[发明专利]用于侧向油井钻井应用的可再循环落球松脱装置

说明书

发明领域

本发明一般涉及钻井设备松脱装置以及用于脱开井下管状构件的方法，例如，当遇到井底钻具组件在井下钻井作业中被卡住的情况时，用于使软管与井底钻具组件脱开。本发明具体涉及一种脱开方法和落球松脱装置，该装置使用密度约等于钻井液密度的空心球，以使该球可使用钻井液泵送到侧向或向上倾斜的井眼内，以便使松脱装置啮合和驱动。本发明还具体涉及一种脱开方法和落球松脱装置，该装置包括可移动球套，该球套具有再循环孔，在驱动落球松脱装置之后，可继续流经这些循环孔。

发明背景

目前，油气井钻井正愈发不再是一种从地面到期望的油气层之间钻出垂直井眼的问题。现已开发出各种技术和工艺例如定向钻井，用于钻出侧向或者有时是向上倾斜的井眼。在此类钻井作业中，经常在经济上不可行的作法是，抽出钻井设备以便必要时添加另一具体长度的连接钻杆。因此，已为使用软管钻出井眼开发出了各种工具和方法，软管是一种单一长度的连续未连接管，其被卷绕到卷轴上，用于足量贮存，以便超过井眼的最大长度。

在钻井应用中，许多情况会发生，其中，例如当井底钻具组件在钻井中被卡住时，最好是将软管与井底钻具组件脱开，并且为便于打捞、震击或其他作业，必须将软管与井底钻具组件脱开。

当允许对管状构件施加转矩时，传统脱开手段例如螺纹连接经常是可接受的。然而，当使用非刚性管例如软管时，不能施加转矩来使软管与钻井设备脱开，并且必须使用轴向脱开手段。当有必要脱开时，将轴向松脱装置预安装在软管与井底钻具组件之间，会提供一种用于脱开井下管状构件的手段。

各种轴向脱开装置是为井下使用而开发的，其中某些装置使用液压管或电线，该液压管或电线从地面延伸用于驱动活塞并造成松脱。在第5,323,853号美国专利中所述的这样一种装置包括冗余松脱机构，其取决于活塞的液压驱动或电气驱动。为驱动该装置所需而布置在井眼内的附加管线和电缆具有下列缺点，即：在正常钻井作业中对流体流动构成阻碍。

另一类公知的松脱装置在驱动方面取决于：引导流体流动以便生成背压并驱动活塞。第5,718,291号美国专利对这样一种松脱机构作了说明，该松脱机构在驱动方面取决于：使用由流经该装置生成的背压，或者如果流动受阻，则使用在该装置的流道内建立的压力。在第一种方式中，通过流经位于可移动套筒上面的限流器生成的背压会克服偏动弹簧，以使套筒移动通过J形槽组件，直到流道被阻塞。之后，在第二流道内建立的压力克服剪切销，从而使活塞移动并松脱卡爪，该卡爪用于将该装置的两个部分锁在一起。如果流动受阻，则在第二流道内建立的压力会使活塞紧贴移动套筒移动，以克服弹簧力，并使套筒选择性移动通过J形槽组件。该装置的缺点是，正确对准套筒以便与J形槽组件的顶部啮合是比较麻烦的，这需要通过从地面接通和断开泵来产生和消除压力。

又一现有松脱装置在驱动方面取决于：使球从地面落入井内，使流道密封，以及在球后面建立压力以造成脱开。这样一种落球松脱装置在第5,419,399号美国专利中作了说明，该松脱装置包括外壳，其带有可滑动活塞，该活塞设置在该外壳内，并且依靠剪切螺钉以可松脱方式与该外壳相连。球从地面落入井内，以便就座在活塞上端，并且闭锁流道，从而在活塞心轴上生成足以克服剪切螺钉的压力。该心轴向下移动，以使键对准以便安装到心轴上的环状槽内，以脱开切口，从而可使软管与钻井设备脱开。该装置的缺点是，操作员必须拉回或者摇动该装置，以使未落入槽内的键落入槽内。

还有一种落球松脱装置在第5,526,888号美国专利中作了说明，该松脱装置包括：外壳上部和外壳下部，其由碰锁(latch block)以可插入方式相连并锁在一起；有槽活塞，其操作碰锁；导向活塞；以及锁定机构，其依靠导向活塞的运动来操作。密封球落入井内，并就座在导向活塞上，以生成一个足以克服剪切销的压差，从而可使导向活塞能够轴向向下移动。导向活塞的运动可松脱锁定机构，以使有槽活塞轴向延伸以便退回碰锁，从而脱开外壳上部和外壳下部。

落球松脱装置与其他类型的松脱装置相比具有若干优点。也就是说，由于操作员必须将球落入井眼以便驱动松脱机构，因而可确保选择性分离，而不是误分离。而且，对用于驱动松脱机构的附加液压电缆或电线也不作要求，并且对准要求也不麻烦。