用于井筒井框中設(shè)置襯管懸掛器的膨脹錐組件的制作方法
【專利摘要】一種用于設(shè)定襯管懸掛器的膨脹錐組件（200）。該膨脹錐組件（200）包括：具有外截頭錐表面（220）的錐心軸（202）；可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸（202）周圍并具有帶最大外直徑（230）的截頭錐表面（228）的導(dǎo)錐（206）；以及至少部分地圍繞錐心軸（202）的外截頭錐表面（220）可滑動(dòng)地設(shè)置的可坍癟錐（204）。在膨脹構(gòu)造中，外截頭錐表面（220）徑向地支撐可坍癟錐（204），以使可坍癟錐具有第一最大外直徑（232），該帶有最大外直徑大于導(dǎo)錐（206）的最大外直徑（230）。在收回構(gòu)造中，可坍癟錐（204）相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面（220）軸向地移動(dòng)，使得可坍癟錐具有第二最大外直徑（234），該第二最大外直徑不大于導(dǎo)錐（206）的最大外直徑（230）。
【專利說(shuō)明】用于井筒井框中設(shè)置襯管懸掛器的膨脹錐組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的涉及與在地下井眼中執(zhí)行的操作相結(jié)合而使用的設(shè)備，尤其涉及用于在地下井筒中設(shè)置襯管懸掛器的膨脹錐組件，該地下井筒具有在之前安裝在其中的井框柱。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)意限制本發(fā)明的范圍，作為一實(shí)例，本發(fā)明的技術(shù)背景將參照構(gòu)造地下井來(lái)進(jìn)行描述。
[0003]在傳統(tǒng)實(shí)踐中，油或氣井的鉆探涉及生成橫穿許多地下地層的井筒。出于各種原因，井筒要穿過(guò)的各個(gè)地層較佳地是隔離的。例如，避免不需要的地層流體流入井筒內(nèi)以及井筒流體不必要地流入地層中，這都是很重要的。此外，重要的是要防止流體從生產(chǎn)地層中進(jìn)入或污染非生產(chǎn)的地層。
[0004]為避免這些問(wèn)題，傳統(tǒng)的井結(jié)構(gòu)包括在井筒中安裝重的鋼井框。除了提供隔離功能之外，井框還提供井筒穩(wěn)定性，以抵抗地層的地質(zhì)力學(xué)現(xiàn)象，比如壓實(shí)力、地震力和構(gòu)造力，由此防止井筒壁發(fā)生坍塌。
[0005]在典型的井筒構(gòu)造中，在已經(jīng)鉆出井的上部且井框柱已經(jīng)安裝在井內(nèi)之后，重新開(kāi)始鉆探以將井延伸到下一個(gè)所要求的深度。為了讓鉆頭和其它工具能通過(guò)先前安裝的井框柱，井的各個(gè)連續(xù)部分被鉆成具有比前一部分小的直徑。此外，各個(gè)放置在井筒內(nèi)隨后的井框柱具有比先前安裝的井框柱的外直徑小的外直徑。
[0006]井框柱通常用井框外壁和井筒壁之間的水泥層固定在井筒內(nèi)。當(dāng)井框柱位于井中其所要求的位置時(shí)，水泥漿通過(guò)井框內(nèi)部圍繞井框下端向上泵送到環(huán)面內(nèi)。一旦井框周圍的環(huán)面已被水泥漿充分填滿，那么就讓水泥漿固化。水泥在環(huán)面中豎起，支承和定位井框并形成基本上不滲透的阻擋層。
[0007]在一種方法中，各個(gè)井框柱從地面向井下方向延伸，使得只有各個(gè)井框柱的下部鄰近井筒壁。替代地，井筒井框可包括一個(gè)或多個(gè)襯管柱，它們不延伸到井筒表面，但相反地，通常從靠近先前安裝的井框底端向下延伸入井筒的未有井框的部分內(nèi)。襯管柱通常向著井下方向地下降到工作鉆具組上，工作鉆具組可包括附連到襯管柱的移動(dòng)工具。該襯管柱通常在其向著井上方向的端部處包括襯管懸掛器，其用機(jī)械或液壓方式設(shè)置。在一個(gè)實(shí)例中，膨脹錐向下通過(guò)襯管懸掛器，以使襯管懸掛器徑向地膨脹和塑性地變形，而使其與先前安裝的井框柱密封地和夾緊地配合。
[0008]然而，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，一旦膨脹錐通過(guò)襯管懸掛器并使襯管懸掛器塑性變形，則井框柱和襯管懸掛器內(nèi)的彈性會(huì)導(dǎo)致襯管懸掛器內(nèi)直徑的減小。當(dāng)如此的內(nèi)直徑減小發(fā)生時(shí)，膨脹錐往回通過(guò)先前設(shè)置的襯管懸掛器的收回會(huì)變得困難。因此，需要有一種膨脹錐，可操作該膨脹錐以將襯管懸掛器塑性地變形為與井框柱密封地和夾緊地配合。還需要如此的膨脹錐，可操作該膨脹錐，即使在井框柱或襯管懸掛器內(nèi)的彈性減小了襯管懸掛器在設(shè)置后的內(nèi)直徑之后，也能經(jīng)襯管懸掛器收回膨脹錐。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本文披露的發(fā)明涉及一種用于在地下井筒中設(shè)置襯管懸掛器的膨脹錐組件，該地下井筒具有先前安裝在其中的井框柱。本發(fā)明的膨脹錐組件采用雙錐構(gòu)造，其包括可坍癟的錐，可操作該可坍癟的錐，以使襯管懸掛器塑性變形成與井框柱密封和夾緊地嚙合。此夕卜，即使在井框柱或襯管懸掛器內(nèi)的彈性在設(shè)定之后減小襯管懸掛器的內(nèi)直徑之后，本發(fā)明的膨脹錐組件仍可操作而經(jīng)內(nèi)襯懸臂裝置收回。
