CN109477365A - 自上而下的挤压系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种转向器组件，包括管件区段和设置在其中的一个或多个套筒构件。所述管件区段包括孔，所述孔可与设置在所述管件区段内的内套筒的孔选择性地对准。所述管件区段包括一系列止动件(例如，剪切销)，以用于阻止所述第一套筒在所述管件区段的钻孔内移动。第一种一个或多个球座包括在所述第一套筒中，使得第一球的部署和所述第一球上方的井的加压致使第一组剪切销失灵，从而允许所述第一套筒向井下滑动以致使所述套筒的孔与所述管件区段的孔对准，从而致使流体流动到所述管件区段与井筒壁之间的环空。

Description

自上而下的挤压系统和方法

背景技术

本公开涉及油气勘探和生产，并且更具体地涉及与将水泥递送到井筒相结合使用的完井工具。

在各种深度处钻井，以便获取和生产石油、天然气、矿物质和来自地下地质构造的其他天然生成的沉积物。

水硬性水泥组合物通常用于完成被钻探来重新获得此类沉积物的油井和气井。例如，水硬性水泥组合物可在初次固井操作中用于在井筒中粘固套管柱。在这种操作中，将水硬性水泥组合物泵送到井筒壁与设置在其中的套管柱外部之间的环形空间中。在泵送之后，组合物凝固在环形空间中，以在套管周围形成硬化水泥外壳。水泥外壳在井筒中物理地支撑套管柱并将其定位在井筒中，以防止流体和气体在井筒穿透的区域或地层之间进行非期望的迁移。

附图说明

以下附图被包括以用于示出本公开的某些方面，并且不应被视作排他性实施方案。所公开的主题能够在不脱离本公开的范围的情况下在形式和功能上进行相当多的修改、改变、组合以及等效化。

图1示出海上井的示意图，其中工具管柱根据说明性实施方案进行部署；

图2示出陆上井的示意图，其中工具管柱根据说明性实施方案进行部署；

图3示出转向器组件的示意性剖视图；

图3A示出图3的转向器组件的外套筒的细节图；

图4示出图3的转向器组件的一部分的示意性剖视图，其具有组装夹具的部件；

图5示出图3的转向器组件的示意性剖视图，其具有组装夹具的部件；

图6示出处于插入配置的图3的转向器组件的示意性剖视图；

图7示出图3的转向器组件的示意性剖视图，其在此被示出为已接收第一球并且其中中间套筒已移动到第二位置以打开转向器组件的孔；

图8示出在第一球已被挤出通过内套筒之后的图3的转向器组件的示意性剖视图；

图9示出图3的转向器组件的示意性剖视图，其在此被示出为已接收第二球并且其中中间套筒已移动到第三位置以闭合转向器组件的孔；

图10示出在第二球已被挤出通过内套筒之后的图3的转向器组件的示意性剖视图；

图11示出处于插入配置的转向器组件的实施方案的示意性剖视图；

图12示出图11的转向器组件的示意性剖视图，其在此被示出为已接收第一球；

图13示出在转向器组件的内套筒已从第一位置移动到第二位置以打开转向器组件的孔之后的图11的转向器组件的示意性剖视图；

图14示出图11的转向器组件的示意性剖视图，其在此被示出为已接收第二球；

图15示出在转向器组件的内套筒已从第二位置移动到第三位置以闭合转向器组件的孔之后的图11的转向器组件的示意性剖视图；

图16示出在第二球已被挤出通过第二挤出盘之后的图11的转向器组件的示意性剖视图；

图17示出在第一球和第二球已被挤出通过第一挤出盘之后的图11的转向器组件的示意性剖视图；

图18示出处于插入配置的转向器组件的实施方案的示意性剖视图；

图19示出图18的转向器组件的示意性剖视图，其在此被示出为已在下部套筒的第一可挤出座处接收第一球；

图20示出在下部套筒已从第一位置移动到第二位置并且转向器组件已对应地从第一配置移动成第二配置以打开转向器组件的孔之后的图18的转向器组件的示意性剖视图；

图21示出图18的转向器组件的示意性剖视图，其在此被示出为已在上部套筒的第二可挤出座处接收第二球；

图22示出在转向器组件的上部套筒已从第一位置移动到第二位置并且转向器组件已对应地从第二配置移动成第三配置以闭合转向器组件的孔之后的图18的转向器组件的示意性剖视图；并且

图23示出在第一球已挤出通过第一可挤出座并且第二球已挤出通过第二挤出盘的第二可挤出座之后的图18的转向器组件的示意性剖视图。

所示附图仅是示例性的，而不旨在主张或暗示对其中可实现不同实施方案的环境、架构、设计或方法的任何限制。

具体实施方式

在说明性实施方案的以下详述中，参考形成其一部分的附图。对这些实施方案的描述足够详细以使得本领域技术人员能够实践本发明，并且应理解，可利用其他实施方案并在不背离本发明的精神或范围的情况下，可进行逻辑结构、机械、流体、电子和化学方面的改变。为了避免对本领域技术人员能够实践本文所述实施方案不必要的细节，描述可省略本领域技术人员已知的某些信息。因此，以下详述不具有限制性意义，并且说明性实施方案的范围仅由所附权利要求限定。

在初次固井之后，在一些情况下，可能需要粘固井筒的在井筒的先前粘固的部分上方延伸的一部分。在这种情况下，可以采用“挤压”操作，其中在井筒的井段中从上到下地(即，向井下)部署水泥。本公开涉及用于使井筒中的流体转向的子组件、系统和方法，例如，将水泥浆从工作管柱(例如钻柱、联顶管柱、完井管柱或类似的油管柱)转向到管柱的外表面与井筒壁之间的环空，以在井段上形成水泥边界，并将井筒与周围的地理区域或其他井筒壁隔离。

