具有捶擊由壬的水泥頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提供一種頂部傳動(dòng)可泵吸的水泥頭，用于將套管澆注在井眼中，包括：頂部接頭部分，具有頂部傳動(dòng)連接和球啟動(dòng)組件，所述頂部傳動(dòng)連接可連接到頂部傳動(dòng)軸以在水泥澆筑期間接收水泥并且向所述套管同時(shí)傳遞平移力和旋轉(zhuǎn)力，所述球啟動(dòng)組件用于容納并啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球。底部接頭部分包括套管套筒，用于容納一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞和鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)。所述水泥頭還包括捶擊由壬。所述球啟動(dòng)組件可預(yù)載所述啟動(dòng)球，所述底部接頭可預(yù)載一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞和鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)，并且所述頂部接頭和所述底部接頭在水泥澆筑操作之前可通過(guò)所述捶擊由壬連接從而進(jìn)行存儲(chǔ)。還提供了一種用于組裝用于完善套管的水泥頭的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有捶擊由壬的水泥頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于完善井下井眼的水泥頭設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在世界范圍內(nèi)開(kāi)鉆的油氣井中，井眼襯套或套管位于開(kāi)放的井眼內(nèi)以維持井眼穩(wěn)定性并且控制地層壓力。這些井中很多都安裝了中間套管并用水泥澆筑在位。在安裝完中間套管之后，可以通過(guò)該套管持續(xù)開(kāi)鉆到更深的深度。中間套管外的地層因此被隔離，這有助于消除井眼塌陷并且限制地層壓力和流體。將中間套管的水泥填充到地層對(duì)于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)至關(guān)重要。如果水泥膠結(jié)不足，則地層壓力就會(huì)通過(guò)膠結(jié)不足的水泥傳遞到地表，從而導(dǎo)致井眼無(wú)法控制。
[0003]為了將套管用水泥澆筑在鉆出的井眼中，將預(yù)先計(jì)算的水泥向下泵送到套管內(nèi)以及向上泵送到套管外部，到達(dá)地表。一旦將水泥泵送到套管內(nèi)，就將可鉆孔的橡膠封隔塞或封隔塞安裝在水泥漿頂端的套管內(nèi)。然后將水泵送到套管內(nèi)以向下推動(dòng)封隔塞，從而使水泥漿從套管內(nèi)轉(zhuǎn)移到套管外。一旦套管空間填充滿(mǎn)水并且封隔塞到達(dá)了套管的底部，水泥就填滿(mǎn)套管與鉆出井眼之間的空隙并且到達(dá)地表。當(dāng)封隔塞到達(dá)套管的底部時(shí)泵送壓力增大，從而告知人員水泥到達(dá)合適位置并且封隔塞已經(jīng)到達(dá)了套管的底部。一旦用于水泥固化的足夠長(zhǎng)的時(shí)間終止，就可以鉆出封隔塞并且可以繼續(xù)向更深處開(kāi)鉆。
[0004]為了在澆筑水泥時(shí)旋轉(zhuǎn)套管或者改變套管的高度，在套管的頂部放置被稱(chēng)為水泥頭的水泥澆筑附件。水泥頭包括軟管和管道，以便將泵中的水泥和水傳送到套管內(nèi)。水泥頭還包括閥門(mén)，以在套管內(nèi)啟動(dòng)封隔塞下行；以及軸承組件，用于隔離軟管和管道的運(yùn)動(dòng)，從而使套管旋轉(zhuǎn)。
[0005]大部分水泥頭都是笨重的，僅有一些提供套管的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而大部分僅允許垂直運(yùn)動(dòng)，而絕不能進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。當(dāng)高壓下進(jìn)行水泥澆筑時(shí)，在水泥頭上的管道連接件會(huì)振松并且必須臨時(shí)停止水泥澆筑工作來(lái)緊固配件。軟管和管道必須具有合理的長(zhǎng)度，以便為套管在鉆機(jī)井架內(nèi)會(huì)引發(fā)鉆臺(tái)故障的上下往復(fù)提供足夠的余量。
[0006]典型的水泥頭在封隔塞的上方和下方有兩個(gè)閥門(mén)，這兩個(gè)閥門(mén)連接到歧管，然后連接到一個(gè)公用的泵送管路。水泥管線(xiàn)和水泥閥門(mén)位于封隔塞的下方，而水管線(xiàn)和水閥門(mén)位于封隔塞的上方。當(dāng)泵送水泥漿時(shí)，水泥閥門(mén)是打開(kāi)的并且水泥閥門(mén)是關(guān)閉的，使得水泥在封隔塞處分流從而將水泥放在套管內(nèi)。一旦泵送適量的水泥，此后就會(huì)關(guān)閉水泥閥門(mén)并且打開(kāi)水閥門(mén)。在封隔塞上方泵送的水推動(dòng)封隔塞并且持續(xù)使適量的水泥移位。
