用于井筒井框中设置衬管悬挂器的膨胀锥组件的制作方法
【专利摘要】一种用于设定衬管悬挂器的膨胀锥组件（200）。该膨胀锥组件（200）包括：具有外截头锥表面（220）的锥心轴（202）；可滑动地设置在锥心轴（202）周围并具有带最大外直径（230）的截头锥表面（228）的导锥（206）；以及至少部分地围绕锥心轴（202）的外截头锥表面（220）可滑动地设置的可坍瘪锥（204）。在膨胀构造中，外截头锥表面（220）径向地支撑可坍瘪锥（204），以使可坍瘪锥具有第一最大外直径（232），该带有最大外直径大于导锥（206）的最大外直径（230）。在收回构造中，可坍瘪锥（204）相对于锥心轴的外截头锥表面（220）轴向地移动，使得可坍瘪锥具有第二最大外直径（234），该第二最大外直径不大于导锥（206）的最大外直径（230）。
【专利说明】用于井筒井框中设置衬管悬挂器的膨胀锥组件
【技术领域】
[0001]本发明总的涉及与在地下井眼中执行的操作相结合而使用的设备，尤其涉及用于在地下井筒中设置衬管悬挂器的膨胀锥组件，该地下井筒具有在之前安装在其中的井框柱。
【背景技术】
[0002]无意限制本发明的范围，作为一实例，本发明的技术背景将参照构造地下井来进行描述。
[0003]在传统实践中，油或气井的钻探涉及生成横穿许多地下地层的井筒。出于各种原因，井筒要穿过的各个地层较佳地是隔离的。例如，避免不需要的地层流体流入井筒内以及井筒流体不必要地流入地层中，这都是很重要的。此外，重要的是要防止流体从生产地层中进入或污染非生产的地层。
[0004]为避免这些问题，传统的井结构包括在井筒中安装重的钢井框。除了提供隔离功能之外，井框还提供井筒稳定性，以抵抗地层的地质力学现象，比如压实力、地震力和构造力，由此防止井筒壁发生坍塌。
[0005]在典型的井筒构造中，在已经钻出井的上部且井框柱已经安装在井内之后，重新开始钻探以将井延伸到下一个所要求的深度。为了让钻头和其它工具能通过先前安装的井框柱，井的各个连续部分被钻成具有比前一部分小的直径。此外，各个放置在井筒内随后的井框柱具有比先前安装的井框柱的外直径小的外直径。
[0006]井框柱通常用井框外壁和井筒壁之间的水泥层固定在井筒内。当井框柱位于井中其所要求的位置时，水泥浆通过井框内部围绕井框下端向上泵送到环面内。一旦井框周围的环面已被水泥浆充分填满，那么就让水泥浆固化。水泥在环面中竖起，支承和定位井框并形成基本上不渗透的阻挡层。
[0007]在一种方法中，各个井框柱从地面向井下方向延伸，使得只有各个井框柱的下部邻近井筒壁。替代地，井筒井框可包括一个或多个衬管柱，它们不延伸到井筒表面，但相反地，通常从靠近先前安装的井框底端向下延伸入井筒的未有井框的部分内。衬管柱通常向着井下方向地下降到工作钻具组上，工作钻具组可包括附连到衬管柱的移动工具。该衬管柱通常在其向着井上方向的端部处包括衬管悬挂器，其用机械或液压方式设置。在一个实例中，膨胀锥向下通过衬管悬挂器，以使衬管悬挂器径向地膨胀和塑性地变形，而使其与先前安装的井框柱密封地和夹紧地配合。
[0008]然而，业已发现，一旦膨胀锥通过衬管悬挂器并使衬管悬挂器塑性变形，则井框柱和衬管悬挂器内的弹性会导致衬管悬挂器内直径的减小。当如此的内直径减小发生时，膨胀锥往回通过先前设置的衬管悬挂器的收回会变得困难。因此，需要有一种膨胀锥，可操作该膨胀锥以将衬管悬挂器塑性地变形为与井框柱密封地和夹紧地配合。还需要如此的膨胀锥，可操作该膨胀锥，即使在井框柱或衬管悬挂器内的弹性减小了衬管悬挂器在设置后的内直径之后，也能经衬管悬挂器收回膨胀锥。
【发明内容】
[0009]本文披露的发明涉及一种用于在地下井筒中设置衬管悬挂器的膨胀锥组件，该地下井筒具有先前安装在其中的井框柱。本发明的膨胀锥组件采用双锥构造，其包括可坍瘪的锥，可操作该可坍瘪的锥，以使衬管悬挂器塑性变形成与井框柱密封和夹紧地啮合。此夕卜，即使在井框柱或衬管悬挂器内的弹性在设定之后减小衬管悬挂器的内直径之后，本发明的膨胀锥组件仍可操作而经内衬悬臂装置收回。
