CN103282599B

CN103282599B - 低当量循环密度坐放工具

Info

Publication number: CN103282599B
Application number: CN201180064391.8A
Authority: CN
Inventors: 布洛克·沃森; 丹尼尔·默勒; 凯文·J·米勒
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: EP2661536A2; AU2011353592B2; AU2011353592A1; MY158660A; US8826987B2; HUE063024T2; EP3739164B1; WO2012094194A2; EA201391002A1; EA024761B1; CA2823708A1; ECSP13012808A; CN103282599A; EP3739164A2; MX2013007932A; BR112013017077B1; BR112013017077A2; SG191368A1; US20120175132A1; EP3739164A3

Abstract

提供的是一种井下油田工具组件。该工具组件包括：工作筒；阀，被定向为在关闭位置阻挡通过工作筒的向下流动；第一活塞，位于阀的上方并且至少部分地围绕工作筒的外部。第一活塞被构造成由工作筒的内部与井下油田工具组件的外部之间的压差来形成原动力。

Description

低当量循环密度坐放工具

背景技术

可膨胀衬管悬挂器通常用于将衬管固定在预先安设的套管或衬管柱中。这类衬管悬挂器典型地是通过将衬管悬挂器沿径向向外膨胀以与预先的套管或衬管柱形成夹紧和密封的接触来安设的。很多这样的衬管悬挂器利用液压来膨胀，以通过衬管悬挂器驱动膨胀的锥形件或楔形件。

膨胀过程典型地借助用于将衬管悬挂器和附接衬管运送到井眼内的送入工具（runningtool）或坐放工具（settingtool）来执行。送入工具或坐放工具可在工作管柱（例如，由钻管或者其他分段的或连续的管状元件组成的管柱）与衬管悬挂器之间被相互连接。

如果衬管悬挂器是利用液压膨胀的，则送入工具或坐放工具通常用于控制流体压力的传递、以及衬管悬挂器膨胀机构的多个部分流入和流出、以及在工作管柱与衬管之间的流动。例如，在衬管悬挂器的膨胀之后或者在衬管悬挂器的不成功的坐放之后，送入工具或坐放工具还可用于控制何时以及如何从衬管悬挂器释放工作管柱。

在衬管被以水泥固结至井眼中的那些情况下，送入工具或坐放工具可用于通过其灌注水泥。送入工具或坐放工具的一些设计采用球或水泥灌注塞，在灌注水泥操作的完成时、并且在膨胀衬管悬挂器之前，球或水泥灌注塞经由工作管柱下落。然而，在较大的深度和/或在高度偏离的井眼中，在水泥可围绕钻井管固化并可能导致钻井管堵住的时期，球会花费非常长的时间到达送入工具或坐放工具。另外，球可能根本没有到达送入工具或坐放工具。此外，水泥灌注塞可能不能在对应的浮箍上被正确地定位。

发明内容

在一实施例中，公开了一种井下油田工具组件。该工具组件包括：工作筒；阀，被定向为在关闭位置阻挡通过工作筒的向下流动；以及第一活塞，位于阀的上方，并且至少部分地围绕工作筒的外部。第一活塞被构造成由工作筒的内部与井下油田工具组件的外部之间的压差来形成原动力。

在一实施例中，公开了一种井下坐放工具。该坐放工具包括：球阀；夹头工作筒，被可旋转地设置在坐放工具中，夹头工作筒包括夹头工作筒齿；以及致动器套环，包括致动器套环齿，致动器套环齿与夹头工作筒齿接合，以将夹头工作筒扭转式地锁定到致动器套环；以及第一活塞，位于球阀的井上。

在一实施例中，公开了一种液压式地释放坐放工具的挡板阀的方法，该坐放工具被构造成在套管的内部坐放衬管。该挡板阀包括挡板活塞以及弹簧加载（spring-loaded）的挡板，该挡板被安装在挡板活塞的头部。该坐放工具包括：至少一个活塞，位于挡板阀的井上侧；挡板支柱，被构造成保持处于打开位置的挡板；挡板外壳，挡板活塞被设置在该挡板外壳的内部；以及剪切螺钉，将挡板活塞固定到挡板外壳。该方法包括：将处于挡板活塞与挡板外壳之间的空间、以及处于挡板活塞的头部的井下侧的空间加压到第一压力，并且将处于挡板活塞的头部的井上侧的空间加压到第二压力，第二压力比第一压力大的量足够克服剪切螺钉的剪切强度。该方法还包括：使剪切螺钉发生剪切；迫使挡板活塞相对于挡板外壳和挡板支柱向下移动，使得挡板脱离挡板支柱；以及关闭挡板。

在一实施例中，公开了一种在套管内坐放衬管的方法。该方法包括：致动一阀以阻挡通过坐放工具的向下流动；在位于阀的上方的坐放工具的内部与坐放工具的外部之间形成压差；以及响应压差，在套管的内部坐放衬管。

从以下与附图和权利要求书结合的详细描述中，这些和其他特征将更加清楚地理解。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现请参照以下简短说明（其与附图和详细描述结合），其中相似的附图标记代表相似的部分。

