專利名稱：鉆進(jìn)和再進(jìn)入井眼內(nèi)多側(cè)向分枝井的方法和設(shè)備的制作方法
本申請(qǐng)從以下申請(qǐng)中要求優(yōu)先權(quán)1996年10月1日所提的臨時(shí)申請(qǐng)NO.60/027241，1997年1月22日所提的臨時(shí)申請(qǐng)NO.60/035425，1997年4月29日所提的臨時(shí)申請(qǐng)NO.60/044422，本申請(qǐng)的參考文獻(xiàn)包括以上每一個(gè)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及用于石油產(chǎn)品生產(chǎn)的井，特別是關(guān)于一個(gè)初始井的側(cè)向分枝井。本發(fā)明尤其涉及提供一種在井下一定的深度聯(lián)頂和定向井下工具的方法和設(shè)備，以使后繼井下作業(yè)能有效地進(jìn)行，該深度是由套管短節(jié)確定的。作為一個(gè)更特別的例子，本發(fā)明在為一個(gè)初始井提供多側(cè)向分枝井作業(yè)以及它們將來(lái)穿過(guò)油井套管柱再進(jìn)入作業(yè)的過(guò)程中非常有用。更為特別是，本發(fā)明涉及提供一種具有下述主要功能的方法和設(shè)備即定位，定向，把磨削或者造斜裝置相對(duì)于油井套管柱的一個(gè)選定的安置和定向接頭進(jìn)行鎖定以及在所選定的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)的聯(lián)頂剖面(landing profile)鎖定該設(shè)備。
在油氣生產(chǎn)井或者水井、蒸氣井中，常規(guī)的側(cè)鉆方法通常需要在母井的套管內(nèi)安置一個(gè)臨時(shí)性的定位裝置，這樣的側(cè)鉆方法已經(jīng)用于鉆母井的側(cè)向分枝井。用于這樣目的的臨時(shí)性定位裝置可以是一個(gè)塞子、造斜器或者任何類型的膨脹裝置，在套管內(nèi)該膨脹裝置可以與套管的內(nèi)表面摩擦結(jié)合而固定到油井套管內(nèi)。由于這些塞子在套管內(nèi)的摩擦抑制，使得它們有時(shí)變得不穩(wěn)定，因此依賴它們?cè)谔坠軆?nèi)提供一個(gè)可靠的深度和定位參考是不可能的。而且，當(dāng)這種性質(zhì)的摩擦塞子或者造斜器從套管內(nèi)去除時(shí)，它們側(cè)向分枝的深度和角度參考就丟失了。因此，為了重新進(jìn)入已經(jīng)鉆成的側(cè)向分枝井，深度和角度參考必須重新精確確定。這通常是一個(gè)困難、費(fèi)時(shí)、昂貴的作業(yè)，反過(guò)來(lái)影響了完井費(fèi)用。因此，需要提供一種帶有建立永久性的深度和角度參考的工具的油井套管，從該工具沿一個(gè)已知的方向選擇性地重新進(jìn)入側(cè)向分枝井。而且需要簡(jiǎn)化多側(cè)向分枝井的的結(jié)構(gòu)，以減少側(cè)鉆失敗的危險(xiǎn)。
直到許多年前，幾乎所有鉆進(jìn)和完成的油井都是直井。最近，人們發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)和完成一個(gè)水平井或者側(cè)向井使得在生產(chǎn)性的地層中特別是邊緣地區(qū)中井眼長(zhǎng)度的大部分生產(chǎn)層生產(chǎn)油氣的機(jī)率極大增加。已經(jīng)發(fā)展了水平鉆進(jìn)方法和設(shè)備鉆進(jìn)一個(gè)從直井的某一深度分散的井眼，這些井眼的一部分沿著水平方向或者近似水平方向，并且這些井眼為定位一個(gè)生產(chǎn)地層而選擇性地定向。最近還發(fā)展了鉆進(jìn)油井特別是下有套管的油井的側(cè)向分枝井的鉆井和完井方法和設(shè)備。典型的多分枝井通過(guò)在套管內(nèi)一定深度上磨削出一個(gè)套管窗鉆進(jìn)的。一個(gè)磨削造斜器定位于油井套管內(nèi)一定深度，提供一個(gè)給套管磨削工具定向和偏移的定向幾何形狀，以保證為下面的在所需要的側(cè)向分枝角和方位角上的側(cè)向鉆進(jìn)作業(yè)磨削出的套管窗有一個(gè)合適的角度。然后從一個(gè)或者多個(gè)套管窗鉆進(jìn)側(cè)向分枝井，并完井以獲得需要的石油產(chǎn)品的生產(chǎn)。
當(dāng)磨削出一個(gè)套管窗后，提供套管窗磨削和側(cè)向分枝井鉆進(jìn)的鉆井造斜器從套管內(nèi)被去除。當(dāng)在重新進(jìn)入已經(jīng)鉆成的套管窗時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)為了進(jìn)入套管窗完成側(cè)向分枝鉆進(jìn)很難確定這樣的套管窗的位置，以及很難確定設(shè)備在套管內(nèi)的正確的深度和正確的位置。為了重新進(jìn)入側(cè)向分枝井，一個(gè)偏移工具，即鉆井造斜器，偏移造斜器或者類似物必須精確地在一定的井深定位，相對(duì)于所鉆側(cè)向分枝井的一定的方位角能夠精確地旋轉(zhuǎn)定向。完成這樣的定位是困難的和費(fèi)時(shí)的。即使偏移定位時(shí)的微小誤差，也可能使得再進(jìn)入工具錯(cuò)過(guò)套管窗，或者卡在套管窗的邊緣上。這些微小的誤差很可能使得工具被錯(cuò)誤地定向，而偏離方位角或者井斜角的定位點(diǎn)，側(cè)向分枝井也不能用這種工具進(jìn)行精確地側(cè)鉆。因此需要提供一種設(shè)備，能夠在套管內(nèi)正確地對(duì)分枝井的鉆進(jìn)和完井設(shè)備定位以實(shí)現(xiàn)側(cè)向分枝井的鉆進(jìn)，接著側(cè)向分枝井的鉆進(jìn)設(shè)備從油井套管內(nèi)取出，以利于各種側(cè)向分枝井再進(jìn)入設(shè)備實(shí)現(xiàn)深度定位和旋轉(zhuǎn)定向。而且還需要提供一種實(shí)現(xiàn)側(cè)向分枝井的有效鉆進(jìn)和完井的工具，使得在所選定的深度和方位角上具有多側(cè)向分枝井的油井的準(zhǔn)備簡(jiǎn)單而有效，同時(shí)實(shí)現(xiàn)再進(jìn)入所選定的側(cè)向分枝井以完成修井作業(yè)。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)是提供一種在油井套管柱的眾多聯(lián)頂和定向接頭中所選定的一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)能夠?qū)ぞ哌M(jìn)行定向和聯(lián)頂?shù)姆椒ê驮O(shè)備，因此，可以有效地利用由此支承和定位其它的油井工具以完成需要沿某一特定角度定向的井下作業(yè)。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是提供一種新型的聯(lián)頂和定向工具，它在套管中磨削套管窗的情況下可以與一個(gè)造斜器相連接，在再進(jìn)入側(cè)向分枝井的情況下可以與一個(gè)偏移造斜器相連接。
本發(fā)明還有一個(gè)特點(diǎn)是提供一種新型的聯(lián)頂和定向工具，該工具能夠選擇油井套管的多個(gè)聯(lián)頂和定向接頭之一而越過(guò)其它的聯(lián)頂和定向接頭，以在油井套管內(nèi)實(shí)現(xiàn)在一定的深度上對(duì)工具進(jìn)行選擇性定位。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特點(diǎn)是提供一種新型的聯(lián)頂和定向工具，該工具具有一個(gè)有特定形狀的聯(lián)頂擋塊，允許工具聯(lián)頂在油井套管的一個(gè)具有配合表面的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)而越過(guò)其它的具有不同表面的聯(lián)頂和定向接頭。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是提供多個(gè)聯(lián)頂和定向接頭，在套管柱內(nèi)不同的選定的深度上與套管柱相連接，每一個(gè)接頭內(nèi)有一個(gè)斜口引斜裝置，該斜口引斜裝置具有一個(gè)向上的尖端，有一個(gè)定向槽以及一個(gè)彎曲導(dǎo)向坡面，該彎曲導(dǎo)向坡面從向上的尖端到定向槽反向延伸，作用是確定穿過(guò)聯(lián)頂和定向接頭的油井工具的角度定向。
本發(fā)明的進(jìn)一步特點(diǎn)是提供一種新型的聯(lián)頂和定向工具，該工具內(nèi)徑向突出一個(gè)定向銷，可以與聯(lián)頂和定向接頭的斜口引斜的彎曲導(dǎo)向坡面結(jié)合，以及與斜口引斜內(nèi)的定向槽結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)工具相對(duì)于聯(lián)頂和定向接頭的有效定向。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特點(diǎn)是提供一種新型的聯(lián)頂和定向工具，該工具有一個(gè)定向銷，該定向銷具有一個(gè)朝向下的尖端，該尖端具有一個(gè)斜定向?qū)蛎?，其傾斜角與聯(lián)頂和定向接頭的斜口引斜的螺旋的彎曲導(dǎo)向坡面的角度相同，以提供一個(gè)相對(duì)于連接的螺旋導(dǎo)向坡面的支承功能以及導(dǎo)向功能。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的各種目標(biāo)和特點(diǎn)是通過(guò)提供一種壓力密封式套管接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣的套管接頭與需要側(cè)鉆開(kāi)孔的的套管段的底部相連接。這種特殊的套管接頭被設(shè)計(jì)和制造成能夠在側(cè)向分枝井的位置上相對(duì)于油井的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)進(jìn)行精確和可靠的定位和定向。聯(lián)頂和定向裝置包括一個(gè)中央部分，它決定了在分枝井的深度上，油井橫截面上下入或者聯(lián)頂工具的位置。另一個(gè)特點(diǎn)是在聯(lián)頂和定向裝置的頂部能夠制造一個(gè)具有嚴(yán)格容限的圓柱面，因此使得各種工具和裝置被安置在油井套管內(nèi)時(shí)從深度和角度定向的角度考慮能夠具有相當(dāng)?shù)木?。提供一個(gè)縱向定位系統(tǒng)，通過(guò)提供一個(gè)具有特定形狀的環(huán)形槽，沿著母井的縱軸確定下入和安置工具時(shí)的位置，環(huán)形槽的特定形狀與下入或者安置工具的配合銷配合，這在油管接頭內(nèi)是常用的。還提供一個(gè)方向定位器，沿著母井的縱軸確定下入或者安置工具時(shí)的角度位置。這個(gè)方向定位器在彎曲形狀的底部有一個(gè)定向槽，因此沿著油井套管的橫向的一個(gè)工具的配合定向銷利用一個(gè)定向裝置又稱為“斜口引斜”的定向彎曲邊，從任何角度都可以配合進(jìn)入定向槽。這個(gè)角度基準(zhǔn)(angular reference)與位于該接頭外側(cè)的定向銷的位置相對(duì)應(yīng)(recopies)。
