專利名稱：井下噴射工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于沖洗套管內(nèi)腔的噴射工具，更準(zhǔn)確地但不是限制地說，是涉及一種特別適合于供鉆井的明顯偏斜部分用的噴射工具。
眾所周知，滑套式套筒浮閥可以放地井套內(nèi)以便可以有選擇地使套管內(nèi)腔與靠近套筒浮閥的地下巖層之間保持連通。這樣的套筒浮閥中的一種已公開在我們申請的美國專利第3768563號(Baker)中。貝克(Baker)的3768562號專利還公開了一種用于致動套筒浮閥的滑動套筒的定位工具。
我們的美國專利第4880059號(Brandell)則描述了在鉆井偏斜部分使用滑套式套筒浮閥的方法。其圖4和圖6中所示出的Brandell裝置的一個(gè)實(shí)施例采用帶有螺紋的鋁鑲嵌件，所公開的這種鋁鑲嵌件在由象酸性物那樣的腐蝕性液體接觸后很容易被清除掉。Brandell的專利公開了在鉆井偏斜部分使用滑動式套筒浮閥以及與一種定位工具結(jié)合使用的方法。
我們的美國專利第4921046號(Caskey)描述了一種供高度偏斜的或水平的鉆井用的鉆井清理工具。
目前，我們已發(fā)明一種用于對象套筒浮閥那樣的井下鉆井工具進(jìn)行液體噴射的器械。這種器械可以，例如被用來從鉆井工具中清除殘余水泥之類的殘余物，而且可以被采用來用液體噴射方式將易碎裂柱塞從鉆井工具的孔口中噴射掉。
根據(jù)本發(fā)明提供了用于對位于鉆井內(nèi)具有一個(gè)滑動件的鉆井工具進(jìn)行液體噴射的器械，該器械包括一個(gè)用于可操縱地與鉆井工具的滑動件相嚙合的定位裝置，和一噴射裝置，該噴射裝置以可轉(zhuǎn)動連接機(jī)構(gòu)連接到所述定位裝置上，以便可以相對于所述定位裝置和鉆井工具轉(zhuǎn)動，用于在其相對于鉆井工具轉(zhuǎn)動時(shí)對鉆井工具進(jìn)行液體噴射。
本發(fā)明的噴射工具可以包括作為其一個(gè)整體部分的用于可操縱地與鉆井工具的滑動件，例如與套筒浮閥的滑動套筒相嚙合的定位工具。這種類型的定位工具是與本申請同日提交并基于文獻(xiàn)USSN 435302的歐洲專利申請的主題。
在一種優(yōu)選的布置中，該噴射裝置有一噴射段頭，該段頭具有一在其內(nèi)構(gòu)成帶有開口的上端和開口的下端的流室，并具有多個(gè)穿通段頭的壁并與流室連通的噴射孔。在流室的下端設(shè)置有一個(gè)止回閥，用于讓向上的液流自由地流過流室并且防止向下的液流從流室的下端流出，以便使流經(jīng)流室的向下的液流通過噴射孔轉(zhuǎn)向。
定位工具和噴射裝置之間的轉(zhuǎn)動連接可以由一個(gè)連接到定位工具和噴射裝置上，在允許二者間有相對轉(zhuǎn)動的同時(shí)使兩者共同縱向移動的旋轉(zhuǎn)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。
為了能對本發(fā)明有更加充分的理解，現(xiàn)參照以下所附的附圖，僅僅以舉例的方式，對本發(fā)明的若干實(shí)施例進(jìn)行描述。


圖1是具有明顯偏斜的鉆井部分的鉆井的立面剖視示意圖，一個(gè)包括有一定位裝置，一噴射工具組件、和一沖洗工具的作業(yè)套組正被插入井內(nèi)。井的偏斜部分具有多個(gè)放在套管柱內(nèi)的套筒浮閥。
圖2A-2D是套筒浮閥一個(gè)實(shí)施例的立面剖視圖。套筒處在關(guān)閉位置，套孔和殼孔都被填塞著。
圖3A-3E是定位工具的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的噴射工具的一個(gè)實(shí)施例，以及沖洗工具的一個(gè)實(shí)施例的立面剖視圖。套筒浮閥和沖洗工具是與本申請同日提交并且分別基于文獻(xiàn)USSN 435144和433944的歐洲專利申請的主題。本申請應(yīng)該參照這些專利申請。
圖4A-4E是圖3A-3E所示的位于圖2A-2D所示套筒浮閥內(nèi)適當(dāng)位置處的工具套組的立面剖視圖。套筒已移動到一開啟位置，柱塞已從套孔和殼孔中噴擠掉。
圖5是位于定位工具內(nèi)的J形槽和凸耳定位裝置的一個(gè)實(shí)施例的展開視圖。
圖6是類似于圖1的視圖，示出了鉆井靠近每一套筒浮閥的部位破碎后的情況，引噴工具套組處在鉆井中適當(dāng)位置處。
圖7是類似于圖1的視圖，示出了在適當(dāng)位置處通過最下的一個(gè)套筒浮閥開采巖層流的一個(gè)開采管柱。
圖8和圖9分別是經(jīng)變更的嚙合塊的立面?zhèn)纫晥D和立面前視圖。
圖10是圖8和圖9所示位于定位工具內(nèi)適當(dāng)位置處的嚙合塊的立面剖視圖。
現(xiàn)參照附圖，特別是參照圖1，圖中示出一個(gè)般用標(biāo)號10表示的鉆井。鉆井10是通過在井眼14內(nèi)放入一個(gè)套管柱12并且用以標(biāo)號16所示的水泥將該套管柱固定在適當(dāng)位置處的方法構(gòu)造的。套管柱可以采用襯套形式代替圖示的整體套管柱。套管柱12有一套管內(nèi)腔13。
鉆井10有一基本垂直部分18、一轉(zhuǎn)彎部分20、和一象圖中示出的基本上水平的鉆井部分22那樣的明顯偏離垂直方向的偏斜部分22。雖然此所所述的工具被設(shè)計(jì)成特別適用于鉆井的偏斜部分，它們當(dāng)然也可以用于鉆井的垂直部分。
沿套管柱12的偏斜鉆井部分22間隔分布有多個(gè)套筒浮閥24、26和28。與套筒浮閥26和28一樣的套筒浮閥24詳細(xì)地示出在圖2A-2D中。每一個(gè)套筒浮閥都位于靠近地下區(qū)域即分別如區(qū)域30、32和34那樣的有意開采巖層的位置處。
在圖1中，一根具有多個(gè)連接在其下端的工具的管柱36正被降下到鉆井套管柱12內(nèi)。在管柱36和套管柱12之間構(gòu)成有鉆井環(huán)隙38。一個(gè)位于地面的防噴裝置40是設(shè)置來封閉鉆井環(huán)隙38的。一個(gè)泵42與管柱36相連接以便將流體泵入管柱36的下面。
圖1所示的管柱36有一個(gè)定位工具器械44、一個(gè)噴射工具器械46、和一個(gè)沖洗工具器械48，它們都連到管柱36上。這一工具套組詳細(xì)地示出圖3A-3E中。
套筒浮閥24一般也可以稱為滑套式套筒工具器械(sliding sleeve casing tool apparatus)24，它詳細(xì)地示出在圖2A-2D中。套筒浮閥24包括一個(gè)外殼50，它有一條貫通其自身的縱向通道52和一個(gè)帶有多個(gè)外殼連通孔56的側(cè)壁54，這些連通孔穿透側(cè)壁54。
外殼50是由一上殼段58、一密封殼段60、一帶有孔口的殼段62、和一下殼段64構(gòu)成的。上、下裝卸段65、67裝在外殼50的兩端以便于拆卸和將滑動式套筒工具24裝進(jìn)套管柱12內(nèi)。裝卸段65和67分別在標(biāo)號69和71所示部位帶有螺紋，以便與套管柱12連接。
套筒浮閥24還包括一個(gè)可滑動地放置在外殼50和縱向通道52內(nèi)的滑動套筒66?；?6可以在圖2A-2D所示堵塞或蓋住外殼連通孔56的第一位置和圖4A-4E所示外殼連通孔56未被蓋住而是與縱向通道52連通的第二位置之間有選擇地相對外殼50滑動。
