用于井下工具的挠性管连接器

摘要

用于挠性管下送工具的快速连接接头在布设这些工具时方便了组装和拆卸。这种快速连接接头使用了具有锁定套筒系统(162)的内心轴(160)和锁定筒夹(132)。这种快速连接接头不需要配合部件之间的精确对准。

权利要求

1.一种至少使用第一射孔枪和第二射孔枪对地层进行射孔的设备，包括：-配置成用于连接第一射孔枪的上部部分，该上部部分包括：-基部，该基部具有孔，

-设置在该孔中的筒夹，该筒夹包括通道和具有轴向突出的多个指状件的环，以及-配置成用于连接第二射孔枪的下部部分，该下部部分包括：-心轴，该心轴具有：

-容纳到所述筒夹通道中的销部，

-具有突出部的锁定部，所述突出部的尺寸设置成在轴向上与所述指状件接合，以及-套筒支撑部，所述套筒支撑部具有直径减小的梯台部和上面形成有外螺纹的邻近的肩部区域，以及-布置在所述套筒支撑部上并围绕该套筒支撑部的管状锁定套筒，该锁定套筒包括与所述肩部区域上的外螺纹互补的内螺纹和配置成至少部分地包围所述多个指状件的唇缘部；

其中所述锁定套筒包括形成在内表面上的梯台部，所述指状件中的每个都包括头部，该头部在轴向上接合所述心轴的锁定部的突出部和所述锁定套筒的梯台部，其中所述上部部分和下部部分具有由所述指状件与所述销部脱开而限定的解锁状态和指状件的头部由被所述唇缘部包围并置于所述突出部与所述梯台部之间而限定的锁定状态。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述锁定套筒包括孔，该孔具有第一部分，所述肩部区域能够穿过该第一部分而无阻碍地滑动，其中该第一部分的长度选择成允许所述唇缘部能够将所述指状件包围。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述肩部区域的外螺纹定位成在该唇缘部包围所述指状件之后与锁定套筒的内螺纹啮合。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述基部还包括经由一通道与所述孔联通的腔室，所述心轴还包括与一邻近孔联通的腔室，所述设备还包括延时模块，该延时模块具有：-设置在基部的腔室中的起爆器组件；

-设置在心轴的孔中的引信组件；和

-设置在心轴的腔室中的起爆传递组件。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述起爆器组件仅在锁定状态期间在能量上连接至所述引信组件。

6.根据权利要求4所述的设备，其中所述起爆器组件在由第一射孔枪的开火所触发时产生高量级输出，其中所述引信组件由该高量级输出引爆，其中所述起爆传递组件在由引信组件触发时启动第二射孔枪的开火。

7.一种用于对地层进行射孔的设备，包括：

-第一射孔枪；

-与所述第一射孔枪轴向间隔开的第二射孔枪；

-选择性地将所述第一射孔枪和第二射孔枪连接的快速连接组件，该快速连接组件包括：-配置成用于连接到所述第一射孔枪的上部部分，该上部部分包括：-基部，该基部具有经由一通道与一孔联通的腔室，

-设置在所述孔中的筒夹，该筒夹包括一通道和具有多个轴向突出的指状件的环，其中每个指状件包括头部，以及-配置成用于连接到所述第二射孔枪的下部部分，该下部部分包括：-心轴，该心轴具有：

-与一邻近孔联通的腔室，

-容纳到筒夹的通道中的销部，

-具有突出部的锁定部，所述突出部的尺寸设置成在轴向上接合所述指状件，以及-套筒支撑部，所述套筒支撑部具有直径减小的梯台部和上面形成有外螺纹的邻近的肩部区域，以及-设置在所述套筒支撑部上并围绕该套筒支撑部的管状锁定套筒，该锁定套筒包括与肩部区域的外螺纹互补的内螺纹、配置成至少部分地包围所述指状件的唇缘部以及形成在内表面上的梯台部，所述梯台部在轴向上接合所述指状件的头部，其中所述上部部分和下部部分具有由所述指状件与所述销部脱开而限定的解锁状态和由指状件的头部被所述唇缘部包围并在轴向上置于所述突出部与梯台部之间而限定的锁定状态。

8.根据权利要求7所述的设备，还包括延时模块，该延时模块具有：-设置在基部的腔室中的起爆器组件，其中该起爆器组件在由第一射孔枪的开火而触发时产生高量级输出；

-设置在心轴的孔中的引信组件，其中该引信组件由所述高量级输出引爆，其中所述起爆器组件仅在锁定状态期间在能量上连接至所述引信组件；以及-设置在心轴的腔室中的起爆传递组件，其中所述起爆传递组件在由所述引信组件触发时启动所述第二射孔枪的开火。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述起爆器组件的起爆持续时间不多于1秒，其中所述引信组件的燃烧时间至少1分钟，其中所述起爆传递组件的起爆持续时间不大于1秒。