[0010]在一个方面，本发明涉及一种用于设定衬管悬挂器的膨胀锥组件。该膨胀锥组件包括具有外截头锥表面的锥心轴、可滑动地设置在锥心轴周围并具有带最大外直径的外截头锥表面的导锥、以及至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面滑动地设置的可坍瘪锥。在膨胀构造中，锥心轴的外截头锥表面径向地支撑可坍瘪的锥，以使可坍瘪的锥具有第一最大外直径，该最大外直径大于导锥的最大外直径。在收回构造中，可坍瘪锥相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动，使得可坍瘪锥具有第二最大外直径，该第二最大外直径不大于导锥的最大外直径。
[0011]在一个实施例中，锥心轴具有外圆柱形表面，而导锥至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面滑动地设置。在另一实施例中，导锥至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面可滑动地设置。在某些实施例中，导锥和可坍瘪的锥彼此邻近。在某些实施例中，可坍瘪的锥包括具有可径向移动的部分的带狭槽组件。在该实施例中，当膨胀锥组件处于膨胀构造中时，锥心轴的外截头锥表面径向地支撑可坍瘪锥的可径向移动的部分。
[0012]在一个实施例中，当将膨胀锥组件从膨胀构造操作到收回构造时，导锥和可坍瘪锥一起相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动。在另一实施例中，锥心轴具有端帽，当将膨胀锥组件从膨胀构造操作到收回构造时，该端帽限制导锥的轴向移动。
[0013]在另一方面，本发明涉及设定衬管悬挂器的方法。该方法包括可操作地将具有膨胀锥组件的设定工具连接到包括衬管悬挂器的衬管柱；将设定工具和衬管柱下降到井筒井框中；对膨胀锥组件施加沿着朝向井下的方向的力，以使导锥和膨胀锥组件的可坍瘪锥将衬管悬挂器的至少一部分径向地膨胀到与井筒井框相接触，可坍瘪锥具有第一最大直径，该第一最大直径大于导锥的最大外直径；使设定工具从衬管悬挂器脱开；将沿着朝向井上的方向的力施加到膨胀锥组件；以及相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动导锥和可坍瘪锥，以使可坍瘪锥具有第二最大外直径，该第二最大外直径不大于导锥的最大外直径。
[0014]在另一方面，本发明涉及可膨胀的衬管悬挂器系统。该系统包括具有设置在其朝向井上端的衬管悬挂器的衬管柱；可操作地与衬管悬挂器相连的设定工具；以及可操作地与设定工具相连的膨胀锥组件。膨胀锥组件包括具有外截头锥表面的锥心轴；可滑动地设置在锥心轴周围并具有带最大外直径的外截头锥表面的导锥；以及至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面可滑动地设置的可坍瘪锥。在膨胀构造中，锥心轴的外截头锥表面径向地支撑可坍瘪锥，以使可坍瘪锥具有第一最大外直径，该第一最大外直径大于导锥的最大外直径。在收回构造中，可坍瘪锥相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动，以使可坍瘪锥具有第二最大外直径，该第二最大外直径不大于导锥的最大外直径。
【专利附图】
【附图说明】[0015]为了更完整地理解本发明的特征和优点，现连同附图一起参照对本发明的详细描述，附图中，不同图中对应的附图标记表示对应的零件，其中:
[0016]图1是根据本发明一实施例的海上油气平台的示意图，该平台在先前安装在地下井筒内的井框柱中安装衬管柱；
[0017]图2A-2H是根据本发明一实施例的装置连续的轴向部分的横截面图，该装置用于在先前安装在地下井筒内的井框柱中安装衬管柱；
[0018]图3是根据本发明一实施例的膨胀锥组件的横截面图，该膨胀锥用于在井框柱中设置衬管悬挂器，其处于第一操作构造中；
[0019]图4是根据本发明一实施例的膨胀锥组件的横截面图，该膨胀锥用于在井框柱中设置衬管悬挂器，其处于第二操作构造中；
[0020]图5是根据本发明一实施例的膨胀锥组件的分解立体图，该膨胀锥用于在井框柱中设置衬管悬挂器；
[0021]图6是根据本发明另一实施例的膨胀锥组件的横截面图，该膨胀锥用于在井框柱中设置衬管悬挂器，其处于第一操作构造中；以及
[0022]图7是根据本发明另一实施例的膨胀锥组件的横截面图，该膨胀锥用于在井框柱中设置衬管悬挂器，其处于第二操作构造中。