套筒浮閥24還包括縱向隔開的第一、第二密封圈68、70，它們放置在滑動套筒66和外殼50之間，并在滑動套筒66和外殼50之間構(gòu)成密封著的環(huán)隙72。第一、第二密封圈68、70最好采用人字形密封件。這種型式的密封件可以提供較長壽命的密封，與許多其它型式的密封圈相比，這種密封圈對由象碎砂和巖層細(xì)屑那樣的夾裹著的磨料造成的切割和/或研磨不太敏感。
設(shè)置一個(gè)位置閂鎖裝置74，以便將滑動套筒66可松開地鎖固在其第一和第二位置。該位置閂鎖裝置74設(shè)置在密封著的環(huán)隙72內(nèi)。
位置閂鎖裝置74包括一個(gè)也可以稱為彈簧加載閂鎖裝置(Spring biased lotch means)76并裝在滑動套筒66上以便該滑套66與它一起進(jìn)行縱向移動的彈簧夾頭76。
位置閂鎖裝置74還包括在外殼50內(nèi)形成的面向徑向內(nèi)側(cè)且縱向隔開的第一、第二凹槽78、80，它們分別與滑動套筒66的第一、第二位置相對應(yīng)。
將彈簧夾頭76放在密封的環(huán)隙72內(nèi)，以防止水泥，砂子等等這類的碎料包裹在夾頭周圍而防礙夾頭有效地工作，從而使夾頭得到保護(hù)。
值得注意的是，位置閂鎖裝置74也可以通過設(shè)置一個(gè)裝在外殼上的彈簧閂鎖和在滑動套筒66上加工出第一、第二凹槽的形式構(gòu)成，而不是采用象已經(jīng)描述過的那種與其相反的形式構(gòu)成。
第一人字形密封圈式密封件68托持在上殼段58的下端82和密封殼段60的面朝上的環(huán)形臺肩84之間適當(dāng)?shù)奈恢锰帯?br> 第二人字形密封圈式密封件70托持在帶有孔口的殼段62的上端86和密封殼段60的面朝下的環(huán)形臺肩88之間適當(dāng)?shù)奈恢锰帯?br> 滑動套筒66有一貫通其自身的縱向滑套內(nèi)腔90和有一個(gè)帶有多個(gè)滑套連通孔94的滑套壁92，這些連通孔穿透滑套壁92。
所有的外殼連通孔56和滑套連通孔94都分別具有易碎裂柱塞96和98，這些柱塞最初是將外殼連通孔56和滑套連通孔94塞住的。
易碎裂柱塞96、98最好是分別由帶螺紋的空心鋁或空心鋼可熔鑲塊120、122在其內(nèi)部填充以可以從美國Gypsum公司購到的稱為“Cal Seal”那樣的材料構(gòu)成的，正如下面會進(jìn)一步描述的那樣，這些填料可由液體噴射流清除掉。
最初，把易碎裂柱塞裝到連通孔56和94中，這樣就可防止水泥和其它的細(xì)顆粒材料進(jìn)入孔口并到達(dá)滑動套筒66和外殼50之間。
在滑套66相對于外殼50處在如圖2A-2D所示的第一位置時(shí)，外殼連通孔56和滑套連通孔94彼此是沒有對準(zhǔn)的，并且滑套66和外殼50之間的第三人字形密封圈式密封件100將滑套連通孔94與外殼連通孔56隔離開。
滑套66可在圖2A-2D所示的第一位置和圖4A-4E所示每一個(gè)外殼連通孔56和一個(gè)與其對應(yīng)的滑套連通孔94對準(zhǔn)的第二位置之間有選擇地相對外殼50滑動。
對正裝置102可操縱地與外殼50和滑動套筒66相聯(lián)結(jié)，以便在滑套66處在它的上述第二位置時(shí)，即彈簧夾頭76與凹槽80嚙合的情況下，保持滑套連通孔連通孔94與外殼連通孔56對準(zhǔn)。正對裝置102包括多條象設(shè)置在外殼50內(nèi)以標(biāo)號104、106所表示的那種縱向?qū)虬疾?，和多個(gè)設(shè)置在滑套66上并容納在它們的對應(yīng)的凹槽104、106內(nèi)的相應(yīng)的凸耳108、110。
對正裝置102位于在第一、第二密封圈68、70之間構(gòu)成的密封的環(huán)隙72內(nèi)。
凸耳108、110最好有貫穿其內(nèi)使滑套內(nèi)腔90與密封的環(huán)隙72連通的殘液放出孔112、114，以便在第一、第二密封圈68、70之間進(jìn)行壓力平衡。凸耳108、110最好采用以螺接形式與穿通滑套壁92構(gòu)成的徑向孔口116、118配合的圓柱銷。
值得注意的是，套筒浮閥24也可以構(gòu)造成這樣的形式，它能使凸耳或柱銷裝在外殼50上，并可使其容納于在滑動套筒66內(nèi)構(gòu)成的縱向凹槽內(nèi)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)外殼連通孔56和滑套連通孔96之間的對正。
與現(xiàn)有技術(shù)的滑套式套筒浮閥相比，套筒浮閥24的滑動套筒66的套筒行程相當(dāng)短。在套筒浮閥24的一個(gè)實(shí)施例中，所需要的套筒行程僅為10.75英寸(27.3厘米)。
滑動套筒66有一個(gè)在面朝下的上臺肩126和面朝上的下臺肩128之間構(gòu)成的內(nèi)徑加大的內(nèi)腔124。正如下面會進(jìn)一步詳細(xì)說明的那樣，定位工具44將與上臺肩126嚙合以便能向上拉動滑套66，和與下臺肩128嚙合以便能向下拉動滑套66。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3A-3E，圖中所示出的一工具套組是由定位工具44、噴射工具46、和沖洗工具48構(gòu)成的。圖4A-4E在示出了這些同樣的構(gòu)件處在套管柱12中的套筒浮閥24內(nèi)的適當(dāng)位置上。
定位工具器械44一般可以描述成一種用于對鉆井工具的滑動件，例如，對套筒浮閥24的滑動套筒66進(jìn)行定位的定位工具器械。
定位工具器械44的主要部件包括一滯動組件130、一內(nèi)部定位心軸132、和一操縱裝置134。
滯動組件130包括一個(gè)在帶螺紋的連接段140處與滯動塊殼段138連接的凸耳殼段136。多個(gè)徑向向外加載的滯動塊142、144由滯動塊殼段攜帶著。滯動組件130有一條貫穿在凸耳殼段136和滯動塊殼138范圍內(nèi)的縱向通道146。
定位心軸132置于通過滯動組件130的縱向通道146內(nèi)，它可相對該滯動組件130作縱向移動，即定位心軸132可以在縱向通道146內(nèi)滑上滑下。定位心軸132上裝有一個(gè)用于在套筒浮閥24或套管柱12內(nèi)對定位工具44進(jìn)行定心的星形導(dǎo)向器或定心裝置133。
操縱裝置134提供了這樣一種裝置，它可以響應(yīng)定位心軸相對于滯動組件130的縱向往復(fù)運(yùn)動有選擇可操縱地與套筒浮閥24的滑動套筒66相嚙合。
更詳細(xì)地說，操縱裝置134包括一個(gè)連接在滯動組件130上用于可操縱地與套筒浮閥24的滑動套筒66相嚙合的嚙合裝置148。操縱裝置134還包括一個(gè)致動裝置150，它連接在定位心軸132上用于致動嚙合裝置148，從而使嚙合裝置148可操縱地與套筒浮閥24的滑動套筒66相嚙合。操縱裝置134還包括一個(gè)位置控制裝置152，該裝置可操縱地與滯動組件130和定位心軸132相聯(lián)結(jié)，以便允許定位心軸132作相對于滯動組件130的縱向往復(fù)運(yùn)動，以及允許定位心軸利用致動裝置150有選擇地致動和不致動嚙合裝置148。
嚙合裝置148包括多個(gè)繞滯動組件130的縱軸156的周向間隔開的第一嚙合塊154，每一個(gè)嚙合塊154都有一在其一個(gè)端部構(gòu)成的錐形凸輪面160，每一個(gè)嚙合塊154還都有一個(gè)在其上構(gòu)成并面朝遠(yuǎn)離具有錐形凸輪面160那一端的方向的嚙合臺肩162。應(yīng)該理解到，嚙合塊154是以環(huán)狀方式置放在定位心軸132周圍的扇形塊。一個(gè)由多個(gè)片簧164構(gòu)成的第一加載裝置將多個(gè)第一嚙合塊154與滯動裝置130的凸耳殼段136的上端相連接，以便沿徑向向內(nèi)朝著滯動組件130的縱軸線156方向?qū)Χ鄠€(gè)第一嚙合塊154施加彈性偏壓。