[0010]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于設(shè)定襯管懸掛器的膨脹錐組件。該膨脹錐組件包括具有外截頭錐表面的錐心軸、可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸周圍并具有帶最大外直徑的外截頭錐表面的導(dǎo)錐、以及至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面滑動(dòng)地設(shè)置的可坍癟錐。在膨脹構(gòu)造中，錐心軸的外截頭錐表面徑向地支撐可坍癟的錐，以使可坍癟的錐具有第一最大外直徑，該最大外直徑大于導(dǎo)錐的最大外直徑。在收回構(gòu)造中，可坍癟錐相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)，使得可坍癟錐具有第二最大外直徑，該第二最大外直徑不大于導(dǎo)錐的最大外直徑。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，錐心軸具有外圓柱形表面，而導(dǎo)錐至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面滑動(dòng)地設(shè)置。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)錐至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面可滑動(dòng)地設(shè)置。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)錐和可坍癟的錐彼此鄰近。在某些實(shí)施例中，可坍癟的錐包括具有可徑向移動(dòng)的部分的帶狹槽組件。在該實(shí)施例中，當(dāng)膨脹錐組件處于膨脹構(gòu)造中時(shí)，錐心軸的外截頭錐表面徑向地支撐可坍癟錐的可徑向移動(dòng)的部分。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)將膨脹錐組件從膨脹構(gòu)造操作到收回構(gòu)造時(shí)，導(dǎo)錐和可坍癟錐一起相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)。在另一實(shí)施例中，錐心軸具有端帽，當(dāng)將膨脹錐組件從膨脹構(gòu)造操作到收回構(gòu)造時(shí)，該端帽限制導(dǎo)錐的軸向移動(dòng)。
[0013]在另一方面，本發(fā)明涉及設(shè)定襯管懸掛器的方法。該方法包括可操作地將具有膨脹錐組件的設(shè)定工具連接到包括襯管懸掛器的襯管柱；將設(shè)定工具和襯管柱下降到井筒井框中；對(duì)膨脹錐組件施加沿著朝向井下的方向的力，以使導(dǎo)錐和膨脹錐組件的可坍癟錐將襯管懸掛器的至少一部分徑向地膨脹到與井筒井框相接觸，可坍癟錐具有第一最大直徑，該第一最大直徑大于導(dǎo)錐的最大外直徑；使設(shè)定工具從襯管懸掛器脫開(kāi)；將沿著朝向井上的方向的力施加到膨脹錐組件；以及相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)導(dǎo)錐和可坍癟錐，以使可坍癟錐具有第二最大外直徑，該第二最大外直徑不大于導(dǎo)錐的最大外直徑。
[0014]在另一方面，本發(fā)明涉及可膨脹的襯管懸掛器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有設(shè)置在其朝向井上端的襯管懸掛器的襯管柱；可操作地與襯管懸掛器相連的設(shè)定工具；以及可操作地與設(shè)定工具相連的膨脹錐組件。膨脹錐組件包括具有外截頭錐表面的錐心軸；可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸周圍并具有帶最大外直徑的外截頭錐表面的導(dǎo)錐；以及至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面可滑動(dòng)地設(shè)置的可坍癟錐。在膨脹構(gòu)造中，錐心軸的外截頭錐表面徑向地支撐可坍癟錐，以使可坍癟錐具有第一最大外直徑，該第一最大外直徑大于導(dǎo)錐的最大外直徑。在收回構(gòu)造中，可坍癟錐相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)，以使可坍癟錐具有第二最大外直徑，該第二最大外直徑不大于導(dǎo)錐的最大外直徑。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0015]為了更完整地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)連同附圖一起參照對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述，附圖中，不同圖中對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的零件，其中:
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的海上油氣平臺(tái)的示意圖，該平臺(tái)在先前安裝在地下井筒內(nèi)的井框柱中安裝襯管柱；
[0017]圖2A-2H是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置連續(xù)的軸向部分的橫截面圖，該裝置用于在先前安裝在地下井筒內(nèi)的井框柱中安裝襯管柱；
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的膨脹錐組件的橫截面圖，該膨脹錐用于在井框柱中設(shè)置襯管懸掛器，其處于第一操作構(gòu)造中；
