CN112513417A

CN112513417A - 井下套管工具

Info

Publication number: CN112513417A
Application number: CN202080003978.7A
Authority: CN
Inventors: 艾德里安·奥仆雷尔
Original assignee: Dr Jing Co ltd
Current assignee: Dr Jing Co ltd
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2040-01-23
Also published as: WO2020152622A1; US20210355788A1; US20200240241A1; RU2752638C1; US11111758B2; US11396792B2; SA521421236B1; CN112513417B; CA3104454A1

Abstract

提供了一种井下套管工具，其包含下部接头，所述下部接头限定穿过它的中心钻孔和一个或多个套管端口。存在活塞阀，所述活塞阀可滑动地定位在所述下部接头内以选择性地阻断所述中心钻孔和所述一个或多个套管端口之间的连通。存在上部接头，所述上部接头可连接到所述下部接头并与所述下部接头共享另一中心钻孔。所述上部接头具有入口端口、一个或多个连通端口和出口端口。存在至少一个套筒组件，所述至少一个套筒组件安置在形成于所述上部接头的壁中的套筒钻孔中。

Description

井下套管工具

技术领域

本公开总体上涉及一种用于井筒中的井下工具。一些实施例涉及一种用于工作管柱中的可测试起爆器套管。

背景技术

油井或气井包含延伸到地下地层中地面(例如地球表面)以下某一深度处的井筒，且通常被加衬有例如外罩的管状物以增加井的强度。

可能需要对地层进行生产处理或刺激以使地层断裂并提供烃到井筒的通道，可以将烃从井筒中带到地面并进行生产。经由水平井筒的地层断裂传统上涉及将刺激剂流体泵送通过井筒的有罩区段或开孔区段并进入地层中，以使地层断裂并由此生产烃。

在一些情况下，将压裂管柱部署在有罩井筒中，在这种情况下，在固井中系统中设置穿孔以允许刺激流体行进通过压裂工具和穿孔的固井外罩，以刺激地层远处。在其它情况下，在无罩开孔中进行压裂。

在多阶段压裂的情况下，按顺序使用多个压裂阀工具来压裂地层的区段，通常是从井筒的趾末端开始并逐渐朝向井筒的跟末端移动。趾阀是位于压裂管柱的趾末端处的特定阀。其是管柱上的第一阀，以打开并允许压裂管柱的内部和地层远处之间的连通。

趾阀，也被称为趾起爆器套管，有时被设计成仅在施加了特定值的特定数量的压力循环之后才打开。一旦打开，流动路径就可以用于刺激地层以进行生产，或仅仅用于允许将精选的多阶段压裂底部钻具组件(BHA)泵入井下。完井管柱可以被固井或不在井筒内部。

一些趾阀，例如US 9,752,412中所教示的趾阀，使用形成于内部管状物的外表面上呈销槽布置形式的分度机构，以及允许流体在压力测试中将分度销移动到井下并允许偏置装置在压力测试结束时将分度机构移回井上的活塞系统，并且销槽布置防止流体压力打开阀直到预定数量的压力测试完成为止。

US 9,500,063教示了一种具有端口套管的趾阀，所述端口套管位于外心轴和内心轴之间并在它们之间移位。阀环具有四个端口：循环端口、致动端口、输出端口和打开端口。在压力测试中，将流体通过循环端口施加到套筒的井上末端以将套筒推入井下。弹簧将套筒返回偏置到井上，在此点处，流体穿过致动端口以向下游提供与下一套筒的流体连通或使活塞阀移位。包含至少一个锁定特征的锁定杆被定位成一旦第一活塞阀被打开就保持器第一活塞阀在打开位置中。

需要是适合于提供多循环可操作性的井下工具或装置。

发明内容

本公开的实施例涉及一种井下套管工具，其可以包含以下中的一个或多个：下部接头，其限定穿过它的中心钻孔和一个或多个套管端口；活塞阀，其可滑动地定位在下部接头内以选择性地阻断中心钻孔和一个或多个套管端口之间的连通；上部接头，其可连接到下部接头并与下部接头共享中心钻孔，所述上部接头限定入口端口、一个或多个连通端口和出口端口并包括一个或多个套筒组件，每个套筒组件容纳在形成于上部接头的壁中的套筒钻孔中。

此类套筒组件中的任一个可以包含以下中的一个或多个：弹簧杆，其轴向地固定在套筒钻孔中；套筒套管，其可滑动地定位在弹簧杆的至少一部分上；弹簧，其围绕弹簧杆而定位；安全销，其可插入到套筒套管的至少一部分中，且可与弹簧杆接合以由此轴向地固定套筒套管并使弹簧在弹簧杆和套筒套管之间保持压缩。

由来自中心钻孔的流体压力引起的安全销的断裂以及流体压力的释放可以允许以下操作：允许弹簧的延伸以及套筒套管的轴向移动，从而允许流体经由连通端口传递到一个或多个后续套筒组件；或允许流体传递到活塞阀的井上末端，以由此使阀移位以允许中心钻孔和一个或多个套管端口之间的连通。

本文中的其它实施例涉及一种打开井下套管工具的方法。所述方法可以包含提供井下套管工具的步骤。套管工具可以包含以下中的一个或多个：下部接头，其限定穿过它的中心钻孔和一个或多个套管端口；活塞阀，其可滑动地定位在下部接头内以选择性地阻断中心钻孔和一个或多个套管端口之间的连通；上部接头，其可连接到下部接头并与下部接头共享中心钻孔，所述上部接头限定入口端口、一个或多个连通端口和出口端口并包括一个或多个套筒组件，每个套筒组件容纳在形成于上部接头的壁中的套筒钻孔中。

所述套筒组件中的任一个可以包含：弹簧杆，其轴向地固定在套筒钻孔中；套筒套管，其可滑动地定位在弹簧杆的至少一部分上；弹簧，其围绕弹簧杆而定位；安全销，其可插入到套筒套管的至少一部分中且可与弹簧杆接合以由此轴向地固定套筒套管并使弹簧在弹簧杆和套筒套管之间保持压缩。

