CN1294336C - 用于在井孔内垂直驱动套管柱、管柱或油管柱的装置及方法 - Google Patents

用于在井孔内垂直驱动套管柱、管柱或油管柱的装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种同心套管千斤顶具有一套管支架和一套管驱动器，该套管驱动器采用液压流体使得同心内套管柱在井内垂直升降。该套管千斤顶与套管柱相连并能够通过驱动套管来操作安装在套管下端上的向下钻进工具。该套管千斤顶包括一壳体和一空心活塞。活塞上设有一外部密封件，用于保持千斤顶的空心活塞和主体之间的液压力。下部活塞杆穿过套管千斤顶壳体的底座被拧到井孔中的同心套管柱上。空心活塞的上部活塞杆延伸到套管千斤顶壳体的顶部之上与该地面钻井设备相连。两个可液压收缩的支承件配合进空心活塞的凹入区域并在活塞处于其上位后支承该套管和活塞的重量。

Description

用于在井孔内垂直驱动套管柱、管柱或油管柱的装置及方法
技术领域
本发明涉及一油田工具以及组件。具体而言，本发明涉及一种在钻井工作过程中用于支承和驱动同心套管柱的装置和方法
背景技术
在钻油井、气井或水井的时侯，通常比较有利的是在生产套管内采用第二套管柱、油管柱或钻管柱。通常，内同心套管柱支承在该地面并且钻柱插进内套管柱的内侧。随后钻柱就可以独立于该内套管柱运转。此外，通常比较理想的是能够垂直地驱动内套管使得安装在内套管的下端的工具可以运转。将内套管柱支承在地面上并能够沿着内套管柱的轴线驱动该内套管柱的装置被称之为套管千斤顶。
现有技术经常提到将内套管柱或内油管柱支承在井孔中的问题。US6,019,175(以下称之为专利’175)披露了一种用于将油管柱悬挂在井孔内并能够在不将井口装置(wellhead)拆卸下来的情况下使油管柱垂直移动的装置和方法。不过，专利’175的缺陷在于其没有披露一种用于垂直驱动油管柱以便操作向下钻进工具的方法或装置。
美国专利US 6,009,941(以下称之为’941)披露了一种用于支承和垂直移动向下钻进工具或油管柱的装置。不过，专利’941的局限性在于其披露的一种装置太复杂以至于其用于垂直驱动油管柱以便操作向下钻进工具的方法或装置难以在野外安装。专利’941所不能解决的一种需求是一种用于支承和垂直移动油管柱或套管柱且安装和操作简单的装置和方法。
超越于现有技术之外的所需要的是一种用于支承油管或套管的装置，该装置还能够在钻井工作过程中垂直驱动该油管和套管。此外，存在一种优于现有技术的需求是要求一种套管千斤顶，该千斤顶安装简单且能够独立于该钻柱运转。
发明内容
满足上述需要的本发明是一种同心套管千斤顶，该千斤顶具有一套管支架和套管驱动器，该套管驱动器采用液压流体使得井内的同心内套管柱垂直升降。该同心套管千斤顶与套管柱相连并能够通过驱动套管来操作安装在套管下端上的向下钻进工具。该套管通过井口装置(wellhead)支承在地面上并能够将防喷器间连接用的四通部件以及在钻井工作过程中通常所采用的防爆阀串联起来。该同心套管千斤顶包括一壳体和一活塞，该活塞的内径在尺寸上与该同心套管相似。这种相同的尺寸使得钻头和底部钻具组件能穿过套管千斤顶和安装在其上的套管柱的中空中心。活塞上设有一外部密封件，用于保持千斤顶的空心活塞和主体之间的液压力。活塞的下部活塞杆穿过套管千斤顶壳体的底座，下部活塞杆在该底座处被拧到井孔中的同心套管柱上。活塞的上部活塞杆延伸到套管千斤顶壳体的顶部之上，该上部活塞杆在该顶部处与该地面钻井设备相连。该套管千斤顶上装配有两个可液压收缩的支承板，该支承板配合进活塞的凹入区域并在活塞处于其上位后支承该套管和活塞的重量。该套管千斤顶还包括一内部凸肩，用于在活塞处于其下位时支承活塞和套管。
