專利名稱：鎖定組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎖定組件，用于將外管件鎖定在穿過外管件的內(nèi)管件上。這樣的鎖定組件可以用于例如從地層中生產(chǎn)碳?xì)浠衔锪黧w的井筒中。在這樣的應(yīng)用中，外管件連接到(或整體形成在)井筒外殼或井筒生產(chǎn)管上，內(nèi)管件適合于接收井筒裝置(例如閥門)。
當(dāng)鎖定組件受到縱向力時(shí)，這樣的應(yīng)用就會(huì)出現(xiàn)問題。例如，當(dāng)內(nèi)部件受到由于所生產(chǎn)的碳?xì)浠衔锪黧w的液體壓力而產(chǎn)生的縱向力的時(shí)候，這樣的力會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)部件之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而引起鎖定連接的松開。而且，這樣的相對(duì)移動(dòng)妨礙了在內(nèi)、外管件之間信號(hào)例如聲音信號(hào)或電信號(hào)的充分傳遞。這樣的裝置在使用通常的止塊或鎖定肩時(shí)，會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)問題，當(dāng)裝置受到拉力的時(shí)候，內(nèi)管件受到徑向向內(nèi)力，這樣需要增加內(nèi)管件的壁厚。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改良的鎖定組件，它能克服傳統(tǒng)鎖定組件的問題。
本發(fā)明提供一種鎖定組件，用于將外管件鎖定在貫穿該外管件的內(nèi)管件上，組件包括連接到上述管件中的一個(gè)上的鎖定心軸(lockmandrel)，該鎖定心軸帶有一個(gè)面對(duì)上述管件中的另一個(gè)的凹槽，該凹槽有至少一個(gè)向內(nèi)偏斜的側(cè)面；一個(gè)鎖定部件以與管件中的另一個(gè)鎖定的關(guān)系被設(shè)置在第一和第二管件之間，鎖定部件伸進(jìn)上述凹槽中，并能被操作在收縮模式和展開模式之間變化，在收縮模式中鎖定部件可以相對(duì)凹槽移動(dòng)，在展開模式中鎖定部件被展開頂靠住向內(nèi)偏斜的側(cè)面，組件還包括一個(gè)致動(dòng)器裝置來展開在上述凹槽中的鎖定部件，使該鎖定部件頂靠住上述偏斜的側(cè)面。
因此，當(dāng)鎖定部件處于展開模式的時(shí)候，在凹槽的向內(nèi)偏斜的側(cè)表面的作用下，一個(gè)施加到鎖定組件的載荷，例如縱向拉力會(huì)引起鎖定部件更牢固地鎖定進(jìn)入凹槽。此外，這就保證了內(nèi)外部件彼此牢固接觸，使得電信號(hào)或聲音信號(hào)能充分傳遞。
下面將結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明中井筒裝置的第一實(shí)施例示意圖；圖2是圖1中第一操作模式的細(xì)節(jié)A；圖3是圖1中第二操作模式的細(xì)節(jié)A；圖4是第一和第二實(shí)施例中所使用的鎖定部件的示意圖；圖5表示的是圖4中鎖定部件的另一種操作模式；圖6示意的表示了本發(fā)明井筒裝置第二實(shí)施例。
在以下的詳細(xì)描述中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)號(hào)。
如圖1所示，一個(gè)鎖定組件1在形成在地層中的井筒(未示出)中延伸，組件1有一個(gè)中間縱軸線2，其基本上與井筒的縱軸線重合。鎖定組件關(guān)于軸線2對(duì)稱，因此在圖1中只表示了一半的鎖定組件。鎖定組件包括一個(gè)布置在井筒中的井筒外殼3的形式外管件。一個(gè)鎖定心軸5通過焊縫7、8連接到外殼3上，以形成外殼3的整體的一部分。
根據(jù)圖2所示，在外殼3的內(nèi)表面上還形成有一個(gè)環(huán)狀的凹槽10，凹槽10具有向外偏斜的側(cè)面12、14，它們互相相對(duì)設(shè)置；還有一個(gè)端面15與縱軸線2平行延伸。
