CN104603393B - 可膨胀式衬管悬挂器以及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种可膨胀式衬管悬挂器系统(10)，用于在井筒内达成压力密封以及悬挂压靠外侧套管柱(12)的衬管，该系统包括外侧套管柱(12)以及内侧套管柱(15)，该内侧套管柱(15)定位在外侧套管柱(12)内并具有内径。系统(10)还包括细长内管具(20)，其可选择性地插入内侧套管柱(15)并具有扭矩锁定套(16)，该扭矩锁定套(16)以可移除方式与内侧套管柱(15)结合。在可膨胀式衬管悬挂器系统(10)中还包括膨胀锥(40)，其可沿内管具(20)滑动，并具有大于内侧套管柱(15)内径的直径，使得当推压膨胀锥(40)进入内侧套管柱(15)时，较大直径的膨胀锥(40)使内侧套管柱(15)径向向外变形成为与外侧套管柱(12)接合。系统(10)还包括井下液力增强器(18)。

Description

可膨胀式衬管悬挂器以及使用方法

发明人：Shaohua ZHOU

受让人：Saudi Arabian Oil Company(沙特阿拉伯石油公司)

背景技术

1.技术领域

本发明涉及钻油井和气井。特别地，本发明涉及衬管悬挂器系统，用于在油井和气井中通过衬管套管柱提供粘结区域隔离。

2.相关技术描述

油井通常具有套管柱或者衬管，在穿透储层并开始产出油和气之前安装该套管柱或者衬管。这种套管柱提供了重量悬挂能力以及压力区域隔离。在一些情况下，会需要布置多于一个套管柱。在这些情况下，安装在井顶部的第一套管柱具有最大的直径。之后，通过使后续套管柱穿过已经安装好的第一套管柱而将其布置于井中。

在将套管柱的后续部分定位到井中时，特别是定位到储层的顶部处时，通常经由衬管悬挂器组件将套管柱密封并锁定到已经安装好的套管柱。此外，通常通过钻管和衬管柱将水泥泵送下井，之后，水泥在衬管柱的外侧保护支撑(back up)井。重要的是，适当地将衬管柱悬挂和粘结，以在衬管柱内将产物流路隔离。如果没有适当地安装衬管柱，以后会导致钻井时间大量损失的问题、额外的井修复费用问题、以及井筒耐压强度的问题。尽管已经开发出许多常规的衬管悬挂组件，但本产业中仍不断报道有故障事故，例如，越过衬管顶部封隔器(packer)的泄露、以及布置工具和调整工具方面的问题。

一种用于安装衬管的元件是可膨胀式衬管悬挂器。在可膨胀式衬管悬挂器中，通过先前安装好的外侧套管柱，在井筒内将内侧套管柱布置到位。一旦处于合适的位置，通常是在其底部上方两百英尺的深度处，扩张内侧套管柱的上端，成为与外侧套管柱的内侧壁接触。通过迫使膨胀锥进入外侧套管柱的顶部，使内侧套管柱的直径扩大。

因为膨胀锥通常位于抛光孔座(polished bore receptacle，PBR)或者回接座(tie-back receptacle，TBR)(其紧邻布置于可膨胀套管柱以及密封元件之上)的底部，水泥浆流动的区域受到限制。在具有较高岩层压力的井内，其要求高泥浆比重和高密度的水泥浆，在衬管粘结操作期间增加了发生水泥浆损失的风险。在很大程度上这是由于，因膨胀锥外径与调整工具壳体以及外套管之间的间隙过窄，导致高当量循环密度(highequivalent circulating density)。因此，可能出现外套管与衬管之间和/或衬管与岩层之间出现孔穴或水泥粘结不良，这会导致可能出现泄露通道或区域隔离不良。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种可膨胀式衬管悬挂器系统，用于在井筒内达成压力密封以及悬挂压靠外侧套管柱的衬管。该可膨胀式衬管悬挂器系统包括外侧套管柱以及内侧套管柱，该内侧套管柱定位在外侧套管柱内并具有内径。此外，可膨胀式衬管悬挂器系统包括细长的内管具，该内管具可选择性地插入内侧套管柱并具有扭矩锁定套，该扭矩锁定套以可移除方式与内侧套管柱结合。还包括膨胀锥，其可沿内管具滑动，并具有大于内侧套管柱内径的直径，使得当推压该锥进入内侧套管柱时，较大直径的锥使内侧套管柱径向向外变形成为与外侧套管柱接合。