[0007]雖然大部分鉆機(jī)具有頂部傳動(dòng)，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)器連接到水泥頭的頂部可以實(shí)現(xiàn)套管的旋轉(zhuǎn)。使用轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的鉆機(jī)無(wú)法使套管同時(shí)旋轉(zhuǎn)并且往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這與頂部傳動(dòng)鉆機(jī)不同。由于大部分水泥頭自身連接管線(xiàn)，在不使用軸承來(lái)保持管線(xiàn)靜止的情況下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)是不可能的。在使用這些軸承的情況下，使用頂部傳動(dòng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)套管的旋轉(zhuǎn)，唯有使用轉(zhuǎn)臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，套管往復(fù)運(yùn)動(dòng)是不可能的。
[0008]在一些垂直鉆出的井和大部分水平鉆出的井上，在放置水泥漿時(shí)套管不會(huì)處于鉆出井眼的中心。在水平井段，套管不會(huì)像豎井一樣在井眼中像鐘擺一樣懸掛，并且通常穩(wěn)定性無(wú)法承受與水平井眼相接觸的套管重量。在這些情況下，水泥會(huì)穿過(guò)套管與井眼之間較大的空腔，從而將水泥僅僅放置在井眼空腔的某些區(qū)域內(nèi)。在許多情況下，套管運(yùn)動(dòng)的缺乏會(huì)引起水泥燒筑操作之前或期間套管粘附在井眼壁上。允許套管同時(shí)旋轉(zhuǎn)且反復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)使得套管周?chē)喔采w范圍最大化并且避免溝流。
[0009]此外，需要一種簡(jiǎn)單且快速裝載或卸載和裝配的水泥頭工具。重要的是，需要能夠預(yù)裝載且預(yù)裝配水泥頭，以在水泥澆筑操作現(xiàn)場(chǎng)提供快速轉(zhuǎn)接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]提供一種頂部傳動(dòng)可泵吸的水泥頭，用于將套管水泥澆注到井眼內(nèi)。水泥頭包括頂部接頭部分，具有中空心軸、頂部傳動(dòng)連接、快速連接由壬和球啟動(dòng)組件，所述頂部傳動(dòng)連接可連接到頂部傳動(dòng)軸以在水泥澆筑期間接收水泥并且同時(shí)向所述套管傳遞平移和旋轉(zhuǎn)力，所述球啟動(dòng)組件旋入所述心軸中用于容納并啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球。底部接頭部分包括用于容納一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞的套管套筒、快速連接由壬和旋入所述套管套筒的封隔塞位置監(jiān)測(cè)器，封隔塞位置監(jiān)測(cè)器具有鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)和密封包組件。最后，捶擊由壬包括上凹由壬和下凸由壬，上凹由壬具有一個(gè)或多個(gè)扭矩阻擋裝置和連接裝置，并且下凸由壬具有一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的扭矩阻擋裝置以及相應(yīng)的連接裝置。球啟動(dòng)組件可預(yù)載啟動(dòng)球，底部接頭可預(yù)載一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞和鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)，并且頂部接頭和底部接頭在水泥澆筑操作之前可通過(guò)捶擊由壬連接來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0011]還提供了一種組裝用于在井眼中完善套管的水泥頭的方法。所述方法包括對(duì)旋在所述水泥頭的頂部接頭部分上的球啟動(dòng)組件預(yù)載一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球，并且將頂部接頭部分連接到捶擊由壬的上凹由壬。接著，水泥頭的底部接頭部分預(yù)載一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞，并且將底部接頭部分連接到捶擊由壬的下凸由壬。最后，將上凹由壬連接到下凸由壬，并且手工轉(zhuǎn)動(dòng)所述捶擊由壬進(jìn)行緊固。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]現(xiàn)在將參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:
[0013]圖1是當(dāng)前的水泥頭的上部接頭部分的一個(gè)實(shí)施例的正視圖；
[0014]圖2是當(dāng)前的水泥頭的底部接頭部分的一個(gè)實(shí)施例的正視圖；
[0015]圖3是當(dāng)前裝配好的水泥頭的一個(gè)實(shí)施例的正視圖；并且
[0016]圖4是說(shuō)明本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明涉及一種快速組裝的用于完善各種井眼的水泥頭工具。該工具在水泥澆筑操作期間便于水泥頭同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)備是頂部傳動(dòng)可泵吸的，并且不需要可能會(huì)隨著工具的旋轉(zhuǎn)而纏結(jié)的水泥入口歧管管線(xiàn)。