所公开的子组件、系统和方法允许操作者在传统的固井操作之后立即执行自上而下的挤压固井操作，并且然后在完成挤压作业时返回到标准的循环路径。为此，公开了一种转向器组件，其能够允许基于顶替的设备(例如，水泥顶替刮镖)和流体经过其中心并继续向井下行进，同时保持打开提供到子组件外部的环空的路径的球致动端口或孔的能力。打开孔以使流体从工具管柱转向，来使水泥浆或类似流体沿着环空向井下流动，从而执行自上而下的固井或“挤压”操作。在水泥循环之后，可以闭合孔，使得工具管柱可被加压以设置工具(诸如衬管悬挂器)。除了衬管悬挂器或其他工具之外，闭合也可以是球致动的。为此，第二球可用于关闭阀门，并且还可用于从转向器组件向井下致动和设置衬管悬挂器或类似工具。

由于许多原因，可以这种方式进行固井。例如，规则要求可能需要对某一井筒区域进行固井，所述井筒区域在贴近先前粘固区域且在其上方的发现碳氢化合物的区域井上，或者水泥井段可从井底总成接收水泥并受益于从井段的顶部施加的额外的水泥。

现转到附图，图1示出操作工具管柱128的海上平台142的示意图，所述工具管柱128包括根据说明性实施方案的转向器组件100，其可用于自上而下的挤压操作或用于设置衬管悬挂器。可部署图1中的转向器组件100，以使得能够在从转向器组件100向井下的区域148中施加自上而下的挤压操作，并且从转向器组件100向井下设置衬管悬挂器150。工具管柱128可以是钻柱、完井管柱、联顶管柱或用于完井或维护井的其他合适类型的工作管柱。在图1的实施方案中，工具管柱128被部署穿过借助海上平台142接近的水下井138中的防喷器139。如本文所述，“海上平台”142可以是浮动平台，即锚固到海床140或船只的平台。

可替代地，图2示出钻机104的示意图，其中工具管柱128被部署到陆基井102。工具管柱128包括根据说明性实施方案的转向器组件100。钻机104定位在井102的地面124处。井102包括井筒130，所述井筒130从井102的地面124延伸到地下底层或地层。在图2中在陆上示出井102和钻机104。

图1和图2各自示出转向器组件100的可能的使用或部署，其在任一情况下都可用于工具管柱128中，以施加自上而下的挤压操作并且随后有助于设置衬管悬挂器或使用另一个井下装置。在图1和图2所示的实施方案中，井筒130已经通过钻探过程形成，其中借助于通过钻柱操作的钻头从地层切去泥土、岩石和其他地下物质以形成井筒130。在钻探过程期间或之后，井筒的一部分可被套有套管146。有时，可能需要通过工作管柱部署水泥，以在套管146上方的井的无套管区域148中形成套管。在一些实施方案中，工作管柱可以是衬管铺设管柱。这通常在自上而下的挤压操作中进行，其中水泥通过工作管柱递送到井筒，并且通过将水泥转向到井筒130的壁与工具和衬管管柱/套管柱128之间的环空136并施加压力而挤压到地层中。

工具管柱128可以指的是作为单个部件的管、心轴或管道的集合，或者可替代地指的是包括管柱的单个管、心轴或管道。转向器组件100可以用于其他类型的工具管柱或其部件中，其中期望将流体流从工具管柱的内部转向到工具管柱的外部。如本文所述，术语工具管柱在本质上不意味着是限制性的，并且可包括铺设工具或在完井和维护操作中使用的任何其他类型的工具管柱。在一些实施方案中，工具管柱128可包括通道，所述通道纵向地设置在工具管柱128中并且能够允许井102的地面124与井下位置134之间的流体连通。

工具管柱128的下降可以通过与定位在钻机104或海上平台142上或附近的井架114相关联的提升组件106来实现。提升组件106可包括挂钩110、缆线108、游车(未示出)和提升机(未示出)，它们一起协同工作，以提升或降低与工具管柱128的上端联接的旋转接头116。可以根据需要升高或降低工具管柱128，以将附加的管件部分添加到工具管柱128，从而将工具管柱128的远端定位在井筒130中的井下位置134处。流体供应源(未示出)可用于将流体(例如，水泥浆)递送到工具管柱128。流体供应源可包括加压装置(诸如泵)，以用于将正向加压流体递送到工具管柱128。

在图3中示出转向器组件200的说明性实施方案。转向器组件200包括管件区段202，所述管件区段202可插入在工具管柱的上部部分与下部部分之间，或插入到设置在其中的管路中。管件区段202在井上端部处具有入口224，并且在井下端部处具有出口226。管件区段202还可具有有着第一直径的主钻孔266和有着大于第一直径的第二直径的次钻孔268。主钻孔266在肩部248处过渡到次钻孔268

外套筒204定位在次钻孔268内并且具有允许外套筒204紧密地装配在次钻孔268内的外径。外套筒204的内径小于次钻孔268的直径，使得肩部248支撑外套筒204的基部并且在外套筒204的内径下方延伸。外套筒204包括外孔(销孔)234，所述外孔(销孔)234与管件区段202的对准孔(销孔)230对准。外套筒204还包括孔229(示出为通孔)，所述孔229在外套筒204安装在管件区段202内时与管件区段202的管件区段孔228(示出为通孔)对准。管件区段孔228可称为第一组孔。外套筒204可通过外卡环220保持在管件区段202内的适当位置，所述外卡环220紧固在形成于次钻孔268中的凹槽内。