图1A是坐放工具的实施例的一部分的示意性剖视图；

图1B是图1A中示出的坐放工具的实施例的另一部分的示意性剖视图；

图1C是图1A中示出的坐放工具的实施例的另一部分的示意性剖视图；

图1D是图1A中示出的坐放工具的实施例的另一部分的示意性剖视图；

图2是阀机构的实施例的示意性剖视图；

图3A是图2的阀机构中包括的夹头工作筒的实施例的示意性正视图；

图3B是图2的阀机构中包括的挡板支柱的实施例的示意性剖视图；

图3C是图2的阀机构中包括的夹头支座的实施例的示意性剖视图；

图3D是图2的阀机构的实施例的示意性剖视图；

图4A是在挡板的释放之前，图2的阀机构的实施例的示意性剖视图；

图4B是在挡板的液压式释放之后，图2的挡板机构的实施例的示意性剖视图；

图4C是在挡板的机械式释放之后，图2的挡板机构的实施例的示意性剖视图；

图5是阀机构的另一实施例的示意性剖视图；

图6A是阀机构的另一实施例的示意性剖视图；

图6B是在挡板的机械式释放之后，图6A的阀机构的实施例的示意性剖视图；

图7A是阀机构的另一实施例的示意性剖视图；

图7B是在挡板的机械式释放之后，图7A的阀机构的实施例的示意性剖视图；

图8A是球阀关闭的阀机构的另一实施例的示意性剖视图；

图8B是球阀打开的图8A的阀机构的实施例的示意性剖视图；

图8C是图8A的阀机构中包括的夹头工作筒的实施例的示意性正视图；

图8D是图8A的阀机构中包括的致动器套环的实施例的示意性正视图；

图8E是图8A的阀机构中包括的滑块销的实施例的示意性立体图；

图8F是图8A的阀机构中包括的滑块式套筒的实施例的示意性立体图；

图9是用于液压式地释放挡板阀的方法的流程图。

具体实施方式

首先应理解，虽然在以下示出了一个或多个实施例的示例性的实施方式，但所公开的组件和方法可使用任何数量的技术来实施，无论这些技术是目前已知的还是尚未存在的。本发明不应以任何方式限制到以下示出的示例性实施方式、附图和技术，而是可在所附权利要求书的范围连同其等同方案的全部范围内进行修改。

除非另有说明，对于描述多个元件之间的相互作用的术语“耦接（couple）”的任何使用均不意味着将这种相互作用限制为这些元件之间直接的相互作用，而是还可包括所描述的元件之间间接的相互作用。在以下讨论中以及在权利要求书中，术语“包括”和“包含”是以开放方式使用的，因此应被解释为其含义是“包括，但不限于…”。以下将为了描述目的而引用术语“上”或“下”，并且“上”、“上部”、“向上”、“上游”或“井上”意思是朝向井眼的地表（表面），而“下”、“下部”、“向下”、“下游”或“井下”的意思是朝向井的末端，而不管井眼的方向。一旦阅读以下对于实施例的详细描述，借助本说明书并且通过参照附图，以上提到的多种特性、以及下面将会更详细地描述的其他特征和特性对于本领域技术人员而言就将是显而易见的。

本发明公开了一种具有阀的井下工具组件，该阀位于一个或多个活塞下方；其中在关闭位置，该阀阻挡通过井下工具组件的向下流动。在一实施例中，使阀位于一个或多个活塞的下方有利于以两个或更多的活塞构成井下工具组件。包含额外的活塞（例如额外的活塞子组件）有利于传送更大的活塞力而不使压差增大到过度的程度。例如，当活塞子组件结构经由井下工具组件的内部与井下工具组件的外部之间的压差而被致动时，若压差固定，则第二活塞子组件到第一活塞子组件的耦接（coupling）可产生第一活塞子组件的两倍的活塞力。重型计量衬管（gaugeliner）越来越多地在井眼内被采用，因而需要更大的力被施加到膨胀机构和/或膨胀锥以膨胀和悬挂衬管。预期在低当量循环密度（lowequivalentcirculationdensity，ECD）维护工作中，具有位于一个或多个活塞的下方或者说井下侧的阀的井下工具组件可具有广泛应用。

图1A、图1B、图1C和图1D是在坐放工具100的实施例中，沿坐放工具100的长度分布的多个部分的示意性剖视图。坐放工具100可经由上部接头110被附接到工作管柱的井下端，并且可用于将衬管悬挂器120附接到位于井眼中的套管。另外，为了以水泥将衬管接合到井眼，坐放工具100可用于运输被向下泵送到工作管柱的水泥、被向下泵送到附接到坐放工具100的井下端的衬管的内部的水泥、以及被向上泵送到位于衬管与井眼的壁之间的环空的水泥。为了能够将水泥运输到环空并使衬管悬挂器120膨胀，坐放工具100可包括一系列工作筒110、130、140、150，这些工作筒借助耦合器160、170、180相互连接和密封。如上所提及的，工作筒110也可被称为上部接头110，并且可将坐放工具100连接到工作管柱。另外，位于坐放工具100的井下端处的工作筒可被称为夹头工作筒190。工作筒110、130、140、150、190能够保持和运输加压流体（例如水泥灰浆、液压流体等等）。

在一实施例中，坐放工具100还可包括：活塞200、210以及相应的压力室220、230，压力室220、230经由加压端口240、250分别与工作筒140、150流体连通。另外，坐放工具100可包括膨胀锥270，膨胀锥270位于活塞200、210的井下侧。如图1C中所示，膨胀锥270的外径大于处在膨胀锥270的井下侧的衬管悬挂器120的一个节段的内径。

