背景技術：

套管懸掛器用于套管頭部中以將套管支承在井中。已經(jīng)存在一段時間的一個問題是如何將套管懸掛器機械地閂鎖到套管頭部的現(xiàn)有內(nèi)部凹槽中。目標是制造一種將保持懸掛器并且使安裝時間最短的可靠的閂鎖。

在本領域中已經(jīng)使用多種技術來實現(xiàn)閂鎖。最簡單的技術使用偏壓的閂鎖環(huán)，該偏壓的閂鎖環(huán)在被壓入套管頭部中時被壓縮到較小的直徑。然后，一旦閂鎖環(huán)已經(jīng)穿過內(nèi)部閂鎖凹槽，則該閂鎖環(huán)向外彈出。其他技術使用來自螺紋構件的旋轉(zhuǎn)來展開閂鎖環(huán)或使用液壓來使閂鎖環(huán)徑向向外移動。

本公開的主題旨在克服或至少減少上述問題中的一個或更多個問題的影響。

技術實現(xiàn)要素：

公開了一種用于坐置在碗狀部中并且閂鎖在碗狀部的內(nèi)部凹槽中的懸掛器。懸掛器包括用于定位在碗狀部中的懸掛器本體，并且包括閂鎖。懸掛器本體具有外表面，并且閂鎖支承在外表面上。

閂鎖具有帶有接合件的開口環(huán)，該接合件使開口環(huán)圍繞外表面保持處于壓縮狀態(tài)。開口環(huán)中的接合件可以包括在開口環(huán)中的開口處形成的焊接件，或者可以包括設置在開口環(huán)中的開口處的固定裝置。接合件響應于閂鎖在碗狀部中的接合而脫離，并且開口環(huán)響應于該脫離而向外展開到內(nèi)部凹槽中。

在一種布置中，閂鎖包括支承在外表面上并且支承開口環(huán)的行進環(huán)。行進環(huán)可與碗狀部接合并且使開口環(huán)抵靠懸掛器本體的一部分移動。一個或更多個臨時連接件可以保持行進環(huán)臨時支承在外表面上。

在一種布置中，懸掛器本體的外表面可以限定傾斜肩部，該傾斜肩部可以使開口環(huán)在移動成抵靠該傾斜肩部移動時沿徑向向外展開，并且可以使接合件脫離。在另一種布置中，懸掛器本體的外表面可以限定從外表面突出的突出部。該突出部可以使開口環(huán)在抵靠該突出部移動時沿徑向向外展開并且可以使接合件脫離。

還公開了一種井口裝置，該井口裝置具有井部件和所公開的懸掛器。井部件具有碗狀部，碗狀部具有第一肩部和限定在該碗狀部中的內(nèi)部凹槽。所公開的用于定位在碗狀部中的懸掛器具有從外表面延伸的第二肩部。對于具有行進環(huán)和開口環(huán)的閂鎖的布置，支承在外表面上的行進環(huán)可以與碗狀部中的第一肩部接合。閂鎖環(huán)通過行進環(huán)的接合而移動，并且通過抵靠懸掛器上的第二肩部的接合而使接合件脫離。

在使懸掛器坐置于具有內(nèi)部凹槽和第一肩部的井部件的碗狀部中的方法中，將處于壓縮狀態(tài)的開口環(huán)接合在懸掛器的外表面上。將懸掛器設置于碗狀部中，并且使開口環(huán)響應于抵靠第一肩部的接合而脫開。懸掛器通過響應于該脫開而使開口環(huán)向外展開到內(nèi)部凹槽中而閂鎖在井部件中。

響應于抵靠第一肩部的接合而使開口環(huán)脫開可以包括響應于抵靠第一肩部的接合而使開口環(huán)在外表面上移動。例如，懸掛器上的行進環(huán)可以接合第一肩部并且可以使開口環(huán)移動。