在图3A中示出外套筒204的细节图。如图所示，外套筒204可以由多个部分形成。在所示的实例中，外套筒204由上部外套筒204a、包括外套筒孔229的中间外套筒204c和包括狭槽246和外销孔234的下部外套筒204c形成。为了在外套筒孔229的上方和下方形成流体密封，可以在上部外套筒204a与中间外套筒204b之间以及中间外套筒204b与下部外套筒204c之间放置密封件。密封件可包括内密封环291和外密封环292，其具有楔形交接面，以用于在密封件的所有四个侧面(上方、下方、内圆周和外圆周)上形成压缩密封。为了生成竖直压缩，密封件可以由上部外套筒204a、中间外套筒204b和下部外套筒204c进行竖直压缩。为了生成径向压缩，内密封环291可具有外楔形表面293，并且外密封环292可以具有互补的内楔形表面294。在一个实施方案中，楔形表面可以略微不同，以在密封件的较高压力侧提供较高的径向压力并提供塑性流动和材料弹性。为此，内楔形表面294可具有(例如)十五度(从竖直方向)的角度，并且外楔形表面可具有(例如)十六度的角度，或反之亦然。楔形表面的布置导致内密封环291朝向外密封环292的竖直压缩，并且在内密封环291的向内运动受到中间套筒206约束和外密封环的向外移动受到管件区段202约束时，导致对应的径向压缩。内密封环和外密封环可由聚四氟乙烯或任何其他合适的材料制成。

再次参见图3，在一些实施方案中，中间套筒206定位在外套筒204内，使得中间套筒206可在未受轴向约束时在外套筒204内轴向滑动。为了将中间套筒206保持在第一位置，中间套筒206包括第一组内销孔232，所述第一组内销孔232与第一组管道销孔230和第一组外套筒销孔234对准，使得一个或多个第一剪切销210可插入通过孔，以使中间套筒206在转向器组件200内对准，直到预先选定的力(对应于第一剪切销210的剪切强度)施加到中间套筒上。在一些实施方案中，第一剪切销210可包括一组五个剪切销。可以通过中间卡环218约束中间套筒206，以使其不能在转向器组件200内向井上移动，所述中间卡环218紧固在形成于外套筒内径中的凹槽内。

中间套筒206包括套筒孔233，所述套筒孔233被布置成分别与外套筒204的孔229和管件区段202的孔228径向对准。套筒孔229可称为第二组孔。当中间套筒206处于第一位置时，套筒孔233与孔228、229轴向偏移。中间套筒206还包括一个或多个狭槽246，所述一个或多个狭槽246与第二组管道销孔230和第二组外套筒销孔234对准，使得一个或多个第二剪切销211可插入通过孔。应注意，图中所示的狭槽246和销孔232的定位仅是说明性的，并且可以是交错的，使得这些特征实际上不会出现在穿过组件的中心轴线的公共平面中。例如，中间套筒206可包括四个或更多个狭槽246和四个或更多个销孔232，所述狭槽和销孔各自围绕中间套筒206的周边等距间隔开且彼此偏移大约四十五度(即，每个狭槽将与下一个狭槽间隔90度)。在一些实施方案中，第二剪切销211可包括一组五个剪切销。狭槽246的长度可被选定成使得第一剪切销的剪切释放中间套筒206，以使其在外套筒204内沿井下方向滑动，直到狭槽的顶部在第二位置中接合第二剪切销211，如下面参照图8更详细地描述的。当中间套筒206处于第二位置时，狭槽246与第二剪切销211之间的接合防止中间套筒206进一步向井下移动。第一剪切销210和第二剪切销可以拧入转向器组件中和/或通过销卡环214和/或塞子212保持在适当的位置。

如本文所述，剪切销可以被理解为脆弱的紧固机构，其使得部件相对于彼此暂时固定直到受到剪切或断裂力。在一些实施方案中，剪切销可以由剪切螺钉或其他脆弱的紧固件替代。在其他实施方案中，一组或多组剪切销可以由挤出盘替代。

在一些实施方案中，内套筒208定位在中间套筒206内。内套筒208包括多个座表面，其示出为第一内座240和第二内座242。内套筒208的壁厚可以是渐缩的或渐变的，使得第一内座240处的材料厚度比第二内座242处的壁厚薄。此阶梯式或渐缩形状还提供了形成内肩部244的内套筒208的外表面，所述内肩部244在内套筒208处于未致动位置时置于中间套筒206的第一中间肩部236上。在未致动位置中，可以通过内肩部244与第一中间肩部236的接合约束内套筒208，以使其不能向井下移动。第一内座240和第二内座242的尺寸和构造使得其分别接收第一致动球和第二致动球，但是可替代地，其尺寸和配置使得其接收镖或其他类似对象(其在本文中可称为阻塞构件)。可以通过内卡环216约束内套筒208，以使其不能在转向器组件200内向井上移动，所述内卡环216接合形成于中间套筒的内表面内的凹槽。

在图4和图5中示出用于组装转向器组件200的系统和方法。如图4所示，为了将内套筒208插入中间套筒内，顶部对准工具(其可以是大致圆形的上部对准工具252)具有渐缩表面，以用于沿着公共轴线将上部对准工具252与内套筒208对准。螺纹杆258可以插入通过上部对准工具252和内套筒208，并通过一个或多个防松螺母260抵靠着上部对准工具252的顶表面紧固。诸如o形环、v形密封件或类似密封布置的密封件222可定位在内套筒208的凹槽内，以防止滑动并提供内套筒208与中间套筒206之间的密封交接。