在一实施例中，衬管悬挂器120可在衬管已与井眼的壁以水泥固结之后抵靠套管的壁而膨胀。为了使衬管悬挂器120膨胀，液压流体可在从2500psi到1000psi的范围的压力条件下被向下泵送到工作管柱，并且进入到工作筒110、130、140、150、190内。液压流体可经由加压端口240、250进入压力室220、230，并且对活塞200、210施加力。在一些情况下，活塞200、210可被说成是借助工作筒的内部与工具100的外部之间的压差来形成原动力。耦合器170、180（其形成压力室220、230的井上侧边界）被分别刚性地附接到工作筒130、140和150，而活塞200、210和膨胀锥270被刚性地附接到工具外壳280。另外，活塞200、210和膨胀锥270可相对于工作筒110、130、140、150、190纵向移动。当在工作筒110、130、140、150、190和压力室220、230中已建立充足的压力时，活塞200、210与工具外壳280和膨胀锥270一起，相对于工作筒110、130、140、150、190被推向井下。由于膨胀锥270的外径大于衬管悬挂器120的内径，并且衬管悬挂器120在井眼中被纵向地固定就位，所以当膨胀锥270被推向井下时，衬管悬挂器120的与膨胀锥270接触的一部分抵靠套管而膨胀。

参照图1D，在一实施例中，坐放工具100还可包括阀机构300；该阀机构位于活塞200、210和衬管悬挂器120的井下侧，并且被构造成在衬管已与井眼的壁以水泥固结之后，封锁夹头工作筒190与衬管的内部之间的流体连通路径。以下将在关于图2、图4A、图4B、图4C、图5、图6A、图6B、图7A、图7B、图8A和图8B的讨论中，描述阀机构300的多个实施例。

图2是阀机构400的一实施例的示意性剖视图。阀机构400可包括外壳410，外壳410被刚性地附接到位于外壳410的井下端处的衬管。阀机构400还可包括坐放套管420；坐放套管420位于外壳410的井上侧，并且在外壳410的井上端处被刚性地附接到外壳410，并且衬管悬挂器120在坐放套管420的井上端处被刚性地附接到坐放套管420。在一实施例中，阀机构400还可包括：夹头430，其位于阀机构400的井上端处，并且被扭转式地锁定到坐放套管420；以及夹头支座440，其被扭转式地锁定到夹头430，并且包括夹头支座齿450；这些夹头支座齿450沿夹头支座440的长度的一部分纵向地分布，并且沿夹头支座440的内周间隔开。在图3C中示出的夹头支座440的示意性剖视图中，可清晰地看见夹头支座齿450。

再参照图2，夹头工作筒190的示意性正视图在图3A中示出。夹头工作筒190被可旋转地设置在坐放套管420和外壳410中。另外，夹头工作筒190的一部分位于夹头支座440的通孔442中。在一实施例中，夹头工作筒190包括夹头工作筒齿460；这些夹头工作筒齿460位于夹头工作筒190的井上端处附近，沿夹头工作筒190的长度的一部分纵向地分布，并且沿夹头工作筒190的外周间隔开。另外，夹头工作筒190可包括第二夹头工作筒齿540；这些第二夹头工作筒齿位于夹头工作筒190的井下端处附近，沿夹头工作筒190的长度的一部分纵向地分布，并且沿夹头工作筒190的外周间隔开。在一实施例中，夹头工作筒齿460与夹头支座齿450接合，使得齿450、460之间出现角度空隙456。角度空隙456可为约20度到约40度，可选地为约25度到约35度，可选地为约30度。图3D中清楚地示出角度空隙456。

除了夹头工作筒190与夹头支座440之间经由夹头支座齿450和夹头工作筒齿460产生的相互作用之外，夹头工作筒190和夹头支座440可在工具100的送入状态（run-instate）下借助剪切螺钉462而被扭转式地锁定到彼此。剪切螺钉462在图4A中示出。在图3D（其示出了图2中处于截面A-A处的阀机构400的示意性剖视图）中示出的实施例中，夹头工作筒齿460和夹头支座齿450可接合，并且剪切螺钉462可被放置为在工具100的送入状态下，使得在夹头工作筒190的第一旋转位置，以及在夹头工作筒190的第一旋转方向例如沿顺时针方向或右手旋转方向（使用井下方向作为参照系统）上，夹头工作筒齿460的例如面向沿顺时针方向或右手方向的侧面464与夹头支座齿450的例如面向逆时针方向或左手方向的对应的侧面452对接，并且夹头工作筒190和夹头支座440借助它们对应的齿460、450以及剪切螺钉462而被扭转式地锁定到彼此。在相同的实施例中，在第一旋转位置，但是在夹头工作筒190的第二旋转方向例如逆时针方向或左手旋转方向上，夹头工作筒齿460的例如面向逆时针或左手方向的侧面466与夹头支座齿450的例如面向顺时针方向或右手方向的侧面454以角度空隙456间隔开，使得夹头工作筒190和夹头支座440在工具100的送入状态下借助剪切螺钉462而被扭转式地锁定到彼此。另外应指出，为了清晰起见，在图3D中，夹头支座440和夹头工作筒190各自被示出为仅具有四个齿450、460。然而，夹头支座440和夹头工作筒190可具有为结构考虑和期望的角度空隙456所允许的尽可能多的齿。此外，夹头支座齿450和夹头工作筒齿460的方向可相反，使得夹头工作筒齿460的例如面向顺时针方向或右手方向的侧面464与夹头支座齿450的例如面向逆时针或左手方向的侧面452以空隙456间隔开。

在一实施例中，阀机构400还可包括挡板阀470，挡板阀470包括：挡板活塞480；挡板490，可在挡板活塞480的井上端处枢转；以及挡板弹簧500，对挡板490施加关闭力。挡板活塞480可位于挡板外壳510的流动孔中并且借助剪切螺钉512相对于挡板外壳510被固定就位。另外，挡板外壳510可包括地下释放（SSR）水泥塞系统连接部520，该地下释放（SSR）水泥塞系统连接部位于挡板外壳510的井下端处。

