專利名稱：脹管器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域是井下脹管，更特別地，是兩級膨脹以形成凹座，使得一個管柱可以膨脹到另一個管柱中以產(chǎn)生單孔，尤為特別地，是在沿井下方向的一次起下鉆過程中完成 上述工作。
背景技術：
單孔完井利用脹管技術使井從地面開始具有相同的直徑。通常，管柱在其下端具 有凹座，表示位于其下端的直徑擴大區(qū)域。當管柱固定就位時，另一個管柱延伸穿過，第二 管柱的頂端與位于第一管柱下端的凹座對準。隨后給第二管柱使用膨脹裝置，從而使其內(nèi) 徑與上部管柱的內(nèi)徑大致相同。兩個管柱在上部管柱的凹座中彼此固定。由于凹座的緣故， 下部管柱的膨脹導致最終裝配好的管柱的內(nèi)部尺寸不會減小。完成這一工作的一種方法是在上部管柱的下端上安裝凹座并使上部管柱膨脹到 凹座中，隨后將下部管柱放在與上部管柱的凹座相鄰的位置并膨脹下部管柱。另一種方法 是在井下形成凹座。在2005年7月版的World Oil中，F(xiàn)ischer和Snyder描述了這樣一 種方法，在底部形成喇叭口，隨后向地面連續(xù)進行襯管膨脹。這種自底向上的方法使被膨脹 的管承受壓應力，在脹管期間冒有縱向彎曲的風險。該方法未提供但又需要的是在管柱受 拉的情況下自頂?shù)降酌浌艿姆椒ǎ约霸诠芘蛎浿?，在整形?swages)之間轉換以產(chǎn)生 凹座的簡單方法。這比自底向上脹管在技術上存在更大的挑戰(zhàn)，因為在自頂向下脹管中，整 形器必須轉換為被膨脹管內(nèi)的較大尺寸以形成均勻的較大凹座。本發(fā)明中還包含使較大整 形器在需要形成凹座前失效的方法。在脹管組件不能充分推進并且需要從井中取到地面上 的情況下，本發(fā)明還提供了用于緊急釋放的特征。在結合附圖閱讀本發(fā)明優(yōu)選實施例的情 況下，本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點對于本領域技術人員來說顯而易見，同時應該認識到權利 要求書限定了本發(fā)明的整個范圍。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了利用兩個不同尺寸的整形器進行一次起下鉆自頂?shù)降酌浌芤栽诠?上形成下端凹座。較小整形器下送到井眼內(nèi)，位于其后的較大整形器處于鎖定收縮位置。當 達到適當深度時，引導整形器撞到一體或可釋放的止動肩部。在止擋件接合于凹槽中的情 況下，吊起力使較大整形器上的鎖定裝置解除(外加壓力使錨定裝置固定在該位置)，使較 大整形器伸展以對位于管下端的凹座進行膨脹。提供緊急釋放以在整形器不能完成任務時 將其從井中取出。
圖1是顯示了引導整形器處于止動(no-go)位置的剖視圖；圖2是顯示了圖1中止擋件抵靠肩部凹座的視圖；圖3是圖2中剪切螺釘被剪斷以允許心軸之間相對運動的視圖4是圖3中引導整形器底部位于止動位置，尾隨整形器松開以在管柱內(nèi)施加壓力時變大的視圖；圖5是圖4中尾隨整形器致動以形成凹座的視圖；圖6是圖5中處于尾隨整形器收縮的緊急釋放位置的視圖；圖7是用于在利用引導整形器進行膨脹時將尾隨整形器鎖定在下鉆位置的鎖定 裝置的透視圖；圖8是圖7中鎖定裝置松開，使得尾隨整形器可以在將其向井下進一步推動的壓 力作用下達到其全尺寸的視圖；圖9是可松開的止動部鎖定就位并且在其與整形器組件接合之前的局部詳圖；圖10是圖9中可松開的止動部與整形器組件接合的視圖；圖11是圖10中可松開的止動部從下面接合并且剛要松開前的視圖；圖12是圖11中可松開的止動部完全松開的視圖；圖13是可松開的止動部的一部分部件的透視圖，顯示了當止動部鎖定時的C形環(huán) 位置；和圖14是圖13的視圖，顯示了 C形環(huán)為使可松開的止動部松開而收縮。