为了抵靠着上部对准工具252紧固内套筒208，具有与上部对准工具252的对准特征类似的对准特征的中间对准工具254通过与螺纹杆258接合的附加螺母260朝向上部对准工具252压缩。具有与上部对准工具252的对准特征类似的对准特征的下部对准工具256被配置为与中间套筒206的基部250对准。螺母260被拧动到下部对准工具256下方的螺纹杆258上并且被拧动来向下拉动杆，并对应地将内套筒208拉入中间套筒206中，直到内套筒208的第一内肩部244接合中间套筒206的第一中间肩部236。

为了将中间套筒206安装在外套筒204内，可以暂时安装销210或类似的对准装置，以相对于中间套筒206固定下部外套筒204c(如图3A所示)。外套筒204的剩余组成部分(例如，下部外密封环292、下部内密封环291、中间外套筒204b、上部内密封环291、上部外密封环292和上部外套筒204a)可以然后在中间套筒206上顺序地组装到下部外套筒204c。为了将外套筒204安装在管件区段202内，可以移除中间对准工具254，并且可以翻转下部对准工具256，使得第二对准表面接合管件区段202的出口。接下来，可以转动接合下部对准工具254的外表面的螺母260以向下拉动螺纹杆258。向下拉动螺纹杆258迫使中间套筒206在外套筒204内向下，直到外销孔234和内销孔232与管件销孔230对准，从而导致中间套筒206处于第一位置并且内套筒208处于未致动位置。

在图6至图10中以顺序步骤示出了操作转向器组件200的方法。图6示出处于未致动状态的转向器组件200，其中内套筒208处于未致动位置并且中间套筒处于第一位置。为了致动转向器组件200，第一球262降落到转向器组件200中，如图7所示。第一球262落在内套筒208的第一内座240上。内座240也可称为可挤出座。第一球262落在第一内座240上防止流体流动通过转向器组件200并允许转向器组件200处的工具管柱中的压差增加到第一压力。第一压力可以是例如大约500-600psi。

当第一球262上方的工具管柱中的压差达到预定阈值(例如，第一压力)时，施加在内套筒208上的液体静压力加上必要的外加压力超过第一剪切销210的剪切强度，从而释放中间套筒206，以使其在外套筒204内向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，狭槽246的上端接合第二剪切销211，以防止中间套筒206进一步向井下滑动。

如上所述并如图8所示，套筒孔233与管件区段孔228和外套筒孔229对准，以允许流体流动通过转向器组件200，以到达工具管柱与井筒壁之间的环空。入口224处的压差(相对于出口)可以增加到大于第一压力的第二压力(例如，1500psi)，以致使第一球262挤出通过第一内座240。在一些实施方案中，第一球262可以落在从转向器组件200向井下的阀座上，或者可以从转向器组件200向井下致动替代性流体流动限制装置，以在挤压操作期间限制通过环空的井下流动。

在完成挤压操作之后，第二球264可以部署到工具管柱中以落在内套筒208的第二内座242上，如图9所示。第一球262可以小于第二球264，使得第一球262将在没有压力引起的挤出的情况下流过第二内座242。例如，第一球262可具有2.6英寸的直径，并且第二球264可具有2.75英寸的直径。

在第二球264已落在第二内座242上之后，已落下球上方的压差可以增加到第二预定阈值。对应于第二预定阈值的压力可以是例如2500psi。当第二球264处的工具管柱中的压差达到第二预定阈值时，施加在内套筒208上的液体静力超过第二剪切销211的剪切强度，从而释放中间套筒206，以使其在外套筒204内进一步向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，中间套筒206的基部250接合管件区段202的外肩部248。

当中间套筒206从第二位置移动到第三位置时，套筒孔233与管件区段孔228和外套筒孔229不对准，从而限制通过转向器组件200到环空的流体流动。

为了重新形成通过转向器组件200的井下流动，可以进一步增加压差以迫使第二球264穿过第二内座242，从而允许通过工具管柱的井下流动，如图10所示。在挤出穿过第二内座242之后，第二球264可用于触发从转向器组件200向井下的第二工具(例如，衬管悬挂器)。

参照图11至图17描述转向器组件300的第二实施方案。然而，应注意，在不脱离本公开的范围的情况下，每个实施方案的特征可用于替代性实施方案中。在图11的实施方案中，示出了转向器组件300，其包括管件区段302。管件区段302显示为大致圆柱形，并且具有可联接到井上管件区段的入口324和可联接到井下管件区段的出口。一个或多个管件区段孔328(第一孔)形成在管件区段302内，以提供从内钻孔到管件区段302与井筒壁之间的环空的通路。

套筒304定位在管件区段302的钻孔内，并且可包括一个或多个密封件368，以提供管件区段302的内钻孔与套筒304的外表面之间的密封交接。套筒304能够操作来从第一位置(如图11所示)移动到第二位置(如图13所示)和第三位置(如图15所示)。套筒304可以通过一个或多个第一剪切销310保持在第一位置中，所述第一剪切销310将形成在管件区段302中的销孔330延伸到形成在套筒304中的套筒销孔334中。套筒304还包括一个或多个套筒孔332(第二孔)，所述套筒孔332在套筒304处于第一位置时与管件区段302的管件区段孔328轴向偏移(并且与之不对准)。

套筒304在从第一位置致动到第二位置时能够操作来在油管柱内轴向地向井下滑动。为此，套筒304包括一个或多个狭槽366，所述狭槽366与一个或多个第二剪切销374对准，并且其大小被设置成使得狭槽366的端部在套筒304处于第二位置时接合第二剪切销374，以阻止套筒304进一步向井下移动。套筒304的井下部分可包括套筒保持特征372，诸如齿或其他夹持特征。管件区段可以对应地包括第二保持特征370，以用于接合套筒保持特征372，并且在套筒保持特征372接合第二保持特征370时将套筒304保持在第三位置中。当中间套筒306处于第二位置时，狭槽346与第二剪切销311之间的接合防止中间套筒306进一步向井下移动。第一剪切销310和第二剪切销可以拧入转向器组件中和/或通过销卡环314和/或塞子312保持在适当的位置。

