CN114364861A - 球座释放设备 - Google Patents
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Abstract
在一个方面中，提供了一种球座释放设备。根据此实施例，所述球座释放设备包含剪切套筒，和至少部分地位于所述剪切套筒内的球座主体，剪切特征将所述球座主体以可释放方式联接到所述剪切套筒。根据这一方面，所述球座释放设备进一步包含滑动地接合在所述球座主体内的球座，所述球座被配置成从第一线性位置移动到第二线性位置，另外其中制动爪将所述球座与所述球座主体以可释放方式联接。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年11月5日提交的标题为“球座释放设备”的美国申请第17/089,885号的优先权，所述美国申请要求2019年11月5日提交的标题为“球座释放组合件”的美国临时申请第62/930,810号的权益，所述美国申请和美国临时申请两者与本申请共同转让且以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
在常规实践中，油井或气井的钻井涉及产生横穿众多地层的井筒。出于多种原因，优选地密封井所穿过的地层中的每一个。举例来说，重要的是避免地层流体、气体或材料从地层不合需要地进入井筒或避免井筒流体进入地层。另外，通常需要将生产地层彼此隔离且与非生产地层隔离。
因此，常规的井架构通常包含将套管安装在井筒内。除了提供密封功能之外，套管还提供井筒稳定性以抵消地层的地质力学，例如，压缩力、地震力和构造力，由此防止井筒壁的塌缩。套管大体上通过填充套管的外表面与井筒的壁之间的环带的水泥层而固定在井筒内。举例来说，一旦套管柱位于井中的其所要位置，就将水泥浆经由套管的内部、围绕套管的下部末端且向上泵送到环带中。在用水泥浆充分填充套管周围的环带之后，允许水泥浆硬化，由此支撑套管且形成大体上不可渗透的障壁。
在标准实践中，在对下一层段进行钻井之前，在每一层段中安装套管的情况下在层段中对井筒进行钻井。因而，放置于井筒中的每一接续套管柱通常具有当与先前安装的套管柱相比时大小减小的外径。具体来说，待安装在下部井筒层段中的套管必须穿过上部井筒层段中先前安装的套管柱。在一种方法中，每一套管柱从表面向井下延伸，使得每一套管柱的仅下部区段邻近于井筒壁。替代地，井筒套管柱可包含一个或多个衬管柱，其并不延伸到井筒的表面，而是通常从先前安装的套管柱的底端附近向下延伸到井筒的未加套部分中。在此类安装中，衬管柱可从定位于先前安装的套管柱的井下端与衬管柱的井上端之间的衬管悬挂器安放或悬置。
附图说明
现在参考结合附图的以下描述，在附图中：
图1说明根据本公开设计、制造和操作的井系统；
图2说明根据本公开设计、制造和操作的球座释放设备；且
图3到图7说明图2中所说明的球座释放设备的各种不同操作状态。
具体实施方式
常常使用液压压力安装/激活井下设备。通过闭合柱的内径(“ID”)且泵送闭合体积直到实现用于井下设备的激活压力来产生压力。对于衬管悬挂器安装，通常使用定位球来关闭下入工具ID，且在钻柱内部施加压力以安放悬挂器并释放下入工具。
在一些应用中，需要在安放衬管悬挂器之后，尤其当使用可扩展衬管悬挂器时重新建立循环。这需要移除和/或绕过球。典型的液压激活的工具将需要高压以释放球来打开管道ID。当释放到下入工具下方时，此压力会对地层造成压力冲击，有可能会损坏地层。根据本公开设计、制造和操作的衬管悬挂器采用软球座释放设备，其允许在不超过正常循环压力的情况下重新建立流动路径。
首先参考图1，说明根据本公开设计、制造和操作的井系统100。在一个实施例中，井系统100采用也根据本公开设计、制造和操作的球座释放设备(例如，软释放)190。在井系统100中，半潜式平台110以水下油气地层112为中心，所述水下油气地层位于海底114下方。海底导管116从平台110的甲板118延伸到井口设施120，包含防喷器122。平台110具有起重设备124、井架126、游车128、吊钩130和旋转接头132以用于提升和降低井下输送工具140，包含但不限于管柱、工作管柱等。