[0019]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的膨脹錐組件的橫截面圖，該膨脹錐用于在井框柱中設(shè)置襯管懸掛器，其處于第二操作構(gòu)造中；
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的膨脹錐組件的分解立體圖，該膨脹錐用于在井框柱中設(shè)置襯管懸掛器；
[0021]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的膨脹錐組件的橫截面圖，該膨脹錐用于在井框柱中設(shè)置襯管懸掛器，其處于第一操作構(gòu)造中；以及
[0022]圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的膨脹錐組件的橫截面圖，該膨脹錐用于在井框柱中設(shè)置襯管懸掛器，其處于第二操作構(gòu)造中。
【具體實(shí)施方式】
[0023]盡管下面將詳細(xì)討論本發(fā)明各種實(shí)施例的制作和使用，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明提供許多適用的發(fā)明概念，它們可在各種特殊的情形中得以實(shí)施。本文討論的具體實(shí)施例僅是說(shuō)明制作和使用本發(fā)明的特殊方式，并不劃定本發(fā)明的范圍。
[0024]首先參照?qǐng)D1，圖中示意地示出了在先前安裝在地下井筒內(nèi)的井框柱中安裝襯管柱的裝置，該裝置從離岸的油或氣平臺(tái)展開(kāi)，用附圖標(biāo)記10來(lái)表示該裝置。半浸沒(méi)的平臺(tái)12對(duì)中在位于海底16下面的浸沒(méi)的油氣層14上方。海底導(dǎo)管18從平臺(tái)12的甲板20延伸到井口裝置22，該井口裝置22包括防噴出器24。平臺(tái)12具有起吊裝置26、鐵架塔28、移動(dòng)塊30、吊鉤32和用以提升和下降管道柱(諸如是襯管柱36)的旋轉(zhuǎn)頭34。
[0025]井筒38延伸通過(guò)包括層14的各種地層。井筒38的上部包括井框40，它是用水泥42筑在井筒38內(nèi)。部署在井筒38下端部分內(nèi)的是襯管柱36，襯管柱36被朝向井下方向下降到工作鉆具組44上，工作鉆具組44包括將工作鉆具組44附連到襯管柱36的設(shè)置工具46。襯管柱36在其朝向井上的端部處包括襯管懸掛器48，可操作該襯管懸掛器48，以通過(guò)讓設(shè)定工具46的膨脹錐通過(guò)襯管懸掛器48，使襯管懸掛器48徑向地膨脹和塑性變形到密封和緊夾地配合井框柱40，從而液壓設(shè)定該襯管懸掛器48。如圖所示，襯管柱36定位在井筒38內(nèi)，使得襯管柱36的朝向井下的端部50延伸靠近井筒38的底部52。
[0026]即使圖1示出了傾斜的井筒，但本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)該理解到，在先前安裝在地下井筒內(nèi)的井框柱中安裝本發(fā)明的襯管柱的裝置同樣適用于具有其它定向的井筒，其它定向井筒包括垂直井筒、水平井筒、多側(cè)向井筒等。因此，本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)該理解到，使用諸如上方、下方、上、下、朝上、朝下、朝向井上、朝向井下等的方向性術(shù)語(yǔ)是關(guān)于在圖中所示的說(shuō)明性實(shí)施例而使用的，朝向井上方向是朝向?qū)?yīng)圖的頂部或左部，而朝向井下方向是朝向?qū)?yīng)圖的底部或右部。還有，即使圖1示出了海上的操作，但本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)該理解到，在先前安裝在地下井筒內(nèi)的井框柱中安裝本發(fā)明的襯管柱的裝置同樣適用于陸上的操作。
[0027]接下來(lái)參照?qǐng)D2A-2H，圖中示出在先前安裝在地下井筒38內(nèi)的井框柱40中安裝襯管柱的裝置或設(shè)定工具100。裝置100用于使襯管柱102朝向井下行進(jìn)。襯管柱102包括多個(gè)基本管形的部分，它們較佳地由在表面處用螺紋聯(lián)接在一起的連接管形成。在所示的實(shí)施例中，襯管柱102包括回接連接座104、襯管懸掛器106和任何要求數(shù)量的內(nèi)襯管108，使得襯管柱102將延伸通過(guò)井框柱40的端部并基本上延伸到井筒38底部。
[0028]裝置100至少部分地定位在襯管柱102內(nèi)，并可操作而對(duì)井中的襯管柱102進(jìn)行運(yùn)輸、向下施力以及設(shè)定。裝置100包括多個(gè)基本上為管形構(gòu)件，這些管形構(gòu)件被稱作管形心軸組件110，這些管形構(gòu)件一起合作而形成延伸通過(guò)的中心孔112。管形心軸組件110包括上部體114，其可在上端處螺紋地和密封地聯(lián)接到工作鉆具組的其它部件上。上部體114可滑動(dòng)地和密封地聯(lián)接到內(nèi)心軸組件116，該內(nèi)心軸組件116延伸到裝置100的下端。內(nèi)心軸組件116由多個(gè)部分形成，這些部分通過(guò)連接器118螺紋地和密封地聯(lián)接在一起。內(nèi)心軸組件116可在其下端處螺紋地和密封地偶聯(lián)到工作鉆具組的其它部件上。外套筒120螺紋地偶聯(lián)到上部體114，并包括定位在內(nèi)心軸組件116周圍的下部接受件122。上部體114包括多個(gè)突耳124，它們與內(nèi)心軸組件116的狹槽外形126合作，如圖2A清楚地所示。
