專(zhuān)利名稱(chēng)：用于使管形元件膨脹至不同直徑的雙重圓錐膨脹器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膨脹器，用于通過(guò)使膨脹器經(jīng)過(guò)管形元件沿軸向運(yùn)動(dòng)而使得該管形元件沿徑向膨脹；本發(fā)明還涉及一種使管形元件沿徑向膨脹的方法。
背景技術(shù)：
管形元件的徑向膨脹已經(jīng)用于例如井筒中，其中，管形套管在未膨脹狀態(tài)下通過(guò)一個(gè)或多個(gè)先前安裝的套管而被放低至井筒中。在套管設(shè)置于所需深度后，膨脹器穿過(guò)套管運(yùn)動(dòng)，以便使得套管沿徑向膨脹至一內(nèi)徑，該內(nèi)徑大致等于先前安裝的套管的內(nèi)徑。這樣，可以使得隨后的套管的內(nèi)徑大致相等，這與傳統(tǒng)套管方案不同，該傳統(tǒng)套管方案具有沿向下方向逐漸減小的套管直徑。例如，WO-A-93/25800教導(dǎo)了通過(guò)實(shí)心膨脹心軸來(lái)使得套管在井筒中膨脹，拉動(dòng)該心軸穿過(guò)管，或者以液壓方式推動(dòng)心軸穿過(guò)套管。
例如，在美國(guó)專(zhuān)利6557640和公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/382325中公開(kāi)了管的膨脹，這些文獻(xiàn)所公開(kāi)的內(nèi)容被本文參引。
例如，在美國(guó)專(zhuān)利6460615中提出可膨脹的膨脹圓錐，該文獻(xiàn)所公開(kāi)的內(nèi)容被本文參引。圓錐在套管中的膨脹必然使得套管在膨脹圓錐膨脹時(shí)進(jìn)行膨脹。這樣所需的力比當(dāng)圓錐膨脹后拉動(dòng)心軸穿過(guò)套管所需的力大得多。而且，當(dāng)下部套管與先前安裝的套管交疊且最終套管的內(nèi)徑將經(jīng)過(guò)交疊部分保持恒定時(shí)，上部套管的交疊部分需要比套管的其余部分膨脹更大。也需要對(duì)該更大膨脹進(jìn)行一些設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于使井筒管從初始直徑膨脹至兩個(gè)不同直徑的雙重膨脹裝置，該雙重膨脹裝置包括第一直徑膨脹圓錐，該第一直徑膨脹圓錐在松弛狀態(tài)時(shí)的直徑小于內(nèi)徑，在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑大于內(nèi)徑；第二直徑膨脹圓錐，該第二直徑膨脹圓錐在松弛狀態(tài)時(shí)的直徑小于內(nèi)徑，在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑大于第一直徑膨脹圓錐在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑；以及組件心軸，該組件心軸能夠使第一直徑膨脹圓錐和第二直徑膨脹圓錐轉(zhuǎn)變成它們的膨脹狀態(tài)。


圖1是可膨脹套管的下端和水泥靴的局部剖視圖。
圖2A和2B是可膨脹套管和在該可膨脹套管內(nèi)的未膨脹的雙重膨脹圓錐的局部剖視圖。
圖3是可膨脹套管和在該可膨脹套管內(nèi)的密封組件的局部剖視圖。
圖4是可膨脹套管的頂端和上部密封組件的局部剖視圖。
圖5A和5B是可膨脹套管和在該可膨脹套管內(nèi)的未膨脹的雙重膨脹圓錐的局部剖視圖。
圖6A和6B是可膨脹套管和膨脹的雙重膨脹圓錐的局部剖視圖，該雙重膨脹圓錐準(zhǔn)備在可膨脹套管中膨脹。
圖7是可膨脹套管的頂端和上部密封組件的局部剖視圖，該上部密封組件設(shè)置在用于通過(guò)雙重圓錐向下膨脹的位置。
圖8A和8B是在通過(guò)液壓方式迫使雙重圓錐到達(dá)可膨脹套管的水泥靴后可膨脹套管和在可膨脹套管內(nèi)膨脹的雙重膨脹圓錐的局部剖視圖。