使開口環(huán)脫開可以包括利用懸掛器的一部分破壞在外表面上移動的開口環(huán)的接合。例如，破壞開口環(huán)的接合可以包括懸掛器上的第二肩部抵靠開口環(huán)楔入。替代性地或附加地，破壞開口環(huán)的接合可以包括懸掛器上的突出部抵靠開口環(huán)楔入。

前述發(fā)明內(nèi)容不旨在概述本公開的每個潛在實施方式或每個方面。

附圖說明

圖1圖示了具有根據(jù)本公開的閂鎖系統(tǒng)的伸入套管頭部中的套管懸掛器的局部截面圖。

圖2A圖示了具有根據(jù)本公開的閂鎖系統(tǒng)的伸入套管頭部中的套管懸掛器的詳細的截面圖。

圖2B圖示了套管懸掛器伸入套管頭部中的另一取向的另一詳細的截面圖。

圖3A圖示了根據(jù)本公開的具有接合件的第一閂鎖環(huán)的側(cè)視圖。

圖3B圖示了根據(jù)本公開的具有另一接合件的第二閂鎖環(huán)的側(cè)視圖。

圖4A圖示了相對于套管懸掛器和行進環(huán)布置的第三閂鎖環(huán)的側(cè)視圖。

圖4B圖示了相對于套管懸掛器和行進環(huán)布置的第四閂鎖環(huán)的側(cè)視圖。

圖5A至圖5B圖示了附加閂鎖環(huán)的平面圖。

圖6A圖示了具有閂鎖系統(tǒng)的套管懸掛器的詳細的截面圖，該閂鎖系統(tǒng)開始接合套管頭部中的肩部。

圖6B圖示了具有接合在套管頭部的鎖定凹槽中的閂鎖系統(tǒng)的套管懸掛器的詳細的截面圖。

圖7A至圖7B圖示了接合在套管頭部的鎖定凹槽中的閂鎖系統(tǒng)的另一取向的詳細的截面圖。

圖8A至圖8B圖示了用于接合在套管頭部的鎖定凹槽中的另一閂鎖系統(tǒng)的詳細的截面圖。

圖9圖示了用于圖8A至圖8B的系統(tǒng)的閂鎖環(huán)的側(cè)視圖。

具體實施方式

圖1圖示了具有根據(jù)本公開的閂鎖系統(tǒng)30的伸入套管頭部10中的套管懸掛器20的局部截面圖。通常，套管頭部10安裝在外套管18上，并且套管懸掛器20支承內(nèi)套管19并且旨在坐置于套管頭部10的碗狀部12中以將內(nèi)套管19支承在井內(nèi)。其他井口部件(未示出)可以安裝在套管頭部10的上方，并且為簡單起見，套管懸掛器20的上端部可以具有未示出的附加特征。

閂鎖系統(tǒng)30結(jié)合在套管懸掛器20中并且構造成閂鎖或鎖定坐置于套管頭部10中的懸掛器20，這意味著閂鎖系統(tǒng)30至少防止懸掛器20在頭部10中向井上運動。閂鎖系統(tǒng)30包括行進環(huán)32和閂鎖環(huán)或開口環(huán)40。為了組裝，閂鎖環(huán)40被迫壓至壓縮狀態(tài)，并且在閂鎖環(huán)40中的開口或間隙45處通過定位焊接件、銷、固定裝置或其它接合件46而保持在該狀態(tài)。

當具有閂鎖系統(tǒng)30的套管懸掛器20安裝在套管頭部10中時，行進環(huán)32接合頭部碗狀部12中的坐置肩部14，并且套管懸掛器20的豎向重量轉(zhuǎn)化為破壞閂鎖環(huán)的接合件46的向外的徑向力和/或切斷/楔入動作。通過脫離而釋放，壓縮的閂鎖環(huán)40向外偏壓到頭部的內(nèi)部閂鎖凹槽16中。在該點處，閂鎖環(huán)40根據(jù)需要操作。