在一些实施例中，内侧套管柱在其外表面上可以具有锁定脊，布置锁定脊使得当内侧套管柱的部分扩张成为与外侧套管柱接合时，锁定脊与外侧套管柱牢固地接合。此外，可以设置有密封件，使其围绕内侧套管柱，并布置为，当内侧套管柱的部分扩张成为与外侧套管柱接合时，该密封件密封内侧套管柱与外侧套管柱之间的界面。

可膨胀式衬管悬挂器系统还可以包括具有第一端和第二端的滑动杆件，其中，滑动杆件附接至内管具并可相对于内管具轴向滑动。滑动杆件可以布置为，当膨胀锥插入内侧套管柱时，滑动杆件的上端与膨胀锥接触，以及，在与膨胀锥接触时，下端与扭矩锁定套接触，并推压扭矩锁定套使其与内管具分离。

膨胀锥可具有均压孔，该均压孔提供膨胀锥的底部与顶部之间的流体联通，从而，在将膨胀锥推入内侧套管柱时，使膨胀锥下方区域与膨胀锥上方区域之间的压力均等化。此外，剪切销能够使扭矩锁定套与内侧套管柱接合，以限制扭矩锁定套与内侧套管柱之间的轴向移动。

在特定的实施例中，可膨胀式衬管悬挂器还可以包括用于推进膨胀锥的液力增强器，其包括滑动心轴，该滑动心轴具有第一端和第二端，并且围绕内管具，滑动心轴在第一位置和第二位置之间以液压方式驱动。液力增强器还可以包括压头，其附接于滑动心轴的第二端，当滑动心轴从第一位置向第二位置移动时，滑动心轴的第二端与膨胀锥接触，并将其推入内侧套管柱。此外，在滑动心轴的至少一部分与内管具之间，液力增强器可以包括间隙，通过流体口，该间隙与内管具的内表面流体连接，以及，内侧可移动套筒定位在内管具的内部并具有孔，该内侧可移动套筒具有开启位置和关闭位置。当处于开启位置时，孔与流体口对准，使得间隙与内管具的内部之间流体联通。当处于关闭位置时，孔与流体口不对准，使得间隙与内管具的内部隔离。

本发明的一些实施例提出，液力增强器的内管具具有齿或者螺纹形式，该齿或者螺纹形式与内侧套管柱接合，以防止内管具相对于内侧套管柱轴向移动。在膨胀锥抵靠内侧套管柱(可膨胀衬管悬挂器)顶部的行程期间，此螺纹接合提供抗衡力。此外，一些实施例提出，膨胀锥具有楔形的上表面和下表面，该上表面和下表面具有最小直径小于内侧套管柱内径。

本发明的另一实施例提供一种用于在井筒内将扩张工具插入套管柱的井下液力增强器。该井下液力增强器包括：内管具，其具有上端、下端、以及轴孔，并且该内管具延伸进入井筒，下端设置为，在井筒内与套管柱以能解除方式接合；以及滑动心轴，其具有上位和下位，并具有心轴部分，滑动心轴围绕内管具并可以相对于内管具轴向滑动。该液力增强器进一步包括外壳，该外壳围绕内管具和滑动心轴，外壳和滑动心轴设置为，外壳与各心轴部分的至少一部分之间具有间隙，通过流体口，该间隙与内管具轴孔流体联通。外壳和滑动心轴设置为，在外壳与各心轴部分之间间隙的上方位置和下方位置处，各心轴部分密封地与外壳接合。当滑动心轴位于其上位时，外壳与各心轴部分之间的间隙小于当滑动心轴位于其下位时的间隙，以及，在心轴位于其上位时将流体引入各间隙内，增加了间隙内的液压力，因此，迫使间隙扩张，并推压滑动心轴进入其下位。当滑动心轴位于其下位时，其与扩张工具接触并推压扩张工具成为与套管柱接合。

井下液力增强器还可以包括位于内管具轴孔内的球、以及位于内管具轴孔内的球座。球座可以设置为，密封地与球接合以在轴孔内限制球的向下移动，从而，当球与球座接合时，轴孔内的流体不能继续行进通过轴孔，而是迫使流体通过流体口并进入外壳与心轴部分之间的间隙。

此外，间隙可以设置在滑动心轴的至少一部分与内管具之间，通过流体口，该间隙与内管具的内表面流体连接。内侧可移动套筒可以定位在内管具的内部，并且可以具有孔，该内侧可移动套筒具有开启位置和关闭位置。当处于开启位置时，孔可以与流体口对准，使得间隙与内管具的内部之间流体联通。当处于关闭位置时，孔可以从流体口偏置，使得间隙与内管具的内部隔离。在一些实施例中，球座可以附接至内侧可移动套筒，并且，球与球座之间的接触可以使内侧可移动套筒从关闭位置移动至开启位置。