再参照图2，在一实施例中，阀机构400还可包括构件530（例如挡板支柱530），构件（挡板支柱）530被构造成支撑在挡板支柱530的第一纵向位置打开的挡板490。挡板支柱530可包括挡板支柱齿550；这些挡板支柱齿位于挡板支柱530的井上端处，并且在夹头工作筒190的第一旋转位置与第二夹头工作筒齿540的井下端表面542接合。图3B中示出了挡板支柱530的示意性剖视图。

在一实施例中，阀机构400还可包括弹簧外壳560；弹簧外壳560呈大体圆柱形的形状，并借助扭力销564被扭转式地锁定到夹头支座440，而且挡板支柱530的与挡板490不接合的那一部分位于该弹簧外壳的内部。如图2、图3A和图3B中明显可见的，当夹头工作筒190处于第一旋转位置时，弹簧570在向内突出的凸缘562（凸缘562位于弹簧外壳560的井下端处）与挡板支柱530的台肩部532之间被偏置，弹簧570迫使第二夹头工作筒齿540的井下端表面542抵靠挡板支柱齿550。

在运行中，在衬管已经以水泥固结在井眼中之后，挡板490可关闭，从而允许在挡板阀470的井上侧形成充足的压力，以向活塞200、210供能，并由此使衬管悬挂器120膨胀。在图2中示出的阀机构400的实施例中，挡板490可被液压式地或机械式地释放。以下将参照图4A和图4B讨论液压式释放的实施例，并且以下将参照图3、图4A和图4C讨论机械式释放的实施例。

图4A和图4B分别示出了挡板490的释放之前和挡板490的液压式释放之后，图2的阀机构400的实施例的示意性剖视图。为了液压式地释放挡板490，可将流体以第二压力向下泵送到工作筒130、140、150、190，该第二压力大于主要在位于挡板外壳510与外壳410之间的环空580中的第一压力。由于挡板活塞头482与挡板支柱530的井下端的接触区域没有密封，所以挡板活塞头482的井上侧的环形空间590由挡板活塞头482、挡板外壳510以及弹簧外壳560粗略地限定，并且环形空间590承受工作筒130、140、150、190中的第二压力。

另外，第二环形空间600位于挡板活塞头482的下方，并且由挡板活塞480和挡板外壳510限定。第二环形空间600经由通风孔610与环空580流体连通，并因此受到第一压力。当第二压力与第一压力的压差足够克服剪切螺钉512的剪切强度、被放置在挡板活塞头482与挡板外壳510之间的密封圈484的摩擦力、以及被布置在挡板外壳510与挡板活塞480之间的密封圈486的摩擦力时，剪切螺钉512可发生剪切，并且挡板活塞480可被迫将挡板外壳510的流动孔向下推到位于挡板外壳510上的止动部620。如图4B中所示，当挡板活塞头482接近止动部620时，挡板490离开挡板支柱530，并且挡板弹簧500迫使挡板490进入到关闭位置。

图4A和图4C分别示出在挡板490的释放之前以及挡板490的机械式释放之后，图2的阀机构400的实施例的示意性剖视图。如以上所述以及图2和图3D所示，在夹头工作筒190的第一旋转位置，以及夹头工作筒190的第一旋转方向例如顺时针方向或右手旋转方向上，夹头工作筒190借助夹头支座齿450、夹头工作筒齿460以及剪切螺钉462而被扭转式地锁定到夹头支座440。另外，在夹头工作筒190的第一旋转位置，挡板支柱530支撑打开的挡板490，并且在弹簧外壳560的凸缘562与挡板支柱530的台肩部532之间被偏置的弹簧570的作用力之下，挡板支柱齿550抵靠第二夹头工作筒齿540的井下端表面542。

然而，在夹头工作筒190的第一旋转位置，并且在夹头工作筒190的第二旋转方向例如逆时针方向或左手方向上，夹头支座440和夹头工作筒190在工具100的送入状态中借助剪切螺钉462而被扭转式地锁定到彼此。因此，在一实施例中，如果足以克服剪切螺钉462的剪切强度的左手扭矩被施加到夹头工作筒190，则剪切螺钉462将发生剪切，并且夹头工作筒190将通过空隙456旋转而且进入到夹头工作筒190的第二旋转位置；在第二旋转位置，夹头工作筒齿460的侧面466与夹头支座齿450的侧面454对接。此外，当夹头工作筒190从第一旋转位置旋转到第二旋转位置时，第二夹头工作筒齿540的井下端表面542旋转到不与挡板支柱齿550对齐的程度，并且进入到挡板支柱齿550与间隙544对齐的位置；间隙544位于第二夹头工作筒齿540之间，且其比挡板支柱齿550宽。间隙544和接触端546在图3A中示出。因此，由于第二夹头工作筒齿540不再能够对弹簧570施加反作用力，弹簧570将挡板支柱530推向井上侧，直到挡板支柱齿550接触到间隙544的末端（接触端）546为止。当挡板支柱齿550通过间隙544滑动到间隙的末端546时，挡板支柱530的井下端向井上侧移动并且释放挡板490，从而允许挡板弹簧500关闭挡板490。

图5是阀机构的另一实施例的示意性剖视图。图5中示出的阀机构700与图2和图4A、图4B以及图4C中示出的阀机构400的实施例的不同之处在于，阀机构700包括的挡板阀770不包括挡板活塞，并且阀机构700包括的挡板790被直接地安装到挡板外壳710。另外，由于挡板外壳710没有为挡板活塞的井下位移留下任何部分的长度，所以挡板外壳710的长度可小于挡板外壳510的长度。此外，挡板790可按照与挡板490类似的方式被机械式地释放，该方式为：使剪切螺钉462剪切；相对于夹头支座440旋转夹头工作筒190，以将这些挡板支柱齿550与位于第二夹头工作筒齿540之间的那些间隙544对齐；并且经由弹簧570使挡板支柱530向井上侧移动，使得挡板支柱530的井下端脱离挡板790，并且挡板弹簧500关闭挡板790。

