CN105992858B - 可调剪切组件 - Google Patents

Abstract

一种井工具具有被布置以相对于彼此移动且限定其间的剪切接合处的内部部件和外部部件。剪切构件横跨所述剪切接合处。所述剪切构件具有截面积与第二部分不同的第一部分。凸轮表面与所述内部部件或所述外部部件相关联且与所述剪切构件邻接。所述凸轮表面在所述内部部件和所述外部部件相对于彼此移动时使所述剪切构件移动，并使所述剪切构件从使所述第一部分与所述剪切接合处对准改变为使所述第二部分与所述剪切接合处对准。

Description

可调剪切组件

发明背景

本公开涉及利用剪切构件的井工具。

许多井工具具有通过剪切构件销接在一起的部件。剪切构件是销钉、螺钉或横跨两个部件之前的剪切板以固定部件以防在沿着其剪切板的方向上移动的其它构件。剪切板被设计以在特定剪切载荷下失效，因此固持部件以防相对移动直到指定剪切载荷实现为止。在设计剪切构件时，必须实现剪切构件失效的指定剪切载荷与部件可能遭遇的附属载荷之间的平衡。举例来说，如果设计的指定剪切载荷太低，那么剪切构件可能会无意中剪切。如果设计的指定剪切载荷太高，那么可能存在难以或不可能使剪切构件剪切的情况。在用于井中的工具的情况下，由于环境而对平衡的需要尤其明显。举例来说，工具的部件可经受恒定的和撞击的剪切载荷，这是因为工具在井中向井上或向井下移动或因为工具以其它方式被操纵。另外，如果剪切构件过早剪切，那么工具可能不起作用且接着需要到地面的漫长且代价高昂的行程来复位工具。

附图简述

图1是集成井工具的井的示意性侧视图。

图2A是具有通过剪切构件销接的内管和外管的实例井工具的轴向截面视图。图2B是图2A的实例井工具的详细视图。

图3A是图2A的具有剪切构件的实例井工具的轴向截面视图，所述剪切构件被定位以对剪切载荷提供减小的阻力。图3B是图3A的详细视图。

各附图中的相同参考符号指示相同元件。

具体实施方式

首先参看图1，井包括基本上圆柱形的井筒10，其从表面12处的井口22向下延伸至地表中到一个或多个所关注的地下区14(示出一个)中。地下区14可对应于单个地层、地层的一部分，或井达到的一个以上地层，且给定井可达到一个或一个以上地下区14。在某些例子中，地下区的地层是含烃的，诸如石油和/或天然气矿床，且井将用于生产烃类和/或用于辅助从另一井生产烃类(例如，作为注入井或观察井)。然而，本文中的概念可适用于实际上任何类型的井。井筒10的从井口22延伸至地下区14的一部分衬有管的长度，称作套管16。

所描绘的井是从表面12基本上垂直地延伸至地下区14的垂直井。然而，本文中的概念可适用于许多其它不同配置的井，包括水平的、倾斜的或以其它方式偏斜的井，和多边井。

管柱18示出为已从表面12下降至井筒10中。管柱18是头尾相连耦接在一起的一系列接合的管长度和/或连续的(即，未接合的)连续油管，且包括一个或多个井工具(例如，示出一个，井工具20)。柱18具有内部中心孔，其使得能够实现井口22与井下位置(例如，地下区14和/或其它位置)之间的流体连通。在其它例子中，柱18可被布置，使得其不从表面12延伸，而是在线(诸如钢丝、电缆、e-线和/或其它线)上悬垂至井中。

参看图2A，井工具20在轴向截面视图中示出。井工具20是以下类型，其具有布置有第二部件(例如，外管24)的第一部件(例如，内管22)，使得部件可相对于彼此移动。井工具20具有剪切构件布置，其将两个管22、24销接或固定在一起且防止指定方向上的相对移动，但可被剪切以释放两个管22、24以使其移动。井工具20可以是并入有相对于彼此移动的部件(管状或不是)的多个不同工具。在某些例子中，工具20是阀，其中内管和外管在打开和关闭阀时相对于彼此移动。在某些例子中，工具20是封隔器，其中内管和外管在设置封隔器时相对于彼此移动。其它类型的井工具在本文中的概念内。

如所示，内管22同心地嵌套在外管24中，其中内管22的外表面与外管24的内表面邻近且邻接。内管22和外管24可相对于彼此移动，例如绕着其共同的中心轴线旋转或沿着其共同的中心轴线轴向地伸缩。内管22与外管24之间的接合处限定剪切接合处26，其中管22、24的表面邻近彼此移动。一个或多个剪切构件28携载在外管24中的对于数目的开口30中。示出五个剪切构件28和开口30，但可提供更少或更多。剪切构件28横跨剪切接合处26，且突出至内管22中的对应数目的凸轮槽36中。

