用于连接至井眼中的现有管材的顶部的具有内部密封件和卡瓦的可取回的重新连接装置

摘要

本发明涉及一种用于连接井眼、套管柱(2)或管件中现有的/剩余的损坏的管材(5)并且用于对管材(5)进行密封和修复的重新连接装置(1)，管材(5)的直径比套管柱(2)的直径小，重新连接装置(1)包括外部本体(3)和设置在外部本体(3)中的至少一个密封元件(18)，外部本体(3)设置成允许井眼、套管柱(2)或管件中的管材(5)的端部部分进入并围绕该端部部分，并且在重新连接装置(1)的外部本体(3)中设置有密封组件(8)，以便将外部本体(3)密封在管材(5)上。本发明通过下述手段实现：在外部本体(3)内部设置有内部轴向可移动组件(6)，并且可移动组件(6)包括锚定组件(7)、密封组件(8)和/或可释放锁定组件(9)中的至少一者，其中，可移动组件(6)以及可移动组件(6)的锚定组件(7)、密封组件(8)和/或可释放锁定组件(9)中的至少一者设置成通过向可移动组件(6)的顶部施加轴向的机械/物理击打而被启用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有内部密封件和卡瓦的可取回的重新连接装置，该重新连接装置用于与井眼中的现有的管材或管件形成密封的机械固定连接。本发明的特殊意图在于修复油井或气井中的井眼中的损坏的管材。重新连接装置还设计成在安装在井中时形成用于连接该装置上方的套管柱的基部，以便恢复从井中生产油或气。

本发明还涉及一种用于重新连接至井眼中的现有管材以便从井中生产油或气的方法。

本发明还涉及一种将重新连接装置用于井眼中以便从井中生产油或气的用途。

背景技术

油井或气井通常由多个钻孔组成，每个钻孔通常具有各种尺寸的钢制套管，最大的套管直径最接近地面，并且套管尺寸随着井的深度的增大而变小。在大多数油井中安装了所谓的完井，以便从井中的所需的一定层面或区域生产油。完井通常由所谓的封隔器装置构成，借助于该封隔器装置可以限定/形成生产区，从而允许例如通过安装在套管内并通向地面的较小的管件/管材进行生产。

无论从热学观点、从呈压缩应力和磨损/侵蚀形式的纯机械的观点、还是从腐蚀性化学环境的观点来看，在完井中使用的部件和管材上的应力和磨损会非常高。随着时间的推移，管材将因磨损或热效应而被损坏并且开始破裂或泄漏的情况并不少见。

这种泄漏问题在全面恢复油生产之前必须解决。管材的修复可以例如通过将所有管材从井眼中拉出并且替换完井来完成。由于管材可能很长，所以这是一项综合性任务。在许多情况下，管材还永久地安装在与一个或更多个永久封隔器连接的井眼中。在这种情况下，完井通常必须由新设备钻出并更换。所有这一切都需要很多时间，并且这样的操作以及新设备将是非常昂贵的。同时还损失了大量的生产时间。

因此，需要下述一种系统：该系统可以使泄漏完井的必须更换的部分最小化、可容易地安装、可承受高温和高机械侵蚀，并且可以以合理的成本制造及安装。

发明内容

本发明的目的

本发明的目的是提供一种针对上述问题的解决方案，并提出具有内部密封件和卡瓦的可取回的重新连接装置，该重新连接装置允许将已经安装的完井尽可能多地保留在井中。这通过切割泄漏/破裂位置下方的现有管材、移除损坏的管材并将可取回的重新连接器装置安装到井中剩余的管材上来完成。通过将密封杆插入至该装置的上部部分，可以从现有管材经由该装置并且通过密封杆和密封杆上方的新管材进一步直至地面而恢复生产。