嚙合裝置148進(jìn)一步包括多個(gè)同樣位于靠近滯動塊殼段138的下端的第二嚙合塊166。每一個(gè)第二嚙合塊166都有一在其一個(gè)朝著遠(yuǎn)離多個(gè)第一嚙合塊154方向的端部構(gòu)成的錐形凸輪面168。每一個(gè)嚙合塊166都有一個(gè)在其上構(gòu)成的并且面朝多個(gè)第一嚙合塊154方向的嚙合臺肩170。嚙合裝置148還包括一個(gè)由多個(gè)片簧構(gòu)成的第二加載裝置172，每個(gè)片簧將多個(gè)第二嚙合塊166中的一塊與滯動塊殼段138相連接，以便沿徑向向內(nèi)朝著滯動組件130的縱軸線156方向?qū)Χ鄠€(gè)第二嚙合塊166施加彈性偏壓。
一般說來，嚙合裝置148可以說成包括有分離的第一和第二嚙合裝置，即分別包括多個(gè)第一、第二嚙合塊154、166。
致動裝置150分別包括上、下環(huán)形楔塊174、176。
第一環(huán)形楔塊174包括一與多個(gè)第一嚙合塊154的錐形凸輪面160成互補(bǔ)關(guān)系的錐形環(huán)狀楔面178。環(huán)形楔塊174被裝定在定位心軸132上，以便在定位心軸132從圖3A-3E所示的位置相對于滯動組件130向下移動到第一縱向位置時(shí)，環(huán)形楔面178將楔壓向錐形凸輪面160，并將嚙合塊154沿徑向向外偏壓。
第二環(huán)形楔塊176同樣地也有一與多個(gè)第二嚙合塊166的錐形凸輪面168成互補(bǔ)關(guān)系的錐形環(huán)狀楔面180。
第一、第二環(huán)形楔塊174、176的錐形環(huán)狀楔面178、180與位于它們之間的多個(gè)第一、第二嚙合塊154、166彼此面對面設(shè)置。
位置控制裝置152包括一條在定位心軸132上構(gòu)成的J形槽182，和多個(gè)連接到滯動組件130上的凸耳184、186，這些凸耳184、186被置放在J形槽182內(nèi)。一般說來，J形槽可說成是在定位心軸132和滯動組件130中的一個(gè)上構(gòu)成的，而凸耳則連接在定位心軸132和滯動組件130中的另一個(gè)上。不過，或許J形槽182在滯動組件130上構(gòu)成，凸耳184連接到定位心軸132上的情況較好。
J形槽182在圖5的展開圖中表示得比較清楚，J形槽182是一閉環(huán)槽。
重新參見圖3B，凸耳184、186是裝在一個(gè)可轉(zhuǎn)動環(huán)箍188內(nèi)，該環(huán)箍夾在凸耳殼段136和滯動塊殼段138之間，而軸承190、192位于可轉(zhuǎn)動環(huán)箍188的上、下端部，這樣可使凸耳184、186在定位心軸132作往復(fù)運(yùn)動即相對于滯動組件130作縱向移動時(shí)相對于J形槽182進(jìn)行轉(zhuǎn)動，以便凸耳184、186可以橫過閉環(huán)J形槽182。
位置控制裝置152的J形槽182和凸耳184、186將定位心軸132和滯動裝置130互連在一起，并至少部分地界定一種根據(jù)定位心軸132相對于滯動組件130的縱向往復(fù)運(yùn)動可以獲得的定位心軸132相對于滯動組件130的縱向位置的重復(fù)模式。位置的這種重復(fù)模式在圖5中表示的比較清楚，其中凸耳184的不同位置是以虛線示出的。
先看由標(biāo)號184A所表示的其中一個(gè)位置，該位置與這樣一個(gè)位置對應(yīng)，即在這個(gè)位置處，上環(huán)形楔塊174以其楔面178與多個(gè)第一嚙合塊154嚙合，并將其向外推擠，以便使其臺肩162與滑動套筒66的臺肩128嚙合，從而將滑套66向下拉入套筒浮閥的外殼50內(nèi)以便將滑動套筒66推向圖2A至圖2D所示的閉合位置。這樣，嚙合塊154可以稱為閉合塊。正如圖5所清楚地顯示的那樣，在此第一位置184A處，該位置并不是通過凸耳184與凹槽182的末端部的直接嚙合界定的，而是通過上楔形塊174與上嚙合塊154的嚙合界定的。
接著向上拉管柱36和定位心軸132，滯動組件130就通過滯動塊142、144與套管柱12或套筒浮閥24的摩擦嚙合而夾持在適當(dāng)位置處，這樣，J形槽182會向上移動，使得凸耳184向下橫移到圖5所示位置184B上。在可稱為中間位置的位置184B中，凸耳184與J形槽182末端部直接嚙合，并允許滯動裝置130在圖3B-3C所示的未嚙合位置與帶有兩套嚙合塊154和166的定位心軸130一起向上移動，以便定位工具44可以被向上牽拉出套筒浮閥24而不需操縱地嚙合住它的滑動套筒66。
定位心軸132相對于滯動裝置130的下一個(gè)向下的行程可將凸耳推進(jìn)到位置184C處，該位置是另一個(gè)中間位置，在該位置處，凸耳184可與凹槽182的另一末端部直接嚙合，以便定位心軸132和滯動裝置130可以通過套管柱12和套筒浮閥24一起向下移動，而既不需致動上嚙合塊154也不需致動下嚙合塊166。
在定位心軸132相對于滯動裝置130的下一個(gè)向上的行程中，凸耳184移動到實(shí)際上是由下環(huán)形楔塊176與上嚙合塊組166的嚙合所界定的位置184D，以便嚙合塊166被向外推擠，從而使該嚙合塊如圖4C所示那樣可操縱地與套筒浮閥24的滑動套筒66的臺肩126相嚙合。在這一向上行程中，滑套66可向上牽拉到開啟位置。這樣，嚙合塊166可以稱為開啟塊。
定位心軸132的下一次相對滯動裝置130的下移運(yùn)動可將凸耳推進(jìn)到位置184E，就定位心軸132相對于滯動裝置130的縱向位置而論，位置184E實(shí)際上是位置184C的重復(fù)。定位心軸132的下一次上移運(yùn)動可將凸耳推進(jìn)到位置184F，就定位心軸132相對于滯動裝置130的縱向位置而論，位置184F實(shí)際上是位置184B的重復(fù)。
接著，定位心軸132的下一次相對滯動裝置130的下移運(yùn)動，可將凸耳推動返回到位置184A，在該位置處，上楔塊178將與上嚙合塊154嚙合，以便將嚙合塊向外推擠，從而與滑動套筒66進(jìn)行嚙合并使得它可在內(nèi)腔124內(nèi)向下移動。
定位工具44還包括一個(gè)與第一、第二致動裝置174、176中的每一個(gè)可操動聯(lián)接的應(yīng)急解鎖裝置194，用于解除第一、第二嚙合裝置154，166與滑動套筒66的操動嚙合，而不需將定位心軸132推進(jìn)到象184B、184C、184E或184F那樣的中間位置中的一個(gè)上，該應(yīng)急解鎖裝置194包括分別將第一、第二致動楔塊174、176連接到定位心軸132上的第一、第二剪切式鎖銷組196、198。例如，如果定位工具44是處在如圖4A-4E所示的與凸耳位置184D對應(yīng)的位置，在該位置處下嚙合塊166被向外推擠并處在與滑動套筒66操動嚙合狀態(tài)，并且如果位置控制裝置152比如說因凸耳與J形槽相互卡住而失效，那么，在管柱36上足夠的向上牽拉力就會剪斷剪切式鎖銷，這樣，下環(huán)形楔塊176就可沿定位心軸132的外表面199下滑，以致可使該楔塊176從下嚙合塊166處脫開，使這些嚙合塊可向內(nèi)偏壓從而脫離與滑動套筒66的嚙合。
