非转动致动的安全接头 |
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| 申请号 | CN201280071173.1 | 申请日 | 2012-03-06 | 公开(公告)号 | CN104246111B | 公开(公告)日 | 2016-06-08 |
| 申请人 | 哈利伯顿能源服务公司; | 发明人 | P·D·灵根贝格; | ||||
| 摘要 | 一种在地下井中释放安全接头的方法，其可包括使管柱在安全接头处分离，而不转动管柱。一种在地下井中使用的安全接头可包括多段，响应在安全接头的多段之间的预定次数的相对纵向位移和非转动位移，这些段彼此分离。另一种在地下井中释放安全接头的方法可包括：对震击器进行多次完全致动，该震击器与安全接头在相同的管柱中互连；然后响应管柱的非转动位移，使管柱在安全接头处分离。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在地下井中释放安全接头的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 非转动致动的安全接头技术领域[0001] 本发明大体涉及一种与地下井结合执行的操作及所利用的设备，且在一个下述实例中，更具体地提供一种安全接头，其不通过转动管柱被致动。 背景技术[0002] 安全接头典型地被互连于管柱中，在位于安全接头下方的封隔器、射孔器或其它设备在井眼中卡住的情况下，该管柱在安全接头处被分离。在安全接头被致动后，可以很轻易地将位于安全接头上方的管柱从井眼中收回。 [0003] 应认识到，在构造安全接头的技术领域中，持续不断地需要多种改进方案。 发明内容[0004] 在本说明书中提供了多种系统和方法，其为构造和操作安全接头的技术带来了多个改进方案。以下描述了一个实例，其中，安全接头被致动，而无需转动管柱，安全接头互连在该管柱中。以下描述了另一实例，其中，安全接头通过对震击器进行局部致动而被致动。 [0005] 以下描述了一种在地下井中释放安全接头的方法。在一个实例中，该方法可以包含在安全接头处分离管柱，而不转动管柱。 [0006] 以下还描述了一种在地下井中使用的安全接头。在一个实例中，安全接头的多段响应这些段之间的预定次数的相对纵向位移和非转动位移，而彼此分离。 [0007] 以下描述了另一种在地下井中释放安全接头的方法。在该实例中，该方法可包括：对震击器进行多次完全致动，该震击器与安全接头在相同的管柱中互连；然后响应管柱的非转动位移，使管柱在安全接头处分离。 附图说明[0009] 图1是一种井系统和相关方法的代表性局部剖视图，其能够体现本发明的原理。 [0010] 图2是可在图1的系统和方法中使用的安全接头的代表性剖视图，其能够体现本发明的原理。 [0011] 图3是沿图2中的线3-3截取的安全接头的转动抗逆转装置的代表性剖视图。 [0012] 图4是安全接头的心轴的代表性“展开”视图。 [0013] 图5是带有释放装置的安全接头的代表性剖视图，其处于对准构造下。 [0014] 图6是处于释放构造下的安全接头的代表性剖视图。 具体实施方式[0015] 图1中代表性示出的是能够体现本发明的原理的井系统10和相关方法。然而，应当清楚地理解，系统10和方法仅是本发明的原理能够如何被应用于实际中的一个实例，且本发明的范围完全不限于图中示出的和以下描述的系统和方法的细节。 [0016] 在图1所示实例中，管柱12被安装于井眼14中，该井眼设有水泥16和套管18。封隔器20被设置为由此封闭在管柱12和井眼14之间径向形成的环空22。如果需要的话，可使用另一个封隔器24(或桥塞等)封闭井眼14，由此使位于封隔器20、24之间的环空22隔离。 [0017] 管柱12可以被用作任何用途(诸如钻杆测试、完井操作、增产操作，等等)。在所示的实例中，一个或多个射孔器26被互连于管柱12中，用于对套管18和水泥16进行射孔，由此使流体能够从被井眼14穿透的地层28中产出(或注入至地层中)。然后可按照本领域技术人员熟知的方式，通过执行升压和降压测试来测试地层28。 [0018] 安全接头30在封隔器20的下方被互连于管柱12中(如图1所示)。当位于安全接头30下方的封隔器24、射孔器26或其它设备件卡住，或由于其它原因不能轻易地从井眼14收回时，安全接头可被致动，以将管柱12的上段12a与该管柱的下段12b分离，由此可以收回上段。