CN85107489A - 扩展系统 - Google Patents

Abstract

用于石油钻井系统或类似系统的扩展系统由一安置在延伸的管箱中的机体组成，管箱带有用于膨胀使与管箱表面相接合的扩展装置。机体中的第1个机室盛有不可压缩流体，机体中的第2个机室盛有预先加压的可压缩流体。第1个通道与第1个机室和扩展装置相连，第2个通道与第1个和第2个机室相连，控制第2个通道的差压感应器有两种情况，在第一种情况使第2通道关闭，在第2种情况下使第2通道开放，当第1个机室中的压力超过第2个机室的预定压力时，差压感应器适于从第1种情况移到第2种情况。

Description

本发明涉及诸如石油回收系统及类似系统的地下设施的技术，尤其涉及这些设施的扩展装置。

在石油回收过程中以及在用于地热生产的钻井中，经常利用压紧器型的封闭装置，在高温、高压及在腐蚀性环境的情况下来封闭套管。美国第4，302，018号Harvey    et    at专利，对适合于这种环境的常有金属封闭器的压紧器进行了阐述。在该项专利中公开的压紧器，包括环形金属构件。该构件安装在延伸的管式箱子中的环形槽中。液压流体从表面流经管线中的液压线向环形金属的内部圆周表面提供压力，通过放射性向外膨胀，环状构件使环境封闭装置的外圆周表面与井箱相对应的表面相连接来扩展封闭构件。理想的是不需这种液压线的扩展机械。

按照本发明，所提供的用于石油钻井系统及类似系统的扩展系统由一安装在延伸管箱中的机体组成，该机体常有扩展装置，用于膨胀及其与管箱表面相接合。该机体中的第一个机室中的盛有不可压缩流体。该机体的第二个机室中盛有预先加压的压缩流体。该体系有一扩展方式。在扩展过程中，机室相互隔离，而第一机室中的不可压缩流体用力使扩展装置放射性膨胀，且该体系还有一维持方式。在维持过程中，机室相互内部连接，利用第二机室中的压缩流体对扩展装置的压力维持扩展装置的放射性膨胀状况。例如，在冷却的过程中。为封闭扩展装置（或其他装置）所需的液压流体由本系统机体提供。而不是在上述Harvey专利所述的靠其从地面流经穿过井箱延伸到压紧器的管道所提供的。

在参考实施例中，在扩展过程中用于扩展装置的压力至少每平方英吋一万英磅。在维持过程中用于扩展装置的压力至少每平方英吋一千英磅;并且扩展装置提前加压（在扩展前）到至少每平方英吋一千英磅的压力。

在最佳实施例中，该系统在压紧器中，该压紧器包括一带有扩展金属封闭元件的机体构件，该封闭元件有一封闭外表面与箱壁接合。压紧器中有差压装置。第一机室的液压使金属封闭装置膨胀。金属封闭装置物已经膨胀到与箱壁相闭合之后（在最佳实施例中，大约在每平方英吋15，000英磅的压力下），当第一机室中的压力至少约每平方英吋1，000英磅，大大超过第二机室的压力的时候，差压装置开启限制扩展了的封闭装置利用的压力。在第二机室中的压缩流体压力利用稍低于对封闭装置扩展压力的压力，使封闭压力得以维持，例如在热量循环的过程中。

在最佳实施例中，压紧器是一延伸的管箱，金属封闭装置是一全部安装在管箱中的圆形槽中的环形物。两个机室轴向成一直线。在一实施例中第一个差压测验阀装置安装在两个机室之间，第二个测验阀装置安装在第二个机室和环形封闭槽之间;而在另一实施例中，差压构件包括一安全隔板装置。在一热量调节的扩展实施例中，液压流体在第一机室预先加压，且空气在第二机室预先加压;而在一机械调节的扩展实施例中，扩展封闭装置预先加压（以第二机室压力），栓塞装置由管线机械操纵来利用施予封闭元件的压力。这些实施例可能包括一些解除封闭压力的方法以便于管线的撤除。

本发明的扩展系统提供了耐用且舒适的封闭装置（或其他装置）的可靠扩张，对扩展装置受热量循环支配的地下环境尤其有益。

本发明的其他特点及优点如在下面，结合图案，对最佳实施例的阐述中看到，其中：

图1为按照本发明热量调节扩展装置的图解;

图2为图1中所示的扩张装置的图1沿2-2线的剖面图;

图3为沿图2    3-3线的剖面图;

图4为沿图3    4-4线的剖面图;

图5为沿图2    5-5线的剖面图;

