專利名稱：液壓釋放系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于抽井的鉆井和完井的工具和方法，尤其是，本發(fā)明涉及在套管下井，特別是下到斜井后，能用于可靠地釋放連接于套管的鉆柱。
一個(gè)斜井可定義為井眼，它有一個(gè)與垂直方向成大角度的主要部分，通常有一個(gè)短的垂直部分，接著是很長的、近似水平的部分。其結(jié)果是，井的底部比較淺(即小于3000英尺)，但是井的底部從井頂開始水平移動(dòng)了很遠(yuǎn)的距離(即大于5000英尺)。
當(dāng)鉆一個(gè)典型的油井時(shí)，要用旋轉(zhuǎn)的鉆柱和連接的鉆頭，并結(jié)合鉆井泥漿以鉆一個(gè)井眼。鉆了井眼后，套管可以下到井眼，并橫跨非生產(chǎn)層段，和/或襯管下到井眼，并橫跨生產(chǎn)層段。在下井操作期間，連接于鉆柱或工作柱的襯管或套管(或其它管)可以取下。
下套管通過斜井會(huì)遇到困難，因?yàn)樵谔坠芎途郾谥g有摩擦。由于套管和鉆桿的重量會(huì)對(duì)著近似于水平的井眼壁的產(chǎn)生阻力。該阻力會(huì)引起嚴(yán)重的問題。
已經(jīng)知道的許多方法用以克服阻力問題。在下套管期間，已采用增加鉆井泥漿的潤滑來降低由于阻力而產(chǎn)生的摩擦。下套管也需要一個(gè)浮動(dòng)腔，如美國專利No4986361(引用結(jié)合在本發(fā)明中)所述的，以減少有效重量從而減少阻力。然而，浮動(dòng)腔會(huì)妨礙鉆井泥漿的流動(dòng)。甚至在降低了有效重量情況下，下一個(gè)浮動(dòng)的干套管(沒有鉆井泥漿循環(huán))會(huì)抵消由降低有效重量而得到的任何降低阻力。
還有，在套管下井時(shí)，將套管下到斜井的常規(guī)工具還不能轉(zhuǎn)動(dòng)套管。一旦套管到位后，常規(guī)使用的一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向從套管釋放下套管用的工具。旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩和柱重的振蕩會(huì)引起常規(guī)接頭過早的松開。其它常規(guī)工具在下套管后可以旋轉(zhuǎn)，但這些工具要求間斷操作，并且也不允許流體(即鉆井泥漿或水泥漿)流過該工具。
一旦套管下到位，通常更換不允許流體流動(dòng)的工具，從而灌入水泥漿以便將套管固定到井眼壁。水泥漿是用泵打入，通過鉆桿，工具、套管并進(jìn)入套管和井眼壁之間的井眼環(huán)形空間。通常水泥漿灌到井下，接著是鉆井泥漿或其它由泵打入的流體。泵打入的流體和水泥漿，通常用頂塞或鉆桿刮塞將其分隔開，刮水器通過鉆柱，釋放工具和大部分的套管。刮塞通常停止或落入靠近套管的底部，在止塞箍處。止塞箍和落入的刮塞可以阻止水泥漿的進(jìn)一步流動(dòng)，直到水泥凝結(jié)。一旦套管固定之后，套管松開鉆管，并且從井眼移出鉆管。然后在油井投產(chǎn)前，將其余的水泥、浮鞋、刮塞以及浮箍從井中移走。
由于這些工具的局限性，通常在下套管期間它們不可能浮動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和使?jié)櫥后w流動(dòng)，并且在至少?zèng)]有間斷操作和改換工具的情況下，使水泥漿流動(dòng)，水泥漿的定位、凝固和固定套管。此外，通過接近水平的工具和套管到止塞箍的刮塞的可靠性可能達(dá)不到所要求的高度。例如，工具會(huì)阻塞，并且在通過套管前攔住刮塞，阻止已接受的泥漿充填井眼環(huán)部和水泥的注入。其結(jié)果是，導(dǎo)致井眼環(huán)部的密封不完全，以及不能釋放套管和移出工作柱。
本發(fā)明提供一種經(jīng)濟(jì)和高可靠性的系統(tǒng)和方法，它用于從套管上分離鉆柱，尤其是，在下套管期間，該套管已被轉(zhuǎn)動(dòng)和浮動(dòng)，然后在井下被定位和灌水泥。本系統(tǒng)的設(shè)備包括一較小直徑的管柱或注水泥插頭，它從釋放工具延伸到套管內(nèi)，在注水泥插頭和套管之間形成環(huán)狀空間。注水泥插頭包括通道管接頭和在通道管接頭下游的密封座組件。用制動(dòng)/密封組件密封環(huán)狀空間，它在密封座組件的下游，靠近注水泥插頭的頂端。靠近插入管的底部，一個(gè)襯管刮塞連接于注水泥插頭，它允許流體通過注水泥插頭，并且循環(huán)返回井眼環(huán)部。該系統(tǒng)也包括一液壓釋放工具，或第一接頭，它由液體壓力控制，一個(gè)第二接頭或安全釋放工具，以及一個(gè)膨脹式封隔器(或其它套管頂部裝置)，它用于在井眼內(nèi)固定和密封該系統(tǒng)。下套管后，水泥漿段塞被泵入井眼環(huán)部和通過帶眼接頭以安置套管頂部裝置，以便將套管定位，并加固和合適地封住。然后驅(qū)動(dòng)釋放工具，從注水泥的套管上松開鉆柱，并在油井投產(chǎn)前(即產(chǎn)油)取出鉆柱。
