管连接制造技术

本发明专利技术提供了用于在井筒中连接管构件的设备和方法。主管构件具有安装在接收区段内的环形构件，以提供对径向载荷具有不同阻力的区域。当第二管构件的一部分在接收区段内径向向外地膨胀时，接合部形成在构件之间。说明了主管构件的多个实施例，所述主管构件包括用于所述部分以在其内形成突出物的凹槽、可塌陷环、从构件之间的界面排出流体的通道和阀以及改善接合部的夹紧元件和密封元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】管连接
本专利技术提供了用于在井筒中连接管构件的设备和方法，并且具体提供了用于在井筒中将第一(内)管密封和/或固定到第二(外)管并且由此提供第一与第二管构件之间的环形密封的设备和方法。
技术介绍
在钻井和完井时，各种管元件(在行业中通常也被称为“管”)需要相互连接。例如，在完井时，许多根管必须端部到端部连接，以便形成诸如套管柱或衬管柱的管柱，从而将井筒按直线排列到所需深度。在一些情况下，一根管必须以如下方式放置在另一根管内部，即通过增加内管的直径直至它接触外管的内壁并与其产生过盈配合。管之间的连接通常必须能够抵抗轴向载荷(即固定)。连接还应当是液密的，以提供管之间的环形屏障(即密封)，从而防止外管的内孔与内管的外部之间的流体经过。在WO2011/048426A2中描述了一种用于在井筒中连接管构件的现有技术的装置，并且该装置包括套管井筒中的第一与第二管构件1、2之间金属到金属的密封，如在本申请的图1和2中示出的。第二(下)管构件2包括上端部分21，上端部分21具有比第一(上)管构件1的下端部分11的外径更大的内径。周向凹槽或沟槽22被形成在第二(下)管构件2的上端部分21的内表面或孔上。为了形成密封，首先，第一管构件1的下端部分11被放置在第二管构件2的上端部分21内。其次，液压膨胀工具3在第一管构件1内部从表面下降到预期的密封位置(参见本申请的图2)。工具3在一对轴向间隔开的密封件8之间密封腔7。液压膨胀工具3的致动引起腔7在高压下充满流体，并且该高压流体作用在第一管构件1的下端部分11的内表面或孔上，从而首先弹性地膨胀并且然后塑形地膨胀，以便下端部分11沿着由密封件8限制的长度径向向外地膨胀到第二管构件2的内孔上的凹槽22内，使得周向突出物12或脊形成在第一管构件1的下端部分11的外侧上。这些突出物12被接收在凹槽22中，直至密封形成在第一管构件1与第二管构件2之间。类似的技术被用来以渔捞操作方式连接过冲装置与管下孔(例如套管或衬管)，以使过冲装置的内孔表面与管的外表面接合，从而允许管的震动和收回。与上述装置相关的问题是，管构件之间的界面处存在的井中流体可能会被捕集在凹槽中，这会导致液压锁闭的形成，液压锁闭可能对管构件造成损伤和/或意味着没有形成有效的密封。为了排出流体，可压碎介质(例如，合成泡沫)有时被放入到凹槽内。为了将可压碎介质(诸如合成泡沫)放入到凹槽内，需要形成由可压碎材料形成的环，该环必须精确地符合凹槽的形状。此外，周向凹槽或沟槽(可压碎环插入其内)必须预先形成或加工，并且在进行任何连接之前在合适的深度处设置在井筒中。可压碎环的制造和沟槽的加工都是困难且成本高的，并且在具有小于7”(17.5cm)的内径的管道中实现是极其困难的，并且此外，如果因任何原因需要，去除可压碎环都是非常困难的。解决流体排出问题的另一类型的连接在EP2013445B1中进行了描述，并且在本申请的图3中进行了图示说明。在EP2013445B1中，第一(内)管构件4使用与图1与2中相同的用轴向间隔开的密封件8密封腔7的膨胀工具3而膨胀到第二(外)管构件5内。第一管构件4具有可膨胀部分40，可膨胀部分40具有中心区段41和端部区域42。中心区段41的壁厚是相对均匀的，并且薄于端部区域42的壁厚。渐缩部分43提供中心区段41的较薄壁与较厚端区域42之间的过渡区域。当工具3被致动时，中心区段41在端部区域42之前膨胀(由于前者的更薄的侧壁厚度)，由此驱使第一管构件4的外表面与第二管构件5的内表面之间的环形界面处的任何流体沿相反方向轴向越过端部区域42进入环形空间9中。当可膨胀部分40已经被完全膨胀时，第一管构件4的外侧上的端部区域42处的密封件6提供管构件4、5之间的另外的流体屏障。由于密封件6仅在流体已经从管构件4、5之间的界面排出之后与第二管构件5接触，因此避免了液压锁闭的发生。EP2013445B1的装置遭受与WO2011/048426A2的管连接相同的缺点，即其之间进行密封连接的管构件具有相对复杂的轮廓，特别是第一(内)管构件4，由于其变化的侧壁厚度，这会导致相对高的制造成本。此外，由于修改单片组件的有限手段，这类连接的性能是有限的。因此，本专利技术的目的是提供这样的一种可膨胀管连接，该可膨胀管连接的制造相对便宜，同时能够提供可靠的密封，和/或能够产生可以通过其传递轴向力并且因此抵抗相对轴向移动发生的牢固连接。