【具体实施方式】
[0023]尽管下面将详细讨论本发明各种实施例的制作和使用，但应该认识到，本发明提供许多适用的发明概念，它们可在各种特殊的情形中得以实施。本文讨论的具体实施例仅是说明制作和使用本发明的特殊方式，并不划定本发明的范围。
[0024]首先参照图1，图中示意地示出了在先前安装在地下井筒内的井框柱中安装衬管柱的装置，该装置从离岸的油或气平台展开，用附图标记10来表示该装置。半浸没的平台12对中在位于海底16下面的浸没的油气层14上方。海底导管18从平台12的甲板20延伸到井口装置22，该井口装置22包括防喷出器24。平台12具有起吊装置26、铁架塔28、移动块30、吊钩32和用以提升和下降管道柱(诸如是衬管柱36)的旋转头34。
[0025]井筒38延伸通过包括层14的各种地层。井筒38的上部包括井框40，它是用水泥42筑在井筒38内。部署在井筒38下端部分内的是衬管柱36，衬管柱36被朝向井下方向下降到工作钻具组44上，工作钻具组44包括将工作钻具组44附连到衬管柱36的设置工具46。衬管柱36在其朝向井上的端部处包括衬管悬挂器48，可操作该衬管悬挂器48，以通过让设定工具46的膨胀锥通过衬管悬挂器48，使衬管悬挂器48径向地膨胀和塑性变形到密封和紧夹地配合井框柱40，从而液压设定该衬管悬挂器48。如图所示，衬管柱36定位在井筒38内，使得衬管柱36的朝向井下的端部50延伸靠近井筒38的底部52。
[0026]即使图1示出了倾斜的井筒，但本【技术领域】内技术人员应该理解到，在先前安装在地下井筒内的井框柱中安装本发明的衬管柱的装置同样适用于具有其它定向的井筒，其它定向井筒包括垂直井筒、水平井筒、多侧向井筒等。因此，本【技术领域】内技术人员应该理解到，使用诸如上方、下方、上、下、朝上、朝下、朝向井上、朝向井下等的方向性术语是关于在图中所示的说明性实施例而使用的，朝向井上方向是朝向对应图的顶部或左部，而朝向井下方向是朝向对应图的底部或右部。还有，即使图1示出了海上的操作，但本【技术领域】内技术人员应该理解到，在先前安装在地下井筒内的井框柱中安装本发明的衬管柱的装置同样适用于陆上的操作。
[0027]接下来参照图2A-2H，图中示出在先前安装在地下井筒38内的井框柱40中安装衬管柱的装置或设定工具100。装置100用于使衬管柱102朝向井下行进。衬管柱102包括多个基本管形的部分，它们较佳地由在表面处用螺纹联接在一起的连接管形成。在所示的实施例中，衬管柱102包括回接连接座104、衬管悬挂器106和任何要求数量的内衬管108，使得衬管柱102将延伸通过井框柱40的端部并基本上延伸到井筒38底部。
[0028]装置100至少部分地定位在衬管柱102内，并可操作而对井中的衬管柱102进行运输、向下施力以及设定。装置100包括多个基本上为管形构件，这些管形构件被称作管形心轴组件110，这些管形构件一起合作而形成延伸通过的中心孔112。管形心轴组件110包括上部体114，其可在上端处螺纹地和密封地联接到工作钻具组的其它部件上。上部体114可滑动地和密封地联接到内心轴组件116，该内心轴组件116延伸到装置100的下端。内心轴组件116由多个部分形成，这些部分通过连接器118螺纹地和密封地联接在一起。内心轴组件116可在其下端处螺纹地和密封地偶联到工作钻具组的其它部件上。外套筒120螺纹地偶联到上部体114，并包括定位在内心轴组件116周围的下部接受件122。上部体114包括多个突耳124，它们与内心轴组件116的狭槽外形126合作，如图2A清楚地所示。
[0029]设定工具100具有如图2B清楚所示的释放组件128，其包括支撑套筒130，该支撑套筒通过多个剪切销134固定到外心轴延伸部132。外心轴延伸部132通过多个掣子136固定地连接到内心轴组件116。如图2C清楚地所示，外心轴延伸部132螺纹地联接到外心轴138，外心轴138密封地被接纳在回接连接座104内。显示为具有可剪切螺纹的环140的荷载传递子组件通过螺纹定位在外心轴138的周围并抵靠回接连接座104的顶部。