如果襯管刮塞不能落到和密封止塞箍和浮箍的座上，那么在套管的頂部將常常不可能設(shè)置流體驅(qū)動(dòng)裝置。在水泥漿提供一個(gè)背壓力密封后，將帶有下放裝置的容積式刮塞插入一個(gè)測量的容積的流體中，以便形成推動(dòng)套管頂部裝置的流體。刮塞落到座組件，堵塞座下游的插入管流體通道。堵塞的流體保證水泥漿合適地定位，也允許提高施加套管頂部裝置和液壓釋放工具上的壓力。如果提高的流體壓力仍然不能釋放第一接頭。那么當(dāng)施加增大的軸向力和/或流體壓力時(shí)，可以釋放安全接頭。
本發(fā)明避免需要常規(guī)的襯管刮塞(即提供可靠的后備用)，它密封于座裝置。因此，如果襯管刮塞組件不能密封座裝置。那么驅(qū)替過程將繼續(xù)直到使阻塞的刮塞(即落下裝置)落到通道管接頭的下面的座組件上。這樣會(huì)發(fā)生在水泥均衡之前，從正在移動(dòng)的套管外面流到并留在套管的里邊(從而導(dǎo)致不能封住襯管的底部)。本發(fā)明提供可取走的注水泥插頭、插塞、插座，在與水泥上面的第二流體漿結(jié)合，以便使水泥到位并使其凝固。取出鉆柱，同時(shí)也能取出連接的注水泥插頭(和管塞)。
在下套管期間，當(dāng)潤滑液流動(dòng)時(shí)，本系統(tǒng)和方法允許浮動(dòng)的套管旋轉(zhuǎn)。在沒有明顯的間斷和更換工具的情況下，使水泥漿流動(dòng)，然后流到套管的下面，通過套管頂部裝置以凝固水泥(即膨脹封隔器的膨脹/不膨脹)，然后完成釋放。該系統(tǒng)允許流動(dòng)直到水泥漿合適地流到套管的下部，然后在允許流體流動(dòng)以便安置套管頂部裝置的同時(shí)，限制其流動(dòng)可以可靠地提高壓力以便驅(qū)動(dòng)液壓釋放工具。還提供后備高轉(zhuǎn)矩的安全接頭以便達(dá)到更為可靠。在注水泥過程中，工具組件也允許套管轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向上下運(yùn)動(dòng)，以便可靠地灌入井眼環(huán)部并除去氣泡。
附圖示出一個(gè)分開的、液壓釋放系統(tǒng)的半剖視圖，特別適合于下套管，灌水泥和釋放連接的工作管柱。
為了保證中空活塞驅(qū)動(dòng)的、如在1991年3月26日申請的英國專利No07/626266中所描述的可靠操作，一種管塞或刮塞落到活塞上，以便使流體停止流動(dòng)。停止了流體流動(dòng)和由于裝上了管塞而增加表面積，提供了附加力以移動(dòng)活塞并且釋放工具。
然而，一旦管塞落在活塞上時(shí)，將無法控制下游的壓力。由于活塞上裝有管塞，用膨脹式封隔器定位或固定套管這個(gè)重要的功能將會(huì)損失。雖然封隔器不是重要的，但它有助于確保套管得到較好的固定。最好的實(shí)施例是提高施加于釋放工具的中空活塞上的力，而不損失膨脹式封隔器的功能。
參看

圖1所示，釋放系統(tǒng)2將鉆柱或工作柱3連接于套管(或其它管)4。釋放系統(tǒng)包括像管道或空腔件的外柱和內(nèi)柱。外柱和內(nèi)柱的頂上是第一釋放接頭，即液壓釋放工具5(連接于鉆柱3的下端)，它由液壓的流體壓力控制。在外柱的下孔端連接有第二釋放接頭，即安全釋放工具6、膨脹式封隔器7，并且一制動(dòng)/密封組件8連接于套管4。在這些零件內(nèi)，一個(gè)較小直徑的注水泥插頭或內(nèi)管柱9也連接于液壓釋放工具5。內(nèi)管柱9包括一通道管接頭10和座組件11。
內(nèi)管柱9和組件外管之間形成第一內(nèi)環(huán)，即第一環(huán)狀空間12，其頂部用第一釋放接頭3封住。內(nèi)管柱9用制動(dòng)/密封組件8可以支承在第一環(huán)狀空間12的底部，但是不管支承或是不支承，制動(dòng)/密封組件8構(gòu)成了第一環(huán)狀空間12的底部密封。制動(dòng)/密封組件8也構(gòu)成了在管柱9和套管4之間的第二環(huán)狀空間，即氣環(huán)13的頂部密封。氣環(huán)空間13的底部由套管頂塞14封住，它連接于管柱9的下端，雖然氣環(huán)最好是注以空氣，但也可以抽空或充以其它液體，液體的密度最好低于鉆井泥漿或其它泵抽送的液體。