[0018]參照?qǐng)D1至3，本工具由兩部分組成，頂部接頭組件2和底部接頭組件30。頂部接頭組件2包括心軸4、啟動(dòng)閥門(mén)6、一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球8、可選擇使用的遙控啟動(dòng)器10和快速連接由壬12。[0019]底部接頭組件30和頂部接頭組件2可彼此分離，以允許將零件便捷的裝載到各組件中。在封隔塞失效或水泥頭的其他零件失效的情況下，還容易拆卸該系統(tǒng)。頂部和底部接頭組件立即分離并且裝載替換零件，同時(shí)使泵送操作停車(chē)時(shí)間最小化。
[0020]心軸4具有位于心軸的上部16的頂部傳動(dòng)連接件14，，以連接到用于泵送和升降目的的鉆井設(shè)備。心軸頂部傳動(dòng)連接件14被加工成各種連接件和長(zhǎng)度以適應(yīng)鉆機(jī)。心軸4的上部16的外徑小于下部18的外徑。底部18的直徑更大以容納啟動(dòng)閥門(mén)6、啟動(dòng)球8和遙控啟動(dòng)器10。下部18優(yōu)選地平均外徑為10”，而上部16的優(yōu)選平均外徑是約6.5"。心軸4可以?xún)?yōu)選地用于多種套管直徑。心軸4具有內(nèi)孔20，并且下部18鉆有側(cè)口 22，該側(cè)口通過(guò)心軸4的側(cè)邊與心軸4的內(nèi)孔20連通。側(cè)口 22優(yōu)選地具有螺紋連接，以將啟動(dòng)閥門(mén)6連接到心軸4。心軸4的下部18還開(kāi)有螺紋以匹配快速連接捶擊由壬的凹部。
[0021]帶螺紋的啟動(dòng)閥門(mén)組件被插入帶螺紋的側(cè)口 22并緊固。啟動(dòng)閥門(mén)6配備有密封件以保護(hù)其不受壓力和流體滲漏的影響。啟動(dòng)閥門(mén)6還容納啟動(dòng)球8，其直徑通常為3"或更小。連接到閥桿的閥門(mén)手柄用于使啟動(dòng)球8啟動(dòng)。當(dāng)啟動(dòng)閥門(mén)6的閥桿打開(kāi)時(shí)，啟動(dòng)球8留在閥門(mén)組件內(nèi)。當(dāng)連接到啟動(dòng)閥門(mén)6的閥門(mén)手柄關(guān)閉時(shí)，閥桿迫使啟動(dòng)球8從啟動(dòng)閥門(mén)6出來(lái)并進(jìn)入封隔塞上方的心軸4。閥門(mén)手柄被設(shè)計(jì)成可從啟動(dòng)閥門(mén)6上摘除，并且僅當(dāng)需要球啟動(dòng)時(shí)才安裝。球外殼優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成具有分裂卡圈，以防止碎片和水泥污染啟動(dòng)閥門(mén)并且還能將球保持在其外殼內(nèi)。啟動(dòng)閥門(mén)組件優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成具有密封件，以承受最大泵送壓力并且因此可以在泵送壓力下啟動(dòng)。帶螺紋的閥桿連接到啟動(dòng)閥門(mén)組件的后端。該閥桿被設(shè)計(jì)成球外殼可運(yùn)動(dòng)的模式，而同時(shí)不會(huì)使閥桿運(yùn)動(dòng)。閥桿僅具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這就減少了伸到心軸4外部的啟動(dòng)閥門(mén)組件的總長(zhǎng)度。由于允許心軸4旋轉(zhuǎn)，所以啟動(dòng)閥門(mén)組件的長(zhǎng)度優(yōu)選地保持盡可能小。
[0022]就兩級(jí)水泥澆注工作而言，啟動(dòng)閥門(mén)組件6包含兩個(gè)啟動(dòng)球8，以及分別驅(qū)動(dòng)每個(gè)球的能力。
[0023]根據(jù)啟動(dòng)球的應(yīng)用，其直徑的尺寸在一定范圍內(nèi)。優(yōu)選地，啟動(dòng)球8的直徑為3"并且是由例如Ertalyte?的硬塑料制成的。選用于球的材料必須是鉆機(jī)輪可鉆取的，并且可以承受高壓以及來(lái)自鉆井液和水泥中化學(xué)物的腐蝕。啟動(dòng)球8被啟動(dòng)以便使封隔塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。球的作用是封閉開(kāi)孔，以及在封隔塞的內(nèi)側(cè)加工的通孔。就兩級(jí)水泥澆筑工作而言，啟動(dòng)的第一球可以是直徑為2”的球，并且最后啟動(dòng)的球可以是直徑為3”的球。
[0024]在一個(gè)任選實(shí)施例中，遙控啟動(dòng)器10連接到心軸4和啟動(dòng)閥門(mén)6的外部，以在不中斷水泥澆筑工作或停止套管運(yùn)動(dòng)的情況下允許球啟動(dòng)，而無(wú)須顧及鉆臺(tái)上的水泥頭位置。
[0025]捶擊由壬22被設(shè)置用于將頂部接頭2連接到底部接頭。捶擊由壬22包括具有連接裝置的上凹由壬24，優(yōu)選為一系列傳動(dòng)銷(xiāo)或者一個(gè)或多個(gè)扭矩塊的形式，并且包括具有相應(yīng)的連接裝置的下凸由壬26，優(yōu)選為一系列匹配銷(xiāo)釘口或者一個(gè)或多個(gè)狹槽的形式。當(dāng)上由壬24與下由壬26連接時(shí)，密封件提供壓力和滲漏防護(hù)，并且一系列扭矩阻擋裝置28相嚙合以防止在水泥澆筑和套管旋轉(zhuǎn)過(guò)程中捶擊由壬22松開(kāi)或過(guò)緊。優(yōu)選地，阻擋裝置28包括一組或多組螺釘以及相應(yīng)的螺孔，或者包括一個(gè)或多個(gè)扭矩?fù)鯄K和相應(yīng)的狹槽。更優(yōu)選地，這些螺釘組為T(mén)型螺紋條的形式。
[0026]底部接頭30包括:快速連接由壬32，用于與頂部接頭2上的快速連接由壬12配合；封隔塞定位監(jiān)測(cè)器34，優(yōu)選為鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)的形式；一個(gè)或多個(gè)封隔塞36 ;以及具有止動(dòng)環(huán)40的套管套筒38。
