CN108699896A - 带有内套管悬挂器封隔器的井口组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了各种井口组件。在一个实施例中，所述井口组件包括密封组件(42)，所述密封组件紧靠井口悬挂器的内表面(46)和井口主体的内表面(34)进行密封。所述井口悬挂器的尺寸可以被设计成使得所述悬挂器的上部具有邻接所述井口内表面的外表面。

Description

带有内套管悬挂器封隔器的井口组件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月1日提交的题为“带有内套管悬挂器封隔器的井口组件”的欧洲专利申请号EP 15306906.7的优先权，所述欧洲专利申请的全部内容通过援引并入本文。

背景技术

本部分旨在向读者介绍可能与当前所描述的实施例的各方面相关的技术的各种方面。本讨论被认为有助于向读者提供背景信息，以便更好地理解当前实施例的各种方面。因此，应该理解，这些陈述应当从这个角度来理解，而不是理解为对现有技术的承认。

为了满足消费者和工业对自然资源的需求，公司经常投入大量的时间和金钱从地球上寻找和提取石油、天然气和其他地下资源。特别地，一旦发现所期望的地下资源(例如石油或天然气)，通常就会采用钻探和生产系统来获取和提取资源。取决于所期望资源的位置，这些系统可以位于陆上或海上。进一步地，这种系统总体包括安装在井上的井口组件，通过所述井来获取或提取资源。这些井口组件可以包括便于钻探或生产操作的各种各样的部件，比如各种套管、阀门、悬挂器、泵、流体导管等。

如将理解的，各种管柱可以通过井口组件进入井内。例如，井通常衬有套管，所述套管一般用于使井稳定并使井筒内的流体与井穿透的某些地层相隔离(例如，为防止淡水储层被污染)。这种套管经常从井口组件中的悬挂器上悬挂在井中，并且在井内胶结就位。在固井作业的期间，水泥可以沿井内的套管柱向下泵送出套管柱的底部，然后被向上泵送到套管柱周围的环形空间。然后使水泥凝固在环形空间中。

用封隔器或封隔组件将悬挂器密封至井口。传统上，悬挂器封隔组件(所述悬挂器封隔组件将悬挂器下方的环形空间与悬挂器上方的井口密封隔开)位于井口的内表面与悬挂器的外表面之间。在某些情况下，悬挂器可能已经下放，使得悬挂器的中心轴线相对于井口的和井筒的中心轴线成角度或“倾斜”。遗憾地是，这增加了安装悬挂器封隔器所需的工作量，因为倾斜的悬挂器的一侧的空间可能不足以容纳环形封隔组件。

发明内容

下文阐述了本文公开的一些实施例的某些方面。应该理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供本发明可能采取的某些形式的简要概述，并且这些方面不旨在限制本发明的范围。实际上，本发明可以涵盖没有在下面阐述的各种方面。

本公开的实施例总体涉及悬挂器和用在井口中的封隔组件。在一些情况下，所述封隔组件紧靠所述井口主体的内表面和所述悬挂器的内表面进行密封。这种密封构型有利于确定悬挂器的(例如，套管悬挂器的、油管悬挂器的)上部的外表面直径的大小，以紧密匹配头的(例如，套管头的、油管头的)内表面直径。所述两个表面之间的紧公差在安装期间引导悬挂器，降低了悬挂器在下放时倾斜的可能性。在某些实施例中，其还可以降低悬挂器与井口主体间的碎屑截留，提高了井口组件的耐磨性。

关于本实施例的各个方面，可能存在对以上提及的各种特征的改进。进一步的特征也可以并入到这些各种各样的方面中。这些改进和附加特征可独立存在或以任何组合形式存在。例如，下面关于一个或多个所示实施例讨论的各种特征可以单独或以任何组合形式并入到本公开的任何上述方面中。同样地，以上简要概述仅旨在使读者熟悉一些实施例的某些方面和背景，而不限制所要求保护的主题。