這種壓力密封套管接頭的聯(lián)頂和定向接頭有一個(gè)內(nèi)聯(lián)頂卡合表面，允許把下入或者安置工具相對(duì)于聯(lián)頂和定向接頭固定于一個(gè)預(yù)設(shè)位置?？v向定位槽支承工具沿著母井的軸線和垂直于母井的軸線方向形成的力。按照同樣的方式，由工具形成的扭矩由定向槽支承。在下入或者安置工具上有配合銷，該配合銷設(shè)計(jì)成只能通過(guò)配合銷的形狀與各自座的形狀配合，從而座于其中的一個(gè)預(yù)定的接頭上。相反，一個(gè)單一的聯(lián)頂和定向接頭具有一個(gè)特別形狀的銷，而工具具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)銷，可以與任何或者給定的接頭配合。這通常用于具有幾個(gè)井下完井工具的情況。
定位和定向套管接頭具有一些另外的特點(diǎn)，當(dāng)接頭構(gòu)成套管柱的一部分時(shí)允許依據(jù)井位的方向調(diào)整定向銷。這個(gè)重要的特點(diǎn)允許把多個(gè)套管接頭組裝在一起，每一個(gè)接頭具有各自的聯(lián)頂和定向接頭，相對(duì)于給定的相對(duì)偏移角可以被定向。聯(lián)頂和定向接頭的另一個(gè)特點(diǎn)，是把接頭形成的扭矩與下面的定向銷分離。當(dāng)在井眼內(nèi)下入套管而不考慮套管柱下端的摩擦扭矩時(shí)，這個(gè)特點(diǎn)允許對(duì)套管柱的全部或者部分定向。這可以通過(guò)把一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭與聯(lián)頂和定向接頭的下端制成一體。聯(lián)頂和定向接頭可以通過(guò)螺栓固定到套管柱上，正如在常規(guī)的套管接頭中所作的一樣。也可能把聯(lián)頂和定向接頭制成需要鉆側(cè)向分枝的套管段的同樣部分。
聯(lián)頂和定向接頭不改變套管柱的標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性質(zhì)。套管柱可以根據(jù)需要支承多個(gè)聯(lián)頂和定向接頭，從而在油井的建造過(guò)程中建造一個(gè)或者多個(gè)側(cè)向分枝井。有些接頭可以用來(lái)在將來(lái)建造側(cè)向分枝井。作為進(jìn)一步的選擇情況是，側(cè)向分枝井可以在套管柱已經(jīng)下入到井眼內(nèi)并用水泥固定在一個(gè)位置后建造，也可以在油井的運(yùn)行過(guò)程中建造，側(cè)向分枝井從用于此目的的聯(lián)頂和定向接頭開(kāi)始建造。同樣的概念類推適用于分枝井，意思是，依據(jù)初始側(cè)向分枝井的同樣的技術(shù)可以建造一個(gè)或者多個(gè)側(cè)向分枝井。套管接頭可以由任何用于套管的標(biāo)準(zhǔn)鋼管制成。它也可以由任何材料制成，只要該材料使得側(cè)向分枝井建造容易，它通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)于套管窗的切削步驟以起動(dòng)側(cè)向分枝井的建造。套管接頭可以與任何預(yù)制的分枝設(shè)備，象預(yù)磨套管窗或者下入在母井套管內(nèi)的組合套管接頭結(jié)合在一起。
從設(shè)備的角度講，油井套管在所選定的深度上與多個(gè)套管接頭聯(lián)成一體，每一個(gè)套管接頭具有一個(gè)不同的內(nèi)聯(lián)頂剖面。一個(gè)聯(lián)頂和定向工具具有可替換的聯(lián)頂擋塊，聯(lián)頂擋塊的聯(lián)頂剖面與井下聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)的一個(gè)特定表面配合，因此，當(dāng)聯(lián)頂和定向工具下入到井眼內(nèi)時(shí)，它會(huì)越過(guò)具有非配合內(nèi)聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭，聯(lián)頂于一個(gè)具有與聯(lián)頂擋塊配合的表面的聯(lián)頂和定向接頭。當(dāng)聯(lián)頂和定向工具進(jìn)入套管柱的每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭時(shí)，該工具的一個(gè)定向銷將與聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)的一個(gè)斜口引斜的螺旋導(dǎo)向坡面結(jié)合，由于導(dǎo)向坡面使得這個(gè)定向銷旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入斜口引斜的定向槽。如果工具進(jìn)入具有非配合聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭，當(dāng)工具繼續(xù)向井下移動(dòng)時(shí)，定向銷將從定向槽中擠出。當(dāng)聯(lián)頂和定向工具進(jìn)入一個(gè)具有配合的聯(lián)頂擋塊的聯(lián)頂結(jié)構(gòu)的聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)時(shí)，工具能夠相對(duì)于聯(lián)頂和定向接頭的聯(lián)頂剖面鎖定，以實(shí)現(xiàn)所選定的油井作業(yè)的進(jìn)行，象套管窗的磨削和油井的側(cè)向分枝井的再進(jìn)入，其中的聯(lián)頂擋塊是該工具所帶有的。接著，聯(lián)頂和定向工具可以從聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)部表面內(nèi)解鎖，因此，該工具可以從井內(nèi)取出。當(dāng)需要把工具從聯(lián)頂和定向接頭取出時(shí)，工具的機(jī)構(gòu)可以對(duì)一個(gè)預(yù)定大小的拉力發(fā)生反應(yīng)，該力使得聯(lián)頂擋塊從套管接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面內(nèi)解鎖，因此，釋放工具而從井眼內(nèi)取出。通過(guò)改變工具的聯(lián)頂擋塊，以提供一個(gè)具有與套管柱的一個(gè)選定的套管接頭內(nèi)的一個(gè)內(nèi)聯(lián)頂剖面配合的形狀的聯(lián)頂擋塊，該工具適合于安置于另一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)。
本發(fā)明的聯(lián)頂和定向工具特別用于從一口油井建造多分枝井作業(yè)以及穿過(guò)套管柱再進(jìn)入多分枝井作業(yè)。盡管在許多不同的井下作業(yè)中都非常有用，聯(lián)頂和定向工具的主要功能，正如這里所說(shuō)的，是在聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)對(duì)套管窗磨削或者偏移工具進(jìn)行定位、定向和鎖定。至少一個(gè)最好是多個(gè)聯(lián)頂和定向接頭位于選定深度的井下，與該處的套管柱相連接成一個(gè)整體。在套管窗磨削作業(yè)的情況下，聯(lián)頂和定向工具提供磨削造斜器一個(gè)精確的定位，在側(cè)向分枝井的再進(jìn)入作業(yè)中提供偏移造斜器一個(gè)精確的定位。
聯(lián)頂和定向接頭包括一個(gè)筒體，有一個(gè)螺紋端與油井套管接頭相連接，內(nèi)部有一個(gè)斜口引斜，斜口引斜具有螺旋導(dǎo)向坡面，用于對(duì)定向銷進(jìn)行導(dǎo)向，因此使得聯(lián)頂和定向工具旋轉(zhuǎn)直到該定向銷遇到一個(gè)縱向定向槽。該聯(lián)頂和定向工具包括一個(gè)主工作筒體，該工作筒體具有多個(gè)，典型地是三個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷，從筒體內(nèi)徑向向外突出，與聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)的內(nèi)聯(lián)頂剖面配合，該接頭安置于套管接頭內(nèi)。
從作業(yè)的角度講，依據(jù)操作設(shè)備的一個(gè)可能的方法，由按照常規(guī)方式排放的聯(lián)頂和定向接頭組裝成的套管柱下入到井內(nèi)，注水泥封固。在套管柱組裝過(guò)程中，記錄聯(lián)頂和定向接頭的數(shù)量和在套管柱內(nèi)的位置。在每一種情況下，當(dāng)幾個(gè)接頭連續(xù)組裝時(shí)，必須記錄每一個(gè)角度基準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)下一步側(cè)向分枝井的建造、定向鉆進(jìn)作業(yè)和下面的再進(jìn)入作業(yè)。在使用可調(diào)節(jié)的定向銷的情況下，每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭依據(jù)下面的一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭的角度基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
套管柱被下入到井眼內(nèi)。環(huán)空注水泥最好使得水泥柱穿過(guò)套管鞋，或者穿過(guò)環(huán)空的頂部，以避免水泥對(duì)套管內(nèi)的聯(lián)頂和定向接頭的污染。通過(guò)一個(gè)電纜測(cè)試工具進(jìn)行方向測(cè)試以精確地確定一個(gè)或者多個(gè)特定的聯(lián)頂和定向接頭的位置。測(cè)試的結(jié)果用于預(yù)先設(shè)置該工具的定向銷，該工具支承造斜器或者任何偏移工具。在底部帶有聯(lián)頂和定向工具的造斜器聯(lián)頂?shù)骄畠?nèi)，最好同磨削作業(yè)切割套管窗。井眼底部組合包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭，當(dāng)聯(lián)頂和定向工具與聯(lián)頂和定向接頭結(jié)合時(shí)允許聯(lián)頂和定向工具旋轉(zhuǎn)。這樣的旋轉(zhuǎn)通過(guò)一個(gè)正位移馬達(dá)、水輪機(jī)或者其它井底設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些設(shè)備連接在聯(lián)頂和定向工具的底部。當(dāng)在套管段上開(kāi)窗后，利用任何與需要鉆進(jìn)的側(cè)向分枝井的狀態(tài)適合的定向鉆井技術(shù)，用一個(gè)井底鉆具組合鉆側(cè)向分枝井。這樣的側(cè)向分枝井可以下入襯管，如果需要也可以裸眼。當(dāng)分枝井完井后，造斜器從井內(nèi)取出，其它的分枝井用同樣的方式繼續(xù)鉆進(jìn)。通過(guò)在各自的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)安置一個(gè)偏斜工具，在后期可以在進(jìn)入分枝井，因此穿過(guò)套管的設(shè)備可以從母井套管內(nèi)偏斜，穿過(guò)套管窗進(jìn)入各自的分枝井。
一個(gè)完井裝置，象分流器、限流器或者人工舉升裝置可以永久性地或者臨時(shí)地安置到聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)，而不需要其它的卡緊系統(tǒng)。一個(gè)用于分隔使得母井或者分枝井的下端與母井的上端分隔的塞子永久性地或者臨時(shí)性地安置在聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)，而不需要其它的卡緊系統(tǒng)。
