专利名称：锁定组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锁定组件，用于将外管件锁定在穿过外管件的内管件上。这样的锁定组件可以用于例如从地层中生产碳氢化合物流体的井筒中。在这样的应用中，外管件连接到(或整体形成在)井筒外壳或井筒生产管上，内管件适合于接收井筒装置(例如阀门)。
当锁定组件受到纵向力时，这样的应用就会出现问题。例如，当内部件受到由于所生产的碳氢化合物流体的液体压力而产生的纵向力的时候，这样的力会导致两个部件之间产生相对移动，从而引起锁定连接的松开。而且，这样的相对移动妨碍了在内、外管件之间信号例如声音信号或电信号的充分传递。这样的装置在使用通常的止块或锁定肩时，会产生另一个问题，当装置受到拉力的时候，内管件受到径向向内力，这样需要增加内管件的壁厚。
因此，本发明的目的是提供一种改良的锁定组件，它能克服传统锁定组件的问题。
本发明提供一种锁定组件，用于将外管件锁定在贯穿该外管件的内管件上，组件包括连接到上述管件中的一个上的锁定心轴(lockmandrel)，该锁定心轴带有一个面对上述管件中的另一个的凹槽，该凹槽有至少一个向内偏斜的侧面；一个锁定部件以与管件中的另一个锁定的关系被设置在第一和第二管件之间，锁定部件伸进上述凹槽中，并能被操作在收缩模式和展开模式之间变化，在收缩模式中锁定部件可以相对凹槽移动，在展开模式中锁定部件被展开顶靠住向内偏斜的侧面，组件还包括一个致动器装置来展开在上述凹槽中的锁定部件，使该锁定部件顶靠住上述偏斜的侧面。
因此，当锁定部件处于展开模式的时候，在凹槽的向内偏斜的侧表面的作用下，一个施加到锁定组件的载荷，例如纵向拉力会引起锁定部件更牢固地锁定进入凹槽。此外，这就保证了内外部件彼此牢固接触，使得电信号或声音信号能充分传递。
下面将结合附图更详细地描述本发明，其中
图1是本发明中井筒装置的第一实施例示意图；图2是图1中第一操作模式的细节A；图3是图1中第二操作模式的细节A；图4是第一和第二实施例中所使用的锁定部件的示意图；图5表示的是图4中锁定部件的另一种操作模式；图6示意的表示了本发明井筒装置第二实施例。
在以下的详细描述中，相同的部件使用相同的附图标号。
如图1所示，一个锁定组件1在形成在地层中的井筒(未示出)中延伸，组件1有一个中间纵轴线2，其基本上与井筒的纵轴线重合。锁定组件关于轴线2对称，因此在图1中只表示了一半的锁定组件。锁定组件包括一个布置在井筒中的井筒外壳3的形式外管件。一个锁定心轴5通过焊缝7、8连接到外壳3上，以形成外壳3的整体的一部分。
根据图2所示，在外壳3的内表面上还形成有一个环状的凹槽10，凹槽10具有向外偏斜的侧面12、14，它们互相相对设置；还有一个端面15与纵轴线2平行延伸。
一个内管件16与外壳3同心地设在外壳3内，内管件16包括一个第一致动部件18、一个第二致动部件20和一个旋转套22，旋转套通过左手螺纹连接部24与第一致动部件18共同配合地连接，通过右手螺纹连接部26与第二致动部件20共同配合地连接。如图2所示，在致动部件18、20之间决定了一个长度可变的环状空间28。这样，当套22旋转的时候，致动部件18、20就可以在展开模式和收缩模式之间沿纵向互相相对地移动，展开模式中空间28相对地比较长，收缩模式中空间28相对比较短。内管件16相对凹槽10的定位使得空间28的中心定位在凹槽10中心的对面。面对空间28的致动部件18、20的末端具有沿向外的方向偏斜的端面30、32。
在环状空间28中布置有两个或多个锁定部件34(只表示出其中的一个)，锁定部件34通过一个或多个圆形弹簧35被互相连接，弹簧35作为收缩弹簧使锁定部件保持就位靠在致动部件18、20上。