圖9A和9B是在雙重圓錐準(zhǔn)備用于使可膨脹套管的其余部分向上膨脹后可膨脹套管和在可膨脹套管內(nèi)膨脹的雙重膨脹圓錐的局部剖視圖。
圖10是可膨脹套管的頂端和上部密封組件的局部剖視圖，該上部密封組件設(shè)置在用于通過(guò)雙重圓錐向上膨脹的位置。
圖11是向上膨脹圓錐的等距視圖；圖12是向下膨脹圓錐的等距視圖；圖13是用于使雙重圓錐膨脹的心軸的等距視圖。
圖14是上部密封襯套的等距視圖。
圖15是一取回工具的等距視圖，上部密封襯套可以在該取回工具內(nèi)被取回。
具體實(shí)施例方式
在本說(shuō)明書(shū)中，要膨脹的管稱(chēng)為套管，但是應(yīng)當(dāng)知道，術(shù)語(yǔ)套管的意思是包括任何要膨脹的管。裸眼井段襯墊或其它井筒管可以通過(guò)這里所述且要求保護(hù)的方法和裝置來(lái)膨脹。本發(fā)明的膨脹裝置稱(chēng)為雙重膨脹裝置或心軸，因?yàn)樵撗b置可用于在套管的底部的更大的鐘形部分的膨脹，而使套管的其余部分膨脹至稍微更小的直徑。在鐘形部分內(nèi)徑和套管其余部分內(nèi)徑之間的差值可以在大約0.2和大約1.5英寸之間，或者它可以為大約0.5英寸。該直徑差值可以是將在井筒的下一下部部分中膨脹的套管的膨脹后的厚度的大約兩倍。雙重膨脹裝置可以布置成首先使套管的上部部分膨脹，然后轉(zhuǎn)變成更大直徑心軸，并用于使鐘形部分膨脹?；蛘?，如下面所述的裝置中所示，該裝置將設(shè)置成首先使鐘形部分膨脹，然后收縮至更小直徑心軸(但是直徑仍然大于未膨脹的套管)，并用于使套管的其余部分膨脹。
下面參考圖1，圖中表示了可膨脹套管101的下端和水泥靴102。螺紋接頭103布置成使得鋁水泥靴與可膨脹套管101連接。該接頭為約束接頭，以便允許向下膨脹，同時(shí)使螺紋不會(huì)由于上部部分在下部部分之前膨脹而展開(kāi)。整個(gè)靴為鋁或者其它可磨碎或可鉆孔的材料，這樣，能夠很容易除去它，以便鉆隨后一段裸井筒。然后，該隨后一段裸眼井段可以被加上套管或保持無(wú)套管。水泥靴包括底部，該底部?jī)?yōu)選是有齒104，以便當(dāng)孔在鉆孔和插入可膨脹套管這兩個(gè)操作之間的時(shí)間間隔中局部關(guān)閉時(shí)促使打開(kāi)該孔，并固定套管以防止旋轉(zhuǎn)。還提供了口105，以便保證水泥離開(kāi)水泥靴至位于套管101和巖層106(穿過(guò)該巖層106鉆出井筒107)之間的環(huán)形通路中。水泥靴包括止回閥108，以便在水泥通過(guò)經(jīng)套管的泵送而置于井筒內(nèi)之后防止水泥退回至套管中。在本實(shí)施例中，止回閥包括彈簧109，該彈簧109向上推壓閥座110，以便抵靠一固定閥座111而關(guān)閉?？赡ニ榈闹够亻y和可完全磨碎的水泥靴可從很多來(lái)源獲得。
所示實(shí)施例的水泥靴包括滑動(dòng)閥112，用于密封水泥靴，以便于可膨脹套管的向上膨脹。滑動(dòng)閥112在圖1中表示為打開(kāi)位置?；瑒?dòng)閥通過(guò)卡環(huán)113而保持在打開(kāi)位置?；瑒?dòng)閥有相對(duì)于柱形部分115密封的頂部114?；瑒?dòng)閥的底部?jī)?yōu)選是有嚙合齒116，用于與閥座齒117嚙合，以便當(dāng)閥轉(zhuǎn)變成關(guān)閉位置時(shí)使滑動(dòng)閥保持在固定位置。在打開(kāi)位置，狹槽118允許流體繞過(guò)滑動(dòng)閥，以便通過(guò)套管流通和進(jìn)入井筒。密封件119用于在滑動(dòng)閥轉(zhuǎn)變成關(guān)閉位置后提供針對(duì)滑動(dòng)閥的柱形部分的良好密封。
套管的底部在圖1中表示為插入井筒中的狀態(tài)。在該狀態(tài)中，水泥通過(guò)套管流入井筒中。
