CN103339344A

CN103339344A - 坐封工具

Info

Publication number: CN103339344A
Application number: CN2012800065683A
Authority: CN
Inventors: 布洛克·沃森
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: MY165120A; BR112013019168A2; BR122020000480B1; AU2012209067B2; SG191918A1; EP2668366A4; CN103339344B; EP2668366A2; EA201391068A1; CA2825773C; US8517115B2; CO6791590A2; US8662164B2; CA2825773A1; US20120186829A1; ECSP13012853A; WO2012103243A3; MX2013008682A; AU2012209067A1; WO2012103243A2

Abstract

提供一种井下坐封工具。该工具包括工具外壳和中空的芯轴，芯轴位于外壳中。该工具还包括位于芯轴与工具外壳之间的活塞以及位于芯轴与工具外壳之间的轴环，其中工具外壳、芯轴、活塞以及轴环限定环空。该工具还包括第一阀，在关闭位置中，该第一阀阻挡环空与芯轴的内部之间的流体连通的路径。

Description

坐封工具

背景技术

可膨胀的衬管悬挂器通常用于将衬管固定在预先安装的套管或衬管柱中。这些类型的衬管悬挂器一般通过使衬管悬挂器径向向外膨胀成与之前的套管或衬管柱夹紧和密封接触而进行安装。许多这样的衬管悬挂器利用液压进行膨胀以通过衬管悬挂器驱动膨胀锥或楔。

膨胀过程一般借助用于运输衬管悬挂器以及将衬管附接到井眼中的送入工具或坐封工具来执行。送入工具或坐封工具可在工作管柱（例如，由钻杆或者其他分段的或连续的管状元件构成管柱）与衬管悬挂器之间相互连接。

如果衬管悬挂器利用液压膨胀，那么送入工具或坐封工具通常用于控制流体压力的连通，并且流向衬管悬挂器膨胀机构的多个部分并从上述多个部分流出，以及在工作管柱与衬管之间流动。送入工具或坐封工具还可用于控制工作管柱何时以及如何从衬管悬挂器释放，例如，在衬管悬挂器膨胀之后（在紧急情况），或者在衬管悬挂器未成功安装之后。

在衬管被用水泥接合在井眼中的那些情况中，送入工具或坐封工具通常还被期望通过其供给水泥。运转或坐封工具的一些设计需要球形塞或注水泥塞，以在完成用水泥接合的操作时以及在使衬管悬挂器膨胀之前，通过工作管柱下降。

在利用液压使衬管悬挂器膨胀的送入工具或坐封工具中，多个堆叠的活塞可用于对膨胀锥或楔施力，以通过衬管悬挂器驱动膨胀锥或楔。由于诸如摩擦、套管容差以及活塞尺寸等因素的影响，使衬管悬挂器膨胀需要的力可广泛地变化。另外，在衬管用水泥接合期间，和/或释放注水泥塞期间，和/或通过衬管和井眼使钻井液循环期间，活塞可暴露于工具的内压力中，从而出现衬管悬挂器过早膨胀的风险。因此，在使衬管悬挂器膨胀之前从事活动期间，必须仔细地监控工具中的液压。

发明内容

在实施例中，公开一种井下坐封工具。该工具包括工具外壳和中空的芯轴，芯轴位于外壳中。该工具还包括位于芯轴与工具外壳之间的活塞以及位于芯轴与工具外壳之间的轴环，其中工具外壳、芯轴、活塞以及轴环限定环空。该工具还包括第一阀，在关闭位置中，该第一阀阻挡环空与芯轴的内部之间的流体连通的路径。

在实施例中，提供一种井下坐封工具。该工具包括：工具外壳；中空的芯轴，具有至少一个横向孔，该横向孔从芯轴的内部延伸到芯轴的外部，芯轴位于外壳中；以及活塞，位于芯轴与工具外壳之间。该工具还包括位于芯轴与工具外壳之间的轴环，其中工具外壳、芯轴、活塞以及轴环限定环空。该工具还包括位于轴环中的通风孔，通风孔形成环空与由轴环和工具外壳部分地限定的第二环空之间的流体连通的路径。