附图说明

当参考附图阅读下面的详细描述时，某些实施例的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中贯穿附图的相同字符表示相同的部分，其中：

图1总体描绘了根据本公开的一个实施例的可以被安装在井中的各种部件，包括一个或多个管柱和相关联的悬挂器和井口主体；

图2是根据本公开的一个实施例的悬挂器的截面图，所述悬挂器安装在井口并联接至送入工具；

图3是根据本公开的一个实施例的图2的悬挂器的截面图，所述悬挂器脱离送入工具并且具有悬挂器封隔器；并且

图4是根据本公开的一个实施例的悬挂器和带有金属密封特征的悬挂器封隔组件的截面图。

具体实施方式

下面描述本公开的具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可能没有在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，为了实现开发者的具体目标，必须做出许多实施方式特定的决定，例如遵守系统相关和商业相关的约束，所述约束可能随实施方式的不同而变化。此外，应当认识到，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，这仍然是设计、制造和生产的常规任务。

当介绍各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包含”、“包括”、和“具有”应当是包容性的并且表示除了所列出的元件外可能还存在其他元件。此外，使用“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、其他方向性术语以及这些术语的变体是为了方便起见，而不要求部件的任何特定取向。

现在转到本公开的附图，图1根据一个实施例示出了系统10。显而易见地，系统10是便于通过井14从储层12中提取诸如石油的资源的生产系统。井口设备16安装在井14上。如图所示，井口设备16包括至少一个井口主体，诸如套管头18和油管头20，以及设置在主体中的井口悬挂器22。但是井口设备16的部件在不同应用中可以不同，并且可以包括各种套管头、油管头、线轴、悬挂器、密封组件、填料函、泵三通、和压力表，这里仅列举几种可能性。

井口悬挂器22可被放置在中空的井口主体内(例如，油管头和套管头内)的下放台肩24上。这些下放台肩24可以是油管头和套管头的整体部分或者可由其他部件提供，例如设置在油管头和套管头中的密封组件或下放环。每个悬挂器22可以被连接至悬吊在井14内的管柱，例如油管柱26或套管柱28。井14可以包括单个套管柱28或包括多个不同直径的套管柱28。任何合适的装置或机器都可以被用于通过井口将管柱送入井中，并且将附接至管柱的悬挂器安装在井口中。

例如，联接至悬挂器送入工具30的顶部驱动器可用于将套管悬挂器22下放到套管头18中，如图2所示。所示的套管悬挂器22具有与套管头18的内直径“B”紧密匹配的外直径“A”，悬挂器外表面32的上部的轮廓与套管头内表面34的轮廓互补。因此，当套管头18下降时，这两个表面32、34的相互作用或邻接引导悬挂器22，有助于确保悬挂器的纵向轴线36与头的纵向轴线38保持同轴。也就是说，悬挂器的纵向轴线36相对于头的纵向轴线38不“倾斜”，进而，相对于井筒的纵向轴线也不“倾斜”。通过提供机械引导，悬挂器可以被更加高效地安装，并且不易出现人为错误。

使悬挂器22下降到头18中，直到悬挂器上的坡面接合负载台肩24，所述负载台肩位于所述头上并且支撑悬挂器22和螺纹连接至悬挂器22的套管柱28。负载台肩24防止悬挂器22进一步向下移动，而悬挂器和头的互补轮廓防止悬挂器的侧向移动，特别是朝向悬挂器22的顶部移动。这进而防止了悬挂器在受到侧向力或力矩时发生倾斜。这两个表面的紧密配合和互补性质也阻止了碎屑进入这两个部件之间，甚至在安装封隔器之前(如下所述)。实际上，与传统设计相比，这种安排的益处可以在于安装封隔器之前不需要清洗步骤来清洁套管悬挂器(同样，如下所述)。