所述方法可以包含以下步骤：对所述井下工具的第一套筒加压以用来自中心钻孔的流体压力使所述安全销断裂；释放流体压力以允许弹簧的延伸以及套筒套管的轴向移动；允许流体经由连通端口传递到一个或多个后续套筒组件，或允许流体传递到活塞阀的井上末端，以由此使阀移位以允许中心钻孔和一个或多个套管端口之间的连通。

本公开的其它实施例涉及一种井下套管工具，其可以包含与上部接头联接的下部接头。下部接头可以包含穿过它的(中心)钻孔。下部接头可以具有至少一个套管端口。此处可以与下部接头和/或上部接头一起操作的可移动构件。在各方面中，可以存在可滑动地定位在下部接头内以选择性地阻断下部接头的钻孔和一个或多个套管端口之间的流体连通(流体流动)的活塞阀。

上部接头可以包含：至少一个流体连通端口；以及出口端口。上部接头可以具有侧壁。可以存在形成于侧壁内的套筒钻孔。可以存在安置于套筒钻孔内的套筒组件。

套筒组件可以包含以下中的一个或多个：弹簧杆；套筒套管，其(可移动地)定位在弹簧杆的至少一部分上；偏置构件，其与套筒套管接合；以及安全销，其包括工作表面。安全销可以安置在套筒套管的至少一部分内。安全销可以与弹簧杆接合。安全销可以被配置成因抵靠工作表面施加压力(例如来自流体)而断裂。

井下套管工具可以包含第二套筒组件。在各方面中，在偏置构件将套筒套管移动到缩回位置或第二位置之后，流体可以进入第二套筒组件。套筒组件和第二套筒组件中的至少一个可以具有纵向套筒轴线。井下套管工具可以具有相应纵向套管轴线。纵向套筒轴线可以(大致上)正交于纵向套管轴线。正交意味着包含合理的精度公差，但无需恰好为数学正交。

井下套管工具可以包含流量控制插入件。流量控制插入件可以包含内部径向脊。内部径向脊可以包含纵向脊高度。在各方面中，活塞阀的一部分可以被配置成在活塞阀的末端与内部径向脊的末端接合时至少部分地阻塞至少一个套管端口。纵向脊高度对所述部分的高度的阻塞比率在0.8至1.2的比率范围内。所述比率可以为约1。

井下工具套管可以包含接近活塞阀的井上末端的上部大气室。上部大气室可以与出口端口进行流体连通。活塞阀可以液压地平衡，直到上部大气室用从出口端口传送的流体进行加压为止。在各方面中，流体可以从入口端口进入套筒的压力室以便作用于工作表面。压力室可以被密封地隔离而不与套筒钻孔的任何其它部分进行流体连通，直到安全销断裂为止。

在各实施例中，压力室中的流体压力的释放或减小可以允许偏置构件的延伸或解压以及套筒套管到缩回位置的合成移动。套筒套管的移动可以促进压力室和弹簧大气室之间的一个或多个密封件的移位，以由此允许流体从压力室流动到弹簧大气室，且然后进行以下流动中的至少一个：经由连通端口流动到后续套筒组件；以及流动到活塞阀的井上末端。

井下套管工具可以包含固位板以将弹簧杆轴向地固定在套筒组件中。安全销可以被形成有断裂直径，安全销在断裂直径处断裂，并且其中安全销以组装的未激活配置而以螺纹方式接合到弹簧杆。

在安全销断裂时，第一安全销残余部可以保持与弹簧杆接合。第二安全销残余部和套筒套管可以可移动(一起或单独地)到安全销大气室中。套筒套管上的一个或多个密封件或O形环可以被配置成防止流体压力进入安全销大气室。

本文中的实施例涉及一种打开井下套管工具的方法。所述方法可以包含提供井下套管工具的步骤，井下套管工具被配置有以下中的一个或多个：下部接头，其包括：中心钻孔和至少一个侧向套管端口；活塞阀，其可滑动地定位在下部接头内以选择性地阻断中心钻孔和至少一个套管端口之间的流体连通；上部接头，其与下部接头接合，上部接头包括：入口端口、至少一个连通端口、出口端口和形成于上部接头的侧壁中的套筒钻孔；套筒组件，其安置并容纳在套筒钻孔内，套筒组件包括：弹簧杆；套筒套管，其可滑动地定位在弹簧杆的至少一部分上；偏置构件，其在偏置位置中与套筒套管接合；安全销，其安置在套筒套管的至少一部分中并与弹簧杆接合。

所述方法可以包含以下步骤：以充分的方式对套筒钻孔加压以用来自中心钻孔的流体压力使安全销断裂；从套筒钻孔释放流体压力以将偏置构件从偏置位置释放，并由此允许偏置构件将套筒套管移动到缩回位置；在释放步骤之后，允许流体从套筒钻孔进行以下传递中的至少一个：经由连通端口传递到一个或多个后续套筒组件；以及传递到活塞阀的井上末端，以由此使活塞阀移位远离而不选择性地阻塞套管端口，以便允许中心钻孔和至少一个套管端口之间的流体连通。

另外的其它实施例涉及一种井下套管工具，其可以包含下部接头。下部接头可以具有穿过它的(中心)钻孔和一个或多个套管端口。可以存在活塞阀，其可移动地(例如可滑动地)定位在下部接头内以选择性地阻断钻孔和一个或多个套管端口之间的流体连通。

套管工具可以包含可连接到下部接头的上部接头。上部接头可以具有以下中的一个或多个：入口端口；至少一个流体连通端口；出口端口；以及形成于上部接头的侧壁内的套筒钻孔。

套管工具可以包含安置在套筒钻孔内的套筒组件。套筒组件可以包含以下中的任一个：弹簧杆；套筒套管，其可移动地定位在弹簧杆的至少一部分上；偏置构件，其与套筒套管接合；安全销，其安置在套筒套管的至少一部分内并与弹簧杆接合。

