CN108463612B - 用于可膨胀尾管悬挂器系统的可收缩锥 - Google Patents

Abstract

一种可膨胀尾管悬挂器系统及其安装方法。在示例性实施方案中，所述方法包括：将所述可膨胀尾管悬挂器系统定位在套管柱内，所述可膨胀尾管悬挂器系统包括布置在悬挂器主体内的坐封工具，所述坐封工具包括限定锥形外部表面的锥心轴和限定锥形内部表面的膨胀锥；将所述锥形外部表面与所述锥形内部表面接合；通过使所述锥心轴和所述膨胀锥在第一轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位，使所述悬挂器主体径向膨胀以接合所述套管柱；使所述锥心轴在第二轴向方向上并相对于所述膨胀锥移位，以使所述锥形内部表面从所述锥形外部表面脱离，从而允许所述膨胀锥从所述悬挂器主体径向向内压凸；并且将所述膨胀锥从所述悬挂器主体分离。

Description

用于可膨胀尾管悬挂器系统的可收缩锥

技术领域

本公开整体涉及可膨胀尾管悬挂器系统，并且更具体地涉及坐封工具(settingtool)，该坐封工具包括用于可膨胀尾管悬挂器系统的可收缩锥。

背景技术

可膨胀尾管悬挂器系统例如通过利用坐封工具进行操作以促进尾管悬挂器的膨胀，从而将尾管悬挂器连接到布置在井筒内的套管柱。为了实现尾管悬挂器的膨胀，膨胀锥轴向移位穿过尾管悬挂器，从而接合尾管悬挂器的内部以使其外部径向膨胀。以这种方式使尾管悬挂器膨胀所需的力(可能相当大)取决于几何形状、材料性能和施加到膨胀锥和/或尾管悬挂器的减摩涂层。

即使一个或多个减摩涂层受损，尾管悬挂器与膨胀锥之间硬度和/或其他基本冶金学性能的某些差异也可以帮助减轻其相应接触表面之间的磨损。因此，常规尾管悬挂器用高延展性的低合金钢制造，常规尾管悬挂器的膨胀可以使用例如用D2工具钢制造的膨胀锥实现。然而，某些尾管悬挂器中包含了镍和铬基合金以在井筒内提供耐腐蚀性。常规膨胀锥不具有适当材料性能以使此类镍和铬基尾管悬挂器有效膨胀。此外，由于常规膨胀锥的几何形状，使用更有效的材料常常过于昂贵。

而且，一旦尾管悬挂器已经膨胀，常规膨胀锥通常很难或无法从尾管悬挂器上移除。尽管可收缩膨胀锥存在用以解决这个问题，但这种可收缩膨胀锥通常包含有允许膨胀锥从尾管悬挂器的内部径向向内弯曲的夹头特征结构。然而，该夹头特征结构的机加工狭缝沿着狭缝的相应边缘产生高接触应力，该应力尤其可能对施加到尾管悬挂器和/或膨胀锥的一个或多个减摩涂层造成损伤。

此外，某些膨胀锥在膨胀锥和尾管悬挂器的内部之间需要密封界面，使得使膨胀锥可以由流体压力致动。与常规可收缩膨胀锥相关联的机加工狭缝使得必须使用不具有狭缝、表面特征或可能产生泄漏路径的其他几何形状的“引导锥”。这种“引导锥”必须具有小于可收缩膨胀锥的直径，由此减小由流体压力施加给坐封工具的有效轴向力。

因此，需要一种解决前述问题中的一者或多者等的装置、方法或系统。

附图说明

根据以下给出的具体实施方式以及本公开的各种实施方案的附图，将更全面地理解本公开的各种实施方案。在附图中，相同的附图标号可指示相同或功能上类似的元件。

图1是根据示例性实施方案的可操作地联接至可膨胀尾管悬挂器系统的海上油气平台的示意图。

图2是根据示例性实施方案的图1的可膨胀尾管悬挂器系统的局部剖视图，其包括坐封工具和悬挂器主体。

图3是根据示例性实施方案的作为图2的坐封工具的部件的锥心轴的局部剖视图。

图4是根据示例性实施方案的作为图2的坐封工具的另一部件的可收缩膨胀锥的局部剖视图。

图5示出了根据示例性实施方案的处于装配状态下的图3的锥心轴和图4的可收缩膨胀锥以及坐封工具的其他部件。

图6A是根据示例性实施方案的布置在井筒内并靠近套管柱下端的图1至图5的可膨胀尾管悬挂器系统的局部剖视图。

图6B是根据示例性实施方案的处于部分膨胀状态的图6A的可膨胀尾管悬挂器系统的局部剖视图。

图6C是根据示例性实施方案的处于完全膨胀状态的图6A和图6B的可膨胀尾管悬挂器系统的局部剖视图。

图6D(i)是根据示例性实施方案的图6C的可膨胀尾管悬挂器系统的放大视图，其中悬挂器主体膨胀并且坐封工具处于第一构造。

图6D(ii)示出了根据示例性实施方案的图6D(i)的可膨胀尾管悬挂器系统，其中悬挂器主体膨胀并且坐封工具处于第二构造。

图6D(iii)示出了根据示例性实施方案的图6D(i)和图6D(ii)的可膨胀尾管悬挂器系统，其中悬挂器主体膨胀并且坐封工具处于第三构造。

具体实施方式

本公开可以在各个实例或附图中重复附图标记数字和/或字母。此重复是出于简化和清楚的目的且本身并非指示各种实施方案和/或所论述的构造之间的关系。此外，为便于描述，在本文中可使用诸如在下面、下方、下部、上方、上部、井上、井下、上游、下游等等空间相对术语来描述如所示出的一个元件或特征与另一(些)元件或特征结构的关系，向上方向是朝对应附图的顶部，并且向下方向是朝对应附图的底部，井上方向是朝井筒的地面，井下方向是朝井筒的底端。除非另外说明，否则空间相对术语意在涵盖使用中或操作中的装置除了附图所示的取向之外的不同取向。例如，如果附图中的装置颠倒，则被描述为处于其他元件或特征的“下方”或者“在其之下”的元件将被取向在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的取向。可以以其他方式来取向装置(旋转90度或以其他取向)，且可以同样地相应解释本文所使用的空间相对描述词。