根据图4和5所示，每个锁定部件34都包括一个第一部分36和一个第二部分38，部分36和38可以围绕一个棒40互相旋转，棒40沿着圆周方向延伸。棒40可以是一个锁定部件34的一个整体部分。部分36具有外表面41a、外侧面41b和内侧面41c。部分38具有外表面42a、外侧面42b和内侧面42c。
这些部分由一个片弹簧(leaf spring)44保持在一起，弹簧44将部分36、38偏压向收缩位置，在这个收缩位置外表面41a、42a成一个角度延伸，以便形成锁定部件34径向凹陷的外端部。锁定部件34的尺寸使得当部分36、38位于收缩位置的时候，锁定部件能进入凹槽10中。
根据图3，外侧面41b、42b的方向这样设定，使得当部分36、38旋转到外表面41a、42a对齐在一直线上的展开位置(如图5所示)的时候，锁定部件34装配在凹槽10中，借此外表面41a、42a与凹槽的径向外表面15相接触，外侧面41b、42b与凹槽10相应的侧面12、14相接触。此外，内侧面41c、42c的方向这样设定，使得当部分36、38旋转到展开位置的时候，内侧面41c、42c与致动部件18、20的相应的端面30、32相接触。
第二致动部件20带有一个定位/固定槽50(图1)，用来在内管件16中定位和固定一个致动器(未示出)。一个井筒工具(未示出)，例如井下采油阀或井下安全阀，连接到致动部件18上。第一致动部件18内部带有一套初级槽54，套22带有一套次级槽56。致动器适合与槽50啮合并包括两个可以相对旋转的部分，每个部分带有一套指状物，指状物能扣入到相应的各套槽54、56中。
在正常的操作中，内管件16被下降进入井筒外壳3中，在它的上面带有致动器，其中致动部件18、20处于展开模式中，允许每个锁定部件34的片弹簧44将锁定部件部分36、38收缩到它们的收缩位置。当锁定部件34到达与环状凹槽10相对的位置的时候，如图2所示，下降停止。然后致动器启动，以此致动器的指状物扣入到相应的各套槽54、56中。然后两个致动器部分相对旋转，以便旋转套22，旋转的方向使得第一和第二致动部件18、20互相相对移动达到收缩模式。结果，致动部件的偏斜端面30、32推动每个锁定部件34进入凹槽10中，以此每个锁定部件部分36、38的外表面41a、42a与凹槽10的端面15接触。在套22进一步的旋转作用下，部分36、38绕着棒40彼此相对旋转，直到锁定部件34变成处于展开位置，在该展开位置外表面41a、42a对齐在一条直线上，并且与端面15完全接触，外侧面41b、42b与凹槽10的相应的侧面12、14完全接触。在这个位置，锁定部件34被锁定在凹槽10中。
这样，在内管件16和外壳3之间就获得了一个形状配合连接，该连接是良好的声音和电学连接。当井筒工具或内管件16受到纵向力时，例如由于流过井筒的碳氢化合物流体的压力，锁定部件34由于凹槽10和锁定部件34向外偏斜的形状而变得更加牢固地锁定在凹槽10中。这样就可以阻止在内管件16和外壳之间的连接变松动或由于锁定部件的向内运动而使得内管件塌陷。此外，紧固的连接保证了用于井筒控制或信息传递的声响信号可以在内管件16和外壳3之间充分传递。
本发明第二实施例的锁定组件如图6所示。锁定组件关于纵轴线58对称，因此在图6中只表示了一半锁定组件。第二实施例与第一实施例极其相似，除了用来使致动部件18、20相对移动的套被一套形状记忆合金致动器60(在下文中称为SMA致动器)代替，其中每个SMA致动器的一端都通过紧固件62固定连接在致动部件18上，SMA致动器的另一端通过紧固件64固定连接在致动部件20上。每个SMA致动器60有一个转变温度，高于转变温度时SMA致动器的长度会增加，低于转变温度时SMA致动器长度变短。在第二实施例中没有第一实施例中的成套的槽54、56。