说明书

用于井下工具的挠性管连接器

技术领域

[0001] 本发明涉及用于连接井下工具的装置和方法。

背景技术

[0002] 与油气井完井相关的一项活动就是井套管的穿孔。在该程序中，在井套管上形成诸如通道或孔之类的穿孔，以使得能够在井孔与由井孔贯穿的产油气地层之间实现流体联通。这些穿孔通常是用装有成型装药的射孔枪制造的。将该枪在挠性管上降低到井孔中直到其到达所需的目标深度；例如靠近产油气地层。

[0003] 在挠性管上下送工具的一个缺点是需要两个配合部件上的螺纹的正确对准。这需要这两个部件在竖直姿态悬挂的情况下手动操纵。由于枪组件的重量和环境条件(例如大风)，该过程难于定位这两个配合部件。其它问题包括配合部件之间错扣和破坏直螺纹。这种破坏可能由于螺纹没有对准而会发生。

[0004] 本发明解决了现有技术的这些和其它缺陷。

发明内容

[0005] 在各方面中，本发明提供了用于挠性管下送工具的快速连接接头。这些连接接头在布置这些工具时方便了组装和拆卸。在各实施方式中，该连接接头使用了具有锁定套筒系统的内心轴和锁定筒夹。这种连接不需要配合部件之间精确对准。

[0006] 应该理解的是仅是宽泛地概述了本发明的某些特征的示例以便于可以更好地理解其下面的详细描述，并且可以意识到其对本领域的贡献。当然，存在下文中将会描述的本发明的另外的特征，在一些情况下它们构成了所附权利要求的主题。

附图说明

[0007] 为了详细地理解本发明，应该参照结合附图的优选实施方式的下面的详细描述，其中类似的元件设有类似的数字，其中：

[0008] 图1示意性地示出了适于使用一个或多个井下工具在井孔中执行一项或多项预定任务的地表设施的正视图；

[0009] 图2示出了根据本发明的一个实施方式的快速连接接头和延时模块的侧面剖视图；以及

[0010] 图3示出了处于锁定状态中的图2的快速连接接头和延时模块的侧面剖视图。

具体实施方式

[0011] 在一个方面中，本发明涉及用于提供在结构和功能上结合到一延时模块中的快速连接壳体的装置和方法。本发明容许具有不同形式的实施方式。例如，所述快速连接壳体可以适用于其它井下工具，比如封隔器、油管割刀、井孔补丁以及其它完井工具。在图中示出并在这里将要详细描述的本发明的具体实施方式应该理解为这里披露的内容是本发明的原理的示例，并不旨在将其限制到这里图示和描述的内容。

[0012] 首先参见图1，其示出了井构造和/或位于由间隙区36分隔的目标地层32，34上方的产油气设施30。然而，本发明的教导可以适用于任何类型的地层。该设施30可以是适于钻井、完井或维修井孔38的陆上或海上钻探设备。该设施30可以包括已知的设备和结构，比如地表42处的平台40、井口装置44和套管46。悬置在井孔38内的工作管柱48用于将工具输送到井孔38中和从井孔38输送出来。该工作管柱48可以包括由挠性管注入器52和润滑器53注入的挠性管50。其它工作管柱48可以包括管道、钻管、钢丝绳、平直管线或任何其它已知的输送设施。地面控制单元(例如电源和/或指挥台)54可以用于监视和/或操作连接到工作管柱48的工具。

[0013] 在本发明的一个实施方式中，射孔枪群组60连接到工作管柱48的端部。示例性射孔枪群组60包括多个枪和枪组62a-b，每个包括射孔成型装药64a-b和起爆器或发火装置66a-b。应该理解的是射孔枪群组60可以包括三个或更多个枪。还有，虽然描述了“从上至下的”开火顺序，但是应该理解的是还可以使用“从下至上的”顺序。即作为对首先最上面的枪开火、随后下面的枪开火的替代方案，最下面的枪可以开火、随后上面的枪开火。

[0014] 在一些情形中，通过使第一枪开火来对一个地层穿孔、然后使该射孔枪群组移动到另一个地层是所需的。适应这种移动的一种配置需要最开始启动第一枪的开火，然后使用第一枪的开火来启动第二枪的开火。为了提供使这些枪在两个地层之间移动所必要的时间，可以在两个枪之间插入延时模块。