此外，尽管附图可描绘水平井筒或垂直井筒，但除非另有指示，否则本领域技术人员应理解，根据本公开的装置同样很适合于在具有其他取向的井筒中使用，所述井筒包括垂直井筒、水平井筒、歪斜井筒、多边井筒等等。同样，除非另外指出，尽管附图可描绘海上操作，但本领域技术人员应理解，根据本公开的装置同样很适合于在陆上操作中使用。此外，除非另外指出，尽管附图可描绘下套管井井筒，但本领域技术人员应理解，根据本公开的装置同样很好地适合于在裸井井筒操作中使用。

参考图1，示意性地示出了海上油气平台并且总体上由附图标记数字10表示。在示例性实施方案中，海上油气平台10包括被定位在位于海底16下方的水下油气地层14上方的半潜式平台12。海底导管18从平台12的甲板20延伸到海底井口装置22。可以在海底井口装置22或系统中的其他地方设置一个或多个压力控制设备24诸如防喷器(BOP)和/或与钻探或开采井筒关联的其他装备。平台12可以包括起重装置26、井架28、游车30、挂钩32和旋转头34，这些部件一起可操作用于提升和下放各种输送载体(vehicle)36，诸如套管、钻杆、连续油管、生产油管、其他类型的管或油管柱，和/或其他类型的输送载体，诸如缆线、钢丝绳等。在图1的实施方案中，输送载体36是大致管状的轴向延伸的钻柱，其由多个首尾相连地联接在一起的钻杆接头构成。平台12还可包括与输送载体36的旋转和/或平移相关联的方钻杆、转盘、顶驱装置和/或其他装备。井筒38从海底井口装置22延伸并穿过包括地层14在内的各种地层。井筒38的一部分包括通过水泥加固在其中的套管柱40。

如图1所示，井筒38的一部段已经通过使用例如底部钻具组合(未示出)形成在套管柱40下方。底部钻具组合适于连接在输送载体36的下端部分处，并且在钻井操作期间在井筒38内延伸。底部钻具组合包括例如适于穿过各种地层(包括地层14)的旋转钻头。底部钻具组合还可以包括其他部件，诸如定向钻井工具、井下动力钻具、遥测系统、发电系统、随钻测井工具、随钻测量工具、钻铤、加重钻杆、扶正器、扩眼器、震击设备、开眼钻头、用于各种螺纹扣形的转换装置、其他井下部件或其任何组合。一旦已经利用底部钻具组合形成井筒38的一部段后，则经由输送载体36将底部钻具组合从井筒38移除。因此，图1示出了底部钻具组合已被移除后的井筒38。

仍然参考图1，下入工具42连接在输送载体36的下端部分处。利用下入工具42和输送载体36将与尾管柱46连接的可膨胀尾管悬挂器系统44下放至井筒38中。更具体地，一旦可膨胀尾管悬挂器系统44联接到下入工具42，输送载体36即被用于将下入工具42以及因此相应的可膨胀尾管悬挂器系统44定位在套管柱的下端部分40处，如图1所示。因此，尾管柱46从可膨胀尾管悬挂器系统44向井下延伸并进入套管柱40下方的井筒38的“裸眼”部段。当尾管柱46和可膨胀尾管悬挂器系统44如此定位时，可膨胀尾管悬挂器系统44适于膨胀以接合套管柱40的内部，由此将可膨胀尾管悬挂器系统44以及因此相应的尾管柱46固定到套管柱40。以这种方式，可膨胀尾管悬挂器系统44被用于延伸井筒38的“套管井”部分，如将在下面进一步详细讨论的。

参考图2，示出了可膨胀尾管悬挂器系统44的示例性实施方案，该实施方案包括悬挂器主体48和在悬挂器主体48内延伸的坐封工具50。悬挂器主体48进而适于在套管柱40内延伸(如图1所示)。

在示例性实施方案中，如图2所示，悬挂器主体48包括直径减小部分52，该直径减小部分52具有连接到其外部的一个或多个接触元件54。当悬挂器主体48在套管柱40内延伸时，其直径减小部分52适于膨胀成与套管柱40的内部接合。此外，当直径减小部分52膨胀时，接触元件54适于与套管柱40的内部形成摩擦界面，因此将悬挂器主体48连接到套管柱40。在数个示例性实施方案中，接触元件54是圆柱形密封件、包括圆柱形密封件或者是圆柱形密封件的一部分，该圆柱形密封件由橡胶材料制成并且适于在直径减小部分52膨胀时与套管柱40的内部形成摩擦界面。在数个示例性实施方案中，接触元件54是多个套管卡瓦、包括多个套管卡瓦或者是多个套管卡瓦的一部分，所述多个套管卡瓦适于在直径减小部分52膨胀时接合或“咬”入套管柱40的内部。在数个示例性实施方案中，接触元件54与悬挂器主体48一体地形成，并且被设计成当悬挂器主体48膨胀时密封地接合套管柱40的内部。在一些实施方案中，为了在井筒内提供耐腐蚀性，悬挂器主体48由镍基合金诸如