附图说明
图1是沿图6中的线1-1所作的同心套管千斤顶的剖视图，所示的活塞处于下位而支承板处于收缩位置；
图2所示的是同心套管千斤顶的一个剖视图，所示的活塞处于上位，而支承板处于舒展位置；
图3是沿图1中的线3-3所作的同心套管千斤顶的剖视图，所示的支承板处于收缩位置；
图4所示的是沿图2中的线4-4所作的同心套管千斤顶的剖视图，所示的支承板处于舒展位置；
图5所示的是同心套管千斤顶的局部被切掉的侧面透视图，所示的活塞处于上位，且支承板处于舒展位置；
图6所示的是同心套管千斤顶的外部侧视图；
图7所示的是同心套管千斤顶的外部主视图；以及
图8所示的是描述同心套管千斤顶的视图，该同心套管千斤顶与其它井口装置(wellhead)和用于钻井工艺中的安全设备串联。
具体实施方式
如图1所示，CCJ 100包括上壳体102、下壳体104、以及活塞组件125。上壳体102具有顶部凸缘106，该凸缘用于与防喷器间连接用的四通部件例如防喷器间连接用的四通部件12(见图8)可拆卸结合。螺栓130(未示出)穿过顶部凸缘螺栓孔108并采用螺母(未示出)将顶部凸缘106固定到防喷器间连接用的四通部件12上。通过将螺栓130穿过上壳体的主凸缘螺栓孔112和下壳体的主凸缘螺栓孔116并采用螺母132将螺栓固定，从而使得上壳体的主凸缘110与下壳体的主凸缘114相啮合，上壳体102就与下壳体104相连。主密封件154安装在上壳体的主凸缘110与下壳体的主凸缘114之间以防止从上壳体的主凸缘110与下壳体的主凸缘114之间的流体损失。下壳体104通过将螺栓130(未示出)穿过底部凸缘118上底部凸缘螺栓孔120并采用螺母132(未示出)固定螺栓而与井口装置(wellhead)16相连。
上壳体102具有上壳体内腔127。下壳体104具有下壳体内腔129。活塞组件125可以在内腔127中垂直滑动。活塞组件125包括上部活塞杆122、活塞上部124、活塞下部126以及下部活塞杆128。活塞上部124的外径和活塞下部126的外径几乎与上壳体102的内径相等。活塞组件125通过活塞密封件156与上壳体内腔127密封接触，从而压力流体不会从活塞组件125和上壳体102之间流过。上部活塞杆122的外径几乎与顶部凸缘106以及上部凸肩138的内径相等，上部活塞杆122通过安装在上部凸肩138中的上部凸肩密封件152与上部凸肩138密封接触，从而防止上壳体102中产生流体损失。下部活塞杆128的外径几乎与底部部凸缘118以及下部凸肩140的内径相等，下部活塞杆128通过安装在下部凸肩140中的下部凸肩密封件150与下部凸肩140密封接触，从而防止下壳体104中产生流体损失。
下部活塞杆128具有下部活塞杆向下钻进末端133。下部活塞杆向下钻进末端133上形成有螺纹，以便能够与套管、油管或钻管可旋转并固定结合。上部活塞杆122可以在防喷器间连接用的四通部件12(见图8)内自由移动。上部活塞杆122和下部活塞杆128具有单一结构，并一起形成中间通道131。活塞组件125的中间通道131容许流体流过CCJ100。在某些装置中，活塞组件125的中间通道131的直径足以使得具有钻管和钻头(未示出)的钻柱穿过活塞组件125。当钻柱穿过中心通道131时，该钻柱能够独立于CCJ100运转。当活塞组件125与下部凸肩140和下壳体104接触时，活塞组件125的运动将会停止且活塞组件125处于下位。