图6为按照本发明机械调节扩张装置的剖面图，与图2相类似。

图1所示的是箱10，它从地表面向下延伸到油库或其他地层。在箱10中安装1完整的流动系统，其中包括管型构件，12，14（和其他适当的五金构件，未显示出），管型固定器16（诸如BrWn    Model    TA管型固定器），压紧器18，与16和18组件内部相连接的管型构件24。压紧器18上方有一连结器20与管型构件12螺扣相连，下方有一连接器22与管型械件24螺扣相连接。

参照图2可以进一步了解到压紧器装置18的详细内容。该压紧器装置包括长约50英吋的热处理钢管30，其中直达通路32直径为1 1/2 英吋。轴套30的下端与构件36接合，构件36有一圆形法兰38（外直径约为6英吋），在其下面延伸部分装有螺纹连接器34和中部螺纹构件40。紧靠法兰38是一系列元件，其中包括上部扩展圆型封闭装置42，中部压模元件44，下部扩展环形封闭装置46和下部压模元件48。这一系列封闭装置和压模元件由螺母50固定在元件36上。封闭装置4246是上述Harvey专利第4，302，018号公开的类型（上述专利公开的部分作为参考结合在本发明中）。通路52自上表面穿过法兰38到下表面并与上部封闭环形装置42的内表面相结合。与此相类似，通路54穿过压模构件44，使上部封闭环形构件42内表面和下部环形封闭构件46的内表面的流体相通合。

水密焊接在构件36的法兰38的上端是轴套60，其长为17英吋，在管子30和轴套60之间有一压力舱62，里面盛有液压流体（不可压缩流体）。压力舱62的下端经过路64与通路52相通。

压力舱62的上端由中部外套元件70封闭，外套元件70焊接在轴套60的上端。图5所示的外套70带有两个阀门元件72和74，和安全隔板元件76，气门75与阀门72相接，气门77与阀门74相接。

水密焊接在外套构件70上表面的是第二个轴套80，其轴向长度为6英吋，轴套80与压力舱82之间有管子30，压力舱82里盛有预先压力的压缩流体，如空气。焊接在轴套80上端（且以元件82上壁为界）的是隔板84，带有两个气孔元件86。每个气孔装置86均有机体88和一螺栓90，螺栓90与隔板84的钻孔94相连，机体88封闭在隔板84的上表面。与气孔86相连的螺纹钻孔94有一通路96从钻孔94的府部通到压力舱82。排气通路92通过螺栓90和机体88，一直到轴头98，轴长98有一增大的顶端100。

端部焊帽由螺栓104（图4）固定在隔板84上，并遮住连接器20的下端，连接器20有一内部螺纹零件106与管子12相连。还有一向延伸的法兰108，位于管子30的上端，由封闭元件110封闭;下部轴套部分112与管子30的上端相连通，自下部轴套向外放射性延伸二个接头法兰114，每一法兰均有一凹形零件116用双头螺栓98与一气孔装置86的顶部100相接，该双方螺栓穿过接头法兰114的孔口118，如图2和图3所示。连接器20由4个安全销固定在管子上，每个安全销均与一顶部124与管子30的孔膛相接，机体部分126螺扣固定在连接器20内，使连接器20与管子30内部连接。

关于阀门装置72和74，以及外罩装置70上的安全隔板装置76 的进一步详细情况参照图5可见。阀门装置72控制气孔75经由螺扣连接器130和通路132和通路134之间的流动道路。该通路134向上延伸与上面的加压舱82相连。与此相类似，阀门装置74控制自气孔77（经由螺扣连接器136和通路138）和与下面压缩舱62相连接的通路140的流体流动。每个阀门装置72，74均有一带有封闭装置144的支撑隔板142，位于圆柱形空腔146的底部，每个阀门装置还有一个阀门元件148，通过弯曲薄片150与支撑隔板相连。阀门装置148的下表面带有封闭装置152，其上表面有一隔射性抽空区与相应的阀门控制装置156的半球形表面相连接。阀门控制装置156夹板158螺扣连接，该夹板位于空腔146中的阀门隔板142上，并由螺栓160固定。阀门控制器156可在放松位置和空位之间移动，在放松位置阀门装置148开启（自阀门空间146的底座162-阀门74的位置，如图5所示）为阀门装置72从气口75到机室82和为阀门74从气口77到机室62提供流动道路;在空位，阀门器件148紧靠空腔146的底部162来封闭道路（阀门72的位置如图5所示）。

安全隔板装置76被螺栓166固定在空腔164中。自空腔164其部延伸的是通路168和170。通路168向下延伸到机室62，通路170向上延伸到机室82。装置76的机体172的配置类似隔板142和158，机体172上的环形封闭装置173，175位于空腔164的基部。机体162中的安全隔板174将外部空腔176（经通道168与下面机室62相通）与内部空腔178（该空腔经通道180与上面机室相通，通路180从空腔178延至环形封闭装置172，173和通道170之间。本实施例中的安全隔板在每平方英吋10，000差压下断裂;即，当机室62中的液压高于机室82中的空气压力每平方英吋10，000时，安全隔板断裂。