然后可以使用单独的“打捞”作业收回管柱12的下段12b。 [0019] 请注意，并非所有井眼14都必须设有水泥16或套管18，管柱12可包括比图1中示出的更多、更少或不同的部件，该井眼可以是水平的或倾斜的，等等。因此应当认识到，本发明的范围不限于图1中代表性示出的实例。 [0020] 本领域技术人员熟知类型的震击器32(诸如液压式震击器或机械式震击器)也互连于管柱12中。虽然震击器32在图1中被示出为连接于封隔器20的下方，但在其它实例中，该震击器也可连接于封隔器的上方或其它位置。 [0021] 如果使用液压式震击器，典型地，震击器是通过向上拉起位于震击器上方的管柱12而被致动的。在拉力下，震击器将最初计量液压流体，然后突然释放，由此向位于震击器下方的管柱传递向上的冲击。在冲击之后，通过使位于震击器上方的管柱下降并由此压缩震击器，震击器可被重置。 [0022] 因此，震击器32可通过管柱12的纵向操纵而被致动，或可选地通过使震击器压缩和伸长而被致动。例如，在有大型管缆(umbilical)附接于管柱上的情况下，能够通过纵向操纵管柱12来致动安全接头30，而使得管柱不需要被转动就是有利的。 [0023] 然而，当震击器32被用于向管柱12传递冲击时，优选的是防止安全接头30分离。以这种方式，可使用震击器32向管柱传递冲击，用于释放卡住的设备，而如果使用震击器不成功的话，安全接头30可随后被分离，由此使管柱的上段12a能够从井中被收回。 [0024] 现在再参照图2，其代表性示出了安全接头30的剖视图(除了图1中系统10的剩余部分之外)。安全接头30可与本发明的范围一致地被用于其他井系统或方法中。 [0025] 在图2所示实例中，安全接头30包括上段30a和下段30b，当安全接头被致动时，上段30a和下段30b彼此分离。上段30a和下段30b可配备有螺纹连接件或其它类型的连接件，这些连接件用于例如通过将安全接头30a、30b连接至相应的管柱段12a、12b，而将安全接头30互连于管柱12中。 [0026] 上安全接头段(安全接头上段)30a包括大体管状的外壳体34，外壳体34具有内肩台36。下安全接头段(安全接头下段)30b包括大体管状的壳体38，壳体38具有外肩台40。 [0027] 释放装置42包括弹性夹头44，这些弹性夹头被捕获在肩台36、40之间。这防止了壳体34、38分离，并允许在安全接头被致动之前，通过安全接头30来传递拉力冲击。 [0028] 然而应注意，壳体34、38能够朝向彼此移位，从而在某种程度上纵向压缩安全接头30。当震击器32正在被“重新准备击发(cocked)”以准备向管柱12传递另一次冲击时，就会发生这种纵向压缩。 [0029] 当释放装置42被致动，以释放上安全接头段30a和下安全接头段30b使其分离时，安全接头30使用这种在管柱12中交替的压缩和拉伸(由于震击器32的致动)来进行控制。在图2示出的实例中，安全接头30响应震击器32的预定次数的局部震动而被分离，但是如果震击器被完全致动，安全接头将不会被分离。如果需要的话，震击器32的完全致动可将局部致动的计数重置。 [0030] 在典型的液压式震击器的完全致动中，拉力被施加至管柱(震击器被连接在管柱中)。该拉力引起通过孔口对液压流体进行计量，由此产生延时。最后，计量完成，并允许震击器快速伸长而后突然停止，由此产生冲击。 [0031] 在局部致动中，管柱中的拉力并不会被维持到足以传递冲击那么长久。替代性地，在冲击被传递前，震击器被重新准备击发。 [0032] 如果使用液压式震击器，那么可用计量时间来确定如何实现局部致动。例如，如果对于特定的液压流体、温度、拉力等等，完整的常规计量时间是60秒，那么拉力可被施加在管柱上仅仅30秒以进行局部致动。如果使用的是另一种类型的震击器，那么可利用其他参数(诸如冲程、转动等)来确定如何实现局部致动。 [0033] 在图2的释放装置42中，夹头44从环46向下延伸。环46的内侧设有槽，且可在花键48上纵向移位，该花键形成在大体管状的心轴50外侧上。 [0034] 单独的指状部52从环46向上纵向伸出。环46和花键48之间的接合固定了指状部52相对于心轴50的转动位置。相似的指状部54从棘轮装置58的套筒56向下纵向伸出。 [0035] 套筒56被可转动而且纵向可往复地设置于心轴50上。如图2所示，棘轮装置58的指状部54并不与释放装置42的指状部52对准。