为了有利于转向器组件300的致动，第一挤出盘340和第二挤出盘342可联接到套筒304。第一挤出盘340和第二挤出盘342可以彼此轴向偏移，使得第一挤出盘定位在套筒孔332的下方，并且第二挤出盘342定位在套筒孔332的上方。

在图11至图17中以顺序步骤示出了操作转向器组件300的方法。转向器组件300作为工具管柱的子组件部署到井筒中，其中套筒304处于第一位置，如图11所示。为了致动转向器组件300，第一球362降落到转向器组件200中，如图12所示。第一球262落在第一挤出盘340的第一座341上，从而防止流体流动通过转向器组件300并允许转向器组件300上方的工具管柱中的压力增加。当第一球362上方的工具管柱中的压差达到预定阈值时，施加在套筒304上的压力超过第一剪切销310的剪切强度，从而释放套筒304，以使其在管件区段302内向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，狭槽366的上端接合第二剪切销311，以防止套筒304进一步向井下滑动，如图13所示。

当套筒304处于第二位置时，套筒孔332与管件区段孔328对准，以允许流体流动通过转向器组件300，以到达工具管柱与井筒壁之间的环空。第一球362可以保持落在第一座341上，从而迫使流体通过转向器组件300从工具管柱流到入口324以进入环空中，从而实现自上而下的挤压操作。

在完成挤压操作之后，可增加压力以恢复通过工具管柱的流动，并且可将第二球364部署到工具管柱中以落在第二挤出盘342的第二座344上，如图14所示。在第二球364已落在第二座344上之后，工具管柱内的压差可以在入口324处增加到第二预定阈值。当第二球364上方的液体静压达到第二预定阈值时，通过第二球364和第二挤出盘342施加在套筒304上的液体静力超过第二剪切销311的剪切强度，从而释放套筒304，以使其在管件区段302内进一步向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，套筒304的内保持齿(套筒保持特征372)接合管件区段302的外保持齿(第二保持特征)370。

当套筒304从第二位置移动到第三位置时，如图15所示，套筒孔332与管件区段孔328不对准，从而限制通过转向器组件300到环空的流体流动。在这个阶段，可以向从转向器组件300向井上的工具管柱施加附加压力以致动工具，诸如衬管悬挂器。

为了重新形成通过转向器组件300的井下流动，可以进一步增加工具管柱内的压差以致使第二挤出盘342展开(如图16所示)，并再次致使第一挤出盘340展开(如图17所示)。当第一挤出盘340和第二挤出盘342都已展开时，油管柱的内钻孔可以相对不被阻塞，从而有利于流体在工具管柱内向井下流动。

参照图18至图23描述转向器组件400的第三实施方案。在图19的实施方案中，示出了转向器组件400，其包括具有入口424和出口426的管件区段402。转向器组件400可插入在工具管柱的上部部分与下部部分之间，或插入到设置在其中的管路中。

转向器组件400包括位于主钻孔266内的上部套筒404和下部套筒406，所述主钻孔266由管件区段的出口附近的肩部448界定。上部套筒404具有允许上部套筒404紧密地装配在主钻孔466内的外径。通过位于外套筒204的外表面中的凹槽内的一个或多个密封件422，可以有利于管件区段402与上部套筒404之间的密封交接。外套筒204包括上部部分405和下部部分407。上部部分405包括第二座442，所述第二座442也可以称为上座。第二座442可以用作球、镖或类似的阻塞构件的座表面。下部部分407包括套筒孔432(第二孔)，所述套筒孔432在转向器组件处于第一、未致动配置时与管件区段402的管件孔428(第一孔)对准。

下部套筒406也包括上部部分409和下部部分413。下部套筒406的上部部分409包括第一座440，所述第一座440也可以称为下座，并且所述第一座440被配置为接收球、镖或类似的阻塞构件。下部套筒406的上部部分409的外径等于但略小于上部套筒404的下部部分407的内径。通过位于下部套筒406的外表面中的凹槽内的一个或多个密封件422，可以有利于下部套筒406的上部部分409的外表面与上部套筒的下部部分407的内表面之间的密封交接。

为了将上部套筒404和下部套筒406保持在未致动状态，当转向器组件400处于第一配置时，第一剪切销410可以在下部套筒406与管件区段402之间延伸。类似地，第二剪切销411可以在上部套筒404与管件区段402之间延伸，以相对于管件区段402锚固上部套筒。当转向器组件400处于第一、未致动配置时，下部套筒406的上部部分409阻挡通过套筒孔432和对准的管件孔428的流动，以致使油管柱中的流体在油管柱内向井下流动，而不是通过上述孔进入环空中。

在图18至图23中以顺序步骤示出了操作转向器组件400的方法。转向器组件400作为工具管柱的子组件部署到井筒中，其中转向器组件400处于第一、未致动配置，如图18所示。为了致动转向器组件400，第一球462降落到工具管柱中并落在第一座440上，如图19所示。第一球462密封管件区段402的钻孔，从而防止流体流动通过转向器组件400并允许转向器组件400上方的工具管柱中的压力增加。当第一球462上方的工具管柱中的压差达到预定阈值时，施加在下部套筒406上的液体静力超过第一剪切销410的剪切强度，从而释放下部套筒406，以使其在管件区段402内向井下滑动成第二配置，在所述第二配置中，下部套筒406的上部部分409在套筒孔432向井下移动。在第二配置中，下部套筒406的下部部分413抵靠着管件区段的肩部448，如图20所示。

