专利名称：提供通向套管环空的受控通路的水下井口装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下井口装置，尤其涉及一种提供通向套管环空的受控通路的井口装置，所述套管环空尤其是开采套管和相应的外套管之间的环空，这样的环空通常被称为“B环空”。
背景技术：
本发明尤其涉及一种井口装置，该井口装置能够从开采树(即采油树)例如通过隔离套对通向套管环空(尤其是B环空)的通路进行控制。因此，对环空的监测、通流和注入都可以实现，并且还能够实现检验环空在采油树被移开之前已经关闭。已经有多种方案用于对套管环空进行监测。本发明的目的是在不需要特殊的适配器的情况下提供一种通向环空的容易被控制的通路，并且避免使井口装置不必要地贯穿到外部。
发明内容
本发明提供了一种水下井口装置组件，所述水下井口装置组件包括井口装置本体，所述井口装置本体具有限定轴向的孔口的基本上圆筒形的井壁，所述井口装置本体被设置为在所述孔口内支撑套管悬挂器，所述套管悬挂器用于将第一套管柱支撑在第二套管柱内，从而在第一套管柱和第二套管柱之间形成环空，所述井口装置本体包括连通通道以及阀，所述连通通道与所述环空在井口装置本体下端附近连通并且所述连通通道在所述井壁中朝井口装置本体的上端向上延伸，所述阀被容纳在所述井口装置本体的上端附近且被设置为用于从开采树进行控制以对经过所述连通通道的流体进行控制。所述阀优选从开采树能够通过隔离套进行控制。响应于通过所述隔离套能够施加到阀的流体压力，所述阀能够在打开位置和关闭位置之间移动。可以有用于施加这样的流体压力的多个通路，这些通路在隔离套的本体内延伸。所述阀可以控制所述孔口中的、位于所述连通通道和隔离套之间的开孔。所述阀能够在连接所述连通通道和所述开孔的打开位置与阻止所述连通通道和所述开孔之间连通的关闭位置之间移动。可以有用于促使所述阀移至关闭位置的至少一个偏压弹性元件。所述阀可以具有用于在所述连通通道和所述开孔之间提供连通的巷道。所述阀可以是滑阀且所述水下井口装置组件可以包括安装在所述孔口内的阀套，所述阀套与所述孔口限定了腔室，所述阀设置在所述腔室中。所述开孔可以与隔离套中的通路连通。所述隔离套中的该通路可以与开采树中的巷道连通。将参照附图对本发明的一个示例进行详细描述。
图1是根据本发明的井口装置的剖面图。
图2和图3是井口装置上部的截顶剖面图，示出了在不同的运行阶段中的根据本发明的组件。图4是组件的不同剖面的另一截顶视图。
具体实施例方式图1以剖面示出了一种水下井口装置组件。所示的特定组件被设计为与内径为13V8英寸(346mm)的立管装置一起使用，所述立管装置位于30英寸(762mm)或36英寸(914. 4mm)标准直径的外导管内。穿过井口装置的较为细长的孔口允许井口装置的厚度比通常的厚度更厚。然而，本发明并不必须将立管装置或其它部件限定到上述尺寸。所述组件的主要部件是大体上为圆筒状的井口装置本体I和将井口装置本体I容纳在其中的大体上为圆筒状的导管外壳2。导管外壳2具有下部环形焊接准备轮廓3，并且该导管外壳通过焊接部4保持圆筒形套管式外导管5，所述外导管从导管外壳2向下延伸进入海床(未示出)中的(预钻)孔内。井口装置本体I的下部部分6向内逐渐变细至细长的焊接准备轮廓7，该焊接准备轮廓邻接套管延伸部9并通过焊接部8保持该套管延伸部。在该示例中，套管延伸部9具有14英寸(355. 6mm)的外径以及135/8英寸(346mm)的内径。通常，套管延伸部9向下至少延伸至海床的位置并优选向下延伸得更远一些。导管外壳2具有横向通流口 10，所述横向通流口与外导管5和套管延伸部9之间的环形空间11连通。