下面參考圖2A和2B，雙重膨脹心軸表示為處于可膨脹套管中，并處于當(dāng)雙重心軸插入巖層106中的井筒內(nèi)時(shí)的狀態(tài)。包括可膨脹套管的該裝置可以通過(guò)在井筒上部部分中的套管(該套管已經(jīng)通過(guò)一膨脹裝置而預(yù)先膨脹，該膨脹裝置的結(jié)構(gòu)與正在插入的裝置相同)而插入井筒內(nèi)。這樣，最終的有套管的井筒將有從頂部至底部(或者通過(guò)多個(gè)不同的套管段)的相同直徑。
優(yōu)選是，可膨脹套管具有預(yù)膨脹部分201，雙重圓錐布置在該預(yù)膨脹部分201中。預(yù)膨脹部分已經(jīng)膨脹有例如大約半英寸的直徑增量。該相對(duì)較短的預(yù)膨脹套管部分的外徑仍然比膨脹的套管的內(nèi)徑小例如0.1至1.2英寸，以便能夠穿過(guò)先前膨脹的套管插入。并不希望使得預(yù)膨脹套管有較長(zhǎng)長(zhǎng)度，因?yàn)樵陬A(yù)膨脹套管的外表面和膨脹的套管的內(nèi)表面之間的較小間隙將在套管穿過(guò)膨脹的套管插入時(shí)產(chǎn)生問(wèn)題。但是，在穿過(guò)先前膨脹的套管插入時(shí)，相對(duì)較小間隙的很短的一部分不會(huì)產(chǎn)生較大問(wèn)題。套管可以布置在井筒中，并懸掛在收縮的上部膨脹圓錐204上。收縮的上部膨脹圓錐204的外徑大于在預(yù)膨脹部分201上面的未膨脹的套管的內(nèi)徑。
螺紋接頭202優(yōu)選是布置在預(yù)膨脹部分中，且優(yōu)選是該接頭是在膨脹的套管的鐘形部分中的唯一接頭。該螺紋接頭使得套管能夠環(huán)繞雙重膨脹圓錐連接。或者，在膨脹的套管的鐘形部分中的附加接頭也可選擇性地進(jìn)行預(yù)膨脹。使得在膨脹的套管的鐘形部分中的接頭進(jìn)行預(yù)膨脹將減小使得接頭膨脹至更大直徑所需的力。因?yàn)槭菇宇^膨脹所需的力越大，使套管膨脹至更大直徑所需的力就越大，因此希望鐘形部分中的接頭進(jìn)行預(yù)膨脹，因?yàn)榉駝t它與套管的其余部分相比需要附加的膨脹力。
雙重圓錐包括下部圓錐203、上部圓錐204和膨脹模205，它們都裝配在組件心軸214上。組件心軸在模具上面拉動(dòng)和推動(dòng)這兩個(gè)圓錐，以便使雙重圓錐膨脹。
在圖2A和2B所示的結(jié)構(gòu)中，流體可以經(jīng)過(guò)未膨脹的雙重圓錐組件的中心。流動(dòng)管206使得在瓣閥組件208中的瓣閥保持打開(kāi)。在雙重圓錐組件的該初始狀態(tài)中，瓣閥組件還提供了用于下部圓錐口209的密封件。
刮擦器210表示為安裝在下部圓錐組件上，用于在通過(guò)雙重圓錐膨脹之前保持套管清潔。
下部圓錐通過(guò)第一止動(dòng)器211而由組件心軸保持在初始位置。第二止動(dòng)器212將在以后使圓錐保持在相對(duì)于組件心軸的第二位置。墊片213表示為在膨脹模具和上部圓錐204之間。密封組件215安裝在上部圓錐上，以便幫助向上膨脹。拉動(dòng)組件和上部圓錐彼此成固定關(guān)系，且與組件心軸為可運(yùn)動(dòng)關(guān)系。拉動(dòng)組件可以有多個(gè)拉動(dòng)腔室218(圖中所示為兩個(gè))，這些拉動(dòng)腔室218包括下部活塞219和上部活塞222。拉動(dòng)腔室218通過(guò)組件心軸214通過(guò)高壓口221而與流動(dòng)通路220流體連通。下部活塞相對(duì)于組件心軸214的運(yùn)動(dòng)將受到保持器帶(retainer tie)223的限制。上部活塞222相對(duì)于組件心軸214的運(yùn)動(dòng)將受到銷(xiāo)盒224的凸肩的限制。