当转向器组件400处于第二配置时，套筒孔432与管件区段孔428对准并且未被下部套筒406阻挡，以允许流体流动通过转向器组件400，以到达工具管柱与井筒壁之间的环空。第一球462可以保持落在第一座440上，从而迫使流体通过转向器组件400从工具管柱流到入口424以进入环空中，从而实现自上而下的挤压操作。

在完成操作之后，可增加压力以恢复通过工具管柱的流动，并且可将第二球464部署到工具管柱中以落在第二座442上，如图21所示。在第二球464已落在第二座442上之后，工具管柱内的压差可以在入口424处增加到第二预定阈值。当穿过第二球464的压差达到第二预定阈值时，通过第二球464施加在上部套筒404上的液体静力超过第二剪切销411的剪切强度，从而释放上部套筒404，以使其在管件区段402内进一步向井下滑动成第三配置，在所述第三配置中，上部套筒404落在下部套筒406上。

当转向器组件从第二配置转变成第三配置(如图22所示)时，套筒孔432与管件区段孔428不对准，从而限制通过转向器组件400到环空的流体流动。

为了重新形成通过转向器组件400的井下流动，可以进一步增加工具管柱内的压力，以致使第一球462和第二球464分别通过第一座440和第二座442(如图23所示)。当通过第一座440和第二座442时，油管柱的内钻孔可以相对不被阻塞，从而有利于流体在工具管柱内向井下流动或者致动诸如衬管悬挂器的工具。

以上公开的实施方案已经出于说明的目的进行了呈现，并且使得本领域普通技术人员能够实践本公开，但是本公开不旨在是详尽的或限于所公开的形式。在不背离本公开的范围和精神的情况下，许多微小的修改和变化对于本领域普通技术人员来说将显而易见。例如，应注意，图18至图23的上部套筒404和下部套筒406的特征通常可分配给任一套筒构件。例如，在一些实施方案中，上部套筒404可阻挡通过管件孔428的流动，并且套筒孔可包括在下部套筒406中而不是上部套筒404中。类似地，在一些实施方案中，上部套筒404的下部部分407可以嵌套在下部套筒406的上部部分409内，而不是附图中所示的相反配置。

类似地，相对于每个实施方案，应注意，第一球和第二球仅仅是示例性的，并且可以替代可落在密封座上以在钻孔内形成密封的镖或类似装置。

权利要求的范围旨在广泛包括所公开的实施方案以及任何此类修改。此外，以下条款代表本公开的另外的实施方案，并且应当被认为在本公开的范围内：

条款1：一种井下工具子组件，其包括：管件区段，其具有从所述管件区段的内钻孔延伸通过所述管件区段的外表面的第一组孔；第一套筒，其具有从所述套筒的套筒钻孔延伸通过所述套筒的外表面的第二组孔，所述第一套筒能够操作来在所述第一套筒处于第一位置时限制穿过所述第一组孔的流动；以及第一脆弱紧固件，其在所述第一套筒处于所述第一位置时将所述管件区段联接到所述第一套筒；其中所述第一套筒还包括用于接收第一阻塞构件的第一密封座，所述第一密封座能够操作来在所述第一密封座由所述阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的密封件，并且其中所述第一脆弱紧固件能够操作来在所述密封件上的压差达到预定阈值时失灵。所述第一套筒可包括内套筒和中间套筒，如图3所示。

条款2：如条款1所述的井下工具子组件，其还包括第二脆弱紧固件，所述第二脆弱紧固件延伸到所述管件区段的所述内钻孔中，其中所述第一套筒还包括狭槽，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，所述狭槽的井上边界在所述第一脆弱紧固件失灵时接合所述第二脆弱紧固件，并且其中当所述第一套筒处于所述第二位置时，所述第二组孔与所述第一组孔对准。

条款3：如条款2所述的井下工具子组件，其中所述密封座能够操作来在所述密封件上的所述压差达到第二预定阈值时释放所述第一阻塞构件。

条款4：如条款3所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒还包括用于接收第二阻塞构件的第二密封座，所述第二阻塞构件的外径大于所述第一阻塞构件的外径，其中所述第二密封座能够操作来在所述第二密封座由所述第二阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的第二密封件。

条款5：如条款4所述的井下工具子组件，其中所述管件区段包括内肩部，所述内肩部的内径小于所述第一套筒的基部的外径。

条款6：如条款5所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，所述内肩部在所述第二脆弱紧固件失灵时接合所述第一套筒的所述基部，并且其中当所述第一套筒处于所述第三位置时，所述第一套筒能够操作来限制穿过所述第一组孔的流动。

条款7：如条款6所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒的所述基部包括外部闭锁表面，所述外部闭锁表面在所述第一套筒处于所述第三位置时接合所述管件区段的内部闭锁表面。

条款8：如条款4-7中任一项所述的井下工具子组件，其中所述第二密封座能够操作来在所述第二密封件上的压差达到第三预定阈值时释放所述第二阻塞构件。

条款9：如条款1-8中任一项所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒包括井上构件和井下构件。

条款10：如条款9所述的井下工具子组件，其中所述井下构件的上部部分滑动地定位在所述井上构件的井下部分内。

条款11：如条款9或条款10所述的井下工具子组件，其中当所述第一套筒处于所述第一位置时，所述第一脆弱紧固件接合所述井下构件并限制所述井下构件的移动，并且其中所述井下构件包括所述第一密封座。