外导管5和套管延伸部9 (及从其悬置的任何套管部件)之间的环形空间11中形成有水泥柱。水泥是沿井被向下泵送并沿环形空间11至少上升至本体I的下部部分6而泵送的。井口装置系统受到周期作用力，所述周期作用力如果足够大的话将导致全部或部分井口装置系统的潜在的疲劳损坏和整体失效。井口装置延伸部外侧上的水泥将降低延伸部弯曲的自由度因，从而使得反复的应力可能高至足以发生潜在的疲劳失效。在该示例中，套管延伸部9具有由橡胶或其它合适聚合材料制成的弹性套12。所述弹性套优选围绕延伸部的全部周向长度延伸并且从井口装置本体I的下部6沿套管延伸部9的部分或全部轴向长度向下延伸一段合适的距离。需要对弹性套12的厚度进行选择从而使其允许套管延伸部发生某种程度的弯曲并且允许流体充分地循环流过，但不会损害所述套管延伸部所需的结构支撑。弹性套12由许多嵌设安装环13a、13b组成。这些环，除了最上端的环13a以外，均具有上部靠外凸缘14和下部靠内凸缘15，从而各上部靠外凸缘14装配在由相邻的上部环上的下部靠内凸缘15形成的肩部上。各上部靠外凸缘14均具有径向通孔16，所述通孔有利于嵌设安装环13的紧密贴合。因此，所述嵌设安装环密配合在一起以在套管延伸部9的外侧上形成基本连续的弹性套。因此，可将弹性套12提供至套管延伸部上任何所需的深度。通过张紧装置17将导管外壳2预紧。不会详细地对此进行描述，因为其优选具有如转让给Aker Subsea Limited公司的英国专利No. 2393990及美国专利No. 7025145中所描述的构造和操作方式。非常简单地说，操作部件18的运动导致驱动环19向外斜向运动并从而导致本体I的张紧。预紧的目的已在上述专利中充分地进行了说明。套管延伸部9内设置有从套管悬挂器21向下延伸并被套管悬挂器保持的开采套管20。与该套管悬挂器21相关联的各种部件将在下文中详细地进行描述。在该示例中，开采套管具有10. 75英寸(273. 05mm)的外径。由开采套管限定其内周并由套管延伸部9 (及由此确定的套管柱)限定其外周的环形空间22通常称作“B”环空。需要对B环空内的压力进行监测。通常B环空在其下端由水泥密封而在开采套管悬挂器处通过封隔装置进行密封。监测B环空内的压力能对例如套管柱中的泄漏进行检测。这样的泄漏易于导致开采套管的破裂或其它损坏。已知有各种技术用于提供通向B环空的通道并通过在井口装置中放置的开采树来监控环空的压力。它们一般较复杂和/或不方便操作。所描述的井口装置提供了一种系统，在该系统中通向B环空的通道可以通过开采树进行控制，从而避免了井口装置本体贯穿到外部或避免了在套管悬挂器中设置阀以及其它复杂之处。从井口装置本体I的下部部分6的内表面倾斜向上延伸的是与环形巷道24连通的通路23。虽然该巷道通向井口装置孔口内，但这是在与套管悬挂器21相关联的上封隔装置和下封隔装置之间才是如此的。系统能实现与B环空有关的监测、通流和注入，并且有利于验证B环空在开采树被移出之前关闭。在本体I内从巷道24向上延伸的是竖向的连通通道25(在图1中以点划线示出)，所述连通通道通向滑阀27外侧上的环形巷道26，所述滑阀围绕装配到孔口 29的上部中的阀套28设置，所述孔口轴向延伸穿过井口装置本体I。阀套28与孔口 29的井壁一起限定了用于滑阀27的腔室。滑阀27通过一个或更多个弹性元件30而被偏压至关闭(下部)位置，所述弹性元件位于阀的肩部的顶部和阀套28的径向凸缘31之间。滑阀27能通过所施加的流体压力而在其打开(上部)位置和关闭(下部)位置之间运动，所述流体压力通过图1中未示出的多条通路而施加到滑阀的上方或下方。