井筒150已经分段钻井穿过各种地层结构，包含地层112。套管柱155通过水泥160紧固在井筒150的上部部分内。本文中使用术语“套管”指定可用于定位在井筒中例如以提供井筒稳定性的管柱。套管可属于所属领域的技术人员已知为“衬管”的类型，且可由例如钢或复合材料等任何材料制成。所述套管可为接合管柱或连续管柱。在上端处包含衬管悬挂器172和衬管顶部174的衬管柱170从套管柱155向井下延伸到井筒150的下部部分中。
在所说明实施例中，球座释放设备(例如，软释放)190联接到井下输送工具140和下入工具180。根据本公开，球座释放设备190允许在下入工具180下方重新建立流动路径，例如，而不会从井筒150移除下入工具180，并且还不会超过正常循环压力。因此，可重新建立流动路径而不会对地层造成压力冲击。
即使图1描绘安装在倾斜井筒中的衬管柱170，所属领域的技术人员也应理解，本发明系统同样较适用于在具有其它定向的井筒中使用，包含竖直井筒、水平井筒、偏斜井筒等。因此，所属领域的技术人员应理解，关于说明性实施例使用例如上方、下方、上部、下部、向上、向下、井上、井下等方向术语的使用，如同它们在图式中描绘的那样。向上方向朝向对应图式的顶部，并且向下方向朝向对应图式的底部，井上方向朝向井的表面，井下方向朝向井的底部。并且，即使图1描绘海上操作，所属领域的技术人员也应理解，本发明系统同样较适用于岸上操作。
转向图2，说明根据本公开设计、制造和操作的球座释放设备200的部分剖视图。在所说明实施例中，球座释放设备200已经在下入工具270上下入井下。在所说明的实施例中，球座释放设备200和下入工具270定位于衬管悬挂器280、转换接头290和衬管柱290内。所属领域的技术人员应了解，衬管悬挂器280的相对端将联接到套管柱，使得衬管悬挂器280从套管柱锚定和密封衬管柱295。
在所说明的实施例中，下入工具270包含朝向井筒的表面延伸到井上的工具管柱272。在所说明的实施例中，下入工具270另外包含筒夹274以及筒夹支撑件276。如所说明，筒夹274可具有与衬管悬挂器280的底端中的相关轮廓接合的筒夹轮廓。因此，当下入工具270向井下移动并且筒夹274的筒夹轮廓与衬管悬挂器280中的轮廓接合时，筒夹274将保持固定，同时衬管悬挂器280与套管柱一起安放。
在图2的所说明的实施例中，球座释放设备200包含球座主体210。在一个实施例中，球座主体210是球座心轴主体。在所说明的实施例中，球座主体210包含沿着其内表面的至少一部分形成的凹座215。在图2的实施例中，球座主体210至少部分地位于剪切套筒220内。在所说明的实施例中，剪切套筒220包含可与转换接头290中的肩部292接合的肩部223。剪切套筒220另外包含沿着其内表面的至少一部分定位的凹座225。另外，对于图2的实施例，剪切特征228将剪切套筒220以可释放方式联接到球座主体210。在一个实施例中，剪切特征228为剪切销。
在图2的实施例中，球座释放设备200另外包含滑动地接合在球座主体210内的球座230。如所属领域的技术人员所了解，球座230被配置成与在下入工具270内部署的下坠球塞接合(例如，一起安放)。在一个实施例中，球座230包含一个或多个流体旁路槽235。此外，在所示的实施例中，球座230定位在球座主体210中的凹座215附近。
在图2的实施例中，制动爪240将球座230与球座主体210以可释放方式联接。在一个实施例中，制动爪240为径向扩展特征。举例来说，在一个实施例中，制动爪240可为径向扩展筒夹。另外，对于图2的实施例，密封件245(例如，在一个实施例中为O形环)定位在球座主体210与球座230之间。
现在转到图3到图7，说明衬管悬挂器280、转换接头290和衬管柱295内球座释放设备200在不同操作状态下的各种不同部分剖视图。球座释放设备200在其下入井操作状态下如图3中所说明。因此，球座释放设备200联接到下入工具270。此外，剪切销228将剪切套筒220固定到球座主体210。因此，制动爪240通过剪切套筒220的内表面保持在其径向收缩状态下。此外，球座230通过制动爪240保持在第一线性位置中。在图3的实施例中，第一线性位置为井上线性位置。
转向图4，说明在使用下入工具270部署下坠球塞410之后的图3的球座释放设备。在所说明的实施例中，下坠球塞410与球座230一起安放。在下坠球塞410与球座230一起安放的情况下，下入工具270和球座释放设备200可经受一个或多个压力循环。在此实施例中，压力循环例如通过驱动径向扩展衬管悬挂器280以与井上套管柱接合的锥体来安放衬管悬挂器280。在此阶段，衬管悬挂器280将衬管柱295与套管柱固定在一起。