一個(gè)內(nèi)管件16與外殼3同心地設(shè)在外殼3內(nèi)，內(nèi)管件16包括一個(gè)第一致動(dòng)部件18、一個(gè)第二致動(dòng)部件20和一個(gè)旋轉(zhuǎn)套22，旋轉(zhuǎn)套通過左手螺紋連接部24與第一致動(dòng)部件18共同配合地連接，通過右手螺紋連接部26與第二致動(dòng)部件20共同配合地連接。如圖2所示，在致動(dòng)部件18、20之間決定了一個(gè)長度可變的環(huán)狀空間28。這樣，當(dāng)套22旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，致動(dòng)部件18、20就可以在展開模式和收縮模式之間沿縱向互相相對(duì)地移動(dòng)，展開模式中空間28相對(duì)地比較長，收縮模式中空間28相對(duì)比較短。內(nèi)管件16相對(duì)凹槽10的定位使得空間28的中心定位在凹槽10中心的對(duì)面。面對(duì)空間28的致動(dòng)部件18、20的末端具有沿向外的方向偏斜的端面30、32。
在環(huán)狀空間28中布置有兩個(gè)或多個(gè)鎖定部件34(只表示出其中的一個(gè))，鎖定部件34通過一個(gè)或多個(gè)圓形彈簧35被互相連接，彈簧35作為收縮彈簧使鎖定部件保持就位靠在致動(dòng)部件18、20上。
根據(jù)圖4和5所示，每個(gè)鎖定部件34都包括一個(gè)第一部分36和一個(gè)第二部分38，部分36和38可以圍繞一個(gè)棒40互相旋轉(zhuǎn)，棒40沿著圓周方向延伸。棒40可以是一個(gè)鎖定部件34的一個(gè)整體部分。部分36具有外表面41a、外側(cè)面41b和內(nèi)側(cè)面41c。部分38具有外表面42a、外側(cè)面42b和內(nèi)側(cè)面42c。
這些部分由一個(gè)片彈簧(leaf spring)44保持在一起，彈簧44將部分36、38偏壓向收縮位置，在這個(gè)收縮位置外表面41a、42a成一個(gè)角度延伸，以便形成鎖定部件34徑向凹陷的外端部。鎖定部件34的尺寸使得當(dāng)部分36、38位于收縮位置的時(shí)候，鎖定部件能進(jìn)入凹槽10中。
根據(jù)圖3，外側(cè)面41b、42b的方向這樣設(shè)定，使得當(dāng)部分36、38旋轉(zhuǎn)到外表面41a、42a對(duì)齊在一直線上的展開位置(如圖5所示)的時(shí)候，鎖定部件34裝配在凹槽10中，借此外表面41a、42a與凹槽的徑向外表面15相接觸，外側(cè)面41b、42b與凹槽10相應(yīng)的側(cè)面12、14相接觸。此外，內(nèi)側(cè)面41c、42c的方向這樣設(shè)定，使得當(dāng)部分36、38旋轉(zhuǎn)到展開位置的時(shí)候，內(nèi)側(cè)面41c、42c與致動(dòng)部件18、20的相應(yīng)的端面30、32相接觸。
第二致動(dòng)部件20帶有一個(gè)定位/固定槽50(圖1)，用來在內(nèi)管件16中定位和固定一個(gè)致動(dòng)器(未示出)。一個(gè)井筒工具(未示出)，例如井下采油閥或井下安全閥，連接到致動(dòng)部件18上。第一致動(dòng)部件18內(nèi)部帶有一套初級(jí)槽54，套22帶有一套次級(jí)槽56。致動(dòng)器適合與槽50嚙合并包括兩個(gè)可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)的部分，每個(gè)部分帶有一套指狀物，指狀物能扣入到相應(yīng)的各套槽54、56中。
在正常的操作中，內(nèi)管件16被下降進(jìn)入井筒外殼3中，在它的上面帶有致動(dòng)器，其中致動(dòng)部件18、20處于展開模式中，允許每個(gè)鎖定部件34的片彈簧44將鎖定部件部分36、38收縮到它們的收縮位置。當(dāng)鎖定部件34到達(dá)與環(huán)狀凹槽10相對(duì)的位置的時(shí)候，如圖2所示，下降停止。然后致動(dòng)器啟動(dòng)，以此致動(dòng)器的指狀物扣入到相應(yīng)的各套槽54、56中。然后兩個(gè)致動(dòng)器部分相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以便旋轉(zhuǎn)套22，旋轉(zhuǎn)的方向使得第一和第二致動(dòng)部件18、20互相相對(duì)移動(dòng)達(dá)到收縮模式。