理装置，其中，所述线元件包括螺旋弹簧。

41.如权利要求37至40任一所述的流体管理装置，其中，

(a)所述主体孔包含：上部间隔；中间间隔，限定出具有截面面积A₁的中间主孔表面；以及下部间隔，限定出具有截面面积A₂的下部主孔表面；

以及其中，所述流体管理装置还包括：

(b)端帽，安装到所述主体的下端，所述端帽具有限定出端帽密封表面的上端以及与所述主体孔流体连通的端帽排出孔；

(c)滑柱，具有上端、下端和在所述滑柱的上端和下端之间延伸的滑柱孔，所述滑柱包括：

c.1具有外围表面的上部滑柱部分；

c.2具有外围表面的中间滑柱部分；

c.3具有至少一个狭缝的滑柱框；以及

c.4位于所述滑柱的下端的头锥，所述头锥限定出头锥密封表面；

所述滑柱设置在所述主体孔中，并在所述主体孔中可轴向地移动，所述上部滑柱部分布置在所述主体孔的中间间隔中，所述中间滑柱部分和所述滑柱框布置在所述主体孔的下部间隔中；

(d)上部密封装置，用于在所述上部滑柱部分的外围表面和所述中间主孔表面之间密封；

(e)下部密封装置，用于在所述中间滑柱部分的外围表面和所述下部主孔表面之间密封；以及

(f)滑柱偏置装置，向闭合位置偏置所述滑柱，在闭合位置处，所述头锥密封表面在包围一面积A₃的接触密封区域上与所述端帽密封表面密封地接合；

其中，面积A₃小于面积A₂，并且A₁小于面积A₂与面积A₃之差。