[0029]設(shè)定工具100具有如圖2B清楚所示的釋放組件128，其包括支撐套筒130，該支撐套筒通過(guò)多個(gè)剪切銷134固定到外心軸延伸部132。外心軸延伸部132通過(guò)多個(gè)掣子136固定地連接到內(nèi)心軸組件116。如圖2C清楚地所示，外心軸延伸部132螺紋地聯(lián)接到外心軸138，外心軸138密封地被接納在回接連接座104內(nèi)。顯示為具有可剪切螺紋的環(huán)140的荷載傳遞子組件通過(guò)螺紋定位在外心軸138的周圍并抵靠回接連接座104的頂部。
[0030]如圖2D-2E清楚地所示，設(shè)定工具100具有膨脹錐驅(qū)動(dòng)子組件142，其包括活塞144、驅(qū)動(dòng)套筒146、支承環(huán)148、錐心軸150、端帽152、可坍癟錐154以及導(dǎo)錐156。導(dǎo)錐156具有截頭錐形，該截頭錐形具有比襯管懸掛器106的內(nèi)直徑小的第一外直徑和比襯管懸掛器106的內(nèi)直徑大的第二外直徑,可坍癟錐154具有比導(dǎo)錐156的第二外直徑大的外直徑?？商T錐154和導(dǎo)錐156合起來(lái)可稱作雙錐組件。錐心軸150、可坍癟錐154和導(dǎo)錐156合起來(lái)可被稱作延伸錐組件?？商T錐154和導(dǎo)錐156首先被接納在襯管懸掛器106的錐發(fā)射部分158內(nèi)，在那里，襯管懸掛器106的內(nèi)直徑足夠大，從而能接納可坍癟錐154和導(dǎo)錐156，而沒(méi)有徑向膨脹。
[0031]如圖2G清楚地所示，旁通套筒160通過(guò)一個(gè)或多個(gè)剪切銷162牢固地連接到內(nèi)心軸組件116。如圖2F清楚地所示，設(shè)定工具100具有夾頭子組件164，其包括固定件166、掣子168、卡緊彈簧170和夾頭組件172。夾頭組件172與襯管柱102的匹配外形174合作，并通過(guò)內(nèi)心軸組件116的徑向膨脹部分或支撐部分176被支承在匹配外形174內(nèi)。
[0032]在操作中，設(shè)定工具100用來(lái)將襯管柱102安裝在井框柱40內(nèi)。重要的是，由于依賴于襯管懸掛器106、井框柱40或它們兩者而造成襯管懸掛器106內(nèi)直徑縮小,這可以在將襯管懸掛器106設(shè)置在井框柱40內(nèi)之后實(shí)現(xiàn)，而無(wú)膨脹錐組件粘在襯管懸掛器106上的風(fēng)險(xiǎn)。具體來(lái)說(shuō)，使用本發(fā)明的膨脹錐組件能選擇可坍癟錐154減小的直徑，由此，防止在襯管懸掛器106已經(jīng)設(shè)定之后膨脹錐組件粘結(jié)在襯管懸掛器106內(nèi)。
[0033]在所示的實(shí)施例中，當(dāng)襯管柱102經(jīng)工作鉆具組44朝向井下方向地行進(jìn)時(shí)，可需要很大的力來(lái)將襯管柱102推到其所要求的部位，特別是在偏離水平或多側(cè)向的井筒中。該來(lái)自表面的力通過(guò)工作鉆具組44施加到上部體114。在設(shè)定工具100的行進(jìn)構(gòu)造中，上部體114通過(guò)突耳124和狹槽外形126將向下的力施加到內(nèi)心軸組件116。該朝向井下方向的力從內(nèi)心軸組件116經(jīng)掣子136和外心軸延伸部132傳遞到外心軸138。然后，該朝向井下方向的力從外心軸138經(jīng)載荷傳遞子組件140施加到襯管柱102的回接連接座104，如圖2C清楚地所示。因此，來(lái)自工作鉆具組44的朝向井下方向的力通過(guò)回接連接座104上的載荷傳遞子組件140施加到襯管柱102上，而不通過(guò)膨脹錐組件來(lái)施加朝向井下方向的力。
[0034]一旦襯管柱102定位在井筒38內(nèi)的期望部位中，襯管懸掛器106可膨脹。為了膨脹襯管懸掛器106，膨脹錐驅(qū)動(dòng)子組件142從錐發(fā)射部分158通過(guò)襯管懸掛器106朝向井下方向驅(qū)動(dòng)膨脹錐組件。當(dāng)雙錐組件通過(guò)襯管懸掛器106時(shí)，它使襯管懸掛器106徑向地膨脹和塑性變形。較佳地，雙錐組件的尺寸適于使襯管懸掛器106徑向地膨脹和塑性變形，以使襯管懸掛器106的外直徑被壓到與井框柱40夾緊和密封地配合。在所不的實(shí)施例中，襯管懸掛器106包括多個(gè)圓周密封178，以便實(shí)現(xiàn)與井框柱40的密封。
[0035]如上所討論，膨脹錐驅(qū)動(dòng)子組件142包括驅(qū)動(dòng)套筒146，其驅(qū)動(dòng)膨脹錐組件，使之通過(guò)襯管懸掛器106。驅(qū)動(dòng)套筒146的朝向井上方向的端部首先抵接支承驅(qū)動(dòng)套筒146的外心軸138，以對(duì)抗相對(duì)于內(nèi)心軸組件116的朝向井上方向的移動(dòng)。由掣子136通過(guò)外心軸延伸部132將外心軸138附連到內(nèi)心軸組件216。
[0036]在所示的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)套筒146承載單個(gè)活塞144，活塞144密封抵靠在內(nèi)心軸組件116上。本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可使用附加的活塞來(lái)放大施加到驅(qū)動(dòng)套筒146上的液壓力。施加到活塞144上的壓力使驅(qū)動(dòng)套筒146、并由此使膨脹錐組件朝向井下方向地移動(dòng)。在活塞行程底部，膨脹錐驅(qū)動(dòng)子組件142撞擊承載在內(nèi)心軸組件116上的旁路套筒160，致使剪切銷162受剪切，打開(kāi)內(nèi)心軸組件116內(nèi)的旁通端口 180以平衡活塞144上的壓力。