在圖2A的詳細的截面圖中，套管懸掛器20被示出為伸入套管頭部10中。頭部10的內(nèi)部碗狀部12被示出具有用于支承套管懸掛器20的坐置肩部14。內(nèi)部鎖定凹槽16被限定成在肩部14上方的位置處圍繞內(nèi)部碗狀部12。如圖所示，在套管頭部10上可以安裝管道卷筒11或其他井口部件以支承附加的井口元件。在肩部14的徑內(nèi)方向上，套管頭部10可以連接至外套管(18：圖1)，并且可以根據(jù)標準實踐向井內(nèi)連通。

套管懸掛器20具有外表面22，外表面22上設置有閂鎖系統(tǒng)30。閂鎖系統(tǒng)30包括行進環(huán)32，行進環(huán)32可以是實心環(huán)。行進環(huán)32可以在懸掛器20上滑動就位，并且可以通過淺下肩部26等保持在懸掛器的外表面22上。雖然不是嚴格必需的，但行進環(huán)32可以在外表面22上通過一個或更多個剪切銷36或其他臨時連接件臨時固定就位。

該行進環(huán)32的下端部或肩部34構造成接合頭部10的坐置肩部14。行進環(huán)32的上端部支承閂鎖環(huán)40，閂鎖環(huán)40以與傾斜肩部24相鄰的方式靠置在懸掛器20上。

如圖2A所示，在伸入期間，防止閂鎖環(huán)40沿著套管頭部10的內(nèi)徑刮擦。因此，可以避免對閂鎖環(huán)40的損壞。此外，在接合或其他操作期間，能夠使懸掛器20和附接的套管柱(19：圖1)在套管頭部10中往復運動，而不會損壞閂鎖環(huán)40或閂鎖系統(tǒng)30的其他部件。

在圖2B的在套管懸掛器20的另一取向的詳細的截面圖中，在一個實施方式中，懸掛器20上的傾斜肩部24可包括短柱、楔或其他突出部25。該突出部25可以至少部分地配裝在閂鎖環(huán)40的設置有接合件46的開口45中。在套管懸掛器20坐置期間，突出部25可以有助于破壞接合件46以釋放鎖定環(huán)40使其向外偏置。其他實施方式可以在正交(非傾斜)肩部處僅使用突出部25來破壞接合件46，或者實施方式可以不使用突出部25，而是可以主要依靠傾斜肩部24來破壞接合件46。

例如，圖3A圖示了具有一種類型的接合件46a的閂鎖環(huán)40的側(cè)視圖，而圖3B圖示了具有另一種類型的接合件46b的閂鎖環(huán)40的側(cè)視圖。圖3A中的接合件46a是在閂鎖環(huán)40的環(huán)本體42的開口45中形成的定位焊接件。相比之下，圖3B中的接合件46b是將環(huán)本體42的間隙45的邊緣保持在一起的固定裝置。用于接合件46b的這個固定裝置可以是剪切板或其他部件，所述剪切板或其他部件裝配在開口45處的狹槽中以將開口45保持在一起并且保持閂鎖環(huán)40處于壓縮狀態(tài)。如果需要，用于接合件46b的這種固定裝置可以進一步固定或焊接就位。

圖3A至圖3B的閂鎖環(huán)40構造成當在套管懸掛器(20)坐置期間接合件46a-b被破壞時徑向向外展開。破壞用于這些鎖定環(huán)40的接合件46a-b主要可以通過使環(huán)40在套管懸掛器(20)上移動并接合在懸掛器(20)上的傾斜肩部(24)來進行相互作用從而將環(huán)40向外壓并且在張力下破壞接合件46a-b來實現(xiàn)。

作為上述實施方式的替代實施方式，懸掛器20上的短柱、楔或其他突出部25可以至少部分地配裝在閂鎖環(huán)40的設置有接合件46的間隙45中。例如，圖4A圖示了相對于套管懸掛器20和行進環(huán)30布置的閂鎖環(huán)40的側(cè)視圖。該環(huán)40具有第一類型的接合件46a(例如，定位焊接件)。懸掛器20具有突出部25，該突出部25在這里被描繪為從肩部24延伸的楔形形狀。對其而言，圖4B圖示了具有關于突出部25的第二接合件46b(例如，固定裝置)的閂鎖環(huán)40的側(cè)視圖。