图6A和图6B分别示意性地示出阀机构800的另一实施例在挡板890的机械式释放之前和之后的剖视图。图6A和图6B的阀机构800的实施例与图2的阀机构400的实施例的不同之处在于，不同的构件例如夹头工作筒820支撑打开的挡板890，并且挡板活塞880包括挡板活塞齿850，挡板活塞齿850与出现于挡板外壳810上的挡板外壳齿840接合。在一些情况下，挡板活塞880可被称为挡板座。该结构在此被称为挡板活塞880，为的是提示其对压差的响应以及这种响应在挡板890的展开和/或致动中的作用，但是应理解，本领域技术人员有时提及时替代性地将其称为挡板座。在一实施例中，夹头工作筒820通过夹头支座440和弹簧外壳860延伸到挡板阀870，挡板阀870包括挡板活塞880和挡板890，挡板890则被弹簧式安装到挡板活塞880。在夹头工作筒820的第一旋转位置，位于夹头工作筒820的井下端处的凸块822与挡板活塞880中的对应的凹口882接合，并且将挡板活塞880扭转式地锁定到夹头工作筒820。在一实施例中，弹簧570在挡板活塞880的井上端832与弹簧外壳860的台肩部862之间被偏置；弹簧外壳860借助扭力销564而被扭转式地锁定到夹头支座440，并且借助扭力销566而被扭转式地锁定到挡板外壳810。在夹头工作筒820的第一旋转位置，挡板活塞齿850与挡板外壳齿840的井上端表面842接合，并且借助弹簧570的力抵靠井上端表面842施压。

在运行中，阀机构800的本实施例的挡板890可经由夹头工作筒820的旋转以及挡板活塞880的旋转和平移而按如下方式被释放。夹头工作筒820的夹头工作筒齿460和夹头支座440的夹头支座齿450相互作用，如关于图2和图3D所描述的，使得例如当左手或逆时针方向的扭力被施加到夹头工作筒820时，剪切螺钉462可被剪切，并且夹头工作筒820可通过空隙456从第一旋转位置旋转到第二旋转位置。当夹头工作筒820从第一旋转位置旋转到第二旋转位置时，挡板活塞齿850旋转到与挡板外壳齿840的井上端表面842脱离接合，并且与间隙844对齐，间隙844位于相邻的挡板外壳齿840之间并且比挡板活塞齿850宽。由于在夹头工作筒820的第二旋转位置，挡板外壳齿840不再能够对挡板活塞齿850施加与弹簧570的力相反的反作用力，挡板活塞880被弹簧570推向井下，使得挡板活塞齿850滑动到位于挡板外壳齿840之间的间隙844内，直到抵靠间隙844的末端846为止。另外，当挡板活塞880向井下移动时，挡板890移动而释放夹头工作筒820，从而使挡板弹簧500能够将挡板890推入关闭位置。

图7A和图7B分别示出了阀机构900的另一实施例在挡板990的机械式释放之前和之后的示意性剖视图。阀机构900与图6A和图6B中示出的阀机构800的不同之处在于，在包括挡板990和挡板活塞980的挡板阀970中，一不同的构件例如挡板活塞980支撑打开的挡板990，并且该机构向井下移动以释放挡板990。另外，挡板990被弹簧式安装到弹簧外壳960。在一实施例中，夹头工作筒920通过夹头支座440延伸到挡板活塞980，并且在夹头工作筒920的第一旋转位置，夹头工作筒920借助凸块822而被扭转式地锁定到挡板活塞980，凸块822与挡板活塞980中的凹口882接合。在一实施例中，弹簧570在弹簧外壳960的台肩部862与挡板活塞980的凸缘932之间被偏置。在夹头工作筒920的第一旋转位置，挡板活塞980的挡板活塞齿950与挡板外壳齿840的井上端表面842接合，并且借助弹簧570的力抵靠井上端表面842施压。

在运行中，阀机构900的本实施例的挡板990可经由夹头工作筒920的旋转以及挡板活塞980的旋转和平移而按如下方式被释放。夹头工作筒920的夹头工作筒齿460和夹头支座440的夹头支座齿450相互作用，如关于图2和图3D所描述的，使得当例如左手或逆时针方向的扭矩被施加到夹头工作筒920时，剪切螺钉462可被剪切，并且夹头工作筒920可通过空隙456从第一旋转位置旋转到第二旋转位置。当夹头工作筒920从第一旋转位置旋转到第二旋转位置时，挡板活塞齿950旋转到与挡板外壳齿840的井上端表面842脱离接合，并且与间隙844对齐，间隙844位于相邻的挡板外壳齿840之间并且比挡板活塞齿950宽。由于在夹头工作筒920的第二旋转位置，挡板外壳齿840不再能够对挡板活塞齿950施加与弹簧570的力相反的反作用力，挡板活塞980被弹簧570推向井下，使得挡板活塞齿950滑动到挡板外壳齿840之间的间隙844内。同时，挡板外壳齿840进入挡板活塞齿950之间的间隙984，直到挡板活塞980在挡板外壳齿840的井上端表面842与间隙984的末端986对接的情况下停止移动为止。当挡板活塞齿950滑动到挡板外壳齿840之间的间隙844内时，挡板活塞980的井上端滑动而释放挡板990，从而使挡板弹簧500能够将挡板990推入关闭位置。