在实施例中，公开一种利用井下坐封工具在井眼中安装衬管悬挂器的方法。该方法包括提供井下坐封工具，该井下坐封工具包括工具外壳、芯轴、活塞以及轴环，其中活塞和轴环限定第一环空，并且其中工具外壳、芯轴以及轴环部分地限定第二环空。该方法还包括将井下坐封工具放置到井眼中，当井下坐封工具放置到井眼中时，第二环空以及芯轴的内部受到周围的井眼压力。该方法还包括，通过将流体从第二环空经由位于第一环空与第二环空之间的轴环中的第一阀渗入到第一环空中，将第一环空中的压力调节到接近周围的井眼压力。该方法还包括使芯轴的内部的压力增压到大于周围的井眼压力。该方法还包括：打开位于第一环空与芯轴的内部之间的第二阀；将位于芯轴中的流体的一部分推入到第一环空中；以及相对于芯轴沿井下方向推进活塞。

从以下结合附图的详细描述和权利要求书中，将更清晰地理解这些和其他特征。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现在参照以下结合附图的简要描述和详细描述，其中相似的附图标记表示相似的部分。

图1a是坐封工具的实施例的一部分的示意性剖视图；

图1b是图1a中示出的坐封工具的实施例的另一部分的示意性剖视图；

图1c是图1a中示出的坐封工具的实施例的另一部分的示意性剖视图；

图1d是图1a中示出的坐封工具的实施例的另一部分的示意性的剖视图；

图2是图1中示出的坐封工具的实施例的细节的示意性剖视图；

图3是坐封工具的另一实施例的示意性剖视图；

图4是图3的坐封工具的实施例在活塞式阀已经打开之后的示意性剖视图；

图5是坐封工具的另一实施例的示意性剖视图；

图6是图5中示出的坐封工具的实施例的细节的示意性剖视图；

图7是坐封工具的另一实施例的示意性剖视图；

图8是图7中示出的坐封工具的实施例的细节的示意性剖视图；

图9是在井眼中安装衬管悬挂器的方法的流程图。

具体实施方式

首先应理解的是，虽然一个或更多的实施例的示例性实施方式在以下示出，但是所公开的组件和方法可采用多种技术（不论其是当前已知的，还是尚不存在的）来实施。本发明不应以任何方式被限定到示例性实施方式、附图和以下示出的技术，而是可在所附权利要求书的范围及其等效方案的全部范围中进行修改。

除非另有说明，描述元件之间的相互作用的术语“联接”的使用并不意味着将相互作用限制为元件之间的直接的相互作用，而是还可包括描述的元件之间的间接的相互作用。在以下的讨论中以及在权利要求书中，术语“包括”和“包含”以开放式的方式使用，因此应解释为意思是“包括，但不限于…”。关于上或下是出于描述的目的，“上”、“上部”、“向上”、“上游”或“井上”意思是朝向井眼的表面，“下”、“下部”、“向下”、“下游”或“井下”意思是朝向井的末端，而与井眼的定向无关。当阅读以下通过参照附图的实施例的详细描述时，在本公开内容的帮助下，以上提到的多个特性、以及以下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将是显而易见的。

在实施例中，提供一种衬管坐封工具，其包括：中空的筒状的工具外壳，联接到衬管悬挂器膨胀锥；中空的芯轴，其位于工具外壳的内部，并且构造成通过坐封工具运输增压的流体；以及一个或更多的力倍增器活塞（forcemultiplier piston），其位于工具外壳的内部，刚性地附接到工具外壳，并且构造成沿芯轴滑动。当衬管悬挂器被膨胀而抵靠井眼中的套管时，可允许来自芯轴的增压流体进入环空（即，由工具外壳、芯轴、力倍增器活塞以及刚性地附接芯轴的联接器界定的筒体）。当暴露于增压流体时，筒体和工具外壳相对于芯轴被向井下推进。同时，附接到工具外壳的膨胀锥通过衬管悬挂器被推进，并且使衬管悬挂器膨胀而抵靠套管。衬管坐封工具的许多功能可通过较小的设计修改（如从坐封工具上去除膨胀锥）例如在安装封隔器（setting packers）中改换为其他用途。