在各方面中，由来自下部接头的钻孔或井筒的流体压力引起的安全销的断裂以及流体压力的释放可以允许偏置构件的延伸或解压以及套筒套管的后续(轴向)移动。所述移动可以允许流体经由连通端口传递到一个或多个后续套筒组件，或允许流体传递到活塞阀的井上末端，以由此使阀移位以允许中心钻孔和一个或多个套管端口之间的连通。

套筒组件可以包含纵向套筒轴线。井下套管工具可以具有纵向套管轴线。纵向套筒轴线可以正交于纵向套管轴线。井下套管工具可以包含流量控制插入件，流量控制插入件被配置有具有纵向脊高度的内部径向脊。在各方面中，活塞阀的一部分可以被配置成在活塞阀的末端与内部径向脊的末端接合时至少部分地阻塞至少一个套管端口。

这些和其它实施例、特征和优点在以下具体实施方式和附图中将是显而易见的。

附图说明

为了更详细描述本公开，现在将参考附图，其中：

图1展示根据本公开的实施例的处于套管闭合位置的起爆器套管的横截面正视图；

图2A展示根据本公开的实施例的沿图1的线2-2截取的横截面俯视图，其描绘了图1的起爆器套管的上部接头，展示了两个套筒；

图2B展示根据本公开的实施例的沿图2A的线B-B截取的详细的横截面正视图，其描绘了连通端口A和第一阶段套筒；

图3展示根据本公开的实施例的沿图1的线3-3截取的详细的横截面侧视图，其描绘了具有套筒的上部接头的横截面；

图4展示根据本公开的实施例的套筒的横截面正视图；

图4A展示根据本公开的实施例的图4的套筒的分段式横截面正视图；

图4B展示根据本公开的实施例的图4的套筒的横截面正视图；

图4C展示根据本公开的实施例的图4的套筒的弹簧杆的另一横截面视图，所述弹簧杆连接到图4的套筒的套筒套管；

图5展示根据本公开的实施例的处于试运转位置的具有一个套筒的上部接头的详细的横截面侧视图；

图6展示根据本公开的实施例的具有一个套筒的上部接头的详细的横截面侧视图，展示了处于剪切状态的安全销；

图7展示根据本公开的实施例的处于弹簧部分扩张位置的具有一个套筒的上部接头的详细的横截面侧视图；

图8展示根据本公开的实施例的处于弹簧完全扩张位置的具有一个套筒的上部接头的详细的横截面侧视图；

图9展示根据本公开的实施例的处于套管打开位置的图1的起爆器套管的横截面正视图；

图10A展示根据本公开的实施例的起爆器套管的上部接头的详细的横截面视图；

图10B展示根据本公开的实施例的沿长线10B截取的图10A的视图；

图11A展示根据本公开的实施例的图10的剪切销的另一详细的横截面视图，展示了延伸的剪切活塞；

图11B展示根据本公开的实施例的具有爆破片的上部接头；

图12展示根据本公开的实施例的图10的剪切销的详细的横截面视图，展示了收缩的剪切活塞；

图13展示图10的上部接头的详细的横截面俯视图；

图14展示根据本公开的实施例的起爆器套管的上部接头的详细的横截面侧视图；

图15展示根据本公开的实施例的处于试运转位置的具有套筒的另一实施例的上部接头的详细的横截面正视图；

图16A展示根据本公开的实施例的套筒的另一实施例的横截面正视图；

图16B展示根据本公开的实施例的图16A的套筒套管的套筒的部件的详细的横截面正视图；

图17A展示根据本公开的实施例的处于断裂配置的图15的套筒的详细的横截面正视图；

图17B展示根据本公开的实施例的图17A的套筒的另一详细视图；

图17C展示根据本公开的实施例的图17A的套筒的另一详细视图；

图18展示根据本公开的实施例的处于完全扩张位置的图17A的套筒的另一详细视图；

图19A展示根据本公开的实施例的被配置有流量控制插入件的井下工具套管的纵向横截面视图；

图19B展示根据本公开的实施例的具有未被阻塞的套管端口的图19A的井下工具套管的纵向横截面视图；并且

图19C展示根据本公开的实施例的具有流量控制插入件的井下工具套管的纵向横截面视图，所述流量控制插入件具有被活塞阀部分地阻塞的一个或多个套管端口。

具体实施方式

本文中公开了涉及可用于井筒作业的井下工具以及与其相关的方面(包含部件)的新颖设备、系统和方法，其细节在本文中描述。

参考附图详细描述本公开的实施例。在以下论述以及在权利要求书中，术语“包含”和“包括”以开放的方式使用，例如意味着“包含但不限于……”。虽然可参考相关设备、系统和方法描述本公开，但应理解，本公开不限于所展示或所描述的特定实施例。实际上，所属领域的技术人员应了解，可以根据本文中的实施例实施各种配置。

虽然没有必要，但为了一致性和易于理解，各图中的相同元件可以用相同的参考标号来标示。阐述许多特定细节以便提供对本公开的更透彻理解；然而，所属领域的普通技术人员将显而易见，可以在没有这些特定细节的情况下实践本文中所公开的实施例。在其它情况下，未详细描述众所周知的特征，以免不必要地使描述变复杂。例如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”、“前”、“后”、“右”、“左”、“向下”等方向术语可以为了方便而使用且用于表示大体方向和/或定向，且仅希望用于说明性目的，而不限制本公开。

零件、部件等等之间的连接、联接或其它形式的接触可以包含例如润滑剂等常规物料、例如凸缘之间的垫圈、螺纹之间的PTFE等额外密封材料等等。如所属领域的技术人员将了解，任何特定部件、子部件等的制作和制造可以是例如模制、成形、挤压、机械加工或增材制造。本公开的实施例提供新的、用过的和/或经改造的一个或多个部件。