此外，本专利技术的目的是提供一种能够容易地适于适应不同应用的可膨胀管连接。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于在井筒中连接管构件的设备，该设备包含：主管构件，其用于与第二管构件密封地连接，主管构件包含：接收区段，其适于在其中接收第二管构件的至少一个部分，以便允许所述至少一个部分抵靠主管构件径向向外地膨胀，直至一个或更多个接合部形成在所述至少一个部分与主管构件之间；其中主管构件包含围绕接收区段安装的一个或更多个环形构件；所述环形构件或每个环形构件提供对径向载荷的阻力，并且在接收区段上限定对径向载荷具有不同阻力的环形区域，使得在所述至少一个部分膨胀之后，接合部形成在所述至少一个部分与接收区段的环形区域之间。优选地，一个或更多个环形构件围绕主管构件的接收区段的轴向长度的至少一部分的内周安装。优选地，一个或更多个产生的接合部是密封的或牢固的连接，或更优选地，是密封的且牢固的接合部。因此形成的主管构件与第二管构件之间的接合部具有抵抗轴向载荷和作用在主管构件与第二管构件之间的流体压力的能力。该接合部优选产生了两个管构件之间的机械固定以及主管构件与第二管构件之间的密封。在一种布置中，主管构件的接收区段和第二管构件的至少一个部分包含金属部分，当第二管构件的至少一个部分抵靠主管构件膨胀时，金属部分形成金属到金属的接合。优选地，由于至少所述至少一个部分以及优选地主管构件的接收区段的材料最初弹性变形以及然后塑形变形而形成该接合部。例如，通过在所述至少一个部分的内孔内将径向向外的压力或力应用于第二管构件的所述至少一个部分的侧壁，可以实现向外的膨胀。优选地，该设备包含流体排出装置，用于从第二管构件的所述至少一个部分与接收区段之间的界面排出流体，从而防止液压锁闭的发生。因此，在使用中，当第二管构件的所述至少一个部分径向向外膨胀时，主管构件的具有更大阻力的所述环形区域或每个环形区域(即更强的区域)比具有更低阻力的所述区域或每个区域(即更弱的区域)更能抵抗径向膨胀。因此，第二管构件的所述至少一个部分在所述或每个更弱的区域处更多地膨胀，而在所述或每个更强的区域处更少地膨胀，并且因此提供所述至少一个部分与接收区段之间的密封和/或机械连接。在一个实施例中，更弱的区域与更强的区域交替。在一个实施例中，多个环形构件与可接收部分组装在一起，从而在环形构件之间以周向沟槽的形式限定一个或更多个凹槽，所述或每个凹槽提供更弱的区域，而环形构件提供更强的区域。因此，在使用中，第二管构件的所述至少一个部分膨胀到所述或每个凹槽内，从而与主管构件的接收区段形成接合部。在膨胀期间，相应的周向突出物被形成在所述至少一个部分的外部上，该周向突出物进入各自的凹槽，从而与接收区段形成接合部。因此，所述至少一个部分的膨胀导致具有褶皱的轮廓的所述至少一个部分。在一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在井筒中连接管构件的设备，所述设备包含：主管构件，其用于与第二管构件密封地连接，所述主管构件包含：接收区段，其适于在其中接收所述第二管构件的至少一个部分，以便允许所述至少一个部分抵靠所述主管构件径向向外地膨胀，直至一个或更多个接合部形成在所述至少一个部分与所述主管构件之间；其中所述主管构件包含围绕所述接收区段安装的一个或更多个环形构件；所述或每个环形构件提供对径向载荷的阻力，并且在所述接收区段上限定对所述径向载荷具有不同阻力的环形区域，使得在所述至少一个部分膨胀之后，接合部形成在所述至少一个部分与所述接收区段的所述环形区域之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.06 GB 1212053.1;2013.01.10 GB 1300442.91.一种用于在井筒中连接管构件的设备，所述设备包含：主管构件，其用于与第二管构件密封地连接，所述主管构件包含：接收区段，其适于在其中接收所述第二管构件的至少一个部分，以便允许所述至少一个部分抵靠所述主管构件径向向外地膨胀，直至一个或更多个接合部形成在所述至少一个部分与所述主管构件之间；其中所述主管构件包含与所述主管构件组装并且围绕所述接收区段安装的一个或更多个单独环形构件；所述一个或更多个单独环形构件中的每个提供对径向载荷的阻力，并且在所述接收区段上限定对所述径向载荷具有不同阻力的环形区域，使得在所述至少一个部分膨胀之后，接合部形成在所述至少一个部分与所述接收区段的所述环形区域之间。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或更多个环形构件围绕所述主管构件的所述接收区段的轴向长度的至少一部分的内周安装。