组合流体泵送接头和挂架锁紧工具的制作方法
【专利说明】组合流体泵送接头和挂架锁紧工具
[0001]相关申请的交叉引用
本申请主张对在2013年5月30日申请的题为“Combinat1n Cementing Sub andHanger Lockdown Tool, ”的共同未决的美国临时申请序列号N0.61/828853的优先权和其益处，出于所有目的将其全部内容通过引用而并入本文中。
技术领域
[0002]本发明大体上涉及油气井的生产，且具体而言，涉及挂架锁紧工具，该挂架锁紧工具作用为流体栗送接头(fluid pumping sub)。
【背景技术】
[0003]管道(tubing)、套管(casing)或其他挂架、环带密封件和其他井口组件或井完成构件通常刚性地锁定到井口组件的开孔中，或锁定到任何其他容器中，在该容器中，它们利用锁紧机构放置，以确保安全的操作条件。一种此种锁紧机构包括促动圈(activatorring)，其设置在在挂架与穿过井口组件的开孔的内表面之间形成的环带中。与促动圈同轴的锁紧圈大体上具有与井口组件的开孔的内表面中的轮廓匹配的轮廓表面。促动圈靠着井口组件的开孔的内表面径向朝外地推动锁紧圈。锁紧圈的轮廓和开孔内表面的匹配将挂架维持在井口组件中的位置。
[0004]在流体栗送操作期间，当钻探和生产流体被通过井口栗送到井中时，振动可导致楔入的促动圈松掉，从而允许锁紧圈从井口组件的轮廓脱离。这例如可在粘合操作期间发生。为了防止锁紧能力的损失，传统上，可将专业工具(诸如有螺纹的支持圈)旋入井口组件中，以在流体栗送接头被降到井口组件中之前将促动圈保持在适当的位置。流体栗送接头是大体上环形的部件，其插入井口组件中，且其较低端与位于井口组件内的挂架的较高端匹配。然而，安装支持圈要求到井中的额外行程，以及移除井喷防止器以提供用于支持圈到达促动圈的通路的长时间过程。
【发明内容】
[0005]本公开的实施例提供促动圈上的锁紧力，而不移除井喷防止器且无需额外的专用工具。锁紧力代替地由流体栗送接头工具提供，其以如下方式利用多个可压缩的偏压组件:即使在具有非期望的公差变化的情况下，也在促动圈的顶部上施加负载。本公开的实施例还提供单个装置内的多个功能，因为其既在流体栗送期间压紧促动圈，且又作用为流体栗送接头。此外，本公开的设备和方法不要求移除井喷防止器和减少到井中去的行程的数目，这节省了时间和金钱。
[0006]在本公开的实施例中，一种用于在流体栗送过程期间将挂架的促动圈固持在井口内的工具包括环形流体栗送接头主体，其具有与流体供应源选择性地联接的近端和与挂架选择性地联接的远端。外圈组件围绕该流体栗送接头主体且相对于其旋转。固持圈围绕该流体栗送接头主体且选择性地抵接该促动圈。能够选择性地压缩的多个偏压组件位于外圈组件与固持圈之间，以便当流体栗送接头主体与挂架联接时，在流体栗送过程期间通过该偏压组件在促动圈上维持轴向的锁紧力。
[0007]在备选实施例中，一种用于在流体栗送过程期间将挂架的促动圈固持在井口内的工具具有环形流体栗送接头主体，其选择性地附接至该挂架。流体栗送接头主体具有中央部分和轴向地邻近该中央部分的较低部分。中央较低部分具有比中央部分的外径小的外径。外圈组件围绕该流体栗送接头主体的中央部分且可相对于其旋转。固持圈围绕该流体栗送接头主体的较低部分且具有与促动圈选择性地接触的向下面对的表面。多个偏压组件能够在外圈组件与固持圈之间轴向地压缩，以便在流体栗送过程期间当流体流过流体栗送接头主体时，轴向锁紧力从固持圈施加至促动圈。
[0008]在本公开的又一实施例中，用于在流体栗送过程期间将挂架的促动圈固持在井口组件内的方法包括将环形流体栗送接头工具与挂架联接，和使流体流过该流体栗送接头主体且流入该挂架中。锁紧力利用固持圈施加到挂架上，该固持圈围绕流体栗送接头工具且能够相对于流体栗送接头工具轴向地移动，以便挂架在流体流过挂架时保持被锁紧。
【附图说明】
[0009]已经陈述了本发明的特征和益处中的一些，其他特征和益处将随着结合附图进行描述而变得显而易见，在附图中:
图1是具有组合流体栗送接头和锁紧工具的流体栗送系统的局部截面示意图。
[0010]图2是根据本公开的实施例的正被穿过井喷防止器降低的组合流体栗送接头和锁紧工具的截面图。
[0011]图3是连接至井口组件的图1的组合流体栗送接头和锁紧工具的截面图。
[0012]图4是图1组合流体栗送接头和锁紧工具的立体图。
【具体实施方式】
[0013]将在下文中参照附图而更加充分地描述本公开的方法和系统，其实施例在附图中示出。本公开的方法和系统可处于许多不同形式，并且不应解释为限于本文中示出的实施例；相反，提供这些实施例，以便本公开将是彻底和完整的，且将充分地将本发明的范围传达至本领域技术人员。文中类似的标号指类似的元件。
[0014]还应当理解的是，本公开的范围不限于显示和描述的构造、操作、准确材料或实施例的准确细节，因为修改和等同物对于本领域技术人员将是显而易见的。在附图和说明书中，已经公开了例示实施例，并且尽管采用了具体用语，但它们仅以通用和描述性的意思使用，且不用于限制。