具體實施例方式圖1顯示了管10最初自頂向下膨脹的部件位置。管10優(yōu)選地具有位于限動器14 下面的凹座12。限動器14的目的是在地面上給出引導固定牙輪16接近限動器14的早期 信號。圖1顯示了支撐一系列止擋件20的心軸18，所述止擋件可克服彈簧22的偏壓移動。 止擋件20在向下鉆進過程中與限動器14接合時，心軸保持移動以壓縮彈簧22并且使凹槽 24與止擋件20相對以允許它們徑向縮回并越過限動器14，此時，彈簧22推動止擋件20離 開凹槽24使得它們在組件A再次吊起時再次徑向伸展并達到足以卡在凹座12中的程度， 如圖2所示?，F(xiàn)在將對組件A的部件進行描述。參考圖2，引導牙輪16優(yōu)選地為固定的。變徑 整形器26具有交錯塊體(segment)，剖視圖中只顯示了一個28，因為塊體全部對齊。塊體 28均具有接合到固定牙輪16上的下部擋圈30。剖視圖中未顯示的其它嵌套塊體均具有上 部擋圈32，當錨定裝置和相關往復推送器(兩者均未顯示)將心軸18向井下推動時，所述 上部擋圈由環(huán)34共同向下推動。當壓力使行程延長時，通過使錨定裝置夾緊以向前推進整 形器組件而完成上述工作。當擋圈30和32通過井下作用力靠在一起時，塊體在變徑整形 器26上對準并形成連續(xù)膨脹的周向表面36以使管10膨脹。引導變徑整形器沿井身向上是具有類似設計的較大整形器38，并且顯示了其伸展 或較小的直徑尺寸。在圖2所示位置，交錯塊體40、42顯示為其頂點44、46偏離。塊體40 具有固定到環(huán)50上的擋圈48。塊體42具有固定到環(huán)34上的擋圈52。除非運動鎖定，否 則塊體40可以與塊體42對齊，如下文將要描述的那樣。對于管10的初始膨脹來說，固定 牙輪首先進入，并且來自由錨定裝置支撐的往復推送器(圖中未顯示錨定裝置和往復推進 器)的作用力足以使引導整形器26的塊體28和未顯示的交錯塊體對齊，使得整形器26的 最大尺寸代表管10尺寸初始膨脹的程度。在管10的初始膨脹期間，塊體40和42鎖定在圖2所示位置。C形環(huán)58為彈性擋圈。在初始脹管期間，由于主體鎖緊環(huán)58將來自套筒56(附接到34上)的作用力直接傳 遞給套筒52以繞開較大整形器，因此可以防止環(huán)34移動。套筒56支撐C形環(huán)58，所述C形環(huán)保持徑向伸張直到它移動到與心軸18上的凹 槽60對準為止，在此位置鎖定產(chǎn)生對齊的相對運動，如下所述。鎖緊環(huán)62處于圖2所示部 件位置，當整形器26前進以使管10進行初始膨脹時，將套筒56鎖定到套筒52上。心軸 18具有如圖7和8所示的空轉設計。鎖緊環(huán)62最初將套筒56保持在套筒52上。盡管圖 7和8是示意性的，但本領域技術人員應當認識到，圖2所示止擋件20可以設計為延伸穿 過窗口 68以接合圖2所示的肩部70。這種接合在部件64吊起時防止部件66沿井身向上 移動。當部件66屬于由肩部70固定的心軸18的一部分時，部件64(其是與套筒52相同 的部件)與圖2所示的套筒56 —起移動。部件64具有條狀搭扣件72，其下側接合鎖緊環(huán) 62，在鎖緊環(huán)62上留有較小間隙74。條狀搭扣件72分成多個部分并布置在指狀部76上， 圖7顯示了其中三個。指狀部76從管節(jié)64伸出并與其一起移動。指狀部78與指狀部76 交替并從管節(jié)66伸出，所述管節(jié)66由于止擋件20與表面70接合而不發(fā)生移動，如圖2所 示。指狀部78具有凹座80，其最初與條狀搭扣件72對準。與凹座80相鄰的是高區(qū)域82， 在管節(jié)64和66之間相對運動時所述高區(qū)域82位于環(huán)62之下以使其抬離條狀搭扣件72， 如圖8所示。當達到該位置時，在不受環(huán)62阻礙的情況下有可能使運動反向，從而允許塊 體40和42對準，使得管10的連續(xù)膨脹可以給已經(jīng)膨脹的管10增加凹座84(參見圖5)。
