CN103038440A - 将封隔装置插入井口装置中 - Google Patents

Abstract

用于将封隔装置（34）插入到井口装置本体的孔口中的凹部（51）中的设备，包括具有被设置为用于与封隔装置（34）接合的接合部分（58）以及本体部分的致动套筒（36），接合部分用于使封隔装置运动进入所述凹部中。本体部分的形状被设计为用于使其定位在孔口内的基准部件（52）上。致动套筒（36）包括绕其周向间隔地设置的多个槽口（65）。下送工具（50）适于使致动套筒运动至与封隔装置接合且载置有多个弹性加载止动器（72），每个止动器均被设置在一个槽口（65）中。当致动套筒（36）已致使封隔装置（34）位于凹部（52）中时，多个释放销（71）中的每一个均被定位为使其进入相应的一个槽口（65）中。销（71）进入槽口中导致止动器被压出槽口并因而使致动套筒（36）从下送工具（50）释放出来。

Description

将封隔装置插入井口装置中

技术领域

本发明涉及一种井口装置，特别是涉及一种水下井口装置，更特别地涉及将封隔装置插入井口装置中。

背景技术

水下井口装置通常包括用于支撑套管柱的悬挂器，所述套管柱向下延伸到井中。至少某些悬挂器（特别是开采套管悬挂器）必须设置有封隔密封装置。通常通过插入到井口装置孔口中的下送工具而将这种封隔装置插入到井口装置中。在目前的实践中，下送工具、封隔装置、套管悬挂器和井口装置之间复杂连接中的公差累积易于导致封隔装置恰当安装的不确定性。

因此，本发明特别涉及一种组件，该组件在封隔装置和下送工具之间提供了简单且可靠的连接，更特别地涉及一种连接件，所述连接件确保了封隔装置在其从下送工具释放以前的准确定位。本发明另一目的是为了消除为卸载封隔装置而在下送工具上设置取出环的需要。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种用于将封隔装置插入到井口装置本体的孔口中的凹部中的设备，所述设备包括致动套筒、下送工具以及释放部件，所述致动套筒具有被设置为用于与封隔装置接合的接合部分，所述接合部分用于使得封隔装置运动进入所述凹部，所述致动套筒还具有本体部分，所述本体部分的形状被设计为用于使所述本体部分定位在基准部件上，所述致动套筒包括多个槽口，所述多个槽口围绕致动套筒周向间隔地设置，所述下送工具适于使所述致动套筒运动至与封隔装置接合，所述下送工具载有多个弹性加载止动器（dogs），每个弹性加载止动器均被设置为位于相应的其中一个槽口中，在致动套筒到达基准位置时，所述释放部件起作用以将所述多个弹性加载止动器从各槽口中释放出来。

在本发明的一个具体实施例中，所述释放部件包括多个制动销，每个制动销均邻近相应的其中一个所述槽口定位，并且当致动套筒已致使封隔装置位于所述凹部中时，每个制动销均被设置为接合相应的其中一个止动器，从而止动器被压出槽口并因而使致动套筒从下送工具释放出来。

致动套筒可包括倾斜的上缘部，所述上缘部用于与封隔装置接合并用于靠在基准部件上定位。致动套筒可包括用于定位在基准部件的脊部上的部分。

所述设备优选还包括弹性筒夹，所述弹性筒夹安装在所述致动套筒内并促使致动套筒进入基准部件上的位置中。所述弹性筒夹优选具有与致动套筒中的槽口对准的槽口。

基准部件可包括外套筒，所述外套筒邻接孔口以及套管悬挂器并通过孔口以及套管悬挂器定位。所述基准部件可包括用于将封隔装置导入所述凹部中的表面。

本发明还提供了一种用于将封隔装置插入到井口装置本体的孔口中的凹部中的方法，所述方法包括：布置用于与封隔装置接合的致动套筒以用于使封隔装置运动到所述凹部中，所述致动套筒具有本体部分，所述本体部分的形状被设计为用于使所述本体部分定位在孔口内的基准部件上，所述致动套筒包括围绕致动套筒周向间隔地设置的多个槽口；将下送工具送入孔口中，所述下送工具适于使所述致动套筒运动至与封隔装置接合，所述下送工具载有多个弹性加载止动器，每个弹性加载止动器均被设置为位于相应的其中一个槽口中；以及在致动套筒到达将封隔装置正确插入凹部中所需要的基准位置时，将所述多个弹性加载止动器从各槽口中释放出来。