因此，用上述方法給母井套管提供一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭，為油井建造、洗井和作業(yè)提供一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的方法。這些作業(yè)需要在套管內(nèi)對(duì)裝置的位置和角度進(jìn)行精確確定。這個(gè)系統(tǒng)可以在油井的不同運(yùn)行時(shí)期進(jìn)行許多油井作業(yè)，因?yàn)槁?lián)頂和定向接頭永久性地安置在套管內(nèi)的位置上，因此，作為套管基準(zhǔn)，從這些位置可以設(shè)計(jì)和進(jìn)行其它的井下作業(yè)。
為了更為詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述所述特征、優(yōu)點(diǎn)和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方式，參考本發(fā)明的最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，這些實(shí)施例在附圖中說(shuō)明，這些附圖作為本發(fā)明的一部分。
然而應(yīng)該指出的是，附圖只是說(shuō)明本發(fā)明的典型的實(shí)施例，不能被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明還承認(rèn)其它有效的實(shí)施例。
附圖中

圖1是依據(jù)本發(fā)明的聯(lián)頂和定向工具的正視圖，表示工具處于下入狀態(tài)，與一組具有一定形狀的聯(lián)頂擋塊相配合，這些聯(lián)頂擋塊用于與油井套管內(nèi)的選定的聯(lián)頂和定向接頭配合，其中的聯(lián)頂和定向接頭具有內(nèi)部表面，還表示了工具外部的定向銷。
圖2A是油井套管的一部分的剖面圖，表示油井套管內(nèi)的一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭的上部，帶有圖1中的聯(lián)頂和定向工具，聯(lián)頂和定向工具的聯(lián)頂擋塊與聯(lián)頂和定向接頭的配合內(nèi)部表面結(jié)合。
圖2B是圖2A中的聯(lián)頂和定向接頭的下部的剖面圖，表示聯(lián)頂和定向工具安置于聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)。
圖3是一個(gè)油井套管的部分剖面圖，簡(jiǎn)要地說(shuō)明與套管相連接的依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭，聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)具有一個(gè)斜口引斜。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)簡(jiǎn)要的說(shuō)明，表示油井套管和以及聯(lián)頂和定向接頭組合的一個(gè)部分剖面圖，該聯(lián)頂和定向接頭具有一個(gè)內(nèi)聯(lián)頂剖面，表示相對(duì)于一個(gè)聯(lián)頂剖面安置的一個(gè)磨削造斜器和套管窗磨削工具，這里的聯(lián)頂和定向工具使用了本發(fā)明的技術(shù)，它連接有一個(gè)磨削造斜器，表示聯(lián)頂和定向工具處于下入狀態(tài)，從而位于油井套管以及聯(lián)頂和定向接頭上面的聯(lián)頂擋塊上。
圖5是類似于圖4的一個(gè)部分剖面圖，表示處于定向和卡緊狀態(tài)的聯(lián)頂和定向工具與油井套管以及聯(lián)頂和定向接頭之間的關(guān)系，進(jìn)一步還表示了由磨削工具磨削后的一個(gè)套管窗，這樣的磨削工具由磨削造斜器導(dǎo)向，如圖4所示。
圖6是類似于圖4和圖5的結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分剖面圖，表示一個(gè)下入工具和一個(gè)依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)聯(lián)頂和定向工具，在油井套管內(nèi)磨削套管窗或者再進(jìn)入以前所鉆套管窗之前，該工具用于在油井套管內(nèi)對(duì)偏移造斜器進(jìn)行定向和導(dǎo)向。
圖6A是一個(gè)類似于圖6的一個(gè)剖面圖，表示通過(guò)投球封堵通道，產(chǎn)生的壓力剪斷保持螺釘以及凸緣鎖活塞(lug locking piston)移動(dòng)到其釋放位置。
圖7是類似于圖6和圖6A的結(jié)構(gòu)是解鎖和取出下入工具的一個(gè)部分剖面圖，表示聯(lián)頂和定向工具卡于套管接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面內(nèi)，以及偏移造斜器的導(dǎo)向面的定位相對(duì)于以前所鉆的套管窗例如用于側(cè)向分枝井的再進(jìn)入的套管窗的定向和導(dǎo)向關(guān)系。
圖8是一個(gè)油井套管的一個(gè)部分剖面圖，它與一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭相連接，還有一個(gè)內(nèi)聯(lián)頂剖面和一個(gè)斜口引斜，表示本發(fā)明的聯(lián)頂和定向工具處于下入狀態(tài)，其聯(lián)頂擋塊與聯(lián)頂和定向接頭的配合表面結(jié)合，定向銷位于斜口引斜的定向槽內(nèi)，但是聯(lián)頂擋塊和定向銷處于未鎖定狀態(tài)。
圖9是類似于圖8的一個(gè)油井套管和聯(lián)頂剖面的部分剖面圖，表示聯(lián)頂和定向工具處于鎖定狀態(tài)，其聯(lián)頂擋塊鎖定在聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面內(nèi)，而工具的定向銷鎖定在斜口引斜的定向槽內(nèi)。
圖10是沿著圖8中的線10-10的一個(gè)剖面圖。
圖11是一個(gè)依據(jù)本發(fā)明制造的一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭，具有一個(gè)斜口引斜和一個(gè)具有預(yù)定形狀的內(nèi)聯(lián)頂剖面，該內(nèi)聯(lián)頂剖面用于一個(gè)聯(lián)頂和定向工具的卡緊和聯(lián)頂，該工具具有與該預(yù)定形狀配合的聯(lián)頂擋塊。
圖12是一個(gè)說(shuō)明聯(lián)頂擋塊的一個(gè)立體圖，它設(shè)計(jì)成與圖11中的內(nèi)聯(lián)頂剖面相配合。
圖13是一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭的一個(gè)剖面圖，連接在一個(gè)套管的內(nèi)部，具有一個(gè)選定的內(nèi)聯(lián)頂剖面，它與圖11中的內(nèi)聯(lián)頂剖面不同，也具有一個(gè)內(nèi)部的斜口引斜，用于對(duì)聯(lián)頂和定向工具進(jìn)行定向。
圖14是是一個(gè)說(shuō)明聯(lián)頂擋塊的一個(gè)立體圖，它設(shè)計(jì)成與圖13中的內(nèi)聯(lián)頂剖面相配合。
圖15是一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭的一個(gè)剖面圖，連接在一個(gè)套管的內(nèi)部，具有一個(gè)選定的內(nèi)聯(lián)頂剖面，與圖11和圖13中的內(nèi)聯(lián)頂剖面不同，也具有一個(gè)內(nèi)部的斜口引斜，用于對(duì)聯(lián)頂和定向工具進(jìn)行定向。帶有一個(gè)用于識(shí)別的導(dǎo)向坡面角。
圖16是是一個(gè)說(shuō)明聯(lián)頂擋塊的一個(gè)立體圖，它設(shè)計(jì)成與圖15中的內(nèi)聯(lián)頂剖面相配合。
圖17是沿著圖15中的線17-17的一個(gè)剖面圖。
圖18是一個(gè)定向銷的一個(gè)立體圖，它用于圖1和2B中的聯(lián)頂和定向工具，相對(duì)于圖11、13和15中的聯(lián)頂和定向接頭對(duì)聯(lián)頂和定向工具進(jìn)行定向。
參考圖1、2A和2B，應(yīng)用本發(fā)明的原理的聯(lián)頂和定向工具如11所示，在其上端具有一個(gè)頂接頭12，用于在14處與下入工具相連接，如圖6和圖6A所示，目的是把聯(lián)頂和定向工具下入穿過(guò)套管16下入到井內(nèi)，如圖2A所示。作為本發(fā)明的另外一方面，油井套管16帶有一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭18，有一個(gè)上端和一個(gè)下端，通過(guò)螺紋與油井套管相連接，因此聯(lián)頂和定向接頭18與油井套管16形成一體。根據(jù)本發(fā)明，聯(lián)頂和定向接頭18具有一個(gè)特定的內(nèi)聯(lián)頂剖面20，內(nèi)聯(lián)頂剖面適合與一組聯(lián)頂擋塊23結(jié)合，這些聯(lián)頂擋塊都具有與聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面配合的配合表面。
如圖2A和2B及圖8和圖9所示，聯(lián)頂和定向工具11由長(zhǎng)的、管狀的主工作筒22形成，該主工作筒在下端具有一個(gè)柱頭24，該柱頭24通過(guò)螺紋連接26與主工作筒相連接。在主工作筒22的上端具有一個(gè)外螺紋部分28，通過(guò)外螺紋與頂柱頭30相連接，該頂柱頭形成一個(gè)中央孔32。主工作筒22形成一個(gè)鎖定段34，鎖定段34具有多個(gè)鎖塊窗，如38所示，沿著鎖定段34等距分布。多個(gè)聯(lián)頂擋塊23可替換地安置在工具內(nèi)，通過(guò)聯(lián)頂擋塊23從鎖塊窗38突出的部分進(jìn)行定位，因此，每一個(gè)聯(lián)頂擋塊23的外表面將裸露在鎖定段34之外，通過(guò)與一個(gè)配合的聯(lián)頂和定向接頭18的內(nèi)聯(lián)頂剖面結(jié)合而進(jìn)行定位。下面將詳細(xì)解釋，在油井套管16內(nèi)使用的每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭18都具有一個(gè)不同的內(nèi)聯(lián)頂剖面，因此只有在聯(lián)頂擋塊的配合表面與一個(gè)特定的聯(lián)頂和定向接頭的一個(gè)內(nèi)聯(lián)頂剖面能夠配合的情況下，聯(lián)頂和定向接頭才能與聯(lián)頂和定向工具的聯(lián)頂擋塊結(jié)合。本發(fā)明的這個(gè)特點(diǎn)從下面的參考圖10～15的詳細(xì)描述中更為清楚。
主工作筒壁在其鎖定段34的每一個(gè)鎖塊窗38處形成突出臺(tái)肩44，該臺(tái)肩44延伸超過(guò)鎖塊窗，從而提供一個(gè)限制性臺(tái)肩以限制聯(lián)頂擋塊23的向外的移動(dòng)。因此，每一個(gè)聯(lián)頂擋塊23只能徑向移動(dòng)到突出臺(tái)肩44所允許的范圍。聯(lián)頂擋塊23的上端同樣方式通過(guò)頂柱頭30的下端46限制，該頂柱頭30延伸超過(guò)鎖塊窗的上部，從而限制聯(lián)頂擋塊23的上端移動(dòng)。然而每一個(gè)聯(lián)頂擋塊23只能從圖2A、8和9中的位置徑向向內(nèi)移動(dòng)，以使得聯(lián)頂擋塊清除油井套管內(nèi)的障礙物，包括清除套管接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面，該內(nèi)聯(lián)頂剖面不與聯(lián)頂擋塊的聯(lián)頂剖面配合。一對(duì)壓縮彈簧48和50用于每一個(gè)聯(lián)頂擋塊，壓縮彈簧各自的端部52和54安置于各自的彈簧室內(nèi)。每一個(gè)壓縮彈簧48和50的內(nèi)端56和58分別置于彈簧反應(yīng)板60的彈簧槽內(nèi)，彈簧槽分別用于每一個(gè)聯(lián)頂擋塊。