現(xiàn)在可以連續(xù)觀察圖1-5以更好地理解操作順序。在圖1中，止擋件20具有彈跳 通過限動器(jumped past restrictor) 14以在地面上給出止擋件位于凹座12中并且固定 牙輪16將迅速降到限動器14上的信號。這時，停止利用整形器26進行的進一步膨脹，組件 吊起到圖2所示位置，并且止擋件20向上抵靠肩部70。此時，從地面向上拉動使套筒56相 對于由止擋件20固定的心軸18的部分沿井身向上移動。結果，剪切銷54斷裂，C形環(huán)58 與凹槽60對準并且扣合在其中，從而防止沿任一方向發(fā)生進一步的相對運動。圖3顯示了 這個位置，并且還顯示了彈簧22已經(jīng)伸長。未由C形環(huán)58鎖定的同一相對運動也導致高 區(qū)域82位于鎖緊環(huán)62下面，如圖8所示，使得鎖緊環(huán)62不再與位于其下方的條狀搭扣件 72接合。圖3也顯示了這種情況。圖4顯示了重量再次下落，直到牙輪16落在限動器14 上為止。由此，當錨定裝置和往復推送器(兩者均未顯示)致動時，在環(huán)50和34之間可能 發(fā)生相對運動，從而使塊體40和42對準以將管10膨脹到比利用整形器26更大的尺寸，如 圖5所示。因為高區(qū)域82使鎖緊環(huán)62與條狀搭扣件72分離，整形器38可以致動到更大 尺寸，由此，可以利用整形器38進行進一步膨脹以形成凹座84。在離開管20的底部之后， 固定錨定裝置且操作往復推送器的壓力去除，吊起力允許整形器38和26伸展并徑向收縮， 使得組件A可以回撤。如果在止擋件20仍然處于卡在凹座12中的位置時需要緊急釋放的話，施加吊起 力以切斷剪切環(huán)86，繼而允許彈簧22將止擋件20向下推入凹槽88中，在這種情況下，它們 可以越過限動器14以允許組件A從井孔取出。圖1-8顯示了固定限動器14，圖9-14顯示了可移動的設計。限動器14'具有其 中安放定位開口環(huán)102的凹槽100，所述定位開口環(huán)具有一對周向突起，該周向突起可以彈 跳到管10'中的凹陷104的匹配位置中。環(huán)102使限動器14'定位，利用具有條狀搭扣件 107的開口鎖緊環(huán)106鎖定該位置，當凸起110與凸起112接合時，所述條狀搭扣件107與管10'上的條狀搭扣件108接合。圖9顯示了接近止動面114的止擋件20'。圖10顯示 了具有彈跳通過表面114和落于所述表面上的斜面116的止擋件20'。本實施例中的斜 面116略微位于圖1-8所示固定牙輪16之前。圖11顯示了與位于可移動限動器14'的下 端處的斜面118接合的止擋件20'的錐面120。止擋件20'從圖11所示位置沿井身向上 進一步移動將達到圖12所示位置，其中，凸起110和112沒有對準，如圖12所示，而非如圖 11所示那樣對準。實質(zhì)上，凸起110落入凹槽122中，限動器14'卡在肩部120上，以從管 10'上去除，如圖12所示。圖13和14顯示了限動器14'內(nèi)的相對運動，所述限動器在圖 13中將其鎖定到管10'上，在圖14中將其釋放，還顯示了環(huán)104和106的C形環(huán)優(yōu)選形狀。 上述說明對優(yōu)選實施例進行了描述，在不脫離其范圍由下述權利要求的文字和等 效范圍確定的本發(fā)明的情況下，本領域技術人員可以進行許多改變。