本发明还提供了一种用于将封隔装置插入井口装置本体的孔口中的凹部中的组件，所述组件包括外套筒、致动套筒、以及多个制动部件，所述外套筒支撑封隔装置，所述致动套筒具有用于与封隔装置及外套筒接合的接合部分，致动套筒包括周向间隔且轴向延伸的多个槽口，所述多个制动部件位于外套筒中，且每个制动部件均延伸进入致动套筒中的相应的槽口内。

附图说明

图1是包括本发明的一个实施例的井口装置组件的剖视图。

图2和图3以更大的比例尺示出了在其操作的不同阶段中的本发明的一个实施例。

具体实施方式

图1以剖面示出了水下井口装置的一部分。所示的特定井口装置被设计为与内径为13⁵/₈英寸（346mm）的立管装置一起使用，所述立管装置位于36英寸（914.4mm）（标准）外径的外导管内。穿过井口装置的较为细长的孔口允许井口装置的厚度比通常的厚度更厚。然而，本发明并不必须将立管装置或其它部件限定到上述尺寸。

所述井口装置的主要部件是大体上为圆筒状的井口装置本体1，所述井口装置本体被容纳大体上为圆筒状的导管外壳2内。导管外壳2具有下部环形缘部3，所述下部环形缘部邻接圆筒形套管式外导管5并且通过焊接部4保持该圆筒形套管式外导管，所述外导管从导管外壳2向下延伸进入海床（未示出）中的（预钻）孔内。

本体1的下部6向内逐渐变细至较狭窄的缘部7，该较狭窄的缘部邻接套管延伸部9并通过焊接部8保持该套管延伸部。在该示例中，套管延伸部9具有14英寸（355.6mm）的外径以及13⁵/₈英寸（346mm）的内径。

通常，套管延伸部9向下至少延伸至海床的位置并优选向下延伸至更远一些。导管外壳2具有横向通流口10，所述横向通流口与外导管5和套管延伸部9之间的环形空间11连通。

外导管5和套管延伸部9（及从其悬置的任何套管部件）之间的环形空间11中形成有水泥柱。水泥是沿井被向下泵送并沿环形空间11至少上升至本体1的下部部分6的。

井口装置系统受到周期作用力，所述周期作用力如果足够大的话将导致全部或部分井口装置系统的潜在的疲劳损坏和整体失效。井口装置延伸部外侧上的水泥将降低所述延伸部弯曲的自由度，从而可能引入高至足以发生潜在的疲劳失效的反复的应力。

在该示例中，套管延伸部9具有由橡胶或其它合适聚合材料制成的弹性套12。所述弹性套优选围绕延伸部的全部周向长度延伸并且从井口装置本体1的下部6沿套管延伸部9的部分或全部轴向长度向下延伸一段合适的距离。需要对弹性套12的厚度进行选择从而使其允许套管延伸部发生某种程度的弯曲，但不会损害套管延伸部所需的结构支撑。弹性套12由许多嵌设安装环13a、13b组成。这些环，除了最上端的环13a以外，均具有上部靠外凸缘14和下部靠内凸缘15，从而各上部靠外凸缘14配合在由相邻的上部的环上的下部靠内凸缘15形成的肩部上。因此，所述嵌设安装环逐一地装配在一起以在套管延伸部9外侧上形成基本连续的弹性套。因此，可将弹性套12提供至套管延伸部上任何所需的纵深。各上部靠外凸缘14均具有径向通孔16，所述通孔有利于嵌设安装环13的密配合。

通过张紧装置17使本体1以及导管外壳2相对预紧。不会详细地对此进行描述，因为其优选具有如GB-2393990-B及US-7025145-A中所描述的构造和操作方式。非常简单地说，操作部件18的运动导致驱动环19向外斜向运动并从而导致本体1的张紧。

套管延伸部9内设置有从开采套管悬挂器21向下延伸并被该开采套管悬挂器保持的开采套管20。与该套管悬挂器21相关联的各种部件将在下文中详细地进行描述。在该示例中，开采套管具有10.75英寸（273.05mm）的外径。

开采套管和套管延伸部9之间的的环形空间22通常称作“B”环空。需要对B环空内的压力进行监测。通常情况下，B环空在其下端由水泥密封而在开采套管悬挂器处通过封隔装置进行密封。监测B环空内的压力能实现对例如套管柱中的泄漏进行检测。这样的泄漏易于导致开采套管的破裂或其它损坏。