圖8、圖9和圖10示出了象上嚙合塊154那樣的嚙合塊的替換型實(shí)施例。圖8是經(jīng)變更的嚙合塊154A的側(cè)視圖。圖9是經(jīng)變更的嚙合塊154A的前視圖。圖10是與定位工具44的周圍部分組裝在一起的經(jīng)變更的嚙合塊154A的剖視圖。
在圖8和圖9中，可以看到嚙合塊154A包括一個(gè)例T形的下端部分，它有一立桿155和一橫桿157。一保險(xiǎn)止動凸緣159從橫桿157的后邊緣向下伸出。
例T形部分155、157置于凸耳殼段136上構(gòu)成的例T形槽161內(nèi)，圖9中的虛線部分對此表示得很清楚。
在圖10中可以清楚地看出，凸耳殼段136上有一正好位于以標(biāo)號161所示槽的下方的內(nèi)側(cè)凹進(jìn)部分163，它尺寸大應(yīng)可使其在嚙合塊154A的徑向最外位置處緊靠止動凸緣159。
止動凸緣159和凸耳殼段136的相關(guān)結(jié)構(gòu)配合在一起形成一保險(xiǎn)止動裝置，用以在片簧164斷裂的情況下，保持嚙合塊154A和滯動組件130的凸耳殼段136之間的連接。這樣，如果片簧164斷裂，嚙合塊154A就不會從帶有滯動組件130的其余部分的組件上脫落。相反，由于在T形槽161中的T形部分155、157與止動凸緣159一起所超的聯(lián)鎖效應(yīng)，嚙合塊154A仍將保持在原來的位置處。
由于止動凸緣159的關(guān)系，嚙合塊154A必須通過將嚙合塊154A從凸耳殼段136的內(nèi)側(cè)滑入T形槽161中的方式與凸耳殼段136組裝在一起。
噴射工具46一般可以描述成一種用于對象置于鉆井10內(nèi)的套筒浮閥24那樣的鉆井工具進(jìn)行液體噴射的器械。
噴射工具46的構(gòu)造與定位工具44的構(gòu)造密切相關(guān)。當(dāng)定位工具44嚙合住套筒浮閥24的滑動套筒66并將它推進(jìn)倒開啟位置時(shí)，定位工具44和噴射工具46的構(gòu)造尺寸應(yīng)可使噴射工具46得到適當(dāng)?shù)膶φ?，以便對在套筒浮閥中尋到的易碎裂柱塞進(jìn)行液體噴射。
噴射工具46一般可以描述成一種噴射裝置46，它以由一個(gè)旋轉(zhuǎn)節(jié)201構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)連接機(jī)構(gòu)連接到定位工具44上，以便噴射裝置46可相對于定位工具44和套筒浮閥24轉(zhuǎn)動。這樣，當(dāng)噴射工具46相對于定位工具44和套筒浮閥24轉(zhuǎn)動時(shí)，噴射工具46就可以用液體噴射方式將易碎裂柱塞從套筒浮閥24上噴擠掉。
噴射工具46包括一個(gè)噴射段頭200，它有一在其內(nèi)構(gòu)成的流室202，流室上下分別有開口的上端204和開口的下端206。段頭200有一周邊壁208，該壁帶有多個(gè)穿通壁而與流室202連通的噴射孔210。每一個(gè)噴射孔210都是在設(shè)置在噴射段頭200的圓柱形外表面216的凹陷部分214內(nèi)的螺紋嵌銷212上構(gòu)成的。
在流室202的下端設(shè)置有一個(gè)止回閥裝置218，以便讓向上的液流自由地流過流室202并且防止向下的液流從流室202的下端206流出，從而可使流經(jīng)流室202的向下的液流通過噴射孔210轉(zhuǎn)向。
止回閥裝置218包括一個(gè)在流室202的下開口端206處構(gòu)成的閥座220和一個(gè)尺寸大小可正好密封地嚙合閥座220的球閥件222。該球閥件可不受限制地向上進(jìn)入流室202內(nèi)。
噴射段頭200還包括一個(gè)位于段頭200上開口端204中的球護(hù)圈224，以防止球閥件222被上升的液流沖出流室202。
該止回閥可使管柱36在進(jìn)入鉆井10時(shí)充滿液流，以及可使液流通過沖洗工具48進(jìn)行反向循環(huán)。此外，球閥件22是自定心的，以便于其在噴射工具46處在如鉆井10的偏斜部分22中那樣的水平位置時(shí)能比較容易處在閥座上。
位于噴射工具46下方的沖洗工具48正象下面將進(jìn)一步描述的那樣，也是與噴射工具46可操動地相聯(lián)接。沖洗工具48一般可以描述成一種位于定位工具44和噴射工具46的下方，在反向回流流下鉆井環(huán)隙38和上升通過沖洗工具48和噴射工具46時(shí)用來沖洗套管柱12內(nèi)腔的沖洗裝置。
旋轉(zhuǎn)節(jié)201在圖3A中表示得最清楚，它可以描述成一種用于提供前面已提到的在定位工具44和噴射工具46之間的轉(zhuǎn)動連接機(jī)構(gòu)和用于連接定位工具44和噴射工具46以使兩者能相對于鉆井10共同作縱向移動的回轉(zhuǎn)裝置201。
噴射工具46還包括一個(gè)通過連接管226固定裝在噴射段頭200上的可轉(zhuǎn)動噴射心軸224。連接管226在螺紋段228處螺接到噴射心軸224上，定位螺釘230保持固定的連接。連接管226在螺紋連接段232處固定連接到噴射段頭200上，并由定位螺釘234保持連接。一個(gè)“O”形密封圈236設(shè)置在噴射心軸224和連接管226之間，而在連接管226和噴射段頭200之間則設(shè)置有一個(gè)“O”形密封圈238。
這樣，噴射心軸224就由連接管226固定裝在噴射段頭200上，從而使噴射心軸224和噴射段頭200可相對定位工具44一起轉(zhuǎn)動。
噴射心軸224有一貫通于其內(nèi)并與噴射段頭200的流室202連通的噴射心軸內(nèi)腔240。
噴射心軸224是同心地并可轉(zhuǎn)動地穿容于定位工具44的定位心軸132的內(nèi)腔242內(nèi)。
噴射心軸224向上通過整個(gè)定位心軸44伸到旋轉(zhuǎn)節(jié)201處。
旋轉(zhuǎn)節(jié)201包括一旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體244，它在螺紋連接段246處連接到定位心軸132的上端上，這是用定位螺釘148保持連接的。一個(gè)“O”形密封圈250設(shè)置在旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體224和定位心軸132之間。旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體244是由在螺紋連接段256處相連接的一個(gè)殼段252和一個(gè)上殼段254構(gòu)成的。
上、下殼段252、254構(gòu)成旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體244的內(nèi)環(huán)形凹槽258。
噴射心軸224包括一個(gè)以螺紋262連接到下噴射心軸部分上的上噴射心軸延伸段260。上噴射心軸延伸段有一個(gè)在其上構(gòu)成并容納在旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體244的環(huán)形凹槽內(nèi)的環(huán)形臺肩264。
上、下止推軸承266、268分別置于環(huán)形凹槽258內(nèi)環(huán)形臺肩264的上方和下方。上止推軸承266有一固定在旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體244上的外座圈270和一固定在噴射心軸延伸段260上的內(nèi)座圈272。下止推軸承268包括一固定在旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體244上的外座圈274和一固定在噴射心軸224上的內(nèi)座圈276。