本发明的又一实施例提供了一种在井筒内将内侧套管柱锁定并密封至外侧套管柱的方法。该方法包括以下步骤：(a)将内侧套管柱插入外侧套管柱，(b)将膨胀锥插入外侧套管柱，至位于内侧套管柱的顶端之上，以及(c)将液力增强器插入外侧套管柱。该方法还包括以下步骤：(d)用液力增强器向下推压膨胀锥，使其进入内侧套管柱的顶部，以使内侧套管柱的顶部扩张成为与外侧套管柱接合，以及(e)将液力增强器和膨胀锥从井筒移除。

在一些实施例中，该方法还可以包括：在上述步骤(d)之前，通过内侧套管柱加入水泥、以便将内侧套管柱粘结至井筒的步骤。此外，该方法可以包括：通过内侧套管柱加入水泥之后，通过内管具插入刮镖、以清洁残留水泥的步骤。

在一些实施例中，该方法可以包括：在步骤(d)之后，向外侧套管柱加入清洁流体、以便从外侧套管柱中位于内侧套管柱上方的部分处移除残留水泥的步骤。该方法还可以包括：在步骤(d)之后，压力测试内侧套管柱与外侧套管柱之间界面的步骤，以及，在步骤(e)之前，降低环形空间内的压力的步骤。

附图说明

通过下文参照附图对非限制性实施例的详细描述，将更好地理解本发明的实施例，其中：

图1是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图；

图2是沿图1的线2-2剖切的横向剖视图；

图3是沿图1的线3-3剖切的横向剖视图；

图4是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，该可膨胀式衬管悬挂器系统在内管具的轴孔内具有刮镖；

图5是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，该可膨胀式衬管悬挂器系统在中空衬管刮塞内具有刮镖；

图6是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，其中，膨胀锥插入内侧套管柱的上端；

图7是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，示出清洁流体的流路；

图8是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，示出在压力测试过程中的流体的流路；

图9是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，其中，内管具基本与内侧套管柱分离；

图10是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，其中，从钻孔撤出膨胀锥和液力增强器；

图11是可膨胀式衬管悬挂器系统的实施例的侧向剖视图，其为通过已粘结衬管的清理操作来移除扭矩锁定套之后的情形；

图12是液力增强器的实施例的侧向剖视图；

图13是沿图12的线13-13剖切的横向剖视图；

图14是沿图15的线14-14剖切的横向剖视图；

图15是液力增强器的实施例的侧向剖视图，该液力增强器具有球和球座，并且滑动心轴处在上位；

图16是液力增强器的实施例的侧向剖视图，该液力增强器具有球和球座，并且滑动心轴处在下位；

图17A是滑动心轴和流体口部分沿图15的线17A-17A剖切的剖视图；以及

图17B是滑动心轴和流体口部分沿图16的线17B-17B剖切的剖视图。

具体实施方式

通过下文参照附图描述的优选实施例，可以进一步理解前文所述的本发明实施例的各方面、特征以及优点，其中，相同的标号代表相同的元件。在描述附图图示说明的本发明实施例时，出于清楚表述的目的将使用特定术语。但是，实施例并不意在局限于所使用的特定词汇，应当理解，各特定术语包括以相似方式操作以实现相似目的的等效置换。

图1示出根据本发明技术方案的一个可采用实施例的可膨胀式衬管悬挂器系统10。可膨胀式衬管悬挂器系统10示出为插入外侧套管柱12内，可膨胀式衬管悬挂器系统10的下端凸出进入内侧套管柱15的开口内(或衬管的顶部)。在图1的实施例中，内侧套管柱15定位在外侧套管柱12内。扭矩锁定套16可以定位在内侧套管柱15内。扭矩锁定套16受到限制而不能在内侧套管柱15内于轴向和径向移动。例如，如图2所示，在一些实施例中，扭矩锁定套16可具有套锁定凸起17，该套锁定凸起17从扭矩锁定套16的外表面25径向向外延伸，并与内侧套管柱15的内表面24上的凹槽21接合。再参照图1，通过套锁定销26，可限制扭矩锁定套16相对于内侧套管柱15的移动，该套锁定销26示出为从套管15径向向内突出而与扭矩锁定套16接合。尽管图1示出了两个销26，但可以使用适当数量的销。