从井口装置本体1的下部部分6的内表面倾斜向上延伸的是与环形巷道24连通的通道23。虽然该巷道通向井口装置孔口内，但这是在与套管悬挂器21相关联的上封隔装置和下封隔装置之间才是如此的。

在井口装置本体1内从巷道24向上延伸的是竖向通道25（在图1中以点划线示出），所述竖向通道延伸至孔口29顶部处的肩部38但所述竖向通道在其顶部39处被阻塞。通道25与滑阀27外侧上的环形巷道26相连通，所述滑阀围绕阀套28设置，所述阀套被装配到孔口29的上部部分中，所述孔口轴向延伸穿过井口装置。滑阀27通过弹性元件30而偏压至关闭（下部）位置，所述弹性元件位于阀的顶部肩部和阀套28的径向凸缘31之间。

滑阀27能通过所施加的流体压力而在其打开（上部）位置和关闭（下部）位置之间运动，所述流体压力通过图1中未示出的多条通道而施加到滑阀的上方或下方。当阀27处于打开位置时，从B环空开始的所述竖向通道25通过滑阀27中的巷道26与设置在阀套28上方的隔离套连通。

开采套管悬挂器21载置有开口环32，当开采套管悬挂器被放置就位后，迫使所述开口环横向进入孔口中的凹部中。下封隔装置32之下是放置在孔口29中的肩部上的套筒33。

套管悬挂器21具有上封隔装置34，所述上封隔装置与弹性环形筒夹35及致动套筒36相联。将参考图2和图3将对致动套筒36进行更详细的描述，设置所述致动套筒的目的是为了有利于封隔装置的插入并确保封隔装置仅在封隔装置被安装就位时被从下送工具（未示出）中释放。筒夹35是用于在下送工具已经被撤出时将致动套筒保持在适当位置上的优选的部件。

图1中还示出了槽口37，所述槽口允许管悬挂器（未示出）的旁路通入井口装置的本体1中。该特征与要求保护的发明不相关因而在此将不再进行进一步的描述。

本发明的具体描述如下。

致动套筒36具有周向上相间隔且轴向延伸的多个槽口，筒夹35具有相应的多个类似的槽口，所述相应的多个类似的槽口中的每一个均与致动套筒36中相应的槽口对准。位于外套筒内的是由销构成的制动部件。每个制动部件均位于邻近致动套筒36中相应的槽口且邻近筒夹35中相应的槽口的位置。在图1中槽口和销以较小的比例尺示出，但将参照更大比例尺的图2和图3对它们进行更详细的描述。

筒夹35具有在各槽口之间隔开的多个竖向肋部，从而其能促使致动套筒36向外运动，由此使致动套筒36并因而使封隔装置34保持在其预期的最终位置中。

图2和图3更详细地示出了井口装置的封隔装置34区域。这些图还示出了下送工具50的动作，所述下送工具被插入到井口装置的孔口29中并且在最初载置有包括致动套筒36、封隔装置34和外套筒41以及筒夹35（筒夹是优选的部件）的组件。图2示出了正好在封隔装置34定位的最后阶段之前的井口装置和下送工具，而图3示出了在封隔装置定位的最后阶段完成时的井口装置和下送工具。

图2和图3仅仅是示意图并且显示了井口装置和下送工具的相关部分的竖向半剖视图。

封隔装置34将会定位在本体1的孔口中的带环形槽的凹部51中。封隔装置34具有在形状上与所述带环形槽的凹部51的外周相一致的外周。

外套筒41构成了用于定位封隔装置34的反作用力部件或基准部件，该外套筒与本体1和套管悬挂器21分别在位置53和位置54处密封地接合，并且所述外套筒具有内肩部55，所述内肩部邻接套管悬挂器21的顶部肩部56且由所述顶部肩部定位。外套筒41的顶面57是平坦和径向取向的并且与凹部51的底部边缘对齐。

致动套筒36具有向外倾斜的上缘部58，所述上缘部的上表面59被下送工具50的头部60接合。上缘部58的下部外表面61与封隔装置34相应的倾斜顶面接合。封隔装置34的下表面邻接外套筒41的顶面57。因此，致动套筒36在下送工具50的作用下的向下运动将迫使封隔装置34向外进入到凹部51中。

致动套筒36的上缘部58在其内侧上具有环形凹槽62，筒夹35的上缘部63配合到所述环形凹槽中。

致动套筒36从上缘部58向下延伸。致动套筒中间的、大体上为圆筒形的部分68具有轴向延伸的多个槽口40，图2和图3中仅示出了上述多个槽口中的一个。槽口40围绕致动套筒36在周向上间隔地设置。