Alloy 825和/或

Alloy G3等制成。在一些实施方案中，为了在井筒内提供耐腐蚀性，悬挂器主体48由铬基合金诸如超级13铬合金等制成。

在示例性实施方案中，继续参考图2，坐封工具50连接到下入工具42并且在悬挂器主体48内延伸。坐封工具50包括锥心轴56、可收缩膨胀锥58和锥保持器(retainer)60。在数个示例性实施方案中，坐封工具50还包括适于防止碎屑/岩屑沉落在可收缩膨胀锥58的顶部上的刮泥器62。锥心轴56具有大致环形的形状，并且连接到下入工具42并围绕入工具42延伸。此外，锥心轴56在下入工具42与悬挂器主体48之间径向延伸。在数个示例性实施方案中，锥心轴56的内部适于由下入工具42接合。

可收缩膨胀锥58围绕锥心轴56周向地延伸，并且适于当锥心轴56在轴向方向64上移位时由锥心轴56接合。因此，锥心轴56适于在轴向方向64上推动可收缩膨胀锥58，使得可收缩膨胀锥58接合悬挂器主体48的直径减小部分52。可收缩膨胀锥58因此适于相对悬挂器主体48移位，以接合并且径向膨胀悬挂器主体48的直径减小部分52，如将在下面进一步详细讨论的。

锥保持器60围绕锥心轴56周向地延伸并连接到锥心轴56。一旦悬挂器主体48的直径减小部分52已由可收缩膨胀锥58径向膨胀，锥心轴56适于在与轴向方向64相反的轴向方向66上并相对可收缩膨胀锥58移位。因此，锥心轴56适于相对于可收缩膨胀锥58轴向滑动。此外，锥保持器60适于接合可收缩膨胀锥58，从而在轴向方向66上并相对于悬挂器主体48推动可收缩膨胀锥58。

现在参考图3，示出了锥心轴56的示例性实施方案。锥心轴56限定相对端部56a和56b。锥形环形表面68形成在锥心轴56的外部中。锥形环形表面68限定相对端部68a和68b，端部68a具有比端部68b相对较小的直径。因此，锥心轴56在锥形环形表面68的端部68a处的壁厚相对较小，并且在其端部68b处的壁厚相对较大。在数个示例性实施方案中，锥心轴56的最大壁厚位于锥形环形表面68的端部68b处。此外，外部环形凹槽70形成在锥心轴56的外部中、靠近其端部56a。外部环形凹槽70适于容纳锥保持器60。另外，大致圆柱形的环形接触表面72形成在锥心轴56的外部中并且在锥形环形表面68和外部环形凹槽70之间轴向延伸。当锥心轴56在轴向方向66(如图2所示)上并相对于可收缩膨胀锥58移位时，环形接触表面72适于与可收缩膨胀锥58滑动地接合。在数个示例性实施方案中，锥心轴56还包括适于容纳并保持刮泥器62以防止碎屑沉落在可收缩膨胀锥58的顶部上的外部环形凹槽74。

另外参考图4，示出了可收缩膨胀圆锥58的示例性实施方案，该实施方案包括彼此连接的截头圆锥形构件76和接触环78。在一些实施方案中，可收缩膨胀锥58由8620合金钢制成。在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58的至少一部分是表面硬化的。在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58的至少一部分是热处理的。在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58具有0.035″的标称壁厚，从而在可收缩膨胀锥58的热处理和/或表面硬化外部下方提供可延展内部和芯。

在示例性实施方案中，如图4所示，截头圆锥形构件76具有大致环形的形状并且限定相对端部76a和76b。锥形内部环形表面80形成在截头圆锥形构件76的内部中，并且在其相应端部76a和76b之间延伸。与截头圆锥形构件76的端部76b相比，锥形内部环形表面80在截头圆锥形构件76的端部76a处具有相对较小的直径。因此，锥形内部环形表面80适于由锥心轴56的锥形环形表面68互补地接合。锥形外部环形表面82形成在截头圆锥形构件76的外部中，并且在其相应端部76a和76b之间延伸。与截头圆锥形构件76的端部76b相比，锥形外部环形表面82在截头圆锥形构件76的端部76a处具有相对较小的直径。此外，截头圆锥形构件76的端部76a连接到接触环78。因此，在截头圆锥形构件76的端部76a处，锥形外部环形表面82邻接接触环78的外部。锥顶84形成于截头圆锥形构件76的外部中在其端部76b处、邻近锥形外部环形表面82。锥形外部环形表面82和锥顶84每一个适于滑动地接合悬挂器主体48的直径减小部分52的内部。在数个示例性实施方案中，截头圆锥形构件76是接触环78、包括接触环78或者是该接触环的一部分。在数个示例性实施方案中，截头圆锥形构件76与接触环78一体地形成。

在示例性实施方案中，继续参考图4，接触环78具有大致环形的形状并且限定相对端部78a和78b。当锥心轴相对于可收缩膨胀锥58移位时，接触环78的内部适于滑动地接合锥心轴56的环形接触表面72。接触环78包括位于其端部78a处的端面85。端面85适于在操作坐封工具50期间由锥保持器60接合。此外，接触环78的端部78b连接到截头圆锥形构件76的端部76a。因此，在接触环78的端部78b处，接触环78的外部邻接截头圆锥形构件76的锥形外部环形表面82。在数个示例性实施方案中，接触环78大致为圆柱形形状。在数个示例性实施方案中，接触环78是截头圆锥形构件76、包括截头圆锥形构件76或者是该截头圆锥形构件的一部分。在数个示例性实施方案中，接触环78与截头圆锥形构件76一体地形成。