液體釋放工具5的最佳實(shí)施例如1991年3月26日申請的美國專利No07/626266所描述的，并在本發(fā)明中被引用作為參考。該工具5包括一剪切組件15和一個(gè)連接下放工具頭16。剪切組件15和下放工具頭16具有使用于鉆井和完井的工作液體流過的軸向通孔。
剪切組件有四個(gè)徑向伸出的擋塊18，當(dāng)伸出時(shí)，剪切組件連接于下放工具頭，當(dāng)縮回時(shí)，松開兩擋塊，如果活塞17是處于圖示的固定位置，活塞17能使使和保持擋塊18向外伸出的位置。由于多個(gè)剪切銷19使活塞保持圖示的固定位置。
由于驅(qū)動(dòng)的流體壓力切斷剪切銷19，使活塞17的不相似的前部和尾部表面產(chǎn)生力，使得活塞17產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，并且擋塊縮回到活塞的徑向凹處。這些剪切銷19從活塞17伸到組件15內(nèi)。
下放工具頭16具有插座以便容納伸進(jìn)的擋塊18，擋塊可釋放地連接下放工具頭16至組件15。擋塊可以是倒角的，依靠下放工具頭擋塊能容易地進(jìn)行軸向接合，并且當(dāng)擋塊縮回力(即由彈簧或驅(qū)動(dòng)臂提供)不足時(shí)，它有助于擋塊縮回。另一種是，當(dāng)其它旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)換力施加于這些面時(shí)，擋塊其它面的其它倒角也能提供縮回力。
在對(duì)該系統(tǒng)的其余部分進(jìn)行詳細(xì)描述之前，將對(duì)運(yùn)用于下套管的液壓釋放工具的操作，作簡要的說明。
通過連接擋塊18，使剪切組件15和下放工具頭16連接在一起，通過鉆桿3轉(zhuǎn)動(dòng)釋放工具5，鉆桿連接于下放工具頭16，該下放工具頭傳送力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)套管4。當(dāng)套管旋轉(zhuǎn)時(shí)，并且同時(shí)潤滑液如鉆井泥漿從地面通過內(nèi)腔或組件的流體通道向下流，并經(jīng)由井眼環(huán)狀空間(如箭頭A所示)重返回到地面時(shí)，套管4能被下到井眼。因此，在井眼壁和套管之間的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力將會(huì)小于當(dāng)套管不被潤滑、旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)時(shí)的摩擦力(即較高的靜態(tài)摩擦將產(chǎn)生較高的制動(dòng)力)。由于旋轉(zhuǎn)和潤滑，在高角度、斜井中產(chǎn)生的摩擦問題已基本上被克服。
下面繼續(xù)詳細(xì)說明，下放工具頭的下端部連接于安全釋放接頭，即工具6的上端部。安全釋放工具6的最佳實(shí)施例如1990年9月27日申請的美國專利No07/589321所描述的，并且在本發(fā)明中被引用作為參考。在安全工具6的可分離零件的槽配合表面20的槽舌可以用罩21(為了清晰用虛線表示)保護(hù)。剪切銷22也用于保持連接的接頭直到足夠的軸向拆開牽引力和/或壓力切斷剪切銷22為止。按上述常規(guī)的要求設(shè)計(jì)壓力和/或力以便下套管4，和釋放所用的液壓釋放工具5。
安全工具6的下端部連接于膨脹式封隔器或其它套管頂部裝置7的上部。在最佳的實(shí)施例中，膨脹式封隔器可以從K&M企業(yè)獲得，它位于加利福利亞的Bakersfield。封隔器可以密封井眼的環(huán)狀通道，并且在井眼23內(nèi)用作套管4的頂部固定。
膨脹式封隔器是許多套管頂部裝置中的一種，用以定位或固定套管。封隔器包括可膨脹的膜片24，它可膨脹密封在系統(tǒng)2的外部和井眼23之間的環(huán)狀通道(為了清晰僅部分示出)。流到膨脹膜片24(為了清晰圖示的是未膨脹的，當(dāng)膨脹時(shí)用虛線表示)的流體從內(nèi)管柱9通過通道接頭10的流通口25得到供應(yīng)。通過流通口25后，流體進(jìn)入第一內(nèi)環(huán)12，并且從徑向流到膨脹的膜片24。流通口25可以另外包括一個(gè)閥或其它裝置以保持密封的壓力，直到釋放為止(未示出)。閥最好是壓力驅(qū)動(dòng)的二通閥(開和關(guān))。