图8A和图8B示出包括球阀1040的阀机构1000的实施例的示意性剖视图，图8A示出处于关闭位置的球阀1040，而图8B示出处于打开位置的球阀1040。图8A和图8B中示出的阀机构1000的实施例与阀机构400、700、800、900的实施例的不同之处在于，利用球阀1040来代替挡板阀，以在衬管已与井眼的壁以水泥固结之后，堵塞位于阀机构1000的夹头工作筒1020与衬管的内部之间的流体连通路径；弹簧外壳560、860、960由耦合器1010来替换，耦合器1010被扭转式地锁定到夹头支座440；并且挡板外壳510、710、810由球外壳（球阀外壳）1030来替换，球外壳1030借助扭力销566而被扭转式地锁定到耦合器1010，并且球阀1040位于球外壳1030的内部。然而，如同阀机构400、700、800和900的实施例的情况那样，夹头工作筒1020（其示意性侧视图在图8C中示出）被可旋转地设置在坐放套管420和外壳410中。夹头工作筒1020包括夹头工作筒齿460，夹头工作筒齿460与夹头支座440的夹头支座齿450接合，如关于图2所描述的，并且夹头工作筒1020在工具100的送入状态下借助剪切螺钉462而被扭转式地锁定到夹头支座440。

在一实施例中，球阀1040可包括球1080，流动孔1082位于球1080的内部，并且球1080由上部支座1090和下部支座2000来支撑。球阀1040还可包括滑块式套筒1070（图8F中示出滑块式套筒1070的示意性立体图），并且滑块式套筒1070借助扭力销1074而被扭转式地锁定到球外壳1030。球阀1040还可包括致动器套环1050（图8D中示出致动器套环1050的示意性侧视图），并且致动器套环1050包括致动器套环齿1054；致动器套环齿1054与夹头工作筒1020的第二夹头工作筒齿1022接合，并且将致动器套环1050扭转式地锁定到夹头工作筒1020。

在一实施例中，上部支座1090可位于夹头工作筒1020的井下端中的凹部内，而下部支座2000可位于滑块式套筒1070的井上端中的凹部内，使得球1080和支座1090、2000在夹头工作筒1020与滑块式套筒1070之间被支撑。另外，球1080可借助弹簧在上部支座1090和下部支座2000中受到预应力；该弹簧例如为波形弹簧2010，位于上部支座1090与夹头工作筒1020之间。

在一实施例中，球阀1040还可包括滑块销1060（图8E中示出滑块销1060的示意性立体图）；滑块销1060在位于滑块式套筒1070的外周的纵向槽1072中被可滑动地支撑，并且包括第一突出部1062。第一突出部1062可呈球茎状，并与球1080的第一表面孔1084接合。另外，致动器套环1050可包括致动器销1052。致动器销1052被刚性地附接到致动器套环1050，从致动器套环1050的井下端纵向地突出，并且包括第二突出部1056。第二突出部1056可以是球茎的形状，并且与球1080的第二表面孔1086接合。

在一实施例中，第一突出部1062和第一表面孔1084可形成第一球窝接头，而第二突出部1056和第二表面孔1086可形成第二球窝接头，第一球窝接头、第二球窝接头与上部支座1090和下部支座2000一起限制球1080的运动。使用阀机构1000的纵轴线作为“水平”轴线，上部支座1090和下部支座2000将球1080的运动限制成围绕纵向阀机构轴线进行的滚动动作，以及围绕垂直于纵向阀机构轴线的轴线的俯仰（pitching）和摇摆（yawing）动作。另外，滑块销1060还将球1080的运动限制成围绕经过第一突出部1062的轴线的旋转，以及因滑块销1060能够在滑块式套筒1070的槽1072中纵向滑动而进行的俯仰动作。此外，致动器销1052还将球1080的运动限制成围绕经过第二突出部1056的轴线的旋转，以及因致动器销1052能够沿纵向阀机构轴线的轨道运动而进行的滚动动作。

在运行中，依据一实施例，阀机构1000的球阀1040可经由夹头工作筒1020的旋转和球1080的旋转，按如下方式关闭。夹头工作筒1020的夹头工作筒齿460和夹头支座440的夹头支座齿450相互作用，如关于图2和图3D所描述的，使得当例如左手或逆时针方向的扭矩被施加到夹头工作筒1020时，剪切螺钉462可被剪切，并且夹头工作筒1020可通过空隙456沿第一旋转方向从第一旋转位置旋转到第二旋转位置。如图8B中所示，在夹头工作筒1020的第一旋转位置，球阀1040打开，即，球1080的流动孔1082与滑块式套筒1070和夹头工作筒1020的流动孔近似对准和流体连通。

在一实施例中，当夹头工作筒1020从第一旋转位置旋转到第二旋转位置时，致动器销1052和第二突出部1056围绕纵向阀机构轴线进行轨道运动，从而使球1080进行滚动动作，并且使球1080能够围绕经过第二突出部1056的轴线旋转。然而，滑块销1060尽管允许球1080围绕经过第一突出部1062的轴线进行俯仰动作和旋转，但同时限制上述的滚动动作。上述限制使得球1080旋转到关闭位置；在关闭位置，球1080的流动孔1082不再与滑块式套筒1070和夹头工作筒1020中的那些流动孔流体连通，并且流动孔1082的纵轴线近似地垂直于纵向阀机构轴线。球阀1040的上述关闭位置在图8A中示出。

在一实施例中，在球阀1040已经关闭之后，可通过沿第二旋转方向将夹头工作筒1020旋转，将球阀1040从第二旋转位置旋转到第一旋转位置，而再次打开球阀1040。球阀1040的再打开能力可允许穿过坐放工具100的流体连通路径在球阀1040过早地关闭的情况下被再次打开，并且还可允许工具或流体在衬管悬挂器120的膨胀之后穿过坐放工具100。