通氣口217使得在拉動(dòng)腔室218的低壓側(cè)以及環(huán)繞所述拉動(dòng)組件和可膨脹套管101的環(huán)形通路之間保持流體連通。因此，當(dāng)在流動(dòng)通路220和環(huán)繞拉動(dòng)組件216的環(huán)形通路之間有壓力差時(shí)，該壓力將轉(zhuǎn)變成在膨脹模具上面拉動(dòng)下部膨脹圓錐和推動(dòng)上部膨脹圓錐的力，以便形成膨脹的雙重圓錐。組件心軸可相對(duì)于拉動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)，且該拉動(dòng)組件表示為與鉆柱225成固定關(guān)系。作為在本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)，鉆柱通常為一串管，它用于使鉆井泥漿循環(huán)，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)力傳遞給鉆頭，但是在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，在鉆柱段中可以包括附加特征，且使用的這些段可以與通常在鉆井筒時(shí)使用的段不同。從鉆柱通過(guò)組件心軸的流動(dòng)通路經(jīng)過(guò)流動(dòng)通路密封件226，該流動(dòng)通路密封件226使得拉動(dòng)組件和組件心軸之間保持密封滑動(dòng)關(guān)系。密封件例如O形環(huán)227可以用于改進(jìn)密封關(guān)系。為了能夠裝配，拉動(dòng)組件可以由中間部分228、下側(cè)頭部229和上側(cè)頭部230構(gòu)成，且這三個(gè)部分通過(guò)兩個(gè)螺紋連接件而連接，這兩個(gè)螺紋連接件優(yōu)選是都在拉動(dòng)腔室的低壓段內(nèi)。
在圖2A和2B所示的結(jié)構(gòu)中，可膨脹圓錐被放低至井筒中，優(yōu)選是通過(guò)先前膨脹的套管。在該結(jié)構(gòu)中，在流動(dòng)通路220以及(在拉動(dòng)組件和可膨脹套管101之間的)環(huán)形通路之間沒(méi)有明顯的壓力差。拉動(dòng)腔室和活塞的數(shù)目可以選擇為這樣，即，即使當(dāng)環(huán)繞雙重圓錐的套管膨脹時(shí)也有足夠的力來(lái)使得雙重圓錐膨脹。
下面參考圖3，圖中表示了密封組件部分。密封部分是在鉆柱內(nèi)、在拉動(dòng)組件216上面和在可膨脹套管101中。密封部分包括密封件301，用于保持通過(guò)雙重圓錐向下膨脹的力。密封件例如可以是可從Ducan Oklahoma的Halliburton獲得的Giberson皮碗式封隔器。圖中表示了兩個(gè)密封件，但是，根據(jù)需要可以提供一個(gè)或多個(gè)密封件，用于在向下膨脹過(guò)程中進(jìn)行有效密封。
下面參考圖4，圖中表示了可膨脹套管101的上端401?？膳蛎浱坠艿纳隙搜b配有襯套402，用于在向下膨脹時(shí)密封。襯套可拆卸，因此優(yōu)選是布置在可膨脹套管的頂部，這樣，在拆卸襯套時(shí)它并不需要滑出可膨脹套管的較大長(zhǎng)度。優(yōu)選是，襯套裝備有內(nèi)部密封件403和套管密封件404。在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，套管插入井筒中，且在鉆柱225和可膨脹套管101之間的環(huán)形通路以及可膨脹套管101上面的井筒之間進(jìn)行連通。襯套有在底部的凹槽(未示出)，這樣，在第一鉆柱盒中的相應(yīng)肋片405能夠卡住襯套，并通過(guò)扭轉(zhuǎn)襯套而將它從上部套管中取出。圖4中表示了兩個(gè)相對(duì)的肋片。襯套的拆卸能夠在可膨脹圓錐上面產(chǎn)生用于接頭工具和雙重膨脹組件的間隙。襯套的目的是提供用于向下膨脹的密封件。該密封件布置在襯套的內(nèi)表面和鉆柱406的可滑動(dòng)部分的外表面之間。當(dāng)可膨脹套管和雙重圓錐組件懸掛在鉆柱上時(shí)，套管和雙重圓錐組件的重量置于可滑動(dòng)部分凸肩407上，且旋轉(zhuǎn)力可以通過(guò)花鍵部分408傳遞。還提供了流動(dòng)通路密封件409，這樣，將防止從鉆柱流動(dòng)通路和鉆柱外部的井筒產(chǎn)生泄漏。