[0030]如图2D-2E清楚地所示，设定工具100具有膨胀锥驱动子组件142，其包括活塞144、驱动套筒146、支承环148、锥心轴150、端帽152、可坍瘪锥154以及导锥156。导锥156具有截头锥形，该截头锥形具有比衬管悬挂器106的内直径小的第一外直径和比衬管悬挂器106的内直径大的第二外直径,可坍瘪锥154具有比导锥156的第二外直径大的外直径。可坍瘪锥154和导锥156合起来可称作双锥组件。锥心轴150、可坍瘪锥154和导锥156合起来可被称作延伸锥组件。可坍瘪锥154和导锥156首先被接纳在衬管悬挂器106的锥发射部分158内，在那里，衬管悬挂器106的内直径足够大，从而能接纳可坍瘪锥154和导锥156，而没有径向膨胀。
[0031]如图2G清楚地所示，旁通套筒160通过一个或多个剪切销162牢固地连接到内心轴组件116。如图2F清楚地所示，设定工具100具有夹头子组件164，其包括固定件166、掣子168、卡紧弹簧170和夹头组件172。夹头组件172与衬管柱102的匹配外形174合作，并通过内心轴组件116的径向膨胀部分或支撑部分176被支承在匹配外形174内。
[0032]在操作中，设定工具100用来将衬管柱102安装在井框柱40内。重要的是，由于依赖于衬管悬挂器106、井框柱40或它们两者而造成衬管悬挂器106内直径缩小,这可以在将衬管悬挂器106设置在井框柱40内之后实现，而无膨胀锥组件粘在衬管悬挂器106上的风险。具体来说，使用本发明的膨胀锥组件能选择可坍瘪锥154减小的直径，由此，防止在衬管悬挂器106已经设定之后膨胀锥组件粘结在衬管悬挂器106内。
[0033]在所示的实施例中，当衬管柱102经工作钻具组44朝向井下方向地行进时，可需要很大的力来将衬管柱102推到其所要求的部位，特别是在偏离水平或多侧向的井筒中。该来自表面的力通过工作钻具组44施加到上部体114。在设定工具100的行进构造中，上部体114通过突耳124和狭槽外形126将向下的力施加到内心轴组件116。该朝向井下方向的力从内心轴组件116经掣子136和外心轴延伸部132传递到外心轴138。然后，该朝向井下方向的力从外心轴138经载荷传递子组件140施加到衬管柱102的回接连接座104，如图2C清楚地所示。因此，来自工作钻具组44的朝向井下方向的力通过回接连接座104上的载荷传递子组件140施加到衬管柱102上，而不通过膨胀锥组件来施加朝向井下方向的力。
[0034]一旦衬管柱102定位在井筒38内的期望部位中，衬管悬挂器106可膨胀。为了膨胀衬管悬挂器106，膨胀锥驱动子组件142从锥发射部分158通过衬管悬挂器106朝向井下方向驱动膨胀锥组件。当双锥组件通过衬管悬挂器106时，它使衬管悬挂器106径向地膨胀和塑性变形。较佳地，双锥组件的尺寸适于使衬管悬挂器106径向地膨胀和塑性变形，以使衬管悬挂器106的外直径被压到与井框柱40夹紧和密封地配合。在所不的实施例中，衬管悬挂器106包括多个圆周密封178，以便实现与井框柱40的密封。
[0035]如上所讨论，膨胀锥驱动子组件142包括驱动套筒146，其驱动膨胀锥组件，使之通过衬管悬挂器106。驱动套筒146的朝向井上方向的端部首先抵接支承驱动套筒146的外心轴138，以对抗相对于内心轴组件116的朝向井上方向的移动。由掣子136通过外心轴延伸部132将外心轴138附连到内心轴组件216。
[0036]在所示的实施例中，驱动套筒146承载单个活塞144，活塞144密封抵靠在内心轴组件116上。本【技术领域】内技术人员将会认识到，可使用附加的活塞来放大施加到驱动套筒146上的液压力。施加到活塞144上的压力使驱动套筒146、并由此使膨胀锥组件朝向井下方向地移动。在活塞行程底部，膨胀锥驱动子组件142撞击承载在内心轴组件116上的旁路套筒160，致使剪切销162受剪切，打开内心轴组件116内的旁通端口 180以平衡活塞144上的压力。
[0037]在膨胀衬管悬挂器106之后，设定工具100可从衬管柱102脱开，并被收回到地面。如上所述，由工作钻具组44施加的朝向井下方向的力被传递到抵接回接连接座104的载荷传递子组件140。在所示的实施例中,载荷传递子组件140是具有可受剪螺纹的环。朝向井下方向的足够大的力将致使螺纹剪断该环，这允许心轴子组件110和衬管柱102之间有相对运动。心轴组件110相对于衬管柱102朝向井下方向的移动不再支撑夹筒组件172，允许夹筒组件172向内缩进并从匹配外形174中释放，由此，从衬管柱102中释放出设定工具100。此后，设定工具100可从衬管柱102朝向井上方向撤回并撤出井筒外。