[0027]快速連接由壬32是連接到水泥頭頂部接頭2的凹快速連接由壬12的凸螺紋端?？焖龠B接由壬32還優(yōu)選地在其底端具有螺紋以連接到封隔塞定位監(jiān)測(cè)器34。
[0028]封隔塞定位監(jiān)測(cè)器34由上銷(xiāo)釘連接件和下母螺紋接頭組成。銷(xiāo)釘連接件與快速連接由壬34連接，而母螺紋接頭與套管套筒38連接。封隔塞定位監(jiān)測(cè)器34在其外徑上具有螺紋口，以及連接到底部接頭內(nèi)部的通孔。螺紋口優(yōu)選地與底部接頭成45度角度。
[0029]然后將密封包組件42旋入該螺紋口中。該密封包組件42將密封件與壓緊填密螺母組合。密封件的內(nèi)孔容納鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44，其通過(guò)剪切螺釘與封隔塞36連接，該剪切螺釘位于封隔塞38的內(nèi)部。鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44的另一端位于密封包組件42的外側(cè)并且充當(dāng)可視監(jiān)視器。
[0030]套管套筒38連接到封隔塞定位監(jiān)測(cè)器34的底部。套管套筒38的底部包括將要被水泥澆筑的套管連接件48。套管套筒38優(yōu)選地根據(jù)螺紋類(lèi)型、套管重量、分級(jí)和尺寸可互換。套管套筒38還可以?xún)?yōu)選地容納可拆卸的止動(dòng)環(huán)40。阻擋環(huán)40的目的是啟動(dòng)球8配置一個(gè)或多個(gè)封隔塞36之前將這些封隔塞保持在合適位置。
[0031]一個(gè)或多個(gè)封隔塞36從套筒的頂端安裝在套管套筒38內(nèi)并且停在止動(dòng)環(huán)40上。封隔塞36可以手工安裝并且通過(guò)摩擦配合部分地保持在合適位置。不需要剪切銷(xiāo)釘將封隔塞保持在合適位置。
[0032]然后在將鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44連接捶擊由壬22之前通過(guò)剪切銷(xiāo)連接到封隔塞36。封隔塞36優(yōu)選地設(shè)計(jì)有漸狹的通孔46。通孔46形成水泥澆筑過(guò)程中的水泥通路。當(dāng)配置一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球8時(shí)，這些球容納在漸狹孔內(nèi)并且對(duì)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)封隔塞36的流體起到密封作用。封隔塞36優(yōu)選地是由可鉆孔的橡膠和塑料制成的。在封隔塞36的外側(cè)形成的外部翅片設(shè)計(jì)成為當(dāng)感應(yīng)到來(lái)自封隔塞36下方的壓力時(shí)密封套管套筒38的內(nèi)壁。翅片不會(huì)由于來(lái)自上方封隔塞36的任何壓力保持或者密封。這種設(shè)計(jì)允許封隔塞36通過(guò)套管向下運(yùn)動(dòng)，并且允許容納封隔塞上方或下方的流體。封隔塞36上方的壓力迫使翅片打開(kāi)，從而使套管的內(nèi)壁密閉。
[0033]封隔塞36進(jìn)一步與其通孔內(nèi)的卡圈50在容納球區(qū)域的上方適配。此卡圈50的內(nèi)徑稍微小于啟動(dòng)球8的直徑。當(dāng)啟動(dòng)球8被啟動(dòng)時(shí)，其緊靠卡圈50，并且在輕微壓力的作用下，會(huì)穿過(guò)卡圈50而停留在容納區(qū)域中。如果因?yàn)槿魏卫碛赏Ｖ瓜蛱坠芟路奖盟头飧羧?6，卡圈50起到防止啟動(dòng)球8在浮力亦或流體靜壓力的作用下浮出封隔塞36作用。當(dāng)重新啟動(dòng)泵送時(shí)，啟動(dòng)球8仍然停留在容納區(qū)域中并且防止流體通過(guò)封隔塞36滲透?？ㄈ?0還在水泥澆筑工作完成之后將啟動(dòng)球8保持在封隔塞36中。當(dāng)鉆過(guò)封隔塞36和啟動(dòng)球8時(shí)，啟動(dòng)球8就可以和封隔塞36同時(shí)被鉆孔，而不是單獨(dú)地?？ㄈ?0優(yōu)選地是由橡膠或現(xiàn)有技術(shù)公知的其他合適的彈性體材料制成的。
[0034]漸狹的通孔46優(yōu)選地在其頂端的直徑稍微大于啟動(dòng)球8的直徑，以允許啟動(dòng)球8落入孔中，直到其到達(dá)通孔46的容納部分，該容納部分被加工成比啟動(dòng)球8小的尺寸。一旦啟動(dòng)球8到達(dá)停留位置，它就封閉通孔46并且防止流體流過(guò)封隔塞36。停留下來(lái)的啟動(dòng)球8上方的壓力使整個(gè)封隔塞36和啟動(dòng)球8經(jīng)過(guò)止動(dòng)環(huán)40并且向下進(jìn)入套管。
[0035]就兩級(jí)水泥澆筑工作而言，要使用兩個(gè)封隔塞。例如，在這種水泥澆筑類(lèi)型中，可以泵送兩份體積的水泥，它們之間具有一柱水。通過(guò)使用封隔塞能夠使這兩個(gè)水泥柱保持分離。下塞(未示出)被加工成容納直徑為2”的啟動(dòng)球并由該球來(lái)密封，而第二個(gè)上塞被加工成針對(duì)直徑3”的啟動(dòng)球。第一個(gè)直徑2"的啟動(dòng)球穿過(guò)上塞并且密封下塞，然后該下塞可以被泵送到套管下方。然后第二個(gè)直徑3"的啟動(dòng)球被啟動(dòng)以密封上塞，然后也通過(guò)套管向下泵送。
[0036]本水泥頭的組裝通常如圖4的示意圖所示。