然而，当套筒56围绕心轴50充分地转动时，指状部52、54将会对准，并且安全接头30的下一次压缩(例如当震击器32重新准备击发时)会引起释放装置42释放。 [0036] 套筒56的转动是通过位于套筒中的构件60与形成于心轴50的外表面中的槽62接合来控制的。槽62可属于本领域技术人员所称普通类型的槽，例如“J”型槽。但是，可将附加功能整合到槽62中，由此如果需要的话，棘轮装置58能够被重置。 [0037] 扭力弹簧64使套筒56偏置，以围绕心轴50转动。然而，只有当构件60处于槽62的一部分中从而允许这样的转动，套筒56才能够转动。 [0038] 在棘轮装置58中也包括抗逆转机构66。当安全接头30被致动时，机构66防止套筒56沿逆向转动。 [0039] 现在再参照图3，其示意性示出了沿图2中的线3-3截取的安全接头30进一步按比例放大的剖视图。在该视图中，可看到心轴50具有“齿部”68，这些齿部68在心轴周围至少局部周向地形成。棘爪70被带入套筒56中，并被偏置成与齿部68接合。 [0040] 齿部68被形成为，当被棘爪70接合时，使通过扭力弹簧64施加的扭力72受到抗拒。因此，当棘爪70与一个或多个齿部68接合时，扭力弹簧64将不会使套筒56相对于心轴50而转动。 [0041] 注意，为了使指状部52、54对准，指状部54与套筒56一起围绕心轴50转动180度，且齿部68因此优选也围绕心轴50延伸至少180度。但是，如果需要的话，可能使用其它转动量。 [0042] 此外再参照图4，其示意性示出了心轴50的外部的“展开”视图。在该视图中，可以更清楚地看见在心轴50的外部形成槽62的方式。 [0043] 在图4示出的实例中，六个独立的“J”型槽62a-62f被用来对应于震击器32的六次局部致动。这意味着，套筒56将会随着每次局部致动而转动30度，总计转动180度。但是，如果需要的话，也可使用其它数量的槽和其它转动量。 [0044] 构件60通过槽62的弯曲部分的位移会引起套筒56相对于心轴50转动。只要棘爪70与多个齿部68中的至少一个齿部接合，抗逆转机构66就防止套筒56的方向逆转。 [0045] 当震击器32被局部致动时，构件60被收纳于“J”型槽62a-62f中。然而，当震击器32被完全致动时，构件60被收纳在位于心轴50上的凹部74中，且棘爪70不与齿部68接合，且由此扭力弹簧64相对于心轴将套筒56转回到其最初位置。这样使棘轮装置58“重置”。 [0046] 如果并不需要这种重置能力，则可移除凹部74。在这种构造(没有凹部74)中，在对震击器32进行预定次数的局部致动后，安全接头30将会分离，而不论是否存在震击器的中间完全致动(intermediate full actuation)。 [0047] 如果震击器32被多次连续地局部致动，构件60将会通过J型槽62a-62f前进，引起套筒56借助震击器的每次局部致动和重新准备击发而围绕心轴50递增地转动。最终，套筒56转动足够的量，由此使指状部52、54对准。 [0048] 现在再参照图5，其示意性示出了在套筒56转动、且指状部52、54被转动对准之后的安全接头30。在震击器32下一次重新准备击发时(例如，当管柱12被压缩时)，指状部52、54的这种对准将会允许释放装置42被释放。 [0049] 现在再参照图6，其示意性示出了释放装置42被释放后的安全接头30。安全接头30的压缩使外壳体34相对于壳体38向下移位，引起指状部54向下推动指状部52。这引起夹头44跨过和越过被承载于壳体38上的压缩弹簧76。 [0050] 弹簧76防止夹头44径向向内地缩回。因此，夹头44保持径向向外地延伸至形成在外壳体34中的环形凹部78中。 [0051] 当安全接头上段30a接下来向上移位(例如，当管柱段12a从表面被提升)时，外壳体34、夹头44、心轴50、棘轮装置58、和上段30a的剩余部分可从井中被收回，而与下段30b分离。在夹头44被保持在其径向向外的位置的状态下，这些夹头不会再次被捕获在肩台36、40之间。 [0052] 虽然以上描述了棘轮装置58的具体类型和释放装置42的具体类型，应认识到可以使用多种不同类型的装置。释放装置42和棘轮装置58仅仅是多种方式的实例，通过这些方式可以分离安全接头30，而无需转动管柱12。 [0053] 现在可充分认识到，以上公开的本发明内容对于在井中构造和操作安全接头的技术提供了显著的改进方案。