專利名稱：波紋管型可調節套管的制作方法
技術領域：
本文所述的裝置大體上涉及油和氣的生產。更具體而言，本文所述的裝置涉及回接組件的可膨脹和/或可收縮的張緊裝置。
背景技術：
某些離岸平臺具有在海面上方、平臺上的一個或多個采集樹(production tree)。 在此構造中，套管柱從平臺外殼延伸到設置于海底上的水下井口外殼。插入于井眼內的采集套管由水下外殼中的懸掛器支承于水下底面上。在水下與表面井口外殼之間的套管柱被張緊以防止可由熱井眼流體所致的熱膨脹或由于施加側部負荷所致的振動所造成的撓曲。 此外，典型地調節柱長度或高度，以使得上部套管懸掛器承坐或搭接到表面井口內。子組件可附連到套管柱且用于張緊套管柱以及調節其長度。子組件典型地包括一對配合的外殼，這對配合的外殼響應于施加的力而可在長度上機械地收縮。可調節的子組件在柱內或在其上端上直列地連接，且當收縮時在套管柱上給予張力，且通過其收縮，縮短套管柱長度。
發明內容
本文公開了一種用于從水下井眼運送流體的水下組件。在一實例實施例中，水下組件由插入于井眼內的管狀構件構成。懸掛器安裝于管狀構件上端以在井眼中支承套管柱。沿軸向可膨脹和可收縮的構件形成于套管柱中，使得當套管柱沿軸向膨脹或收縮時，沿軸向可膨脹和可收縮的構件可吸收該膨脹或收縮，使得應力并不給予懸掛器。在一實例實施例中，可膨脹和可收縮的構件由一體式管狀件制成，其中管狀件的壁在每個線性增量比套管柱沿軸向膨脹和收縮更大的量。可選地，沿軸向可膨脹和可收縮的構件的壁具有沿著壁長度繞壁的內周邊以及繞壁的外周邊交替地形成的一系列槽，每個槽可位于基本上垂直于構件軸線的平面中。在一備選實施例中，可膨脹和可收縮的構件包括沿著構件軸線同軸地堆疊的環形可折疊區段。可選地，可折疊區段可具有“S”形截面，且區段外徑和內徑可沿著構件軸線長度變化。在另一備選方案中，可膨脹和可收縮的構件具有類似波紋管形狀的壁，或者可為沿著壁表面形成波紋圖案的螺旋。可以可選地包括支承套筒，其圍繞可膨脹和可收縮的構件的至少一部分。在一實例實施例中，管狀件為在設于海面上的井口外殼中安裝的導管。備選地，管狀件為安裝于海面上的導管，且懸掛器在海底的泥線下方。
陳述了本發明的特征和益處中的某些，當結合附圖來繼續展開描述時，其它特征和益處將變得顯然，在附圖中圖1是帶有延伸到海底的套管柱的離岸平臺的側視圖，該套管柱具有張緊裝置。圖2是張緊裝置的一個實施例的側剖面圖。圖3描繪了圖2的張緊裝置的放大部分。圖4是張緊裝置的備選實施例的側剖面圖。圖5是張緊裝置的備選實施例的截面透視圖。圖6是具有外部支承套筒的張緊裝置的一個實施例的側截面圖。圖7是具有包括運動補償器的套管柱的水下井口組件的實例實施例的側視局部截面圖。圖8是具有包括運動補償器的套管柱的水下井的實例實施例的側視局部截面圖。雖然將結合優選實施例描述本發明，但將了解并不意圖將本發明局限于該實施例。相反，意圖涵蓋可包括于由所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍內的所有替代、 修改和等效物。