噴射心軸延伸段260的上端部分278穿過上旋轉(zhuǎn)節(jié)殼段254的上端伸出，在它們之間設(shè)置有一個(gè)“O”形密封圈280。
上聯(lián)軸套管282以螺紋284連接到噴射心軸延伸段260的上端部分278上，在它們之間設(shè)置有一個(gè)“O”形密封圈286。上聯(lián)軸套管282包括與圖1所示管柱36連接的螺紋288，從而可使管柱36與噴射心軸224的內(nèi)腔240液體連通。
如上所述，易碎裂柱塞96、98最好設(shè)計(jì)成有一個(gè)帶外螺紋并填充以易碎裂材料的空心鑲環(huán)120或122，這些材料最好是可從美國石膏公司(U.S.Gypsum Company)購到的“Cal Seal”牌號的材料?！癈al Seal”是一種鈣硫酸鹽水泥，它具有2500磅/平方英寸(17.2MPa)左右的承壓強(qiáng)度，即屈服強(qiáng)度。這種材料在受到壓力為4000磅/平方英寸(27.6MPA)或更高些的潔凈的水液噴射時(shí)很易碎裂，而這種高壓水是可以很容易地由傳統(tǒng)的管柱供給的。對由Cal Seal材料構(gòu)造的柱塞進(jìn)行液體噴射最好是在約4000磅/平方英寸到約5000磅/平方英寸(27.6至34.5MPa)的液體壓力范圍內(nèi)進(jìn)行。
標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)管柱36可以輸送高在12000磅/平方英寸(82.7MPa)的液壓力。這樣，為了能采用帶有本發(fā)明各工具的傳統(tǒng)管柱，易碎裂柱塞最好是由這樣的材料構(gòu)成的，這種材料要具有足夠低的承壓強(qiáng)度，以使它在受到小于12000磅/平方英寸(82.7MPa)左右的液體噴射時(shí)很容易發(fā)生碎裂。這樣，為了使這種材料可以由本發(fā)明的各工具進(jìn)行碎裂，只需采用具有傳統(tǒng)管柱強(qiáng)度的管柱，而不需要使用任何磨料或酸性物或其它易揮發(fā)的材料。
應(yīng)該理解到，最好用來將柱塞從連通孔中噴出的潔凈的液流僅僅是相對意義的“潔凈”。它只是意味著水中不含有大量的用以清除柱塞的磨料，也不需含有酸性物之類的物質(zhì)。這樣，較佳的柱塞材料由這樣一種材料構(gòu)成，這種材料所具有的承壓強(qiáng)度使得它在受到壓力小于12000磅/平方英寸左右的水液噴射時(shí)很容易碎裂，當(dāng)然，用含有磨料或象酸性物那樣的物質(zhì)的液體進(jìn)行噴射也可以令這樣的柱塞碎裂。
大多數(shù)材料在受到凈水液體噴射時(shí)都呈現(xiàn)出一個(gè)“閾壓力”，該閾壓力是指用液體噴射很容易就能使材料碎裂或很容易切除材料所需要的液壓力。在壓力低于該閾值時(shí)材料碎裂得很少，而在壓力明顯高于該閾值時(shí)材料將迅速碎裂。但壓力進(jìn)一步升高到大大超過此閾值并沒有明顯的好處。
給定材料的“閾壓力”的值的大小在某種程度上取決于材料的性質(zhì)。不過，在任何情況下，閾值壓力總是要大于材料的承壓強(qiáng)度。
例如，象“Cal Seal”那樣的一種鈣硫酸鹽水泥具有2500磅/平方英寸(17.2MPa)大小的承壓強(qiáng)度，該種材料會在液壓力約為4000磅/平方英寸(27.6MPa)的水液噴射下迅速碎裂。在這樣的壓力作用下，一個(gè)“Cal Seal”柱塞的碎裂只不過是幾分鐘的事情。
從傳統(tǒng)管柱一般能夠承受的最大壓力，即不大于12000磅/平方英寸(82.7MPa)的液壓力來看，易碎裂的柱塞應(yīng)該使用承壓強(qiáng)度小于約5000磅/平方英寸(34.5MPa)的材料。這種材料一般可以由液壓力為12000磅/平方英寸(82.7MPa)或再小一些的射流沖切掉。如果使用水泥型材料，這些材料的承壓強(qiáng)度一般小于約3500磅/平方英寸。
除了“Cal Seal”牌號的鈣硫酸鹽水泥外，在某些情況下，對于易碎裂柱塞的構(gòu)造而言，據(jù)信還有許多材料也是適合的以共使用的待選料。經(jīng)適當(dāng)配方的普通水泥的承壓強(qiáng)度為1000-3500磅/平方英寸(6.9至24.1MPa)，其具體的強(qiáng)度值取決于它的配方、時(shí)效等因素，這種水泥可以在某些場合下使用。另外，由還可以采用某些塑料。同樣，在環(huán)氧樹脂載體中復(fù)合有象鐵粉或其它的金屬料末之類成分的復(fù)合材料也是可供選擇的材料。
沖洗工具48一般可以描這成一種在管柱36上滑動用以清洗套管內(nèi)腔13的器械，沖洗工具48包括一個(gè)在其上端帶有螺紋292的沖洗工具殼體290，該螺紋一般可以描述成一種利用位于殼體290和管柱36之間的其它工具將殼體連接到管柱上的連接裝置292。
沖洗工具48包括一個(gè)連接到殼體290上用來在殼體290和套管內(nèi)腔13之間形成密封的上壓緊裝置294。
圖4E中所示的上壓緊裝置294位于套管柱12內(nèi)適當(dāng)位置上。從圖中可以看出，上壓緊裝置294在上壓緊裝置294的上方界定了鉆井環(huán)隙38的上部38A。
沖洗工具48還包括一個(gè)下壓緊裝置296，它在上壓緊裝置294下方連接到殼體290上用來在殼體290和套管內(nèi)腔13之間形成密封并在上、下壓緊裝置294、296之間界定鉆井環(huán)隙38的中部38B，在下壓緊裝置296的下方界定鉆井環(huán)隙38的下部38C。
殼體290有一在其內(nèi)構(gòu)成的上液流旁通裝置298，它用來連通鉆井環(huán)隙的上部38A和中部38B。以便向下泵入鉆井環(huán)隙38內(nèi)的液流繞過上壓緊裝置294導(dǎo)入鉆井環(huán)隙38的中部38B，從而在鉆井環(huán)隙的中部38B內(nèi)沖洗套管內(nèi)腔13。
殼體290還有一在其內(nèi)構(gòu)成的下液流旁通裝置300，它用來連通鉆井環(huán)隙38的中部38B和下部38C，以使從鉆井環(huán)隙中部38B旁流來的液流繞過下壓緊裝置296導(dǎo)入鉆井環(huán)隙的下部38C，從而沖洗在下壓緊裝置296下方的套管內(nèi)腔13。
殼體290還有一貫穿其內(nèi)帶有一下開口端304的縱向殼體內(nèi)腔302，以便使鉆井環(huán)隙的下部38C內(nèi)的液流可以通過沖洗工具殼體內(nèi)腔302和管柱36回升，從而將水泥顆粒之類的殘余物帶到套管內(nèi)腔13外面。
上壓緊裝置294是一個(gè)面向上的壓緊杯體294，下壓緊裝置296是一個(gè)面向下的壓緊杯體296。
沖洗工具殼體290包括一內(nèi)心軸殼段306，它有一個(gè)貫通其內(nèi)的縱向內(nèi)腔302。
殼體290還包括一個(gè)壓緊心軸組件308，它同心地放置在內(nèi)心軸殼段306的周圍，并在它與內(nèi)心軸殼段306之間構(gòu)成一工具環(huán)隙310。在內(nèi)心軸殼段306和壓緊心軸組件308之間設(shè)置了一個(gè)密封裝置312，用來將工具環(huán)隙310分成上工具環(huán)隙部分314和下工具環(huán)隙部分316兩部分，它們分別是上、下旁通裝置298、300的一部分。
壓緊心軸組件308包括一上壓緊心軸318，一中間壓緊心軸320和一下壓緊心軸322。