转向图5，说明在经由下入工具270在球座释放设备200上放下重物之后的图4的球座释放设备。如所示，下入工具向井下推动整个球座释放设备200，直到剪切套筒220上的肩部223与衬管柱290上的肩部292接合为止。此后，剪切套筒220不再进一步移动，但球座主体210和球座230继续向井下移动，由此剪切剪切销228。在此阶段，球座主体210和球座230能够相对于剪切套筒220移动。
转向图6，说明在球座主体210和球座230继续向井下移动之后的图5的球座释放设备200。如所说明，制动爪240接着可与凹座225对准，由此允许制动爪240径向延伸到凹座225中。在制动爪240处于凹座225中的情况下，球座230相对于球座主体210自由地线性移动。
转向图7，说明在将流体(例如，低压流体)沿下入工具270向下泵送，由此使球座230滑动到第二线性位置之后的图6的球座释放设备200。在所说明的实施例中，第二线性位置是井下线性位置。在球座230处于第二线性位置的情况下，流体可通过在球410上滑动到球座主体210中的凹座215中并穿过流体旁路槽235而绕过球。在此实施例中，下坠球塞410保持抵靠球座230安放，且因此流体流动无法接近工具的完整ID。然而，重新建立流动路径而不会对地层造成压力冲击。
在替代实施例中，球座230为径向扩展筒夹。因此，当球座230移动到第二线性位置时，球座230径向扩展，由此向井下释放下坠球塞410。因此，相比于围绕下坠球塞410提供流体路径，如上文所描述，释放下坠球塞410以重新建立流动路径。根据此实施例，流体流动可接近工具的完整ID，且此外，球座230中的流体旁路端口235并非必需的。
本文中所公开的各方面包含：
A.一种球座释放设备，所述球座释放设备包含：1)剪切套筒；2)至少部分地位于所述剪切套筒内的球座主体，剪切特征将所述球座主体以可释放方式联接到所述剪切套筒；以及3)滑动地接合在所述球座主体内的球座，所述球座被配置成从第一线性位置移动到第二线性位置，另外其中制动爪将所述球座与所述球座主体以可释放方式联接。
B.一种井系统，所述井系统包含：1)紧固在延伸穿过一个或多个地层的井筒内的套管柱；2)从所述套管柱的井下端悬置且在所述套管柱的井下端附近的衬管悬挂器和衬管柱；以及3)联接在下入工具的井下端附近且定位在所述衬管悬挂器或衬管柱的至少一部分内的球座释放设备，所述球座释放设备包含；a)剪切套筒；b)至少部分地位于所述剪切套筒内的球座主体，剪切特征将所述球座主体以可释放方式联接到所述剪切套筒；以及c)滑动地接合在所述球座主体内的球座，所述球座被配置成从第一线性位置移动到第二线性位置，另外其中制动爪将所述球座与所述球座主体以可释放方式联接。
C.一种用于完善井系统的方法，所述方法包含：1)使用下入工具在套管柱内部署衬管悬挂器和衬管柱，其中球座释放设备联接在所述下入工具的井下端附近，所述球座释放设备包含：a)剪切套筒；b)至少部分地位于所述剪切套筒内的球座主体，剪切特征将所述球座主体以可释放方式联接到所述剪切套筒；以及c)滑动地接合在所述球座主体内的球座，所述球座被配置成从第一线性位置移动到第二线性位置，另外其中制动爪将所述球座与所述球座主体以可释放方式联接；2)在所述套管柱的井下端附近定位所述衬管悬挂器；3)将下坠球塞置于所述套管柱内，所述下坠球塞抵靠所述球座安放；以及4)对抵靠所述球座安放的所述下坠球塞加压以相对于所述套管柱安放所述衬管悬挂器并固定所述衬管柱，且接着向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置且提供所述球座释放设备的井下流体路径。
方面A、B和C可以组合地具有以下额外要素中的一个或多个要素：要素1：其中所述剪切套筒具有沿着其内表面的一部分定位的第一凹座，另外其中所述制动爪被配置成径向扩展到所述凹座中，由此允许所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置。要素2：其中所述球座主体具有沿着其内表面的一部分定位的第二凹座。要素3：其中所述第二凹座被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。要素4：其中所述球座中包含一个或多个旁路槽。