可膨胀式衬管悬挂器系统10还可以包括液力增强器18，该液力增强器18具有内管具20。内管具20纵向延伸进入内侧套管柱15，并与扭矩锁定套16接合。液力增强器18还包括具有压头(force head)38的滑动心轴36(示于图12)。滑动心轴36及其压头38围绕内管具20，并设置为相对于内管具20轴向滑动。

在图1的实施例中，内管具20具有套接合脚22，该套接合脚22设置为容纳于扭矩锁定套16的管具容纳凹部23中。当内管具20的套接合脚22与扭矩锁定套16接合时，内管具20以旋转方式锁定于扭矩锁定套16。此外，内侧套管柱15的外表面可具有内管具接合构造28，该内管具接合构造28设置为与内管具20的内表面上的对应的齿30接合。在所示实施例中，齿30可以为外螺纹，以及，接合构造28可以为对应的内螺纹。此接合限制了内管具20相对于内侧套管柱15的轴向移动。在图1的实施例中，内管具20设置为，使得当套接合脚22与管具容纳凹部23接合时，齿30也与内管具接合构造28接合。

内管具20还可以具有杆件32，该杆件32以可滑动方式与内管具20接合。如图3所示，杆件32为细长的部件，其可以沿内管具20的外表面于轴向局部嵌入，使得杆件32不能绕内管具20的周向移动。但是，杆件32相对于内管具32可自由地轴向移动。如图1所示，杆件32可定位为，使得杆件32的下端34接触扭矩锁定套16，或者靠近扭矩锁定套16。

图1的可膨胀式衬管悬挂器系统10还包括截头圆锥形的膨胀锥40。所示膨胀锥40具有楔形底部42，该楔形底部42具有下侧壁44，该下侧壁44径向扩张，其直径从下端处小于内侧套管柱15内径的直径，成为至上端处大于内侧套管柱15内径的直径。膨胀锥40具有纵向孔43，允许内管具20通过，使得膨胀锥40围绕至少一部分内管具20。内管具20的外径小于膨胀锥孔43的直径，使得膨胀锥40可以相对于内管具20轴向滑动。此外，膨胀锥40具有越远离底部42越径向向内渐细的顶部45。

可膨胀式衬管悬挂器系统10可包括附加特征，例如，定位在内侧套管柱15外表面的锁定脊46。在一个实施例中，锁定脊46是轴向间隔开的凸起，其从内侧套管柱15的外表面径向向外突出，并外接于内侧套管柱15。在特定实施例中，锁定脊46可由金属制成。此外，在内侧套管柱15的外表面上，可膨胀式衬管悬挂器系统10可包括密封件48，示出为位于脊46的上方和下方。这些密封件可以是弹性体的。系统还可以包括液力增强器定心件50以及内侧套管柱定心件52。进一步，中空衬管刮塞54和止动环62可定位在内侧套管柱15内，位于扭矩限制套16的下方。塞54包括外接于环形体的截头圆锥形脊。止动环62可以为铝或其他合适的材料。轴向穿过中空衬管刮塞54(例如图4所示)形成有开口56，该开口56可以对准于扭矩套开口58(图2所示)和内管具开口60。

在实际应用中，可膨胀式衬管悬挂器系统10锁定并密封内侧套管柱和外侧套管柱之间的界面。在实施例中，这些功能通过执行以下方法步骤得以实现。首先，将内侧套管柱15向下放进外侧套管柱12，以及，内侧套管柱定心件52定位在外侧套管柱12的预定位置处。此外，止动环62和中空衬管刮塞54插入内侧套管柱15内，以及，附加元件例如锁定脊46和密封件48可以围绕内侧套管柱15定位。然后，将扭矩限制套16、液力增强器18(包括内管具20)、以及膨胀锥40插入到内套管15/外套管12内。这些元件可以在井筒外组装并作为一个组件一同插入。在一个实施例中，当组装完成后，可膨胀式衬管悬挂器系统10显示为基本如图1所示和如上文所述。

采用如图1所示组装而成的系统，流体可以循环穿过内管具开口60、扭矩套开口58、以及中空衬管刮塞开口56。可循环的流体包括清洁流体，接着是水泥浆。如本领域已知的，水泥浆可以从孔穿过，以将内侧套管柱15粘结于井筒内。如图4所示，在水泥浆流动之后，可将刮镖64插入内管具开口60、扭矩套开口58、以及中空衬管刮塞开口56，例如，通过使刮镖64落下并使其从泥或水的表面移过，如图5所示。