在主工作筒22下端形成一個(gè)定向窗62，在定向窗內(nèi)一個(gè)定向銷64由一對(duì)壓縮彈簧66和68徑向向外擠壓處于可移動(dòng)的位置。壓縮彈簧的外側(cè)端70和72位于定向銷64的彈簧室內(nèi)，內(nèi)側(cè)端74和76位于彈簧反應(yīng)板78的彈簧槽內(nèi)。定向銷64的上端由主工作筒22的一個(gè)限制性凸起80限制，該主工作筒覆蓋著定向窗62的上部，而定向銷64的下端由底柱頭24的上端部分82限制。在沒(méi)有其它力作用的情況下，壓縮彈簧66和68保持定向銷64徑向向外達(dá)到限制性凸塊80和82的最大允許程度，如圖2B所示。當(dāng)工具在油井套管內(nèi)移動(dòng)，在其運(yùn)行過(guò)程中遇到障礙物例如套管接頭、聯(lián)頂和定向接頭的聯(lián)頂剖面，套管窗和類似物時(shí)，定向銷將與這些障礙物接觸，從而徑向向內(nèi)移動(dòng)擠壓彈簧，允許定向銷64清除障礙物。為了提高定向銷64的清除障礙物的能力，定向銷64的上端和下端84和86是錐形的形狀，在工具相對(duì)套管內(nèi)的障礙物移動(dòng)時(shí)，形成一個(gè)類似凸輪的運(yùn)動(dòng)(a cam-like activity)，因此內(nèi)部的障礙物形成一個(gè)力，使得定向銷64徑向向內(nèi)移動(dòng)，擠壓彈簧66和68，結(jié)果工具將穿過(guò)障礙物，防止工具被卡。
聯(lián)頂和定向工具11具有一個(gè)長(zhǎng)的內(nèi)工作筒88，該內(nèi)工作筒的上端穿過(guò)主工作筒22的中央孔32，其下端穿過(guò)底柱頭24所限定的中央孔25。內(nèi)工作筒88在主工作筒內(nèi)可以線性移動(dòng)，其移動(dòng)范圍由一對(duì)導(dǎo)向槽90和92限制，這對(duì)導(dǎo)向槽通過(guò)一對(duì)導(dǎo)向螺釘94和96的內(nèi)側(cè)結(jié)合，該導(dǎo)向螺釘擰置于主工作筒22的導(dǎo)向螺栓室內(nèi)。內(nèi)工作筒88是一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成一個(gè)液體流通道98，通過(guò)該通道，液體可以流動(dòng)。
在其下端，聯(lián)頂和定向接頭18具有一個(gè)斜口引斜接頭100，該斜口引斜接頭100與聯(lián)頂和定向接頭體的下端在102處焊接在一起，在套管接頭內(nèi)部提供一個(gè)“曲線的導(dǎo)向幾何面”，即商業(yè)上的“斜口引斜”，它用作當(dāng)一個(gè)物體移動(dòng)到聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)時(shí)使得物體旋轉(zhuǎn)定位。典型地，斜口引斜通過(guò)一個(gè)環(huán)形焊接環(huán)103與套管接頭內(nèi)部焊接在一起，盡管如果需要它也可以通過(guò)螺紋連接在一起或者任何合適的方式與套管接頭相連接。斜口引斜100的下端與油井套管16內(nèi)螺紋連接，并延伸至足以超過(guò)底柱頭24的下端，以形成一個(gè)容腔104以容納一個(gè)鼻形件106，該鼻形件通過(guò)鎖定螺釘108和110固定到內(nèi)工作筒88的下端。鼻形件106的下端呈錐形如112所示，當(dāng)聯(lián)頂和定向工具向下穿過(guò)套管柱時(shí)對(duì)工具徑向?qū)颍瑥亩M(jìn)入所需要的聯(lián)頂和定向接頭18。鼻形件106可以通過(guò)任何其它的形式與內(nèi)工作筒88的下端相連接，而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。內(nèi)工作筒在如圖8所示的運(yùn)行位置和如圖9所示的鎖定位置之間移動(dòng)。在其運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)一組剪切螺釘114和116鼻形件106與底柱頭24的下端接觸，如圖2B和8所示這些剪切螺釘固定到底柱頭24內(nèi)合適的容腔內(nèi)，并具有剪切件突出進(jìn)入內(nèi)工作筒88內(nèi)對(duì)應(yīng)的容腔內(nèi)。在內(nèi)工作筒88的鎖定狀態(tài)，如圖9所示，足夠的向下的力施加給內(nèi)工作筒88從而剪斷運(yùn)行剪切螺釘114和116，允許內(nèi)工作筒從圖8所示的運(yùn)行狀態(tài)移動(dòng)到圖9所示的鎖定狀態(tài)。
內(nèi)工作筒88具有一對(duì)相隔開(kāi)的凹腔118和120，每一個(gè)凹腔具有一個(gè)錐形的上壁和一個(gè)錐形的下壁，當(dāng)內(nèi)工作筒88相對(duì)于主工作筒22處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，適合容納各自的定向銷64的端部122和124，如圖8所示。在這個(gè)位置，在工具穿過(guò)套管柱過(guò)程中定向銷64能夠在遇到障礙物時(shí)壓縮彈簧66和68使得定向銷64沿徑向向內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)內(nèi)工作筒88移動(dòng)到如圖9所示的位置，剪斷運(yùn)行剪切螺釘114和116，容腔118和120將離開(kāi)定向銷64的端部122和124對(duì)應(yīng)的位置，如圖9所示，因此定向銷64的上端和下端將由于內(nèi)工作筒88的外圓周面126限制其向內(nèi)移動(dòng)，因此鎖定在最大徑向位移處。當(dāng)然，在圖9中的定向銷64將位于由斜口引斜形成的導(dǎo)向槽內(nèi)，因此聯(lián)頂和定向工具11可以相對(duì)于套管柱16旋轉(zhuǎn)。這個(gè)特點(diǎn)將與斜口引斜以及工具下入到所選定的聯(lián)頂和定向接頭18內(nèi)的聯(lián)頂位置時(shí)聯(lián)頂和定向工具與斜口引斜的關(guān)系的詳細(xì)描述中一起進(jìn)行詳細(xì)描述。
內(nèi)工作筒88的中部形成一個(gè)凹腔，當(dāng)聯(lián)頂和定向工具處于如圖8所示的下入狀態(tài)時(shí)用于容納每一個(gè)聯(lián)頂擋塊23的上端和下端。如圖所示，內(nèi)工作筒88形成一個(gè)上端的錐形壁凹腔和一個(gè)下端的錐形壁凹腔，以便在工具的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)凹腔位于與主工作筒22相對(duì)時(shí)，可用于容納相關(guān)的聯(lián)頂擋塊23的傾斜端(offset ends)132和134，如圖8所示。因此，在工具運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)聯(lián)頂擋塊23的傾斜端136和138在油井套管內(nèi)遇到任何障礙物時(shí)，聯(lián)頂擋塊23的傾斜導(dǎo)向邊使得聯(lián)頂擋塊徑向向內(nèi)移動(dòng)，克服壓縮彈簧48和50的彈力，因此允許聯(lián)頂擋塊23通過(guò)障礙物，而不會(huì)使得工具在障礙物處阻塞。一旦通過(guò)障礙物，作用于聯(lián)頂擋塊23的徑向向內(nèi)的力消失，因此壓縮彈簧48和50又使得聯(lián)頂擋塊23徑向向外移動(dòng)到由剪切件44和46決定的最大極限。因此，當(dāng)工具穿過(guò)一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭時(shí)，如果聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面不與聯(lián)頂擋塊的外聯(lián)頂剖面相配，聯(lián)頂擋塊只會(huì)徑向向內(nèi)移動(dòng)而不會(huì)座于聯(lián)頂和定向接頭的聯(lián)頂剖面上。當(dāng)這個(gè)狀態(tài)發(fā)生時(shí)，該工具只會(huì)穿過(guò)聯(lián)頂和定向接頭，繼續(xù)在套管柱內(nèi)向下移動(dòng)，直到遇到一個(gè)具有與聯(lián)頂擋塊相配合的聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭。當(dāng)遇到一個(gè)具有相配合的內(nèi)聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭時(shí)，壓縮彈簧48和50迫使聯(lián)頂擋塊繼續(xù)向外移動(dòng)最大極限，因此使得聯(lián)頂擋塊23與聯(lián)頂和定向接頭18的內(nèi)聯(lián)頂剖面結(jié)合，如圖8和9所示。當(dāng)遇到一個(gè)具有相配合內(nèi)聯(lián)頂剖面的套管接頭時(shí)，聯(lián)頂擋塊將座于該聯(lián)頂剖面上，阻止工具的進(jìn)一步向下移動(dòng)。當(dāng)聯(lián)頂和定向工具座于這種位置后，當(dāng)通過(guò)一個(gè)運(yùn)行工具產(chǎn)生一個(gè)足夠的向下的力施加給聯(lián)頂和定向工具，運(yùn)行剪切螺釘114和116將被剪斷。運(yùn)行剪切螺釘114和116剪斷后，內(nèi)工作筒將向下運(yùn)動(dòng)到如圖9所示的鎖定位置，使得內(nèi)工作筒88的錐形壁凹腔128與130相對(duì)于聯(lián)頂擋塊23的傾斜端132和134處于非相對(duì)位置。這將導(dǎo)致聯(lián)頂擋塊23的傾斜端由于內(nèi)工作筒88的外圓周面126的支承而限制聯(lián)頂擋塊向內(nèi)移動(dòng)，如圖9所示。在工具的這個(gè)狀態(tài)下，聯(lián)頂擋塊23將與聯(lián)頂和定向接頭18的相配合的內(nèi)聯(lián)頂剖面被牢固地鎖定在一起。
頂接頭12的結(jié)構(gòu)如圖2A所示，通過(guò)一個(gè)螺紋連接13與內(nèi)工作筒88的上端相連接。或者，如圖8、9和10所示，頂接頭的結(jié)構(gòu)如140所示，通過(guò)一個(gè)螺紋連接142與內(nèi)工作筒88的上端相連接，在下端具有一個(gè)環(huán)形邊144與頂柱頭30的上端146接觸。頂接頭140的中部在148處水平錯(cuò)位，形成一個(gè)內(nèi)部凹腔150，用于容納一個(gè)下入或者回收工具154的下端的一個(gè)直徑增大的部分。因此，頂接頭140把下入或者回收工具154固定到內(nèi)工作筒88上，可以操縱內(nèi)工作筒向上或者向下移動(dòng)，或者允許工具穿過(guò)套管柱，這取決于工具所遇到的聯(lián)頂和定向接頭的結(jié)構(gòu)。