由于在操作工具期间，位于工具外壳与芯轴之间的环空的至少一部分受到周围的井下压力，然而芯轴的内部受到由流体泵产生的更高的流体压力，所以上面描述的坐封工具可称为环空压差操作工具。公知的环空压差操作工具（其中液压力被施加到力倍增器活塞，以通过衬管悬挂器驱动膨胀锥）的一个共同问题在于，活塞与芯轴的内部出于恒定的流体连通，因此总是受到芯轴中的压力。因此，例如当注水泥塞穿过芯轴时，或者水泥通过芯轴被泵吸，以将衬管用水泥接合到井眼时，或者井眼检修流体通过芯轴循环时，活塞受到的力可能使衬管悬挂器过早地膨胀。

在本申请中公开的坐封工具通过使阀位于芯轴的内部与一个或更多的活塞之间而解决了公知的环空压差送入工具的前述问题，上述阀构造成仅在芯轴压力显著地高于例如在释放注水泥塞期间、对衬管施加水泥期间、或者井眼检修流体的循环期间所经受的芯轴压力下打开。该阀可以是例如破裂盘（rupture disk，其被构造成在设定值的芯轴压力处失效），或者具有活塞的活塞式阀，该活塞通过安全销保持就位，该安全销构造成当受到的力相当于设定值的芯轴压力时失效。以这种方式，可防止衬管悬挂器过早地膨胀。

另外，当坐封工具穿入井眼中并且工具外壳受到周围的井下压力时，为了防止围绕环空（其由工具外壳、芯轴、力倍增器活塞以及联接器界定）的工具外壳的部分坍塌，第二阀位于联接器中，该联接器位于环空与处于周围的井下压力的第二环空之间。当压差在第二环空与第一环空之间增长时，第二阀（例如，通风孔、速度阀或者弹簧加载的止回阀）使增压的流体能够从第二环空渗到环空中。因此，第二阀防止围绕环空的工具外壳在井下条件下坍塌。

图1a、图1b、图1c以及图1d是沿坐封工具100的长度方向的坐封工具100的实施例的一部分的示意性剖视图。坐封工具100可经由上部适配器110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，坐封工具100可用于运输水泥，所述水泥沿工作管柱向下、沿衬管的附接到坐封工具100的井下端的内部向下、以及沿位于衬管与井眼的壁之间的环空向上被泵吸，以将衬管用水泥接合到井眼。为了能够将水泥运输到环空并且使衬管悬挂器120膨胀，坐封工具100可包括一组芯轴110、130、140、150，这些芯轴相互连接并且借助轴环（例如，联接器160、170、180）密封。如以上提出的，芯轴110还可称为上部适配器110，并且可将坐封工具100连接到工作管柱。另外，坐封工具100的井下端处的芯轴可称为夹头芯轴190。芯轴110、130、140、150、190能够保持和运输增压流体（例如，水泥浆、液压流体等等）。

在实施例中，坐封工具100还可包括活塞200、210以及各自的压力室或环空220、230，这些压力室或环空分别经由至少一个增压端口240、250与芯轴140、150流体连通，替代地，分别经由多个增压端口240、250与芯轴140、150流体连通。另外，坐封工具100可包括膨胀锥270，该膨胀锥位于活塞200、210的井下。如从图1c中显而易见的，膨胀锥270的外径大于衬管悬挂器120的在膨胀锥270的井下的节段的内径。

在实施例中，在衬管已经用水泥接合到井眼的壁之后，衬管悬挂器120可以被膨胀而抵靠套管的壁。为了使衬管悬挂器120膨胀，液压流体能够在从2500 psi到10000 psi的范围的压力下沿工作管柱被向下泵吸，并且被泵吸到芯轴110、130、140、150、190中。液压流体可经由增压端口240、250进入环空220、230，并且在活塞200、210上施加力。形成环空220、230的井上侧边界的联接器170、180分别刚性地附接到芯轴130、140以及140、150，然而活塞200、210和膨胀锥270刚性地附接到工具外壳280。另外，活塞200、210和膨胀锥270可相对于芯轴110、130、140、150、190纵向地移动。当芯轴110、130、140、150、190和环空220、230中形成足够的压力时，活塞200、210与工具外壳280及膨胀锥270一起相对于芯轴110、130、140、150、190被向井下推进。在实施例中，芯轴130和工具外壳280可限定环空320。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在井眼中纵向地固定就位，所以当膨胀锥270被向井下推进时，衬管悬挂器120的与膨胀锥270接触的那部分被膨胀而抵靠套管。