除非另外指明，否则本公开中的数值范围可以是近似值，并且因此可以包含在所述范围之外的值。数值范围包含以较小单位递增的从所表达的下限值和上限值开始并包含所表达的下限值和上限值的所有值。举例来说，如果例如分子量、黏度、熔融指数等组成特性、物理特性或其它特性为100到1,000，则希望明确地枚举例如100、101、102等所有个别值以及例如100到144、155到170、197到200等子范围。希望包含其小数或分数。对于含有小于一的值或含有大于一的分数(例如，1.1、1.5等)的范围，较小单位按需要可以被认为是0.0001、0.001、0.01、0.1等。这些仅是特别期望的实例，并且所枚举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合将被视为明确陈述在本公开中。

可以在宏观水平下，尤其从装饰性或视觉外观来描述本文中的实施例。因此，例如长度等尺寸可以被描述为具有特定数值单位，即使含或不含特定有效数字的属性。所属领域的技术人员将理解，尺寸“2厘米”可能不是恰好2厘米，且可以存在显微级的偏差。类似地，例如对厚度等“均匀”尺寸的提及无需指完全恰好均匀。因此，“1毫米”的均匀或相等厚度在与测量和制造中的不精确性相关的特定公差(例如0.001毫米)内可以具有显微级的可辨别的变化。

附图不一定按比例绘制，并且在某些情况下，为了更清楚地描绘某些特征，可能夸大了比例。

术语

如本文中所使用的术语“连接”可指代相应部件(或子部件)和另一部件(或另一子部件)之间的连接，其可以是固定的、可移动的、直接的、间接的，且类似于接合、联接、安置等，且可以借助于螺钉、螺母/螺栓、焊接等等。术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”、“安装”等或描述元件之间的交互的任何其它术语的任何形式的任何使用都不意图将交互限于元件之间的直接交互，且也可以包含所描述的元件之间的间接交互。

如本文中所使用的术语“流体”可指代液体、气体、浆料、多相等，且不限于例如烃之类的任何特定类型的流体。

如本文中所使用的术语“组成”或“物质组成”可指代构成材料(或构造材料)的一个或多个成分、组分、组份等。举例来说，材料可以具有物质组成。类似地，装置可以由具有某种物质组成的材料制成。所述物质组成可源自初始组成。组成可指代一个或多个化学组分的流体流。

如本文中所使用的术语“化学物”可类似地表示材料、化学材料、成分、组分、化学组分、元素、物质、化合物、化学化合物、分子、组份等等或可以与它们互换，且反之亦然。在本公开中论述的任何“化学物”无需指代100％纯化学物。举例来说，尽管“水”可认为是H2O，但所属领域的技术人员将理解，各种离子、盐、矿物质、杂质和其它物质(包含处于ppb级)可以存在于“水”中。化学物可以包含所有异构形式且反之亦然(例如“己烷”个别地或共同地包含己烷的所有异构体)。

对于一些实施例，构造材料可以包含被设计成或以其它方式具有固有特性的物质组成，所述固有特性是当暴露于例如时间、温度、水、热、压力、溶液、其组合等的改变之类的特定井筒条件时发生反应或改变完整性或其它物理属性。由于地球的自然温度梯度引起的温度升高而可能存在热，并且水可能已存在于现有的井筒流体中。完整性方面的改变可以在预定时间周期内发生，所述预定时间周期可以在几分钟到几周的范围内变化。在各方面中，时间周期可以是约12到约36小时。

如本文中所使用的术语“压裂”或“压裂操作”可指代已经钻凿的井下井的压裂。其也可用术语压裂操作、压裂、水力压裂等指称且可以与之互换。压裂操作可以是基于陆地或基于水的。

本可测试的趾起爆器套管可以用作完井管柱的一部分，以便在已施加特定值的特定数量的压力循环测试之后为流体产生从管柱内部到地层外部的流动路径(或反之亦然)。一旦打开，流动路径就可以用于刺激地层进行生产。

参考附图，本趾起爆器套管2可以分成两个主要部件：上部接头4和下部接头6。上部接头4可以具有液压阀调件，所述液压阀调件借助于所施加的内部液压压力经由一系列连通端口连通到一个或多个套筒8A、8B等，允许趾起爆器2在循环通过多个可调节的压力循环后打开。套筒8A等可例如经由固位板40和相应紧固件40A固持在适当的位置。

一个或多个套管端口20可以形成于下部接头6中。活塞阀10可以位于下部接头6的内部下部接头钻孔9中，所述活塞阀可以是用于流体的(主)屏障，所述流体从趾起爆器2的内部套管钻孔12经由套管端口20进入地层。当趾起爆器2试运转时以及在压力测试期间，活塞阀10可处于液压平衡的状态。在如D2所见的活塞阀10的井上末端和如D1所见的活塞阀10的井下末端之间可以提供液压区域的差异。液压区域上的此差异可有助于或产生适于使活塞阀10保持关闭并使流体留在钻孔12中的正力向上孔。

只要上部大气室14和下部大气室16保持不含流体，就可维持此平衡。为了防止活塞阀10意外移位，可以使用一个或多个剪切鼩鼱18将活塞阀10连接到下部接头6。当上部大气室14充满足够的流体时，剪切螺钉18可以被剪切，借此力(压力)作用于活塞阀10的井上末端10a以克服(断裂、剪切等)剪切螺钉。此后，活塞阀10可移动(例如向井下)，由此打开(不再阻塞)套管端口20。流体可以通过上部接头4的液压阀调件(例如参见图2A/2B)传送到上部大气室14。

图2A和2B示出本趾起爆器2的上部接头4和液压阀调件的细节。液压阀调组件11可以包含一个或多个阶段。任何此类个别阶段都可以具有完全相同或相当的加工特征、部分和功能，且可以通过多个连通端口进行连接(例如串联)。

图2A和2B一起展示第一阶段可以经由穿过形成第一连通端口22(或有时可以被称为入口端口22)的上部接头4的切割的孔而与趾起爆器套管2的钻孔12内的流体直接连通(例如流体连通)。第一连通端口22可以任选地包含安置在其中的插塞24(上部接头4的外表面上的通孔)。阀组件11(经由连通端口22)可以包含多个实施例，用于控制进入连通端口22的流体的通路，如本文中稍后关于图10至14所讨论。