[0037]在膨脹襯管懸掛器106之后，設(shè)定工具100可從襯管柱102脫開(kāi)，并被收回到地面。如上所述，由工作鉆具組44施加的朝向井下方向的力被傳遞到抵接回接連接座104的載荷傳遞子組件140。在所示的實(shí)施例中,載荷傳遞子組件140是具有可受剪螺紋的環(huán)。朝向井下方向的足夠大的力將致使螺紋剪斷該環(huán)，這允許心軸子組件110和襯管柱102之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。心軸組件110相對(duì)于襯管柱102朝向井下方向的移動(dòng)不再支撐夾筒組件172，允許夾筒組件172向內(nèi)縮進(jìn)并從匹配外形174中釋放，由此，從襯管柱102中釋放出設(shè)定工具100。此后，設(shè)定工具100可從襯管柱102朝向井上方向撤回并撤出井筒外。
[0038]具體來(lái)說(shuō)，如圖2H清楚地所示，在行進(jìn)和膨脹過(guò)程中，夾筒組件172被徑向地支承而通過(guò)支撐部176與匹配外形174相配合。通過(guò)相對(duì)于夾筒組件172朝向井下方向移動(dòng)支撐部176，夾筒組件172從與匹配外形174配合中釋放。由于卡緊彈簧170的偏置力，內(nèi)心軸組件116相對(duì)于夾筒子組件164的進(jìn)一步朝向井下方向的移動(dòng)允許掣子168縮回到內(nèi)心軸組件116的徑向縮小部分內(nèi)。夾筒組件172被阻止朝向井下方向回遷并與匹配外形174再次配合，因?yàn)榭ňo彈簧170阻止掣子168移動(dòng)通過(guò)臺(tái)肩182。在該構(gòu)造中，設(shè)定工具100可朝向井上方向地從襯管柱102中撤回并撤出井筒外。如下文中詳細(xì)地所述，設(shè)定工具100可從襯管柱102朝向井上方向撤回，而不使膨脹錐組件被粘在襯管懸掛器106內(nèi)，因?yàn)殡p錐組件可操作而相對(duì)于錐心軸150軸向地遷移，這使可坍癟錐154能徑向地收縮?？商T錐154的這一徑向收縮確保設(shè)定工具100可從襯管柱102中朝向井上方向撤回，并撤出井筒夕卜，而不會(huì)被粘在襯管懸掛器106內(nèi)。
[0039]替代地，設(shè)定工具100可從襯管柱102中釋放，而不剪切載荷傳遞子組件140，或者，如果需要的話，可在運(yùn)行驅(qū)動(dòng)子組件142之前進(jìn)行釋放。具體來(lái)說(shuō)，在施加朝向井下的力之后施加扭轉(zhuǎn)力，可使內(nèi)心軸組件116從襯管柱102中釋放。如圖2A-2B清楚地所示，上部體114具有向內(nèi)凸出的突耳124，其在內(nèi)心軸組件116的狹槽外形126內(nèi)操作。狹槽外形126包括多個(gè)狹槽對(duì)，每一狹槽對(duì)由長(zhǎng)狹槽和短狹槽組成，它們是諸如J-狹槽之類的領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的類型。狹槽外形126的短狹槽形成上部接口 184，而狹槽外形126的長(zhǎng)狹槽形成下部接口 186。在行進(jìn)構(gòu)造中，突耳124被接納在相應(yīng)的上部接口 184內(nèi)，并可操作而將朝向井下方向的力傳遞到內(nèi)心軸組件116。當(dāng)要想將設(shè)定工具100從襯管柱102脫開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)上部體114使突耳124從上部接口 184移去，并允許上部體114相對(duì)于內(nèi)心軸組件116朝向井下方向移動(dòng)，同時(shí)突耳124橫向通過(guò)長(zhǎng)狹槽，直到被接納在相應(yīng)的下部接口186內(nèi)為止。
[0040]當(dāng)上部體114相對(duì)于內(nèi)心軸組件116朝向井下方向地移動(dòng)時(shí)，它使內(nèi)心軸組件116從外心軸延伸部132中釋放。當(dāng)上部體114朝向井下方向地移動(dòng)時(shí)，下部接納件122接觸釋放子組件128并使剪切銷134剪切，該剪切銷134將支撐套筒130固定到外心軸延伸部132。支撐套筒130支承掣子136，掣子136配合內(nèi)心軸組件116，并相對(duì)于內(nèi)心軸組件116附連外心軸組件132。因此，當(dāng)脫開(kāi)支承時(shí)，掣子136從內(nèi)心軸組件116釋放，并允許內(nèi)心軸組件116相對(duì)于釋放子組件128移動(dòng)。
[0041]在內(nèi)心軸組件116從外心軸延伸部132釋放之后，上部體114作用在內(nèi)心軸組件116上，以相對(duì)于襯管柱102朝向井下方向驅(qū)動(dòng)內(nèi)心軸組件116。如上所述，相對(duì)于襯管柱102朝向井下方向驅(qū)動(dòng)內(nèi)心軸組件116可使支撐部176脫開(kāi)與夾筒組件172的配合，這樣，設(shè)定工具100可從襯管柱102朝向井上方向撤出井筒外。
[0042]接下來(lái)參照?qǐng)D3，圖中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于將襯管懸掛器設(shè)定在井框柱內(nèi)的膨脹錐組件，其總的用200來(lái)表示。該膨脹錐組件200包括錐心軸202、可坍癟錐204、導(dǎo)錐206和端帽208。如上所述，可坍癟錐204和導(dǎo)錐206可被稱作雙錐組件210。錐心軸202包括圓周槽212，可操作該槽以將碎片密封件214接納在其中。較佳地，可操作碎片密封件214，以提供與襯管柱102的密封，該密封可以是也可以不是流體密封。錐心軸202還包括上部臺(tái)肩216，可操作該上部臺(tái)肩以限制可坍癟錐204向上運(yùn)動(dòng)的范圍。在上部臺(tái)肩216下方，錐心軸202具有圓柱形表面218。在圓柱形218表面下方，錐心軸202具有外截頭錐表面220。較佳地，外截頭錐表面220具有斜面角，該角度在大約10度和大約20度之間，最好大約為15度。錐心軸202還包括下部臺(tái)肩222，可操作該下部臺(tái)肩以限制導(dǎo)錐206的向上運(yùn)動(dòng)的范圍。在下部臺(tái)肩222下方，錐心軸202具有圓柱形表面224。端帽208包括臺(tái)肩226，可操作該臺(tái)肩以限制雙錐組件210向下運(yùn)動(dòng)的范圍。
