专利名称：带凹口联顶环的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及石油和天然气生产设备，并且具体涉及与地面井中的心轴式悬挂器一起使用的带凹口(scalloped)联顶环(landing ring)。
背景技术：
一种地面或陆地井口生产技术包括在陆地上钻井眼并且在井中安装导管或套管的管柱。导管的第一管柱通常被称为导向管道，其可在地面附近下入到钻入地层的井眼中。导向管道接着通常在上部延伸超出地面的情况下用水泥固定就位。延伸超出地面的导向管道的上部可容纳在构造在井眼周围的圆井(cellar)中。导向管道的外径可对圆井底部密封。导向管道通常用来防止井眼的侧面坍塌。导向管道也可称作击入式管道，其通常长度较短且有时击入地下。一旦需要附加的井操作，例如在井内安装附加的套管，则通常在所需的点处切削导向管道的上部并平整。然后通常在导向管道的顶部上安装支撑件或联顶环。联顶环可接纳齿(flute)型心轴式悬挂器，悬挂器可将套管支撑在井口中且允许钻井液或水泥在注水泥操作期间通过悬挂器的齿向上返回。联顶环和齿型心轴式悬挂器是地面井中常用的。在注水泥之后，可以在齿型套管悬挂器上方安装封隔衬套以密封齿。也可将分流器转接器连接到导向管道。转接器通常在下端处具有卡瓦(slip)，卡瓦能在低于安装的联顶环的点处与导向管道的外径接合。由于在注水泥操作期间的水泥循环损失，有时需要通过在联顶环与齿型心轴式悬挂器之间的径向空间来注满水泥。在一些情况下，在联顶环与悬挂器之间的径向空间不够大，以致不允许穿过在这种注满操作中使用的通常称为“冲洗”管路的注水泥管。因此，注满水泥需要更多的工作并花费更多的时间。偶尔，如果水泥粘结较差，也会弃井。通常，在心轴式悬挂器与联顶环之间的空间不允许除小盘管之外的任何东西。为了尝试和防止这种情况并允许更大的注水泥管，可以使用更大尺寸的套管和更大的联顶环来提供额外的间隙并允许注满水泥。另外，可以在导向管道中形成侧入口以进行水泥注满。然而，这些技术显著地增加了成本。因此，希望有一种不需要更大套管而注满水泥的改进的技术。
发明内容
在本发明的实施例中，地面井口组件可包括安装在水泥固定的导向管道或导管的上部处的联顶环和心轴式套管悬挂器。联顶环具有面朝下的肩部，该肩部安放在导向管道的上部的面朝上的边沿上。套管悬挂器可具有围绕外表面设置的齿并由联顶环来支撑。齿可焊接到或螺纹连接到悬挂器。在该实施例中，套管悬挂器的带螺纹内下部可与导向管道或套管的上部螺纹接合，从而支撑套管，套管可以是管状导管或构件。悬挂器将套管的载荷经由联顶环传递到导向管道。在该实施例中，联顶环可具有形成于环内部的至少一个凹口槽。联顶环与齿型心轴式套管悬挂器交界，使得凹口槽有利地对齐在悬挂器的齿之间。这种对齐对于心轴式悬挂器与联顶环的任何取向而发生。联顶环的凹口槽与齿型心轴式套管悬挂器的这种对齐有利地提供了所需间隙，以便允许插入管柱用于在水泥注满操作期间注水泥或用于井下碎屑清洗。
图1是根据本发明安装在井口外壳中的心轴式悬挂器和联顶环的实施例的局部首1J视图。图2是根据本发明的心轴式悬挂器的实施例的侧剖视图。图3是图2的心轴式悬挂器的俯视图。图4是根据本发明的联顶环的实施例沿图5的线4-4截取的侧剖视图。图5是图4的联顶环的俯视图。图6是根据本发明对齐以允许插入注水泥管柱的心轴式悬挂器和联顶环的实施例的俯视图。图7是安装在导向管道上的联顶环和分流器转接器的备选实施例的局部剖视图。图8是图7所示组件的一部分的放大的局部剖视图。
具体实施例方式参见图1,示出了地面井口组件10的实施例的图示。地面井口组件10可位于围绕井眼构造的圆井12内。在该实施例中，地面井口组件10可包括安装在导向管道或导管16的上部上的联顶环14，导向管道或导管16的上部向上延伸超出圆井12的底部。导向管道16通常在上部延伸超出地面的情况下用水泥固定就位。延伸超出地面的导向管道16的上部可容纳在圆井12中。导向管道16的外径可对圆井12的底部密封。导向管道16通常用来防止井眼侧面坍塌。导向管道16也可称为击入式管道，其通常长度较短且有时击入地下。