根据本发明的另一目的是使得可以在重新连接装置安装在剩余管材的顶部上时通过向内扩张的锚定机构而将套管内的可取回的重新连接装置机械地锁定。

根据本发明的另一目的是提供一种可取回的重新连接装置，该重新连接装置可以从管材上和井眼中取回并缩回。

根据本发明的另一目的是从重新连接装置的外部本体到井中的剩余管材上形成向内扩张的压力紧密密封，使得可以恢复井中的生产。

本发明的另一目的是形成一种可取回的重新连接装置，在该重新连接装置的上部部分中包含密封孔，从而使得可以形成管材的直到地面的密封延伸部。

根据本发明的另一目的是提供一种可取回的重新连接装置，该重新连接装置通过常用的固定方法而易于安装，并且当定位就位时，该装置应当易于启用。

根据本发明的另一目的是提供一种可取回的重新连接装置，该重新连接装置可以通过具有预定的行程和力的简单的机械击打来启用。

根据本发明的另一目的是提供一种可取回的重新连接装置，该重新连接装置具有简单/可操作的设计并且能够有效地制造并安全地使用。

下面将对本发明的这些及其他目的和优点进行描述。

本发明的概要及有益效果

所提及的目的通过如在独立权利要求1、19和20中所限定的本发明来实现。本发明的其他实施方式在从属权利要求中表示。

本发明涉及一种具有内部密封件和卡瓦的可取回的重新连接装置，该重新连接装置主要用于修复作为井眼中完井的一部分的部分损坏并泄漏的管材。重新连接装置设计成安装在井眼中并且连接至井中的剩余且完好的管材部分，此后管材的损坏部分被切割且移除。

可取回的重新连接装置设置有优选地由钢制成的形成重新连接装置的固定部分的外部本体。包括锚定组件、密封组件和可释放锁定系统的内部可移动组件定位在外部本体内部。锚定组件和密封组件通过借助于例如连接至外部本体的上部部分的流体静力学送入工具向该装置的内部组件的顶部施加轴向击打而被启用。

可取回的重新连接装置通过其外部本体的上部部分中的螺纹连接至地面处的流体静力学送入工具。流体静力学送入工具的夹头中的相应螺纹连接这两个系统，并且流体静力学送入工具的活塞的延伸部设置成抵靠该装置的打捞颈的顶部。整个组件行进到井中直到重新连接装置的骡鞋套管遇到管材为止。在管材进入装置时，组件进一步下降直到管材遇到定位在重新连接装置内部的阻挡环为止。当从地面施加的重量增大时，保持阻挡环的固定元件或剪切构件例如剪切螺钉将剪切，从而表明该装置处于待启用的正确位置(SET)。

当被启用时，锚定组件首先确保重新连接装置固定至剩余管材。其次，密封组件被固定并且在管材与重新连接装置的外部本体之间形成密封连接。使用组装在重新连接装置的不同部分中的多个黄铜制剪切螺钉来控制启用重新连接装置的顺序。

可释放锁定系统将内部组件保持在固定位置，从而确保该装置与剩余管材之间的夹紧和密封。

重新连接装置的上部部分包括抛光孔座(PBR)，在该装置安装后，该抛光孔座可以用于经由密封杆而在该装置的上方形成管材的密封延伸部。

如果需要，重新连接装置可以借助于拉动工具与旧管材脱离。拉动工具可以闩锁到打捞颈的内部轮廓中，并且通过向上拉动可释放锁定机构将使内部可移动组件相对于外部本体释放。通过这样做，密封组件将被拉开至原来位置，并且封隔器元件将收缩远离旧管材。同样，锚定组件将被拉开至其原来位置，并且失去了对旧管材的夹紧。

重新连接装置的外部本体包括两个主要部分，这两个主要部分借助于螺纹连接并在其间配装有密封件。外部本体的下部部分将内部组件保持就位，并且在该下部部分的下端部配装有所谓的半骡鞋套管。骡鞋套管用作内部可移动组件的对应保持件，从而使得流体静力学送入工具的坐封力通过锚定组件传递并通过密封组件传递至管材。当该装置在孔中行进时，半骡鞋套管还引导该装置，并且当重新连接装置在管材上向下下降时，半骡鞋套管使现有管材进入重新连接装置。

外部本体的下部部分在内部配装有密封表面并且配装有特殊的螺纹轮廓，该密封表面借助于O形圈与封隔器元件心轴形成密封，该螺纹轮廓被锁定环用来在启用时将重新连接装置保持在固定位置。

当重新连接装置完全固定时，流体静力学送入工具通过旋转从外部本体的上部部分释放，使得送入工具中的夹头的螺纹与外部本体中的相应螺纹脱离。

外部本体的上部部分是密封杆的接纳端，该接纳端可用于将重新连接装置连接至该装置上方的新生产的管材。外部本体还在其上部部分的上部中保持有螺纹，以便连接用于启用该装置的流体静力学送入工具。