[0038]具体来说，如图2H清楚地所示，在行进和膨胀过程中，夹筒组件172被径向地支承而通过支撑部176与匹配外形174相配合。通过相对于夹筒组件172朝向井下方向移动支撑部176，夹筒组件172从与匹配外形174配合中释放。由于卡紧弹簧170的偏置力，内心轴组件116相对于夹筒子组件164的进一步朝向井下方向的移动允许掣子168缩回到内心轴组件116的径向缩小部分内。夹筒组件172被阻止朝向井下方向回迁并与匹配外形174再次配合，因为卡紧弹簧170阻止掣子168移动通过台肩182。在该构造中，设定工具100可朝向井上方向地从衬管柱102中撤回并撤出井筒外。如下文中详细地所述，设定工具100可从衬管柱102朝向井上方向撤回，而不使膨胀锥组件被粘在衬管悬挂器106内，因为双锥组件可操作而相对于锥心轴150轴向地迁移，这使可坍瘪锥154能径向地收缩。可坍瘪锥154的这一径向收缩确保设定工具100可从衬管柱102中朝向井上方向撤回，并撤出井筒夕卜，而不会被粘在衬管悬挂器106内。
[0039]替代地，设定工具100可从衬管柱102中释放，而不剪切载荷传递子组件140，或者，如果需要的话，可在运行驱动子组件142之前进行释放。具体来说，在施加朝向井下的力之后施加扭转力，可使内心轴组件116从衬管柱102中释放。如图2A-2B清楚地所示，上部体114具有向内凸出的突耳124，其在内心轴组件116的狭槽外形126内操作。狭槽外形126包括多个狭槽对，每一狭槽对由长狭槽和短狭槽组成，它们是诸如J-狭槽之类的领域内技术人员熟知的类型。狭槽外形126的短狭槽形成上部接口 184，而狭槽外形126的长狭槽形成下部接口 186。在行进构造中，突耳124被接纳在相应的上部接口 184内，并可操作而将朝向井下方向的力传递到内心轴组件116。当要想将设定工具100从衬管柱102脱开时，转动上部体114使突耳124从上部接口 184移去，并允许上部体114相对于内心轴组件116朝向井下方向移动，同时突耳124横向通过长狭槽，直到被接纳在相应的下部接口186内为止。
[0040]当上部体114相对于内心轴组件116朝向井下方向地移动时，它使内心轴组件116从外心轴延伸部132中释放。当上部体114朝向井下方向地移动时，下部接纳件122接触释放子组件128并使剪切销134剪切，该剪切销134将支撑套筒130固定到外心轴延伸部132。支撑套筒130支承掣子136，掣子136配合内心轴组件116，并相对于内心轴组件116附连外心轴组件132。因此，当脱开支承时，掣子136从内心轴组件116释放，并允许内心轴组件116相对于释放子组件128移动。
[0041]在内心轴组件116从外心轴延伸部132释放之后，上部体114作用在内心轴组件116上，以相对于衬管柱102朝向井下方向驱动内心轴组件116。如上所述，相对于衬管柱102朝向井下方向驱动内心轴组件116可使支撑部176脱开与夹筒组件172的配合，这样，设定工具100可从衬管柱102朝向井上方向撤出井筒外。
[0042]接下来参照图3，图中示出根据本发明实施例的用于将衬管悬挂器设定在井框柱内的膨胀锥组件，其总的用200来表示。该膨胀锥组件200包括锥心轴202、可坍瘪锥204、导锥206和端帽208。如上所述，可坍瘪锥204和导锥206可被称作双锥组件210。锥心轴202包括圆周槽212，可操作该槽以将碎片密封件214接纳在其中。较佳地，可操作碎片密封件214，以提供与衬管柱102的密封，该密封可以是也可以不是流体密封。锥心轴202还包括上部台肩216，可操作该上部台肩以限制可坍瘪锥204向上运动的范围。在上部台肩216下方，锥心轴202具有圆柱形表面218。在圆柱形218表面下方，锥心轴202具有外截头锥表面220。较佳地，外截头锥表面220具有斜面角，该角度在大约10度和大约20度之间，最好大约为15度。锥心轴202还包括下部台肩222，可操作该下部台肩以限制导锥206的向上运动的范围。在下部台肩222下方，锥心轴202具有圆柱形表面224。端帽208包括台肩226，可操作该台肩以限制双锥组件210向下运动的范围。