在套管內(nèi)，工具還需要具有密封或者分隔能力。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，一個(gè)分隔器156設(shè)置在頂接頭140的周圍，它帶有一個(gè)環(huán)形的下端158，該下端延伸到頂接頭140的下端以下，如圖8所示。當(dāng)主工作筒22通過(guò)聯(lián)頂擋塊23與聯(lián)頂和定向接頭18的內(nèi)聯(lián)頂剖面結(jié)合而被阻止移動(dòng)時(shí)，內(nèi)工作筒88向下移動(dòng)到把主工作筒22鎖定在聯(lián)頂和定向接頭18內(nèi)。在向下移動(dòng)的最后階段，分隔器156的下端環(huán)形部分將與頂柱頭30的上端146接觸。內(nèi)工作筒的進(jìn)一步向下移動(dòng)將會(huì)使得頂接頭140的下端與頂柱頭30的上端接觸，從而導(dǎo)致一個(gè)密封圈160受壓縮變形到如圖9所示的狀態(tài)，使密封圈產(chǎn)生足夠的徑向膨脹，使得密封圈與聯(lián)頂和定向接頭正上的套管柱16的內(nèi)壁之間密封配合。反過(guò)來(lái)，由于下入或者回收工具154的向上移動(dòng)將使得密封圈160回到最初的非密封狀態(tài)，如圖8所示。
在頂柱頭30內(nèi)部，如圖2A所示，具有一組棘爪件162，它們置于內(nèi)工作筒88的外圓周面周圍，當(dāng)內(nèi)工作筒88向上移動(dòng)時(shí)，它們通過(guò)棘爪腔166的一個(gè)錐形內(nèi)表面被引導(dǎo)，從而與內(nèi)工作筒88構(gòu)成限制配合。棘爪腔166通過(guò)一組可釋放剪切螺釘168固定到頂柱頭30內(nèi)部，這些可釋放剪切螺釘安置于頂柱頭30的合適的凹腔內(nèi)，有一個(gè)內(nèi)剪切極限件與棘爪腔的合適的凹槽結(jié)合。當(dāng)可釋放剪切螺釘168由于下入或者回收工具形成的內(nèi)工作筒88的向上的力而被剪斷后，棘爪件162將釋放與內(nèi)工作筒88的內(nèi)圓周面之間的卡緊關(guān)系，因此允許內(nèi)工作筒相對(duì)于主工作筒22向上移動(dòng)直到聯(lián)頂擋塊23的傾斜端移動(dòng)進(jìn)入內(nèi)工作筒88的凹腔128和30。在這個(gè)狀態(tài)下，聯(lián)頂擋塊23的向上的力導(dǎo)致在相配合的傾斜面170上發(fā)生一個(gè)類似凸輪運(yùn)動(dòng)(acam-like reaction)，從而導(dǎo)致聯(lián)頂擋塊沿著徑向向內(nèi)移動(dòng)到非鎖定位置。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，聯(lián)頂和定向工具11可以向上移動(dòng)，從而可將它從油井套管內(nèi)取出。
圖3～7主要說(shuō)明本發(fā)明的各種不同的部分。對(duì)于結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，在圖1～2B、8和9中設(shè)備的結(jié)構(gòu)將被考慮。用于下入聯(lián)頂和定向工具11的下入工具如圖6、6A和7所示。在圖3中，一個(gè)油井套管16和一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭18以螺紋連接。圖4表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)聯(lián)頂和定向工具11被下入到套管內(nèi)，支承著一個(gè)帶有使磨削作業(yè)更容易的套管窗磨削工具27的磨削造斜器21。聯(lián)頂和定向工具11的聯(lián)頂擋塊23處于回縮狀態(tài)，沒(méi)有與套管柱16或者聯(lián)頂和定向接頭18的內(nèi)聯(lián)頂剖面結(jié)合。支承磨削工具27的鉆柱包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭。當(dāng)聯(lián)頂和定向工具與聯(lián)頂和定向接頭18的彎曲斜面結(jié)合時(shí)，該旋轉(zhuǎn)接頭允許聯(lián)頂和定向工具以及其攜帶的設(shè)備沿著順時(shí)鐘和逆時(shí)針?lè)较蜃杂尚D(zhuǎn)。這個(gè)特點(diǎn)允許聯(lián)頂和定向工具11通過(guò)多個(gè)聯(lián)頂和定向接頭而不會(huì)在鉆柱和井底鉆具組合上產(chǎn)生扭矩。或者，一個(gè)正位移馬達(dá)或者水輪機(jī)或者其它的井底馬達(dá)用于這樣的旋轉(zhuǎn)。如圖5所示，本發(fā)明的聯(lián)頂和定向工具11的聯(lián)頂擋塊23相對(duì)于套管接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面20結(jié)合鎖定，工具11的定向銷64置于套管接頭內(nèi)部的斜口引斜形成的導(dǎo)向槽內(nèi)。如圖5所示，元件42可以是一個(gè)偏移造斜器，它有一個(gè)錐形的傾斜面29，該傾斜面29使得設(shè)備穿過(guò)套管柱，并偏移穿過(guò)油井套管16的側(cè)向開(kāi)口17，從而形成用于合適油井操作的側(cè)向分枝井19。
根據(jù)圖6所示的一個(gè)簡(jiǎn)要說(shuō)明，聯(lián)頂和定向工具11的聯(lián)頂擋塊23處于回縮狀態(tài)下入工具，描述了一個(gè)下入工具，如31所示，可釋放地與偏移造斜器61相連接，偏移造斜器61用于在聯(lián)頂剖面上支承工具11，如圖6A所示。當(dāng)工具聯(lián)頂完成后，下入工具31可以與偏移造斜器61分離，從油井內(nèi)取出，因此把偏移造斜器61或者磨削造斜器留在油井套管內(nèi)用于固定、定向和鎖定，因此造斜器的傾斜面29相對(duì)于側(cè)向開(kāi)口17定向，使得鉆柱或者洗井管柱穿過(guò)側(cè)向開(kāi)口17進(jìn)入到側(cè)向分枝井19內(nèi)。
在圖6和圖6A所示的實(shí)施例中，一個(gè)如31所示的下入工具帶有一個(gè)連接接頭33，該連接接頭形成一個(gè)流體通道35和環(huán)形座37。在它的上端，連接接頭33與下入管柱39相連接。從流體通道35延伸形成流體通道41和43，流體通道41中止于連接接頭33底部的開(kāi)口45，流體通道43與環(huán)形座37下面的凹槽47相交，開(kāi)口朝向套管16與連接接頭33之間的環(huán)形空間。頂套筒51在上端與連接接頭33螺紋連接，下端可釋放地與偏移造斜器61的卡緊部分53鎖定連接，偏移造斜器61位于聯(lián)頂和定向工具11的上部，并與其連接。頂套筒51形成一個(gè)凸塊槽55，凸塊槽55內(nèi)有凸塊57，用于把頂套筒51卡到偏移造斜器61上?？ňo凸塊57置于偏移造斜器61的卡緊開(kāi)口59內(nèi)，在如圖6所示的卡緊狀態(tài)中，卡緊凸塊57受到卡緊活塞63的支承而不能產(chǎn)生釋放運(yùn)動(dòng)。在卡緊部分53的上端的小直徑端65內(nèi)，卡緊活塞63通常有O形密封圈67密封，該O形密封圈置于卡緊活塞內(nèi)的O形槽內(nèi)。頂套筒51的下端包圍著卡緊部分53的小直徑端65，通過(guò)O形密封圈69密封。在如圖6所示的下入狀態(tài)中，卡緊活塞63通過(guò)一組剪切釘或者剪切螺釘71在卡緊部分53的小直徑端65內(nèi)固定，當(dāng)剪切釘或者剪切螺釘71被剪斷后，卡緊活塞63繼續(xù)向下移動(dòng)到一個(gè)卡緊釋放位置，如圖6A所示。
流體壓力從內(nèi)部流體通道35通過(guò)流體通道41進(jìn)入腔73內(nèi)，從而在活塞63上形成剪斷剪切釘或者剪切螺釘71的力在腔73內(nèi)部具有偏移造斜器61。既然偏移造斜器61與頂套筒51之間不密封，在腔73內(nèi)的流體壓力將作用于卡緊活塞63的表面，卡緊活塞63有O形密封圈67密封。為了形成作用于卡緊活塞63的流體壓力，一個(gè)球75通過(guò)下入管柱39的流體通道投入，座于環(huán)形座37上，從而封閉流體通道43到環(huán)形空間49的流動(dòng)。當(dāng)在腔73的流體壓力積聚，作用于活塞63，形成一個(gè)向下的作用于活塞上的釋放力。當(dāng)這個(gè)向下的釋放力足以剪斷剪切釘或者剪切螺釘71時(shí)，活塞63將會(huì)向下移動(dòng)如圖6A所示的位置，從而活塞凹槽77與卡緊凸塊57相對(duì)，允許卡緊凸塊移動(dòng)到如圖7所示的釋放位置。當(dāng)卡緊凸塊釋放時(shí)，作用于下入管柱39上的一個(gè)向上的力將會(huì)使得凸塊槽的內(nèi)部錐形表面迫使卡緊凸塊57徑向向內(nèi)移動(dòng)到釋放位置。而且，由下入管柱39施加的向上的力把頂套筒51從其在偏移造斜器61上端的位置拉起，從而把聯(lián)頂和定向工具卡緊在聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)，偏移造斜器61的傾斜面29在某一深度點(diǎn)對(duì)于側(cè)向開(kāi)口17的磨削的定向和側(cè)向分枝井19的鉆進(jìn)以及提供一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的進(jìn)入側(cè)向分枝井時(shí)提供一個(gè)角度定向。
如圖11、13和14所示，一個(gè)斜口引斜接頭180與一個(gè)套管接頭相連接，通過(guò)對(duì)齊螺釘182對(duì)齊。斜口引斜接頭180形成一個(gè)長(zhǎng)的管狀體“斜口引斜”段184，具有一個(gè)尖端186，形成一對(duì)曲線通常是螺旋導(dǎo)向邊188，該螺旋導(dǎo)向邊的下端與一個(gè)內(nèi)部對(duì)齊槽190相交，對(duì)齊槽190適合容納聯(lián)頂和定向工具的定向銷64。
如圖11中聯(lián)頂和定向接頭18的上端所示，該聯(lián)頂和定向接頭帶有一個(gè)特別設(shè)計(jì)的內(nèi)聯(lián)頂剖面，如20所示，有一對(duì)向內(nèi)的環(huán)形凸肋192和194，這兩個(gè)環(huán)形凸肋具有垂直的導(dǎo)向槽如196和198所示。上端的環(huán)形凸肋192形成一個(gè)突變臺(tái)肩200，當(dāng)放置聯(lián)頂擋塊23時(shí)，通過(guò)聯(lián)頂擋塊23的一個(gè)突變的、向下的臺(tái)肩202結(jié)合，如圖12所示。一個(gè)錐形的、向下的環(huán)形臺(tái)肩204與聯(lián)頂擋塊23的一個(gè)傾斜臺(tái)肩206相配合，如圖12所示。聯(lián)頂剖面20下端的環(huán)形臺(tái)肩194形成一個(gè)相反的錐形傾斜臺(tái)肩208和210，分別與聯(lián)頂擋塊23的傾斜臺(tái)肩212和214相配合。在油井套管內(nèi)有或者沒(méi)有聯(lián)頂和定向工具時(shí)，如果遇到具有與聯(lián)頂和定向工具的聯(lián)頂剖面不配合的聯(lián)頂和定向接頭18時(shí)，聯(lián)頂擋塊23下端的傾斜導(dǎo)向面138只會(huì)引導(dǎo)聯(lián)頂擋塊通過(guò)非配合表面，因此沒(méi)有結(jié)合發(fā)生。聯(lián)頂擋塊23只會(huì)受到壓縮彈簧48和50徑向向內(nèi)的擠壓，從而使得聯(lián)頂和定向工具穿過(guò)聯(lián)頂和定向接頭。