結(jié)果，致動(dòng)部件的偏斜端面30、32推動(dòng)每個(gè)鎖定部件34進(jìn)入凹槽10中，以此每個(gè)鎖定部件部分36、38的外表面41a、42a與凹槽10的端面15接觸。在套22進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)作用下，部分36、38繞著棒40彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)，直到鎖定部件34變成處于展開位置，在該展開位置外表面41a、42a對(duì)齊在一條直線上，并且與端面15完全接觸，外側(cè)面41b、42b與凹槽10的相應(yīng)的側(cè)面12、14完全接觸。在這個(gè)位置，鎖定部件34被鎖定在凹槽10中。
這樣，在內(nèi)管件16和外殼3之間就獲得了一個(gè)形狀配合連接，該連接是良好的聲音和電學(xué)連接。當(dāng)井筒工具或內(nèi)管件16受到縱向力時(shí)，例如由于流過井筒的碳?xì)浠衔锪黧w的壓力，鎖定部件34由于凹槽10和鎖定部件34向外偏斜的形狀而變得更加牢固地鎖定在凹槽10中。這樣就可以阻止在內(nèi)管件16和外殼之間的連接變松動(dòng)或由于鎖定部件的向內(nèi)運(yùn)動(dòng)而使得內(nèi)管件塌陷。此外，緊固的連接保證了用于井筒控制或信息傳遞的聲響信號(hào)可以在內(nèi)管件16和外殼3之間充分傳遞。
本發(fā)明第二實(shí)施例的鎖定組件如圖6所示。鎖定組件關(guān)于縱軸線58對(duì)稱，因此在圖6中只表示了一半鎖定組件。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例極其相似，除了用來使致動(dòng)部件18、20相對(duì)移動(dòng)的套被一套形狀記憶合金致動(dòng)器60(在下文中稱為SMA致動(dòng)器)代替，其中每個(gè)SMA致動(dòng)器的一端都通過緊固件62固定連接在致動(dòng)部件18上，SMA致動(dòng)器的另一端通過緊固件64固定連接在致動(dòng)部件20上。每個(gè)SMA致動(dòng)器60有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度，高于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)SMA致動(dòng)器的長度會(huì)增加，低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)SMA致動(dòng)器長度變短。在第二實(shí)施例中沒有第一實(shí)施例中的成套的槽54、56。
第二實(shí)施例的正常操作與第一實(shí)施例的正常操作相似，但是未使用致動(dòng)器工具來使致動(dòng)部件18、20相對(duì)移動(dòng)，這樣的運(yùn)動(dòng)是由SMA致動(dòng)器的收縮而引起的。這依靠在內(nèi)管件16內(nèi)安裝加熱器(未示出)，并且在內(nèi)管件16下降進(jìn)入外殼過程中操縱加熱器，以使SMA致動(dòng)器的溫度高于轉(zhuǎn)變溫度來獲得。然后關(guān)閉加熱器，這樣SMA致動(dòng)器的溫度就可以低于轉(zhuǎn)變溫度，因此SMA致動(dòng)器收縮并因此使致動(dòng)部件18、20移動(dòng)到它們的收縮模式。
權(quán)利要求
1.一種鎖定組件，用于將外管件鎖定在貫穿該外管件的內(nèi)管件上，該組件包括連接到上述管件中的一個(gè)上的鎖定心軸，該鎖定心軸帶有一個(gè)面對(duì)上述管件中的另一個(gè)的凹槽，該凹槽有至少一個(gè)向內(nèi)偏斜的側(cè)面，一個(gè)鎖定部件以與管件中的另一個(gè)管件鎖定的關(guān)系被設(shè)置在第一和第二管件之間，鎖定部件伸進(jìn)上述凹槽中，并能被操作在收縮模式和展開模式之間變化，在收縮模式中鎖定部件可以相對(duì)凹槽移動(dòng)，在展開模式中鎖定部件被展開，頂靠住向內(nèi)偏斜的側(cè)面，該組件還包括一個(gè)致動(dòng)器裝置來使在上述凹槽中的鎖定部件展開頂靠上述偏斜的側(cè)面。