[0037]頂部接頭2連接到鉆機(jī)的頂部傳動(dòng)，并且底部接頭30連接到將要進(jìn)行水泥澆筑的套管。然后使用快速連接的捶擊由壬22將頂部接頭2和底部接頭30連接在一起。
[0038]水泥頭可以由多種材料制成。優(yōu)選地，水泥頭是由4145H-M0D合金鋼制成的。優(yōu)選地使用頂部API母螺紋接頭將水泥頭的頂部接頭2安裝在頂部傳動(dòng)上，雖然也可以使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的其他合適的連接件。最優(yōu)選的是，母螺紋接頭是41/2" 1.F.母螺紋接頭。APO母螺紋接頭的打撈頸設(shè)計(jì)具有足夠的長(zhǎng)度以允許頂部傳動(dòng)卡瓦與箱連接件嚙合以提供適當(dāng)?shù)呐ぞ?。一旦完成了頂部傳?dòng)連接，例如，就可以使用管扳鉗來(lái)安裝球啟動(dòng)組件。還可以在頂部接頭2與頂部傳動(dòng)連接之前安裝球啟動(dòng)組件，只要不會(huì)破壞頂部傳動(dòng)連接件的特性。
[0039]在每次水泥澆筑工作之后，頂部接頭2會(huì)需要新的啟動(dòng)球8，因?yàn)檫@是易耗品?？梢砸?xún)煞N不同的方式來(lái)安裝啟動(dòng)球8。球啟動(dòng)組件可以從頂部接頭以及插入啟動(dòng)閥門(mén)6的啟動(dòng)球8旋出。然后球啟動(dòng)組件重新安裝在頂部接頭2上。
[0040]可替代地，可以在不從頂部接頭2拆除球啟動(dòng)組件的情況下將啟動(dòng)球8安裝到球啟動(dòng)閥門(mén)6中。
[0041]任一種情況下，必須首先打開(kāi)球啟動(dòng)閥門(mén)6來(lái)容納新的啟動(dòng)球8。在啟動(dòng)球8掉下之后，啟動(dòng)閥桿完全伸出，并且不會(huì)容納新的啟動(dòng)球，直到閥桿縮回。當(dāng)使用手動(dòng)啟動(dòng)器時(shí)，啟動(dòng)手柄旋轉(zhuǎn)直到它停止，以完全縮回閥桿并且啟動(dòng)啟動(dòng)球8。啟動(dòng)手柄僅在需要啟動(dòng)球啟動(dòng)時(shí)連接。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)手柄就會(huì)使啟動(dòng)球8啟動(dòng)。
[0042]當(dāng)使用遙控啟動(dòng)器10時(shí)，閥桿被拉回并且鎖定在適當(dāng)位置以縮回閥桿。
[0043]還可以使用任選地球裝載工具(未示出)將啟動(dòng)球8插入到啟動(dòng)閥門(mén)6中。啟動(dòng)球8裝載在該工具上之后，該工具位于頂部接頭2內(nèi)，使得啟動(dòng)球8緊靠啟動(dòng)閥門(mén)6的內(nèi)側(cè)。然后按壓球裝載工具的手柄以擠壓?jiǎn)?dòng)球8通過(guò)分裂卡圈。現(xiàn)在裝載啟動(dòng)球8，并且可以拆掉加載工具。
[0044]在底部接頭30安裝在套管上之前，該底部接頭裝載封隔塞36，并且用螺釘將鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44固定在封隔塞36上。密封包組件42起到密封鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44，以防滲漏的作用。密封包組件的外側(cè)上的鎖緊螺母可以被調(diào)節(jié)成與鉆進(jìn)速度記錄儀的纜線(xiàn)44一樣緊，以防滲漏。鎖緊螺母應(yīng)當(dāng)足夠緊以防滲漏，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)允許鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44運(yùn)動(dòng)，以防止將鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44保持在封隔塞36上的剪切銷(xiāo)過(guò)早剪切。當(dāng)安裝鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44時(shí)，應(yīng)當(dāng)能夠手工將鉆進(jìn)速度記錄儀的纜線(xiàn)44拉出并通過(guò)包組件。優(yōu)選地在每次水泥澆筑工作之后向密封包組件42加潤(rùn)滑脂。如果鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44有任何過(guò)大的彎曲或扭結(jié)，就應(yīng)當(dāng)更換該纜線(xiàn)。
[0045]應(yīng)當(dāng)在將底部接頭30安裝到套管上之前完成此操作，因此組裝好的底部接頭30就能夠以其由壬端朝上的方式存放。在每次水泥澆筑工作之后，就需要在底部接頭內(nèi)安裝新的封隔塞2。因此此封隔塞2為易耗品。
[0046]將底部接頭30以直立方式放置在平坦區(qū)域上，從而將水泥頭的頂部接頭2和底部接頭30連接在一起。然后將頂部接頭2抬起來(lái)且置于底部接頭30的上方，并且將凹捶擊由壬24進(jìn)行準(zhǔn)直以使凹捶擊由壬24上的連接裝置與底部接頭30上的凸由壬26對(duì)準(zhǔn)。優(yōu)選地，連接裝置包括一系列傳動(dòng)銷(xiāo)以及相應(yīng)的傳動(dòng)銷(xiāo)口，或者包括由一個(gè)或多個(gè)扭矩阻擋件和配合狹槽組成的系統(tǒng)。