內(nèi)心軸殼段306包括一個(gè)靠近其下端且面朝上的環(huán)形支承臺肩324，下壓緊心軸322支承在該下端處。上壓緊心軸318則容納在沖洗工具殼體290的上螺紋接套328的凹陷環(huán)形槽326內(nèi)。
螺紋接套328和內(nèi)心軸殼段306在330處螺接在一起，壓緊心軸組件308和上、下壓緊杯體294、296緊緊夾在螺紋接套328和內(nèi)心軸殼段306之間適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 上壓緊杯體294有一錨環(huán)部分332，它設(shè)置在上壓緊心軸318的直徑縮小的外表面334附近并夾在上壓緊心軸318和中間壓緊心軸320之間。
下壓緊杯體296有一錨環(huán)部分336，它設(shè)置在下壓緊心軸322的直徑縮小的外表面338附近并夾在中間壓緊心軸320和下壓緊心軸322之間。
一個(gè)“O”形密封圈340設(shè)置在上壓緊心軸318和中間壓緊心軸320之間，而在中間壓緊心軸320和下壓緊心軸322之間則設(shè)有一個(gè)“O”形密封圈342。
殼體290的上液流旁通裝置298包括多個(gè)穿過上壓緊心軸的輸送孔344，以便使上鉆井環(huán)隙部分38A與上工具環(huán)隙部分314連通。上液流旁通裝置298還包括多個(gè)也可稱為上沖洗孔346的射流孔346，它們穿通中間壓緊心軸320以便使上工具環(huán)隙部分314與鉆井環(huán)隙的中部38B連通，向下傾斜的射流孔346以銳角348指向內(nèi)心軸殼段306的縱軸線156。
下液流旁通裝置300包括多個(gè)回流孔350，它們在射流孔346的下方穿通中間壓緊心軸320以便使中間鉆井環(huán)隙38B與下工具環(huán)隙部分316連通。下液流旁通裝置300還包括多個(gè)下沖洗孔352，它們穿通下壓緊心軸322以便使下工具環(huán)隙部分316與鉆井環(huán)隙的下部38C連通。
射流孔346提供了一種用來朝鉆井環(huán)隙的中部38B內(nèi)的套管內(nèi)腔13噴射液流的裝置。射流孔以銳角348指向下方以便對著回流孔350向下沖洗從中間鉆井環(huán)隙部分38B內(nèi)的套管內(nèi)腔13中沖洗出的殘余物。
沖洗工具殼體290的內(nèi)心軸殼段306包括多個(gè)在其下端構(gòu)成的齒354，以便在殼體290轉(zhuǎn)動時(shí)，齒354將粉碎套管內(nèi)腔13內(nèi)的殘余物，例如殘余的水泥。
沖洗工具48是按以下方式使用的。當(dāng)沖洗工具通過套管柱12下降時(shí)，它借助管柱36的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，與此同時(shí)，液流向下磁入鉆井環(huán)隙38內(nèi)。
轉(zhuǎn)動齒354將在套管內(nèi)腔的一部分內(nèi)的殘余物打松。通過套筒環(huán)隙38向下回流的鉆井液流分別通過穿通裝置298、300繞過上、下壓緊杯體294、296，并流出下沖洗孔352，以便沖洗掉內(nèi)轉(zhuǎn)動齒354產(chǎn)生的粹屑并利用回升的鉆井液流使那種粹屑通過縱向殼體內(nèi)腔302和管柱36反向循環(huán)。
在最初由齒354接觸的內(nèi)腔的那部分由下沖洗孔352沖洗后，下壓緊杯體296在沖洗工具48通過套管柱12下移時(shí)會觸擦套管內(nèi)腔13的那部分。
套管內(nèi)腔13已由壓緊杯體296觸擦過的那部分接著由射流孔即上沖洗孔346的液流進(jìn)行噴洗。
剛剛描述的這種方法是一種連續(xù)的方法，其中在殘余物正被打松和正從套管內(nèi)腔的一部分向鉆井上方反向循環(huán)時(shí)，套管內(nèi)腔的另一部分正被抹擦，而且套管內(nèi)腔還有另一部分正被噴洗。這些步驟在套管內(nèi)腔的不同部分是同時(shí)進(jìn)行的，而且是按上面所提到的套管內(nèi)腔各個(gè)對應(yīng)部分的順序進(jìn)行的。
此外，值得注意的是在流出射流孔346時(shí)噴洗套管內(nèi)腔的一部分的鉆井液流有時(shí)接著用來使殘余物反向循環(huán)從套管內(nèi)腔上靠近下沖洗孔352的下端部分流出。
在高度偏斜的鉆井井腔部分22中的套筒浮閥24與圖3A-3E所示的工具套組的一起使用提供了一種用于高度偏斜的鉆井的完井系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過消除打孔操作和通過使用壓緊器和空心柱塞來消除設(shè)立區(qū)域隔離的需要，大大降低完井成本。一般說來，該系統(tǒng)可大大減小鉆井完進(jìn)過程中的鉆井時(shí)間。
采用這種系統(tǒng)的鉆井10的完井方法，開始是用標(biāo)號16所示的水泥對放入井眼14內(nèi)的開采套管柱12進(jìn)行固定。特別是，鉆井在有價(jià)值區(qū)域的壁面涂上水泥，以標(biāo)號24、26和28所示的套筒浮閥在將套管柱12導(dǎo)入鉆井中之前放置在這些區(qū)域處。采用這種系統(tǒng)，如標(biāo)號24所示的套筒浮閥即可設(shè)置在鉆井10中靠近象地下巖層30、32和34那樣的某些有價(jià)值地下巖層的每一部位以進(jìn)行引噴作業(yè)。這些有開采價(jià)值的部位是根據(jù)鉆井測量記錄和其它貯存的分析數(shù)據(jù)事先確定的。采用在水平井眼應(yīng)用場合進(jìn)行固井的可行的作法是將帶有適當(dāng)數(shù)量的如標(biāo)號24所示套筒浮閥的套管柱或襯套柱12在井眼14內(nèi)對中并粘固在井眼14內(nèi)的適當(dāng)位置上。
在固井后，應(yīng)該用一個(gè)鉆井和穩(wěn)定固定器盡可能多地鏟掉和清除積存在水平段22的套管柱12底部的殘余水泥屑，所采用鉆頭的尺寸大小應(yīng)該是可以使鉆頭安全穿過套管柱12的最大直徑。在通過鉆除殘余水泥的方式清理過鉆井的全深后，如果在固井過程中置換最后的水泥柱塞時(shí)套管柱12內(nèi)的液流還未更換，那么就應(yīng)該將這些液體全換成適合于完井的過濾過的潔凈完井液體。
下入鉆井內(nèi)的下一串裝置是圖3A-3E中的工具串，它如圖1所示意的那樣包括定位工具44、噴射工具46和沖洗工具48。在圖1中，所示出的這一工具組件正開始下入鉆井10的垂直部分18內(nèi)。該工具組件將通過鉆井10的轉(zhuǎn)彎部分20進(jìn)入到鉆井10的水平部分22。工具組件首先應(yīng)該滑行至正好在最下的套筒浮閥28的下方。
然后，開始用過濾過的潔凈完井液體進(jìn)行液體噴射。液體噴射是用噴射工具46通過將液體向下泵入管柱36使液體從噴射孔210中噴出，以便讓高壓液體射流沖刷套管內(nèi)腔13的方式實(shí)現(xiàn)的。在噴射工具46通過套筒浮閥28上移的同時(shí)，管柱36將作轉(zhuǎn)動，以便從套筒浮閥28內(nèi)徑的所有凹槽處清除所有殘留的水泥。當(dāng)套筒浮閥28位于傾斜的鉆井部分時(shí)，這一占是特別重要的，因?yàn)檠靥淄哺￠y28下內(nèi)側(cè)表面會積有大量的水泥。這些水泥必須清除掉以確保定位工具44與滑套66的良好嚙合。在此噴射作用過程中，定位工具44應(yīng)該移到象由凸耳位置104B和104F所代表的它的中間位間中的一個(gè)位置處，以便定位工具44可以穿過套筒浮閥28上移，而不與套筒浮閥28的滑動套筒66接觸。