[0015] 现在参见图2，示出了延时模块100的进一步的细节，所述延时模块100配置成提供预定时间量，以使射孔枪群组60(图1)在两个地层之间移动。有利地，该延时模块100可以包括能够在射孔枪62a和62b(图1)之间实现快速连接的特征。在下面描述的一个非限定性实施方式中，该延时模块100包括快速连接壳体110和延时组件200。

[0016] 该快速连接壳体110可以使用平移动作来将枪62a，b(图1)相互连接。在一种配置中，该壳体110可以包括上部部分112和下部部分114。上部部分112具有与第一射孔枪(比如枪62a(图1))连接的枪端116以及连接器端118。下部部分114具有与第二射孔枪(比如枪62b(图1))连接的枪端120和连接器端122。通过使上部部分112和下部部分114的连接器端118，112分别配合来形成连接。

[0017] 在一个实施方式中，所述上部部分112包括圆柱形基部130和筒夹132。所述基部130可以包括开口134，该开口134提供靠近所述枪端116形成的腔室133与横穿所述基部130的孔138之间的联通。所述筒夹132可以包括通道140、位于所述孔138内的环135和自所述环
135轴向突出的多个指状件136。此外，所述上部部分112还可以包括在所述基部130与所述环135之间形成流体隔离部的密封件142。

[0018] 所述指状件136沿圆周方向分布并且由诸如弹簧钢之类的挠性材料形成。因此，可以迫使这些指状件136径向向外弯曲并在力移除时其恢复到初始形状。

[0019] 在一个实施方式中，所述下部部分114可以包括心轴160和锁定套筒162。所述心轴160可以总体是圆柱形构件，其包括靠近所述枪端120并与邻近孔166联通的腔室164。所述心轴160可以具有销部168、锁定部170、套筒支撑部172和基部174。所述销部168的外径尺寸设置成容纳到所述筒夹132的孔140中。所述锁定部170可以具有突出部176，该突出部的尺寸设置成在轴向上与所述指状件136接合。“在轴向上接合”是指接合发生在不与上部部分
112和下部部分114的纵轴线平行的表面之间。例如，该接合可以沿着倾斜表面发生使得可以形成压缩载荷。所述套筒支撑部172可以包括肩部区域178，在所述肩部区域178上形成外螺纹和直径减小的梯台部182。

[0020] 所述锁定套筒162可以布置在套筒支撑部172上并围绕其设置。所述锁定套筒162可以是管状体，其具有由内表面限定的孔163，在该内表面上形成与所述外螺纹180互补的内螺纹184。所述孔163具有第一部分，所述肩部区域178可以穿过该第一部分无阻碍地滑动。因此，所述套筒162可以沿着所述梯台部182轴向滑动而不转动，然后可转动地接合所述外螺纹180。锁定套筒162的唇缘部186的尺寸设置成在所述指状件136没有径向向外弯曲(即这些指状件136处于径向放松的状态)时容纳并包围所述指状件136。所述第一部分的长度选择成允许所述唇缘部186在所述指状件136上围绕这些指状件136轴向滑动。

[0021] 有利地，所述快速连接壳体110可以与延时组件200结合为一体，以使得在将快速连接接头的上部部分112和下部部分114配合时一并完成延时组件200的组装。在一个非限定性实施方式中，所述延时组件200可以包括集成到上部部分112中的起爆器组件210和集成到下部部分114中的引信组件220和起爆传递组件230。

[0022] 所述起爆器组件210可以包括在能量上连接到导爆索(未示出)的扩爆装药(未示出)，所述导爆索与紧邻的射孔枪相连。然而，所述起爆器组件210还可以在能量上连接到用于爆炸的其它源，比如撞针、点火器组件或其它扩爆器。所述起爆器组件210可以位于上部部分112的基部130的腔室133内部并且在触发时产生高量级的输出。高量级的输出一般是由冲击波(即高幅度压力波)和热能构成的。这些起爆过程具有不超过10秒的持续时间并且更一般地不过超1秒或不超过1毫秒。这种高量级输出经由通道134行进到所述孔138。

[0023] 所述引信组件220可以包括位于下部部分112中的一个或多个延时引信元件222和引信支撑件224。例如，所述引信组件220可以位于心轴160的所述孔166内部。所述引信支撑件224可以是将引信元件222紧固在孔166内的管状构件。在如此定位时，从通道134出来的高量级输出可以撞击并引爆引信元件222。