下面參考圖5A和5B，前述元件的標(biāo)號(hào)與前面的附圖相同，雙重圓錐表示為處于未膨脹位置，它用于通過(guò)在組件心軸內(nèi)的流動(dòng)通路的增壓而進(jìn)行膨脹。該狀態(tài)通過(guò)插入標(biāo)槍(dart)501來(lái)實(shí)現(xiàn)，該標(biāo)槍停止于流動(dòng)管206中。盡管標(biāo)槍表示為細(xì)長(zhǎng)形狀，但是也可以采用球或其它形狀。流動(dòng)管將通過(guò)剪切銷(xiāo)或卡環(huán)231而保持在初始位置，該剪切銷(xiāo)或卡環(huán)232在使向下力施加在流動(dòng)管上時(shí)屈服。標(biāo)槍501包括密封部分502，該密封部分502密封流動(dòng)管的內(nèi)部，且瓣閥207在流動(dòng)管上面抵靠瓣閥座503而密封。在流動(dòng)管206移動(dòng)至下部位置后，瓣閥207關(guān)閉。所示實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，在插入標(biāo)槍501之前，將通過(guò)流動(dòng)管防止瓣閥(包括用于閥的座)接觸循環(huán)的流體和水泥。因此它們清潔且更可能密封。因此，瓣閥207為第一密封件，但是在瓣閥組件和流動(dòng)管之間以及在流動(dòng)管和標(biāo)槍之間的密封件提供了用于密封流動(dòng)通路內(nèi)部的第二密封件，以便允許雙重圓錐膨脹。
下面參考圖6A和6B，在可膨脹套管內(nèi)的雙重圓錐表示為該雙重圓錐被壓入膨脹位置。該膨脹位置這樣獲得，即通過(guò)使得鉆柱內(nèi)的流體相對(duì)于鉆柱外部的流體超壓以及迫使活塞219和222進(jìn)入拉動(dòng)腔室218內(nèi)的上部位置。
下面參考圖7，可膨脹套管的頂端用于套管的向下膨脹。在雙重圓錐膨脹之后，圓錐由套管支承在它膨脹的點(diǎn)處，且套管能夠布置在井筒的底部。因此，鉆柱可降低，以便使鉆柱406的可滑動(dòng)部分插入襯套402中。這是圖7中所示的位置。當(dāng)與流動(dòng)通路密封件409分離時(shí)，可滑動(dòng)部分凸肩407有用于從鉆柱內(nèi)部至環(huán)繞鉆柱的環(huán)形通路進(jìn)行流體連通的口。在可膨脹套管頂部的密封件使得在鉆柱與可膨脹套管之間的容積能夠增壓。圖3中所示的密封件301保持在鉆柱225和可膨脹套管101下端之間的壓力。因此，由于經(jīng)過(guò)瓣閥和鉆柱的壓力差加上經(jīng)過(guò)密封件301的壓力差，用于向下膨脹的向下壓力施加在未膨脹的可膨脹套管的整個(gè)內(nèi)部截面區(qū)域上。該向下壓力迫使雙重圓錐運(yùn)動(dòng)至圖8A和8B中所示的位置。
下面參考圖8A和8B，下部圓錐108的前端已經(jīng)迫使滑動(dòng)閥112進(jìn)入關(guān)閉位置，從而在可膨脹套管的底部提供可靠密封。密封件例如O形環(huán)119幫助保持可靠密封。圖1中所示的卡環(huán)113通過(guò)雙重圓錐組件的向下運(yùn)動(dòng)的力而進(jìn)行剪切，從而使得滑動(dòng)閥能夠向下運(yùn)動(dòng)。下部圓錐的前端和水泥靴的尺寸選擇為這樣，即在靜止位置，在井的底部，下部膨脹圓錐使得可膨脹套管101膨脹，并通過(guò)螺紋接頭103直至可膨脹套管的底部，這樣，只有可磨碎或可鉆孔的材料保持在套管的膨脹部分的下面。