值得注意的是，當(dāng)“向上”和“向下”用于表示鉆井內(nèi)的運(yùn)動方向時(shí)，這兩個(gè)詞分別用來指沿鉆井軸線的出井或下井運(yùn)動，在許多情況下，這并不是真正指沿垂直方向運(yùn)動，實(shí)際上，可以指在鉆井的水平方位部分內(nèi)的水平運(yùn)動。
在對套筒浮閥28的內(nèi)腔進(jìn)行液體噴射后，定位工具44可穿過套筒浮閥28回降，并移動到由凸耳位置184D所表示的位置。將定位工具向上拉起，以便使下楔塊176與下嚙合塊166相嚙合，從而將它們沿徑向向外推擠，這樣它們面向上的臺肩170就與滑動套筒66的臺肩126相嚙合。向上拉動管柱36，以便對套筒浮閥28的滑動套筒66施加10000磅(44000牛頓)左右的向上的作用力。最初與閥殼50的第一凹槽78嚙合的內(nèi)夾頭76由于10000磅(44000牛頓)的向上的位力作用而壓擠第一凹槽78從而滑離該凹槽。當(dāng)內(nèi)夾頭76壓擠第一凹槽78并滑離該凹槽的時(shí)候，地面上會注意到向上的作用力減小了，從而預(yù)示著開啟程序的開始?；瑒犹淄?6繼續(xù)受到抽拉從而移動到其滿行程位置，這一情況會在滑動套筒66的頂部如圖4B所示那樣抵壓到上裝配段65的底端部63時(shí)由地面上的重量指示器示出重量突然增加而得到證實(shí)。在此刻，夾頭76就嚙合住第二閂鎖凹槽80。
這時(shí)，管柱上向上的位力會減小，以便在開啟塊166上保持有約5000至8000磅(2200至3500牛頓)向上的作用力。在保持那一向上的拉力，從而使開啟塊166與滑動套筒66的臺肩126保持操動接觸的同時(shí)，作業(yè)柱36的轉(zhuǎn)動開始保持盡可能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速。當(dāng)管柱36轉(zhuǎn)動時(shí)，由噴射心軸224連接到管柱36上的噴射工具46也作轉(zhuǎn)動。在慢慢地轉(zhuǎn)動作業(yè)柱36和噴射工具46的同時(shí)，高壓液體被泵入管柱36內(nèi)并流出噴射孔210外面。
當(dāng)滑動套筒66如剛剛所述的那樣向上滑移到其開啟位置時(shí)，每一個(gè)滑套連通孔94都如圖4D所示的那樣處在與外殼連通孔56中與其對應(yīng)的那一個(gè)孔對準(zhǔn)的位置。同樣，噴射工具46的多個(gè)噴射孔210會與多個(gè)縱向間隔開的用于布置套孔56和殼孔94的平面354、356、358和360相對正(參見圖4D)。圖4D所示的平面354至360是垂直于畫有圖4D的紙面的直立平面。
在保持噴射孔210與平面354-360對正的同時(shí)轉(zhuǎn)動噴射工具46，以便最初位于外殼連通孔56和滑套通孔94內(nèi)的易碎裂柱塞96、98能反復(fù)受到從噴射孔210噴出的高速液流的沖擊，從而令柱塞碎裂。
在為清除連通孔易碎裂材料而對柱塞進(jìn)行足夠長時(shí)間的液體噴射后，如果需要而且可行的話則可以根據(jù)預(yù)知的巖層破碎壓力和防噴裝置40及套管柱12的壓力限定值，關(guān)閉防噴裝置40(見圖1)和對鉆井10進(jìn)行增壓以便將液體泵入靠近套筒浮閥28的巖層34內(nèi)，從而確認(rèn)柱塞的清除。
一旦完成對柱塞的噴射和完成壓力試驗(yàn)，可以將定位工具44移到由凸耳位置184A所示的位置，其中定位心軸132相對于滯動組件130下滑到上楔塊174嚙合住閉合塊154為止。當(dāng)定位工具44穿過套筒浮閥28下移時(shí)，閉合塊54會被向外推擠，它們面朝下的臺肩162將與滑動套筒66的臺肩128相嚙合。然后在滑動套筒66上施加約1000磅(4400牛頓)的向下作用力，以使夾頭76產(chǎn)生縱彎曲，從而與上凹槽80脫離嚙合。滑套66接著將下滑直至夾頭76與下凹槽78相嚙合，而浮閥除了其柱塞現(xiàn)已被沖碎并且已從套孔94和殼孔56中清除之外，再一次處在圖2A-2E所示的位置。
如果需要的話，可以再次關(guān)閉防噴裝置40并可對套管作壓力試驗(yàn)以確認(rèn)套筒浮閥28實(shí)際處在關(guān)閉狀態(tài)。
然后，使工具套組上移至如套筒浮閥26處的倒數(shù)第二個(gè)套筒浮閥外，重復(fù)上述程序。在套筒浮閥26以剛剛所述的這種方式處理過后，工具套組再次上移到再下一個(gè)套筒浮閥處，直到所有的套筒浮閥為清除殘余的水泥都已進(jìn)行液體噴射，并且接著都已打開且將柱塞從其上噴射掉，然后將這些浮閥再關(guān)閉為止。
一旦所有的套筒浮閥都已經(jīng)噴射清除和再關(guān)閉，就應(yīng)該將作業(yè)柱提升到襯管的頂部，或者拉到套管柱12的傾斜部分22的頂部，并對其進(jìn)行回洗。回洗是利用反向回流，使其通過沖洗工具48的旁流道298、300進(jìn)入鉆井環(huán)隙38，然后回到?jīng)_洗工具48的內(nèi)腔302內(nèi)，接著再通過管柱36上升來實(shí)現(xiàn)的。在準(zhǔn)備初次引噴作業(yè)中，在使工具套組通過鉆井下移的同時(shí)，套管柱受到向下方向的回洗，直到套管柱為將所有的從液體噴射作業(yè)中留下的殘余物清除掉而回洗到它的總深度處為止。一旦回洗完成，就得作業(yè)柱從鉆井中抽出以便為引噴作業(yè)，即破碎作業(yè)，而換成所需要的工具組件。
圖6示出了一種引噴工具套組，在該情況下，它是一種位于鉆井10內(nèi)適當(dāng)位置處的破碎用工具套組。用于破碎作業(yè)的作業(yè)套組包括裝在定位工具44底部上的沖洗工具48，定位工具44位于壓緊裝置362的下方，所有的工具都懸吊于管柱36上。如安全閥之類的其它附屬設(shè)備也可以設(shè)置在該作業(yè)套組中。
圖6所示的作業(yè)套組滑去套管柱12的底部，最下面一個(gè)套筒浮閥28將與定位工具44相嚙合以便將套筒浮閥28的滑動套筒66移至開啟位置，其中它的滑套連通孔94是與其外殼連通孔56對準(zhǔn)的?？字幸褔娚涞袅酥虼?，當(dāng)滑套66移動到開啟位置時(shí)，套管柱12的內(nèi)部就通過開口孔94和56與周圍的巖層34連通。
然后，定位工具44從滑動套筒66上脫開，作業(yè)套組上升到在套筒浮閥28上方需要開采的井段處，在該部位設(shè)置壓緊裝置362。接著，區(qū)域34按要求進(jìn)行引噴。利用破碎套柱，將破碎用的液體通過套筒浮閥28的孔口泵入周圍的巖層以形成裂縫364?？梢岳斫?，許多其它類型的引噴作業(yè)也可以通過套筒浮閥28在巖層34上施行，例如酸化處理之類的作業(yè)等。
在引噴作業(yè)后，可以對區(qū)域34進(jìn)行清理并可進(jìn)行作為通過管柱36所要求的開采支承部位試驗(yàn)。在試驗(yàn)之后，為保持對鉆井的控制而放棄區(qū)域34，并松開壓緊裝置362。然后，通過沖洗工具48再次對套管內(nèi)腔12的內(nèi)部和套筒浮閥28的內(nèi)部進(jìn)行回洗，以便將粉碎的砂粒和巖層碎屑從套管內(nèi)腔12的內(nèi)部和從套筒浮閥28的內(nèi)部清除掉。接著，套筒浮閥28再次與定位工具44嚙合，而該套筒浮閥28的滑動套筒66則移動到閉合位置。
之后，作業(yè)套組上移到倒數(shù)第二個(gè)套筒浮閥26，重復(fù)作業(yè)過程使巖層破碎，接著回洗套筒浮閥26，然后重新關(guān)閉套筒浮閥26。接著，作業(yè)套組上移到下一個(gè)套筒浮閥24，再一次重復(fù)這一作業(yè)過程。