在上述实例中，可借助对管柱12的纵向操纵来使安全接头30分离，而无论震击器32是否也被用来向管柱传递冲击。 [0054] 以上公开的本发明为本技术领域提供了一种在地下井中释放安全接头30的方法。在一个实例中，该方法可以包括在安全接头30处分离管柱12，而不转动管柱12。 [0055] 所述分离可以包含操纵管柱12，由此引起安全接头30的第一段30a和第二段30b之间的相对纵向位移。在第一安全接头段30a和第二安全接头段30b之间的相对纵向位移可操作棘轮装置58。 [0056] 该方法也可包括在分离安全接头30之前，多次致动震击器32。也可响应对震击器32进行的预定次数的局部致动来执行分离。震击器32的完全致动可使局部致动震击器32的步骤(次数)的计数重新开始。 [0057] 分离可包含将棘轮装置58的一部分(例如指状部54)与释放装置42的一部分(例如指状部52)对准，借此在释放装置的那部分与棘轮装置的那部分对准时，释放装置42响应管柱12的非转动位移而释放。 [0058] 以上还描述了用于地下井中的安全接头30。在一个实例中，安全接头30可包括第一段30a和第二段30b；第一段和第二段响应在第一安全接头段30a和第二安全接头段30b之间预定次数的相对纵向位移和非转动位移，而彼此分离。 [0059] 安全接头30可包括棘轮装置58，棘轮装置58带有一部分(例如指状部54)，该部分响应第一安全接头段30a和第二安全接头段30b之间的相对纵向位移和非转动位移而移位。 [0060] 安全接头30也可包括释放装置42，当棘轮装置58的部分(例如指状部54)与释放装置42的部分(例如指状部52)对准时，释放装置42响应相对纵向位移和非转动位移中的一种位移，使第一安全接头段30a和第二安全接头段30b彼此释放。 [0061] 棘轮装置部分也可响应在第一安全接头段30a和第二安全接头段30b之间的相对纵向位移和非转动位移。 [0062] 相对纵向位移和非转动位移可包括震击器32的局部致动。震击器32的完全致动可使相对纵向位移和非转动位移的次数重置。 [0063] 以上描述了在地下井中释放安全接头30的另一种方法。该方法可包括：多次完全致动震击器32，震击器32与安全接头30被互连在相同的管柱12中；然后响应管柱12的非转动位移，在安全接头30处分离管柱12。所述分离可包括释放一组夹头44。 [0064] 虽然以上描述了多个不同的实例，且每个实例具有特定特征，但应理解，一个实例的具体特征并非必须排他性地仅用于该实例。反之，以上所描述的和/或图示的多个特征中的任一个特征可与多个实例中的任一个实例结合，以补充或替代这些实例中的任何其他特征。一个实例的特征与另一个实例的特征并不是互相排斥的。反之，本发明的范围包含多个特征中的任何特征的任何组合。 [0065] 虽然以上所述的每个实例包括多个特征的一定组合，但应理解，并非必须使用一个实例中的所有特征。反之，可以使用上述多个特征中的任一个，而不使用任何其它某一个或多个特征。 [0066] 应当理解，本说明书中所描述的不同实施例可被用于各种方向(例如倾斜、颠倒、水平、竖直方向等等)且用于各种设置，而不偏离本发明的原理。所述实施例仅仅作为本发明原理的有效应用的实例，并不限于这些实施例的任何具体细节。 [0067] 在以上对代表性的实例描述中，为方便起见而参照附图使用了方位术语(例如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等等)。然而，应当清楚地理解，本发明的范围不限于在此描述的任何具体方位。 [0068] 术语“包括”、“包含”、“含有”、“由……组成”和类似术语在本说明书中是在非限定意义上使用的。例如，若一个系统、方法、设备、装置等被描述为“包含”某个特征或元件，则该系统、方法、设备、装置等可包括该特征或元件，并且也可包括其它特征或元件。相似地，术语“包括”应被认为意味着“包括但不限于”。 [0069] 当然，本领域技术人员根据对以上所述的本发明代表性实施例的仔细考虑，易于认识到可以对具体实施例进行许多修正、添加、替代、删除和其它改变，且借助本发明的原理可设想这样的改变。因此，前述细节描述应被清楚地理解仅是以说明和实例的方式给出的，本发明的核心和范围仅限于所附权利要求及其等同方案。 |
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