要素5：其中所述第二凹座和一个或多个旁路槽被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。要素6：其中所述球座为径向可扩展筒夹，另外其中所述径向可扩展筒夹被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时扩展和释放下坠球塞。要素7：其中所述剪切套筒具有沿着其内表面的一部分定位的第一凹座，另外其中所述制动爪被配置成径向扩展到所述凹座中，由此允许所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置。要素8：其中所述球座主体具有沿着其内表面的一部分定位的第二凹座。要素9：其中所述第二凹座被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。要素10：其中所述球座中包含一个或多个旁路槽。要素11：其中所述第二凹座和一个或多个旁路槽被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。要素12：其中所述球座为径向可扩展筒夹，另外其中所述径向可扩展筒夹被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时扩展和释放下坠球塞。要素13：其中向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置提供围绕所述下坠球塞的所述球座释放设备的井下流体路径。要素14：其中所述剪切套筒具有沿着其内表面的一部分定位的第一凹座，另外其中所述制动爪被配置成径向扩展到所述凹座中，由此允许所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置，另外其中所述球座主体具有沿着其内表面的一部分定位的第二凹座，所述第二凹座在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕所述下坠球塞的所述流体流动路径。要素15：其中向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置允许所述球座径向扩展以释放所述下坠球塞且提供所述球座释放设备的井下流体路径。要素16：其中所述球座为径向可扩展筒夹，另外其中所述径向可扩展筒夹被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时扩展和释放所述下坠球塞。要素17：其中向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置首先剪切剪切销，且接着允许所述制动爪径向扩展以从所述球座主体释放所述球座。
本申请所涉及领域的技术人员应了解，可对所描述的实施例进行其它和进一步的添加、删除、取代和修改。
Claims (20)
1.一种球座释放设备，其包括：
剪切套筒；
至少部分地位于所述剪切套筒内的球座主体，剪切特征将所述球座主体以可释放方式联接到所述剪切套筒；以及
滑动地接合在所述球座主体内的球座，所述球座被配置成从第一线性位置移动到第二线性位置，另外其中制动爪将所述球座与所述球座主体以可释放方式联接。
2.根据权利要求1所述的球座释放设备，其中所述剪切套筒具有沿着其内表面的一部分定位的第一凹座，另外其中所述制动爪被配置成径向扩展到所述凹座中，由此允许所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置。
3.根据权利要求1所述的球座释放设备，其中所述球座主体具有沿着其内表面的一部分定位的第二凹座。
4.根据权利要求3所述的球座释放设备，其中所述第二凹座被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。
5.根据权利要求3所述的球座释放设备，其中所述球座中包含一个或多个旁路槽。
6.根据权利要求5所述的球座释放设备，其中所述第二凹座和一个或多个旁路槽被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。
7.根据权利要求1所述的球座释放设备，其中所述球座为径向可扩展筒夹，另外其中所述径向可扩展筒夹被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时扩展和释放下坠球塞。