參考圖9A和9B，圖中表示了用于向上膨脹的雙重圓錐。為了構(gòu)成用于向上膨脹的雙重圓錐，下部圓錐203沿膨脹模具205向下滑動(dòng)，這樣，當(dāng)上部圓錐與膨脹模具接合時(shí)，下部圓錐的外徑等于或小于上部圓錐的外徑。因此，下部圓錐203能夠使得可膨脹套管的下部部分膨脹至一直徑，該直徑例如比可膨脹套管的其余部分將要膨脹到的直徑大大約半英寸。這在套管的底部形成鐘形部分，在鉆出下部的下一段井之后，下一個(gè)下部的套管部分可以在該鐘形部分中膨脹。
所示實(shí)施例通過(guò)使瓣閥組件運(yùn)動(dòng)至第二位置而使得下部圓錐運(yùn)動(dòng)至未膨脹位置。因此，雙重膨脹裝置的直徑從更大直徑變化成稍微更小的直徑，以便使得套管的其余部分膨脹成比套管的鐘形部分更小的膨脹狀態(tài)。下部圓錐通過(guò)使流動(dòng)通路中的流體超壓至選定壓力(該選定壓力比用于向下膨脹的壓力更大)而運(yùn)動(dòng)。該壓力選擇得足夠高，以便剪切將瓣閥組件保持在前期位置的剪切銷(xiāo)或卡環(huán)。例如，當(dāng)向下膨脹在5000psia的壓力下進(jìn)行時(shí)，可以選擇高達(dá)5500psia的超壓來(lái)使得瓣閥組件運(yùn)動(dòng)至最終位置。瓣閥組件的運(yùn)動(dòng)將做兩件事。首先，它揭開(kāi)下部圓錐口209，從而使得在鉆柱內(nèi)部以及在可膨脹套管內(nèi)部和雙重圓錐組件外部的容積之間能夠流體連通。瓣閥組件的運(yùn)動(dòng)所做的第二件事是，將除去對(duì)第一止動(dòng)器211的內(nèi)部支承。第一止動(dòng)器支承在從組件心軸的柱體部分伸出的指狀物上。該指狀物有足夠柔性，以便當(dāng)除去瓣閥組件的支承時(shí)向內(nèi)彎曲。通過(guò)使得在第一止動(dòng)器和下部圓錐支承件之間的表面布置為相對(duì)于與雙重圓錐裝置的中心線垂直的線稍微成角度，能夠促進(jìn)第一止動(dòng)器的向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。而且，在流動(dòng)通路內(nèi)的流體壓力將在下部圓錐上施加力，該力將下部圓錐推離組件心軸。當(dāng)?shù)谝恢箘?dòng)器脫開(kāi)時(shí)，第二止動(dòng)器212將卡住支承表面901，以便能夠從井筒中取出下部圓錐和雙重圓錐組件的其余部分。
下面參考圖10，可膨脹套管的頂端用于可膨脹套管101的向上膨脹。為了使可膨脹套管向上膨脹，向上拉回可滑動(dòng)部分406，以便使得可滑動(dòng)部分凸肩407與流動(dòng)通路密封件409接合。因此，鉆柱和流動(dòng)通路進(jìn)行連接，并與在向上膨脹密封組件215上面在鉆柱外部的井筒隔離。當(dāng)鉆柱隨著雙重膨脹圓錐的向上運(yùn)動(dòng)而升高時(shí)，與襯套402接觸的第一工具接頭將拆卸襯套，因此它將不會(huì)阻礙雙重圓錐裝置其余部分的取出。第一工具接頭可以包括一個(gè)肋片或多個(gè)肋片405(圖中表示了兩個(gè)相對(duì)肋片)，這些肋片將卡在襯套402中的狹槽上，以便能夠與襯套接合，且襯套旋轉(zhuǎn)至一位置，可以從該位置從可膨脹套管頂部拆卸它。
下面參考圖11，圖中表示了上部膨脹圓錐204?？膳蛎泩A錐部分分成從基座1102伸出的多個(gè)可變形段1101?；闹睆叫∮谔坠艿某跏純?nèi)徑。各可變形段包括可變形部分1103和膨脹表面1104，在膨脹處理過(guò)程中，該膨脹表面1104與套管接觸。在所示實(shí)施例中，這些段在膨脹表面1105上面與圓錐的中心線成一定角度。膨脹表面是在膨脹過(guò)程中與可膨脹套管的內(nèi)表面接觸的表面。在可變形段的可變形部分中，這些段可以與可膨脹心軸的中心線對(duì)齊。當(dāng)使膨脹表面排列成與可膨脹心軸的中心線成一定角度時(shí)，所形成的膨脹套管可以膨脹成圓形形狀。