權利要求
一種用于在管柱下端產(chǎn)生凹座以將另一要擴大的管柱接收在所述凹座中的方法，包括將膨脹組件下送到管柱中；當所述膨脹組件進入管柱中時，使用一引導整形器膨脹所述管柱；在利用所述引導整形器完成所述膨脹之后松開尾隨整形器；和利用所述尾隨整形器將所述管柱連續(xù)膨脹到比所述引導整形器更大的尺寸，從而形成鄰近管柱下端的凹座。
2.如權利要求1所述的方法，包括當所述引導整形器使管柱充分膨脹時，將所述尾隨整形器鎖定在小于所述引導整形器 的尺寸。
3.如權利要求2所述的方法，包括在管柱充分膨脹之后，將所述尾隨整形器解鎖以改變尺寸。
4.如權利要求3所述的方法，包括將所述膨脹組件有選擇地接合到管柱上以執(zhí)行所述解鎖操作。
5.如權利要求4所述的方法，包括在所述膨脹組件接合到管柱上時給該膨脹組件施加作用力。
6.如權利要求5所述的方法，包括通過由所施加的作用力引起的相對運動破壞所述尾隨整形器對心軸的鎖定。
7.如權利要求6所述的方法，包括 通過徑向尺寸改變而使鎖定構件失效。
8.如權利要求7所述的方法，包括使一斜面抵靠所述鎖定構件移動以徑向改變其尺寸。
9.如權利要求8所述的方法，包括 使用開口環(huán)作為所述鎖定構件。
10.如權利要求9所述的方法，包括在所述開口環(huán)的內(nèi)外表面中的至少一個上設置鋸齒狀突起； 通過使所述斜面在所述開口環(huán)內(nèi)移動來解除所述鋸齒狀突起的接觸。
11.如權利要求10所述的方法，包括在所述解鎖操作之后給所述尾隨整形器施加作用力，從而將其尺寸擴大到大于所述尾 隨整形器。
12.如權利要求4所述的方法，包括利用所述管柱上的限動器給地面提供地面信號，該地面信號指示所述引導整形器接近 可以接合所述膨脹組件的管柱部位。
13.如權利要求12所述的方法，包括 使所述限動器為可移動的。
14.如權利要求12所述的方法，包括在所述管柱上設置用于所述膨脹組件上的彈簧加載夾頭的凹座以有選擇地接合。
15.如權利要求14所述的方法，包括當所述夾頭由管柱保持時，通過給所述夾頭施加作用力使至少一個剪切銷斷裂。
16.如權利要求15所述的方法，包括通過所述剪切銷的斷裂實現(xiàn)相對運動，從而使所述尾隨整形器解鎖以將徑向尺寸改變 到大于所述引導整形器的尺寸。
17.如權利要求16所述的方法，包括在所述引導整形器之前設置最前面固定直徑整形器。
18.如權利要求13所述的方法，包括通過預先去除所述限動器減少對進行膨脹的阻力。
19.如權利要求13所述的方法，包括 通過預先去除所述限動器減少內(nèi)徑膨脹量。
全文摘要
本發(fā)明描述了利用兩個不同尺寸的整形器(26，38)進行一次起下鉆自頂向下膨脹以在管上形成下端凹座。較小整形器(26)下送到井眼內(nèi)，位于其后的較大整形器(38)處于鎖定收縮位置。當達到適當深度時，引導整形器(26)撞到止動部。在止擋件(20)接合于凹槽(24)中的情況下，吊起力使較大整形器(38)上的鎖定裝置解除(外加壓力使錨定裝置固定在該位置)，使較大整形器伸展以對位于管(10)下端的凹座進行膨脹。提供緊急釋放以在整形器不能完成任務時將其從井中取出。
文檔編號E21B43/10GK101802345SQ200880107568
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權日2007年7月30日
發(fā)明者G·E·法夸爾, R·C·史密斯 申請人:貝克休斯公司