剪切构件28以允许剪切构件28径向地移动的方式携载在开口30中。在某些例子中，剪切构件28是圆柱形的且开口30是圆形的，但可提供其它形状。开口30中的每一者具有帽32，其中弹簧34截留在帽32与剪切构件28之间。弹簧34使剪切构件28径向地向内偏置以与凸轮槽36的底部凸轮表面38邻接。在某些例子中，弹簧34是金属螺旋或波形弹簧，但弹簧34可采用许多其它不同的形式。举例来说，弹簧34可以是弹性体衬套、流体弹簧和/或其它类型的弹簧。在又其它例子中，可省略弹簧34且可用另一方式(例如，磁体和/或其它)使剪切构件28径向地向内偏置。

凸轮槽36是细长的且在其长度尺寸上在内管22周围沿圆周延伸。凸轮槽36的宽带被设计大小以紧紧地收纳剪切构件28。因此，剪切构件28被限制在凸轮槽36中以防沿着管22、24的纵向轴线的伸缩移动并固定内管22和外管24以防相对轴向移动。然而，管22、24可绕着其共同的中心轴线相对于彼此旋转至槽36的范围。

如图2B中最佳地所见，剪切构件28具有不同截面积的至少两个部分，因此呈现对剪切的至少两个不同的阻力。图2B中示出两个部分，部分40的截面积比部分42小，但可提供更多部分。每一凸轮槽36的底部凸轮表面38沿着内管22的圆周从凸轮槽的一端向另一端倾斜。换句话说，每一凸轮槽36的一端比另一端更深。在图2B中，剪切构件28与凸轮槽36的左端壁44邻接，其也是槽36的较深的一端。凸轮槽36的深度使得在剪切构件38与左壁44邻接的情况下，剪切构件28的较大截面部分42与剪切接合处26对准。使管22、24绕着其共同的中心轴线相对于彼此旋转会使槽36的较浅的一端在剪切构件28下方移动，如图3A和图3B所示，且使剪切构件28径向地向外做凸轮运动。凸轮槽36的较浅的一端处的深度使得在剪切构件28与凸轮槽36的右端壁46邻接的情况下，剪切构件28的较小的截面部分40与剪切接合处26对准。因此，工具20可通过使内管22和外管24相对旋转来在以较低剪切载荷与较高剪切载荷对剪切构件28进行剪切之间改变。如图3A所示，凸轮槽36的全部可调整相位以同时使其截面积较小的相应部分40与剪切接合处26在相同的旋转位置对准。类似地，也如图3A所示，凸轮槽36的全部可调整相位以同时使其截面积较大的相应部分42与剪切接合处26在相同的旋转位置对准。在其它例子中，凸轮槽36和/或剪切构件28可不同地调整相位例如以在管22、24的不同相对旋转下产生不同的剪切阻力。

在某些例子中，截面积较大的部分42可被配置用来提供比截面积较小的部分40高得多的剪切阻力。此布置使得工具20能够实际上将管22、24锁定在一起例如以用于在井中操纵工具20，而不会害怕无意中对剪切构件28进行剪切。举例来说，工具20可最初配置有横跨剪切接合处26的截面积较大的剪切构件部分42，以使得工具能够被携载至井中并在需要时在井上和井下操纵。接着，当需要操作井工具20时，工具20可配置有横跨剪切接合处26的截面积较小的剪切构件部分40。

值得注意的是，尽管上文将凸轮槽36描述为在圆周方向上定向并倾斜，但凸轮槽36可替代地在轴向方向上定向并倾斜。在轴向倾斜的凸轮槽36的情况下，管22、24将轴向地偏移以改变剪切构件28的对准，且提供剪切构件28以抵制管22、24的相对旋转移动。另外，尽管描述成凸轮槽36在内管22上且剪切构件28携载在外管24中，但在其它例子中，外管24可具有凸轮槽36中的一些或全部且内管22可携载剪切构件28中的一些或全部。

已描述许多实施方案。尽管如此，应理解，可进行各种修改。因此，其它实施方案在所附权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种井工具，其包括：

内管和外管，其被嵌套以相对于彼此移动且限定其间的剪切接合处，其中所述内管的表面邻近所述外管的表面；

剪切构件，其横跨所述剪切接合处，所述剪切构件具有截面积与第二部分不同的第一部分；以及

凸轮表面，其与所述内管或所述外管相关联，所述凸轮表面与所述剪切构件邻接且在所述内管和所述外管相对于彼此移动时使所述剪切构件移动并使所述剪切构件在使所述第一部分与所述剪切接合处对准及使所述第二部分与所述剪切接合处对准之间改变，

