[发明专利]用于套管悬挂器的可膨胀实心负载环

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于油井和天然气井的井口设备，且具体而言涉及与套管悬挂器联用的实心负载环。

背景技术

典型的海底井口组件包括支撑一个或多个套管悬挂器的井口罩(wellhead housing)。一种类型的井口罩具有在其孔眼内加工出的锥形负载台肩。该套管悬挂器座置在该负载台肩上且由其支撑。在这种类型的井口罩中，在负载台肩之下的罩孔眼的直径比在负载台肩之上的罩的直径小等于负载台肩的径向宽度的尺寸。

在称作“贯眼”的另一种类型的井口罩中，井口罩具有沟槽，井口罩在该沟槽之上的直径与在该沟槽之下的直径大致相同。负载台肩是随后安装在沟槽中的开口环。该套管悬挂器由负载台肩支撑。该步骤允许在钻制操作期间采用较大直径的孔眼。负载台肩可以安装在特制的送入工具上或者它可以随套管悬挂器送入。

主动套管悬挂器可用于经由负载机构将套管负载传递到井口罩，该负载机构包括致动环、防止致动环过早移动的剪切销、以及在套管悬挂器上的负载环。这种机构通常设计为当在悬挂器下降期间到达诸如在井口罩内部形成的台肩的反作用点时通过管柱的重量致动。此时，致动环上的剪切销断裂，以允许致动环相对于悬挂器的朝下移动滑动，从而允许悬挂器上的负载环与罩对准，以将套管负载传递到罩。这还增大了套管悬挂器的支承面积。然而，如果悬挂器受阻或者销加载不均并且过早断裂，则可能使致动环过早致动。由于必须将悬挂器和套管拉出并重新下钻，所以这费钱且费时。

因此，期望一种正确且可靠地致动在套管悬挂器上的负载机构以防止过早致动的技术。

发明内容

在一个示例性实施例中，井口罩具有容纳至少一个大体面朝上的负载台肩的孔眼，该负载台肩相对于该孔眼的轴线倾斜。带有对应的面朝下的台肩的罩负载环或联顶接头负载环由负载台肩支撑在井口罩上。罩负载环具有相对于孔眼轴线倾斜的大体面朝上的台肩。座置在罩中的套管悬挂器具有相对于孔眼的轴线倾斜的至少一个锥形面朝下的负载台肩。悬挂器负载环由悬挂器承载，以将悬挂器支承在面朝上的负载台肩上。此实例中的悬挂器负载环是实心的，其中该负载环的关键部分是其在通过由悬挂器支撑的套管的重量激励时弹性地膨胀的能力。悬挂器负载环的这种弹性膨胀发生在悬挂器的和罩负载环的不同角度之间。因此，如果在悬挂器负载环的配合表面之间存在角度差，则发生弹性膨胀。

负载环具有内轮廓和外轮廓，该内轮廓成一定角度滑动地接合悬挂器的面朝下的负载台肩，该外轮廓成第二角度滑动地接合罩负载环的面朝上的负载台肩。悬挂器负载环可以由悬挂器承载，以在缩回位置与膨胀位置之间移动，在该缩回位置，外轮廓径向地间隔开，从而与罩负载环的面朝上的台肩的一部分重叠，在该膨胀位置，外轮廓径向朝外膨胀，直到它被位于形成于罩内的凹窝内的挡圈止挡。挡圈防止悬挂器负载环径向膨胀超过对于给定材料的弹性区。因此，悬挂器能由于随着套管重量增大而实现的额外支承接触而额定具有更高的负载承载能力。

当定型时，负载环和台肩提供用于使套管负载传递到井口罩的路径。本发明提供了传统膨胀负载台肩的一些益处而不存在具有会意外触发的机制的主要缺点。由于负载台肩是实心环而不存在中断或减弱的部位，所以它应当仍与实心套管悬挂器一样可靠。然而，因为允许悬挂器负载环随着增大的套管悬挂器负载而膨胀，所以该悬挂器负载环能够实现高于简单的负载台肩的能力。

在操作期间，朝下的套管重量W大于法向力N和摩擦阻力Fn，并且角度θ₁，即负载环与套管悬挂器之间的角度，大于角度θ₂，即套管悬挂器负载环与罩负载环之间的角度。当通过套管重量激励时并且假设配合表面与座置表面完全接触时，悬挂器负载环将开始弹性地膨胀。

附图说明

图1是在井口罩内示出的位于未定型位置并且根据本发明构成的套管悬挂器和悬挂器负载环的侧剖视图。

图2是位于定型位置的图1中在井口罩内所示的套管悬挂器和悬挂器负载环的侧剖视图。

图3是根据本发明的悬挂器负载环的配合表面和座置表面的放大侧剖视图。

具体实施方式