在该实施例中，联顶环14具有面朝下的肩部18，其安放在导向管道16的上部的面朝上的边沿20上。下面将进一步讨论联顶环14。地面井口组件10还可包括具有围绕外表面34设置的突起或齿32的心轴式套管悬挂器30。在该实施例中，在套管悬挂器30上的齿32的下端的至少一部分接触形成于联顶环14上的面朝上的内肩部35，从而支撑套管悬挂器30。虽然在该实施例中示出八个齿32 (图3)，但在套管悬挂器30上可设置更多或更少的齿32。在该示例中，套管悬挂器30在下部38处具有带螺纹内部36。套管悬挂器30的下部38可具有比悬挂器30的上部39更大的外径。带螺纹内部可与套管40的上部螺纹接合，从而支撑套管40。悬挂器30将套管40的载荷经由联顶环14传递至导向管道16。在安装时，套管悬挂器30的下部38可向下伸出经过联顶环14。参见图2和图3，分别示出了具有轴线Ax的图1所示心轴式套管悬挂器30的侧面剖视图和俯视图的实施例。在该实施例中，多个齿32可以是环形构件或内环49的一部分，环形构件或内环49具有允许环形构件贴合在悬挂器30周围的内径。环形构件49可经由环形构件上的内螺纹固连到悬挂器30，该内螺纹可与悬挂器的外表面34的一部分上的对应螺纹接合。备选地，多个齿32可与悬挂器30 —体化或焊接到悬挂器上。因此由齿32的间隔限定了空隙42 (图3)。在该实施例中，齿32为渐缩的，其具有比内部44更宽的外部43。在该实施例中，齿32具有高度45 (图2)和倾斜下表面46 (图2)。倾斜表面46相对于轴线Ax倾斜。倾斜表面46在齿32的下端处与面朝下的肩部48相遇。面朝下的肩部48的至少一部分与联顶环14的面朝上的内肩部35接触(图1和图3)。备选地，齿32可具有平坦上端和下端。在该实施例中，齿32轴向定位在悬挂器30的大约中间长度处，如图2所示。参见图4和图5，分别示出了联顶环14的侧剖视图和俯视图。联顶环14具有轴线Bx且可具有定位螺钉通道50，以允许安装定位螺钉(未示出)以将联顶环14固连到导向管道16(图1)。在该实施例中，螺钉通道50使内径与联顶环14的外表面连通。此外，在联顶环14的顶部处的孔51允许固连吊钩以用于起吊和搬运。如此前解释的，面朝上的肩部35经由与形成于齿32的下端的面朝下的表面46的接触而支撑心轴式套管悬挂器13(图2和图3)。在该实施例中，联顶环14具有形成于联顶环14的内表面54上的三个凹部或凹口 52(图5)。备选地，可以在联顶环14的内表面54上形成更多或更少的凹口 52。凹口 52在该实施例中周向彼此等距间隔且具有径向向外深度56(图4)。凹口 52中的每一个的内表面58为大体弯曲的。凹口 52中的每一个的宽度60约等于在心轴式套管悬挂器30的齿32之间的空隙42 (图6)。每个凹口 52从联顶环14的上端延伸至联顶环14的底端。每个凹口 52延伸通过肩部35，从而移除肩部35的一部分。参见图6，下面示出了坐放在联顶环14上的心轴式悬挂器30的俯视图。如前所述，凹口 52在联顶环14的内表面54上彼此周向等距间隔。联顶环14上的凹口 52的这种布置允许齿32之间的空隙42中的至少一个与在联顶环14上的凹口 52中的至少一个对齐，而不论心轴式套管悬挂器30如何定向。凹口 52与在悬挂器30的齿32之间的空隙42的对齐为也称为“冲洗”管道的注水泥管70插入凹口 32的空间中提供了足够的间隙。注水泥管70可从导向管道16的上部向下延伸通过联顶环14并安装在地面套管柱40 (图1)的径向外部。当注水泥管柱70插入位置时，可在水泥注满操作期间将水泥注入联顶环14下方的环状空间中。此外，管柱70可用于井下碎屑清洗。根据初始注水泥操作中的水泥损失，注水泥管柱70可以下至地面以下约20米或更低的深度，以便达到此前的水泥顶部。根据环状空间的尺寸，注水泥管柱70可具有达2英寸的内径尺寸。虽然该实施例示出三个凹口52与八个间隙42的组合，但若干其它组合也可为注水泥管70提供所需间隙。为了允许至少一个凹口与间隙的对齐的凹口和间隙的组合可随若干因素变化，包括注水泥管的尺寸、心轴式悬挂器的尺寸、联顶环的尺寸和导向管道的尺寸。在图7和图8所示的另一实施例中，示出了安装在圆井82内的地面井组件80。