然后，如图6最佳示出的，通过使球86下落启动液力增强器18，如下文参照图15和图16所说明的。启动后，滑动心轴36的压头38在箭头D1所指方向向下移动。向下移动的压头38接触膨胀锥40，并迫使膨胀锥40也向下移动。可替代地，压头38可以附接于膨胀锥40。由于至少一部分膨胀锥40的直径大于内侧套管柱15的内经，随着膨胀锥40进入内侧套管柱15，膨胀锥40迫使内侧套管柱15的顶部径向向外扩张。这种径向向外的扩张迫使锁定脊46径向向外与外侧套管柱12的内表面锁定接合。在一些实施例中，外侧套管柱12的内表面可以具有凹部，该凹部设置用于容纳锁定脊46。在其他实施例中，锁定脊46可以由比外侧套管柱12材料硬的材料制造而成，从而，当锁定脊径向向外扩张时，外侧套管柱12的内表面围绕锁定脊46塑性变形。此外，在特定实施例中，锁定脊可以是金属。当内侧套管柱15的上部径向向外扩张时，密封件48可以也接触外侧套管柱12，以密封外侧套管柱12与内侧套管柱15之间的界面。此外，如果内侧套管柱15中位于膨胀锥40上方的部分在初始扩张之后由于扩张后内侧套管柱15的回弹性或者其他原因而直径减小，膨胀锥40的楔形上部45允许内侧套管柱15中位于膨胀锥40上方的部分再次扩张。

图6还示出内管具20的套接合脚22从扭矩锁定套16脱离。随着膨胀锥40向下移动进入内侧套管柱15的上部，膨胀锥40接触内管具20的杆件32的顶部。因为在杆件32的下端处，该杆件32与扭矩锁定套16相接触，膨胀锥40的向下移动迫使剪切销26断裂。这种持续施加力的效果是，液力增强器18(包括内管具20)使杆件32相对于内侧套管柱15向下移动，并推开扭矩锁定套16。此向下移动导致内管具20的套接合脚22从扭矩锁定套16脱离。

现参照图7，示出从外侧套管柱12中位于内侧套管柱15和外侧套管柱12之间界面上方部分处移除残留水泥浆(若有的话)的步骤。此步骤可以通过液力增强器18中的排放阀66(示出于图12、图15以及图16，并在下文描述)将清洁流体引入至井筒来实现。清洁流体可以在方向O从液力增强器18径向向外移动进入外侧套管柱12中，之后，在方向U向上进入外侧套管柱12和液力增强器18之间的环形空间，并朝外侧套管柱12的顶部移动。清洁流体的这种向外和向上运动将残留的水泥浆以及其他污物输送出可膨胀式衬管悬挂器系统10。在一些实施例中，清洁流体可以是泥或水。

图8示出内侧套管柱15和外侧套管柱12之间界面的压力测试步骤，其中，通过在向下方向D2泵送附加的流体，使得环形空间内压力增加。通过所示出的轴向穿过膨胀锥40而形成的均压孔68，使增加的压力在膨胀锥40上方环形空间部分和膨胀锥40下方环形空间部分之间均等化。均压孔68提供膨胀锥40上方环形空间部分与膨胀锥40下方环形空间部分之间的流体联通。如果内侧套管柱15和外侧套管柱12之间界面得到适当的锁闭及密封，位于内侧套管柱15和外侧套管柱12之间界面下游处的增压将限制在内侧套管柱15之内，以及，内侧套管柱15和外侧套管柱12之间不会有相对移动。

图9和图10示出从孔中移除液力增强器18以及膨胀锥40的步骤。如图9所示，在将环形空间内的压力降低至可接受水平之后，内管具20从内侧套管柱15脱离。如上文所讨论的，附图所示实施例示出内管具20的外表面具有锁定脊30，该锁定脊30可以是多个外螺纹。这些螺纹与内侧套管柱15的锁定构造28接合，该锁定构造可以是多个内螺纹。在一个实施例中，为了使内管具20脱离内侧套管柱15，如箭头M所示，使液力增强器18旋转。该旋转致使内管具20的螺纹与内侧套管柱15的螺纹脱离。一旦螺纹脱离，可以向上提升液力增强器18(包括内管具20)和膨胀锥40(如图10所示)，使其离开孔。随着从孔中拉出工作管(通常为钻管)，可以将这些元件从孔中提拉出来。