图2是图1b中示出的坐封工具100的实施例的细节A的示意性剖视图。如从图2中显而易见的，环空220由芯轴140、工具外壳280、活塞200以及联接器170界定。联接器170和工具外壳280的接触表面可由O形环172密封，并且活塞200和芯轴140的接触表面可由O形环202密封。另外，至少一个增压端口240（替代地，多个增压端口240）可提供芯轴140的内部与环空220之间的流体连通的路径，环空220可经由该路径被增压。

在实施例中，为了避免将衬管悬挂器的膨胀力过早地施加到活塞200，阀（例如，破裂盘290）可放置在增压端口240的外端与环空220之间。这样做，可形成由芯轴140、联接器170以及破裂盘290界定的阀环空300。阀环空300经由增压端口240与芯轴140的内部流体连通，并且从阀环空300到环空220的流体连通的路径被破裂盘290阻挡。破裂盘290可设计为在压差大于对衬管接合水泥、释放注水泥塞或者钻井液循环期间破裂盘290所暴露的压差时失效。例如，破裂盘290可设计为在约4000 psi到约9000 psi的压差下失效。如此，直到衬管悬挂器120准备好被膨胀时，活塞200才会受到芯轴140中的压力。

在实施例中，联接器170可包括：通风孔310，其通过联接器170从环空220延伸到另一环空320，该另一环空由芯轴130、联接器170以及工具外壳280部分地界定。当坐封工具100下降到井眼中时，环空320可暴露于周围的井眼压力。因此，通风孔310可允许周围的井眼压力（其可达到30,000psi或者更大的水平）渗到环空220中，从而防止工具外壳280在坐封工具100下降到井眼中时在环空220处坍塌。

在操作中，坐封工具100、衬管悬挂器120以及附接的衬管都被下降到井眼中，到达衬管悬挂器120被附接的位置。在实施例中，芯轴110、130、140、150、190和环空320可暴露于周围的井眼压力，因此周围的井眼压力处的流体可通过通风孔310渗到环空220中。当衬管悬挂器120被膨胀时，流体在大于周围的井眼压力的压力下会沿芯轴110、130、140、150、190被向下泵吸。在大于周围压力的约3000 psi到约9000 psi的芯轴压力下，破裂盘290将破裂，从而允许增压的流体从芯轴140进入环空220，并且对活塞200施加力。该力可导致活塞200和工具外壳280相对于芯轴130、140向井下移动，并且迫使膨胀锥270通过衬管悬挂器120。另外，由于增压端口240的直径可以大于通风孔310的直径约1倍到约10倍，在环空220增压以及活塞200位移期间，通过通风孔310的流体损失可借助使芯轴130、140增压的流体泵容易地补偿。

图3是坐封工具100的另一实施例的示意性剖视图。坐封工具100的当前的实施例与图2中示出的实施例的不同之处在于，活塞式阀330用于使芯轴140中的流体压力与环空220隔离，直到衬管悬挂器120被膨胀。在实施例中，活塞式阀330可包括：阀活塞340；塞子350，阀活塞340可与其匹配，并且其可刚性地附接到联接器170；以及剪切螺栓360，其可使阀活塞340相对于联接器170和塞子350可拆卸地固定就位。阀活塞340和塞子350的匹配表面可由O形环370密封，并且阀活塞340可相对于联接器170由另一O形环380密封。