膨脹式封隔器7的下端部是與制動(dòng)/密封組件8的上端部連接。在最佳的實(shí)施例中，制動(dòng)/密封組件可以從位于加利福尼亞的，Bakersfield的K&M企業(yè)獲得。制動(dòng)/密封組件8主要用于密封，但也可以將內(nèi)管柱9支承在一承載表面上，它可以經(jīng)封隔器7、安全接頭6和第一釋放工具5傳送任何軸向載荷到鉆柱3。傳送載荷改進(jìn)了系統(tǒng)的可靠性，特別是對(duì)于長的內(nèi)管柱9和長的氣環(huán)空間13。徑向凸緣，或定中心器26，它有助于組件往井眼23內(nèi)對(duì)中。因此，當(dāng)套管在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)可以保護(hù)套管頂部不會(huì)受到損壞或摩損。當(dāng)釋放工具5釋放和移出時(shí)，制動(dòng)/密封組件8也允許管柱9移走(通過牽引)。在釋放之前，在上述移動(dòng)過程中，套管頂塞14被抽到了底部。套管頂塞是可以變形的，以適應(yīng)若干個(gè)不同的內(nèi)徑。套管頂塞也可以從內(nèi)管柱9中分離出，以便讓內(nèi)管柱移走。
制動(dòng)/密封組件8的連接表面也構(gòu)成了第二空腔即氣環(huán)空腔13的最高的密封。該空腔通常是伸到套管長度的大半部。(圖示的套管4的長度不具有代表性)當(dāng)下井操作中，氣環(huán)空腔13和為使用它以減少阻力的方法，另外描述在1990年8月22日申請的美國專利No07/569691中，并在本發(fā)明中被引用作為參考。
當(dāng)套管被下到井眼中，通常開始要進(jìn)行安裝和灌水泥操作。水泥漿被送入鉆柱3并排放到井下。水泥漿被壓平以便使套管4固定到井眼23的壁上。雖然不需要，但用固體粒子分離器或鉆桿刮塞(一般包括彈性體化合物并是環(huán)狀的，為了清晰未示出)，水泥漿也可以從其它流體中分離出。鉆桿刮塞可以從加利福利亞Bakersfield的K&M企業(yè)獲得。鉆桿刮塞通過鉆桿移動(dòng)，并最后插入到套管頂塞中。然后提高壓力(通常接近1000psig或69.0大氣壓)，以切斷連接套管頂塞與注水泥插頭組件的銷。
在鉆桿刮塞后，帶有落下裝置的容積式刮塞引入并且至插入體積(即在水泥漿/鉆桿刮塞和剩余的排出/容積刮塞之間的第二流體)。大致的插入體積最好是等于在座組件11下面的管柱9和套管體積(不包括氣環(huán)13)。如果使用，鉆桿刮塞和套管頂塞的結(jié)合，可以從后來流入到鉆柱3的流體中分開最上面部分的水泥漿，最后落到靠近于套管4底部的止塞箍和/或浮動(dòng)箍/浮鞋組件(未示出)或套管頂塞(和刮塞止塞箍)14，所以水泥漿基本上是在套管4和井眼壁23之間。套管可以進(jìn)一步浮動(dòng)或軸向地往復(fù)移動(dòng)以均勻分布水泥漿，使可靠地涂復(fù)在井眼的環(huán)壁上，并且從水泥漿中排走氣泡。套管頂部裝置7用以密封井眼環(huán)狀空間和固定套管于井眼中。
一旦固定和/或灌水泥操作基本完成，將鉆柱3內(nèi)的液體壓力提高到足以切斷剪切銷19，并使活塞17向下移動(dòng)。如果活塞向下移動(dòng)，即出現(xiàn)釋放擋塊18。擋塊被移動(dòng)或向內(nèi)驅(qū)動(dòng)。從而松開連接的下放工具16。
實(shí)施例類似于上述的一個(gè)系統(tǒng)，在把組件帶到要下套管的井之前，一般是把組件部分裝配好或預(yù)先裝配好。用于該實(shí)施例的套管的標(biāo)稱直徑為7英寸(17.8cm)，厚為0.0408英寸(0.1036cm)，鉆柱由42英尺(1.28m)長的套管做成。該系統(tǒng)使用一個(gè)7英寸(17.8cm)標(biāo)稱K&M液壓釋放工具，一個(gè)K&M7英寸(17.8cm)標(biāo)稱整體鑄造的封隔器(ICP)，作為套管頂部固定和井眼環(huán)狀空間密封，一個(gè)8 3/8 英寸(21.27cm)標(biāo)稱帶槽的制動(dòng)/密封組件，一個(gè)3 1/2 英寸(8.89cm)標(biāo)稱通道管接頭，一個(gè)3 1/2 ×2.50英寸(8.89×6.35cm)標(biāo)稱座組件，一個(gè)3 1/2 英寸(8.89cm)標(biāo)稱直徑的內(nèi)管柱，一個(gè)7英寸(17.78cm)標(biāo)稱浮鞋，一個(gè)7英寸(17.78cm)標(biāo)稱浮箍，和一個(gè)7英寸(17.78cm)標(biāo)稱套管頂塞。