[0043]在所示的实施例中，导锥206可滑动地和密封地设置在锥心轴202圆柱形表面224的周围，并可操作该导锥，以沿着锥心轴202的台肩222和端帽208的台肩226之间的圆柱形表面224轴向地移动。导锥206具有外截头锥表面228，其最大外直径230位于其上端处。较佳地，外截头锥表面228具有斜面角，该角度在大约5度和大约15度之间，最好大约为10度。应注意,外截头锥表面220的斜面角最好大于外截头锥表面228的斜面角。可坍瘪锥204的上部可滑动地设置在锥心轴202的圆柱形表面218周围。可坍瘪锥204的下部可滑动地设置在锥心轴202的外截头锥表面220周围。
[0044]如图3清楚地所示，膨胀锥组件200处于其进入和膨胀构造中，其中，双锥组件210处于其上部位置中。在该构造中，可坍瘪锥204具有最大外直径232，该最大外直径大于导锥206的最大外直径230。由于锥心轴202的外截头锥表面220和可坍瘪锥204互相作用，所以能达到该较大的最大外直径232。如图5清楚地所示，可坍瘪锥204为带狭槽组件的形式，其包括实心的环部分236和多个可径向移动的部分238，在这些部分之间具有狭槽240。即使可坍瘪锥204显示为具有16个可径向移动的部分238，但本【技术领域】内技术人员应该理解到，本发明的可坍瘪锥可具有其它数量的可径向移动的部分，既可大于也可小于16个，都不脱离本发明的原理。可操作可径向移动的部分238，根据施加在其上的力，使之径向向外地或径向向内地弯曲。较佳地，在膨胀锥组件200的进入和膨胀构造中，锥心轴202的外截头锥表面220径向向外地支撑可径向移动的部分238，使得最大外直径232大于可坍瘪锥204的静止的最大外直径。
[0045]例如，如图4清楚地所示，锥组件200处于其收回的构造中，其中，双锥组件210处于其下部位置。在该构造中，可坍瘪锥204具有最大外直径234，该最大外直径不再大于导锥206的最大外直径230，较佳地是小于该最大外直径230。由于锥心轴202的外截头锥表面220不再径向向外地支撑可坍瘪锥204的可径向移动的部分238，所以可实现该较小的最大外直径234。在不支撑构造中，可径向移动的部分238返回到其静止的构造，导致从可坍瘪锥204的最大外直径232减小到可坍瘪锥204的最大外直径234。
[0046]现将描述膨胀锥组件200的操作。如上所述，在衬管柱102膨胀过程中，膨胀锥组件200被液压地向下驱动而通过衬管悬挂器106。当外截头锥表面228和最大外直径230接触和通过衬管悬挂器106，从而使衬管悬挂器106径向地膨胀和塑性变形时，导锥206提供第一径向膨胀力。在提供第一径向膨胀力后，当最大外直径232接触和通过衬管悬挂器106而进一步使衬管悬挂器106径向膨胀和塑性变形时，可坍瘪锥204提供第二径向膨胀力。一旦膨胀锥组件200完成膨胀过程，如上所述，设定工具100可从衬管柱102释放，且可朝向井上方向来拉该设定工具100。设定工具100的该向上运动致使双锥组件110从如图3清楚地所示的其进入和膨胀构造变换至其如图4清楚地所示的收回的构造。具体来说，可坍瘪锥204相对于锥心轴202的外截头锥表面220轴向地移动，以使可坍瘪锥204的可径向移动的部分238径向向内地缩回，导致最大外直径234不再大于导锥206的最大外直径230，且较佳地小于导锥206的最大外直径230。可坍瘪锥204的最大外直径的减小是重要的，因为井框柱40、衬管悬挂器106内或两者内的弹性会在设置之后造成衬管悬挂器106的内直径减小。即使在衬管悬挂器106内直径的这一减小之后，可坍瘪锥204的最大外直径的这一减小也使设定工具100能收回。
[0047]接下来参照图6，图中示出根据本发明另一实施例的用于将衬管悬挂器设定在井框柱内的膨胀锥组件，该膨胀锥组件总的用300表示。该膨胀锥组件300包括锥心轴302、可坍瘪锥304、导锥306和端帽308。如上所述，可坍瘪锥304和导锥306可被称作双锥组件310。锥心轴302包括圆周槽312，可操作该圆周槽以将碎片密封件314接纳在其中。锥心轴302还包括上部台肩316，可操作该台肩以限制双锥组件310向上运动的范围。在上部台肩316下方，锥心轴302具有圆柱形表面318。在圆柱形318表面下方，锥心轴302具有外截头锥表面320。较佳地，外截头锥表面320具有斜面角，该角度在大约10度和大约20度之间，最好大约为15度。在外截头锥表面320下方，锥心轴302具有圆柱形表面324。端帽308包括台肩326，可操作该台肩以限制双锥组件310向下运动的范围。