[0015]图1中示出用于地下井(诸如用于生产烃的井)的流体栗送系统的示意性示例。来自流体仓2的钻探和生产流体可利用栗送单元4栗送至安装在井9上方的流体栗送头6。流体然后可流过流体栗送接头工具10且流到井8中。图1的流体栗送系统例如可为用于将粘合剂栗送到井8中的粘合剂栗送系统。
[0016]图2中示出正被朝井口组件14降低通过井喷防止器12的流体栗送接头工具10的示例。观察图1-3，井口组件14可为多筒(multibowl)系统或本领域中已知的其他类型的井口系统。井喷防止器12被螺接或以其他方式固连至井口组件14。挂架16位于井口组件14的开孔内。挂架16可为管道挂架，其具有在井口组件14下方从其向下下垂至井眼中的管道柱(string of tubing)，或者可为套管挂架，其具有向下下垂至井眼中的套管柱。环带18形成在井口组件14的开孔的内表面与挂架16的外表面之间。促动圈20设置在该环带18中。锁紧圈22与促动圈20同轴地定位，且示为围绕促动圈20的较低部分。多个防旋转销21示为安装在挂架16的外表面中且径向向外地突出到以下槽道中，该槽道轴向地延伸穿过促动圈20的侧壁。销21限制挂架16与促动圈20之间的旋转，同时允许挂架16与促动圈20之间的相对轴向移动。
[0017]锁紧圈22可具有与井口组件14的开孔的内表面中的轮廓匹配的轮廓表面。促动圈20靠着井口组件的开孔的内表面径向朝外地推动锁紧圈22。锁紧圈22的轮廓和内表面或开孔的匹配将挂架16维持在井口组件14内的位置，以便促动圈20相对于锁紧圈22的向下相对移动靠着锁紧圈22施加径向向外的力，从而增大其与井口组件14中的轴向开孔的内表面的接合接触力。
[0018]观察图2-4，流体栗送接头工具10包括环形栗送接头主体24。流体栗送接头主体24为沿中央轴线26的细长主体，且具有围绕轴线26以限定中央开孔的环形侧壁28。流体栗送接头主体24包括中央部分30和中央部分30的两端上的侧接部分，，侧接部分远离中央部分30轴向地延伸。中央部分30相对于至少一个侧接部分(诸如较低部分32，其具有减小的外径)的外径具有扩大的外径。在某些实施例中，其他侧接部分、较高部分也可具有减小的外径。中央部分30的扩大的外径可导致在中央部分中比在较高和较低位置32、34中大的侧壁28的厚度。流体栗送接头工具10可在较低部分32的外表面上可具有螺纹，以用于将流体栗送工具10连接至挂架16。
[0019]流体栗送接头工具10还包括外圈组件36。外圈组件36围绕流体栗送接头主体24且可旋转地连接至流体栗送接头主体24的中央部分30，以便流体栗送接头主体24可相对于外圈组件36旋转。位于流体栗送接头主体24与外圈组件36之间的多个滚珠轴承38将外圈组件36可旋转地连接至流体栗送接头主体24。滚珠轴承38位于周向沟槽中，该周向沟槽部分地由流体栗送接头主体24外表面中的沟槽形成，且部分地由外圈组件36内表面中的沟槽形成。以此方式，滚珠轴承38限制外圈组件36到流体栗送接头主体24之间的相对轴向移动，同时允许流体栗送接头主体24与外圈组件36之间的相对旋转移动，以便流体栗送接头主体24可与外圈组件36独立地旋转。
[0020]外圈组件36包括顶部圈40和固连至顶部圈40的环形圈42。环形圈42可利用螺纹紧固件或通过其他已知的器件固连至顶部圈40的底侧。环形圈42具有围绕环形圈42周向地间隔的多个孔口 44。孔口 44轴向地延伸穿过环形圈42且在它们的顶端处比在它们的底端处具有更大的直径。
[0021]流体栗送接头工具10还包括固持圈46。固持圈46在较低部分34处围绕流体栗送接头主体24。固持圈46从流体栗送接头主体24径向向外地间隔，从而在流体栗送接头主体24与固持圈46之间形成环带。当流体栗送接头工具10被降到井口组件14中时，挂架16的顶端可被接收在该环带内，且固持圈46的向下面对的表面可向上靠着促动圈20抵接，以便固持圈46可选择性地接触促动圈20。
[0022]流体栗送接头工具10还包括多个偏压组件48。各偏压组件48具有接合外圈组件36的第一端和接合固持圈46的第二端。在图2-3的实施例中，各偏压组件48包括螺栓50。螺栓50的杆部行进穿过环形圈42底表面上的孔口 44的较小直径开口，且螺栓40的头部位于外圈组件36的环形圈42的孔口 44的较大直径部分中。螺栓50头部的轴向长度比孔口 44的轴向长度短，以便螺栓50的头部可在孔口 44内轴向地移动。螺栓50头部的直径比环形圈42底表面上的孔口 44的较小直径开口的直径大。因此螺栓50的头部可行进穿过环形圈42底表面上孔口 44的较小直径开口，且可替代地接触由孔口 44的较大直径部分与环形圈42底表面上孔口 44的较小直径开口之间的过渡部限定的孔口 44的向上面对的肩部。各螺栓50的杆部从外圈组件向下轴向地延伸，且各螺栓50的螺栓螺纹接合固持圈46的螺纹