在该实施例中，地面井组件80包括安装在导向管道86的上延伸端处的联顶环84。分流器转接器88安装在导向管道86的上延伸端上方，使得在分流器转接器88的内轮廓中的卡瓦90接合导向管道86的外表面。在该实施例中，分流器转接器88封闭整个联顶环84。分流器转接器88可用来为分流器(未示出)提供连接或安装点，分流器可用来控制井压力。为清楚起见，悬挂器在图7中未示出但可如此前的段落中所述坐放在联顶环84上。联顶环84具有与图5中的凹口 52相同的凹口(未示出)。齿(未示出)形成于分流器转接器88的内径上。图8是图7所示组件的一部分的放大的局部剖视图，并且包括带有齿92的心轴式套管悬挂器90，类似于图1至图3中的悬挂器30。
再次参见图1，在安装期间，导向管道16通常被切削至所需高度并整平。然后安装联顶环14，使得面朝下的肩部安放在导向管道的上部的边沿上。定位螺钉可通过联顶环壁中的螺钉通道50安装就位并与导向管道16的内径接触以将联顶环14固定到导向管道。然后，可将齿型心轴式悬挂器30和相连的套管40坐放在联顶环14上，使得齿32的面朝下的下表面46安放在联顶环14的面朝上的内肩部35上。套管重量由此经由悬挂器30传递到导向管道16。可将水泥向下泵送通过套管并向上通过环状空间，从而允许水泥向上流过悬挂器30的齿32。如果注水泥需要注满，则将形成于联顶环14的内部上的凹口 52 (图5)与齿32之间的至少一个空隙对齐，使得在齿之间存在足够的空间以允许接着将注水泥管70(图6)插入由在联顶环上的凹口和齿形成的间隙中。然后可将水泥经由注水泥管线70泵入环状空间中。虽然本发明仅以其形式中的一种示出，但对于本领域技术人员应显而易见的是，本发明不受此限制，而是在不脱离本发明的范围的情况下易做出各种变化。
权利要求
1.一种用于注水泥固定套管的地面井口组件，包括 联顶环，所述联顶环适于固连到井眼套管的上端，所述联顶环具有在外表面上的面朝下的肩部以用于坐放在所述套管的边沿上，所述联顶环具有内部面朝上的肩部； 套管悬挂器，所述套管悬挂器适于支撑套管且具有轴线； 多个齿，所述多个齿彼此等距地设置在所述套管悬挂器的外表面上； 多个空隙，所述多个空隙由在所述套管悬挂器上的齿中的每一个之间的空间限定；以及 至少一个轴向延伸的凹槽，所述至少一个轴向延伸的凹槽形成于所述联顶环的内表面上，所述凹槽与在所述套管悬挂器上的齿之间的空隙中的至少一个对齐，以便为注满的注水泥管插入所述凹槽的空间中提供注水泥管通道。
2.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，至少一个凹槽延伸通过在所述联顶环上的面朝上的肩部。
3.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，所述齿是焊接到所述套管悬挂器的外表面的环形构件的一部分。
4.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，所述齿与固连到所述套管悬挂器的外表面的内部环形构件结合。
5.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，所述齿具有周向上宽于所述齿的内表面的周向宽度的外表面。
6.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，形成于第一井口构件的内表面上的至少一个凹槽具有约等于在所述套管悬挂器上的齿之间的所述空隙的周向宽度的周向宽度。
7.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，所述套管悬挂器上的齿具有用于坐放在所述第一井口构件的内部面朝上肩部上的下表面以用于将套管载荷传递到导管。
8.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，注水泥管通道适于提供到所述套管悬挂器与所述井眼套管之间的环状空间的通路。
9.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，分流器转接器适于坐放在所述联顶环的面朝下的肩部上。