条款12：一种用于对井筒的一部分进行固井的系统，所述系统包括：加压流体源；控制器；以及井下工具子组件，所述井下工具子组件包括：管件区段，其具有从所述管件区段的内钻孔延伸通过所述管件区段的外表面的第一组孔；第一套筒，其具有从所述套筒的套筒钻孔延伸通过所述套筒的外表面的第二组孔，所述第一套筒能够操作来在所述第一套筒处于第一位置时限制穿过所述第一组孔的流动；以及脆弱紧固件，其在所述第一套筒处于所述第一位置时将所述管件区段联接到所述第一套筒；其中所述第一套筒还包括用于接收第一阻塞构件的第一密封座，所述第一密封座能够操作来在所述第一密封座由所述第一阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的密封件，并且其中脆弱紧固件能够操作来在所述密封件上的压差达到预定阈值时失灵。

条款13：如条款12所述的系统，其中所述井下工具子组件还包括第二脆弱紧固件，所述第二脆弱紧固件延伸到所述管件区段的所述内钻孔中，其中所述第一套筒还包括狭槽，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，所述狭槽的井上边界在所述第一脆弱紧固件失灵时接合所述第二脆弱紧固件，并且其中当所述第一套筒处于所述第二位置时，所述第二组孔与所述第一组孔对准。

条款14：如条款13所述的系统，其中所述第一密封座能够操作来在所述密封件上的所述压差达到第二预定阈值时释放所述第一阻塞构件，并且其中所述第一套筒还包括用于接收第二阻塞构件的第二密封座，所述第二阻塞构件的外径大于所述第一阻塞构件的外径，其中所述第二密封座能够操作来在所述第二密封座由所述第二阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的第二密封件。

条款15：如条款14所述的系统，其中所述管件区段包括内肩部，所述内肩部的内径小于所述第一套筒的基部的外径，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，所述内肩部在所述第二脆弱紧固件失灵时接合所述第一套筒的所述基部，并且其中当所述第一套筒处于所述第三位置时，所述第一套筒能够操作来限制穿过所述第一组孔的流动。

条款16：一种向井筒的环空提供流体的方法，所述方法包括：将第一球部署到井下工具子组件，所述井下工具子组件包括：管件区段，其具有从所述管件区段的内钻孔延伸通过所述管件区段的外表面的第一组孔；第一套筒，其具有从所述套筒的套筒钻孔延伸通过所述套筒的外表面的第二组孔，所述第一套筒处于第一位置，其中当所述第一套筒处于第一位置时，所述第一套筒限制穿过所述第一组孔的流体流动；脆弱紧固件，其在所述第一套筒处于所述第一位置时将所述管件区段联接到所述第一套筒；

将所述第一阻塞构件落在所述第一套筒的第一密封座处，以形成穿过所述套筒钻孔的密封件；以及在所述管件区段的入口处将液体静压力增加到预定阈值，以致使所述脆弱紧固件失灵。

条款17：如条款16所述的方法，其中所述井下工具子组件还包括第二脆弱紧固件，所述第二脆弱紧固件延伸到所述管件区段的所述内钻孔中，并且其中所述第一套筒还包括狭槽，所述方法还包括致使所述第一套筒向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，所述狭槽的井上边界在所述第二组孔与所述第一组孔对准时接合所述第二脆弱紧固件。

条款18：如条款17所述的方法，其还包括将液体静压力增加到第二预定阈值，以将所述第一阻塞构件挤出通过所述第一密封座。

条款19：如条款18所述的方法，其中所述第一套筒还包括第二密封座，所述方法包括：在所述第二密封座处接收第二阻塞构件；以及当所述第二密封座由所述第二阻塞构件接合时，形成穿过所述套筒钻孔的第二密封件。

条款20：如条款18所述的方法，其还包括：将所述第一套筒向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，所述管件区段的内肩部接合所述第一套筒的基部；以及当所述第一套筒处于所述第三位置时，限制穿过所述第一组孔的流动。

除非另外说明，否则术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或描述前述公开中的元件之间的相互作用的任何其他术语的任何形式的任何使用都不意在将相互作用限制于元件之间的直接相互作用，并且还可包括所述元件之间的间接相互作用。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”也旨在包括复数形式。除非另外指明，否则如这整篇文献中使用的，“或者”不要求互斥性。将进一步理解，在用于本说明书和/或权利要求中时，术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”指定了所陈述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或增加。此外，在以上实施方案和附图中描述的步骤和部件仅仅是说明性的，并且不暗示任何具体步骤或部件是要求保护的实施方案所必需的。

应从前述内容显而易见，已提供了具有显著优点的本发明实施方案。尽管实施方案仅以一些形式示出，但实施方案不是限制性的并且在不脱离其精神的情况下易于发生各种变化和修改。

Claims (20)

1.一种井下工具子组件，其包括：

管件区段，其具有从所述管件区段的内钻孔延伸通过所述管件区段的外表面的第一组孔；

第一套筒，其具有从所述套筒的套筒钻孔延伸通过所述套筒的外表面的第二组孔，所述第一套筒能够操作来在所述第一套筒处于第一位置时限制穿过所述第一组孔的流动；以及

第一脆弱紧固件，其在所述第一套筒处于所述第一位置时将所述管件区段联接到所述第一套筒，

其中所述第一套筒还包括用于接收第一阻塞构件的第一密封座，所述第一密封座能够操作来在所述第一密封座由所述阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的密封件，并且

其中所述第一脆弱紧固件能够操作来在所述密封件上的压差达到预定阈值时失灵。

2.如权利要求1所述的井下工具子组件，其还包括第二脆弱紧固件，所述第二脆弱紧固件延伸到所述管件区段的所述内钻孔中，其中所述第一套筒还包括狭槽，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，所述狭槽的井上边界在所述第一脆弱紧固件失灵时接合所述第二脆弱紧固件，并且其中当所述第一套筒处于所述第二位置时，所述第二组孔与所述第一组孔对准。