第二实施例的正常操作与第一实施例的正常操作相似，但是未使用致动器工具来使致动部件18、20相对移动，这样的运动是由SMA致动器的收缩而引起的。这依靠在内管件16内安装加热器(未示出)，并且在内管件16下降进入外壳过程中操纵加热器，以使SMA致动器的温度高于转变温度来获得。然后关闭加热器，这样SMA致动器的温度就可以低于转变温度，因此SMA致动器收缩并因此使致动部件18、20移动到它们的收缩模式。
权利要求
1.一种锁定组件，用于将外管件锁定在贯穿该外管件的内管件上，该组件包括连接到上述管件中的一个上的锁定心轴，该锁定心轴带有一个面对上述管件中的另一个的凹槽，该凹槽有至少一个向内偏斜的侧面，一个锁定部件以与管件中的另一个管件锁定的关系被设置在第一和第二管件之间，锁定部件伸进上述凹槽中，并能被操作在收缩模式和展开模式之间变化，在收缩模式中锁定部件可以相对凹槽移动，在展开模式中锁定部件被展开，顶靠住向内偏斜的侧面，该组件还包括一个致动器装置来使在上述凹槽中的锁定部件展开顶靠上述偏斜的侧面。
2.如权利要求1所述的锁定组件，其特征在于锁定心轴连接到外管件上。
3.如权利要求1或2所述的锁定组件，其特征在于上述偏斜的侧面沿锁定心轴的圆周方向延伸。
4.如权利要求3所述的锁定组件，其特征在于凹槽具有两个互相相对设置的向内偏斜的侧面。
5.如权利要求3或4所述的锁定组件，其特征在于锁定部件包括一个第一部分和一个第二部分，第二部分能围绕一个轴线相对第一部分旋转，该轴线基本沿着圆周方向延伸，而且锁定部件可以通过使上述部分互相相对旋转来在收缩模式和展开模式之间被操作。
6.如权利要求5所述的锁定组件，其特征在于还有弹簧装置将上述部分偏压到收缩模式。
7.如权利要求5或6所述的锁定组件，其特征在于致动器装置包括一个第一致动器部件和一个第二致动器部件，致动器部件可以在管件的纵向彼此相对移动，并被设置成使得在致动器部件的所述相对运动过程中，使上述部分彼此相对旋转，还有一个控制装置能控制上述致动器部件的相对运动。
8.如权利要求7所述的锁定组件，其特征在于第一致动器部件与上述第一部分在初级接触面接触，第二致动器部件与上述第二部分在次级接触面接触，上述接触面朝向上述凹槽沿径向偏斜。
9.如权利要求7或8所述的锁定组件，其特征在于控制装置包括一个旋转套，旋转套通过左手螺纹连接部与第一致动器部件操作配合连接，并通过右手螺纹连接部与第二致动器部件操作配合连接。
10.如权利要求7-9之一所述的锁定组件，其特征在于致动器装置包括一个把第一和第二致动器部件互相连接的记忆金属部件，并且该记忆金属部件可以在纵向收缩模式和纵向展开模式之间操作。
11.如权利要求1-10之一所述的锁定组件，其特征在于上述管件被设置在于地层中形成的井筒内。
12.基本上如上面参考附图所描述的锁定组件。
全文摘要
一种锁定组件(1),用于将外管件锁定在贯穿该外管件的内管件上,组件包括连接到上述管件中的一个上的锁定心轴(5),该锁定心轴带有一个面对上述管件中的另一个的凹槽(10),凹槽有至少一个向内偏斜的侧面(12、14),一个锁定部件(34)以与管件中的另一个管件锁定的关系被设置在第一和第二管件之间,锁定部件伸进上述凹槽中,并能在收缩模式和展开模式之间操作,在收缩模式中锁定部件可以相对凹槽移动,在展开模式中锁定部件可以被展开顶靠住向内偏斜的侧面,组件还包括一个致动器装置来使在上述凹槽中的锁定部件展开顶靠上述偏斜的侧面。
文档编号E21B23/02GK1387602SQ00815286
公开日2002年12月25日 申请日期2000年11月16日 优先权日1999年11月17日
发明者威廉默斯·许贝特斯·保罗斯·玛丽亚·海耶宁 申请人:国际壳牌研究有限公司