在操作中，当坐封工具100下降到井眼中时，可经由通风孔310使环空320与环空220之间的压力再一次平衡。当衬管悬挂器120被膨胀时，芯轴140可被增压，并且来自芯轴140的流体可经过增压端口240进入到阀环空300中，并且在阀活塞340的肩部390上施加纵向力。当由芯轴140中的增压流体对阀活塞340的肩部390施加的力足以克服剪切螺栓360的剪切强度时，剪切螺栓360断裂，并且阀活塞340相对于联接器170向井上被推进并且与塞子350脱离接合，从而允许芯轴140中的流体进入环空220，在活塞200上施加压力，并且将活塞200向井下推进。图4示出了图3的坐封工具100在剪切螺栓360已经被剪断并且阀活塞340已经被推离塞子350之后的实施例。另外，如图2的实施例中那样，在环空220增压以及活塞200位移期间，通过通风孔310的任何流体损失都可借助使芯轴130、140增压的流体泵来补偿。

图5是坐封工具100的另一实施例的示意性剖视图。图5的实施例与图2的实施例的不同之处在于，用速度阀400代替通风孔310。如从图5以及图6中示出的速度阀400的细节显而易见的，速度阀400可位于环空220与环空320之间的流体连通的路径上的联接器170中。在实施例中，速度阀400可包括：阀杆402，其借助塞子404和套管406沿联接器170的纵向通孔420被支撑。在实施例中，塞子404的井下部分可位于纵向通孔420中，而塞子404的井上部分可位于通孔420的外部，并且可抵靠联接器170的井上侧端面173安置。塞子404可借助唇部174在通孔420中并且相对于联接器170确定地固定就位。另外，塞子404可包括通孔408，阀杆402可在通孔408的内部相对于塞子404纵向地移动。在实施例中，塞子404可由金属、金属合金、复合材料、高强度塑料或者能够承受井眼中存在的高温和高压以及腐蚀环境的其他材料制造。在实施例中，塞子404可被挤压成型或模制、或者压配合到通孔420中，或者以本领域技术人员公知的另一适当的方式固定在通孔420中。在实施例中，塞子404可由钢铁材料组成，并且可与通孔420螺纹接合。

在实施例中，弹簧410可在塞子404的井下侧端面412与凸缘414之间施压，该凸缘位于套管406的井下侧端部处，并且在速度阀400处于空置位置时该凸缘抵靠联接器170的肩部175安置。另外，阀杆402可借助阀杆凸缘416被保持在套管406和塞子404中，该阀杆凸缘416紧靠套管406的凸缘414，并且保持环418在速度阀400处于空置位置时可抵靠塞子404的井上侧端面422安置。

在实施例中，当速度阀400处于空置位置时（即，当没有纵向力沿井上方向施加到阀杆402的阀头424，或者小于借助弹簧410施加到套管406的力的纵向力沿井上方向施加到阀头424时），速度阀400构造成是打开的，即，阀头424不安置在阀支座426上，并且流体可经由旁路孔430在环空220、320之间流动，上述旁路孔与通孔420流体连通，并且通常平行于通孔420延伸。

在操作中，由于速度阀400的空置位置是打开位置，当坐封工具100下降到井眼中时，经由从环空320到环空220的流体的流动，以与图2和图3的坐封工具的实施例相似的方式，使环空320与环空220之间的压力平衡。另外，在具有图2的坐封工具的实施例的情况下，当衬管悬挂器120被膨胀时，流体在足以使破裂盘290破裂的压力下沿芯轴110、130、140、150、190向下泵吸。当破裂盘290失效时，芯轴140中的流体可经由阀环空300进入环空220，在活塞200上施加压力并且将活塞200向井下推进。

在实施例中，当环空220被增压时，来自环空220的流体初始地流过阀头424，进入通孔420，通过旁路孔430并且进入环空320。然而，与包括通风孔310的图2和图3的坐封工具的实施例形成对比的是，当从环空220到环空320的压降增加、使得环空220中的流体在阀头424上施加的力大于弹簧410对套管406施加的力与环空320中的流体对保持环418及阀杆402的井上侧端部施加的力的总和时，阀杆402沿环空320的方向被推进，直到阀头424到达阀支座426上，并且从环空220到环空320的流体的流动被中断。此外，由于速度阀400可在衬管悬挂器120膨胀期间以及之后被关闭，所以坐封工具100的当前实施例可用于对衬管进行压力测试。