如前所述，圖4A至圖4B的閂鎖環(huán)40被構造成當在套管懸掛器(20)坐置期間接合件46a-b被破壞時徑向向外展開。破壞用于這些環(huán)40的接合件46a-b可以通過突出部25在套管懸掛器(20)上移動的同時與環(huán)40和接合件46a-b的相互作用來實現(xiàn)。此外，破壞接合件46a-b可以通過與將環(huán)40向外壓的懸掛器的傾斜肩部24的接合來實現(xiàn)。無論哪種方式，該力都對環(huán)40向外壓，并且在壓力下破壞接合件46a-b。甚至可能的是，突出部25使用破壞接合件46a-b的切割動作。

圖5A至圖5B中示出了閂鎖環(huán)的附加平面圖。在圖5A中，示出了閂鎖環(huán)40的環(huán)本體42，其中，接合件46構造在、形成在、安裝在或以其他方式設置在開口45處。這里，接合件46可以包括如上所述的橫跨閂鎖環(huán)40中的間隙或開口45的定位焊接件或固定裝置。在圖5B中，環(huán)本體42在開口45處具有重疊的端部，該重疊的端部由接合件46保持在一起，接合件46例如可以是剪切銷。如圖3A至5B中的這些閂鎖環(huán)40和接合件46所示，環(huán)的本體42上的開口45的端部可以以多種方式保持在一起，這些方式甚至可以彼此組合。

現(xiàn)在將參照圖6A至圖6B對懸掛器20的坐置和閂鎖環(huán)40的閂鎖進行討論。首先如圖6A所示，當懸掛器20在引入期間坐置時，閂鎖系統(tǒng)30和懸掛器20可以首先接合套管頭部10中的肩部14。當懸掛器20已經(jīng)坐置在負載肩部14上時，柱的重量被傳遞至懸掛器20。

特別地，重量被放置在行進環(huán)的抵靠肩部14的端部34上，并且保持行進環(huán)32的一個或多個剪切銷36——如果存在——被破壞。最后，坐置接合允許行進環(huán)32沿著懸掛器20的外表面22移動，如圖6B所示。然后，閂鎖環(huán)40上的接合件(46)被剪切或破壞，從而允許閂鎖環(huán)40偏壓以使環(huán)40向外展開。環(huán)的接合件(46)的這種剪切或破壞可以被構造成用于特定的實施方式，并且通?？梢允谴蠹s3000lbs-5000lbs。

在環(huán)的接合件(46)被剪切的情況下，偏離的閂鎖環(huán)40可以從其壓縮狀態(tài)向外彈出。因此，閂鎖環(huán)40向外展開到頭部10的內(nèi)部凹槽16中，以將懸掛器20鎖定在頭部10中。然后，懸掛器20固定在頭部的碗狀部12中。

特別地并且如圖6B所示，閂鎖30通過開口環(huán)的肩部44與懸掛器的肩部24的接合、閂鎖環(huán)40與行進環(huán)32的接合以及行進環(huán)32外側(cè)的下傾斜部與頭部的肩部14的接合來限制懸掛器20的第一(向井內(nèi))運動。(替代性地或附加地，閂鎖環(huán)40的底部邊緣可以接合凹槽16的底部肩部。)同樣，閂鎖30可以通過閂鎖環(huán)40與凹槽16的上肩部的接合來限制懸掛器20的第二(向井上)運動。在這種情況下，閂鎖環(huán)40可以由行進環(huán)32支承，該行進環(huán)32可以由懸掛器的外表面上的下肩部26或由一些其他部件的肩部支承。

如上所述，環(huán)40的向外展開部分地由于環(huán)40的內(nèi)側(cè)傾斜部44抵靠懸掛器20的傾斜肩部24而實現(xiàn)。然而，當懸掛器的上肩部24和/或突出部25在環(huán)40的間隙45處剪切、切割、切斷或以其它方式破壞接合件46時，向外展開也由于從閂鎖環(huán)40釋放的偏置彈簧力而實現(xiàn)，如圖7A至圖7B的視圖所示。