如图11所示，随着液力增强器18以及膨胀锥40从孔中移除，可以从孔中移除其余组件(例如扭矩锁定套16)，留下的内侧套管柱15以密封并且锁定的方式与外侧套管柱12接合。此时，可以再次测试内侧套管柱15和外侧套管柱12之间的接合处。例如，可以将环形空间内的压力升至2000psi并持续15分钟，以检验套管柱之间的压力密封。

上文描述的可膨胀式衬管系统是有利的，因为该系统允许衬管在通过孔时旋转，该系统为粘结套管柱提供了更大的衬管悬挂器运转间隙，并且，该系统提供了具有弹性体(密封件48)以及金属与金属间(锁定构造46与外侧套管柱12)密封的衬管悬挂器。此外，该系统提供一种简单、高性价比、并且坚固稳定的设计，其允许最大运转间隙和完全循环速率(full circulation rate)，以便有助于衬管运转和粘结操作。该系统还可以用于衬管扩孔，以设置衬管钻孔应用的深度，或者，该系统可以用于使衬管浮置并推压/旋转进入大位移井筒(extended reach wellbore)。

图12示出液力增强器18的侧向剖视图，包括内管具20、滑动心轴36、以及围绕滑动心轴36和内管具20的外壳70。内管具20具有轴孔72。滑动心轴36分为心轴部分36a、36b、36c，示出为在内管具20上轴向叠置。心轴36大致围绕内管具20，并且相对于内管具20可轴向滑动。如图所示，通过轴向间隔的分离间隙74a、74b、74c，心轴部分36a、36b、36c与外壳70局部分离。各间隙74a、74b、74c限定了外接于心轴36的环形筒。塞件75a、75b、75c示出为从心轴部分36a、36b、36c各自的上端悬垂方式径向向外延伸，并进入间隙74a、74b、74c。通过径向穿过内管具20形成的流体口76，间隙74a、74b、74c与内管具20的轴孔72处于流体联通。此外，心轴密封件78位于各塞件75a、75b、75c的外周，以形成塞件75a、75b、75c与外壳70之间的压力隔挡。心轴密封件78可以是O型环密封件。在内管具20的轴孔72之内是球座80，该球座80包括从内管具20的内表面延伸进入轴孔72的凸起82。此外，可选地，在轴孔72内可以具有内侧可移动套筒84。该内侧可移动套筒84最初是处于上位，以便设置为将轴孔72与液压室或间隙74a、74b、74c隔离开，从而防止滑动心轴36的过早配置。凸起82可以附接至内侧可移动套筒84，或者与其形成为一体。

图13是沿图12的线13-13剖切液力增强器18的剖视图。如图所示，内管具20由滑动心轴36围绕，滑动心轴36又由外壳70围绕。在所示实施例中，剪切销86可以径向延伸穿过外壳70并进入滑动心轴36，以在径向上限制滑动心轴36相对于外壳70的移动。

相似地，图14所示为沿图15的线14-14剖切液力增强器18的剖视图。在此图中，内管具20由滑动心轴部分36b围绕，该滑动心轴部分36b又由外壳70围绕。在滑动心轴36与外壳70之间是间隙74a、74b、74c，通过流体口76，间隙74a、74b、74c与内管具20的轴孔72处于流体联通。

液力增强器18的滑动心轴36可移动至上位，此处，压头38上升直至其邻接于外壳70(参见例如图5和图15)，以及，该滑动心轴36可移动至下位，此处，压头38下降至远离外壳70的位置(参见例如图6和图16)。首先，如上文所述，可以从内管具20的轴孔72向下泵送水泥浆。可以在滑动心轴36位于上位并且内侧可移动套筒84位于上位时进行该泵送，从而，使轴孔72与滑动心轴36的液压室或间隙74a、74b、74c相隔离。之后，如图15所示，球86插入轴孔72。球86的直径大于凸起82之间形成球座80的空间。因此，当球86抵触球座80时，球座80阻止球86进一步沿孔向下移动。在一实施例中，球86与球座80设置为，使得球86密封抵靠球座80，从而阻止流体从球86周围沿轴孔72向下移动。当球86接触球座80时，球86可以又将内侧可移动套筒84推压至下位，使得内侧可移动套筒84中的孔87与内管具20的流体口76对准，从而允许内管具20的轴孔72与间隙74a、74b、74c之间的流体联通。