图7是坐封工具100的另一实施例的示意性剖视图。图7的坐封工具100的实施例与图2中示出的实施例的不同之处在于，通风孔310由位于环空220与环空320之间的流体连通的路径上的联接器170中的弹簧加载止回阀440代替。另外，第二弹簧加载止回阀470位于环空220与芯轴140的内部之间的流体连通的路径上的联接器170中。弹簧加载止回阀440可以被定向成使得阀440响应于从环空320到环空220的正压差而被打开，并且响应于从环空220与环空320的正压差而保持关闭。另外，弹簧加载止回阀470可以被定向成使得它响应于从环空220到芯轴140的内部的正压差而打开，并且响应于从芯轴140的内部到环空220的正压差而保持关闭。

在实施例中，其细节在图8中示出的弹簧加载止回阀440可包括阀杆442，该阀杆借助中空的、筒状的挡块444和套管446而沿联接器170中的纵向通孔480被支撑。联接器170可包括旁路孔490，该旁路孔与通孔480流体连通，并且通常平行于通孔480延伸。挡块444包括：贯穿钻孔448，阀杆442的一部分位于该贯穿钻孔中；以及圆形支座450，刚性地固定到阀杆442的保持环452安置在该圆形支座中。

在实施例中，弹簧454在挡块444的井下端面456与凸缘458之间施压，该凸缘构成套管446的井下端，并且抵靠联接器170中形成的肩部460安置。另外，弹簧加载止回阀440被构造成使得在阀440的空置状态中，即，此时没有纵向力作用在阀杆442、保持环452和挡块444的井上侧端部上以及经由旁路孔490作用在阀头462的井上侧端面上，或者作用在阀杆442、保持环452和挡块444的井上侧端部上的纵向力与经由旁路孔490作用在阀头462的井上侧端面上的纵向力的总和小于由挡块444上的弹簧454施加的力与由环空220中的流体在阀头462的井下侧端面上施加的力的总和，弹簧加载止回阀440处于关闭的状态，即，由弹簧454施加的力向井上推进挡块444、保持环452以及阀杆442，并且由阀头462上的环空220中的流体施加的力向井上推进阀杆442，直到阀头462抵靠位于通孔480的井下端处的阀支座464安置。

在实施例中，第二弹簧加载止回阀470可与弹簧加载止回阀440大体上相同，并且可构造成在阀470的空置状态中被关闭。

在操作中，如图2、图3、图4、图5以及图6中示出的坐封工具100的其他实施例中的一样，当坐封工具100下降到井眼中时，环空320以及芯轴130、140的内部暴露于周围的井眼压力。因此，由于芯轴140的内部以及环空320中的压力随着弹簧加载止回阀440、470和坐封工具100的深度的增加而增加，并且破裂盘290最初都是关闭的，所以正压差从环空320到环空220以及从芯轴140的内部到环空220增长。如果该正压差变得太大，则工具外壳280将坍塌并且破坏坐封工具100。然而，如从图8显而易见的，如果环空320中的压力增加，使得环空320中的增压流体对挡块444和阀杆442的井上侧端部、以及经由旁路孔490对阀头462的井上侧端部施加的总力变得大于挡块444上的弹簧454与阀头462的井下侧端部上的环空220中的增压流体的合力，于是阀杆442和挡块444被向井下推进，从而将阀头462抬离阀支座464，并且允许流体从环空320经由旁路孔490渗到环空220中。在实施例中，弹簧加载止回阀440构造成响应于从环空320到环空220的约1 psi到约5000 psi的范围的正压差而打开。

相反，如果坐封工具100需要向井眼上或向井眼上以及井眼之外退出，或者如果坐封工具100穿过周围的井眼压力急剧减少的区域，则正压差可从环空220到芯轴140的内部以及到环空320增长。如果该正压差变得太大，可以想象得到，它会损坏破裂盘290和/或工具外壳280，和/或造成操作井眼外部的处理坐封工具100的人员的危险。因此，在实施例中，如果从环空220到芯轴140的内部的正压差超过从约1 psi到约5000 psi范围的阈值，则弹簧加载止回阀470打开以允许增压的流体从环空220渗到芯轴140的内部中。