如圖13所示，一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭18在大部分上與圖11中的聯(lián)頂和定向接頭相同。差別在于，其中環(huán)形臺(tái)肩212和214和圖11中的環(huán)形臺(tái)肩192和194的垂直間距相比具有不同的垂直間距。在圖14中，表示了一個(gè)聯(lián)頂擋塊23，與圖13中的聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面配合。因此帶有圖14所示的聯(lián)頂擋塊的聯(lián)頂和定向工具將會(huì)穿過(guò)圖11所示的聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面，而很容易地聯(lián)頂和座于圖13所示的聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面上。這種聯(lián)頂和定向工具適合聯(lián)頂在一組聯(lián)頂和定向接頭中的一個(gè)內(nèi)，只要使得工具具有一個(gè)與聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面相配合的聯(lián)頂擋塊。
圖15所示的聯(lián)頂和定向接頭18不同于圖11和13中的聯(lián)頂和定向接頭，其中的內(nèi)聯(lián)頂剖面由一個(gè)向內(nèi)的環(huán)形凸肋216形成，在218處具有一個(gè)垂直定向槽。環(huán)形凸肋216形成一個(gè)向上的突變臺(tái)肩220和一個(gè)向下的傾斜臺(tái)肩222。它對(duì)應(yīng)的聯(lián)頂擋塊23如圖16所示。與圖12、14和16中的聯(lián)頂擋塊類似，只是外聯(lián)頂剖面不同。圖16中聯(lián)頂擋塊形成一個(gè)向下的突變臺(tái)肩224，它向上座于環(huán)形凸肋216的突變臺(tái)肩220，向下座于傾斜臺(tái)肩226上，傾斜臺(tái)肩226向下與聯(lián)頂和定向接頭的內(nèi)聯(lián)頂剖面相配合。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是如圖18所示的定向銷64的結(jié)構(gòu)。定向銷64的下端形成一個(gè)傾斜表面86，該傾斜表面具有類似凸輪運(yùn)動(dòng)功能(acam-like function)，當(dāng)遇到一個(gè)內(nèi)部的障礙物時(shí)，迫使定向銷進(jìn)入它的配合槽118和120。此外，定向銷64的下端還形成一對(duì)相對(duì)的傾斜表面228和230，這兩個(gè)傾斜表面在點(diǎn)232相交。傾斜表面228與230的傾角與斜口引斜導(dǎo)向邊188的彎曲角度234相配合。因此當(dāng)聯(lián)頂和定向工具向下移動(dòng)時(shí)，點(diǎn)232將通過(guò)斜口引斜184的上部尖端186，因此定向銷64的一個(gè)或者另一個(gè)傾斜導(dǎo)向面228和230分別與斜口引斜的導(dǎo)向邊接觸，在聯(lián)頂和定向工具向下的移動(dòng)過(guò)程中，不會(huì)導(dǎo)致斜口引斜導(dǎo)向坡面的結(jié)構(gòu)變形或者過(guò)度磨損。因此，定向銷具有支承功能和導(dǎo)向功能，有效地防止了聯(lián)頂和定向接頭的導(dǎo)向坡面的過(guò)度磨損和結(jié)構(gòu)變形。
在前面的敘述中，很明顯，本發(fā)明已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了前述的所有目標(biāo)以及在此公開(kāi)的設(shè)備中固有的其它的目標(biāo)和特點(diǎn)。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很明顯，本發(fā)明也可用其它的不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求指出，而不是前面的描述來(lái)指出，并且還包括在權(quán)利要求等同范圍和等同意義內(nèi)的所有變化。
權(quán)利要求
1.一種在油井套管內(nèi)預(yù)定深度上選擇性定位、定向和鎖定物體的方法，包括(a)給油井套管在所需要的深度上提供一組聯(lián)頂和定向接頭，每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭具有與其它聯(lián)頂和定向接頭不同的內(nèi)聯(lián)頂剖面，每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭具有一個(gè)斜口引斜，用于在油井套管內(nèi)工具下入過(guò)程中對(duì)工具進(jìn)行定向，所說(shuō)的斜口引斜具有一個(gè)上端、一個(gè)定向槽和一對(duì)從所說(shuō)的上端延伸到所說(shuō)的定向槽的螺旋導(dǎo)向坡面；(b)把一個(gè)聯(lián)頂和定向工具下入到油井套管內(nèi)，該聯(lián)頂和定向工具在結(jié)構(gòu)上至少具有一個(gè)聯(lián)頂擋塊，該聯(lián)頂擋塊具有一個(gè)與所說(shuō)的所選定的聯(lián)頂和定向接頭之一相配合的配合表面，該聯(lián)頂和定向工具還具有一個(gè)定向銷，用于與定向銷所進(jìn)入的聯(lián)頂和定向接頭的斜口引斜的一個(gè)螺旋導(dǎo)向坡面結(jié)合而進(jìn)行定向，用于把聯(lián)頂和定向工具旋轉(zhuǎn)到一個(gè)預(yù)定的角度而與所說(shuō)的定向槽相對(duì)應(yīng)；(c)在所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具的下入過(guò)程中，使得所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具通過(guò)不具有一個(gè)相配合的內(nèi)聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭而聯(lián)頂?shù)骄哂邢嗯浜系穆?lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，還包括(d)當(dāng)所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊在聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)結(jié)合時(shí)，把所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具鎖定在所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，還包括(e)從所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)對(duì)所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具解鎖；以及(f)把所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具從所說(shuō)的油井套管內(nèi)取出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具懸掛于一個(gè)設(shè)備上下入到井內(nèi)，該設(shè)備可以為所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具提供雙向旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的定向銷形成一個(gè)相反的傾斜導(dǎo)向面，用于選擇性地與螺旋導(dǎo)向坡面的表面結(jié)合而進(jìn)行選擇性地導(dǎo)向，所說(shuō)的方法還包括在所說(shuō)的每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)的所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具的向下移動(dòng)過(guò)程中，所說(shuō)的定向銷的一個(gè)導(dǎo)向面沿著所說(shuō)的斜口引斜的螺旋導(dǎo)向坡面通過(guò)，使得所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具旋轉(zhuǎn)到所說(shuō)的定向銷與所說(shuō)的定向槽相對(duì)應(yīng)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說(shuō)的方法，其中，所說(shuō)的斜口引斜的所說(shuō)的螺旋導(dǎo)向坡面和所說(shuō)的定向銷的導(dǎo)向面具有配合的角度關(guān)系，所說(shuō)的方法還包括(a)在所說(shuō)的定向銷的所說(shuō)的導(dǎo)向面與所說(shuō)的斜口引斜所說(shuō)的螺旋導(dǎo)向坡面之間建立一個(gè)面-面結(jié)合以及導(dǎo)向關(guān)系；(b)在所說(shuō)的定向銷沿著所說(shuō)的螺旋導(dǎo)向坡面移動(dòng)過(guò)程中維持所說(shuō)的面-面結(jié)合以及導(dǎo)向關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具具有一個(gè)外側(cè)管狀工作筒體，至少一個(gè)所說(shuō)的聯(lián)頂擋塊和所說(shuō)的定向銷從其上突出，以及一個(gè)內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體，位于所說(shuō)的外側(cè)管狀工作筒體內(nèi)，相對(duì)于所說(shuō)的外側(cè)管狀工作筒體，在一個(gè)運(yùn)行位置和一個(gè)鎖定位置之間可以線性移動(dòng)，在所說(shuō)的運(yùn)行位置，所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷不被鎖定，在所說(shuō)的鎖定位置，所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷被鎖定，還包括(a)把所說(shuō)的在運(yùn)行位置的內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體固定，在此運(yùn)行狀態(tài)，所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷被解鎖；(b)當(dāng)把至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊安置到具有相配合表面的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)后，移動(dòng)所說(shuō)的內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體到所說(shuō)的鎖定位置，以把所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊鎖定在所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)所說(shuō)的相配合表面上，把所說(shuō)的定向銷鎖定在所說(shuō)的定向槽內(nèi)；以及(c)接著把所說(shuō)的內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體從所說(shuō)的鎖定位置移動(dòng)到所說(shuō)的運(yùn)行位置，以對(duì)至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷解鎖以允許所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