[0043]在所示的實(shí)施例中，導(dǎo)錐206可滑動(dòng)地和密封地設(shè)置在錐心軸202圓柱形表面224的周圍，并可操作該導(dǎo)錐，以沿著錐心軸202的臺(tái)肩222和端帽208的臺(tái)肩226之間的圓柱形表面224軸向地移動(dòng)。導(dǎo)錐206具有外截頭錐表面228，其最大外直徑230位于其上端處。較佳地，外截頭錐表面228具有斜面角，該角度在大約5度和大約15度之間，最好大約為10度。應(yīng)注意,外截頭錐表面220的斜面角最好大于外截頭錐表面228的斜面角?？商T錐204的上部可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸202的圓柱形表面218周圍?？商T錐204的下部可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸202的外截頭錐表面220周圍。
[0044]如圖3清楚地所示，膨脹錐組件200處于其進(jìn)入和膨脹構(gòu)造中，其中，雙錐組件210處于其上部位置中。在該構(gòu)造中，可坍癟錐204具有最大外直徑232，該最大外直徑大于導(dǎo)錐206的最大外直徑230。由于錐心軸202的外截頭錐表面220和可坍癟錐204互相作用，所以能達(dá)到該較大的最大外直徑232。如圖5清楚地所示，可坍癟錐204為帶狹槽組件的形式，其包括實(shí)心的環(huán)部分236和多個(gè)可徑向移動(dòng)的部分238，在這些部分之間具有狹槽240。即使可坍癟錐204顯示為具有16個(gè)可徑向移動(dòng)的部分238，但本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)該理解到，本發(fā)明的可坍癟錐可具有其它數(shù)量的可徑向移動(dòng)的部分，既可大于也可小于16個(gè)，都不脫離本發(fā)明的原理?？刹僮骺蓮较蛞苿?dòng)的部分238，根據(jù)施加在其上的力，使之徑向向外地或徑向向內(nèi)地彎曲。較佳地，在膨脹錐組件200的進(jìn)入和膨脹構(gòu)造中，錐心軸202的外截頭錐表面220徑向向外地支撐可徑向移動(dòng)的部分238，使得最大外直徑232大于可坍癟錐204的靜止的最大外直徑。
[0045]例如，如圖4清楚地所示，錐組件200處于其收回的構(gòu)造中，其中，雙錐組件210處于其下部位置。在該構(gòu)造中，可坍癟錐204具有最大外直徑234，該最大外直徑不再大于導(dǎo)錐206的最大外直徑230，較佳地是小于該最大外直徑230。由于錐心軸202的外截頭錐表面220不再?gòu)较蛳蛲獾刂慰商T錐204的可徑向移動(dòng)的部分238，所以可實(shí)現(xiàn)該較小的最大外直徑234。在不支撐構(gòu)造中，可徑向移動(dòng)的部分238返回到其靜止的構(gòu)造，導(dǎo)致從可坍癟錐204的最大外直徑232減小到可坍癟錐204的最大外直徑234。
[0046]現(xiàn)將描述膨脹錐組件200的操作。如上所述，在襯管柱102膨脹過(guò)程中，膨脹錐組件200被液壓地向下驅(qū)動(dòng)而通過(guò)襯管懸掛器106。當(dāng)外截頭錐表面228和最大外直徑230接觸和通過(guò)襯管懸掛器106，從而使襯管懸掛器106徑向地膨脹和塑性變形時(shí)，導(dǎo)錐206提供第一徑向膨脹力。在提供第一徑向膨脹力后，當(dāng)最大外直徑232接觸和通過(guò)襯管懸掛器106而進(jìn)一步使襯管懸掛器106徑向膨脹和塑性變形時(shí)，可坍癟錐204提供第二徑向膨脹力。一旦膨脹錐組件200完成膨脹過(guò)程，如上所述，設(shè)定工具100可從襯管柱102釋放，且可朝向井上方向來(lái)拉該設(shè)定工具100。設(shè)定工具100的該向上運(yùn)動(dòng)致使雙錐組件110從如圖3清楚地所示的其進(jìn)入和膨脹構(gòu)造變換至其如圖4清楚地所示的收回的構(gòu)造。具體來(lái)說(shuō)，可坍癟錐204相對(duì)于錐心軸202的外截頭錐表面220軸向地移動(dòng)，以使可坍癟錐204的可徑向移動(dòng)的部分238徑向向內(nèi)地縮回，導(dǎo)致最大外直徑234不再大于導(dǎo)錐206的最大外直徑230，且較佳地小于導(dǎo)錐206的最大外直徑230?？商T錐204的最大外直徑的減小是重要的，因?yàn)榫蛑?0、襯管懸掛器106內(nèi)或兩者內(nèi)的彈性會(huì)在設(shè)置之后造成襯管懸掛器106的內(nèi)直徑減小。即使在襯管懸掛器106內(nèi)直徑的這一減小之后，可坍癟錐204的最大外直徑的這一減小也使設(shè)定工具100能收回。