图9是用于液压式地释放坐放工具的挡板阀的方法1200的流程图，坐放工具构造成在套管内部坐放衬管悬挂器。在方框（步骤）1210中，处于挡板活塞与挡板外壳之间且处于挡板活塞的头部的井下侧的空间被加压到第一压力。在方框1220中，处于挡板活塞的头部的井上侧的空间被加压到第二压力，第二压力比第一压力大的量足够克服剪切螺钉的剪切强度（第二压力与第一压力的量值之差足够克服剪切螺钉的剪切强度）。应理解，第二压力与第一压力之差对应于横跨挡板活塞的压差，因此对应于移动挡板活塞并且对剪切螺钉进行剪切的原动力。如图2中所示，剪切螺钉将挡板活塞刚性地固定到挡板外壳。在方框1230中，剪切螺钉被剪切。在方框1240中，挡板活塞相对于挡板外壳和挡板支柱被推向井下，使得挡板脱离挡板支柱。在方框1250中，挡板被关闭。

在一实施例中，讲授了一种在井眼的内部坐放装置的方法。该方法可包括使用井下工具以在套管中坐放衬管、在套管中或裸井中坐放封隔器、或在井眼的内部坐放一些其他装置。该方法可包括：致动一阀以阻挡通过坐放工具的向下流动（例如，钻井流体和/或液压流体的向下流动）。该方法还可包括：在位于该阀上方的坐放工具的内部与坐放工具的外部之间形成压差。例如，可借助在井眼附近的地表处运行的液压泵的操作，在坐放工具的内部以及该阀上方形成相对于坐放工具的外部的井眼中的流体静压力更大的压力。该方法还可包括：在套管中坐放衬管、坐放封隔器、或在井眼中坐放一些其他装置。用于执行坐放的力可源于坐放工具的内部与坐放工具的外部之间的压差。例如，在一实施例中，可借助响应该压差的活塞来形成用于坐放的向下的力，其中该活塞构成被耦接到坐放工具的子组件或者坐放工具的一部分。活塞位于阀的上方。

在一实施例中，两个或更多的活塞可位于阀的上方，并且可构成坐放工具的一部分，或者可构成一个或多个子组件的一部分。使用两个或更多的活塞形成的坐放力可允许比借助单个活塞形成的坐放力大。通过耦接两个或更多的活塞，所形成的力可大体上近似于每个单个活塞形成的力的总和。可认为，这种方法的坐放工具可大体上类似于以上描述的坐放工具。所述阀可借助以上进一步描述的挡板阀的多个实施例中的一个实施例来实施。替代性地，所述阀可借助如以上进一步描述的球阀来实施。

尽管以上已经示出和描述了本发明的实施例，但本领域技术人员可对这些实施例进行修改，而不背离本发明的精神和所讲授的内容。例如，在一实施例中，图2中示出的阀机构400可被改为除去挡板支柱530与弹簧外壳560之间的弹簧570，以将挡板支柱530刚性地附接到夹头工作筒190、将凸块附接到夹头工作筒190或挡板支柱530、并且在弹簧外壳560中形成J形狭槽（例如螺旋形狭槽），凸块被构造成在该狭槽中移动。挡板490可通过如下方式而被释放，即：旋转夹头工作筒190并同时沿螺旋狭槽向井上侧平移夹头工作筒190和挡板支柱530，而且脱离挡板490。因此，在此描述的多个实施例仅是示例性的，并非意在成为限定性的。对在此公开的本发明可以得出很多变例和修改方案，并且这些变例和修改方案处于本发明的范围内。

在数值范围或极限值被清楚表述的情况下，这样表述的范围或极限值应被理解为包括落入清楚陈述的范围或极限值内的类似迭代范围或类似量值的的极限值（例如，从约1到约10包括2、3、4等等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等等）。例如，只要公开了具有下限R_L和上限R_U的数值范围，则落入该范围内的任何数量均被具体地公开。特别是，在该范围内的以下数量被具体地公开：R=R_L+k×（R_U-R_L），其中k是以1%的增量从1%增大至到100%的变量，即k是1%、2%、3%、4%、5%……50%、51%、52%……95%、96%、97%、98%、99%或100%。此外，由如上所述的两个R限定的任一数值范围也被具体地公开。关于权利要求中的任一元件若使用术语“可选择地”，则意味着需要该元件，或者替代性地不需要该元件。这两种选择都在权利要求的范围内。若使用较广泛的术语如“包含’、“包括”、“具有“等等，则应理解为旨在对较狭窄的术语如“由……构成”、“必要地由……构成“、’基本上包括”等等）提供支持。

因此，本发明的保护范围不应限于以上的描述，而是应仅由所附权利要求书来限定，该范围包括权利要求书的主题的所有等价方案。每个权利要求和每一权利要求均作为本发明的实施例被包含于申请文件中。因此，权利要求书是另一种形式的描述并且是本发明的实施例的附加部分。

Claims

1.一种井下油田工具组件，包括：

工作筒；

阀，被定向为在关闭位置阻挡通过所述工作筒的向下流动，其中所述阀包括：

坐放套管；

夹头工作筒，被可旋转地设置为与所述工作筒同心；以及

偏置机构；其中在所述夹头工作筒相对于所述工作筒的第一旋转位置，所述夹头工作筒相对于所述坐放套管的旋转运动被锁定且所述阀处于打开位置；并且其中在所述夹头工作筒相对于所述工作筒的第二旋转位置，所述偏置机构被设置为将挡板支柱轴向地平移并使所述阀切换到关闭位置；其中所述第二旋转位置围绕所述夹头工作筒的纵轴线，从所述第一旋转位置旋转式地偏移；以及