[0048]在所示的实施例中，导锥306可滑动地和密封地设置在锥心轴302的圆柱形表面324周围，并部分地设置在锥心轴302的外截头锥表面320周围。导锥306具有外截头锥表面328，其最大外直径330在其上端处。较佳地，外截头锥表面328具有斜面角，该角度在大约5度和大约15度之间,最好大约为10度。应注意,外截头锥表面320的斜面角最好大于外截头锥表面328的斜面角。可坍瘪锥304的上部可滑动地设置在锥心轴302的圆柱形表面318周围。可坍瘪锥304的下部可滑动地设置在锥心轴302的外截头锥表面320周围。
[0049]如图6清楚地所示，锥组件300处于其进入和膨胀构造中，其中，双锥组件310处于其上部位置中。在该构造中，可坍瘪锥304具有最大外直径332，该最大外直径332大于导锥306的最大外直径330。如上所述，由于锥心轴302的外截头锥表面320对可坍瘪锥304的可径向移动部分的支撑作用，所以达到该较大的最大外直径332。如图7清楚地所示，锥组件300处于其收回构造中，其中，在可坍瘪锥304和导锥306轴向地向下移动之后，双锥组件310处于其下部位置中。在该构造中，可坍瘪锥304具有最大外直径334，该最大外直径334不大于导锥306的最大外直径330，且较佳地小于导锥306的最大外直径330。由于锥心轴302的外截头锥表面320不再径向向外地支撑可坍瘪锥304的可径向移动的部分，所以可实现该较小的最大外直径334。在不支撑的构造中，可径向移动的部分返回到其静止的构造，导致从可坍瘪锥304的最大外直径332减小到可坍瘪锥304的最大外直径334。可坍瘪的锥304最大外直径的这一减小是重要的，因为井框柱40、衬管悬挂器106内、或两者内的弹性可在设置之后造成衬管悬挂器106的内直径减小。即使在衬管悬挂器106内直径的这一减小之后，可坍瘪的锥304的最大外直径的这一减小也使设定工具100能收回。
[0050]尽管已经参照图示的实施例描述了本发明，但本描述并不意图认为是有限制的意义。本【技术领域】内技术人员在参照本描述后将会明白到对所说明实施例的各种修改和组合，以及本发明其它的实施例。因此，附后的权利要求书包括了任何如此的修改或实施例。
【权利要求】
1.一种用于设定衬管悬挂器的膨胀锥组件，该膨胀锥组件包括: 锥心轴，该锥心轴具有外截头锥表面； 导锥，该导锥可滑动地设置在锥心轴周围并具有带最大外直径的外截头锥表面；以及 可坍瘪锥，该可坍瘪锥至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面可滑动地设置， 其中，在膨胀构造中，锥心轴的外截头锥表面径向地支撑可坍瘪锥，以使可坍瘪锥具有第一最大外直径，该第一最大外直径大于导锥的最大外直径；以及 其中，在收回构造中，可坍瘪锥相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动，使得可坍瘪锥具有第二最大外直径，该第二最大外直径不大于导锥的最大外直径。
2.如权利要求1所述的膨胀锥组件，其特征在于，所述锥心轴具有外圆柱形表面，以及其中，导锥至少部分地围绕锥心轴的外圆柱形表面可滑动地设置。
3.如权利要求1所述的膨胀锥组件，其特征在于，所述导锥至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面可滑动地设置。
4.如权利要求1所述的膨胀锥组件，其特征在于，所述导锥和可坍瘪锥彼此邻近。
5.如权利要求1所述的膨胀锥组件，其特征在于，所述可坍瘪锥还包括具有可径向移动的部分的带有狭槽的组件。
6.如权利要求5所述的膨胀锥组件，其特征在于，当膨胀锥组件处于膨胀构造中时，所述锥心轴的外截头锥表 面径向地支撑可坍瘪锥的可径向移动的部分。
7.如权利要求1所述的膨胀锥组件，其特征在于，当将膨胀锥组件从膨胀构造操作到收回构造时，所述导锥和可坍瘪锥一起相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动。