其中，所述凸轮表面在圆周方向上延伸以在所述内管与所述外管相对于彼此旋转时使所述剪切构件径向地移动。

2.如权利要求1所述的井工具，其中所述凸轮表面是倾斜的以使所述剪切构件径向地移动。

3.如权利要求2所述的井工具，其中所述剪切构件被布置以固持所述内管和所述外管以防其相对于彼此轴向地移动，直到所述剪切构件被剪切为止。

4.如权利要求1所述的井工具，其中所述剪切构件偏置至所述凸轮表面中。

5.如权利要求1所述的井工具，其中所述凸轮表面由所述内管的表面限定。

6.如权利要求5所述的井工具，其中所述外管包括剪切构件开口，其收纳所述剪切构件且包括所述剪切构件开口中的弹簧，所述弹簧使所述剪切构件向内偏置至所述内管的所述凸轮表面中。

7.如权利要求1所述的井工具，其包括第二剪切构件，所述第二剪切构件横跨所述剪切接合处且具有截面积与所述第二剪切构件的第二部分不同的第一部分；且

包括第二凸轮表面，其与所述第二剪切构件邻接且在所述内管和所述外管相对于彼此移动时使所述第二剪切构件移动并使所述第二剪切构件在使所述第二剪切构件第一部分与所述剪切接合处对准及使所述第二剪切构件第二部分与所述剪切接合处对准之间改变。

8.如权利要求7所述的井工具，其中所述凸轮表面和所述第二凸轮表面被调整相位以同时使两个剪切构件的所述第二部分与所述剪切接合处对准。

9.一种方法，其包括：

用剪切构件的第一部分横跨井中的井工具的剪切接合处，所述剪切接合处在所述井工具的内管与外管之间；以及

使所述剪切构件的所述第一部分移动远离所述剪切接合处且使所述剪切构件的第二部分移动至横跨所述剪切接合处，所述第二部分具有比所述第一部分大的截面积，

其中，所述移动包括使所述内管或所述外管相对于彼此移动。

10.如权利要求9所述的方法，其中用所述剪切构件的所述第一部分横跨所述井中的所述井工具的所述剪切接合处包括附接所述井工具的所述内管和所述外管以防在某一方向上移动。

11.如权利要求10所述的方法，其中使所述内管或所述外管移动包括使所述剪切构件做凸轮运动以径向地移动。

12.如权利要求11所述的方法，其中使所述内管或所述外管移动包括使所述内管或所述外管相对于彼此旋转。

13.如权利要求9所述的方法，其包括使第二剪切构件的第一部分从横跨所述剪切接合处移动至远离所述剪切接合处且使所述第二剪切构件的第二部分移动至横跨所述剪切接合处。

14.如权利要求13所述的方法，其包括使所述第一剪切构件和所述第二剪切构件同时移动。

15.一种用于井中的井装置，其包括：

第一井装置部件，其邻近第二井装置部件且限定其间的剪切接合处；以及

剪切构件，其横跨所述剪切接合处以固定所述第一部件和所述第二部件以防其在某一方向上相对移动，所述剪切构件可在跨越所述剪切接合处提供对剪切载荷的第一阻力与跨越所述剪切接合处提供对剪切载荷的第二不同的阻力之间改变，

其中，所述第一井装置部件包括使所述剪切构件做凸轮运动的凸轮表面，以使所述剪切构件的不同部分与所述剪切接合处对准。

16.如权利要求15所述的井装置，其中所述剪切构件包括具有不同截面积的至少两个部分，且

其中使所述剪切构件移动以使所述剪切构件的不同部分与所述剪切接合处对准使所述剪切构件在跨越所述剪切接合处提供对剪切载荷的所述第一阻力与跨越所述剪切接合处提供对剪切载荷的所述第二不同的阻力之间改变。

17.如权利要求16所述的井装置，其中所述凸轮表面与所述剪切构件邻接。

18.如权利要求15所述的井装置，其中所述第一井装置部件是第一管且所述第二井装置部件是被嵌套以与所述第一管伸缩的第二管。

19.如权利要求18所述的井装置，其中所述凸轮表面使所述剪切构件在使所述剪切构件的第一部分以剪切载荷的所述第一阻力与所述剪切接合处对准及使所述剪切构件的第二部分以剪切载荷的所述第二不同的阻力与所述剪切接合处对准之间作凸轮运动。