具從油井套管內(nèi)取出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具具有運(yùn)行剪切件，當(dāng)下入所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具期間，使得所說(shuō)的外側(cè)管狀工作筒體與所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體固定在一個(gè)不可移動(dòng)的位置，還具有鎖定剪切件，當(dāng)鎖定發(fā)生后，鎖定管狀激勵(lì)工作筒體，防止所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體相對(duì)于所說(shuō)的外側(cè)管狀工作筒體向解鎖方向移動(dòng)，還包括(a)當(dāng)至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊座于一個(gè)具有相配合聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)后，施加足夠的向下的力給所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體，剪斷所說(shuō)的運(yùn)行剪切件，把所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體向下從所說(shuō)的運(yùn)行位置移動(dòng)到鎖定位置；以及(b)當(dāng)需要取出所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具時(shí)，施加足夠的一個(gè)向上的力給所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體，剪斷所說(shuō)的解鎖剪切件，把所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體從所說(shuō)的鎖定位置移動(dòng)到所說(shuō)的運(yùn)行位置。
9.一種鉆進(jìn)和再進(jìn)入側(cè)向分枝井的方法，包括(a)給油井套管在所需要的油井深度上提供一組聯(lián)頂和定向接頭，每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭具有一個(gè)預(yù)定的內(nèi)聯(lián)頂剖面，所說(shuō)的每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭具有一個(gè)斜口引斜，斜口引斜形成至少一個(gè)螺旋導(dǎo)向坡面和形成一個(gè)與螺旋導(dǎo)向坡面相對(duì)應(yīng)的定向槽，工具在套管內(nèi)的移動(dòng)過(guò)程中用于旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行定向；(b)把一個(gè)聯(lián)頂和定向工具下入到油井套管內(nèi)，該聯(lián)頂和定向工具至在結(jié)構(gòu)上少具有一個(gè)聯(lián)頂擋塊，該聯(lián)頂擋塊具有一個(gè)與所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭的預(yù)定的相配合的配合表面，該聯(lián)頂和定向工具還具有一個(gè)定向銷，當(dāng)工具被正確旋轉(zhuǎn)時(shí)，用于與定向銷所進(jìn)入的聯(lián)頂和定向接頭的斜口引斜的一個(gè)螺旋導(dǎo)向坡面結(jié)合而進(jìn)行定向，該聯(lián)頂和定向工具還包括一個(gè)偏移造斜器，該偏移造斜器形成一個(gè)傾斜的偏移面，與定向銷相對(duì)，用于側(cè)向分枝井的方向定向；(c)把一個(gè)套管窗磨削工具下入到油井套管內(nèi)，與偏移造斜器的一個(gè)傾斜偏移面接觸，從而在套管內(nèi)磨削一個(gè)定向的套管窗；以及(d)通過(guò)油井套管下入一個(gè)分枝井鉆具，通過(guò)偏移造斜器使得分枝井鉆具穿過(guò)已經(jīng)磨削的套管窗，該偏移造斜器用于鉆進(jìn)側(cè)向分枝井到所需要的程度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所說(shuō)的方法，其中的定向銷形成相對(duì)的導(dǎo)向面，用于與至少一個(gè)螺旋導(dǎo)向坡面的表面選擇性地結(jié)合進(jìn)行導(dǎo)向，所說(shuō)的方法還包括使得所說(shuō)的定向銷的一個(gè)導(dǎo)向面沿著所說(shuō)的斜口引斜的螺旋導(dǎo)向坡面移動(dòng)進(jìn)入所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭，在所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具的向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使得聯(lián)頂和定向工具旋轉(zhuǎn)從而使得所說(shuō)的定向銷與所說(shuō)的定向槽相對(duì)應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的斜口引斜的所說(shuō)的螺旋導(dǎo)向坡面和所說(shuō)的定向銷的所說(shuō)的導(dǎo)向面具有一個(gè)配合的角度關(guān)系，所說(shuō)的方法還包括(a)在所說(shuō)的定向銷的導(dǎo)向面與所說(shuō)的斜口引斜的螺旋導(dǎo)向坡面之間建立一個(gè)面-面接觸和導(dǎo)向關(guān)系；以及(b)在所說(shuō)的定向銷沿著所說(shuō)的螺旋導(dǎo)向坡面移動(dòng)過(guò)程中，維持這種面-面接觸和導(dǎo)向關(guān)系。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具具有一個(gè)外側(cè)管狀工作筒體，至少一個(gè)所說(shuō)的聯(lián)頂擋塊和所說(shuō)的定向銷從其上突出，以及一個(gè)內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體，位于所說(shuō)的外側(cè)管狀工作筒體內(nèi)，相對(duì)于所說(shuō)的外側(cè)管狀工作筒體，在一個(gè)運(yùn)行位置和一個(gè)鎖定位置之間可以線性移動(dòng)，在所說(shuō)的運(yùn)行位置，所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷不被鎖定，在所說(shuō)的鎖定位置，所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷被鎖定，還包括(a)把所說(shuō)的在運(yùn)行位置的內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體(inner tubularactuator mandrel)固定，在此運(yùn)行狀態(tài)，所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷不被鎖定；(b)當(dāng)把至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊安置到具有相配合表面的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)后，移動(dòng)所說(shuō)的內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體到所說(shuō)的鎖定位置，以把所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊鎖定在所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)所說(shuō)的相配合表面上，把所說(shuō)的定向銷鎖定在所說(shuō)的定向槽內(nèi)；以及(c)接著把所說(shuō)的內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體從所說(shuō)的鎖定位置移動(dòng)到所說(shuō)的運(yùn)行位置，以對(duì)至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和定向銷解鎖從而允許所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具從油井套管內(nèi)取出。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所說(shuō)的方法，其中所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具具有運(yùn)行剪切件，當(dāng)下入所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具時(shí)，使得所說(shuō)的內(nèi)側(cè)管狀激勵(lì)工作筒體和外側(cè)管狀工作筒體處于不可相對(duì)移動(dòng)的狀態(tài)，還具有鎖定剪切件，當(dāng)鎖定發(fā)生后，防止所說(shuō)的管狀工作筒體相對(duì)于所說(shuō)的外側(cè)管狀工作筒體朝上向解鎖方向移動(dòng)，還包括(a)當(dāng)至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊座于一個(gè)具有相配合聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)后，施加足夠的向下的力給所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體，剪斷所說(shuō)的剪切釘，把所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體從所說(shuō)的運(yùn)行位置移動(dòng)到鎖定位置；以及(b)當(dāng)需要取出所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具時(shí)，施加足夠的一個(gè)向上的力給所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體，剪斷所說(shuō)的解鎖剪切件，把所說(shuō)的管狀激勵(lì)工作筒體從所說(shuō)的鎖定位置移動(dòng)到所說(shuō)的運(yùn)行位置。