當(dāng)這些段與圓錐的中心線對(duì)齊時(shí)，通過(guò)圓錐而膨脹的管將有在已膨脹的管內(nèi)部上的較小脊(類(lèi)似來(lái)復(fù)線)。這將通過(guò)在可變形段變形成可膨脹心軸的膨脹直徑時(shí)形成的間隙而引起。當(dāng)由于圓錐在膨脹模具上面膨脹而引起的間隙相對(duì)于裝置的中心線成一定角度(例如相對(duì)于與裝置中心線平行的線在5和15度之間)時(shí)，圓錐將使得套管(比在通過(guò)可變形段膨脹時(shí))更均勻地膨脹。該更均勻的膨脹(或者膨脹至更完美的圓形截面)是優(yōu)選的?？勺冃味卫绠?dāng)圓錐被按壓在膨脹模具上面時(shí)變形，這樣，當(dāng)除去使圓錐保持在模具上的力時(shí)，圓錐可部分返回它的初始形狀，或者至少很容易地通過(guò)較小壓力而彎回至更小直徑，因此，下部的圓錐可以通過(guò)膨脹套管的上部部分(該上部部分并沒(méi)有膨脹至與膨脹的下部圓錐一樣大的內(nèi)徑)，且可以施加其它力。
下面參考圖12，圖中表示了下部膨脹圓錐203。在工作時(shí)，下部膨脹圓錐與上部膨脹圓錐類(lèi)似。下部圓錐段1201從下部圓錐基座1202伸出，以便形成一些段，當(dāng)迫使下部圓錐至膨脹模具上面時(shí)這些段能夠向外膨脹。各可變形段包括可變形部分1203和膨脹表面1204，該膨脹表面1204在膨脹處理過(guò)程中與套管接觸。下部圓錐口209提供了從流動(dòng)通路內(nèi)部至用于向上膨脹的雙重圓錐的外部的流體連通。
下面參考圖13，圖中表示了組件心軸。第一止動(dòng)器211和第二止動(dòng)器212表示為第一止動(dòng)器211在指狀物1301上。還表示了用于裝保持器帶219的凹入部分1302和用于心軸的活塞部分的通氣口217。還表示了使得膨脹模具與上部圓錐分離的墊片213。保持器帶223可以安裝在組件心軸上，或者可以制造為組件心軸的一部分。
下面參考圖14，可膨脹套管101的上端具有用于固定所述襯套的J形掛鉤凹槽1401。圖15表示了具有裝載銷(xiāo)1501的襯套402，該裝載銷(xiāo)適于插入圖14的J形掛鉤凹槽中。套管密封件403用于在襯套402和可膨脹套管101之間密封。
下面參考圖15，襯套402表示為具有鍵槽1502，該鍵槽1502用于與安裝在襯套下面的第一工具接頭上的肋片405接合。肋片405將卡入鍵槽1502中，且鉆柱的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)將使得裝載銷(xiāo)1501運(yùn)動(dòng)至可膨脹套管101的J形掛鉤凹槽的垂直部分中。繼續(xù)施加向上力可以從可膨脹套管的上端提起襯套。裝載銷(xiāo)1501可以通過(guò)剪切銷(xiāo)的作用而保持在J形掛鉤凹槽1401的水平部分中。剪切銷(xiāo)可以通過(guò)經(jīng)由肋片405施加的力矩而失效。
權(quán)利要求
1.一種用于使井筒管從初始直徑膨脹至兩個(gè)不同直徑的雙重膨脹裝置，該雙重膨脹裝置包括第一直徑膨脹圓錐，該第一直徑膨脹圓錐在松弛狀態(tài)時(shí)的直徑小于內(nèi)徑，在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑大于內(nèi)徑；第二直徑膨脹圓錐，該第二直徑膨脹圓錐在松弛狀態(tài)時(shí)的直徑小于內(nèi)徑，在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑大于第一直徑膨脹圓錐在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑；以及組件心軸，該組件心軸能夠使第一直徑膨脹圓錐和第二直徑膨脹圓錐轉(zhuǎn)變成它們的膨脹狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重膨脹裝置，還包括膨脹模具，該膨脹模具