[0047]使用與傳動(dòng)銷(xiāo)口平齊排列的傳動(dòng)銷(xiāo)，頂部接頭2下降到底部接頭30上，直到頂部接頭和底部接頭的密封面彼此接觸。如果密封面接觸不可視，那么頂部接頭2稍微轉(zhuǎn)動(dòng)直到連接裝置嚙合，這樣就能看到密封面。然后將凹捶擊由壬24放低并且通過(guò)旋轉(zhuǎn)旋入，直到將連接件手工擰緊。例如，通過(guò)使用錘子，以及讓用于安裝扭矩阻擋裝置28的狹縫對(duì)齊，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的緊固。優(yōu)選地，狹縫可能存在三個(gè)不同的對(duì)齊位置。一旦實(shí)現(xiàn)了對(duì)齊，就可以嚙合扭矩阻擋裝置28。正確安裝后的扭矩阻擋裝置28應(yīng)當(dāng)向下滑動(dòng)并停止。最優(yōu)選地，兩個(gè)扭矩阻擋裝置或兩組螺釘被安裝成彼此間隔180°。
[0048]扭矩阻擋裝置28的目的是保護(hù)捶擊由壬22不受較高扭矩作用下特性改變的影響，同時(shí)在水泥澆筑工作期間旋轉(zhuǎn)套管。如果捶擊由壬承受大扭矩，則無(wú)法用手工拆卸，可能需要拆卸設(shè)備。在確?？梢允止げ鹦洞窊粲扇?2的情況下，則如果封隔塞出現(xiàn)任何問(wèn)題，就可以打開(kāi)捶擊由壬22進(jìn)行檢查。另外，在水泥澆筑之后，可以從套管連接件48上拆除整個(gè)水泥頭，隨后進(jìn)行維修，從而在敏感的水泥澆筑工作的重要時(shí)期不需要額外的時(shí)間或拆卸設(shè)備。
[0049]就斜向鉆機(jī)操作而言,通常難以將具有頂部傳動(dòng)的整個(gè)水泥頭旋在井套管上并且不損壞螺紋。在本發(fā)明中，底部接頭30安裝在卡瓦的套管上，然后扭矩達(dá)到預(yù)定設(shè)置。接著，通過(guò)頂部接頭2所連接的頂部傳動(dòng)下降，直到凹由壬24與凸由壬26的端部相接，將頂部接頭2安裝在頂部傳動(dòng)上。在此構(gòu)造中，損壞重要的螺紋材料的機(jī)會(huì)較小。手工緊固捶擊由壬22，然后用錘子緊固，直到多條扭矩阻擋狹縫對(duì)齊。然后優(yōu)選兩個(gè)相互分隔180°的扭矩阻擋裝置安裝在扭矩阻擋狹縫中。作為另外一種選擇，一組或多組螺釘被緊固在捶擊由壬22中。
[0050]在常規(guī)的鉆機(jī)中，可以采用緊固的捶擊由壬22和安裝好的扭矩阻擋裝置28來(lái)組成水泥頭。然后可以將水泥頭作為整體升高，安裝到頂部傳動(dòng)上，然后安裝到套管上。然后通過(guò)方鉆桿軟管(Kelly hose)或其他公知的裝置將水泥泵送單元直接連接到頂部傳動(dòng)的頂部上。通過(guò)這種構(gòu)造，就不需要常規(guī)構(gòu)造中所需的過(guò)量的管線(xiàn)、盤(pán)型支架(chick stands)或閥組。
[0051]泵送適量的水泥。一旦泵送了該適量的水泥，就通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)球啟動(dòng)組件上的閥門(mén)手柄來(lái)遙控地或手動(dòng)地使啟動(dòng)球啟動(dòng)。一旦啟動(dòng)球8到達(dá)封隔塞36中其所在的停留位置,泵送壓力就會(huì)使封隔塞36向下移動(dòng)，穿過(guò)止動(dòng)環(huán)40。一旦封隔塞36開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，就會(huì)隨其拖拽鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44，直到鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44行進(jìn)自身整個(gè)長(zhǎng)度的距離并且停止。就這一點(diǎn)上，封隔塞36進(jìn)一步向下運(yùn)動(dòng)會(huì)使剪切銷(xiāo)從封隔塞36剪斷脫離。水泥頭外鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44可視的長(zhǎng)度縮短表示已經(jīng)泵送了封隔塞36。在啟動(dòng)球8被啟動(dòng)時(shí)就監(jiān)測(cè)鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)44的運(yùn)動(dòng)，以確保在泵送封隔塞36之后，內(nèi)部壓力不會(huì)迫使鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)回到密封包組件42之外。在本發(fā)明中，不需要笨重的泵送管線(xiàn)和閥門(mén)，也不必使套管停止運(yùn)動(dòng)來(lái)手動(dòng)啟動(dòng)閥門(mén)就能夠使水泥封隔塞36開(kāi)始工作。這繼而允許水泥連續(xù)流過(guò)套管周?chē)木郏瑥亩⒚軐?shí)的水泥膠結(jié)。
[0052]可以在兩個(gè)水泥澆筑工作之間在鉆機(jī)位置上維修水泥頭?？梢酝瑫r(shí)全部更換各水泥澆筑工作中的易耗件，也就是封隔塞、啟動(dòng)球和鉆進(jìn)速度記錄儀的螺釘。在各水泥澆筑工作之后，可以按照上述方式拆卸水泥頭以準(zhǔn)備進(jìn)行維修。
[0053]在現(xiàn)場(chǎng)維修水泥頭時(shí)，水泥頭在不使用時(shí)或運(yùn)輸期間可以存放在任選提供的容器中。