大致的表面設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)和/或剪切壓力如下用刮塞封住的套管頂塞……1000psig(69大氣壓)在ICP上的開啟閥……1500psig(103大氣壓)在ICP上的截止閥……1200psig(83大氣壓)在座上不帶容積式刮塞的液壓釋放工具……2200psig(151大氣壓)在座上帶容積式刮塞的液壓釋放工具……2200psig(151大氣壓)最大負(fù)荷額定值……340，000磅(764388達(dá)因×106)最大轉(zhuǎn)矩額定值……110，000ft-1bs(81，121焦耳)安全接頭……180，0001b(404，676達(dá)因×106)收集浮鞋和浮箍(最好是至少兩個(gè)浮鞋)，并將其組裝，即裝到靠近套管的最底部的端面。組裝套管頂塞/止塞箍至套管，在浮箍上有一套管接頭。收集剩下的套管和較小直徑的管柱并下到井里。改變升降機(jī)至5英寸(12.7cm)標(biāo)稱直徑的升降機(jī)后，組裝ICP，安全接頭和帶有橫穿過底部的制動(dòng)/密封組件的液壓釋放頭至套管和較小的管柱，在液壓釋放工具頂上組裝鉆井減震器和鉆柱，并且當(dāng)組件旋轉(zhuǎn)時(shí)套管下到井底。如果需要，在下套管時(shí)，也可以進(jìn)行鉆井泥漿的循環(huán)。
下套管后，將水泥漿灌入組件內(nèi)，并在水泥漿后用鉆桿刮塞落入。接著灌入鉆井泥漿以代替水泥漿，直至刮塞落到套管頂塞上。在置換期間，在鉆桿刮塞之后投入容積式刮塞，如果鉆井泥漿的容積等于在止塞箍下面的套管容積，大約損失1bb1(159升)。如果套管頂塞碰撞到止塞箍，表面流體壓力升高到2300psig以開啟和膨脹ICP。壓力保持大約為5分鐘，然后提高壓力并降低到排放壓力，并鎖住封隔器。流體壓力再次提高到大約2200psig以釋放液壓釋放工具。釋放將通過增加(即提高流量)循環(huán)和減少旋轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)矩而顯示出。然后，鉆柱(和組件的連接部分)從液壓釋放工具的下放工具頭(和連接的零件，包括固定的套管)中撤出。
如果套管頂塞沒有撞擊，容積式刮塞將落入在通道管接頭下面的座組件中。壓力是隨著上述封隔器的膨脹和形成而變化，然后從鉆柱釋放套管。如果液壓釋放工具沒有得到釋放，提高流體壓力和/或施加足夠的表面牽引力，以釋放安全接頭。
液壓釋放系統(tǒng)的另外實(shí)施例可以包括使用其它壓力驅(qū)動(dòng)裝置以釋放連接頭，例如裝在驅(qū)動(dòng)活塞的流體旁流上游的切斷圓盤。并且避免需要剪切銷，或是連接于鎖緊機(jī)構(gòu)的波登管，或是驅(qū)動(dòng)筒形線圈控制的脫鉤裝置的壓力變換器信號(hào);使用其它壓力驅(qū)動(dòng)裝置用以定位、固定/或密封內(nèi)管柱，例如彈簧承載徑向活塞或從套管延伸到井眼壁的探測器，在那里提高壓力有助于探測器伸到待測的位置;除去套管頂塞，并在氣環(huán)中，根據(jù)方位和密度不同去容納空氣;另外有更多的凸緣或定中心器設(shè)在套管和/或工具的外表面以便定位靠近井眼中部的套管的其它部位;用釋放工具和單獨(dú)能驅(qū)動(dòng)的封隔器或其它液體驅(qū)動(dòng)的裝置以連接鉆頭(即使流到鉆頭的流體被堵塞)并加固。如果鉆頭被卡住，即釋放鉆頭。
本發(fā)明最佳的實(shí)施例已作了描述，一個(gè)具體的例子和某些另外的實(shí)施例也作了說明，此外在不脫離本發(fā)明的精神下可以做出變化和修改。因此應(yīng)指出，在本發(fā)明內(nèi)，所作的變化、修改和別的實(shí)施例均屬于本發(fā)明權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于將流體傳送到和把套管下到地下井眼的設(shè)備；它包括一個(gè)帶孔的鉆柱和在井眼內(nèi)從靠近地表面的第一端延伸到井下端；一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的釋放工具，它具有連接所說井下端的上孔端，所說的工具具有可延伸的擋塊，它裝在第一可分離零件和第二可分離零件，它們有相匹配的插座用以可釋放地連接所說的鉆柱到所說的套管，所說的工具具有流體通道用以連接所說的孔；一個(gè)膨脹封隔器，它具有流體通道并連接所述工具的下孔端；一個(gè)注水泥插頭也連接于所說的工具的下孔端，至少部分位于所說的流體通道內(nèi)，并且在流體連接所說的通道中，具有流體流動(dòng)座和流體流通口，用以膨脹所說的封隔器，當(dāng)流體流過的所說的座不通時(shí)，所說的流通口可以膨脹所說的封隔器；并且一個(gè)套管連接于所說的封隔器。