图15示出滑动心轴36位于其上位，压头38定位为邻接于外壳70，以及，球86落在球座80中。为了使滑动心轴36开始向其下位的移动，将流体引入内管具20的轴孔72的上端。从该位置处，流体向下泵送通过轴孔72，通过孔87和流体口76，进入位于各塞件75a、75b、75c上方的间隙74a、74b、74c部分，如箭头F所指。随着更多的流体引入轴孔72内，间隙74a、74b、74c部分内的压力增加，从而推压滑动心轴36向下，直至滑动心轴36到达其下位(图16所示)。

图16示出滑动心轴位于其下位，压头38定位为远离外壳70。如图所示，当滑动心轴36到达下位时，排放阀66从轴孔72向外壳70的外侧打开。随着塞件75a、75b、75c在间隙74a、74b、74c内向下移动，排放阀66允许将过量的流体排出至液力增强器18外侧的环形空间。如此设置，所要求的启动压力低于已知的工具。

图17A和图17B分别是沿图15的线17A-17A以及沿图16的线17B-17B剖切的滑动心轴36部分的剖视图。图17A和图17B示出纵向槽88，通过滑动心轴36从其上位至其下位的转换，该纵向槽88允许间隙74a、74b、74c与轴孔72之间流体联通。例如，图17A示出心轴36位于其上位，流体口76定位在纵向槽88的底部。当滑动心轴36向下移动时，流体口76中穿过内管具20的部分保持静止不动。因此，如图17B所示，当滑动心轴位于其下位时，流体口76定位在纵向槽88的顶部。

尽管本文参照具体的实施例描述本发明，应当理解，这些实施例仅是对本发明原理与应用的例示说明。因此，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围下，可以对说明性实施例进行多种更改，以及设计其它的布置方式。

Claims (19)

1.一种可膨胀式衬管悬挂器系统，用于在井筒内达成压力密封以及悬挂压靠外侧套管柱的衬管，所述可膨胀式衬管悬挂器系统包括：

外侧套管柱；

内侧套管柱，其定位在所述外侧套管柱内并具有内径；

细长内管具，其能选择性地插入所述内侧套管柱并具有扭矩锁定套，该扭矩锁定套以能移除方式与所述内侧套管柱结合；

膨胀锥，其能沿所述内管具滑动，并具有大于所述内侧套管柱的内径的直径，使得当推压所述锥进入所述内侧套管柱时，较大直径的所述锥使所述内侧套管柱径向向外变形，成为与所述外侧套管柱接合；以及

滑动杆件，其以可滑动方式与内管具联接，所述滑动杆件包括：

上端，当所述膨胀锥插入所述内侧套管柱时，所述上端接触所述膨胀锥，和

下端，所述下端远离所述上端且选择性地接触所述扭矩锁定套，以使得当推压所述膨胀锥使其抵靠所述滑动杆件时，所述滑动杆件推压所述扭矩锁定套使其与所述内管具分离。

2.根据权利要求1所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，其中，所述内侧套管柱在其外表面上具有锁定脊，所述锁定脊布置成，使得当所述内侧套管柱的部分扩张成为与所述外侧套管柱接合时，所述锁定脊与所述外侧套管柱牢固地接合。

3.根据权利要求1所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，进一步包括密封件，该密封件围绕所述内侧套管柱，以及，该密封件布置成，当所述内侧套管柱的部分扩张成为与所述外侧套管柱接合时，该密封件密封所述内侧套管柱与所述外侧套管柱之间的界面。

4.根据权利要求1所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，其中，所述膨胀锥具有均压孔，该均压孔提供所述膨胀锥的底部与顶部之间的流体联通，从而，在将所述膨胀锥推入所述内侧套管柱时，使所述膨胀锥下方区域与所述膨胀锥上方区域之间的压力均等化。

5.根据权利要求1所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，进一步包括剪切销，该剪切销使所述扭矩锁定套与所述内侧套管悬挂器接合，以及限制所述扭矩锁定套与所述内侧套管悬挂器之间的轴向移动。

6.根据权利要求1所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，进一步包括液力增强器，其中所述液力增强器包括：

滑动心轴，其具有第一端和第二端，并围绕所述内管具，所述滑动心轴在第一位置与第二位置之间以液压方式驱动；以及

附接于所述滑动心轴的所述第二端的压头，在所述滑动心轴从所述第一位置向所述第二位置移动时，所述压头接触所述膨胀锥并且将其推入所述内侧套管柱。

7.根据权利要求6所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，其中，所述液力增强器进一步包括：

间隙，其位于所述滑动心轴的至少一部分与所述内管具之间，通过流体口，所述间隙与所述内管具的内表面流体连接；以及

内侧可移动套筒，其定位在所述内管具的内部并具有孔，所述内侧可移动套筒具有开启位置和关闭位置；

其中，当处于开启位置时，所述孔与所述流体口对准，使得所述间隙与所述内管具的内部之间流体联通；以及

当处于关闭位置时，所述孔与所述流体口不对准，使得所述间隙与所述内管具的内部隔离。

8.根据权利要求6所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，其中，所述液力增强器的所述内管具具有齿，该齿与所述内侧套管柱接合以防止所述内管具相对于所述内侧套管柱的轴向移动。