在重新连接装置取出期间，上部外部本体的下端部还将用作内部组件的“阻挡”部，从而在取出重新连接装置时使整个装置被拉动工具拉出。

因此，内部组件包括四个主要系统：打捞颈、可释放锁定机构、密封组件和锚定组件。

打捞颈定位在内部可移动组件的顶部处并且具有两个功能。在重新连接装置的启用期间，打捞颈将来自流体静力学固定工具的向下的轴向力通过内部组件传递并且传递至管材。打捞颈的下端部连接至可释放锁定机构，并且在启用期间，锁定环被打捞颈向下推动。在重新连接装置取回期间，拉动工具闩锁到打捞颈的内部轮廓中，从而可以向内部组件施加向上的轴向力以使该装置与管材脱离。

可释放锁定机构基于使用具有外螺纹的劈开式锁定环，该外螺纹配装到外部本体中的相应内螺纹中。在重新连接装置的启用期间，锁定环被打捞颈向下推动。由于锁定环是劈开式，因此它可以向内弯倒，从而锁定环在向下行进时在外部本体中的内螺纹上“跳过”。当该装置完全固定(完全启用)时，螺纹轮廓将防止锁定环向上移动，从而保持内部组件和重新连接装置固定在启用位置。向下的轴向力从打捞颈通过交叉套筒传递，并且进一步向下传递至内部组件。

为了释放锁定机构，向打捞颈施加向上的轴向力。这将进一步拉动交叉套筒，并且连接至锁定环支撑件的黄铜制剪切螺钉将剪切。这将使交叉套筒相对于锁定环支撑件向上移动。交叉套筒通过多个交叉联结件连接至与锁定环接合的锥形的释放锥体。通过这样做，锁定环将被迫向内弯倒，并且外螺纹将与外部本体中的螺纹脱离。如此以来，整个内部组件现在可以相对于外部本体向上移动，从而该装置可以与管材脱离。

密封组件包括至少一个封隔器元件、封隔器心轴、可轴向移动的上套筒、以及固定至封隔器心轴的下套筒，该上套筒将轴向坐封力传递到封隔器元件中，该下套筒用作坐封力的对应保持件。上套筒的运动由一组剪切螺钉控制，剪切螺钉将以预定力剪切以允许封隔器元件被固定。在固定期间，上套筒向下移动，从而迫使封隔器元件向内朝向管材变形。由流体静力学送入工具施加的坐封力的大小使封隔器元件变形，以便流体静力学送入工具在重新连接装置的外部本体与旧管材之间形成完全密封。封隔器元件根据应用而优选地由弹性体材料或热塑性材料或其组合制成。

锚定组件定位在重新连接装置的底部处并且确保该装置在启用时被牢固地锚定至现有管材。锚定组件包括结合在密封组件的下套筒中的上锥体、一组弹簧加载的双向卡瓦、内部卡瓦壳体和结合在半骡鞋套管中的下锥体。双向卡瓦组装在外部本体与内部卡瓦壳体之间，通过内部卡瓦壳体中的切除部保持就位，并且通过组装在内部卡瓦壳体与卡瓦之间的压缩弹簧而朝向外部本体被推出。

外部本体与上锥体之间的一组黄铜制剪切螺钉将以预定力剪切并且允许卡瓦上锥体相对于外部本体轴向移动。当卡瓦上锥体向下移动时，卡瓦将被向下推动直到卡瓦遇到卡瓦下锥体为止，并且这将使卡瓦向内朝向管材受压。随着坐封力的增大，卡瓦将“咬入”到现有管材中并且确保重新连接装置在启用后保持锚定。

当要取出装置时，在整个内部组件被闩锁到打捞颈中的拉动工具向上拉动时，卡瓦上锥体向上移动。这将使卡瓦失去对管材的夹紧。压缩弹簧还将有助于迫使卡瓦远离管材以使重新连接装置与管材脱离。

锁定机构包括具有外螺纹的劈开式锁定环，该外螺纹与外部本体中的内螺纹对应。在装置的启用期间，锁定环通过径向向内弯倒而与打捞颈一起行进。只要打捞颈相对于外部本体向下移动，那么锁定环将经过本体的内螺纹。一旦装置被完全固定，锁定环将防止内部组件沿相反的方向返回。锁定环的外螺纹将被迫朝向本体中的内螺纹，并且内螺纹和外螺纹的竖向部分将彼此接合以防止轴向运动。这种类型的锁定系统通常用于类似的井下工具，并且将不再进行进一步描述。