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所說的工具包括一個(gè)主體，它具有一縱向軸線和一個(gè)沿著軸線的縱向孔;在固定位置和釋放位置之間，在主體孔內(nèi)有一個(gè)可移動(dòng)的活塞，活塞也具有一縱向孔，并且有不同的面積，以便根據(jù)本體內(nèi)的液體壓力在活塞上產(chǎn)生新的力，該力有助于活塞從固定位置的釋放位置移動(dòng);在主體內(nèi)有多個(gè)擋塊，在靠近于軸線的收縮位置和離開軸線并朝向本體的伸展位置之間，可以徑向地延伸;移動(dòng)擋塊的裝置，當(dāng)活塞移動(dòng)到釋放位置，它可使活塞在所說的伸展位置和收縮位置之間移動(dòng);在活塞上接合擋塊的裝置，當(dāng)活塞處在固定位置時(shí)，它用以使擋塊保持在主體的外面;在活塞和主體之間的裝置，它用以保持活塞在固定位置直到主體孔內(nèi)形成所確定的液體壓力，并且當(dāng)液體壓力超過所確定的壓力;即可釋放活塞，從而使活塞移動(dòng)到釋放位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的設(shè)備，其中所說的在活塞上接合擋塊的裝置包括，在活塞處于固定位置時(shí)，有一個(gè)落在活塞規(guī)定的位置上并連接擋塊底表面的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說的設(shè)備，其中所說的移動(dòng)裝置包括一往復(fù)桿，當(dāng)所說的活塞從其固定位置移動(dòng)到釋放位置時(shí)，它用以推動(dòng)所說擋塊徑向地往里。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所說的設(shè)備，其中所說的保持裝置包括在主體和活塞之間有多個(gè)銷切銷，當(dāng)壓力大于所規(guī)定的壓力時(shí)，銷被切斷。
6.一種設(shè)備用以將連接到一個(gè)工作管和套管進(jìn)入到地下腔，它有一主要的軸線，通過所說的工作管傳送流體，它包括一個(gè)工作管，在地下腔中，它從靠近表面端延伸到工具端;一個(gè)流體驅(qū)動(dòng)的工具，用以釋放所說的工作管與所說的套管的連接，所說的工具有一下端連接到所說的套管和有一上端連接到所說工作管端，并且有一流體通道從連接所說的工作管;一個(gè)連接到所說的套管的外部結(jié)構(gòu)，和一個(gè)可膨脹的膜片連接到所說外部結(jié)構(gòu)，用以將所說的套管定位到所說的地下腔，通過所說的流體通道供應(yīng)流體，使所說的膜片向外膨脹;一個(gè)內(nèi)管，它具有從工具端到套管端的流體通道，并且所說的內(nèi)管至少部分位于所說的流體通道內(nèi)，并在所說的膜片和內(nèi)管之間構(gòu)成第一內(nèi)環(huán)，內(nèi)管包括第一裝置，用以限制流體從所說的流體通道到所說的環(huán)部的流動(dòng);第二裝置，用以限制流體從所說流體通道到套管端部的流動(dòng)，在那里所說的第二限制裝置基本上不限制流體流過所說的第一限制裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所說的設(shè)備，其中所說的膜片是由所說的內(nèi)環(huán)供應(yīng)的流體而膨脹的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所說的設(shè)備，其中所說的內(nèi)管也包括第一密封，它用以密封和分離所說內(nèi)環(huán)成為第一和第二環(huán)部，所說第一密封位于所說第一限制裝置和所說套管的最接近的末端之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所說的第一密封也包括用以傳遞力的裝置，即通常延著軸線，從所說內(nèi)管傳遞到外部結(jié)構(gòu)的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所說的設(shè)備，其中所說的用傳遞力的設(shè)備和第一密封包括一制動(dòng)/和密封組件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所說的設(shè)備，其中所說的內(nèi)管延伸到所說套管的大部分，和所說內(nèi)管也包括為了用所說第二環(huán)部貯存空氣的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，在所說工具和膜片之間也包括一個(gè)可分離的斷開和連接的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所說可分離的斷開裝置是一高轉(zhuǎn)矩的安全接頭。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所說用以貯存空氣的裝置包括一套管頂塞，它連接于所說內(nèi)管的管端。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所說的第二限制裝置包括一座組件，當(dāng)在所說的工作管內(nèi)的流體壓力小于第一壓力時(shí)，它能夾持一流體流動(dòng)管塞。