在第一压力测试或循环中已对第一阶段加压之后，可以允许流体行进到下一阶段。下一阶段可以涉及流体经由第二连通端口26A行进到压力测试的第二阶段。替代地，第一阶段或任何阶段都可以用作最后阶段，在此之后，加压流体流经最终连通端口28(也被称为出口端口28)进入上部大气室14，且因而促进或触发活塞阀10移位或移动至打开位置。在图2A和2B中，流体经由第二连通端口26A行进到第二阶段。执行第二压力测试，直到第二阶段起作用为止，从而允许流体移动到下一阶段。

现在参考图3，展示本趾起爆器2的一个阶段的一个实施例的细节。所述阶段可以包含阀组件(图2A中的11)。每个阶段的部件和功能可以是精确的或相当的。上部接头4内部的套筒8A、8B、8C等相对于彼此且相对于上部大气室14的布置和操作可以产生或形成可调节数量的压力循环，所述压力循环可以在打开趾起爆器2之前使用于或应用于趾起爆器2。本文中对此进行更详细的描述。

优选地，每个阶段可以包含形成于上部接头4内部的套筒钻孔30和套筒组件8。在组装中，套筒8可以安置(插入)在套筒钻孔30中，且由此形成或产生一个或多个密封室。套筒钻孔30可以形成于上部接头4的侧壁中。密封室可以包含压力室34和一个或多个大气室。如此处所展示，可以存在第一和第二大气室，即安全销大气室36和弹簧大气室38。大气室36、38可以由压力室34分开或与压力室34隔离。

连通端口(例如图2A至2B中的端口22或26)可以与压力室34进行流体连通，且可以被配置成将加压流体引入或便于引入到压力室34中。在第一阶段的情况下，流体可以从第一连通端口(22)进入压力室34。在任何后续阶段的情况下，可以将流体从后续连通端口(即26A、26B等)引入压力室34，从而将较早阶段连接到后续阶段。

一个阶段的弹簧大气室38可以经由后续连通端口26A、26B与后续阶段的压力室34进行流体连通。替代地，在最后阶段的情况下，弹簧大气室38可以经由出口连通端口(图2A中的28)与上部大气室14进行流体连通。一个阶段的弹簧大气室与下一阶段的压力室或大气室14建立流体连通可以允许根据需要设定压力循环的数量。

固位板40可以安装或形成于套筒8的末端上，并有助于限制套筒8的移动。在一实施例中，固位板40可以是单独部件，其可以经由一个或多个螺钉(图2A中的40A)或其它公知的紧固件附接到上部接头4。

现在参考图4、4A，4B和4C，根据本文中的实施例，提供了套筒组件的更多细节。如所展示，套筒组件8可以包含具有套筒套管44的弹簧杆42，所述套筒套管44以移动方式(例如以滑动方式)定位在弹簧杆42的至少一部分42a上。合适的偏置构件可以安置或定位在弹簧杆42周围。尽管不受限制，但偏置构件可以是弹簧46。弹簧46可以保持在弹簧杆42的抵接末端42A和套筒套管44的抵接相对末端44A之间的预加载压缩(通电)状态。

套筒套管44又可以通过安全销48轴向地固持在适当的位置。安全销48可以插入到套筒套管44中，且可以具有抵靠套筒套管44的内部套管轮廓44B的销肩48A。销48(例如经由销头39)可以与弹簧杆42接合。安全销48和弹簧杆42之间的接合可以经由螺纹连接47进行。一个或多个密封件50可以用于以密封方式和以流体方式隔离压力室34与两个大气室36和38(也参见图3)。在组装中，安全销48可以经由与轮廓44B的接合和螺纹接合47将套管44固持在适当的位置(参见图4A中的配合螺纹49A、49B)。

套筒8可以具有纵向套筒轴线13。以类似方式，套管2可以具有纵向轴线3。在一实施例中，轴线3和13可以彼此大体上平行。在其它实施例中，轴线3和13可以是偏移的。如此处所展示，轴线3可以被设想为彼此正交或垂直(所属领域的技术人员将理解，轴线不需要被二等分)。

在这方面，套筒8可以相对于套管2(或相关联的工作管柱)的竖直性质以水平方式(定向)安装。使用水平配置可以使得更容易插入或更换套筒，而不必将工作管柱的各部分彼此拆卸或断开。

图4C展示套筒套管44可以具有尺寸小于第二套筒直径D4的第一内套筒直径D3。这可能导致套管44内存在工作表面51。直径D3和D4之间的差可以提供或产生遍布套管44的液压失衡。作用于工作表面51的流体压力可以帮助使弹簧46保持压缩。

现在参考图5，可以看到，套筒8(或作为图2A中阀组件11的一部分)可以以形成压力室34的方式插入在套筒钻孔30内。压力室34可以是第一钻孔凹部45和销凹部55之间的空隙或空间。流体可以流动或被引入到压力室34中，借此产生了作用于两个大气室(图3中的36和38)的两个液压作用区域。

第一液压作用区域可以由安装在安全销48上的密封件50A产生，其方式为使安全销48的外径(或外销表面)抵靠套筒套管44的内径(或内套管表面)而以密封方式接合。此液压作用区域上的压力可以使安全销48相对于弹簧杆42处于拉紧状态。这可能是由于安全销48与弹簧杆42接合而导致的，并且弹簧杆42可以由固位板40固持在适当的位置。此直径48A可以限定液压失衡的量值和试图使安全销48断裂的力负载。此力不需要撞击套筒套管44。

第二液压作用区域是由密封件50A和安装在密封于弹簧杆42上的套筒套管44内部的密封件50C之间的差异产生的。直径48A和断裂直径48B一起，这些液压失衡直径可以在需要防止弹簧解压(与图7中的弹簧解压相比)的方向上导致或产生作用于套筒套管44的轴向负载。