8.如权利要求1所述的膨胀锥组件，其特征在于，所述锥心轴还包括端帽，当将膨胀锥组件从膨胀构造操作到收回构造时，该端帽限制导锥的轴向移动。
9.一种设定衬管悬挂器的方法，该方法包括: 可操作地将具有膨胀锥组件的设定工具连接到包括衬管悬挂器的衬管柱； 将设定工具和衬管柱下降到井筒井框中； 将沿朝向井下方向的力施加到膨胀锥组件，以使膨胀锥组件的导锥和可坍瘪锥将衬管悬挂器的至少一部分径向地膨胀到与井筒井框相接触，可坍瘪锥具有第一最大直径，该第一最大直径大于导锥的最大外直径； 使设定工具从衬管悬挂器脱开； 将朝向井上方向的力施加到膨胀锥组件；以及 相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动导锥和可坍瘪锥，以使可坍瘪锥具有第二最大外直径，该第二最大外直径不大于导锥的最大外直径。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动导锥和可坍瘪锥还包括:围绕锥心轴的外圆柱形表面轴向地移动导锥。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动导锥和可坍瘪锥还包括:至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面轴向地移动导锥。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将沿朝向井下方向的力施加到膨胀锥组件还包括:由锥心轴的外截头锥表面径向地支撑可坍瘪锥的可径向移动的部分。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将沿向上钻进方向的力施加到膨胀锥组件还包括:锥心轴的外截头锥表面不径向地支撑可坍瘪锥的可径向移动的部分。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括由膨胀锥组件的端帽限制导锥和可坍瘪锥的轴向移动。
15.—种可膨胀的衬管悬挂器系统,该系统包括: 衬管柱，该衬管柱具有设置在其朝向井上方向的端部处的衬管悬挂器； 设定工具，该设定工具可操作地与衬管悬挂器相连；以及 可操作地与设定工具相连的膨胀锥组件，膨胀锥组件包括:具有外截头锥表面的锥心轴；可滑动地设置在锥心轴周围并具有带最大外直径的外截头锥表面的导锥；以及至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面可滑动地设置的可坍瘪锥， 其中，在膨胀构造中，锥心轴的外截头锥表面径向地支撑可坍瘪锥，以使可坍瘪锥具有第一最大外直径，该第一最大外直径大于导锥的最大外直径；以及 其中，在收回构造中，可坍瘪锥相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动，以使可坍瘪锥具有第二最大外直径，该第二最大外直径不大于导锥的最大外直径。
16.如权利要求15所述的可膨胀的衬管悬挂器系统，其特征在于，所述锥心轴具有外圆柱形表面，以及其中，所述导锥至少部分地围绕锥心轴的外圆柱形表面可滑动地设置。
17.如权利要求15所述的可膨胀的衬管悬挂器系统，其特征在于，所述导锥至少部分地围绕锥心轴的外截头锥表面可滑动地设置。
18.如权利要求15所 述的可膨胀的衬管悬挂器系统，其特征在于，所述可坍瘪锥还包括具有可径向移动的部分的带有狭槽的组件，其中，当膨胀锥组件处于膨胀构造中时，所述锥心轴的外截头锥表面径向地支撑可坍瘪锥的可径向移动的部分。
19.如权利要求15所述的可膨胀的衬管悬挂器系统，其特征在于，当将膨胀锥组件从膨胀构造操作到收回构造时，所述导锥和可坍瘪锥一起相对于锥心轴的外截头锥表面轴向地移动。
20.如权利要求15所述的可膨胀的衬管悬挂器系统，其特征在于，所述锥心轴还包括端帽，当将膨胀锥组件从膨胀构造操作到收回构造时，该端帽限制导锥的轴向移动。
【文档编号】E21B17/02GK103547765SQ201280011564
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年2月17日 优先权日:2011年3月4日
【发明者】G·L·黑兹利普 申请人:哈里伯顿能源服务公司