在准备压紧器时，将机室62通过通道140充填液压流体，把阀门及配件连接在气孔77的连接器136上，使压力达到每平方英吋5000英磅。同时，将机室82通过通道134充填气体，将阀门及配件连接到位于气孔72的连接器130上，使压力达到每平方英吋7，000英磅。这时使用控制器156使阀门装置148靠紧空腔162的表面，使阀门72和74关闭。

管线以及充填的压紧器装置18和固定器16一齐进入箱10，并用传统的液压或机械方法将其固定在理想的位置。此时，蒸汽经管道线路流到地层处理。由于蒸汽流通道32，因此，管子30的温度及机室62中的液压流体的温度增高。由于加压的压缩流体膨胀，所以对环形封闭器42和46的内表面的压力通过通道52和54得到增大。组合环形封闭器42，46放射性向外膨胀，每个环形器均变形。在膨胀和挤压作用下，通过压出机机头头口唇受力，结果使环形器扩大，其外表面紧靠箱10的内表面。在本实施例中，使环形封闭器42，46膨胀需要超过每平方英吋12，000英磅的压力（但少于每平方英吋17，000英磅）。当封闭器42，46封紧箱10时，不可压缩流体的热量的继续膨胀使机室62的压力增加，直到经过安全隔板174的差压是以使隔板断裂，使通路168和170内部接通（及机室62和82接通）。此时，内部连接的机室的全部压力减少到大约为机室82内液压流体的压力（约每平方英吋7，000英磅），该压力保证环形封闭器42，46紧靠箱10的内表面，而基本上不受压紧器温度的限制，使其封闭作用不因压紧器18的热循环受到损害。

在收回管线时，用传统方法使管形固定装置16放松，用是以使安全销断裂的力将管线12向上拉，让连接器20靠着顶盖102向上滑动，从而解除压紧器18的封闭作用。连接法兰114的向上运动使螺栓98断裂，从而使机室82的空气排到通道92和96，封闭器42，46的压力下降，松脱压紧器使之恢复原状。

图6所示的是另一压紧器封闭扩展系统。这种系统除了它结合了机械操纵封闭扩展装置以外与图2所示的扩展系统相似。这种系统包括一类似的中心管子30′在其下端有一螺扣连接部分22′，其中部螺纹部分40′与螺母50′相接，将封闭器42′，46′以及组合压模38′，44′和48′固定在圆形轴套80′的下表面，圆形轴套80′与管子30′相连，在轴套中有机室82′。通道52′和54′与封闭装置42′和46′的背面相接，与图2所示的扩展装置的封闭和压模配置类似。差压感应装置（当阀门的压差-适当值时，如每平方英吋15，000英磅时，测验阀门开启），将通道52′与机室82′相连，通道52′与通道204相连，通道204延伸通过测验阀门202旁的接头60′（测验阀门202当通道204中的压力超过通道52′中的压力时开启）。

管子30′的上端有一扩大部分206（其外直径约6英吋）带有汽缸筒208，栓塞210安装在汽缸筒中。紧接栓塞210是一直达通道212，与零件30′中通道32′成直线且为通道32′的继续;在栓塞210的上端有连接器20′;栓塞下端头部带动栓塞环形封闭于装置封闭汽缸筒208的表面，槽218与栓塞头相邻;电键220位于栓塞外壁在栓塞头214和连接器20′中部。金属盖102′用螺栓104′固定在管子30′上，并有一向延伸的带有键槽的管型部分222，键可从键槽中滑下。安全销226将栓塞210固定在金属盖102′上。位于管子30′的构件206的上端的是环形封闭装置228和V型封闭装置230，用来封闭筒壁208和栓塞210之间的圆型机室232的上端。通道234从机室232，环形封闭装置228下面的一点向下延伸与通道204相通，通道204由封闭装置236封闭，部件206的弹键被弹簧240拉向栓塞210的外表面。

在预备压紧器时，当机室（及通道234，204，248，54′和52）充填不可压缩液压缩体后，机室82′部分充填液压流体，然后将气体或其他适当的可压缩流体通过气孔242和测验阀门244进行预先加压，方法同图2所示的预先加压压紧器82的方法类似，通过测验阀门250用适当的压力对环形封闭装置进行加压，例如用每平方英吋2000英磅的压力加压。