9.根据权利要求1所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，其中，所述膨胀锥具有楔形上表面和楔形下表面，该楔形上表面和楔形下表面具有最小直径小于所述内侧套管柱的内径。

10.根据权利要求6所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，其中，所述液力增强器进一步包括：

内管具，其具有上端、下端、以及轴孔，该内管具延伸进入所述井筒，所述下端设置为，在所述井筒内与套管柱以能解除的方式接合；

滑动心轴，其具有上位和下位，并具有心轴部分，所述滑动心轴围绕所述内管具并能相对于所述内管具轴向滑动；以及

外壳，其围绕所述内管具和所述滑动心轴，所述外壳和所述滑动心轴设置为，在所述外壳与各心轴部分的至少一部分之间具有间隙，通过流体口，所述间隙与所述内管具轴孔流体联通；

所述外壳和所述滑动心轴设置为，在位于所述外壳与各心轴部分之间的间隙上方位置和下方位置处，各心轴部分密封地与所述外壳接合；

当所述滑动心轴位于其上位时，所述外壳与各心轴部分之间的间隙小于当所述滑动心轴位于其下位时的间隙，以及，当所述心轴位于其上位时将流体引入各间隙内，增加了所述间隙内的液压力，从而，迫使所述间隙扩张，并将所述滑动心轴推入其下位，以及

当所述滑动心轴位于其下位时，其接触所述扩张工具并推压所述扩张工具成为与所述套管柱接合。

11.根据权利要求10所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，进一步包括：

球，其位于所述内管具的所述轴孔内；以及

球座，其位于所述内管具的所述轴孔内，并设置为，与所述球密封方式接合，以及在所述轴孔内限制所述球的向下移动，使得当所述球与所述球座接合时，所述轴孔内的流体不能继续行进通过所述轴孔，而是迫使流体通过所述流体口，并进入位于所述外壳与所述心轴部分之间的所述间隙。

12.根据权利要求11所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，进一步包括：

间隙，其位于所述滑动心轴的至少一部分与所述内管具之间，通过流体口，所述间隙与所述内管具的内表面流体连接；以及

内侧可移动套筒，其定位在所述内管具的内部并具有孔，所述内侧可移动套筒具有开启位置以及关闭位置；

其中，当处于开启位置时，所述孔与所述流体口对准，使得所述间隙与所述内管具的内部之间流体联通；以及

当处于关闭位置时，所述孔与所述流体口不对准，使得所述间隙与所述内管具的内部隔离。

13.根据权利要求12所述的可膨胀式衬管悬挂器系统，其中，所述球座附接于所述内侧可移动套筒，以及，所述球与所述球座之间的接触导致所述内侧可移动套筒从所述关闭位置移动至所述开启位置。

14.一种在井筒内将权利要求1所述的内侧套管柱锁定以及密封至权利要求1所述的外侧套管柱的方法，所述方法包括：

(a)将内侧套管柱插入外侧套管柱；

(b)将膨胀锥插入所述外侧套管柱，并位于所述内侧套管柱的顶端上方；

(c)将液力增强器插入所述外侧套管柱；

(d)用所述液力增强器向下推压所述膨胀锥，使其进入所述内侧套管柱的顶部，以使所述内侧套管柱的顶部扩张，成为与所述外侧套管柱接合；以及

(e)将所述液力增强器以及所述膨胀锥从所述井筒移除。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：在步骤(d)之前，通过所述内侧套管柱加入水泥、以将所述内侧套管柱粘结至所述井筒的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：在通过所述内侧套管柱加入水泥之后，通过所述内管具插入刮镖以清洁残留水泥的步骤。

17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：在步骤(d)之后，向所述外侧套管柱加入清洁流体、以便从所述外侧套管柱中位于所述内侧套管柱上方的部分移除残留水泥的步骤。

18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：在步骤(d)之后，对所述内侧套管柱与所述外侧套管柱之间界面进行压力测试的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：在步骤(e)之前，降低环形空间内的压力的步骤。