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述設(shè)備，其中所說的第一壓力至少大約為3000psig，并且所說的管塞是容積式的刮塞。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所說的膜片和結(jié)構(gòu)包括一膨脹封隔器，當(dāng)所述工作管內(nèi)的流體壓力至少大約為2300psig時(shí)，它能密封住。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述的工具包括(ⅰ)一個(gè)主體，它具有縱向軸線，并且沿著軸線有一縱向孔;(ⅱ)在主體的孔內(nèi)有一個(gè)可移動(dòng)的活塞，在其活塞固定位置和釋放位置之間，有一縱向通道，并且依據(jù)在主體的孔內(nèi)的液體壓力，在活塞上產(chǎn)生一個(gè)力，它有助于使活塞從固定位置向釋放位置移動(dòng);(ⅲ)在主體內(nèi)有多個(gè)擋塊，能在相對(duì)于軸線的收縮位置和離軸線更遠(yuǎn)的延伸位置之間和朝著主體，對(duì)著軸線能作徑向地延伸;(ⅳ)一個(gè)裝置，當(dāng)所說的活塞從固定位置移動(dòng)到釋放位置時(shí)，它用于移動(dòng)擋塊從所說的延伸位置移動(dòng)到收縮位置;(ⅴ)一個(gè)裝置，它用以保持活塞在固定位置，直到在主體的孔內(nèi)液壓為規(guī)定的壓力，并且當(dāng)液壓超過規(guī)定壓力時(shí)，釋放活塞，從而使活塞移動(dòng)到釋放位置;(ⅵ)一個(gè)連接件，它具有用以連接所說的延伸的擋塊的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所說的連接件包括多個(gè)凹槽，它用于容納在延伸位置的擋塊，并用于將連接件連接于主體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述的用于限制流體流動(dòng)的第一裝置包括通道管接頭。
21.在一個(gè)井內(nèi)，一種用液壓釋放的方法，在井眼內(nèi)，一個(gè)工具可釋放地連接套管于鉆柱，并能傳送流體到所說的套管，所說的工具具有釋放裝置，轉(zhuǎn)移所說流體的第一部分裝置，它位于所說釋放裝置的下游，一個(gè)膜片它可被所說的第一部分流體所膨脹，和一個(gè)座組件，用以限制第二部分流體，該方法包括將一管塞插入到所說的鉆柱，其中所說的管塞通常由流體所移動(dòng)，并且當(dāng)它接近于座組件時(shí)，能限制第二部分流體;經(jīng)所說的限制后，第一流體壓力足以膨脹膜片;和經(jīng)所說的膨脹后，第二流體壓力可釋放工具。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所說的方法，在插入管塞之前還包括，將流體分離器插入到所說的鉆柱的初始步驟，所說的分離器能通過所說的轉(zhuǎn)移裝置和座組件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，在所說的第一流體壓力后，也包括以下步驟保持流體壓力使其足以去膨脹膜片;降低流體壓力使其足以去收縮膜片。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所說的方法，其中所說的工具也包括一個(gè)用于釋放的第二裝置，所說的第二釋放裝置能在不存在釋放壓力下完成釋放，所說的方法也包括一最后步驟，即釋放第二個(gè)釋放裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所說分離器包括一刮塞，并且所說的套管也包括一個(gè)離開所說工具的遠(yuǎn)端的浮箍，所說的方法也包括以下步驟在插入分離器后，測量流體的體積;在測量流體體積后，產(chǎn)生的第一壓力表示所說的分離器已接近于所說的浮箍。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所說的測量體積近似等于所說座組件下游的套管內(nèi)的體積。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，它也包括以下步驟將所說套管下到所說的井眼，而同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)套管，循環(huán)所說的流體至地表面。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，它也包括以下步驟密封一流體在環(huán)狀空間內(nèi)，該環(huán)狀空間形成在所述工具和所述套管之間，其中所說的密封流體其密度低于流體。