然后压紧器18′由管形固定器16和/或其他适当装置与管线相连，进入箱10，并以传统的方式将其固定。向上接起管线12，然后折断安全销，让栓塞头214向上滑进机室208，这种栓塞头214的向上运动产生的力使液压流体经通道234和204及测验阀门到通道52′利用环形封闭装置42′，46′的内表面压力，在膨胀及挤压作用过程中通过压模使环形封闭装置膨胀。将封闭装置固定在箱器的箱型上。当液压达到超过封闭扩展压力（本实施例中的约为每平方英吋17，000英磅）的预定值时，测验阀门200开启（由于机室82′中的压力和固定阀门的作用），将加压的封闭扩展通道52′与机室82′相接，以限制压力。当机室82′中的压力超过环形封闭装置42′的内表面的气压时，测验阀门250开启。这会控制环形封闭装置所需的最少压力，并在冷却热量瞬变过程中维持压力。希望恢复压紧器装置18′时，可以利用压力解除方法来解除机室80′和对封闭装置42′，46′的压力。

本发明的最佳实施例已被展示和阐述，各种改进对那些本技术领域的技术人员人是很明显的，因此，本发明不想仅被限制到公开的实施例或其细节，相反在本发明的精神和在本发明的范围内还可以做出各种改进。

Claims (19)

1、用于油井系统或类似系统的扩展系统由下列部分组成：

安装在延伸管箱的机体，

上述机体带有扩展装置使其膨胀与上述管箱相接合，

在上述机体中的第一个机室中盛有不可压缩流体，

在上述机体中的第二个机室中盛有预先加压的压缩流体，

上述系统有一扩展形式，在扩展过程中，上述机室相互隔离，而上述第一机室中的不可压缩流体用力使上述扩展装置放射性膨胀，

有一维持形式，在维持过程中，上述机室相互内部连接，利用上述第2机室的液压流体对上述扩展装置的压力来维持上述扩张装置的放射性扩张。

2、权利要求1中所述目的系统还包括有在扩展形式过程中为使上述机室与上述扩展装置相隔离和在上述维持形式过程中为使上述第二机室与上述扩展装置相连接的差压感应器。

3、权利要求1中所述的系统还包括在上述维持形式过程中为使上述机室内部连接的差压感应器，上述差压感应器直到上述第一个机室中的压力至少约为每平方英吋1000英磅大大超过上述第2机室的压力时才使上述两个机室相互连接。

4、在权利要求3所述的系统中，上述差压感应器包括一安装在上述两个机室之间的测验阀门装置。

5、在权利要求3所述的系统中，上述差压感应器包括一安装在上述两个机室的安全隔板类型的装置。

6、权利要求1中所述的系统进一步包括一为利用对上述不可压缩流体的压力与上述第1个机室相连接的栓塞装置。

7、在权利要求6所述的系统中，上述栓塞装置由管线构件机械操作以利用对上述扩展装置的扩展压力。

8、在权利要求7所述的系统中，上述扩展装置在压紧器中，该压紧器包括一带有圆形槽的机体构件，上述扩展装置包括一位于上述圆形槽中的圆形金属扩展构件，上述圆形构件有一外表面与箱壁相闭合。

9、权利要求8所述的系统中进一步包括释放机室压力以便利管线撤除的装置。

10、在权利要求1所述的系统中，在上述扩展形式过程中适用于上述扩展装置的压力至少约为每平方英吋一万英磅，在上述维持形式过程中适用于上述扩展装置的压力至少约为每平方英吋一千英磅。

11、在权利要求10所述的系统中，上述扩展系统在压紧器中，上述扩展装置包括圆形金属构件，上述圆形构件有一外表面与箱壁闭合。

12、在权利要求11所述的系统中，在上述压紧器机体中的上述两个机室轴向成一直线。

13、在权利要求10所述的系统中，上述第2个机室预先加压到约每平方英吋一千英磅的压力。

14、权利要求13所述的系统中，进一步包括解释适用于上述扩展装置的压力以便利上述压紧器的撤除的装置。

15、在权利要求14所述的系统中，在上述第1机室储藏的液压流体预先加压到至少约为每平方英吋5千英磅的压力。

16、权利要求15所述的系统中进一步包括在上述扩展形式过程中使上述第2个机室与上述扩展装置相隔离，在上述维持形式过程中使上述第2个机室与上述扩展装置相连接的差压感应器。

17、在权利要求16所述的系统中，上述差压感应器包括一安装在上述两个机室的测验阀门装置。

18、在权利要求16所述的系统中，上述差压感应器包括一安装在两个机室之间的安全隔板类型的装置。

19、权利要求14所述的系统中进一步包括为利用对上述不可压缩流体的压力与上述第1个机室相连接的栓塞装置，在上述扩展形式过程中使上述第2个机室与上述扩展装置相隔离，在上述维持形式过程中使上述机室相互连接的第1个差压感应装置，直到上述第1个机室的压力至少约为每平方英吋一千英磅大大超过上述第2个机室中的压力时才使上述两个机室相互连接的第2个差压感应装置，上述栓塞装置由管线构件机械操纵以利用对上述扩展装置的扩展压力。

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