现在参考图5，示出了处于装配状态下的坐封工具50的部件，其包括锥心轴56、可收缩膨胀锥58、锥保持器60和刮泥器62。

在示例性实施方案中，如图5所示，可收缩膨胀锥58的接触环78的内部与锥心轴56的环形接触表面72接合并且围绕其周向地延伸。此外，截头圆锥形构件76的锥形内部环形表面80围绕锥心轴56的锥形环形表面68周向延伸，并且接合或几乎接合该锥心轴的锥形环形表面。因此，截头圆锥形构件76的端部76a位于锥形环形表面68的端部68a处或附近。锥心轴56在锥形环形表面68的端部68a处的相对较小的壁厚因此布置在截头圆锥形构件76的端部76a和接触环78的端部78b附近并位于其内部。此外，截头圆锥形构件76的锥顶84和端部76b位于锥形环形表面68的端部68b处或附近。当可收缩膨胀锥58接合悬挂器主体48的内部时，锥心轴56在锥形环形表面68的端部68b处的相对较大的壁厚因此适于支撑截头圆锥形构件76的锥顶84和端部76b。此外，在数个示例性实施方案中，锥心轴56在锥形环形表面68的端部68b处的壁厚提供了某种几何形状，该几何形状是使位于可收缩膨胀锥58的锥顶84正下方的锥心轴56的强度最大化所需的几何形状。

在示例性实施方案中，继续参考图5，锥保持器60被容纳在锥心轴56的外部环形凹槽70内并围绕其周向地延伸。在数个示例性实施方案中，锥保持器60包括一对开口环86，开口环保持器88和保持环90。然而，锥保持器60可以省略开口环86、开口环保持器88和保持环90中的一者或多者，以有利于适于接合可收缩膨胀锥58的一个或多个其他部件。此外，除了锥保持器60之外或作为其替代，可以利用另一种类型的锥保持器。在任何情况下，锥保持器60延伸超过外部环形凹槽70的外围并且适于接合可收缩膨胀锥58的接触环78。可收缩膨胀锥58因此被轴向地捕获在锥保持器60和锥心轴56的锥形环形表面68之间。在数个示例性实施方案中，刮泥器62容纳在锥心轴56的外部环形凹槽74内并由其保持。在该位置，刮泥器适于防止碎屑沉落在可收缩膨胀锥58的顶部上。

在操作中，根据如图6A至图6D所示的示例性实施方案，下入工具42连接在输送载体36的下端处(在图1中可见)。此外，可膨胀尾管悬挂器系统44以及因此相应的尾管柱46联接至下入工具42，并且使用输送载体36将下入工具42定位在套管柱40内。

首先参考图6A，可膨胀尾管悬挂器系统44经由下入工具42和输送载体36下入套管柱40中，直到悬挂器主体48的直径减小部分52位于套管柱40的内部并且在其下端部分处或附近。在该位置，尾管柱46从悬挂器主体48延伸并进入井筒38的“裸眼”部分(图1中所示)。在数个示例性实施方案中，一旦尾管柱46已经如上所述定位在井筒38中，则开始固井操作。例如，将水泥(未示出)泵入在尾管柱46和井筒38之间限定的环空中，以便将尾管柱46支撑在井筒38内。在数个示例性实施方案中，在定位尾管柱46和随后的固井操作期间，坐封工具50布置在悬挂器主体48内，但尚未与直径减小部分52的内部接合。

参考图6B，一旦悬挂器主体48被适当地定位并且固井操作完成，则利用坐封工具50以使悬挂器主体48径向膨胀。具体地说，当悬挂器主体48被定位在套管柱40的内部并靠近其下端部分时，锥心轴56在轴向方向92上移位，从而推动可收缩膨胀锥58接合悬挂器主体48的直径减小部分52的内部。在数个示例性实施方案中，通过增加在下入工具42和悬挂器主体48之间限定的环形空间94内的液压流体压力来移位锥心轴56和可收缩膨胀锥58。可收缩膨胀锥58和悬挂器主体48的直径减小部分52的内部的接合形成密封，使得坐封工具50充当悬挂器主体48内的液压活塞。另外，密封被包含到锥心轴56内部上以密封下入工具42，使得环形空间94内增加的液压流体压力作用在锥心轴56和可收缩膨胀锥58上。因此，环形空间94内的液压流体压力在方向92上推动坐封工具50。一旦已经达到足够的液压流体压力，锥心轴56和可收缩膨胀锥58即在轴向方向92上并相对于悬挂器主体48移位，使得可收缩膨胀锥58滑动地接合悬挂器主体48的直径减小部分52的内部并使其径向膨胀。在数个示例性实施方案中，除了通过增加环形空间94内的液压流体压力使可收缩膨胀锥58移位之外或作为其替代，通过利用下入工具42向锥心轴56施加轴向力来使可收缩膨胀锥58移位。