套管柱28通常在井内胶结就位。在一些情况下，水泥沿套管柱28向下泵送并进入套管柱28周围的环形空间。然后可以用顶替液(例如，钻井泥浆)沿套管柱28向下泵送栓塞，以将套管柱中添加的水泥从底部总体推出并进入环形空间。当水泥充满环形空间时，在胶结开始之前，水泥将置换环形空间中存在的钻井泥浆。这使得被置换的钻井泥浆沿井向上流至井口。所示的悬挂器22包括一个或多个通道40，通常被称为沟槽或旁通孔，所述一个或多个通道允许钻井泥浆和/或水泥绕套管悬挂器流动。

图3示出了与悬挂器送入工具30(图2)脱离的下放的套管悬挂器22。位于悬挂器22的上部的封隔组件42将现在胶结的环空43与悬挂器22上方的井筒部分密封隔开。与传统的封隔组件不同，所示的封隔器42紧靠悬挂器22的径向内表面46进行密封。例如，封隔器42具有延伸的下部，所述下部携带主要的下弹性体密封件48和备用密封件50，所述密封件可以是S形密封件或弹性体O形环密封件。封隔组件42的上部携带紧靠头34的内表面进行密封的两个上弹性体密封件52。一旦安装，封隔组件的密封件48、50和52配合以防止井筒压力从胶结环空43流出到位于套管悬挂器22上方的井筒部分。此外，与密封件位于环形封隔组件两侧的传统封隔组件相比，所有这些密封件都位于封隔组件的径向外侧或外侧使得耐磨性被提高。

封隔器的内直径“C”的大小可以等于或大于套管柱的内直径“D”。这为套管柱提供了“全筒通道”，并且确保了封隔器不对井下工具进入例如井筒和套管柱28的通道产生限制。

锁定机构54将封隔组件42固定到套管头18上，在某些实施例中，使得封隔组件阻止悬挂器22向上移动并且挤压封隔器的某些密封件(对封隔器的某些密封件提供能量)。例如，可以使用封隔器送入工具使封隔组件42下降到悬挂器上，所述封隔器送入工具未示出但类似的封隔器送入工具是被熟知的。悬挂器22和封隔组件42上的互补表面56和58接合以将封隔器下放在头中的期望位置，类似于控制套管悬挂器22在套管头18内的定位的下放台肩24的操作。

一旦下放，就可以用封隔器送入工具(未示出)来致动锁定机构54。图3的右侧描绘了处于解锁构型中的锁定机构54。封隔器送入工具可以旋转凸轮60，使得销62前进通过Z形槽，使得凸轮60向下移动并且进入图3左侧所示的位置。凸轮60的向下运动将锁定构件64径向向外推动并与套管头18中的互补凹陷66接合。

固定的封隔组件为胶结环空43中潜在地井筒压力提供密封益处。例如，封隔组件的密封件和各自的密封件表面之间的紧密配合限制了弹性体密封件可能挤出的间隙。进而，由于挤出受到限制，当井筒压力轴向施加在密封件上时，密封件径向膨胀，改善了套管悬挂器和套管头之间的密封。

图4示出了封隔组件42的另一实施例。这里，封隔组件的密封件是金属密封件68，例如CAHN密封件。

虽然在附图中通过示例示出了具体实施例并且在本文对其进行了详细描述，但是本公开的各方面可以有各种修改和替代形式。然而应当理解，本发明不应局限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落在随后所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

Claims (6)

1.一种井口组件，包括：

井口主体；

设置在所述井口主体中的井口悬挂器；

密封组件，包括：

紧靠所述悬挂器的内表面进行密封的第一密封件；和紧靠所述主体的内表面进行密封的第二密封件。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述密封组件包括锁定机构。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一或第二密封件中的至少一者是弹性体。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一或第二密封件中的至少一者是金属密封件。

5.一种井口组件，包括：

具有下放台肩的井口主体；

由所述下放台肩支撑在所述井口中的井口悬挂器，所述悬挂器包括设置在所述下放台肩上方的上部，其中所述上部邻接所述井口主体的内表面。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述下放台肩与所述井口主体是一体的。