有第一直徑膨脹表面和第二直徑膨脹表面，其中，第一直徑小于第二膨脹表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重膨脹裝置，其中心軸通過(guò)施加在至少一個(gè)活塞上的液壓力而作用在第一直徑膨脹圓錐和第二直徑膨脹圓錐上，以便將第一直徑膨脹圓錐和第二直徑膨脹圓錐按壓在驅(qū)動(dòng)模具上面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙重膨脹裝置，其中當(dāng)被按壓在驅(qū)動(dòng)模具上面時(shí)，第一直徑膨脹圓錐和第二直徑膨脹圓錐變形成它們的膨脹狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重膨脹裝置，其中驅(qū)動(dòng)模具包括兩端，一端包括圓錐形狀，第一直徑膨脹圓錐按壓在這一端上面，而第二直徑膨脹圓錐按壓在第二端上面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重膨脹裝置，還包括用于在第二直徑膨脹圓錐保持膨脹狀態(tài)時(shí)使得第一直徑膨脹圓錐從驅(qū)動(dòng)模具釋放的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重膨脹裝置，其中膨脹心軸包括穿過(guò)膨脹心軸的流動(dòng)通路，該流動(dòng)通路還包括一停止平臺(tái)，以便支承沿流動(dòng)通路向下運(yùn)動(dòng)的標(biāo)槍?zhuān)瑥亩诹鲃?dòng)通路中產(chǎn)生液壓力，用于使得雙重膨脹裝置膨脹至膨脹狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙重膨脹裝置，還包括第二密封件，用于當(dāng)標(biāo)槍支承在所述停止平臺(tái)中時(shí)密封所述流動(dòng)通路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙重膨脹裝置，其中第二密封件包括至少一個(gè)瓣閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙重膨脹裝置，其中第二密封件包括多個(gè)瓣閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙重膨脹裝置，其中第二密封件包括支座表面，在標(biāo)槍置于停止平臺(tái)中之前，該支座表面并不暴露于流過(guò)流動(dòng)通路的流體流中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于使井筒管(101)從初始直徑膨脹至兩個(gè)不同直徑的雙重膨脹裝置。該雙重膨脹裝置包括第一直徑膨脹圓錐(204)，該第一直徑膨脹圓錐在松弛狀態(tài)時(shí)的直徑小于內(nèi)徑，在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑大于內(nèi)徑；第二直徑膨脹圓錐(203)，該第二直徑膨脹圓錐在松弛狀態(tài)時(shí)的直徑小于內(nèi)徑，在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑大于第一直徑膨脹圓錐在膨脹狀態(tài)時(shí)的直徑；以及組件心軸(214)，該組件心軸能夠使第一直徑膨脹圓錐和第二直徑膨脹圓錐轉(zhuǎn)變成它們的膨脹狀態(tài)。
文檔編號(hào)E21B43/10GK1930368SQ200580007578
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者D·B·坎波 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司