[0054]在上述說(shuō)明中，參照了本發(fā)明的具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而，顯然在不脫離本發(fā)明更加寬泛的精神和范圍中可以進(jìn)行各種變型和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將套管澆注在井眼中的頂部傳動(dòng)可泵吸的水泥頭，包括: a.頂部接頭部分，包括中空心軸、頂部傳動(dòng)連接件、快速連接由壬和球啟動(dòng)組件，所述頂部傳動(dòng)連接件可連接到頂部傳動(dòng)軸以在水泥澆筑期間接收水泥并且向所述套管同時(shí)傳遞平移力和旋轉(zhuǎn)力，所述球啟動(dòng)組件旋入所述心軸中，用于容納并啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球； b.底部接頭部分，包括用于容納一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞的套管套筒、快速連接由壬和旋入所述套管套筒的封隔塞位置監(jiān)測(cè)器，所述封隔塞位置監(jiān)測(cè)器具有鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)和密封包組件；以及 c.捶擊由壬，包括上凹由壬和下凸由壬，所述上凹由壬具有一個(gè)或多個(gè)扭矩阻擋裝置和連接裝置，并且所述下凸由壬具有一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的扭矩阻擋裝置以及相應(yīng)的連接裝置， 其中所述球啟動(dòng)組件可預(yù)載所述啟動(dòng)球，所述底部接頭可預(yù)載一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞和鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)，并且所述頂部接頭和所述底部接頭在水泥澆筑操作之前通過(guò)所述捶擊由壬可連接用于存儲(chǔ)。
2.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，通過(guò)將所述球啟動(dòng)組件從所述心軸旋出能夠預(yù)載所述球啟動(dòng)組件。
3.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，無(wú)需從所述心軸拆除所述球啟動(dòng)組件的情況下，通過(guò)打開(kāi)所述球啟動(dòng)組件，能夠預(yù)載所述球啟動(dòng)組件。
4.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，進(jìn)一步包括具有手柄的球裝載工具，用于將一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球裝載在所述球啟動(dòng)組件中。
5.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，進(jìn)一步包括連接到所述球啟動(dòng)組件的遙控球啟動(dòng)器。
6.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，使用可拆卸連接到所述球啟動(dòng)組件的閥門(mén)手柄方式來(lái)手動(dòng)啟動(dòng)所述一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球。
7.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述在水泥澆筑期間中空心軸接收來(lái)自所述頂部傳動(dòng)的水泥，并且一旦泵送水泥就允許所述啟動(dòng)球通過(guò)。
8.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞各包括一個(gè)漸狹通孔，所述漸狹通孔的頂端比所述啟動(dòng)球大，以允許所述啟動(dòng)球落下穿過(guò)所述漸狹的通孔，從而到達(dá)所述漸狹的通孔的較小底端處的停留位置，其中所述啟動(dòng)球在該停留位置密封所述通孔并且防止流體流過(guò)所述中空封隔塞。
9.如權(quán)利要求8所述的水泥頭，其中，所述一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞各包括所述漸狹通孔的較小底端停留位置的卡圈，所述卡圈將所述啟動(dòng)球保持在所述中空封隔塞中。
10.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞包括一個(gè)或多個(gè)外部翅片，所述一個(gè)或多個(gè)外部翅片在受到所述中空封隔塞上方壓力的感應(yīng)時(shí)密封所述套管的內(nèi)壁，而不會(huì)受到所述中空封隔塞下方壓力的感應(yīng)。
11.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述套管套筒進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)可拆卸的止動(dòng)環(huán)，以防止所述一個(gè)或多個(gè)封隔塞在水泥流動(dòng)期間穿過(guò)所述套管向下運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞可手動(dòng)裝載在所述套管套筒中。
13.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述鉆進(jìn)速度記錄儀纜線(xiàn)使用剪切螺釘?shù)姆绞焦潭ㄔ谒龇飧羧?，并且穿過(guò)所述密封包組件到達(dá)所述底部接頭的外部。
14.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述封隔塞定位監(jiān)測(cè)器以與所述底部接頭成45度的角度旋入所述套管套筒中。
15.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述水泥頭是由4145H-M0D合金鋼制成的。
