專利名稱：同心套管千斤頂?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一油田工具以及組件。具體而言，本發(fā)明涉及一種在鉆井工作過程中用于支承和驅(qū)動同心套管柱的裝置和方法背景技術(shù)在鉆油井、氣井或水井的時侯，通常比較有利的是在生產(chǎn)套管內(nèi)采用第二套管柱、油管柱或鉆管柱。通常，內(nèi)同心套管柱支承在該地面并且鉆柱插進內(nèi)套管柱的內(nèi)側(cè)。隨后鉆柱就可以獨立于該內(nèi)套管柱運轉(zhuǎn)。此外，通常比較理想的是能夠垂直地驅(qū)動內(nèi)套管使得安裝在內(nèi)套管的下端的工具可以運轉(zhuǎn)。將內(nèi)套管柱支承在地面上并能夠沿著內(nèi)套管柱的軸線驅(qū)動該內(nèi)套管柱的裝置被稱之為套管千斤頂。
現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)常提到將內(nèi)套管柱或內(nèi)油管柱支承在井孔中的問題。US6,019,175(以下稱之為專利’175)披露了一種用于將油管柱懸掛在井孔內(nèi)并能夠在不將井口頂部法蘭(wellhead)拆卸下來的情況下使油管柱垂直移動的裝置和方法。不過，專利’175的缺陷在于其沒有披露一種用于垂直驅(qū)動油管柱以便操作向下鉆進工具的方法或裝置。
美國專利US 6,009,941(以下稱之為’941)披露了一種用于支承和垂直移動向下鉆進工具或油管柱的裝置。不過，專利’941的局限性在于其披露的一種裝置太復(fù)雜以至于其用于垂直驅(qū)動油管柱以便操作向下鉆進工具的方法或裝置難以在野外安裝。專利’941所不能解決的一種需求是一種用于支承和垂直移動油管柱或套管柱且安裝和操作簡單的裝置和方法。
超越于現(xiàn)有技術(shù)之外的所需要的是一種用于支承油管或套管的裝置，該裝置還能夠在鉆井工作過程中垂直驅(qū)動該油管和套管。此外，存在一種優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的需求是要求一種套管千斤頂，該千斤頂安裝簡單且能夠獨立于該鉆柱運轉(zhuǎn)。
發(fā)明概述滿足上述需要的本發(fā)明是一種同心套管千斤頂，該千斤頂具有一套管支架和套管驅(qū)動器，該套管驅(qū)動器采用液壓流體使得井內(nèi)的同心內(nèi)套管柱垂直升降。該同心套管千斤頂與套管柱相連并能夠通過驅(qū)動套管來操作安裝在套管下端上的向下鉆進工具。該套管通過井口頂部法蘭(wellhead)支承在地面上并能夠?qū)⒎绹娖鏖g連接用的四通部件以及在鉆井工作過程中通常所采用的防爆閥串聯(lián)起來。該同心套管千斤頂包括一殼體和一活塞，該活塞的內(nèi)徑在尺寸上與該同心套管相似。這種相同的尺寸使得鉆頭和底部鉆具組件能穿過套管千斤頂和安裝在其上的套管柱的中空中心?；钊显O(shè)有一外部密封件，用于保持千斤頂?shù)目招幕钊椭黧w之間的液壓力?；钊南虏炕钊麠U穿過套管千斤頂殼體的底座，下部活塞桿在該底座處被擰到井孔中的同心套管柱上?；钊纳喜炕钊麠U延伸到套管千斤頂殼體的頂部之上，該上部活塞桿在該頂部處與該地面鉆井設(shè)備相連。該套管千斤頂上裝配有兩個可液壓收縮的支承板，該支承板配合進活塞的凹入?yún)^(qū)域并在活塞處于其上位后支承該套管和活塞的重量。該套管千斤頂還包括一內(nèi)部凸肩，用于在活塞處于其下位時支承活塞和套管。
附圖簡要說明

圖1是沿圖6中的線1-1所作的同心套管千斤頂?shù)钠室晥D，所示的活塞處于下位而支承板處于收縮位置；
圖2所示的是同心套管千斤頂?shù)囊粋€剖視圖，所示的活塞處于上位，而支承板處于舒展位置；圖3是沿圖1中的線3-3所作的同心套管千斤頂?shù)钠室晥D，所示的支承板處于收縮位置；圖4所示的是沿圖2中的線4-4所作的同心套管千斤頂?shù)钠室晥D，所示的支承板處于舒展位置；圖5所示的是同心套管千斤頂?shù)木植勘磺械舻膫?cè)面透視圖，所示的活塞處于上位，且支承板處于舒展位置；圖6所示的是同心套管千斤頂?shù)耐獠總?cè)視圖；圖7所示的是同心套管千斤頂?shù)耐獠恐饕晥D；以及圖8所示的是描述同心套管千斤頂?shù)囊晥D，該同心套管千斤頂與其它井口頂部法蘭(wellhead)和用于鉆井工藝中的安全設(shè)備串聯(lián)。