14.一個(gè)用于油井的聯(lián)頂和定向系統(tǒng)，包括(a)一個(gè)油井套管柱，連接有一組聯(lián)頂和定向接頭，所說(shuō)的每一個(gè)聯(lián)頂和定向接頭具有與所說(shuō)的油井套管內(nèi)其它的聯(lián)頂和定向接頭的聯(lián)頂剖面不同的內(nèi)聯(lián)頂剖面；(b)一個(gè)斜口引斜，位于每一個(gè)所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)，形成一個(gè)向上的尖端、一個(gè)定向槽以及一個(gè)從所說(shuō)的尖端到所說(shuō)的定向槽的螺旋導(dǎo)向坡面；以及一個(gè)聯(lián)頂和定向工具，包括(c)一個(gè)長(zhǎng)的工具筒體；(d)至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊，可移動(dòng)地安置于所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體上，具有一個(gè)與所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭之一的一個(gè)所說(shuō)的內(nèi)聯(lián)頂剖面相配合的聯(lián)頂剖面，所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊具有傾斜的上端和下端，用于與所說(shuō)的套管柱和聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)的障礙物接觸，使得所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊移動(dòng)到一個(gè)清除障礙物的位置，聯(lián)頂擋塊的這種運(yùn)動(dòng)是由障礙物導(dǎo)致的；(e)一個(gè)定向銷，可移動(dòng)地位于所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體上，用于與所說(shuō)的螺旋導(dǎo)向坡面導(dǎo)向結(jié)合，可以進(jìn)入所說(shuō)的定向槽；以及(f)一個(gè)激勵(lì)元件，可移動(dòng)地安置于所示的長(zhǎng)的工具筒體內(nèi)，在一個(gè)運(yùn)行位置和一個(gè)鎖定位置之間可以移動(dòng)，在運(yùn)行位置時(shí)允許所說(shuō)的定向銷的所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊徑向向內(nèi)移動(dòng)，在鎖定位置時(shí)把所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊固定到所說(shuō)的聯(lián)頂剖面上，把所說(shuō)的定向銷固定到所說(shuō)的定向槽內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所說(shuō)的系統(tǒng)，還包括(g)使得所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊移動(dòng)到其徑向充分延伸位置的裝置，并允許在所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊回到徑向回縮位置以在所說(shuō)的套管柱和聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)移動(dòng)所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具時(shí)清除障礙物；以及(b)使得所說(shuō)的定向銷徑向延伸到其徑向延伸位置的裝置，與所說(shuō)的螺旋導(dǎo)向坡面結(jié)合，并允許在所說(shuō)的定向銷回到徑向回縮位置以在所說(shuō)的套管柱和聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)移動(dòng)所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具時(shí)清除障礙物；
16.根據(jù)權(quán)利要求14所說(shuō)的聯(lián)頂和定向系統(tǒng)，其中(a)所說(shuō)的導(dǎo)向坡面通常是一個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)；以及(b)所說(shuō)的定向銷具有一對(duì)相對(duì)的傾斜導(dǎo)向面，與所說(shuō)的導(dǎo)向坡面結(jié)合，使得所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體旋轉(zhuǎn)到一個(gè)位置，在這個(gè)位置上，所說(shuō)的定向銷與所說(shuō)的定向槽對(duì)應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所說(shuō)的聯(lián)頂和定向系統(tǒng)，其中所說(shuō)的定向銷的所說(shuō)的相對(duì)的傾斜導(dǎo)向面的每一個(gè)傾斜面具有與所說(shuō)的導(dǎo)向坡面幾乎相同的角度，因此在所說(shuō)的聯(lián)頂和定向工具在所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭內(nèi)向下移動(dòng)時(shí)，在所說(shuō)的傾斜導(dǎo)向面和所說(shuō)的導(dǎo)向坡面之間建立一個(gè)面-面接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所說(shuō)的聯(lián)頂和定向系統(tǒng)，其中(a)所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和所說(shuō)的定向銷的每一個(gè)都形成一個(gè)傾斜端和一個(gè)下端；而且還包括(b)一個(gè)位于所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體內(nèi)的一個(gè)長(zhǎng)的管狀工具筒體，該管狀工具筒體具有一個(gè)上端，用于與所說(shuō)的下入工具相連接，用于使得所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體移動(dòng)穿過(guò)所說(shuō)的套管柱和所說(shuō)的聯(lián)頂和定向接頭，所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工作筒體具有一個(gè)外鎖定面，形成一個(gè)凹槽，用于容納在所說(shuō)的運(yùn)行位置所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和所說(shuō)的定向銷的傾斜端，允許所說(shuō)的至少一個(gè)聯(lián)頂擋塊和所說(shuō)的定向銷向內(nèi)移動(dòng)，所說(shuō)的外鎖定面位于在所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體處于鎖定位置時(shí)限制所說(shuō)的聯(lián)頂擋塊和定向銷的徑向移動(dòng)的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所說(shuō)的聯(lián)頂和定向系統(tǒng)，還包括運(yùn)行剪切件，把所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體相對(duì)于所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體下入作業(yè)中固定到一個(gè)不可移動(dòng)的運(yùn)行位置，所說(shuō)的運(yùn)行剪切件在施加一個(gè)預(yù)定的向下的力給所說(shuō)的管狀工具筒體后剪斷，允許所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體移動(dòng)到相對(duì)于所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體移動(dòng)到所說(shuō)的鎖定位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所說(shuō)的聯(lián)頂和定向系統(tǒng)，還包括(a)在所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體移動(dòng)所說(shuō)的鎖定位置時(shí)把所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體固定到所說(shuō)的長(zhǎng)的工具筒體上的裝置，該裝置可以移動(dòng)到一個(gè)釋放位置，允許釋放所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體從而移動(dòng)到所說(shuō)的運(yùn)行位置；以及(b)在施加一個(gè)預(yù)定大小的拉力給所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體時(shí)，允許所說(shuō)的固定裝置移動(dòng)到所說(shuō)的釋放位置的釋放裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所說(shuō)的聯(lián)頂和定向系統(tǒng)，其中所說(shuō)的固定裝置包括(a)一個(gè)頂柱頭，固定到所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體上，在所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體周圍形成一個(gè)環(huán)形空間；(b)一組棘爪件，位于所說(shuō)的環(huán)形空間內(nèi)，并與所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體夾持性結(jié)合；(c)一個(gè)棘爪腔，置于所說(shuō)的環(huán)形空間內(nèi)，把所說(shuō)的棘爪件固定保持在所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體上；以及(d)至少一個(gè)釋放剪切件，把所說(shuō)的棘爪腔相對(duì)于所說(shuō)的頂柱頭固定，當(dāng)施加一個(gè)預(yù)定的拉力給所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體時(shí)該剪切件被剪斷，因此從所說(shuō)的頂柱頭釋放所說(shuō)的棘爪腔，并允許所說(shuō)的長(zhǎng)的管狀工具筒體從所說(shuō)的鎖定位置向上移動(dòng)所說(shuō)的運(yùn)行位置。
全文摘要
油井套管在選定深度上有多個(gè)套管接頭,套管接頭有帶不同內(nèi)聯(lián)頂剖面的聯(lián)頂定向接頭和形成向上尖端并延伸到定向槽的螺旋定向坡面的斜口引斜。聯(lián)頂定向工具適宜下到套管內(nèi),其有外管狀工作筒定位多個(gè)聯(lián)頂擋塊以與套管接頭匹配聯(lián)頂剖面配合并以定向銷定位螺旋導(dǎo)向坡面結(jié)合并導(dǎo)向工具以結(jié)合定向槽。聯(lián)頂定向有內(nèi)工作筒,線性定位于聯(lián)頂擋塊與定向銷徑向屈服以通過(guò)套管柱內(nèi)部障礙物的運(yùn)行位置和兩者相對(duì)于聯(lián)頂定向接頭的匹配聯(lián)頂剖面的鎖定位置上。
文檔編號(hào)E21B23/04GK1195065SQ97121438
公開(kāi)日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1997年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月1日
發(fā)明者S·S·尼蒂斯, H·奧梅爾, M·V·戈特利布 申請(qǐng)人:安娜鉆機(jī)國(guó)際有限公司