8.一种井系统，其包括：
套管柱，其紧固在延伸穿过一个或多个地层的井筒内；
衬管悬挂器和衬管柱，其从所述套管柱的井下端悬置且在所述套管柱的井下端附近；以及
球座释放设备，其联接在下入工具的井下端附近且定位在所述衬管悬挂器或衬管柱的至少一部分内，所述球座释放设备包含：
剪切套筒；
至少部分地位于所述剪切套筒内的球座主体，剪切特征将所述球座主体以可释放方式联接到所述剪切套筒；以及
滑动地接合在所述球座主体内的球座，所述球座被配置成从第一线性位置移动到第二线性位置，另外其中制动爪将所述球座与所述球座主体以可释放方式联接。
9.根据权利要求8所述的井系统，其中所述剪切套筒具有沿着其内表面的一部分定位的第一凹座，另外其中所述制动爪被配置成径向扩展到所述凹座中，由此允许所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置。
10.根据权利要求8所述的井系统，其中所述球座主体具有沿着其内表面的一部分定位的第二凹座。
11.根据权利要求10所述的井系统，其中所述第二凹座被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。
12.根据权利要求10所述的井系统，其中所述球座中包含一个或多个旁路槽。
13.根据权利要求12所述的井系统，其中所述第二凹座和一个或多个旁路槽被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕下坠球塞的流体流动路径。
14.根据权利要求8所述的井系统，其中所述球座为径向可扩展筒夹，另外其中所述径向可扩展筒夹被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时扩展和释放下坠球塞。
15.一种用于完善井系统的方法，其包括：
使用下入工具在套管柱内部署衬管悬挂器和衬管柱，其中球座释放设备联接在所述下入工具的井下端附近，所述球座释放设备包含：
剪切套筒；
至少部分地位于所述剪切套筒内的球座主体，剪切特征将所述球座主体以可释放方式联接到所述剪切套筒；以及
滑动地接合在所述球座主体内的球座，所述球座被配置成从第一线性位置移动到第二线性位置，另外其中制动爪将所述球座与所述球座主体以可释放方式联接；
在所述套管柱的井下端附近定位所述衬管悬挂器；
将下坠球塞置于所述套管柱内，所述下坠球塞抵靠所述球座安放；以及
对抵靠所述球座安放的所述下坠球塞加压以相对于所述套管柱安放所述衬管悬挂器并固定所述衬管柱，且接着向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置并提供所述球座释放设备的井下流体路径。
16.根据权利要求15所述的方法，其中向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置提供围绕所述下坠球塞的所述球座释放设备的井下流体路径。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述剪切套筒具有沿着其内表面的一部分定位的第一凹座，另外其中所述制动爪被配置成径向扩展到所述凹座中，由此允许所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置，另外其中所述球座主体具有沿着其内表面的一部分定位的第二凹座，所述第二凹座在所述球座移动到所述第二线性位置时提供围绕所述下坠球塞的所述流体流动路径。
18.根据权利要求15所述的方法，其中向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置允许所述球座径向扩展以释放所述下坠球塞且提供所述球座释放设备的井下流体路径。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述球座为径向可扩展筒夹，另外其中所述径向可扩展筒夹被配置成在所述球座移动到所述第二线性位置时扩展和释放所述下坠球塞。
20.根据权利要求15所述的方法，其中向井下移动所述下入工具以将所述球座从所述第一线性位置移动到所述第二线性位置首先剪切剪切销，且接着允许所述制动爪径向扩展以从所述球座主体释放所述球座。
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