[0024] 所述延时引信元件222可以提供具体的延时(例如6分钟、9分钟等等)用于调节或控制使枪群组60行进到要被穿孔的下一地层的深度所需的时间。少于1分钟的燃烧时间一般认为是不足以使射孔枪移动的。因此，引信元件222的燃烧时间可以至少1分钟、至少5分钟或至少8分钟。“可调节”或“可控制”是指该延时机构可以配置成增加或减小第一枪62a的开火与枪62b的最后开火之间的时间。在一个实施方式中，该延时机构包括能量材料的组合，每种能量材料具有不同的燃烧特性——例如该种材料释放能量的类型或速率。通过合适地配置这些能量材料的化学成分、体积和定位，可以在开火顺序中实现所需的或预定的时间延迟。一般地，这些能量材料可以包括提供高量级起爆的诸如RDX、HMX之类的材料和提供低量级起爆的第二能量材料。还有，引信的数量可以变化以控制时间延迟的持续时间。

[0025] 起爆传递组件230可以包括由延时引信元件224引爆的一个或多个扩爆器。该起爆传递组件230可以位于心轴160的腔室164内部。当由邻近孔166内的引信组件220引爆时，该起爆传递组件230产生高量级输出，启动下枪62b(图1)的开火。起爆传递组件230的起爆持续时间可以不多于10秒，更一般地不多于1秒或不多于1毫秒。

[0026] 将结合图1-3讨论延时模块100的一种示例性应用。为了清楚起见，将参照射孔枪62a-b讨论该延时模块100。然而，应该意识到的是延时模块100的某些方面并不局限于这种应用。例如，快速连接壳体110可以适于与其它井工具一起使用。

[0027] 在准备布设时，快速连接壳体110的上部部分112固定到上射孔枪62a，壳体110的下部部分114固定到下射孔枪62b。构成延时组件100的多个元件已经安装在上部部分112和下部部分114中。应该注意的是此时该延时组件100不起作用，即不能从上部部分112向下部部分114传递起爆。

[0028] 在钻台处，挠性管管柱50被松开并利用润滑器53定位在井口44上方。此后，按顺序布置工作管柱48。首先，将上射孔枪62a连接到挠性管管柱50。接下来，将下射孔枪62b定位在上射孔枪62a下方。

[0029] 为了具有快速连接功能，将挠性管管柱50降低，使得上部部分112的连接器端118在下部部分114的连接器端122上方滑动。这种移动使得销部168进入筒夹132的孔140。同样在该移动过程中，肋176接触指状件136并使其向外弯曲。然后，指状件136将卡扣回到它们名义上的放松或未弯曲的状态。现在，锁定套筒163可以在轴向上滑动到与带螺纹的肩部区域178接触。这种接触之后，可以使锁定套筒162转动使得所述外螺纹180与内螺纹184啮合。使所述锁定套筒162转动直到所述唇缘部186包围所述指状件136，从而防止这些指状件136径向弯曲。在一些实施方式中，可以使用螺钉(未示出)将锁定套筒162固定到锁定部170。

[0030] 参见图3，示出了所述壳体110处于锁定状态。在该锁定状态中，通过所述指状件136在所述上部部分112与下部部分114之间形成锁定接合。具体地，筒夹136的头部190在轴向上设置在所述肋176与形成在锁定套筒162的内表面上的梯台部192之间。所述梯台部192相对于所述下部部分114的纵轴线可以是斜坡形的或倾斜的表面。所述头部190提供了与所述下部部分114的纵轴线垂直的表面。因此，所述下部部分112不能在朝向井底的方向232上滑动，因为所述肋176与所述头部190干涉接合。还有，所述下部部分112不能在朝向井口的方向234上滑动，因为所述梯台部192与所述头部190干涉接合。此外，指状件136不能径向向外弯曲，因为它们由所述唇缘部186围绕并包围。

[0031] 应该意识到的是转动运动仅被局限于将所述上部部分112锁定到所述下部部分114。即，滑动动作是连接所述上部部分112和下部部分114的主要模式。还应该注意的是在进入锁定状态之后，起爆器组件210、引信组件220和起爆传递组件230在能量上连接或彼此连接。“在能量上的连接或联结”是指一个装置释放的能量将会将邻近装置引爆。

[0032] 应该理解的是上面描述的快速连接装置并不依赖方位。所述下部部分114可以固定到上枪62a，所述上部部分112可以固定到下枪62b。在这种配置中，可以将所述下部部分114的心轴160降低到所述上部部分112的筒夹132中。