第一活塞，位于所述阀的上方，并且被设置为至少部分地围绕所述工作筒的外部，其中所述第一活塞被构造成当所述阀处于所述关闭位置时，由所述工作筒的内部与所述井下油田工具组件的外部之间的压差来形成原动力。

2.根据权利要求1所述的井下油田工具组件，还包括膨胀机构；其中所述第一活塞被耦接到所述膨胀机构，并且能够操作以将原动力递送到所述膨胀机构，以使被耦接到所述井下油田工具组件的衬管悬挂器膨胀。

3.根据权利要求1所述的井下油田工具组件，还包括第二活塞；所述第二活塞位于所述阀的上方，并且被设置为至少部分地围绕所述工作筒的外部。

4.根据权利要求1所述的井下油田工具组件，其中所述阀是挡板阀，所述挡板阀包括挡板和挡板弹簧，所述挡板弹簧被偏置以对所述挡板施加关闭力；其中所述挡板支柱将所述挡板保持在打开位置。

5.根据权利要求4所述的井下油田工具组件，其中所述挡板阀能够借助液压致动和机械致动中的至少一种来释放。

6.根据权利要求4所述的井下油田工具组件，还包括：

挡板外壳，与所述工作筒同心，其中所述挡板阀还包括被可滑动地设置在所述挡板外壳内的所述挡板支柱，所述挡板被可旋转地安装到挡板活塞；以及

弹簧外壳；

其中所述偏置机构包括：弹簧，在所述弹簧外壳与所述挡板之间被偏置。

7.根据权利要求6所述的井下油田工具组件，其中所述挡板支柱包括多个挡板支柱齿，所述挡板外壳包括多个挡板外壳齿；在所述夹头工作筒的第一旋转位置，所述挡板支柱齿与所述挡板外壳齿的端表面接合；而在所述夹头工作筒的第二旋转位置中，所述挡板支柱齿与所述弹簧接合，并且被所述弹簧推入所述挡板外壳齿之间的间隙内。

8.根据权利要求1所述的井下油田工具组件，还包括所述挡板支柱，其中所述挡板支柱包括挡板支柱齿，其中在所述夹头工作筒的所述第一旋转位置，所述挡板支柱齿被设置为接合所述夹头工作筒，并防止所述挡板支柱轴向地平移致使所述阀切换到所述关闭位置。

9.根据权利要求8所述的井下油田工具组件，其中所述夹头工作筒包括夹头工作筒齿，所述夹头工作筒齿被设置为在所述夹头工作筒的所述第一旋转位置接合所述挡板支柱齿，并且其中在所述夹头工作筒的所述第二旋转位置，所述夹头工作筒齿被设置为旋转脱离与所述挡板支柱齿的接合，以允许所述挡板支柱轴向地平移以使所述阀切换到所述关闭位置。

10.一种在套管内坐放衬管的方法，包括：

将一阀的夹头工作筒从第一旋转位置旋转到第二旋转位置，其中所述第二旋转位置围绕所述夹头工作筒的纵轴线，从所述第一旋转位置旋转式地偏移；并且其中，所述阀包括：

工作筒；

坐放套管；

所述夹头工作筒可旋转地被设置为与所述工作筒同心，以及

偏置机构，其中在所述夹头工作筒相对于所述工作筒的第一旋转位置，所述夹头工作筒相对于所述坐放套管的旋转运动被锁定且所述阀处于打开位置；

响应由所述偏置机构响应被旋转到所述第二旋转位置的所述夹头工作筒而施加的力，使挡板支柱轴向地平移；

响应使挡板支柱轴向地平移，使所述阀从所述打开位置切换到关闭位置；

当所述阀处于所述关闭位置时，阻挡通过坐放工具的流动；

当所述阀处于所述关闭位置时，在位于所述阀的上方的所述坐放工具的内部与所述坐放工具的外部之间形成压差；以及

响应所述压差，使用第一活塞在所述套管的内部坐放所述衬管，其中所述第一活塞被设置为至少部分地围绕所述工作筒的外部，其中所述第一活塞被设置为当所述阀处于所述关闭位置时，由所述坐放套管的内部与所述坐放套管的外部之间的压差来形成原动力。

11.根据权利要求10所述的方法，其中第一活塞位于所述阀的上方。

12.根据权利要求11所述的方法，其中坐放所述衬管还至少部分地由第二活塞执行，所述第二活塞基于所述压差施加向下的力，其中所述第二活塞位于所述阀的上方。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述阀是挡板阀；并且其中致动所述阀包括旋转所述坐放工具的夹头工作筒部件。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述挡板支柱还包括挡板支柱齿，并且其中所述方法还包括当所述夹头工作筒处于所述第一旋转位置时，使所述夹头工作筒与所述挡板支柱齿接合；且基于所述夹头工作筒与所述挡板支柱齿的接合，防止所述挡板支柱轴向地平移。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述夹头工作筒包括夹头工作筒齿，并且其中所述方法还包括当所述夹头工作筒处于所述第一旋转位置时，使所述夹头工作筒齿与所述挡板支柱齿接合，且响应被旋转到所述第二旋转位置的所述夹头工作筒，使所述夹头工作筒齿旋转而脱离与所述挡板支柱齿的接合，其中响应使所述夹头工作筒齿旋转而脱离与所述挡板支柱齿的接合而进一步地发生由所述偏置机构施加的力，响应于由所述偏置机构施加的力而轴向地平移所述挡板支柱。