当滑阀27处于打开位置时，从B环空竖向向上的连通通道25通过阀27中的巷道26与阀套28上方设置的隔离套39 (图1中未显示)连通。滑阀27和阀套28具有与孔口 29的内壁相邻的横向密封件。将参照后面的附图对所述阀的操作进行描述。如在后文中将详细解释的那样，连通通路25和滑阀27允许通向B环空22的通道从放置在井口装置本体I上的开采树尤其是通过隔离套而被控制。连通通道25是从井口装置的顶部开口周围的肩部37竖向穿过本体I延伸至巷道24的孔，所述巷道与B环空22的区域连通。由于井壁较厚且井口装置的孔口较为细长，因此连通通道25可以以全部在本体的井壁内且沿着本体的井壁的方式延伸(如图所示)。在连通通道25已经形成后，连通通道在其顶部38被阻塞。出于完整性的考虑，下面对图1中所示的其余的特征进行简要的描述。开采套管悬挂器21载置有开口环32，当开采套管悬挂器被放置好后，迫使所述开口环横向进入孔口中的凹部中。所述凹部具有倾斜的承载表面，从而使得负载能从悬挂器21传递到本体I。开口环32之下是放置在孔口中的肩部上的套筒33。套管悬挂器21具有上封隔装置34，通过致动套筒36迫使所述上封隔装置进入孔口中的侧面中。致动套筒36内布置有弹性桶状环或弹性筒夹35，所述弹性桶状环或弹性筒夹以与本发明不相关的方式，帮助上封隔装置34从下送工具(未示出)释放并且在上封隔装置已经安放就位后使上封隔装置的位置得以保持。图1中还示出了狭槽37，所述狭槽允许管悬挂器(未示出)的旁路通入井口装置的本体I中。该特征与要求保护的发明不相关因而将不再进行进一步的描述。图2 — 4更详细地示出了用于控制通向B环空的通道的阀组件。它们示出了从孔口 29向上延伸的隔离套39和开采树40的一部分。图2特别示出了处于打开位置的滑阀27，图3特别示出了处于关闭位置的滑阀27，而图4特别示出了用于施加操作所述阀所的流体(液体)压力的通路。如图2中所示，连通通道25具有横向开孔41以提供与滑阀27中的环形巷道26的连通。与巷道26相连通的还有主要形成为从肩部37开始的竖向孔的另外的通路42，所述另外的通路在形成后在其顶部被阻塞。所述另外的通路42具有与通路44连通的横向开孔43，所述通路44形成为在隔离套39的圆筒状井壁45内向上延伸的孔，所述隔离套装配到井口装置本体I的孔口 29中。所述通路通过开孔46与环形巷道47连通。于是可以建立受滑阀27控制的与开采树的连通，以用于B环空所需的监测、通流或注入。巷道47之上以及之下有两条另外的环形巷道48和49，这两条巷道可以连接至流体源(优选液压源、压力源)。所述源受控以通过隔离套39施加流体压力从而使滑阀27在其打开位置和关闭位置之间移动。图4是图2和图3中所示的视图转90度处的剖视图。第一通路50在隔离套39的壁45内从与巷道48相连通处延伸并且通过竖向通路51与腔室52相连通，所述腔室形成在阀套28和孔口 29之间。竖向通路51在位于滑阀27的本体上方处具有通入腔室52的开孔。第二通路53在隔离套的壁45内从巷道49竖向延伸并且与本体I中的竖向通路54相连通。该向通路54与腔室52在位于阀27的本体下方处相连通。因此阀27以及B环空22与开孔43之间的连通，以及从而隔离套与巷道47的连通，可以通过开采树进行控制。可以提供不是通过流体压力的控制，但这不是优选的。弹性元件30将阀27偏置于阀的关闭位置，在所述关闭位置，阀的本体从连通通道25阻断所述开孔，从而使得在隔离套39被移开时通向B环空的通道仍保持关闭。本发明已经特别描述了与通向B环空的受控通道有关的方案。但是，本发明在其广义的方面可以在如下的方案中有用套管柱和隔离套之间的另外的环空之间布置这种通道，或在不采用隔离套的情况下孔口 29的顶部附近的开孔43中采用这种方案。