3.如权利要求2所述的井下工具子组件，其中所述密封座能够操作来在所述密封件上的所述压差达到第二预定阈值时释放所述第一阻塞构件。

4.如权利要求3所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒还包括用于接收第二阻塞构件的第二密封座，所述第二阻塞构件的外径大于所述第一阻塞构件的外径，其中所述第二密封座能够操作来在所述第二密封座由所述第二阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的第二密封件。

5.如权利要求4所述的井下工具子组件，其中所述管件区段包括内肩部，所述内肩部的内径小于所述第一套筒的基部的外径。

6.如权利要求5所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，所述内肩部在所述第二脆弱紧固件失灵时接合所述第一套筒的所述基部，并且其中当所述第一套筒处于所述第三位置时，所述第一套筒能够操作来限制穿过所述第一组孔的流动。

7.如权利要求6所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒的所述基部包括外部闭锁表面，所述外部闭锁表面在所述第一套筒处于所述第三位置时接合所述管件区段的内部闭锁表面。

8.如权利要求5所述的井下工具子组件，其中所述第二密封座能够操作来在所述第二密封件上的压差达到第三预定阈值时释放所述第二阻塞构件。

9.如权利要求1所述的井下工具子组件，其中所述第一套筒包括井上构件和井下构件。

10.如权利要求9所述的井下工具子组件，其中所述井下构件的上部部分滑动地定位在所述井上构件的井下部分内。

11.如权利要求9所述的井下工具子组件，其中当所述第一套筒处于所述第一位置时，所述第一脆弱紧固件接合所述井下构件并限制所述井下构件的移动，并且其中所述井下构件包括所述第一密封座。

12.一种用于对井筒的一部分进行固井的系统，所述系统包括：

加压流体源；

控制器，以及

井下工具子组件，所述井下工具子组件包括：管件区段，其具有从所述管件区段的内钻孔延伸通过所述管件区段的外表面的第一组孔；第一套筒，其具有从所述套筒的套筒钻孔延伸通过所述套筒的外表面的第二组孔，所述第一套筒能够操作来在所述第一套筒处于第一位置时限制穿过所述第一组孔的流动；以及第一脆弱紧固件，其在所述第一套筒处于所述第一位置时将所述管件区段联接到所述第一套筒；

其中所述第一套筒还包括用于接收第一阻塞构件的第一密封座，所述第一密封座能够操作来在所述第一密封座由所述第一阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的密封件，并且

其中脆弱紧固件能够操作来在所述密封件上的压差达到预定阈值时失灵。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述井下工具子组件还包括第二脆弱紧固件，所述第二脆弱紧固件延伸到所述管件区段的所述内钻孔中，其中所述第一套筒还包括狭槽，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，所述狭槽的井上边界在所述第一脆弱紧固件失灵时接合所述第二脆弱紧固件，并且其中当所述第一套筒处于所述第二位置时，所述第二组孔与所述第一组孔对准。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述第一密封座能够操作来在所述密封件上的所述压差达到第二预定阈值时释放所述第一阻塞构件，并且其中所述第一套筒还包括用于接收第二阻塞构件的第二密封座，所述第二阻塞构件的外径大于所述第一阻塞构件的外径，其中所述第二密封座能够操作来在所述第二密封座由所述第二阻塞构件接合时形成穿过所述套筒钻孔的第二密封件。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述管件区段包括内肩部，所述内肩部的内径小于所述第一套筒的基部的外径，其中所述第一套筒能够操作来向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，所述内肩部在所述第二脆弱紧固件失灵时接合所述第一套筒的所述基部，并且其中当所述第一套筒处于所述第三位置时，所述第一套筒能够操作来限制穿过所述第一组孔的流动。

16.一种向井筒的环空提供流体的方法，所述方法包括：

将第一阻塞构件部署到井下工具子组件，所述井下工具子组件包括：

管件区段，其具有从所述管件区段的内钻孔延伸通过所述管件区段的外表面的第一组孔；

第一套筒，其具有从所述套筒的套筒钻孔延伸通过所述套筒的外表面的第二组孔，所述第一套筒处于第一位置，其中当所述第一套筒处于第一位置时，所述第一套筒限制穿过所述第一组孔的流体流动；

脆弱紧固件，其在所述第一套筒处于所述第一位置时将所述管件区段联接到所述第一套筒；

将所述第一阻塞构件定位在所述第一套筒的第一密封座处，以形成穿过所述套筒钻孔的密封件；以及

在所述管件区段的入口处将液体静压力增加到预定阈值，以致使所述脆弱紧固件失灵。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述井下工具子组件还包括第二脆弱紧固件，所述第二脆弱紧固件延伸到所述管件区段的所述内钻孔中，并且其中所述第一套筒还包括狭槽，所述方法还包括致使所述第一套筒向井下滑动到第二位置，在所述第二位置中，所述狭槽的井上边界在所述第二组孔与所述第一组孔对准时接合所述第二脆弱紧固件。

18.如权利要求17所述的方法，其还包括将液体静压力增加到第二预定阈值，以将所述第一阻塞构件挤出通过所述第一密封座。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一套筒还包括第二密封座，所述方法包括：在所述第二密封座处接收第二阻塞构件；以及当所述第二密封座由所述第二阻塞构件接合时，形成穿过所述套筒钻孔的第二密封件。

20.如权利要求18所述的方法，其还包括：将所述第一套筒向井下滑动到第三位置，在所述第三位置中，所述管件区段的内肩部接合所述第一套筒的基部；以及当所述第一套筒处于所述第三位置时，限制穿过所述第一组孔的流动。