现在参考图6，当抵靠安全销密封件直径48A施加压力时，安全销48可以在断裂直径48B处断裂。销48的断裂可能导致销头39的一部分保持接合到弹簧杆42中或与弹簧杆42接合，而另一销部分48C可在安全销大气室36内移动。在仍保持套筒套管44内部的正密封件的同时可能发生断裂。在安全销48现在断裂的情况下，安全销48可能不再抵靠弹簧46而抵接套筒套管44。因此，此时只有流体压力可以将弹簧46保持在压缩状态。安全销断裂48的压力可以是可调节的和/或预定的。此压力可能足以通过在并且销断裂期间作用于套筒套管液压失衡而将弹簧46保持在压缩中。

当安全销残余部48C处于其静止位置并且弹簧46被完全压缩时，压力室内的压力可以增加到用于压力测试的所需压力。液压失衡可以通过使直径48A(参考50A)大于断裂直径48B直径(参考50C)而内置在套筒套管中，只要压力室内存在流体压力，就会存在失衡。改变液压失衡和流体压力的大小可以将销断裂时作用于弹簧46的力负载控制为大于弹簧预负载值。

现在一起参考图7和8，在压力室(图6的34)内保持高压(或所需压力)值可以为套筒8提供将弹簧46保持或固持在压缩或偏置状态的能力。反过来，将压力减小至受控值可以允许偏置弹簧46以推动或以其它方式推进套筒套管44越过安全销48(或部分48C)。先前已将弹簧大气室38与压力室34隔离的密封件50D现在可以移位以不密封加压流体并允许加压流体迁移到弹簧大气室38中。

具体地参考图8，一旦流体已从加压室(34)释放到弹簧大气室38中，针对安全销大气室36而产生的增大的液压区域就将结合弹簧力触发推动套筒套管44到此处所展示的完全移动(缩回)位置，因此使流体旁通轻松实现最大化。现在，流体可以通过弹簧大气室38自由行进或流动进入后续阶段的压力室34，在所述阶段可以重复图5至8所展示的循环，或如果所述阶段是最后阶段，则流体可以流入活塞阀(图1中的10)的井上侧上的上部大气室14。尽管所展示的一些实施例示出了两个阶段，但阶段的数量可以从仅一个变化到两个以上，而在所描述机构的形式、装配和功能上没有任何随之产生的差异。在各实施例中，可以存在约1个阶段至约20个阶段。

现在参考图9，展示了根据本文中的实施例的套管工具的套管打开位置。图1原先展示了活塞阀10，所述活塞阀最初可以经由与之联接的一个或多个剪切螺钉18关闭，且可以液压地平衡。因此，当流体或井下工具被泵送通过套管的内部钻孔12时，活塞阀10可能不移动。然而，当上部大气室14的阀组件(11)充满加压流体时，压力最终可以通过出口端口28连通。因此，可以抵靠下部大气室16产生液压失衡。这种失衡最终可能引起剪切螺钉18的剪切，并随后使活塞阀10移动到图9所展示的其打开位置。这导致套管的内部12和外部之间的套管端口20打开。

现在一起参考图10A至14，展示了根据本文中的实施例的用于(临时)堵塞套筒8的第一连通端口22的两个替代实施例。图10A至14展示可以以预定压力值打开通过端口22的流动路径的一个或多个机构。这可以用于防止不合需要的堵塞，例如在固井时防止水泥迁移到此端口中。

在所呈现的实施例中，可以通过用诸如剪切机构60之类的插塞装置或通过使用爆破片70(例如图11B中所见)堵塞第一连通端口22来防止趾起爆器套管2内部的流体进入所述第一连通端口。插塞装置可以被配置且大小设定为在高于已知阈值的所需压力值(例如绝对固井压力)下断裂。一旦破裂，插塞装置(60、70)现在就可以允许流体进入第一阶段的压力室34。

剪切机构60可以包含剪切销62和剪切活塞64，例如图11A所展示。剪切销62可以防止剪切活塞64移动到销接收座或支座68中，只要趾起爆器套管2内部的流体不超过预定值即可。可以针对不同应用调整和/或预定激活(剪切、断裂等)值。无论使用哪种插塞装置，都会出现激活。例如，当预定压力值达到剪切销62的剪切点时，剪切销62可以剪切，由此允许剪切销和剪切活塞64在支座68内移位，如图12中所见。这导致第一连通端口22打开，并且建立了流体连通。

密封件66可以安置在剪切活塞64和销支座68之间。密封件66可以以密封方式确保在多个压力循环不受阻碍地施加到液压阀调组件的同时，活塞64保持在支座68内。

一起参考图15至18，展示了根据本文中的实施例的具有替代配置的套筒108。套筒108可以以与先前针对套筒8所描述的类似的原理或经由类似的原理工作。尽管无需完全相同，但具有套筒108的起爆器套管102可以包含各种特征和部件，类似于本文中所描述的其它系统或工具的特征和部件，因此其部件可以是重复的或类似的，且因此可能不进行详细描述和/或仅简洁地描述(如果有的话)。

如此处所展示，在各实施例中，套筒108可以包含额外安全销杆150。安全销杆150可以固持(轴向地)在安全销杆大气室152内的适当位置。安全销148在一末端处直接拧入到套筒套管144，而第二末端可在弹簧杆142内轴向地移动。

当安全销148由于力(例如经由液压压力)而断裂时，安全销148A的一部分朝着弹簧杆142移动，并且第二部分148B保持螺接到套筒套管144(参见图17A)。一旦安全销148断裂，就可以执行压力测试，因为可以通过套筒108建立流体连通路径。经由测试循环或以其它方式施加的压力可能足以将偏置构件(例如弹簧146)保持在通电或偏置(例如压缩状态)中。

当压力测试完成时，将压力减小到受控最小值或预定值可以使弹簧146将套筒套管144推过安全销杆150(参见图18)。现在将先前已将弹簧大气室138与压力室134隔离的密封件移位以不密封加压流体并允许加压流体迁移到弹簧大气室138中。

增大的液压区域(将较小内径D5与较大内径D6比较)结合弹簧力将套筒套管144推入完全缩回位置，因此使流体旁通轻松实现最大化。现在，流体可以通过弹簧大气室138自由流动或连通进入后续阶段的压力室34/134，或如果所述阶段是最后阶段，则流体将流入活塞阀(10)的井上侧上的上部大气室(参见图1中的14)。

现在参考图19A、19B和19C，根据本文中的实施例展示被配置有流量控制插入件的井下工具套管的纵向横截面视图、具有完全未阻塞的套管端口的井下工具套管的纵向横截面视图，以及具有流量控制插入件的井下工具套管的纵向横截面视图，所述流量控制插入件具有被活塞阀部分地阻塞的一个或多个套管端口。

尽管无需完全相同，但具有套筒208的起爆器套管202可以包含各种特征和部件，类似于本文中所描述的其它系统或工具的特征和部件，因此其部件可以是重复的或类似的，且因此可能不进行详细描述和/或仅简洁地描述(如果有的话)。

井下套管工具202可以具有上部接头204和下部接头206。下部接头206可以具有一个或多个套管端口220，以促进流入和/或流出套管工具202。如此处所展示，可以存在一个或多个中间件或壳体或接头207、209，其中的任一个都可另外或替代地具有一个或多个套管端口220。接头204、206、207和/或209可以与相应邻近接头接合。接合可以是以螺纹方式、以固定方式等等。

根据本文中的任何实施例，上部接头204可以具有至少一个套筒组件208。因此，套筒组件208可以被配置成控制通过工具202的流动。在激活时，流体可以流动通过套筒组件、通过出口端口228并抵靠活塞阀210。

活塞阀210可以经由一个或多个剪切螺钉等固持在适当的位置。如果施加足量的力，则一个或多个剪切螺钉可以剪切，并且活塞阀210可以滑动或以其它方式从关闭位置(图19A)推向打开位置(19B/19C)。19B示出大体上完全打开位置，使得狭槽(以及整个长度L1或开口)未被阻塞。值得注意的是，套管202可以具有安置在其中的流量控制插入件232。

插入件232可以是环形套管主体，并安置在(至少部分地)下部接头206内。插入件232可以具有环形脊232A，所述环形脊可以径向地向内延伸。因此，当活塞阀210移动打开时，阀210的末端210A可以接合或以其它方式抵靠环形脊232A。环形脊232A可以具有纵向高度或长度L2。长度L2可以被修改或调节以适应阀210的所需移动的成比例的量。

例如，图19C展示较大长度L3，其导致阀210仅移动足够远，但仍然部分地阻塞端口220。这可能导致流体F通过套管202的流量减少或被节流。

优点

本公开的实施例可以提供小型井下套管工具设计，所述设计能够在小的外壳(较大内径和较小外径)中承受高压和高温。这意味着可以存在“两层”套管设计，这可以提供必要的特征。

本文中的实施例可以提供允许快速设置改变的模块化设计。无需拆卸任何主要部件即可轻松使用和互换压力套筒。上部(或顶部)和下部(或底部)接头可以被更换，而不会影响大气室中的任一个。

其它优点提供了压裂端口开口，所述压裂端口开口可易于调节以从匹配套管ID变化到所需的受限大小。

通过仅将套管暴露于内部压力而产生的力失衡，可以有利地防止活塞阀过早打开(在将其联接至壳体的构件的顶部)。因此，跨过此部件的正向力(与内部压力成比例)将套管偏置闭合。

由于套筒/阶段钻孔的切向(或正交、垂直、偏移等)定向，本文中的实施例可以提供短而小型的设计。可以存在足够数量的压力套筒，其能够进行大量设置以匹配客户需求。

虽然已展示并描述了本公开的优选实施例，但所属领域的技术人员可以在不脱离本公开的精神和教示的情况下对其作出修改。本文中所描述的实施例仅仅是示范性的且并不意图为限制性的。本文中所公开的本公开的许多变化和修改是可能的且在本公开的范围内。在明确地陈述数值范围或限制的情况下，此类明确范围或限制应理解为包含落在明确陈述的范围或限制内的相同量值的迭代范围或限制。术语“任选地”相对于权利要求中的任何要素的使用意指需要或替代地不需要主体要素。两种替代方案都意图在权利要求的范围内。例如“包括”、“包含”、“具有”等较宽术语的使用应理解成为例如“由……组成”、“基本上由…组成”、“基本上包括”等较窄术语提供支持。

因此，保护范围不限于上文陈述的描述，而仅受所附权利要求书限制，所述范围包含权利要求书的主题的所有同等物。每一条权利要求作为本公开的实施例并入到本说明书中。因此，权利要求书是进一步的描述并且是对本公开的优选实施例的添加。参考的包含或论述并非承认其为本公开的现有技术，尤其是可以具有在本申请的优先权日之后的公开日期的任何参考。本文中所引用的所有专利、专利申请和公开案的披露内容在此以引用的方式并入本文中，并入的程度达到其所提供的背景知识或示例性程序或其它细节对本文中所阐述的内容进行补充。

Claims

1.一种井下套管工具，其包括：

下部接头，其包括穿过它的中心钻孔和至少一个套管端口；

活塞阀，其可滑动地定位在所述下部接头内以选择性地阻断所述中心钻孔和所述一个或多个套管端口之间的流体连通；

上部接头，其能够连接到所述下部接头，所述上部接头进一步包括：

入口端口；

至少一个流体连通端口；

出口端口；以及

形成于所述上部接头的侧壁内的套筒钻孔；

套筒组件，其安置在所述套筒钻孔内，所述套筒组件进一步包括：

弹簧杆；

套筒套管，其可移动地定位在所述弹簧杆的至少一部分上；

偏置构件，其与所述套筒套管接合；

安全销，其包括工作表面，所述安全销安置在所述套筒套管的至少一部分内并与所述弹簧杆接合，

其中所述安全销被配置成因抵靠所述工作表面施加流体的压力而断裂。

2.根据权利要求1所述的井下套管工具，其中所述井下套管工具进一步包括第二套筒组件，并且其中在所述偏置构件将所述套筒套管移到缩回位置之后，所述流体进入所述第二套筒组件。

3.根据权利要求2所述的井下套管工具，其中所述套筒组件和所述第二套筒组件中的至少一个具有纵向套筒轴线，其中所述井下套管工具具有纵向套管轴线，并且其中所述纵向套筒轴线正交于所述纵向套管轴线。

4.根据权利要求1所述的井下套管工具，所述井下套管工具进一步包括流量控制插入件。

5.根据权利要求4所述的井下套管工具，其中所述流量控制插入件包括内部径向脊，并且其中所述内部径向脊包括纵向脊高度。

6.根据权利要求5所述的井下套管工具，其中所述活塞阀的一部分被配置成在所述活塞阀的末端与所述内部径向脊的末端接合时至少部分地阻塞所述至少一个套管端口。

7.根据权利要求6所述的井下套管工具，其中所述纵向脊高度对所述部分的高度的阻塞比率在0.8至1.2的比率范围内。

8.根据权利要求1所述的井下套管工具，所述工具进一步包括接近所述活塞阀的井上末端的上部大气室，其中所述上部大气室与所述出口端口进行流体连通。

9.根据权利要求8所述的井下套管工具，其中所述活塞阀液压地平衡，直到所述上部大气室用从所述出口端口传送的所述流体进行加压为止。

10.根据权利要求1所述的井下套管工具，所述流体从所述入口端口进入所述套筒的压力室以便作用于所述工作表面。

11.根据权利要求1所述的井下套管工具，其中所述压力室被密封地隔离而不与所述套筒钻孔的任何其它部分进行流体连通，直到所述安全销断裂为止。

12.根据权利要求11所述的井下套管工具，其中所述压力室中的流体压力的释放或减小允许所述偏置构件的延伸以及所述套筒套管到缩回位置的合成移动。

13.根据权利要求12所述的井下套管工具，其中所述套筒套管的移动促进所述压力室和弹簧大气室之间的一个或多个密封件的移位，以由此允许流体从所述压力室流动到所述弹簧大气室，且然后进行以下流动中的至少一个：经由连通端口流动到后续套筒组件；以及流动到所述活塞阀的所述井上末端。

14.根据权利要求1所述的井下套管工具，其进一步包括固位板以将所述弹簧杆轴向地固定在所述套筒组件中。

15.根据权利要求1所述的井下套管工具，其中所述安全销被形成有断裂直径，所述安全销在所述断裂直径处断裂，并且其中所述安全销以组装的未激活配置而以螺纹方式接合到所述弹簧杆。

16.根据权利要求15所述的井下套管工具，其中在所述安全销断裂时，第一安全销残余部保持与所述弹簧杆以螺纹方式接合，并且第二安全销残余部和所述套筒套管能够以滑动方式移动到安全销大气室中，并且其中所述套筒套管上的一个或多个密封件防止流体压力进入安全销大气室。

17.一种打开井下套管工具的方法，所述方法包括以下步骤：

提供井下套管工具，所述井下套管工具包括：

下部接头，其包括：中心钻孔和至少一个侧向套管端口；

活塞阀，其可滑动地定位在所述下部接头内以选择性地阻断所述中心钻孔和所述至少一个套管端口之间的流体连通；

上部接头，其与所述下部接头接合，所述上部接头包括：入口端口、至少一个连通端口、出口端口和形成于所述上部接头的侧壁中的套筒钻孔；

套筒组件，其安置并容纳在所述套筒钻孔内，所述套筒组件包括：弹簧杆；套筒套管，其可滑动地定位在所述弹簧杆的至少一部分上；偏置构件，其在偏置位置中与所述套筒套管接合；安全销，其安置在所述套筒套管的至少一部分中并与所述弹簧杆接合；

以充分的方式对所述套筒钻孔加压以用来自所述中心钻孔的流体压力使所述安全销断裂；

从所述套筒钻孔释放流体压力以将所述偏置构件从所述偏置位置释放，并由此允许所述偏置构件将所述套筒套管移动到缩回位置；

在释放步骤之后，允许流体从所述套筒钻孔进行以下传递中的至少一个：经由连通端口传递到一个或多个后续套筒组件；以及传递到所述活塞阀的井上末端，以由此使所述活塞阀移位远离而不选择性地阻塞所述套管端口，以便允许所述中心钻孔和所述至少一个套管端口之间的流体连通。

18.一种井下套管工具，其包括：

下部接头，其限定穿过它的中心钻孔和一个或多个套管端口；

入口端口；

至少一个流体连通端口；

出口端口；以及

形成于所述上部接头的侧壁内的套筒钻孔；

弹簧杆；

套筒套管，其可移动地定位在所述弹簧杆的至少一部分上；

偏置构件，其与所述套筒套管接合；

安全销，其安置在所述套筒套管的至少一部分内并与所述弹簧杆接合，

其中由来自所述中心钻孔的流体压力引起的所述安全销的断裂以及流体压力的释放允许以下操作：允许所述偏置构件的延伸以及所述套筒套管的轴向移动，从而允许流体经由连通端口传递到一个或多个后续套筒组件；或允许流体传递到所述活塞阀的井上末端，以由此使所述阀移位以允许所述中心钻孔和所述一个或多个套管端口之间的连通。

19.根据权利要求18所述的井下套管工具，其中所述套筒组件包括纵向套筒轴线，其中所述井下套管工具具有纵向套管轴线，并且其中所述纵向套筒轴线正交于所述纵向套管轴线。

20.根据权利要求19所述的井下套管工具，所述井下套管工具进一步包括流量控制插入件，所述流量控制插入件被配置有具有纵向脊高度的内部径向脊，并且其中所述活塞阀的一部分被配置成在所述活塞阀的末端与所述内部径向脊的末端接合时至少部分地阻塞所述至少一个套管端口。