致动套筒36成形为适于定位在外套筒41上。具体而言，致动套筒在其下部部分具有足部64，所述足部最终定位在外套筒41内侧上的环形脊部65的周围（如图3中所示）。致动套筒36的下部部分还具有内跟部66，筒夹35的下部边缘67围绕所述内跟部安装。如前面所述，筒夹35具有多个槽口，各槽口均与致动套筒36中相应的槽口40相对应并且在径向和轴向上与所述致动套筒36中相应的槽口对准。

下送工具50载置有一组周向间隔地设置的止动器69，在图2和图3中仅示出了其中一个止动器。各止动器均安装在下送工具中相应的径向孔70中并被相应的压缩弹性元件71弹性地向外偏压。各止动器69均穿过筒夹35中相应的槽口延伸进入致动套筒中相应的槽口40中。

包括封隔装置及其关联部件的组件优选以下述方式被插入到井口装置中。设置外套筒41并使封隔装置环34位于所述外套筒的上方。致动套筒36和位于其内的筒夹35被装配到外套筒41上并且向上延伸较高的高度，足部64位于外套筒上的脊部65的上方。使各制动销42插入外套筒中的槽口77并通过相应的倾斜设置的螺旋塞78而在各槽口77中固定就位。

包括封隔装置34、外套筒41、致动套筒36且优选还包括筒夹35的组件由下送工具50接合。图2中示出了该阶段。止动器69位于相应的槽口40的顶部而制动销42与止动器隔开一定距离。止动器69具有斜面72，该斜面能被相应的制动销42的斜面73接合。

在致动套筒的顶部施加负载。当外套筒41到达邻接悬挂器21的基准位置时，外套筒能提供反作用力，所述反作用力使致动套筒能将封隔装置环34推进井口装置孔口中的凹部51中。致动套筒36下端处的弹性足部卡在脊部65上。从而致动套筒36促使外套筒41与井口装置孔口密封地接合（优选金属与金属的接合）。

通过致动套筒36的上缘部58而迫使封隔装置34逐渐向外进入凹部51中。所述上缘部滑过封隔装置34的顶部，并且当封隔装置34完全处于凹部51中时，致动套筒36能向下运动以抵靠在外套筒41的倾斜肩部74上定位（如图3中所示）。在这种情况下，致动套筒36的足部64位于脊部65下方，从而致动套筒36在筒夹35的作用下被锁定就位，所述筒夹促使致动套筒就位在外套筒41上。

当致动套筒的上缘部58到达基准表面74时，制动销42能邻接下送工具50中的弹性加载止动器69。制动销42能使止动器抵抗弹性元件71的弹力向内运动以使该止动器从保持器35和致动套筒36中释放。当封隔装置34完全处于凹部51中并且致动套筒36的头部58接触基准表面74时，致动套筒36达到正确的位置。所述制动销42的位置选择为使得：如果头部58的表面61没有到达表面74，则止动器就能不通过制动销42的作用而从筒夹35和致动套筒36释放。因而制动销42构成了这样一种部件，该部件仅当致动套筒36到达将封隔装置34正确地插入凹部51中所需的基准位置时才起作用以将止动器从槽口40中释放。

如果封隔装置没有正确地安装，止动器69将保持在致动套筒36和筒夹35中的槽口中；因此简单地通过撤回下送工具50就能将所述组件取出。

在进行上述的设置之后，通过借助下送工具50向上拉动致动套筒36或通过借助足够的作用力使致动套筒36的所述部分64向上越过脊部65而可取回所述组件。致动套筒36将一直向上运动直至制动销42接合致动套筒36中的槽口40的底部。在致动套筒36已被充分地提升并到达了对应于图2中所示的位置时，封隔装置环34向内皱缩（collapse）并使其自身从侧面51中释放。制动销42此时将取回作用力从致动套筒36传递到外套筒41，从而解除外套筒41与井口装置的密封。

所述组件避免了在下送工具上使用剪切销。这避免了不必要的碎屑，并且即使没有正确地安装封隔装置，组件也可再次使用。

除了例如止动器69这样的止动器之外，下送工具50可以是常规设计。在实践中，其可以是多用途工具，该工具包括同轴的内圆筒形部件75和外圆筒形部件76。然而，所述下送工具的除如上文所述之外的设计和目的与本发明不直接相关。

Claims (15)