如图2所示，活塞组件125可以通过将液压流体泵送通过下壳体流体入口136(见图5)并进入位于活塞下部126之下的下腔体中，该下腔体由下壳体104、上壳体102以及活塞下部126构成。液压流体同时通过上壳体流体入口134(见图5)被泵出位于活塞上部124之上的上腔体中，该上腔体是由上壳体102以及活塞上部124构成的。液压流体进入活塞下部126之下的下腔体和流体流出位于活塞上部124之上的上腔体会使得活塞组件125上升。当活塞组件125上升到足够高并使得活塞上部124与上部凸肩138接触时，活塞组件125的运动停止，且活塞组件125处于上位。将泵送活塞下部之下的液压流体和使得流体从活塞上部124之上流出的过程反向，可以使得活塞组件125返回到下位。
两个相同的支承组件200固定在上壳体102的两相对侧。每个支承组件200内含有一个支承壳体202，该支承壳体202与上壳体102以一种整体结构相连。支承活塞壳体206和支承壳体盖216与每个支承壳体202的外端固定结合。支承活塞210在支承活塞内腔211内滑动。液压流体被泵入第一支承流体入口212(见图3)并泵出第二支承流体入口214(见图3)，以便使得支承活塞210向活塞组件125移动并进入舒展位置。将液压流体被泵入第一支承流体入口212并泵出第二支承流体入口214过程反向，就可以使得支承活塞210远离活塞组件125移动并进入收缩位置。支承活塞210通过活塞支承杆208与支承板204相连。支承板204可沿支承壳体202的内侧滑动并根据支承活塞210的定位而处于该收缩位置或舒展位置。当活塞组件125处于上位时，支承板204可以移到舒展位置并配合进活塞上部124和活塞下部126之间。在舒展位置状态时，支承板204支承着活塞组件125以及任何连接在下部活塞杆128上的任何套管、油管、钻管或工具的重量。此外，由于支承板204支承着活塞组件125，因此没有必要维持活塞下部126之下的腔体中的液压流体的压力以使得活塞组件125保持在上位。
图3是沿图1中的线3-3所作的CCJ100的剖视图，所示的支承板204处于收缩位置。
图4所示的是是沿图2中的线4-4所作的CCJ100的剖视图，所示的支承板204处于舒展位置。
图5所示的是CCJ100的局部被切掉的侧面透视图，所示的活塞组件125处于上位，其中支承板204处于活塞上部124和活塞下部126之间的舒展位置。
图6所示的是CCJ100的外部侧视图。
图7所示的是CCJ100的外部主视图。
图8所示的是CCJ100，该CCJ100与其它井口装置(wellhead)和用于钻井工艺中的安全设备串联。CCJ100固定在井口装置(wellhead)16和其它通常固定在井口装置(wellhead)16上的设备之间，使得CCJ100不会干扰其它设备的运转。此外，防喷器间连接用的四通部件，例如防喷器间连接用的四通部件12必须直接固定到CCJ100之上，以便提供一个间隙供同心套管柱在CCJ100和防喷器间连接用的四通部件12内沿着上下方向运动。在该优选实施例中，同心套管柱在同心套管千斤顶和防喷器间连接用的四通部件内上下运动的范围大约为5.5英寸。其它固定在同心套管千斤顶100之上的井口装置(wellhead)16上的设备例如为环形防爆器10、(防喷器)闸板11、阀13、全封闭防喷器闸板15、“T”形管17以及管18。
可理解的是，本领域的普通技术人员在不脱离其本质精神的条件下根据前述内容可以对本发明的优选实施例进行各种改进和改变。该说明书仅仅是为了说明性的目的而不应认为是进行限制的目的。本发明的范围应仅可以通过后面的权利要求书来进行限定。