優(yōu)選實施例詳述如圖1所示，CCJ 100包括上殼體102、下殼體104、以及活塞組件125。上殼體102具有頂部凸緣106，該凸緣用于與防噴器間連接用的四通部件例如防噴器間連接用的四通部件12(見圖8)可拆卸結(jié)合。螺栓130(未示出)穿過頂部凸緣螺栓孔108并采用螺母(未示出)將頂部凸緣106固定到防噴器間連接用的四通部件12上。通過將螺栓130穿過上殼體的主凸緣螺栓孔112和下殼體的主凸緣螺栓孔116并采用螺母132將螺栓固定，從而使得上殼體的主凸緣110與下殼體的主凸緣114相嚙合，上殼體102就與下殼體104相連。主密封件154安裝在上殼體的主凸緣110與下殼體的主凸緣114之間以防止從上殼體的主凸緣110與下殼體的主凸緣114之間的流體損失。下殼體104通過將螺栓130(未示出)穿過底部凸緣118上底部凸緣螺栓孔120并采用螺母132(未示出)固定螺栓而與井口頂部法蘭(wellhead)16相連。
上殼體102具有上殼體內(nèi)腔127。下殼體104具有下殼體內(nèi)腔129?；钊M件125可以在內(nèi)腔127中垂直滑動?；钊M件125包括上部活塞桿122、活塞上部124、活塞下部126以及下部活塞桿128。活塞上部124的外徑和活塞下部126的外徑幾乎與上殼體102的內(nèi)徑相等。活塞組件125通過活塞密封件156與上殼體內(nèi)腔127密封接觸，從而壓力流體不會從活塞組件125和上殼體102之間流過。上部活塞桿122的外徑幾乎與頂部凸緣106以及上部凸肩138的內(nèi)徑相等，上部活塞桿122通過安裝在上部凸肩138中的上部凸肩密封件152與上部凸肩138密封接觸，從而防止上殼體102中產(chǎn)生流體損失。下部活塞桿128的外徑幾乎與底部部凸緣118以及下部凸肩140的內(nèi)徑相等，下部活塞桿128通過安裝在下部凸肩140中的下部凸肩密封件150與下部凸肩140密封接觸，從而防止下殼體104中產(chǎn)生流體損失。
下部活塞桿128具有下部活塞桿向下鉆進末端133。下部活塞桿向下鉆進末端133上形成有螺紋，以便能夠與套管、油管或鉆管可旋轉(zhuǎn)并固定結(jié)合。上部活塞桿122可以在防噴器間連接用的四通部件12(見圖8)內(nèi)自由移動。上部活塞桿122和下部活塞桿128具有單一結(jié)構(gòu)，并一起形成中間通道131?；钊M件125的中間通道131容許流體流過CCJ100。在某些裝置中，活塞組件125的中間通道131的直徑足以使得具有鉆管和鉆頭(未示出)的鉆柱穿過活塞組件125。當(dāng)鉆柱穿過中心通道131時，該鉆柱能夠獨立于CCJ100運轉(zhuǎn)。當(dāng)活塞組件125與下部凸肩140和下殼體104接觸時，活塞組件125的運動將會停止且活塞組件125處于下位。
如圖2所示，活塞組件125可以通過將液壓流體泵送通過下殼體流體入口136(見圖5)并進入位于活塞下部126之下的下腔體中，該下腔體由下殼體104、上殼體102以及活塞下部126構(gòu)成。液壓流體同時通過上殼體流體入口134(見圖5)被泵出位于活塞上部124之上的上腔體中，該上腔體是由上殼體102以及活塞上部124構(gòu)成的。液壓流體進入活塞下部126之下的下腔體和流體流出位于活塞上部124之上的上腔體會使得活塞組件125上升。當(dāng)活塞組件125上升到足夠高并使得活塞上部124與上部凸肩138接觸時，活塞組件125的運動停止，且活塞組件125處于上位。將泵送活塞下部之下的液壓流體和使得流體從活塞上部124之上流出的過程反向，可以使得活塞組件125返回到下位。
兩個相同的支承組件200固定在上殼體102的兩相對側(cè)。每個支承組件200內(nèi)含有一個支承殼體202，該支承殼體202與上殼體102以一種整體結(jié)構(gòu)相連。支承活塞殼體206和支承殼體蓋216與每個支承殼體202的外端固定結(jié)合。支承活塞210在支承活塞內(nèi)腔211內(nèi)滑動。液壓流體被泵入第一支承流體入口212(見圖3)并泵出第二支承流體入口214(見圖3)，以便使得支承活塞210向活塞組件125移動并進入舒展位置。將液壓流體被泵入第一支承流體入口212并泵出第二支承流體入口214過程反向，就可以使得支承活塞210遠離活塞組件125移動并進入收縮位置。支承活塞210通過活塞支承桿208與支承板204相連。支承板204可沿支承殼體202的內(nèi)側(cè)滑動并根據(jù)支承活塞210的定位而處于該收縮位置或舒展位置。當(dāng)活塞組件125處于上位時，支承板204可以移到舒展位置并配合進活塞上部124和活塞下部126之間。在舒展位置狀態(tài)時，支承板204支承著活塞組件125以及任何連接在下部活塞桿128上的任何套管、油管、鉆管或工具的重量。此外，由于支承板204支承著活塞組件125，因此沒有必要維持活塞下部126之下的腔體中的液壓流體的壓力以使得活塞組件125保持在上位。