例如，圖7A至圖7B示出了在接合在套管頭部10的鎖定凹槽16中的閂鎖系統(tǒng)30的另一取向的詳細的截面圖。在圖7A中，示出了閂鎖環(huán)40的開口45，其中，接合件46主要通過套管懸掛器20上的傾斜肩部24的楔入動作而被切斷。在圖7B中，示出了閂鎖環(huán)40的開口45，其中，接合件46通過在套管懸掛器20上的突出部25的楔入作用而被切斷。如上所述，該突出部25從懸掛器外部22上的保持肩部24延伸并且可以是劈裂楔或其他突出部。當傳遞載荷時，閂鎖環(huán)的接合件46被迫抵靠劈裂楔25直到接合件46被張力剪切并且可能甚至被切割斷。

在先前的實施方式中，閂鎖系統(tǒng)30包括單獨的行進環(huán)32和開口閂鎖環(huán)40。在另一種布置中，這兩個部件的特征可以結(jié)合在一起用于閂鎖系統(tǒng)30。例如，圖8A至圖8B圖示了用于接合在套管頭部10的凹槽16中的另一個鎖定系統(tǒng)30的詳細的截面圖，并且圖9圖示了用于圖8A至圖8B的系統(tǒng)30的示例閂鎖環(huán)40的側(cè)視圖。

如圖8A所示，閂鎖系統(tǒng)30包括保持到套管懸掛器20的外表面22的開口閂鎖環(huán)40。閂鎖環(huán)40的傾斜的上端部44抵靠懸掛器20的傾斜肩部24，并且環(huán)40的下肩部的端部43裝配在懸掛器20中的下保持狹槽23中。這些肩部、端部和狹槽可以將環(huán)40保持就位。盡管不是嚴格必需的，但是環(huán)40可以通過一個或更多個剪切銷36或其他臨時連接件而臨時固定在外表面22上的適當位置。

如前所述，圖9中示出的閂鎖環(huán)40具有帶有開口45的環(huán)本體42。環(huán)本體42的直徑被壓縮，并且接合件46(例如，固定裝置、定位焊接件等)保持環(huán)40處于其壓縮狀態(tài)。當接合件46被破壞時，環(huán)40的偏壓的本體42可以徑向向外展開到其未偏壓狀態(tài)。

如圖8A所示，在伸入期間，閂鎖環(huán)40被保持在抵靠懸掛器20的外表面22的壓縮狀態(tài)，從而防止環(huán)40沿著套管頭部10的內(nèi)徑刮擦。因此，在接合或其他操作期間能夠使懸掛器20和附接的套管柱(19：圖1)在套管頭部10中往復運動，而不損壞閂鎖環(huán)40或其他部件。

然后如圖8B所示，當懸掛器20在伸入期間進行坐置操作時，閂鎖系統(tǒng)30和套管懸掛器20可以首先接合套管頭10中的肩部14。當懸掛器20已經(jīng)坐置在載荷肩部14上時，柱的重量被轉(zhuǎn)移至懸掛器20。

當重量放置在抵靠肩部14的環(huán)的肩部的端部43上時，保持環(huán)40的一個或更多個剪切銷36——如果存在的話——被破壞。最后，坐置接合允許環(huán)40沿著懸掛器20的外表面22移動。然后，閂鎖環(huán)40上的接合件(46)被剪切或破壞，從而允許閂鎖環(huán)40偏壓以使環(huán)40向外展開，并且閂鎖環(huán)40向外展開到頭部10的內(nèi)部凹槽16中，以將懸掛器20鎖定在頭部10中。然后，懸掛器20固定在頭部的碗狀部12中。