Claims (23)

1.一种用于垂直驱动套管柱、管柱或油管柱的装置，该装置包括：
一壳体；以及
一布置在所述壳体内的活塞组件；
其中，该活塞组件包括：
一上部活塞杆；
一下部活塞杆；
至少一个支承组件，该至少一个支承组件能够支承该活塞组件；
并且
其中，该套管柱、管柱或油管柱能够通过将流体泵送到位于该活塞组件之下的壳体中而受到驱动。
2.如权利要求1所述的装置，其中该活塞组件包括：
一活塞上部；以及
一活塞下部。
3.如权利要求1所述的装置，其中，该壳体包括：
一上壳体；以及
一下壳体。
4.如权利要求1或3所述的装置，其中，该壳体包括：
一上部凸肩；以及
一下部凸肩。
5.如权利要求4所述的装置，其中，该活塞组件的运动范围受到该上部凸肩和下部凸肩的限制。
6.如权利要求1所述的装置，其中，其中该支承组件包括：
一支承板；
一支承活塞；以及
一个将支承板和支承活塞连接起来的支承活塞杆。
7.一种用于垂直驱动套管柱、管柱或油管柱的装置，该装置包括：
一上壳体；以及
一布置在该上壳体之下的下壳体；
布置在上壳体和下壳体之内的活塞组件；
其中，该活塞组件还包括：
一活塞上部；以及
一布置在该活塞上部之下的活塞下部；以及
其中，该套管柱、管柱或油管柱能够通过将流体泵送到位于该活塞组件之下的壳体中而受到驱动。
8.如权利要求7所述的装置，其还包括至少一个支承组件。
9.如权利要求7所述的装置，其中，该壳体包括：
一上部凸肩；以及
一下部凸肩。
10.如权利要求9所述的装置，其中，该活塞组件的运动范围受到该上部凸肩和下部凸肩的限制。
11.如权利要求7所述的装置，其中，该活塞组件包括：
一上部活塞杆；以及
一下部活塞杆。
12.如权利要求7所述的装置，其中，其中该支承组件包括：
一支承板；
一支承活塞；以及
一个将支承板和支承活塞连接起来的支承活塞杆。
13.一种用于垂直驱动套管柱、管柱或油管柱的装置，该装置包括：
一壳体；以及
一布置在所述壳体内的活塞组件；
至少一个支承组件，该至少一个支承组件能够支承该活塞组件；
其中，该活塞组件包括：
一活塞上部；以及
一布置在该活塞上部之下的活塞下部；以及
其中，该套管柱、管柱或油管柱能够通过将流体泵送到位于该活塞组件之下的壳体中而受到驱动。
14.如权利要求13所述的装置，其中，该壳体包括：
一上壳体；以及
一下壳体。
15.如权利要求13所述的装置，其中，该壳体包括：
一上部凸肩；以及
一下部凸肩。
16.如权利要求15所述的装置，其中，该活塞组件的运动范围受到该上部凸肩和下部凸肩的限制。
17.如权利要求13所述的装置，其中，其中该支承组件包括：
一支承板；
一支承活塞；以及
一个将支承板和支承活塞连接起来的支承活塞杆。
18.如权利要求17所述的装置，其中，该支承板可以定位用于支承该活塞组件。
19.一种在井孔内驱动套管柱的方法，包括：
在一腔体内移动一活塞组件；
采用能够于该活塞组件进行物理相互作用的支承板支承该活塞组件；
其中，该活塞组件包括：
一活塞上部；以及
一活塞下部；
通过驱动该活塞组件来操作位于该套管柱的下端的向下钻进工具；以及
其中，活塞组件与套管柱相连。
20.如权利要求19所述的方法，其中还包括：通过使得活塞组件上升来操作位于套管柱的下端末端的工具。
21.如权利要求19所述的方法，其中还包括：通过使得活塞组件下降来操作位于套管柱的下端末端的工具。
22.如权利要求19所述的方法，其中还包括：将流体泵送到该腔体中，使得活塞组件上升。
23.如权利要求19所述的方法，其中还包括：将流体从该腔体中泵出，使得活塞组件下降。
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Granted publication date: 20070110

Termination date: 20171008

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