16.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述扭矩阻擋裝置和相應(yīng)的扭矩阻擋裝置是選自由一個(gè)或多個(gè)扭矩阻擋件和相應(yīng)的扭矩阻擋狹縫以及一組或多組螺釘組成的組。
17.如權(quán)利要求1所述的水泥頭，其中，所述連接裝置包括一個(gè)或多個(gè)扭矩阻擋件和相應(yīng)的扭矩阻擋狹縫，以及一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)銷(xiāo)和相應(yīng)的傳動(dòng)銷(xiāo)口。
18.一種用于在鉆井孔中完成套管的水泥頭的組裝方法，包括以下步驟: a.預(yù)載球啟動(dòng)組件，旋入所述水泥頭的頂部接頭部分上，采用一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球； b.將所述頂部接頭部分連接到捶擊由壬的上凹由壬； c.將所述水泥頭的底部接頭部分預(yù)載一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞； d.將所述底部接頭部分連接到捶擊由壬的下凸由壬；并且 e.將所述上凹由壬連接到所述下凸由壬，并且手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)所述捶擊由壬進(jìn)行緊固。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，將所述頂部接頭部分預(yù)載所述一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球并在組裝之前存放。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，將所述頂部接頭部分在預(yù)載所述一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球之前連接到頂部傳動(dòng)。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，從所述底部接頭旋出所述球啟動(dòng)組件以預(yù)載所述一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球通過(guò)以下方式預(yù)載在所述球啟動(dòng)組件中: a.打開(kāi)所述球啟動(dòng)組件上的球啟動(dòng)閥門(mén)以容納所述一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)球；并且 b.完全延伸所述啟動(dòng)閥門(mén)上的啟動(dòng)閥桿以將所述一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)閥門(mén)容納在所述啟動(dòng)閥門(mén)中。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述頂部接頭部分在連接到所述底部接頭部分之前連接到頂部傳動(dòng)上。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述底部接頭部分預(yù)載一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞并在組裝之前存放。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括: c.在所述一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞預(yù)裝載在所述頂部接頭部分中之后，但是在所述底部接頭連接到所述套管之前，將鉆進(jìn)速度記錄儀的纜線(xiàn)可拆卸地附在所述一個(gè)或多個(gè)中空封隔塞的內(nèi)表面上，其中，所述鉆進(jìn)速度記錄儀的纜線(xiàn)通過(guò)密封包組件，旋在所述底部接頭部分上，并且從所述水泥頭的外部出來(lái)。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述底部接頭部分在連接到所述頂部接頭部分之前連接到所述套管。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，將所述頂部接頭部分連接到所述底部接頭部分包括: a.將所述底部接頭部分直立地放置在平坦區(qū)域上；b.在所述底部接頭部分的上方升降并定位所述頂部接頭部分； c.將所述上凹由壬與所述下凸由壬對(duì)準(zhǔn)； d.將所述頂部接頭部分降低在所述底部接頭部分上，使得所述上凹由壬上的一個(gè)或多個(gè)連接裝置與所述下凸由壬上一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的連接裝置嚙合； e.手工旋轉(zhuǎn)所述高壓由壬進(jìn)行緊固；并且 f.將所述上凹由壬中的一個(gè)或多個(gè)扭矩阻擋裝置安裝在所述下凸由壬的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的扭矩阻擋裝置中。
28.如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括: a.將所述組裝的水泥頭作為一個(gè)整體進(jìn)行舉升； b.將所述水泥頭安裝在頂部傳動(dòng)上；并且 c.將所述水泥頭安裝在所述套管上。
【文檔編號(hào)】E21B33/05GK103748315SQ201280024016
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】布萊恩·K·克雷麥克, 杰西·克雷麥克, 埃德蒙·弗拉德 申請(qǐng)人:克雷麥克控股有限公司