2.如權(quán)利要求1所述的鎖定組件，其特征在于鎖定心軸連接到外管件上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鎖定組件，其特征在于上述偏斜的側(cè)面沿鎖定心軸的圓周方向延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的鎖定組件，其特征在于凹槽具有兩個(gè)互相相對(duì)設(shè)置的向內(nèi)偏斜的側(cè)面。
5.如權(quán)利要求3或4所述的鎖定組件，其特征在于鎖定部件包括一個(gè)第一部分和一個(gè)第二部分，第二部分能圍繞一個(gè)軸線相對(duì)第一部分旋轉(zhuǎn)，該軸線基本沿著圓周方向延伸，而且鎖定部件可以通過使上述部分互相相對(duì)旋轉(zhuǎn)來在收縮模式和展開模式之間被操作。
6.如權(quán)利要求5所述的鎖定組件，其特征在于還有彈簧裝置將上述部分偏壓到收縮模式。
7.如權(quán)利要求5或6所述的鎖定組件，其特征在于致動(dòng)器裝置包括一個(gè)第一致動(dòng)器部件和一個(gè)第二致動(dòng)器部件，致動(dòng)器部件可以在管件的縱向彼此相對(duì)移動(dòng)，并被設(shè)置成使得在致動(dòng)器部件的所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，使上述部分彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)，還有一個(gè)控制裝置能控制上述致動(dòng)器部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的鎖定組件，其特征在于第一致動(dòng)器部件與上述第一部分在初級(jí)接觸面接觸，第二致動(dòng)器部件與上述第二部分在次級(jí)接觸面接觸，上述接觸面朝向上述凹槽沿徑向偏斜。
9.如權(quán)利要求7或8所述的鎖定組件，其特征在于控制裝置包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)套，旋轉(zhuǎn)套通過左手螺紋連接部與第一致動(dòng)器部件操作配合連接，并通過右手螺紋連接部與第二致動(dòng)器部件操作配合連接。
10.如權(quán)利要求7-9之一所述的鎖定組件，其特征在于致動(dòng)器裝置包括一個(gè)把第一和第二致動(dòng)器部件互相連接的記憶金屬部件，并且該記憶金屬部件可以在縱向收縮模式和縱向展開模式之間操作。
11.如權(quán)利要求1-10之一所述的鎖定組件，其特征在于上述管件被設(shè)置在于地層中形成的井筒內(nèi)。
12.基本上如上面參考附圖所描述的鎖定組件。
全文摘要
一種鎖定組件(1),用于將外管件鎖定在貫穿該外管件的內(nèi)管件上,組件包括連接到上述管件中的一個(gè)上的鎖定心軸(5),該鎖定心軸帶有一個(gè)面對(duì)上述管件中的另一個(gè)的凹槽(10),凹槽有至少一個(gè)向內(nèi)偏斜的側(cè)面(12、14),一個(gè)鎖定部件(34)以與管件中的另一個(gè)管件鎖定的關(guān)系被設(shè)置在第一和第二管件之間,鎖定部件伸進(jìn)上述凹槽中,并能在收縮模式和展開模式之間操作,在收縮模式中鎖定部件可以相對(duì)凹槽移動(dòng),在展開模式中鎖定部件可以被展開頂靠住向內(nèi)偏斜的側(cè)面,組件還包括一個(gè)致動(dòng)器裝置來使在上述凹槽中的鎖定部件展開頂靠上述偏斜的側(cè)面。
文檔編號(hào)E21B23/02GK1387602SQ00815286
公開日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2000年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月17日
發(fā)明者威廉默斯·許貝特斯·保羅斯·瑪麗亞·海耶寧 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司