圖3是沿圖1中的線3-3所作的CCJ100的剖視圖，所示的支承板204處于收縮位置。
圖4所示的是是沿圖2中的線4-4所作的CCJ100的剖視圖，所示的支承板204處于舒展位置。
圖5所示的是CCJ100的局部被切掉的側(cè)面透視圖，所示的活塞組件125處于上位，其中支承板204處于活塞上部124和活塞下部126之間的舒展位置。
圖6所示的是CCJ100的外部側(cè)視圖。
圖7所示的是CCJ100的外部主視圖。
圖8所示的是CCJ100，該CCJ100與其它井口頂部法蘭(wellhead)和用于鉆井工藝中的安全設(shè)備串聯(lián)。CCJ100固定在井口頂部法蘭(wellhead)16和其它通常固定在井口頂部法蘭(wellhead)16上的設(shè)備之間，使得CCJ100不會干擾其它設(shè)備的運轉(zhuǎn)。此外，防噴器間連接用的四通部件，例如防噴器間連接用的四通部件12必須直接固定到CCJ100之上，以便提供一個間隙供同心套管柱在CCJ100和防噴器間連接用的四通部件12內(nèi)沿著上下方向運動。在該優(yōu)選實施例中，同心套管柱在同心套管千斤頂和防噴器間連接用的四通部件內(nèi)上下運動的范圍大約為5.5英寸。其它固定在同心套管千斤頂100之上的井口頂部法蘭(wellhead)16上的設(shè)備例如為環(huán)形防爆器10、(防噴器)閘板11、閥13、全封閉防噴器閘板15、“T”形管17以及管18。
可理解的是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離其本質(zhì)精神的條件下根據(jù)前述內(nèi)容可以對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行各種改進和改變。該說明書僅僅是為了說明性的目的而不應(yīng)認(rèn)為是進行限制的目的。本發(fā)明的范圍應(yīng)僅可以通過后面的權(quán)利要求書來進行限定。
權(quán)利要求
1.一種用于垂直驅(qū)動套管柱、管柱或油管柱的裝置，該裝置包括一殼體；以及一活塞組件；其中該活塞組件由于流體被泵送到位于活塞組件之下的殼體而上升。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該殼體包括一上殼體；以及一下殼體。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該殼體包括一上部凸肩；以及一下部凸肩。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中該活塞組件的運動范圍受到該上部凸肩和下部凸肩的限制。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該活塞組件包括一活塞上部；以及一活塞下部。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該活塞組件包括一上部活塞桿；以及一下部活塞桿。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其還包括至少一個支承組件。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該支承組件包括一支承板；一支承活塞；以及一個將支承板和支承活塞連接起來的支承活塞桿。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該支承板可以定位用于支承該活塞組件。