[0047]接下來(lái)參照?qǐng)D6，圖中示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于將襯管懸掛器設(shè)定在井框柱內(nèi)的膨脹錐組件，該膨脹錐組件總的用300表示。該膨脹錐組件300包括錐心軸302、可坍癟錐304、導(dǎo)錐306和端帽308。如上所述，可坍癟錐304和導(dǎo)錐306可被稱作雙錐組件310。錐心軸302包括圓周槽312，可操作該圓周槽以將碎片密封件314接納在其中。錐心軸302還包括上部臺(tái)肩316，可操作該臺(tái)肩以限制雙錐組件310向上運(yùn)動(dòng)的范圍。在上部臺(tái)肩316下方，錐心軸302具有圓柱形表面318。在圓柱形318表面下方，錐心軸302具有外截頭錐表面320。較佳地，外截頭錐表面320具有斜面角，該角度在大約10度和大約20度之間，最好大約為15度。在外截頭錐表面320下方，錐心軸302具有圓柱形表面324。端帽308包括臺(tái)肩326，可操作該臺(tái)肩以限制雙錐組件310向下運(yùn)動(dòng)的范圍。
[0048]在所示的實(shí)施例中，導(dǎo)錐306可滑動(dòng)地和密封地設(shè)置在錐心軸302的圓柱形表面324周圍，并部分地設(shè)置在錐心軸302的外截頭錐表面320周圍。導(dǎo)錐306具有外截頭錐表面328，其最大外直徑330在其上端處。較佳地，外截頭錐表面328具有斜面角，該角度在大約5度和大約15度之間,最好大約為10度。應(yīng)注意,外截頭錐表面320的斜面角最好大于外截頭錐表面328的斜面角?？商T錐304的上部可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸302的圓柱形表面318周圍?？商T錐304的下部可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸302的外截頭錐表面320周圍。
[0049]如圖6清楚地所示，錐組件300處于其進(jìn)入和膨脹構(gòu)造中，其中，雙錐組件310處于其上部位置中。在該構(gòu)造中，可坍癟錐304具有最大外直徑332，該最大外直徑332大于導(dǎo)錐306的最大外直徑330。如上所述，由于錐心軸302的外截頭錐表面320對(duì)可坍癟錐304的可徑向移動(dòng)部分的支撐作用，所以達(dá)到該較大的最大外直徑332。如圖7清楚地所示，錐組件300處于其收回構(gòu)造中，其中，在可坍癟錐304和導(dǎo)錐306軸向地向下移動(dòng)之后，雙錐組件310處于其下部位置中。在該構(gòu)造中，可坍癟錐304具有最大外直徑334，該最大外直徑334不大于導(dǎo)錐306的最大外直徑330，且較佳地小于導(dǎo)錐306的最大外直徑330。由于錐心軸302的外截頭錐表面320不再?gòu)较蛳蛲獾刂慰商T錐304的可徑向移動(dòng)的部分，所以可實(shí)現(xiàn)該較小的最大外直徑334。在不支撐的構(gòu)造中，可徑向移動(dòng)的部分返回到其靜止的構(gòu)造，導(dǎo)致從可坍癟錐304的最大外直徑332減小到可坍癟錐304的最大外直徑334?？商T的錐304最大外直徑的這一減小是重要的，因?yàn)榫蛑?0、襯管懸掛器106內(nèi)、或兩者內(nèi)的彈性可在設(shè)置之后造成襯管懸掛器106的內(nèi)直徑減小。即使在襯管懸掛器106內(nèi)直徑的這一減小之后，可坍癟的錐304的最大外直徑的這一減小也使設(shè)定工具100能收回。
[0050]盡管已經(jīng)參照?qǐng)D示的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本描述并不意圖認(rèn)為是有限制的意義。本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員在參照本描述后將會(huì)明白到對(duì)所說(shuō)明實(shí)施例的各種修改和組合，以及本發(fā)明其它的實(shí)施例。因此，附后的權(quán)利要求書(shū)包括了任何如此的修改或?qū)嵤├?br> 【權(quán)利要求】
1.一種用于設(shè)定襯管懸掛器的膨脹錐組件，該膨脹錐組件包括: 錐心軸，該錐心軸具有外截頭錐表面； 導(dǎo)錐，該導(dǎo)錐可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸周圍并具有帶最大外直徑的外截頭錐表面；以及 可坍癟錐，該可坍癟錐至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面可滑動(dòng)地設(shè)置， 其中，在膨脹構(gòu)造中，錐心軸的外截頭錐表面徑向地支撐可坍癟錐，以使可坍癟錐具有第一最大外直徑，該第一最大外直徑大于導(dǎo)錐的最大外直徑；以及 其中，在收回構(gòu)造中，可坍癟錐相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)，使得可坍癟錐具有第二最大外直徑，該第二最大外直徑不大于導(dǎo)錐的最大外直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的膨脹錐組件，其特征在于，所述錐心軸具有外圓柱形表面，以及其中，導(dǎo)錐至少部分地圍繞錐心軸的外圓柱形表面可滑動(dòng)地設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的膨脹錐組件，其特征在于，所述導(dǎo)錐至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面可滑動(dòng)地設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的膨脹錐組件，其特征在于，所述導(dǎo)錐和可坍癟錐彼此鄰近。
5.如權(quán)利要求1所述的膨脹錐組件，其特征在于，所述可坍癟錐還包括具有可徑向移動(dòng)的部分的帶有狹槽的組件。
6.如權(quán)利要求5所述的膨脹錐組件，其特征在于，當(dāng)膨脹錐組件處于膨脹構(gòu)造中時(shí)，所述錐心軸的外截頭錐表 面徑向地支撐可坍癟錐的可徑向移動(dòng)的部分。