本发明的其他特征和优点将从以下对本发明以及附图和权利要求书的更详细的描述中变得明显。

附图说明

参考非限制示例性实施方式并参照附图对本发明进行更详细地描述，在附图中

图1是根据本发明的第一实施方式的位于具有套管的井眼中的可取回的再连接装置的剖视图。

图2是在管材被切割以及移除之后行进到井中的可取回的再连接装置的剖视图。

图3是具有管材、可取回的重新连接装置和重新连接装置上方的送入设备的系统的整体侧面剖视图，该重新连接装置处于RIH位置。

图4是具有管材、可取回的重新连接装置和送入设备的系统的整体侧面剖视图，该重新连接装置处于SET位置。

图5是处于非启用位置但下降到井中的现有管材上的可取回的重新连接装置的更详细的侧面剖视图。

图6是处于相对于现有管材的启用SET位置的重新连接装置的更详细的侧面剖视图。

图7是处于非启用位置的重新连接装置的上部部分、即可释放锁定组件的更详细的侧面剖视图。

图8是处于非启用(RIH)位置的重新连接装置的中间部分、即密封组件的更详细的侧面剖视图。

图9是处于非启用(RIH)位置的重新连接装置的下部部分、即锚定组件的更详细的侧面剖视图。

具体实施方式

图1至图9示出了本发明的用于修复井中损坏的管材的可取回的重新连接装置。该重新连接装置设计成被插入在井眼中并且连接至井中剩余的完好的管材，此后，管材的损坏部分被切割并移除。要强调的是，本发明决不限于用于特定用途的可取回的重新连接装置，而是可以应用于必须进行重新连接及密封的任何应用，只要实现本发明的目的即可。

图1是根据本发明的优选实施方式的可取回的重新连接装置1的侧面剖视图，此处可取回的重新连接装置1示出为位于具有套管2的井眼中。重新连接装置1设置有优选地由钢制成的外部本体3，外部本体3形成重新连接装置1的固定部分，并且重新连接装置1在底部设置有具有锥形开口的半骡鞋套管4，该锥形开口设计成允许管材5进入(见图2)。包括锚定组件7、密封组件8和可释放锁定系统9的内部可移动组件6定位在外部本体3内部。在内部可移动组件6上方设置有PBR 10、即抛光孔座，以便使管材(未示出)能够经由密封杆(未示出)在重新连接装置1上方延伸并且直到延伸至地面。锚定组件7和密封组件8通过借助于例如经由设置在外部本体3的上部部分中的螺纹12而连接的流体静力学送入工具(未示出)向位于可移动组件6的上部部分的打捞颈11施加轴向机械击打而被启用。

图2是进入套管井并向下行进至剩余管材5的重新连接装置1的侧面剖视图，此后管材的损坏部分被切割并移除。重新连接装置1在现有/剩余的管材5上下降直到管材5经由装置1的底部中的锥形开口4进入到装置1中为止。

图3是包括管材5、可取回的重新连接装置1和重新连接装置1上方的送入设备13的系统的“总括式”侧面剖视图。在图中，重新连接装置1在进入的现有管材5上缓慢地向下行进直到装置1被止动环14、即“阻挡”环阻止为止。重新连接装置1在该图中尚未被启用，从而没有被锁定在该位置。

图4示出了与图3相同的视图，但此处，重新连接装置1在管材5上进一步向下行进，并且固定元件例如阻挡环14(见图5和图6)的剪切螺钉15(见图5)被剪切。这为地面处的操作员给出指示：装置1处于待启用的正确位置(SET)。重新连接装置1随后在被启用之前略微拉起。当被坐封工具16启用时，锚定组件7(见图5)中的卡瓦17(见图9)首先被固定以确保夹紧至管材5，此后密封组件8(见图5)被固定以形成对管材5的牢固密封。可释放锁定组件9(见图5)将重新连接装置1保持在SET位置，并且确保坐封力保持在卡瓦17和密封组件8的密封元件18上。在该位置中，重新连接装置1因此被锚定并密封至管材5。可以观察到的是，与图3相比，图4中的井中的剩余管材5在重新连接装置1内部延伸得更高。

图5是处于未启用(RIH)位置的重新连接装置1的更详细的侧面剖视图，重新连接装置1在剩余管材5上缓慢地行进直到管材通过阻挡环14的剪切螺钉15抵靠在阻挡环14上为止。在图中主要示出了定位在外部本体3内部的内部可移动组件6，内部可移动组件6包括三个主要组件7－9，即位于顶部处的可释放锁定系统9、位于中间的密封组件8、以及位于底部处的锚定组件7。锚定组件7和密封组件8通过借助于例如连接至外部本体3的上部部分的流体静力学送入工具16向装置1中的打捞颈11的顶部施加轴向击打而被启用。