权利要求
1.一种水下井口装置组件，包括井口装置本体(1)，所述井口装置本体具有限定轴向孔口(29)的基本上圆筒形的井壁，所述井口装置本体被设置为在所述孔口内支撑套管悬挂器(21)，所述套管悬挂器用于将第一套管柱支撑在第二套管柱内，从而在第一套管柱和第二套管柱之间形成环空(22 )，所述井口装置本体包括连通通道(25 )以及阀(27 )，所述连通通道与所述环空在井口装置本体下端附近连通并且所述连通通道在所述井壁中朝井口装置本体的上端向上延伸，所述阀被设置在所述井口装置本体的上端附近且被设置为用于从开采树(40 )进行控制以对经过所述连通通道的流体进行控制。
2.根据权利要求1所述的水下井口装置组件，其中，所述阀从开采树通过隔离套(39)而能够进行控制。
3.根据权利要求2所述的水下井口装置组件，其中，响应于通过所述隔离套(39)能施加到所述阀的流体压力，所述阀(27)能够在打开位置和关闭位置之间移动。
4.根据权利要求3所述的水下井口装置组件，所述水下井口装置组件包括用于施加所述流体压力的多个通路(50，53)，这些通路在隔离套(39)的本体(45)内延伸。
5.根据权利要求1一 4中的任一项所述的水下井口装置组件，其中，所述阀(27)控制所述孔口(29)中的开孔(43)。
6.根据权利要求5所述的水下井口装置组件，其中，所述阀(27)能够在连接所述连通通道(25)和所述开孔(43)的打开位置与阻断所述连通通道(25)和所述开孔(43)之间连通的关闭位置之间移动。
7.根据权利要求6所述的水下井口装置组件，所述水下井口装置组件包括用于促使所述阀(27)移至关闭位置的至少一个偏压弹性元件(30)。
8.根据权利要求2和5- 7中任一项所述的水下井口装置组件，其中，隔离套(39)与该隔离套中的通路(44)连通。
9.根据权利要求5- 7中任一项所述的水下井口装置组件，其中，所述阀(27)具有用于在所述连通通道(25 )和所述开孔(43 )之间提供连通的巷道(26 )。
10.根据权利要求2和5— 9中任一项所述的水下井口装置组件，其中，所述开孔(43)与隔离套(39)中的通路(44)连通。
11.根据权利要求10所述的水下井口装置组件，其中，所述隔离套中的所述通路与开采树(40)中的巷道(47)连通。
12.根据权利要求1一 11中任一项所述的水下井口装置组件，其中，所述阀(27)是滑阀且所述水下井口装置组件包括安装在所述孔口内的阀套(28)，所述阀套与所述孔口限定了腔室(52 )，所述阀设置在所述腔室中。
全文摘要
一种水下井口装置组件，包括井口装置本体(1)，该本体被设置为支撑用于开采树的隔离套(39)以及支撑在隔离套下方的用于开采套管柱的开采套管悬挂器(21)。所示本体还支撑开采套管柱外的第二套管柱从而在所述开采套管柱和第二套管柱之间形成环空(22)。所述本体包括连通通道(25)，所述连通通道与环空在井口装置本体下端附近相连通并且所述连通通道在井口装置本体的井壁内朝向所述本体的上端向上延伸。阀(27)被容纳在所述本体的上部中并且使得连通通道(25)和开孔(43)之间受控连通，所述开孔可以连接至隔离套。所述阀从开采树能够被控制，并且响应于从开采树通过隔离套施加到所述阀的流体压力，阀尤其能在打开位置和关闭位置之间移动。
文档编号E21B33/035GK103038441SQ201180026127
公开日2013年4月10日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年4月14日
发明者D·A·威洛比 申请人:阿克深海有限公司