当可收缩膨胀锥58滑动地接合悬挂器主体48时，锥形外部环形表面82和锥顶84将径向力施加到直径减小部分52的内部，从而导致悬挂器主体48的外部径向膨胀。在数个示例性实施方案中，在悬挂器主体48膨胀期间，可收缩膨胀锥58的均匀横截面由锥心轴56完全径向支撑。此外，在悬挂器主体48的径向膨胀期间，锥心轴56在锥形环形表面68的端部68b处的相对较大的壁厚支撑锥顶84。悬挂器主体48的径向膨胀导致直径减小部分52的外部被推动与套管柱40的内部接合。因此，接触元件54膨胀为与套管柱40的内部接合。当直径减小部分52膨胀时，接触元件54与套管柱40的内部形成摩擦界面，因此将悬挂器主体48连接到套管柱40。在数个示例性实施方案中，接触元件54是圆柱形密封件、包括圆柱形密封件或者是圆柱形密封件的一部分，该圆柱形密封件由橡胶材料制成并且适于在直径减小部分52膨胀时与套管柱40的内部形成摩擦界面。在数个示例性实施方案中，接触元件54是多个套管卡瓦、包括多个套管卡瓦或者是多个套管卡瓦的一部分，所述多个套管卡瓦适于在直径减小部分52膨胀时接合或“咬”入套管柱40的内部。在数个示例性实施方案中，接触元件54与悬挂器主体48一体地形成，并且被设计成当悬挂器主体48膨胀时密封地接合套管柱40的内部。

另外参考图6C，在环形空间94内连续地施加液压，直到直径减小部分52的整个长度膨胀成接合套管柱40。此时，悬挂器主体48的膨胀完成并且尾管柱46坐封在井筒38内。一旦悬挂器主体48的膨胀完成，则必须从井筒38取回锥心轴56和可收缩膨胀锥58。然而，由于悬挂器主体48的材料性能以及使悬挂器主体48膨胀所需的相当大的力，因此在直径减小部分52的内部已经由可收缩膨胀锥58膨胀之后，该直径减小部分的内部恢复少量应变。由直径减小部分52的内部恢复的应变导致膨胀的悬挂器主体48阻碍可收缩膨胀锥58在与轴向方向92相反的轴向方向96上移位。

根据示例性实施方案，如图6D(i)至图6D(iii)所示，膨胀的悬挂器主体48的内部充当限制部，其用于防止或至少阻碍可收缩膨胀锥58的相应部分(包括至少锥顶84)在轴向方向96上并相对于悬挂器主体48移位。

如图6D(i)所示，坐封工具50的某些部件(包括至少可收缩膨胀锥58和锥保持器60)促进从悬挂器主体48分离坐封工具50。因此，通过首先使锥心轴56在轴向方向96上并相对于可收缩膨胀锥58和悬挂器主体48两者移位，将坐封工具50从悬挂器主体48分离。随着下入工具42和锥心轴56在轴向方向96上从膨胀的悬挂器主体48缩回，可收缩膨胀锥58的锥形内部环形表面80和锥心轴56的锥形环形表面68开始脱离。

如图6D(ii)所示，锥心轴56继续相对于可收缩膨胀锥58移位，直到锥保持器60接合接触环78的端面85。同时，锥形内部环形表面80和锥形环形表面68之间的间隙继续增大，直到最终可收缩膨胀锥58不被锥心轴56支撑。此外，在锥心轴56在轴向方向96上并相对于可收缩膨胀锥58移位期间，锥心轴56的环形接触表面72滑动地接合接触环78的内部。

如图6D(iii)所示，锥心轴56在轴向方向96上的随后移位推动可收缩膨胀锥58相对于悬挂器主体48移位。当可收缩膨胀锥58不被锥心轴56支撑时，可收缩膨胀锥58的厚度和材料性能允许其截头圆锥形构件76在锥顶84处径向向内压凸(bell)。因此，随着可收缩膨胀锥58在轴向方向96上并相对于悬挂器主体48被推动，截头圆锥形构件76在锥顶84处径向向内压凸。以这种方式，截头圆锥形构件76的向内压凸允许通过膨胀的悬挂器主体48的紧密配合内部分离坐封工具50。

在数个示例性实施方案中，通过消除对与包含例如夹头特征的膨胀锥相关联的不规则表面特征的需要，可收缩膨胀锥58防止或至少减少对施加到悬挂器主体48和/或可收缩膨胀锥58的任何减摩涂层的损伤。在数个示例性实施方案中，与包含例如夹头特征的常规膨胀锥相比，在悬挂器主体48的膨胀期间，可收缩膨胀锥58提供对施加到其的环向或径向应力分布型式(stress pattern)的附加结构抗力。在数个示例性实施方案中，与具有例如需要“引导锥”以进行有效膨胀的夹头特征的膨胀锥相比，可收缩膨胀锥58提供与悬挂器主体48的内部的密封界面，其中该悬挂器主体的内部与锥顶84重合，由此增加由环形空间94内的液压流体压力施加到坐封工具50上的轴向力。

在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58具有不间断的和/或均匀的周向壁厚，其操作以减少在悬挂器主体48膨胀期间传递至锥心轴56的应力。在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58具有均匀的横截面，其在表面硬化和/或其热处理之后优化了可收缩膨胀锥58的材料性能。

在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58限定连续、无狭缝的周向延伸主体。在数个示例性实施方案中，沿着可收缩膨胀锥58的纵向轴线延伸的平面截取的可收缩膨胀锥58的每个横截面基本相同。

在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58提供简单、具有成本效益且易于制造的膨胀锥，其防止或至少减少在分离坐封工具50期间对膨胀的悬挂器主体48造成损伤。在数个示例性实施方案中，可收缩膨胀锥58是一次性使用的膨胀锥，其降低了与镍合金和/或高铬合金悬挂器主体的膨胀有关的风险。