再参照图7和图8中示出的坐封工具100的实施例的操作，如图2、图3、图4以及图5的坐封工具的实施例中那样，当衬管悬挂器120被膨胀时，流体在足以使破裂盘290破裂的压力下沿芯轴110、130、140、150、190被向下泵吸。当破裂盘290失效时，芯轴140中的流体可经由阀环空300进入环空220，在活塞200上施加压力并且将活塞200向井下推进。然而，与图2和图5的坐封工具的实施例形成对比的是，弹簧加载止回阀440、470在环空220的增压期间保持关闭，因此，增压的流体不会从环空220渗到环空320中。

现在参照图9，其描述了用于在井眼中安装衬管悬挂器的方法600。坐封工具包括工具外壳、芯轴、活塞、轴环、第一阀以及第二阀。工具外壳、芯轴、活塞以及轴环限定环空。工具外壳和轴环部分地限定第二环空。第一阀位于环空与芯轴的内部之间。第二阀位于第二环空与环空之间的轴环中。

在方框610中，坐封工具放置到井眼中，由此第二环空与芯轴的内部受到周围的井眼压力。在方框620中，通过使流体从第二环空经由第二阀渗到环空中，环空中的压力被调整为接近周围的井眼压力。在方框630中，芯轴的内部的压力被增压到大于周围的井眼压力。在方框640中，第一阀被打开。在方框650中，位于芯轴中的流体的一部分被推进到环空中。在方框660中，活塞沿相对于芯轴的井下方向被推进。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但是在不背离本发明的精神和所教导内容的情况下，本领域技术人员可对这些实施例进行修改。在此描述的实施例仅是示例性的，并非旨在限定。对在此公开的本发明可以做出多种变型和改型，并且这些变型和改型都处于本发明的范围内。例如，以上描述的技术可应用于活塞子组件的一小部分，并且借助那些特定的活塞子组件仍然可以获得力倍增效果和/或力聚集效果。例如，如果这些技术应用于6个活塞子组件的管柱的3个活塞子组件，这3个活塞子组件共同产生的力据说可以是一个活塞子组件的力乘以三倍，或者是将三个活塞子组件的每一个产生的力聚集起来，从而减少这三个活塞子组件中的一个需要产生的力，以使主题衬管悬挂器膨胀。例如，在图3中示出的坐封工具100的实施例中，通风孔310可由速度阀或弹簧加载止回阀代替。另外，在图2、图5以及图7中示出的坐封工具100的实施例中，如果破裂盘中的一个在期望的压差下无法爆裂，则额外的破裂盘可作为冗余在增压端口240与环空220之间被连接。此外，在实施例中，破裂盘或活塞式阀可借助额外的一个或多个活塞而被利用。此外，坐封工具100可设计为用于坐封工具和/或除了衬管悬挂器之外的子组件，例如用于安装封隔器。

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特别地公开。特别是，在该范围内的以下数值被特别地公开：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特别地公开。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。若使用较宽泛的术语如“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，该权利要求书的范围包括权利要求书的主题的所有等效方案。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