在完成了所有的地下巖層30、32和34的引噴之后，如果需要的話，在滑入開采壓緊裝置或者準(zhǔn)備使用開采套連接器的準(zhǔn)備中，可以有選擇地重新打開套筒浮閥24、26和28，然后從鉆井中抽出圖6所示的破碎套組。
圖7示意性的示出了僅僅是鉆井10下部區(qū)域34的選擇性完井方法，在移走圖6所示作業(yè)套組前，最下面的套筒浮閥28的滑動套筒66已移至開啟位置。然后，在圖6所示作業(yè)套組移走之后，將一個(gè)開采管柱366和一個(gè)開采壓緊裝置368滑入并置于套筒浮閥28的上方。接著，從地下巖層34處開采的井液通過套筒浮閥28和通過開采管柱366向上回流。
由此可見，本發(fā)明很容易獲得上述目的和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明所固有的優(yōu)點(diǎn)。由于為了充分公開已對本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例作了圖解和描述，所以熟悉本技術(shù)的人員可以做出許多種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于對鉆井內(nèi)具有一個(gè)滑動件的鉆井工具進(jìn)行液體噴射的器械，該器械包括一個(gè)可操縱地與鉆井工具(24)的滑動件(66)相嚙合的定位裝置(44)；和一個(gè)噴射裝置(46)，該噴射裝置(46)以可轉(zhuǎn)動連接件(201)連接到所述定位裝置(44)上，以便可以相對于所述定位裝置和鉆井工具轉(zhuǎn)動，用于在其相對于鉆井工具轉(zhuǎn)動時(shí)對鉆井工具進(jìn)行液體噴射。
2.如權(quán)利要求1所述的器械，其特征在于所述噴射裝置(46)包括一個(gè)具有在其內(nèi)構(gòu)成的帶有開口的上端(204)和開口的下端(206)的流室(202)的噴射段頭(200)，所述段頭具有一帶有多個(gè)噴射孔(210)的周壁(208)，所述噴射孔穿透所述周壁并與所述流室連通;所述段頭還具有一個(gè)設(shè)置在所述流室的所述下開口端處的止回閥裝置(218)，用于讓向上的液流自由地流過所述流室并且防止向下的液流從所述流室的所述下開口端處的止回閥裝置(218)，用于讓向上的液流從所述流室的所述下端流出，以便使流經(jīng)所述流室的向下的液流通過所述噴射孔轉(zhuǎn)向。
3.如權(quán)利要求2所述的器械，其特征在于所述止回閥裝置包括一個(gè)在所述流室(202)的所述下開口端(206)處構(gòu)成的閥座(220)和一個(gè)其尺寸大小正好密封地嚙合該閥座的球閥件(222)，所述球閥件可不受限制地向上進(jìn)入所述流室;所述噴射段頭還包括一個(gè)位于其上開口端(204)中的球護(hù)圈(224)，以防止所述球閥件(222)被上升的流液沖出所述流室。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的器械，其特征在于該器械還包括一個(gè)位于所述定位裝置(44)和所述噴射裝置(46)下方的沖洗裝置(48)，用于在反向回流下流經(jīng)過鉆井環(huán)隙(38)和上流通過所述沖洗裝置和所述噴射裝置的同時(shí)，沖洗所述鉆井內(nèi)腔。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的器械，其特征在于該器械還包括一個(gè)用于提供在所述定位裝置(44)和所述噴射裝置(46)之間的轉(zhuǎn)動連接機(jī)構(gòu)和用于連接所述定位裝置和所述噴射裝置以使它們能相對于所述鉆井共同作縱向移動的回轉(zhuǎn)裝置(201)。
6.如權(quán)利要求1所述的器械，其特征在于所述噴射裝置(46)包括一個(gè)具有一在其上構(gòu)成的流室(202)和一帶有多個(gè)噴射孔(210)的壁(208)，所述噴射孔穿通該壁并與所述流室連通，所述噴射裝置還包括一個(gè)固定地裝到所述噴射段頭上用以與所述噴射段頭一起相對于所述定位裝置轉(zhuǎn)動的可轉(zhuǎn)動噴射心軸(224)，所述心軸(224)具有一貫穿其內(nèi)并與所述流室連通的心軸內(nèi)腔(240)。
7.如權(quán)利要求6所述的器械，其特征在于所述定位裝置(44)包括一滯動組件(130)，該組件具有一條貫穿其內(nèi)的縱向通道(146);一定位心軸(132)，該心軸穿置于所述滯動組件的所述縱向通道內(nèi)并可作相對于所述滯動組件的縱向移動;和一個(gè)操縱裝置(134)，該裝置用于響應(yīng)所述定位心軸相對于所述滯動組件的縱向往復(fù)運(yùn)動有選擇可操縱地與鉆井工具的滑動件相嚙合。
8.如權(quán)利要求7所述的器械，其特征在于所述定位心軸(132)有一貫穿其內(nèi)的定位心軸內(nèi)腔(242)，所述可轉(zhuǎn)動噴射心軸(224)同心地并可轉(zhuǎn)動地穿容于所述定位心軸內(nèi)腔內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的器械，其特征在于該器械還包括一種用于提供在所述定位裝置(44)的所述定位心軸(132)和所述噴射裝置(46)的所述噴射心軸(224)之間的可轉(zhuǎn)動連接機(jī)構(gòu)和用于連接所述定位心軸和所述噴射心軸以使兩者能相對于所述鉆井共同作縱向移動的回轉(zhuǎn)裝置(201)。
10.如權(quán)利要求9所述的器械，其特征在于所述回轉(zhuǎn)裝置(201)包括一個(gè)連接到所述定位心軸(132)的上端上的旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體(244)，所述旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體有一在其內(nèi)構(gòu)成的內(nèi)環(huán)形凹槽(258);一個(gè)在所述噴射心軸(224)上構(gòu)成的外環(huán)形臺肩(264)，所述環(huán)形臺肩容納在所述殼體的所述環(huán)形凹槽內(nèi);和分別置于所述環(huán)形凹槽內(nèi)所述環(huán)形臺肩的上方和下方的上(266)、下(268)止推軸承，所述上、下止推軸承每一個(gè)都有固定到所述旋轉(zhuǎn)節(jié)殼體上的外座圈(270、274)和固定到所述噴射心軸上的內(nèi)座圈(272、276)。
全文摘要
一種用于對具有一個(gè)滑動件的井下鉆井工具進(jìn)行液體噴射的器械，該器械包括一個(gè)用于可操縱地與鉆井工具(24)的滑動件(66)相嚙合的定位裝置(44)；和一個(gè)噴射裝置(46)，該噴射裝置(46)以可轉(zhuǎn)動的連接機(jī)構(gòu)(201)連接到所述定位裝置(44)上，以便可以相對于所述定位裝置和鉆井工具轉(zhuǎn)動，用于在其相對于鉆井工具轉(zhuǎn)動時(shí)，對鉆井工具進(jìn)行液體噴射。
文檔編號E21B37/00GK1051956SQ9010907
公開日1991年6月5日 申請日期1990年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月8日
發(fā)明者戴維·D·索爾考, 史蒂文·L·施韋格曼 申請人:哈利伯頓公司