本公开介绍了一种可膨胀尾管悬挂器系统，该可膨胀尾管悬挂器系统包括：坐封工具，该坐封工具包括：锥心轴，该锥心轴限定锥形外部环形表面并且适于在第一轴向方向和第二轴向方向上移位；膨胀锥，该膨胀锥围绕锥心轴延伸并且限定锥形内部环形表面，当锥心轴在第一轴向方向上移位时，该锥形内部环形表面适于由锥形外部环形表面接合；以及锥保持器，该锥保持器从锥心轴延伸，并且当锥心轴在第二轴向方向上并相对于膨胀锥移位时适于接合膨胀锥；以及悬挂器主体，当锥心轴和膨胀锥在第一轴向方向上并相对于悬挂器主体移位时，该悬挂器主体适于由膨胀锥径向膨胀；其中，当锥保持器接合膨胀锥时，锥形内部环形表面从锥形外部环形表面脱离，从而使膨胀锥能够径向向内压凸。在示例性实施方案中，当悬挂器主体由坐封工具径向膨胀时，悬挂器主体适于固定地接合布置在井筒内的套管柱。在示例性实施方案中，可膨胀尾管悬挂器还包括尾管柱，该尾管柱连接到悬挂器主体并且适于在悬挂器主体固定地接合套管柱时延伸到井筒中超出套管柱。在示例性实施方案中，膨胀锥包括：接触环，当锥心轴在第二轴向方向上并相对于膨胀锥移位时，该接触环适于由锥保持器接合；以及截头圆锥形构件，该截头圆锥形构件连接到接触环并且限定锥顶，当膨胀锥在第一轴向方向上并相对于悬挂器主体移位时，该锥顶适于滑动地接合悬挂器主体并且使悬挂器主体径向膨胀。在示例性实施方案中，锥心轴的锥形外部环形表面限定第一端部和第二端部；锥心轴在第一端部处限定第一壁厚，并且在第二端部处限定第二壁厚；并且锥心轴的第一壁厚大于锥心轴的第二壁厚。在示例性实施方案中，当悬挂器主体由膨胀锥径向膨胀时，锥心轴的第一壁厚适于支撑包括至少锥顶的膨胀锥的一部分。在示例性实施方案中，锥心轴还限定外部环形凹槽和在外部环形凹槽与锥形外部环形表面之间延伸的环形接触表面；并且外部环形凹槽容纳锥保持器，从而将膨胀锥轴向地捕获在锥保持器和锥形外部环形表面之间。在示例性实施方案中，当锥心轴在第二轴向方向上并相对于膨胀锥移位时，环形接触表面滑动地接合接触环并且锥形内部环形表面从锥形外部环形表面脱离。在示例性实施方案中，在悬挂器主体径向膨胀并且锥形内部环形表面从锥形外部环形表面脱离之后，膨胀锥适于在第二轴向方向上并相对于悬挂器主体移位；并且当膨胀锥在第二轴向方向上并相对于悬挂器主体移位时，截头圆锥形构件适于在锥顶处径向向内压凸以允许将膨胀锥从悬挂器主体分离。在示例性实施方案中，当悬挂器主体由膨胀锥径向膨胀时，锥顶适于与悬挂器主体密封接合；并且锥顶与悬挂器主体的密封接合导致膨胀锥在第一轴向方向上并相对于悬挂器主体的移位通过悬挂器主体内的流体压力来实现。

本公开还介绍了一种将可膨胀尾管悬挂器系统安装在套管柱内的方法，该方法包括：将可膨胀尾管悬挂器系统定位在套管柱内，该可膨胀尾管悬挂器系统包括悬挂器主体和布置在悬挂器主体内的坐封工具，该坐封工具包括限定锥形外部环形表面的锥心轴和限定锥形内部环形表面的膨胀锥；将锥心轴的锥形外部环形表面与膨胀锥的锥形内部环形表面接合；通过使锥心轴和膨胀锥在第一轴向方向上并相对于悬挂器主体移位，使悬挂器主体径向膨胀以接合套管柱；使锥心轴在第二轴向方向上并相对于膨胀锥移位，以使锥形内部环形表面从锥形外部环形表面脱离，从而允许膨胀锥从悬挂器主体径向向内压凸；并且将膨胀锥从膨胀的悬挂器主体分离。在示例性实施方案中，可膨胀尾管悬挂器系统还包括连接到悬挂器主体的尾管柱；并且，当悬挂器主体由膨胀锥膨胀以接合套管柱时，尾管柱延伸到井筒中超出套管柱。在示例性实施方案中，坐封工具还包括从锥心轴延伸的锥保持器；并且使膨胀锥从膨胀的悬挂器主体分离包括使膨胀锥与锥保持器接合且使膨胀锥在第二轴向方向上并相对于悬挂器主体移位。在示例性实施方案中，锥心轴还限定外部环形凹槽和在外部环形凹槽与锥形外部环形表面之间延伸的环形接触表面；并且外部环形凹槽容纳锥保持器，从而将膨胀锥轴向地捕获在锥保持器和锥形外部环形表面之间。在示例性实施方案中，当锥心轴在第二轴向方向上并相对于膨胀锥移位以使锥形内部环形表面从锥形外部环形表面脱离时，锥心轴的环形接触表面滑动地接合接触环。在示例性实施方案中，膨胀锥包括接触环和连接到接触环的截头圆锥形构件，该截头圆锥形构件限定锥顶；并且使悬挂器主体径向膨胀以接合套管柱包括使包括至少锥顶的截头圆锥形构件与悬挂器主体的直径减小部分滑动地接合，从而向悬挂器主体施加径向向外的力。在示例性实施方案中，使悬挂器主体径向膨胀以接合套管柱还包括使锥顶与悬挂器主体密封接合且使用悬挂器主体内的流体压力实现膨胀锥在第一轴向方向上的移位。在示例性实施方案中，锥心轴的锥形外部环形表面限定第一端部和第二端部；锥心轴在第一端部处限定第一壁厚，并且在第二端部处限定第二壁厚；并且锥心轴的第一壁厚大于锥心轴的第二壁厚。在示例性实施方案中，当悬挂器主体由膨胀锥径向膨胀时，锥心轴的第一壁厚适于支撑包括至少锥顶的截头圆锥形构件的一部分。在示例性实施方案中，使膨胀锥包括在悬挂器主体径向膨胀并且锥形内部环形表面从锥形外部环形表面脱离之后，使膨胀锥在第二轴向方向上并相对于悬挂器主体移位；并且，当膨胀锥在第二轴向方向上并相对于悬挂器主体移位时，截头圆锥形构件适于在锥顶处径向向内压凸以允许将膨胀锥从悬挂器主体分离。