10.一種用于垂直驅(qū)動套管柱、管柱或油管柱的裝置，該裝置包括一上殼體；一下殼體；以及一活塞組件；其中該活塞組件由于流體被泵送到位于活塞組件之下的殼體而上升。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該殼體包括一上部凸肩；以及一下部凸肩。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中該活塞組件的運動范圍受到該上部凸肩和下部凸肩的限制。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該活塞組件包括一活塞上部；以及一活塞下部。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該活塞組件包括一上部活塞桿；以及一下部活塞桿。
15.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中還包括至少一個支承組件。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中該支承組件包括一支承板；一支承活塞；以及一個將支承板和支承活塞連接起來的支承活塞桿。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該支承板可以定位用于支承該活塞組件。
18.一種用于垂直驅(qū)動套管柱、管柱或油管柱的裝置，該裝置包括一殼體；一活塞組件；以及至少一個支承組件其中該活塞組件由于流體被泵送到位于活塞組件之下的殼體而上升。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中該殼體包括一上殼體；以及一下殼體。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中該殼體包括一上部凸肩；以及一下部凸肩。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該活塞組件的運動范圍受到該上部凸肩和下部凸肩的限制。
22.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中該活塞組件包括一活塞上部；以及一活塞下部。
23.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中該活塞組件包括一上部活塞桿；以及一下部活塞桿。
24.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中該支承組件包括一支承板；一支承活塞；以及一個將支承板和支承活塞連接起來的支承活塞桿。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中該支承板可以定位用于支承該活塞組件。
26.一種在井孔內(nèi)驅(qū)動套管柱的方法在一腔體內(nèi)移動一活塞組件；并將活塞組件支承在支承板上；其中活塞組件與套管柱相連。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中還包括通過使得活塞組件上升來操作位于套管柱的下端末端的工具。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中還包括通過使得活塞組件下降來操作位于套管柱的下端末端的工具。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其中還包括將流體泵送到該腔體中，使得活塞組件上升。
30.如權(quán)利要求26所述的方法，其中還包括將流體從該腔體中泵出，使得活塞組件下降。
全文摘要
一種同心套管千斤頂具有一套管支架和一套管驅(qū)動器，該套管驅(qū)動器采用液壓流體使得同心內(nèi)套管柱在井內(nèi)垂直升降。該套管千斤頂與套管柱相連并能夠通過驅(qū)動套管來操作安裝在套管下端上的向下鉆進工具。該套管千斤頂包括一殼體和一空心活塞。活塞上設(shè)有一外部密封件，用于保持千斤頂?shù)目招幕钊椭黧w之間的液壓力。下部活塞桿穿過套管千斤頂殼體的底座被擰到井孔中的同心套管柱上?？招幕钊纳喜炕钊麠U延伸到套管千斤頂殼體的頂部之上與該地面鉆井設(shè)備相連。兩個可液壓收縮的支承件配合進空心活塞的凹入?yún)^(qū)域并在活塞處于其上位后支承該套管和活塞的重量。
文檔編號H03K19/094GK1428497SQ02130839
公開日2003年7月9日 申請日期2002年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者威廉·詹姆斯·休斯, 馬克·愛德華·鄧巴 申請人:休斯Ubhd器具有限責(zé)任公司