1.一种井下坐封工具，包括：

工具外壳；

中空的芯轴，位于所述工具外壳中；

活塞，位于所述芯轴与所述工具外壳之间；

轴环，位于所述芯轴与所述工具外壳之间，其中所述工具外壳、所述芯轴、所述活塞以及所述轴环限定环空；以及

第一阀，所述第一阀处于在关闭位置时阻挡所述芯轴的内部与所述环空之间的流体连通的路径。

2.根据权利要求1所述的井下坐封工具，其中所述井下坐封工具能够被操作，以进行封隔器安装或衬管悬挂器安装中的一者。

3.根据权利要求1所述的井下坐封工具，其中所述第一阀包括破裂盘。

4.根据权利要求1所述的井下坐封工具，其中所述第一阀包括阀活塞。

5.根据权利要求4所述的井下坐封工具，其中所述第一阀还包括塞子，所述塞子构造成与所述阀活塞匹配。

6.根据权利要求1所述的井下坐封工具，还包括：第二阀，位于由所述轴环与所述工具外壳部分地限定的第二环空与所述环空之间的轴环中。

7.根据权利要求6所述的井下坐封工具，其中所述第二阀包括速度阀，当所述环空中的压力大致等于所述第二环空中的压力时，所述速度阀采取打开位置。

8.根据权利要求7所述的井下坐封工具，其中所述速度阀构造成当所述环空中的压力比所述第二环空中的压力超出一阈值时关闭。

9.根据权利要求6所述的井下坐封工具，其中所述第二阀包括弹簧加载止回阀。

10.根据权利要求9所述的井下坐封工具，其中所述弹簧加载止回阀构造成当所述第二环空中的压力比所述环空中的压力超出一阈值时打开。

11.根据权利要求9所述的井下坐封工具，其中所述芯轴具有横向孔，所述横向孔从所述芯轴的内部延伸到所述芯轴的外部，还包括第二弹簧加载止回阀，所述第二弹簧加载止回阀位于所述横向孔的端部，其中在关闭位置中，所述第二弹簧加载止回阀阻挡所述芯轴的内部与所述环空之间经由所述横向孔的流体连通的路径。

12.根据权利要求11所述的井下坐封工具，其中所述第二弹簧加载止回阀被构造成当所述环空中的压力比所述芯轴中的压力超出一阈值时打开。

13.一种井下坐封工具，包括：

工具外壳；

中空的芯轴，具有至少一个横向孔，所述横向孔从所述芯轴的内部延伸到所述芯轴的外部，所述芯轴位于所述工具外壳中；

活塞，位于所述芯轴与所述工具外壳之间；

通风孔，位于所述轴环中，所述通风孔形成在由所述轴环和所述工具外壳部分地限定的第二环空与所述环空之间的流体连通的路径。

14.根据权利要求13所述的井下坐封工具，还包括第一阀，位于所述至少一个横向孔的端部，其中在关闭位置中，所述第一阀阻挡所述芯轴的内部与所述环空之间经由所述至少一个横向孔的流体连通的路径，其中所述第一阀包括破裂盘。

15.根据权利要求13所述的井下坐封工具，还包括第一阀，所述第一阀位于所述至少一个横向孔的端部，其中在关闭位置中，所述第一阀阻挡所述芯轴的内部与所述环空之间经由所述至少一个横向孔的流体连通的路径，其中所述第一阀包括阀活塞。

16.一种利用井下坐封工具在井眼中安装衬管悬挂器的方法，该方法包括：

提供井下坐封工具，所述井下坐封工具包括工具外壳、芯轴、活塞以及轴环，其中所述工具外壳、所述芯轴、所述活塞以及所述轴环限定第一环空，其中所述工具外壳、所述芯轴、所述活塞以及所述轴环部分地限定第二环空；

将所述井下坐封工具放置到所述井眼中，当所述井下坐封工具被放置到所述井眼中时，所述芯轴的内部与所述第二环空受到周围的井眼压力；

通过使流体从所述第二环空经由位于所述第一环空与所述第二环空之间的所述轴环中的第一阀渗入所述第一环空中，将所述第一环空中的压力调节到接近所述周围的井眼压力；

将所述芯轴的内部的压力增压到大于所述周围的井眼压力；

打开位于所述芯轴的内部与所述第一环空之间的第二阀；

将位于所述芯轴中的流体的一部分推入所述第一环空中；以及

相对于所述芯轴沿井下方向推进所述活塞。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述第一环空中的压力调节到接近所述周围的井眼压力包括将所述第一阀从关闭位置推到打开位置。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括在将所述第一环空中的压力调节到接近所述周围的井眼压力之后，关闭所述第一阀。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括在将位于所述芯轴中的流体的一部分推入所述第一环空中之后，使位于所述第一环空中的流体的一部分经由所述第一阀渗入所述第二环空中。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括在使位于所述第一环空中的流体的一部分经由所述第一阀渗入所述第二环空中之后，关闭所述第一阀。