应当理解，可在不脱离本公开的范围的情况下对前述内容进行改变。

在数个示例性实施方案中，各种说明性示例实施方案的元素和教导可以全部或部分地结合在说明性示例实施方案的一些或全部中。另外，各种说明性示例实施方案的元素和教导中的一个或多个可以至少部分地被省略，和/或至少部分地与各种说明性实施方案的其他元素和教导中的一个或多个相结合。

任何空间参考诸如像“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“之间”、“底部”、“竖直”、“水平”、“成角度”、“向上”、向下”、“侧到侧”、“从左到右”、“从右到左”、“从顶部到底部”、“从底部到顶部”、“顶部”、“底部”、“自底向上”、“自顶向下”等仅仅是为了说明的目的，并不限制上述结构的特定取向或位置。

在数个示例性实施方案中，尽管将不同的步骤、过程和程序描述为表现为不同的动作，但是也可以按照不同的顺序、同时和/或顺序地执行步骤的一个或多个、过程的一个或多个和/或程序的一个或多个。在数个示例性实施方案中，步骤、过程和/或程序可以合并为一个或多个步骤、过程和/或程序。

在数个示例性实施方案中，可以省略每个实施方案中的操作步骤中的一个或多个。此外，在一些情况下，本公开的一些特征可以在没有相应地使用其他特征的情况下被采用。此外，上述实施方案和/或变型中的一个或多个可以全部或部分地与上述其他实施方案和/或变型中的任何一个或多个组合。

虽然上文已经详细描述了数个示例性实施方案，但是所描述的实施方案仅是示例性的并且不是限制性的，并且本领域技术人员将容易理解，在本质上不偏离本公开的新颖性教导和优点的情况下，可在示例性实施方案中进行许多其他修改、改变和/或替换。因此，所有这些修改、改变和/或替换都旨在被包括在如所附权利要求中所限定的本公开的范围内。在权利要求中，任何装置加功能条款旨在涵盖本文用于执行所述功能的结构，且其不仅涵盖了结构等同物，而且涵盖了等同结构。此外，除在权利要求中与相关功能一起使用了词语“装置”表述的情况外，本申请人的表述含意不援引35U.S.C.§112，段落6来对本文任何权利要求进行任何限制。

Claims (20)

1.一种可膨胀尾管悬挂器系统，其包括：

坐封工具，其包括：

锥心轴，所述锥心轴限定锥形外部环形表面并且适于在第一轴向方向和第二轴向方向上移位；

膨胀锥，所述膨胀锥围绕所述锥心轴延伸，所述膨胀锥限定锥顶和锥形内部环形表面，当所述锥心轴在所述第一轴向方向上移位时，所述锥形内部环形表面适于由所述锥形外部环形表面接合；以及

锥保持器，所述锥保持器连接到所述锥心轴，并且当所述锥心轴在所述第二轴向方向上并相对于所述膨胀锥移位时，所述锥保持器适于接合所述膨胀锥；

以及

悬挂器主体，所述悬挂器主体具有直径减小部分，当所述锥心轴和所述膨胀锥在所述第一轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位时，所述直径减小部分适于由所述膨胀锥接合并径向膨胀；

其中，当所述锥保持器接合所述膨胀锥时，所述锥形内部环形表面从所述锥形外部环形表面脱离，使得允许所述膨胀锥径向向内压凸；以及

其中，所述膨胀锥和所述悬挂器主体的直径减小部分的接合形成密封，使得所述坐封工具充当所述悬挂器主体内的液压活塞。

2.根据权利要求1所述的可膨胀尾管悬挂器系统，其中，当所述悬挂器主体由所述坐封工具径向膨胀时，所述悬挂器主体适于固定地接合布置在井筒内的套管柱。

3.根据权利要求2所述的可膨胀尾管悬挂器系统，其还包括尾管柱，所述尾管柱连接到所述悬挂器主体并且适于在所述悬挂器主体固定地接合所述套管柱时延伸到所述井筒中超出所述套管柱。

4. 根据权利要求1所述的可膨胀尾管悬挂器系统，其中所述膨胀锥包括：

接触环，当所述锥心轴在所述第二轴向方向上并相对于所述膨胀锥移位时，所述接触环适于由所述锥保持器接合；以及

截头圆锥形构件，所述截头圆锥形构件连接到所述接触环并且限定所述锥顶，当所述膨胀锥在所述第一轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位时，所述锥顶适于滑动地接合所述悬挂器主体并且使所述悬挂器主体径向膨胀。

5.根据权利要求4所述的可膨胀尾管悬挂器系统，

其中所述锥心轴的所述锥形外部环形表面限定第一端部和第二端部；

其中所述锥心轴在所述第一端部处限定第一壁厚，并且在所述第二端部处限定第二壁厚；并且

其中所述锥心轴的所述第一壁厚大于所述锥心轴的所述第二壁厚。

6.根据权利要求5所述的可膨胀尾管悬挂器系统，其中，当所述悬挂器主体由所述膨胀锥径向膨胀时，所述锥心轴的所述第一壁厚适于支撑至少包括所述锥顶的所述膨胀锥的一部分。

