[发明专利]载荷交越滑动接合机构及使用方法

说明书

技术领域

本文提出了多种用于将工具组件上的拉伸和旋转载荷从外套筒心轴传递到内心轴的方法和装置。由于外部承载套筒使通常的工具接头(tool joint，钻具接头)能够进行组装和拆卸，因此这种装置使得在钻机(rig)或钻台上能够容易地构造长的工具组件。上部的外心轴套筒和下部的内心轴套筒通过载荷交越(load cross-over)接头连接，该载荷交越接头允许位移组件或下放组件的相对运动。

背景技术

油和气态烃类天然地存在于一些地层中。含有油或气的地层有时会被称为储层。储层可位于陆地或近海的下面。储层通常位于数百英尺(浅储层)至数千英尺(超深储层)的范围内。

为了产出烃类，人们钻凿出穿过储层中的含烃带的井筒。在套管井筒或其一部分中，套管被安置(通常是混凝土浇注)到井筒中以提供介于含烃带与井筒套管的内部之间的管状壁。随后可将管柱下入到或抽出该套管。类似地，可将管柱下入到无套管的井筒或井筒的一段中。本文中使用的术语“套管”是指插入井筒中的一系列相连接的管段、接头、筛、管坯(blank)、交越工具、井下工具等等，其在钻井、修井、生产、注入、完井等过程或其它过程中使用。此外，在许多情况下，如本领域技术人员应能预见到的，工具可在缆线或连续管上行进而不是在管柱上行进。井筒可以是(或者包括)竖直的、斜的或者水平的部分，也可以是直形的、弯曲的或分岔的。

在井筒部的裸井部段的完井期间，将完井管柱放置到井筒中。该管柱使得流体能够被引入井筒的远部或从井筒的远部流出。管柱是由多段管道连在一起而产生，通常是经由上段管道的底部处的右手阳螺纹和下端管道的顶部处的对应的阴螺纹来连接的。通过对上段管道施加右手力矩并同时使下端管道保持相对静止，使两段管道彼此连接。随后将连接后的多段管道下入到井筒中。该过程被称为“装配”管柱。在管柱中使用的工具通常在钻台上被组装或装配。实际上，这样可能需要由标准钻台插入的较长的工具。

在烃类井中通常会“下放(set，设置)”或致动井下工具，如膨胀工具、封隔器、桥塞、规径悬挂器、跨式封隔(straddle)、井口塞、混凝土承转器(retainer)、过油管塞等。这些工具的下放通常与其它井筒作业一起进行。举例而言，将管柱下入到井筒中以悬挂可膨胀的衬管(liner，内衬)、在衬管周围进行混凝土浇注、然后使衬管膨胀。随后将管柱与已安装的衬管和悬挂器脱开并收回到地表。

在通常的衬管悬挂器(liner hanger，尾管悬挂器)工具管柱中，管柱上的拉伸载荷和旋转载荷是通过内部心轴来携带的。下放该工具和传递下放载荷所需的相对运动通常由非承载的外部缸或套筒来完成。举例而言，能够从哈利伯顿能源服务公司市场获得的Versaflex(商标名)下入工具(running tool)即具有这样的配置。如果这些工具在钻台上进行装配(例如成为两个半部)，这样的设置是笨重的，需要装配心轴组件及装配外部缸组件，包括装配密封件。对于大多数应用而言，使用带有密封件的已装配部件还需要在使用前进行压力测试。这样的测试在钻台上既棘手又耗时，甚至无法进行。

因此，需要对下入工具的设计、组装和使用提供一种改进的方式。

发明内容

提出一种用于井筒中的井下工具组件，该组件具有：心轴组件，用于在行进到井筒的期间承受施加在工具组件上的主要的拉伸载荷和旋转载荷；位移组件，用于承受位移载荷并提供相对于心轴组件的相对运动，该位移组件用于致动附接到心轴组件的可致动工具。该心轴组件具有位于该位移组件的径向外部的上心轴和位于该位移组件的径向内部的下心轴。一载荷交越心轴在上心轴与下心轴之间传递拉伸和旋转载荷。该载荷交越心轴具有多个通道，这些通道允许位移组件的对应的多个杆从其中滑过。这些杆将位移载荷从这些杆上方的致动器传递到这些杆下方的可致动工具。

举例而言，将可膨胀的衬管悬挂器和浇注工具下入到井筒中。在浇注作业之后，利用膨胀锥或类似物使可膨胀衬管悬挂器膨胀。由工具管柱中的加压液体为膨胀提供动力，该工具管柱操作位移组件的多个活塞组件。活塞的运动使得延伸穿过心轴组件的侧向延伸部中的通道的一组位移载荷杆发生移动。该心轴组件承受拉伸及扭转载荷，且具有位于位移组件的径向外部的上心轴、位于位移组件的径向内部的下心轴、以及在上心轴与下心轴之间传递载荷的载荷交越心轴。在一优选实施例中，载荷交越心轴限定数个纵向通道，位移组件的杆滑移穿过这些纵向通道。该工具管柱还可包括多个释放组件等等。该心轴组件的设置使得能够在钻台上进行快速且容易进行的组装或装配作业，且省去了对组装好的工具的压力测试的需求。