10.根据权利要求1所述的井口组件，其特征在于，所述空隙和凹口为所述注水泥管的直径的约I 1A倍。
11.一种用于在地面井处注水泥固定套管的设备，包括 联顶环，所述联顶环适于固连到导向管道的上端，所述联顶环具有在外表面上的面朝下的肩部以用于坐放在所述导向管道的上端的边沿上，所述联顶环具有内部面朝上的肩部; 心轴式悬挂器，所述心轴式悬挂器适于具有带螺纹下部用于与套管的上端接合从而支撑套管，所述悬挂器具有轴线； 多个齿，所述多个齿彼此等距设置在所述心轴式悬挂器的外表面上且从所述悬挂器径向向外延伸，所述齿具有坐放在所述联顶环的面朝上的肩部上的下端以允许将套管载荷从所述心轴式悬挂器传递到所述联顶环并传递到所述导向管道； 多个空隙，所述多个空隙由在所述心轴式悬挂器上的齿中的相邻的齿之间的空间限定；以及 至少一个轴向延伸的凹槽，所述至少一个轴向延伸的凹槽形成于所述联顶环的内表面上，所述凹槽与在所述心轴式悬挂器上的齿之间的空隙中的一个对齐，以便为注水泥管提供注水泥管通道以穿过注水泥管通道，所述凹槽从所述联顶环的上端延伸至下端； 其中，形成于所述联顶环的内表面上的至少一个凹槽具有约等于在所述心轴式悬挂器上的齿之间的空隙的周向延伸宽度的周向延伸宽度。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述至少一个凹槽包括多个凹槽并且存在比所述凹槽更多的齿。
13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，至少一个凹槽延伸通过在所述联顶环上的面朝上的肩部。
14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，形成于所述第一井口构件的内表面上的至少一个凹槽具有约等于在所述心轴式悬挂器上的齿之间的空隙的周向宽度的周向宽度。
15.根据权利要求11所述的井口组件，其特征在于，所述空隙和凹口为所述注水泥管的直径的约I %倍。
16.根据权利要求11所述的井口组件，其特征在于，注水泥管通道适于提供到在所述套管悬挂器与所述井眼套管之间的环状空间的通路。
17.—种注水泥固定套管的方法，包括 提供适于固连到井眼套管的上端的联顶环，所述联顶环具有在外表面上的面朝下的肩部用于坐放在所述套管的边沿上，所述联顶环具有内部面朝上的肩部，套管悬挂器适于支撑套管且具有轴线，多个齿彼此等距地设置在所述套管悬挂器的外表面上，多个空隙由在所述套管悬挂器上的齿中的每一个之间的空间限定；并且至少一个轴向延伸的凹槽形成于所述联顶环的内表面上，所述凹槽与在所述套管悬挂器上的齿之间的空隙中的至少一个对齐，以便为注水泥管插入所述凹槽的空间提供注水泥管通道； 将所述套管悬挂器坐放在所述联顶环的内部面朝上的肩部上且将悬挂器与所述联顶环对齐，使得形成于在所述套管悬挂器上的多个齿之间的空隙与在所述联顶环上的至少一个凹槽对齐；以及 将所述注水泥管经所述联顶环插入通过由在所述联顶环上的至少一个凹槽和在所述齿之间的空隙限定的空间。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括 在首次泵送操作期间将水泥向下泵入由所述套管悬挂器支撑的套管并向上泵入所述套管外部的环形空间；以及 在注满操作期间将水泥沿注水泥管向下泵送至所述联顶环以下的点和所述套管外部的环形空间中以注满水泥。
全文摘要
本发明涉及一种带凹口联顶环。更具体而言，本发明涉及一种具有形成于环内部的至少一个凹口的联顶环。联顶环与齿型心轴式套管悬挂器交界，使得凹口槽在悬挂器的齿之间对齐。联顶环的凹口槽与齿型心轴式套管悬挂器的这种对齐提供了足够的间隙，以便允许插入注水泥管用于在水泥注满操作期间注水泥或用于井下碎屑清洗。
文档编号E21B23/00GK103046884SQ20121038619
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月12日 优先权日2011年10月14日
发明者H.何, K-O.陈, G.安布罗斯 申请人:韦特柯格雷公司