29.一種將流體送到和把套管下到地下腔中的設(shè)備，它具有一主要的軸線，并包括一個(gè)具有孔的工作管，當(dāng)它在地下腔時(shí)，從其第一端延伸到孔下端，一個(gè)流體驅(qū)動(dòng)的釋放工具，它具有上端連接所說的孔下端，所說工具具有釋放裝置，用于釋放所說工作管與套管的連接，所說的工具有流體通道與所說的孔連通;用于定位所說的套管的流體驅(qū)動(dòng)裝置，它具有流體通道并連接到接近于所述工具的下端;一個(gè)內(nèi)管也連接到接近于所說工具的下端，并至少部分位于流體通道中，并在流體連通所說的通道中有一流體流動(dòng)座組件，和在流體連通所說的通道中有一流體流通口，它用于驅(qū)動(dòng)所說的流體流過流體流通口，并能驅(qū)動(dòng)所說的定位裝置;和一套管連接于所述的定位裝置，并通常以流體連通所說的座組件。
30.一種用以傳遞流體和用鉆頭鉆井眼的設(shè)備，它包括一個(gè)具有孔的工作管，當(dāng)它在井眼內(nèi)時(shí)，從其第一端延伸到孔下端;一個(gè)流體驅(qū)動(dòng)的釋放工具，它具有上端連接于所說的孔下端，所說的工具具有釋放裝置，用于釋放所說的工作管與鉆頭的連接，所說的工具有流體通道與所說的孔連通;流體驅(qū)動(dòng)裝置，用以與井眼的壁接觸，它有流體通道，該裝置連接到接近于所述工具的下端;一個(gè)內(nèi)管也連接到接近于所述工具的下端，并至少部分位于流體通道中，并在流體連通所說的通道中有一流體流動(dòng)座組件，并且有一流體流通口，用以供應(yīng)所述的流體至所述的接觸裝置，所說的流通口的流體與流體通道連通，如果堵塞流體通過的座組件，其中所述的流過流通口的流體能驅(qū)動(dòng)接觸裝置;和一個(gè)鉆頭與所說的接觸裝置連接，并且通常以流體連通所說的座組件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述的工具的非連接表面，使夾板連接工具能連接和收回卡住的鉆頭。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中所說的設(shè)備能夠轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向上下移動(dòng)，如果施加的轉(zhuǎn)矩不大于110，000ft-1bs，其軸向力不大于340，0001bs。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述的套管也不接浮箍。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中所述的套管也不接浮鞋。
35.一種在地下腔內(nèi)的管柱，它包括流體驅(qū)動(dòng)的釋放工具和第二工具，至少部分能被流體所驅(qū)動(dòng)，在管柱上，第二工具低于所述的釋放工具，并且通過釋放工具與壓力流體連通，該管柱還包括一種裝置，它用于限制壓力流體的流量，并驅(qū)動(dòng)釋放工具，而保持第二工具與壓力流體連通。
36.一種鉆柱，它包括一驅(qū)動(dòng)的活塞，液壓釋放工具和膨脹封隔器，在鉆柱上，膨脹封隔器低于所說的釋放工具，并且通過釋放工具與壓力流體連通，鉆柱還包括一裝置，它用于驅(qū)動(dòng)釋放工具，而保持膨脹封隔器與壓力流體的連通。
全文摘要
一種液壓裝置和釋放系統(tǒng)，它用于將工作柱和套管下到并固定在井眼內(nèi)，它具有小直徑的管柱，從釋放工具通過封隔器延伸到套管內(nèi)，該系統(tǒng)在管柱和套管之間至少構(gòu)成一環(huán)狀空間，管柱以封隔器固定套管，即恰好當(dāng)堵塞座組件時(shí)，流體通過流動(dòng)口而膨脹封隔器，管柱也構(gòu)成浮動(dòng)環(huán)，它由在座組件下游的一個(gè)制動(dòng)/密封組件所密封和支承。該系統(tǒng)也包括安全釋放工具，用以可靠的釋放，下套管后完成釋放，灌入水泥漿并用管塞或刮塞分離，用泵打下流體使管塞或刮塞落入座組件，并進(jìn)一步堵住流體，流動(dòng)水泥漿并凝固。
文檔編號(hào)E21B43/10GK1066316SQ91111130
公開日1992年11月18日 申請日期1991年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月30日
發(fā)明者M·G·米姆斯, M·D·米勒, J·L·胡德 申請人:加利福尼亞聯(lián)合石油公司