1.一种用于将封隔装置（34）插入到井口装置本体的孔口（29）中的凹部（51）中的设备，所述设备包括致动套筒（36）、下送工具（50）以及释放部件（42），所述致动套筒具有被设置为用于与封隔装置（34）接合的接合部分（58），所述接合部分用于使得封隔装置运动进入所述凹部中，所述致动套筒还具有本体部分，所述本体部分的形状被设计为用于使所述本体部分定位在基准部件（41）上，所述致动套筒（36）包括围绕该致动套筒周向间隔地设置的多个槽口（40），所述下送工具适于使所述致动套筒运动至与封隔装置接合，所述下送工具载置有多个弹性加载止动器（69），每个弹性加载止动器均被设置为位于所述多个槽口（40）中的相应一个中，在致动套筒（36）到达基准位置时，所述释放部件起作用以将所述多个弹性加载止动器从各槽口（65）中释放出来。

2.根据权利要求1的设备，其中，所述释放部件（42）包括多个制动销，每个制动销均邻近所述多个槽口（40）中的相应一个布置，并且当致动套筒（36）已致使封隔装置（34）位于所述凹部（51）中时，每个制动销均被设置为接合相应的其中一个止动器（69），从而所述止动器被压出槽口并因而使致动套筒（36）从下送工具（50）释放出来。

3.根据权利要求2的设备，其中，所述多个制动销（42）位于基准部件（41）中。

4.根据权利要求1－3之一的设备，其中，致动套筒包括倾斜的上缘部（58），所述上缘部用于与封隔装置（34）接合并用于靠在基准部件（41）上定位。

5.根据权利要求1－4之一的设备，其中，致动套筒（36）包括用于定位在基准部件（41）的脊部（65）上的部分（64）。

6.根据权利要求1－5之一的设备，所述设备还包括环状弹性筒夹（35），所述环状弹性筒夹安装在所述致动套筒（36）内并促使致动套筒定位在基准部件（41）上。

7.根据权利要求6的设备，其中，所述环状弹性筒夹（35）具有与致动套筒（36）中的槽口（40）对准的槽口（68）。

8.根据权利要求1－7之一的设备，其中，所述基准部件（41）由外套筒构成，所述外套筒邻接孔口（29）以及套管悬挂器（21）并通过所述孔口以及所述套管悬挂器定位。

9.根据权利要求8的设备，其中，外套筒（41）具有用于将封隔装置（34）导入凹部（51）中的顶面（57）。

10.根据权利要求8或9的设备，其中，外套筒（41）与孔口（29）密封地接合。

11.一种用于将封隔装置（34）插入到井口装置本体的孔口（29）中的凹部（51）中的方法，所述方法包括：

布置用于与封隔装置接合以使封隔装置运动到所述凹部中的致动套筒（36），所述致动套筒具有本体部分，所述本体部分的形状被设计为用于使所述本体部分定位在孔口内的基准部件（41）上，所述致动套筒包括围绕致动套筒周向间隔地设置的多个槽口（40）；

将下送工具（50）送入所述孔口中，所述下送工具适于使所述致动套筒运动至与封隔装置接合，所述下送工具载置有多个弹性加载止动器（69），每个弹性加载止动器均被设置为位于相应的其中一个槽口中；以及

在致动套筒（36）到达将封隔装置正确地插入凹部中所需要的基准位置时，将所述多个弹性加载止动器从各槽口中释放出来。

12.一种用于将封隔装置（34）插入井口装置本体（1）的孔口（29）中的凹部（51）中的组件，所述组件包括外套筒（41）、致动套筒（36）、以及多个制动部件（42），所述外套筒支撑封隔装置，所述致动套筒具有用于与封隔装置（34）及外套筒（41）接合的接合部分，致动套筒包括在周向上相间隔且轴向延伸的多个槽口（40），所述多个制动部件位于外套筒（41）中，且每个制动部件均延伸进入致动套筒中相应的槽口内。

13.根据权利要求12的组件，其中，致动套筒（36）包括倾斜的上缘部（58），所述上缘部用于与封隔装置（34）接合以及用于靠在外套筒（41）上定位。

14.根据权利要求12或13的组件，其中，致动套筒（36）包括用于定位在外套筒（41）的脊部（65）上的下部部分（64）。

15.根据权利要求12－14之一的组件，其中，所述外套筒（41）被设置为邻接孔口（29）和套管悬挂器（31）并通过所述孔口和所述套管悬挂器定位。

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