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中产生的所述一个或更多个接合部是密封的连接。4.根据权利要求1所述的设备，其中产生的所述一个或更多个接合部是牢固的连接。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述主管构件的所述接收区段和所述第二管构件的所述至少一个部分包含金属部分，当所述第二管构件的所述至少一个部分抵靠所述主管构件膨胀时，所述金属部分形成金属到金属的接合部。6.根据权利要求1所述的设备，其中更弱的阻力区域与更强的阻力区域在所述接收区段上交替。7.根据权利要求6所述的设备，其中多个环形构件与可接收部分组装在一起，从而在所述环形构件之间以周向沟槽的形式限定一个或更多个凹槽，所述一个或更多个凹槽中的每个提供所述更弱的区域，而所述环形构件提供所述更强的区域。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包含流体排出装置，其用于从所述第二管构件的所述至少一个部分与所述接收区段之间的界面排出流体，以防止液压锁闭的发生。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述流体排出装置包含位于一个或更多个凹槽中的流体排出装置。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述流体排出装置具有环形式的环形配置。11.根据权利要求8所述的设备，其中所述流体排出装置包括选自包含闭孔泡沫、金属泡沫和合成泡沫的组中的流体排出材料。12.根据权利要求10所述的设备，其中所述流体排出装置包含中空可塌陷环。13.根据权利要求9所述的设备，其中所述流体排出装置包含布置在所述一个或更多个凹槽中的每个中的阀，所述阀被配置为当所述流体在膨胀期间遭受来自所述第二管构件的所述部分的压力时允许流体离开所述凹槽。14.根据权利要求13所述的设备，所述阀是单向阀，当所述凹槽中的压力增加时，所述单向阀允许流体逸出，并且在与所述接收区段的接合部形成之后，所述单向阀被所述部分密封关闭。15.根据权利要求13或14所述的设备，其中所述环形构件限定一个或更多个内腔，并且所述阀被布置在所述一个或更多个凹槽中的每个与相邻腔之间，以便当所述凹槽中的压力增加时，允许所述流体转移到所述腔内。16.根据权利要求2所述的设备，其中所述主管构件进一步包含在所述接收区段的所述内周上的紧固装置，用于与所述第二管构件形成机械连接。17.根据权利要求16所述的设备，其中所述紧固装置包含一个或更多个周向锚固凹槽。18.根据权利要求17所述的设备，其中所述一个或更多个周向锚固凹槽是所述接收区段的所述内周中的沟槽。19.根据权利要求17或18所述的设备，其中一个或更多个流体通道被提供在所述接收区段中，以便在所述第二管构件的所述部分的膨胀期间引导流体远离所述锚固凹槽。20.根据权利要求19所述的设备，其中所述接收区段包括在所述接收区段的邻近所述锚固凹槽的所述内周上的环形突出物，并且一个或更多个通道被形成在所述环形突出物中。21.根据权利要求19所述的设备，其中所述一个或更多个流体通道在大致轴向方向上延伸。22.根据权利要求21所述的设备，其中多个通道在环形突出物内周向地间隔开。23.根据权利要求20所述的设备，其中用于接收并容纳经由所述一个或更多个流体通道从所述锚固凹槽移来的流体的另外的环形凹槽被限定在所述接收区段的所述内周中，所述另外的凹槽与所述锚固凹槽轴向地间隔开并且通过所述环形突出物与所述锚固凹槽分隔。24.根据权利要求23所述的设备，其中所述另外的环形凹槽是沟槽。25.根据权利要求23所述的设备，其中多个具有通道的环形突出物与相应的多个另外的环形凹槽交替提供。26.根据权利要求23所述的设备，其中所述另外的环形凹槽容纳流体排出装置。27.根据权利要求19所述的设备，其中所述通道在所述环形构件上。28.根据权利要求16所述的设备，其中所述紧固装置包含安装在所述接收区段的所述内周上的环形夹紧元件。29.根据权利要求1所述的设备，其中所述主管构件包括在所述接收区段的内周表面上的一个或更多个环形密封构件。30.根据权利要求29所述的设备，其中所述一个或更多个环形密封构件是由选自包含弹性体、金属、陶瓷和复合材料的组中的材料构成的密封环。31.根据权利要求29所述的设备，其中所述密封构件在轴向方向上与所述环形构件交替。32.根据权利要求29所述的设备，其中所述环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·奥布赖恩，A·J·J·格拉拉，
申请(专利权)人：梅塔井下公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB