CN112955628B - 倾斜进入导引件 - Google Patents

Abstract

公开一种用于使生产管路柱延行进入井眼而无需旋转所述生产管路柱的设备。所述设备是斜口靴导引件组合件，其利用短螺旋弹簧使下部斜口靴导引件倾斜而与封隔器孔或衬里顶部对准。当所述导引件遇到所述井眼中的障碍物时，所述短螺旋弹簧将压缩，造成凸耳被驱动进入成角度的铣削槽，从而造成所述下部斜口靴导引件向内倾斜。

Description

倾斜进入导引件

技术领域

本公开大体上涉及土壤或岩石钻探(采矿)的领域，且更具体地说，涉及矿井设备或矿井维护。

背景技术

例如油井或气井的钻探的传统矿井构造由三个阶段组成：钻探，用套管加衬，以及用管路的生产。在钻探阶段中，切开岩石直到到达矿床。这将建立穿过一系列岩层的井眼或钻孔。矿井穿过的每一岩层必须被密封，以便避免岩层流体、气体或材料不合意地穿出岩层并进入钻孔或从钻孔进入岩层。另外，经常希望使生产岩层和非生产岩层彼此隔离，以避免一个岩层被来自另一岩层的流体污染。

用套管为井眼加衬会保护岩层且使井眼稳定。在为井眼加衬时经常使用封隔器和衬里来分离各种流体类型。封隔器是用以在两个同心管道串之间或管道与开放孔的壁之间形成环形密封，且通常仅设定于生产区上方以将生产区间隔离于壳体环道或隔离于井眼中在别处的生产区。有时，不希望套管一直延伸到井眼的表面，在此情况下使用衬里。衬里是套管柱，所述套管柱不延伸到井眼的顶部，而是锚定于前一套管柱的底部或从前一套管柱的底部内悬挂。

在套管延行且设定在适当的位置之后，生产管路延行进入钻井。生产管路保护井眼套管免受磨损、撕裂和腐蚀，同时提供从生产区到井口的连续孔。当生产管路的区段延行进入井眼时，它们经常延行通过封隔器或衬里顶部而将它们互连。然而，封隔器孔和衬里顶部在井眼中基本上位于中心。如果井眼偏离，那么生产管路将往往接合封隔器孔或衬里顶部的边缘而不是进入封隔器孔或衬里顶部。为了校正此问题，操纵生产管路进入封隔器孔或衬里顶部。导引件附接到生产管路的下部末端以促进进入封隔器孔或操纵经过井下障碍物。所述导引件通常包含斜口靴几何形状，使得斜口靴的旋转将允许导引件的末端绕过封隔器或障碍的顶部。此旋转可以通过从表面旋转整个生产管路来实现。然而，当使生产管路柱延行进入井眼时，由于附接到管路的控制线和/或极端孔角度而可能阻碍使生产管路柱旋转进入封隔器孔或衬里顶部的能力。当生产管路的旋转是不可行的时，存在可用的自对准斜口靴导引件，由于导引件设定于封隔器孔或衬里顶部上，所述导引件将随着施加于导引件的生产管路柱的重量增加而旋转。具有斜口靴几何形状的导引件将在足够旋转之后进入封隔器孔或衬里顶部。在导引件进入封隔器或衬里顶部之后，导引件的底端将通常借助于弹簧旋转回到原始位置。另外，为在导引件中使用而设计的弹簧是针对恶劣的井下环境设计的，这带来材料和设计的显著成本。

附图说明

通过参考附图可更好地理解本公开的实施例。

图1描绘利用具有斜口靴几何形状的倾斜导引件组合件的矿井系统的示意图。

图2描绘具有短螺旋弹簧的倾斜导引件组合件的实施例。

图3是具有短螺旋弹簧的倾斜导引件组合件的分解视图。

图4是具有短螺旋弹簧的倾斜导引件组合件的轴向俯视图。

图5是从下方观看的具有短螺旋弹簧的倾斜导引件组合件的纵向视图。

图6是从上方观看的具有短螺旋弹簧的倾斜导引件组合件的纵向视图。

图7示出在致动以进入封隔器或衬里顶部之后倾斜导引件组合件与短螺旋弹簧的对准。

图8A和8B描绘具有片弹簧的倾斜导引件组合件。

图9A和9B示出在对准以进入封隔器孔之后倾斜导引件组合件与片弹簧的位置。

具体实施方式

随后的说明包含体现本公开的实施例的实例系统。然而应了解，可以在无这些具体细节的情况下实践本公开。举例来说，本公开在说明性实例中涉及用于进入用于地下钻井操作的井眼中的封隔器孔或衬里顶部的导引件组合件。本公开的实施例也可以应用于海底钻井操作。在其它情况下，为了不使描述变混乱，未详细展示众所周知的指令实例、协议、结构和技术。

概述

当使生产管路柱延行进入井眼时，经常在柱的底端上使用导引件以辅助井下操纵。导引件用以保持生产管路在井眼内位于中心，因此使得在管路下降到矿井中时与管路撞击井眼中的障碍物(例如，岩石突出部分或物体)相关联的问题最小化。已设计导引件，其包含弹簧以使导引靴倾斜以导引设备经过障碍物。此倾斜(或侧倾)导引件已被设计有短螺旋弹簧以及在导引靴上的铣削槽中的上部心轴上的凸耳，以使导引靴处于例如进入封隔器孔或衬里顶部的定向上。短螺旋弹簧放置于上部心轴与内部心轴(下文为“内部弹簧心轴”)之间。上部心轴包围短螺旋弹簧的外径。内部弹簧心轴在短螺旋弹簧的内径内部。所述两个心轴保护短螺旋弹簧免受外部磨损。当导引靴遇到障碍物时，上部心轴和下部内部心轴对短螺旋弹簧的两端施加力。下部内部心轴由于与障碍物的接触而在弹簧上施加向上力，而上部心轴施加等于至少导引件自身的重量的力。这些力压缩短螺旋弹簧。

导引件组合件具有在下部斜口靴导引件与上部心轴之间的槽或间隙。在短螺旋弹簧被压缩时，下部斜口靴导引件与上部心轴之间的间隙闭合，造成上部心轴上的凸耳被推动进入下部斜口靴导引件上的铣削槽。铣削槽是成角度的以充当用于凸耳沿着其移动的斜坡。短螺旋弹簧的压缩驱动凸耳进入铣削槽，这造成下部斜口靴导引件倾斜。上部心轴中的槽允许下部内部心轴在下部斜口靴导引件向内倾斜时不受限制地移动。下部斜口靴导引件倾斜直到其可经过障碍物。一旦下部斜口靴导引件已经过障碍物，力就从短螺旋弹簧移除从而允许其减压，且下部斜口靴导引件返回到其原始对准。

此导引件组合件特征在于在倾斜而不是旋转的末端处的下部斜口靴导引件。导引件组合件使用短螺旋弹簧以允许导引靴纵向移动足以倾斜而经过障碍物，且当已经过障碍物时返回到与导引件的纵向对准。这允许导引件比传统的生产管路柱导引件总体上更短，从而使这成为更经济的设计。另外，短螺旋弹簧需要比传统的长螺旋弹簧短的压缩距离，且会比长螺旋弹簧更可靠且不容易因碎屑而结垢。

实例说明

在本文所描述的倾斜导引件组合件以及其它设备和方法的以下描述中，例如“内部”、“外部”、“上部”、“下部”等方向性术语仅为参考附图的方便起见而使用。具体地，上部和下部用以指代当竖直定向时组合件或设备的不同区、部件、部分或组件。另外，在不脱离实施例的原理的情况下，应理解本文所描述的本发明主题的各种实施例可以用于各种定向，例如倾斜、倒置、水平、竖直等，且用于各种配置。

图1描绘矿井系统的示意图，所述矿井系统利用倾斜导引件组合件使生产管路柱延行进入井眼。图1描绘在已钻出竖直井眼114之后的矿井系统的实例。所述矿井系统包含定位于地表104上且在井眼114上方和周围延伸的平台106。井眼114从地表104竖直延伸。

确切地说，图1描绘井眼114，其中封隔器110已插入井下。在生产管路柱112延行之前，封隔器110封闭开放孔与井眼套管116之间的空间。封隔器110含有生产管路柱可以延行穿过的孔。生产管路柱112借助于导引件108延行进入井眼114。导引件108是附接到生产管路柱112的下部末端的倾斜斜口靴导引件。导引件108被设计成在需要时利用弹簧来对准以进入封隔器110而无需旋转生产管路柱112。

图2描绘具有用于与封隔器孔或衬里顶部的对准的短螺旋弹簧的倾斜导引件组合件的实施例。此实施例不需要旋转导引件以进入封隔器孔或衬里顶部。实际上，两个心轴之间的短螺旋弹簧在非加载条件下保持导引件组合件的下部末端笔直。当力施加于下部斜口靴导引件时，弹簧被压缩，从而允许下部斜口靴导引件弯曲而进入封隔器孔或衬里顶部。导引件组合件200由上部心轴203和下部斜口靴导引件201组成。上部心轴203和下部斜口靴导引件201通过上部心轴203上的突片或凸耳407以及下部斜口靴导引件201中的槽408而相关。导引件组合件200进一步由内部弹簧心轴202和下部内部心轴205组成。下部斜口靴导引件201与上部心轴203之间的槽或间隙206以及下部内部心轴205中的切口或槽509允许下部斜口靴导引件201倾斜以操纵导引件组合件经过障碍物。弹簧204围绕在内部弹簧心轴202周围。

在非加载条件下，当没有力施加于下部斜口靴导引件201时，弹簧204保持下部斜口靴导引件201与导引件组合件200的中心轴线对准。当导引件遇到例如井眼中的封隔器或衬里顶部等障碍物时，上部心轴203和连接的生产管路的重量将在弹簧204上施加向下力。在井眼中因接触障碍物而被阻止向下移动的下部斜口靴导引件201造成下部内部心轴205在弹簧204上施加向上力。来自上部心轴203的向下力和来自下部内部心轴205的向上力一起压缩弹簧204。下部斜口靴导引件201与上部心轴203之间的间隙206允许下部斜口靴导引件201在弹簧204压缩时移动和倾斜。

图3是具有短螺旋弹簧的倾斜导引件组合件的分解视图。虚投影线示出图2的倾斜导引件组合件200的零件从上到下的定向。上部心轴描绘为两个零件203A和203B，以示出上部心轴203内部的弹簧204的位置。内部弹簧心轴202定位于弹簧204内部，其中内部弹簧心轴的下部部分延伸超出弹簧204的底部。下部内部心轴205在内部弹簧心轴202下方在上部心轴203内部。下部内部心轴205的底部部分延伸超出上部心轴203的底部且连接到下部斜口靴导引件201。

图4是图2的倾斜导引件组合件200的轴向俯视图。此视图示出弹簧相对于上部心轴和内部弹簧心轴的定向。图4描绘图2的内部弹簧心轴202和上部心轴203。弹簧204是定位于内部弹簧心轴202与上部心轴203之间的短螺旋弹簧。当力施加于弹簧204的任一末端时弹簧204在心轴之间纵向膨胀和收缩。短螺旋弹簧的长度被设计成允许斜口靴。

图5是从示出凸耳和斜坡铣削槽的视角观看的图2的倾斜导引件组合件200的纵向视图。倾斜导引件组合件200的此视图示出上部心轴203上的凸耳407。凸耳407是从上部心轴203的底部纵向向下延伸的部分或部件。实施例可将凸耳407(或突片)设计为上部心轴的延伸部分或者附接或附连到上部心轴的延伸组件。凸耳407搁置于下部斜口靴导引件201上的铣削槽408中。铣削槽408充当用于凸耳407的有角度的斜坡。在上部心轴203内部的弹簧压缩时，斜口靴导引件201移动更接近上部心轴203，从而减少间隙206中两者之间的空间。这造成凸耳407进一步进入铣削槽408。铣削槽408的成角度的斜坡迫使斜口靴导引件201成角度地向内移动，直到下部斜口靴导引件201进入封隔器孔或衬里顶部。弹簧204的长度被设计成允许斜口靴导引件201或靴移动的距离足以允许凸耳407倾斜或反冲出斜口靴导引件201而不纵向对准。凸耳407的长度可为近似3-4厘米，但可以被设计成长度足以使斜口靴导引件201从导引件组合件的中心轴线倾斜所需角度。此长度可取决于组合件的大小(例如，上部心轴的直径、靴的大小等)而变化。在进入之后，下部斜口靴导引件201将拉直到其原始位置，因为压缩弹簧的力被移除。

图6是从与图5中的视角相对的视角观看的图2的倾斜导引件组合件200的纵向视图。内部心轴槽509允许内部心轴205不受限制地移动。在斜口靴导引件201对准而进入封隔器孔或衬里顶部时，内部心轴槽509允许内部心轴205连同斜口靴导引件201一起移动，同时仍施加向上力以压缩上部心轴203内部的弹簧。

图7示出在致动以进入封隔器或衬里顶部之后图2的倾斜导引件组合件200的对准。图7描绘可以允许下部斜口靴导引件201进入封隔器孔或衬里顶部的实例对准。在致动以进入封隔器孔或衬里顶部时，斜口靴导引件201倾斜以定位于相对于上部心轴203的稍微角度处。由于内部心轴槽509和间隙206而允许此角度移动。

不使用长弹簧来进入封隔器孔或衬里顶部的倾斜导引件组合件的另一实施例在图8A-B和9A-B中描绘。虽然这些图描绘带有具有多个弧形薄片的片弹簧的倾斜导引件组合件的实施例的实例，但可以使用弹簧的其它实施例。举例来说，包括单个层的片弹簧可以代替多弧形层片弹簧使用。弹簧设计可以是片弹簧，但不限于片弹簧设计。可以使用其它类型的弹簧，例如钢丝弹簧或扭力弹簧。弹簧不必是弧形的。它也可以是平坦或卷绕的。

图8A描绘具有片弹簧的倾斜导引件组合件的实施例。类似于先前描述的实施例，倾斜导引件组合件700由下部斜口靴导引件701和上部心轴702组成。下部斜口靴导引件701和上部心轴702在其间具有带有间距或槽的部分，这允许下部斜口靴导引件201倾斜或向内反冲。另外，倾斜导引件组合件700由内部心轴703和片弹簧704组成。在此实施例中，下部斜口靴导引件701从导引件组合件700的中心纵向轴线偏离中心定位，同时使生产管路柱延行进入井眼。片弹簧704定位于上部心轴702与内部心轴703之间。在井眼中延行生产管路柱时，片弹簧704的弧形结构推动下部斜口靴导引件701远离井眼的套管壁。

图8B描绘当没有力施加于图8A的倾斜导引件组合件700时片弹簧的结构。片弹簧704包括弧形薄片的层。所述薄片从上到下在大小和曲率方面不同。最接近于内部心轴703和下部斜口靴导引件701的薄片是最长且最直的薄片，而最接近于上部心轴702的薄片是最短且最弯曲的薄片。

如果遇到封隔器孔或衬里顶部，那么由于斜口靴导引件的偏离中心的偏置，导引件的末端将容易进入封隔器孔。图9A示出在进入封隔器孔之后图8A的倾斜导引件组合件700的位置。在图9A中，下部斜口靴导引件701已经拉直以与倾斜导引件组合件700的纵向轴线对准。当倾斜导引件组合件700遇到封隔器孔或衬里顶部时，下部斜口靴导引件701将进入封隔器孔。封隔器孔的较小内径将在下部斜口靴导引件701上施加力。在下部斜口靴导引件701拉直以与封隔器孔对准时，力施加于片弹簧704。虽然导引件组合件700在封隔器孔内，但片弹簧704上的力将拉直弹簧的弧形结构且保持下部斜口靴导引件701与导引件组合件700的纵向轴线成一直线。

图9B描绘当封隔器孔对图9A的倾斜导引件组合件700施加力时片弹簧的结构。封隔器孔将力施加到下部斜口靴导引件701。此力拉直片弹簧704的弧形结构，临时展平薄片的曲率，从而允许下部斜口靴导引件701与上部心轴702和内部心轴703对准。片弹簧704保持于扁平状态直到由封隔器孔施加的力移除。

虽然参考各种实施方案和开发来描述本公开的方面，但应理解，这些方面是说明性的且权利要求书的范围不限于此。针对本文中描述为单个实例的组件、操作或结构可以提供多个实例。最后，各种组件、操作和数据存储装置之间的边界在某种程度上是任意的，并且特定操作是在特定的说明性配置的背景中说明的。设想功能性的其它分配，并且这些分配可以属于本公开的范围。总的来说，在实例配置中呈现为分开的组件的结构和功能性可以实施为组合结构或组件。类似地，呈现为单个组件的结构和功能性可实施为独立组件。这些和其它变化、修改、添加和改进可以属于本公开的范围。

在具有连词“和”的列表之前使用短语“中的至少一个”不应被视为排他性列表，且不应被理解为具有来自每一类别的一个物品的类别列表，除非确切地陈述是其它情况。陈述“A、B和C中的至少一个”的句子可以含有列出的项目中的仅一个，列出的项目的整倍数，以及列表中的项目中的一个或多个和未列出的另一项目。

实例实施例

实例实施例包含以下内容：

斜口靴导引件组合件包括上部心轴，所述上部心轴具有适于联接到矿井设备的上部末端，和下部末端。下部末端具有纵向向下延伸的突片。内部心轴在上部心轴的至少下部部分内部。弹簧缠绕在内部心轴周围。斜口靴与内部心轴的下部部分同心且联接到内部心轴的下部末端。斜口靴包括铣削槽，所述铣削槽被对准以当弹簧压缩时接受突片，从而允许斜口靴向上移动，且铣削槽向下且向外倾斜以在斜口靴向上行进时使斜口靴倾斜，且弹簧压缩。

内部心轴包括在弹簧和下部内部心轴的内径周围的内部弹簧心轴。

当弹簧未压缩时，上部心轴的下部末端和斜口靴的上部末端产生间隙。

所述间隙足以允许斜口靴倾斜。

弹簧包括短螺旋弹簧。

斜口靴导引件组合件包括上部心轴，所述上部心轴具有适于联接到矿井设备的上部末端和具有沿着下部末端的弧形的槽的下部末端。所述槽允许斜口靴倾斜进入槽。斜口靴导引件组合件还包括同心地至少部分地定位于上部心轴内的内部心轴。斜口靴与内部心轴的至少下部部分同心。弹簧定位于上部心轴的内径与内部心轴的外径之间且近似与槽相对。弹簧使斜口靴朝向槽倾斜。

弹簧包括片弹簧。

弹簧是弧形的以使斜口靴朝向槽倾斜脱离与上部心轴的纵向对准。

弹簧当压缩时拉直且允许斜口靴与上部心轴纵向对准。

斜口靴导引件组合件包括上部心轴，所述上部心轴具有适于联接到矿井设备的上部末端以及适于允许斜口靴倾斜脱离与上部心轴的纵向对准的下部末端。内部心轴同心地至少部分地定位于上部心轴内且与斜口靴联接。斜口靴导引件组合件还包括斜口靴。

弹簧卷绕在内部心轴周围。弹簧压缩以允许斜口靴向上移动。上部心轴的下部末端包括向下延伸的突片以在斜口靴向上移动时使斜口靴倾斜脱离与上部心轴的纵向对准。

斜口靴在斜口靴的上部末端处包括外部斜坡，其与上部心轴的突片对准以在斜口靴向上移动时用于突片搁置。

弹簧向下推动斜口靴以在斜口靴与上部心轴之间产生间隙。

下部末端适于允许斜口靴倾斜脱离与上部心轴的纵向对准。上部心轴的下部末端具有沿着下部末端的弧形的槽，其接受斜口靴的上部末端的一部分以允许斜口靴倾斜进入槽。

弹簧定位于上部心轴的内径与内部心轴的外径之间且近似与槽相对。弹簧使斜口靴朝向槽倾斜。

弹簧是片弹簧。

弹簧是弧形的以使斜口靴朝向槽倾斜脱离与上部心轴的纵向对准。

弹簧当压缩时拉直且允许斜口靴与上部心轴纵向对准。

Claims (18)

1.一种斜口靴导引件组合件，包括：

上部心轴，其具有适于联接到矿井设备的上部末端，和下部末端，所述下部末端具有纵向向下延伸的凸耳；

内部心轴，其在所述上部心轴的至少下部部分内部；

弹簧，其缠绕在所述内部心轴周围；以及

斜口靴，其与所述内部心轴的下部部分同心且联接到所述内部心轴的下部末端，其中所述斜口靴包括铣削槽，所述铣削槽被对准以当所述弹簧压缩从而允许所述斜口靴向上移动时接受所述凸耳，且所述铣削槽向下且向外倾斜以在所述斜口靴向上行进且所述弹簧压缩时使所述斜口靴倾斜。

2.根据权利要求1所述的斜口靴导引件组合件，其中所述内部心轴包括在所述弹簧的内径周围的内部弹簧心轴和下部内部心轴。

3.根据权利要求1所述的斜口靴导引件组合件，其中当所述弹簧未压缩时所述上部心轴的所述下部末端和所述斜口靴的上部末端产生间隙。

4.根据权利要求3所述的斜口靴导引件组合件，其中所述间隙足以允许所述斜口靴倾斜。

5.根据权利要求1所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧包括短螺旋弹簧。

6.一种斜口靴导引件组合件，包括：

上部心轴，其具有适于联接到矿井设备的上部末端，以及下部末端，所述下部末端具有沿着所述下部末端的弧形的槽，其中所述槽允许斜口靴倾斜进入所述槽；

内部心轴，其同心地至少部分地定位于所述上部心轴内；

斜口靴，其与所述内部心轴的至少下部部分同心；以及

弹簧，其定位于所述上部心轴的内径与所述内部心轴的外径之间且与所述槽相对，其中所述弹簧使所述斜口靴朝向所述槽倾斜。

7.根据权利要求6所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧包括片弹簧。

8.根据权利要求6所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧是弧形的以使所述斜口靴朝向所述槽倾斜脱离与所述上部心轴的纵向对准。

9.根据权利要求6所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧当压缩时拉直且允许所述斜口靴与所述上部心轴纵向对准。

10.一种斜口靴导引件组合件，包括：

上部心轴，其具有适于联接到矿井设备的上部末端以及适于允许斜口靴倾斜脱离与所述上部心轴的纵向对准的下部末端；

内部心轴，其同心地至少部分地定位于所述上部心轴内且与所述斜口靴联接；以及

所述斜口靴。

11.根据权利要求10所述的斜口靴导引件组合件，还包括卷绕在所述内部心轴周围的弹簧，所述弹簧压缩以允许所述斜口靴向上移动，其中所述上部心轴的所述下部末端包括向下延伸的凸耳以在所述斜口靴向上移动时使所述斜口靴倾斜脱离与所述上部心轴的纵向对准。

12.根据权利要求11所述的斜口靴导引件组合件，其中所述斜口靴在所述斜口靴的上部末端处包括外部斜坡，所述外部斜坡与所述上部心轴的所述凸耳对准以在所述斜口靴向上移动时用于所述凸耳搁置。

13.根据权利要求11所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧向下推动所述斜口靴以在所述斜口靴与所述上部心轴之间产生间隙。

14.根据权利要求10所述的斜口靴导引件组合件，其中适于允许所述斜口靴倾斜脱离与所述上部心轴的纵向对准的所述下部末端包括所述上部心轴的所述下部末端，所述上部心轴的所述下部末端具有沿着所述下部末端的弧形的槽，所述槽接受所述斜口靴的上部末端的一部分以允许所述斜口靴倾斜进入所述槽。

15.根据权利要求14所述的斜口靴导引件组合件，还包括弹簧，所述弹簧定位于所述上部心轴的内径与所述内部心轴的外径之间且与所述槽相对，其中所述弹簧使所述斜口靴朝向所述槽倾斜。

16.根据权利要求15所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧是片弹簧。

17.根据权利要求15所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧是弧形的以使所述斜口靴朝向所述槽倾斜脱离与所述上部心轴的纵向对准。

18.根据权利要求15所述的斜口靴导引件组合件，其中所述弹簧当压缩时拉直且允许所述斜口靴与所述上部心轴纵向对准。