[0033] 一旦将射孔枪群组60定位在所需的目标深度处之后，就将开火信号传递到井孔38中。开火信号引爆了一系列起爆，造成上枪62a开火。这种起爆顺序还在上枪62开火之后导致引爆组件210的触发。所述引爆组件210产生高量级输出，将引信元件222引爆。此时，射孔枪群组60可以移动到另一个所需的目标深度。在燃烧预定时间段之后，引信元件222将起爆传递组件230引爆，起爆传递组件230然后产生高量级输出来使下枪62b开火。

[0034] 从上面应该意识到的是所描述的包括至少使用第一射孔枪和第二射孔枪对地层进行射孔的设备。该设备可以包括配置成连接到第一射孔枪的上部部分。该上部部分可以包括基部，该基部具有孔和设置在该孔中的筒夹。该筒夹可以包括通道和具有多个轴向突出指状件的环。该设备还可以包括配置成连接到第二射孔枪的下部部分。该下部部分可以包括心轴，该心轴具有容纳到所述筒夹通道中的销部、具有突出部的锁定部以及套筒支撑部，所述突出部的尺寸设置成在轴向上接合所述指状件，所述套筒支撑部具有直径减小的梯台部和上面形成有外螺纹的邻近肩部区域。该设备还可以包括布置在所述套筒支撑部上并围绕该套筒支撑部的管状锁定套筒。该锁定套筒可以包括与所述肩部区域上的外螺纹互补的内螺纹和配置成至少部分地包围所述多个指状件的唇缘部。

[0035] 在各变型中，所述锁定套筒可以包括形成在内表面上的梯台部，所述指状件每个可以包括头部，该头部在轴向上接合所述心轴锁定部的突出部和所述锁定套筒的梯台部。所述上部部分和下部部分可以具有由指状件与所述销部脱开而限定的解锁状态和由指状件的头部被所述唇缘部包围并置于所述突出部与所述梯台部之间而限定的锁定状态。

[0036] 在另外的变型中，所述锁定套筒可以包括孔，该孔具有第一部分，所述肩部区域可以穿过该第一部分而无阻碍地滑动，其中该第一部分的长度选择成允许所述唇缘部能够将所述指状件包围。还有，所述肩部区域的外螺纹可以定位成在该唇缘部包围所述指状件之后与锁定套筒的内螺纹啮合。

[0037] 在另外的变型中，所述基部还可以包括经由通道与所述孔联通的腔室，所述心轴还可以包括与邻近孔联通的腔室。该设备还可以包括延时模块，该延时模块具有设置在基部腔室中的起爆器组件、设置在心轴孔中的引信组件和设置在心轴腔室中的起爆传递组件。

[0038] 在各变型中，所述起爆器组件可以仅在锁定状态期间在能量上与所述引信组件连接。在另外的变型中，所述起爆器组件在由第一射孔枪的开火触发时产生高量级输出，所述引信组件由该高量级输出引爆，起爆传递组件在由引信组件触发时启动第二射孔枪的开火。

[0039] 从上面还应该意识到的是所描述的包括用于对地层进行射孔的设备。该设备可以包括第一射孔枪；与所述第一射孔枪轴向间隔开的第二射孔枪；以及选择性地将所述第一射孔枪和第二射孔枪连接的快速连接组件。该快速连接组件可以包括配置成连接到所述第一射孔枪的上部部分和配置成连接到所述第二射孔枪的下部部分，该上部部分包括基部，该基部具有经由通道与孔联通的腔室、设置在所述孔中的筒夹，该筒夹包括通道和具有多个轴向突出指状件的环，其中每个指状件包括头部，该下部部分包括：心轴，该心轴具有与邻近孔联通的腔室、容纳到筒夹通道中的销部、具有突出部的锁定部以及套筒支撑部，所述突出部的尺寸设置成在轴向上接合所述指状件，所述套筒支撑部具有直径减小的梯台部和上面形成有外螺纹的邻近的肩部区域；以及设置在所述套筒支撑部上并围绕该套筒支撑部的管状锁定套筒，该锁定套筒包括与肩部区域的外螺纹互补的内螺纹、配置成至少部分地包围所述指状件的唇缘部以及形成在内表面上的梯台部，所述梯台部在轴向上接合所述指状件的头部，其中所述上部部分和下部部分具有由指状件与所述销部脱开而限定的解锁状态和指状件的头部由被所述唇缘部包围并在轴向上置于所述突出部与梯台部之间而限定的锁定状态。

[0040] 前面的描述涉及用于说明和解释目的的本发明的特殊实施方式。然而，对于本领域技术人员显而易见的是上述实施方式的许多修改和变化是可行的而不脱离本发明的范围。下面的权利要求旨在解释为包含所有这些修改和变化。