7.如權(quán)利要求1所述的膨脹錐組件，其特征在于，當(dāng)將膨脹錐組件從膨脹構(gòu)造操作到收回構(gòu)造時(shí)，所述導(dǎo)錐和可坍癟錐一起相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的膨脹錐組件，其特征在于，所述錐心軸還包括端帽，當(dāng)將膨脹錐組件從膨脹構(gòu)造操作到收回構(gòu)造時(shí)，該端帽限制導(dǎo)錐的軸向移動(dòng)。
9.一種設(shè)定襯管懸掛器的方法，該方法包括: 可操作地將具有膨脹錐組件的設(shè)定工具連接到包括襯管懸掛器的襯管柱； 將設(shè)定工具和襯管柱下降到井筒井框中； 將沿朝向井下方向的力施加到膨脹錐組件，以使膨脹錐組件的導(dǎo)錐和可坍癟錐將襯管懸掛器的至少一部分徑向地膨脹到與井筒井框相接觸，可坍癟錐具有第一最大直徑，該第一最大直徑大于導(dǎo)錐的最大外直徑； 使設(shè)定工具從襯管懸掛器脫開(kāi)； 將朝向井上方向的力施加到膨脹錐組件；以及 相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)導(dǎo)錐和可坍癟錐，以使可坍癟錐具有第二最大外直徑，該第二最大外直徑不大于導(dǎo)錐的最大外直徑。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)導(dǎo)錐和可坍癟錐還包括:圍繞錐心軸的外圓柱形表面軸向地移動(dòng)導(dǎo)錐。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)導(dǎo)錐和可坍癟錐還包括:至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)導(dǎo)錐。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將沿朝向井下方向的力施加到膨脹錐組件還包括:由錐心軸的外截頭錐表面徑向地支撐可坍癟錐的可徑向移動(dòng)的部分。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將沿向上鉆進(jìn)方向的力施加到膨脹錐組件還包括:錐心軸的外截頭錐表面不徑向地支撐可坍癟錐的可徑向移動(dòng)的部分。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括由膨脹錐組件的端帽限制導(dǎo)錐和可坍癟錐的軸向移動(dòng)。
15.—種可膨脹的襯管懸掛器系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 襯管柱，該襯管柱具有設(shè)置在其朝向井上方向的端部處的襯管懸掛器； 設(shè)定工具，該設(shè)定工具可操作地與襯管懸掛器相連；以及 可操作地與設(shè)定工具相連的膨脹錐組件，膨脹錐組件包括:具有外截頭錐表面的錐心軸；可滑動(dòng)地設(shè)置在錐心軸周圍并具有帶最大外直徑的外截頭錐表面的導(dǎo)錐；以及至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面可滑動(dòng)地設(shè)置的可坍癟錐， 其中，在膨脹構(gòu)造中，錐心軸的外截頭錐表面徑向地支撐可坍癟錐，以使可坍癟錐具有第一最大外直徑，該第一最大外直徑大于導(dǎo)錐的最大外直徑；以及 其中，在收回構(gòu)造中，可坍癟錐相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)，以使可坍癟錐具有第二最大外直徑，該第二最大外直徑不大于導(dǎo)錐的最大外直徑。
16.如權(quán)利要求15所述的可膨脹的襯管懸掛器系統(tǒng)，其特征在于，所述錐心軸具有外圓柱形表面，以及其中，所述導(dǎo)錐至少部分地圍繞錐心軸的外圓柱形表面可滑動(dòng)地設(shè)置。
17.如權(quán)利要求15所述的可膨脹的襯管懸掛器系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)錐至少部分地圍繞錐心軸的外截頭錐表面可滑動(dòng)地設(shè)置。
18.如權(quán)利要求15所 述的可膨脹的襯管懸掛器系統(tǒng)，其特征在于，所述可坍癟錐還包括具有可徑向移動(dòng)的部分的帶有狹槽的組件，其中，當(dāng)膨脹錐組件處于膨脹構(gòu)造中時(shí)，所述錐心軸的外截頭錐表面徑向地支撐可坍癟錐的可徑向移動(dòng)的部分。
19.如權(quán)利要求15所述的可膨脹的襯管懸掛器系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)將膨脹錐組件從膨脹構(gòu)造操作到收回構(gòu)造時(shí)，所述導(dǎo)錐和可坍癟錐一起相對(duì)于錐心軸的外截頭錐表面軸向地移動(dòng)。
20.如權(quán)利要求15所述的可膨脹的襯管懸掛器系統(tǒng)，其特征在于，所述錐心軸還包括端帽，當(dāng)將膨脹錐組件從膨脹構(gòu)造操作到收回構(gòu)造時(shí)，該端帽限制導(dǎo)錐的軸向移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】E21B17/02GK103547765SQ201280011564
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月4日
【發(fā)明者】G·L·黑茲利普 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司