特別地并且如圖8B所描繪的，環(huán)40通過懸掛器的肩部24與環(huán)的傾斜的上端部44的接合、狹槽23的上傾斜部23a與端部43內(nèi)側(cè)的上傾斜部43a的接合以及端部43外側(cè)的下傾斜部23c與頭部的肩部14的接合而限制懸掛器20的第一(向井內(nèi))運動。同樣，環(huán)40通過環(huán)的端部44與凹槽16的上肩部的接合以及端部43內(nèi)側(cè)的下傾斜部43b與狹槽23上的下傾斜部23b的接合而限制懸掛器20的第二(向井上)運動。

對于上面公開的各種閂鎖環(huán)40中的每個閂鎖環(huán)，存在將本公開的閂鎖環(huán)40安裝在套管懸掛器20上的至少兩種方式。在一種技術中，具有開口45的閂鎖環(huán)40形成為具有用于接合在內(nèi)部凹槽16中的其期望外部尺寸。然后將鎖定環(huán)40放置在單獨固定裝置中而處于壓縮狀態(tài)，使得開口45合在一起。在該壓縮狀態(tài)下，鎖定環(huán)40具有期望的內(nèi)部尺寸以適于懸掛器20的外表面22上的可接受的公差內(nèi)。當以壓縮狀態(tài)保持在單獨的固定裝置中時，操作者然后在開口45處形成(附接、焊接或以其他方式設置)接合件46以將環(huán)40保持處于壓縮狀態(tài)。

一旦準備就緒，閂鎖環(huán)40可以從固定裝置移除，然后滑動到套管懸掛器20的外部22上以抵靠傾斜肩部24。由于閂鎖環(huán)40可能試圖從圓形變形，可能需要外部支承來保持環(huán)40并使其在懸掛器20上滑動。當環(huán)40設定就位時，構成沒有開口的完整環(huán)的行進環(huán)32在套管懸掛器20上滑動以抵靠閂鎖環(huán)40。最后，操作者用一個或更多個剪切銷36或其他臨時連接件使行進環(huán)32固定在懸掛器20上的適當位置。

在另一種技術中，具有開口45的閂鎖環(huán)40形成為具有用于接合在內(nèi)部凹槽16中的其預期外部尺寸。然后，閂鎖環(huán)40被直接放置在套管懸掛器的外表面22上，并且圍繞懸掛器的圓周在懸掛器20上被壓成其壓縮狀態(tài)。為了壓縮環(huán)40，可以圍繞環(huán)40和懸掛器20安裝單獨的固定裝置，以減小圍繞外表面22的環(huán)的周長。當以壓縮狀態(tài)保持在懸掛器20上時，操作者然后在開口45處形成(附接、焊接或以其他方式設置)接合件46，以將環(huán)40保持處于壓縮狀態(tài)。

一旦準備就緒，閂鎖環(huán)40可以移動以抵靠傾斜肩部24，并且行進環(huán)32可以在套管懸掛器20上滑動以抵靠閂鎖環(huán)40。最后，操作者用一個或更多個剪切銷36或其他臨時連接件使行進環(huán)32固定在懸掛器20上的適當位置。對于不使用行進環(huán)32的那些實施方式，剪切銷36可以使閂鎖環(huán)40附接至懸掛器20。這些和其他技術可以用于將閂鎖系統(tǒng)30安裝在套管懸掛器20上。

優(yōu)選的和其他實施方式的前述描述并不旨在限制或約束申請人構思的發(fā)明概念的范圍或適用性。將理解的是，根據(jù)本公開的益處，根據(jù)公開主題的任何實施方式或方面的上述特征可以單獨地或與任何其他所描述的特征結(jié)合使用在已公開的主題的任何其他實施方式或方面中。雖然本文中已經(jīng)描述了用于套管懸掛器20的閂鎖系統(tǒng)30用于套管頭部10，但是應當理解，閂鎖系統(tǒng)30和懸掛器20可以用于坐置在套管頭部的碗狀部、管道卷筒、管狀件或任何其他井部件中。此外，懸掛器20可用于懸掛套管、管道或任何合適的井部件。

為了公開本文包含的發(fā)明概念，申請人希望由所附權利要求提供的所有專利權。因此，所附權利要求旨在包括落入所附權利要求或其等同物的范圍內(nèi)的所有修改和變更。