图6是在管材5上处于启用SET位置的重新连接装置1的更详细的侧面剖视图。在该图中，阻挡环14的剪切螺钉15已经剪切，从而确保装置1处于正确位置。此后，重新连接装置1由流体静力学送入工具16启用，并且锚定组件7和密封组件8向内朝向管材5受压。

图7是处于未启用(RIH)位置的重新连接装置1的可移动组件6的上部部分、即可释放锁定组件9的更详细的侧面剖视图。来自送入工具16(见图6)的力将在打捞颈11上向下推(见箭头)。锁定环20在启用期间被打捞颈11推动而向下行进。锁定环20能够向内弯倒，这是由于锁定环20在向下行进时被轴向地劈开/切开并且在本体3中的内螺纹21上“跳过”。该力通过交叉套筒22进一步向下传递。

当重新连接装置1启用时，来自压缩的密封元件18(见图8)的向上的反作用力将通过锁定环支撑件23传递至锁定环20。锁定环20将通过本体中的内螺纹而被阻止向上移动。

锁定组件9可以借助于闩锁到打捞颈11的内部轮廓中的标准拉动工具(未示出)来释放。当打捞颈11被向上拉动时，固定元件例如剪切螺钉33以预定力剪切，并且交叉套筒22可以相对于锁定环支撑件23向上移动。当交叉套筒22向上移动时，释放锥体34也借助于交叉联结件35向上移动，从而在设置在锁定环支撑件23中的轴向槽36中行进。当释放锥体34碰撞锁定环20时，锁定环20将向内弯倒，使得锁定环20的螺纹与外部本体3内部的相应螺纹21脱离，这使得可以使重新连接装置1与管材5脱离(见图2)。在锁定机构9被向上拉动时，密封组件8的上套筒24(见图8)将向上移动并远离变形的密封元件18。密封元件18随后将部分地退回至其原来形状，从而从管材5释放。

锚定组件7(见图9)也以类似的方式释放。当重新连接装置1被向上拉动时，上锥体29将向上移动，于是卡瓦17由于被压缩弹簧32向外推而不再支承于管材5上或将压力施加于管材5上。

图8是处于未启用(RIH)位置的重新连接装置1的中间部分、即密封组件8的更详细的侧面剖视图。来自流体静力学送入工具16的力将向下推动交叉套筒22和上套筒24(见箭头)。当施加轴向力时，固定元件、即剪切螺钉25(例如由黄铜制成)将以预定力剪切，并且上套筒24将相对于封隔器心轴26向下移动。上套筒24的运动将迫使密封元件18向内压靠管材(此处未示出)，并且密封元件18会变形。下套筒27用作位于密封元件18的下侧的对应保持件。一组O形圈37密封在封隔器心轴26与装置1的外部本体3之间，并且与变形的密封元件18一起在管材5、外部本体3及PBR 10之间给出了完整的密封。

图9是处于未启用位置的重新连接装置1的下部部分、即锚定组件7的更详细的侧面剖视图。来自流体静力学送入工具16的力将向下推动交叉套筒22、上套筒24和封隔器心轴26(见箭头)。下套管27中的剪切螺钉28将以预定力剪切，并且下套筒27中的运动将力传递至上锥体29，而上锥体29又向下移动从而推压卡瓦17的背侧，在卡瓦17的背侧上具有形成锥形的匹配表面。上锥体29的运动还使卡瓦17压靠设置在卡瓦17下方的下锥体30。在面向管材(未示出)的内侧具有夹紧元件31的卡瓦17被两个锥体29、30推压而克服压缩弹簧32的作用向内抵靠管材直到卡瓦夹紧到管材上为止。

这种重新连接装置1的整体设计以如下方式做出：使得该装置内部的任何位置处的内径(限制)不会比管材5的内径更小。对于可设置在重新连接装置1的顶部上以提供直到地面的生产管材的PBR/密封延伸部而言同样如此。

固定元件28在启用期间第一个被剪切以便固定用于连接至管材5的锚定组件7。固定元件25在启用期间第二个被剪切以使密封组件8扩张。固定元件33在装置与管材断开连接时被剪切，并且固定元件15仅用于将装置定位到管材5上。

也就是说，固定元件25、28和33用于在装置启用之前将所有部件保持就位。在启用期间，剪切固定元件28、33被剪切。在取回期间，固定元件25被剪切。

以上描述主要意在便于理解本发明。本发明当然不限于上述实施方式，而且本发明的其他变型在本发明和所附权利要求的范围内是可行的并且是可想到的。本发明当然可以用在此处没有提到的其他应用中。