7. 根据权利要求4所述的可膨胀尾管悬挂器系统，

其中所述锥心轴还限定外部环形凹槽和在所述外部环形凹槽与所述锥形外部环形表面之间延伸的环形接触表面；并且

其中所述外部环形凹槽容纳所述锥保持器，从而将所述膨胀锥轴向地捕获在所述锥保持器和所述锥形外部环形表面之间。

8.根据权利要求7所述的可膨胀尾管悬挂器系统，其中，当所述锥心轴在所述第二轴向方向上并相对于所述膨胀锥移位时，所述环形接触表面滑动地接合所述接触环并且所述锥形内部环形表面从所述锥形外部环形表面脱离。

9. 根据权利要求4所述的可膨胀尾管悬挂器系统，

其中在所述悬挂器主体径向膨胀并且所述锥形内部环形表面从所述锥形外部环形表面脱离之后，所述膨胀锥适于在所述第二轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位；并且

其中，当所述膨胀锥在所述第二轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位时，所述截头圆锥形构件适于在所述锥顶处径向向内压凸以允许将所述膨胀锥从所述悬挂器主体分离。

10.根据权利要求4所述的可膨胀尾管悬挂器系统，

其中所述锥顶与所述悬挂器主体的所述密封接合导致所述膨胀锥在所述第一轴向方向上并相对于所述悬挂器主体的所述移位通过所述悬挂器主体内的流体压力来实现。

11.一种将可膨胀尾管悬挂器系统安装在套管柱内的方法，所述方法包括：

将所述可膨胀尾管悬挂器系统定位在所述套管柱内，所述可膨胀尾管悬挂器系统包括悬挂器主体和布置在所述悬挂器主体内的坐封工具，所述坐封工具包括：限定锥形外部环形表面的锥心轴；以及限定锥形内部环形表面和锥顶的膨胀锥；

将所述锥心轴的所述锥形外部环形表面与所述膨胀锥的所述锥形内部环形表面接合；

通过使所述锥心轴和所述膨胀锥在第一轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位，使所述悬挂器主体径向膨胀以接合所述套管柱，从而所述膨胀锥接合并径向膨胀所述悬挂器主体的直径减小部分；

使所述锥心轴在第二轴向方向上并相对于所述膨胀锥移位，以使所述锥形内部环形表面从所述锥形外部环形表面脱离，从而允许所述膨胀锥从所述悬挂器主体径向向内压凸；并且

将所述膨胀锥从所述膨胀的悬挂器主体分离；

其中，所述膨胀锥和所述悬挂器主体的直径减小部分的接合形成密封，使得所述坐封工具充当所述悬挂器主体内的液压活塞。

12. 根据权利要求11所述的方法，

其中所述可膨胀尾管悬挂器系统还包括连接到所述悬挂器主体的尾管柱；并且

其中，当所述悬挂器主体由所述膨胀锥膨胀以接合所述套管柱时，所述尾管柱延伸到井筒中超出所述套管柱。

13. 根据权利要求11所述的方法，

其中所述坐封工具还包括从所述锥心轴延伸的锥保持器；并且

其中使所述膨胀锥从所述膨胀的悬挂器主体分离包括使所述膨胀锥与所述锥保持器接合且使所述膨胀锥在所述第二轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位。

14. 根据权利要求13所述的方法，

其中所述锥心轴还限定外部环形凹槽和在所述外部环形凹槽与所述锥形外部环形表面之间延伸的环形接触表面；并且

其中所述外部环形凹槽容纳所述锥保持器，从而将所述膨胀锥轴向地捕获在所述锥保持器和所述锥形外部环形表面之间。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述锥心轴在所述第二轴向方向上并相对于所述膨胀锥移位以使所述锥形内部环形表面从所述锥形外部环形表面脱离时，所述锥心轴的所述环形接触表面滑动地接合所述接触环。

16. 根据权利要求11所述的方法，

其中所述膨胀锥包括接触环和连接到所述接触环的截头圆锥形构件，所述截头圆锥形构件限定所述锥顶；并且

其中使所述悬挂器主体径向膨胀以接合所述套管柱包括使至少包括所述锥顶的所述截头圆锥形构件与所述悬挂器主体的直径减小部分滑动地接合，从而向所述悬挂器主体施加径向向外的力。

17.根据权利要求16所述的方法，其中使所述悬挂器主体径向膨胀以接合所述套管柱还包括使用所述悬挂器主体内的流体压力实现所述膨胀锥在所述第一轴向方向上的移位。

18.根据权利要求16所述的方法，

其中所述锥心轴的所述锥形外部环形表面限定第一端部和第二端部；

其中所述锥心轴在所述第一端部处限定第一壁厚，并且在所述第二端部处限定第二壁厚；并且

其中所述锥心轴的所述第一壁厚大于所述锥心轴的所述第二壁厚。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述悬挂器主体由所述膨胀锥径向膨胀时，所述锥心轴的所述第一壁厚适于支撑至少包括所述锥顶的所述截头圆锥形构件的一部分。

20. 根据权利要求16所述的方法，

其中使所述膨胀锥分离包括在所述悬挂器主体径向膨胀并且所述锥形内部环形表面从所述锥形外部环形表面脱离之后，使所述膨胀锥在所述第二轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位；并且

其中，当所述膨胀锥在所述第二轴向方向上并相对于所述悬挂器主体移位时，所述截头圆锥形构件适于在所述锥顶处径向向内压凸以允许将所述膨胀锥从所述悬挂器主体分离。

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