具體實施例方式現將參看附圖來在下文中更全面地描述本發明，在附圖中示出了本發明的實施例。但本發明可以許多不同形式實施且不應被認為限于本文所述的示出的實施例；相反，提供這些實施例使得本公開將全面且完整，且將向本領域技術人員全面傳達本發明的范圍。 相同的標號在各處指代相同元件。現參看圖1，其中以側視圖提供了離岸平臺20的實例。離岸平臺20包括位于海面21高度上方甲板22，其具有附連到甲板22頂部上的井架結構M。支承腿沈從甲板22 底部延伸且附連到海底觀上。水下井口 30形成于井眼31上方。回接套管柱34從水下井口 30向上延伸且與設置于甲板22內的表面井口 32聯接。與套管柱34成直線的是管狀補償構件36。補償構件36可一體地形成于回接套管柱34內。可選地，補償構件36可單獨于回接套管柱34形成，且在后來諸如通過焊接、螺紋連接或凸緣連接而附連于其中。補償構件36可補償回接套管柱34長度變化，同時在回接套管柱34中維持基本上恒定的軸向應力。備選地，補償構件36可在一端上連接到立管34終端上端或下端，且在其另一端上連接到表面井口 32或水下井口 30。該補償構件36可與任何立管聯接，且并不限于結合回接套管柱使用。該補償構件36可向海水暴露或者可封閉于另外的套管柱內。其它實例包括插入于井眼中的管件、水下轉移管線、水下流動管線連接件和管狀構件。補償構件36響應于所施加的軸向力在軸向上有壓縮性或在軸向上可膨脹。構件 36根據所施加的力的量值和其方向而壓縮或膨脹。如上文所提到的那樣，回接套管柱34典型地在操作期間保持張緊。因此，該構件36能響應于套管柱34 (或其它立管)伸長而壓縮而不會從套管柱34移除張力。現參看圖2，其中示出補償構件36的實施例的截面圖。在此實施例中，補償構件 36包括主體37和導引部39。導引部39從主體37的相反端延伸，以將主體37連接到套管柱34。螺紋連接部41被示為處于導引部39的自由端上；但也可使用焊接或凸緣來連接到套管柱34。當與套管柱34 —體地形成時，補償構件36可以可選地不包括到套管柱34的具體連接部。主體37從鄰近導引部39的較小厚度過渡到沿著其中部的較大厚度，以在過渡部之間形成壁38。壁38的截面輪廓為重復的“S”或“Z”形圖案。可通過在壁38的內周邊和外周邊內形成槽40而生成該圖案。沿著主體37軸線Ax在壁38內表面與壁38外表面之間在策略上交替的槽40形成“ S ” / “ Z ”形圖案。結合槽40更改了壁38的截面結構。如在圖3的放大圖中所示出的那樣，壁38截面包括一系列構件44，每個構件44具有自各端且沿相反方向從那里延伸的連結板元件46。 構件44到連結板元件46的連接類似于懸臂連接部C。構件44被顯示為基本上平行于彼此而對準，垂直于連結板元件46和主體37軸線Ax布置。但是，存在其它實施例-其中一個或多個構件44被布置成傾斜于其它構件44中的一個或多個，傾斜于連結板元件46中的一個或多個，或者傾斜于主體37軸線Ax。可選地，一個或多個連結板元件46可傾斜于主體 37軸線Ax。不同于實心管狀件，最初施加于壁38上的軸向力F并不在壁厚度上產生均勻分布的應力。而是所得到的應力集中于在構件44與連結板元件46之間的懸臂連接部C處，從而繞連接部C施加彎矩B。在構件44上充分的彎矩B使得構件44朝向相鄰槽40偏轉，而這又會縮短壁38和構件36的長度。類似地，在與力F相反方向中施加的軸向力產生相反地定向的彎矩，其增加槽40寬度以延長該構件36。應當指出的是本文所述的補償構件36 構造被設計成在所施加的力到達立管34或其它部件的屈服強度之前以壓縮或者以張緊的方式偏轉。因此，補償構件36以小于立管的線性膨脹/壓縮的線性增量而膨脹或壓縮。由于膨脹和收縮立管34的動態性質，壁38材料應能夠充分變形以適應這種動態載荷；其中變形可為彈性或塑性。如已知的那樣，偏轉的構件44的數量和偏轉多少取決于力F的量值，壁38和槽40尺寸以及壁38材料。因此，主體37材料、槽40的尺寸、槽40的數量和壁38厚度取決于預期的回接附連操作條件。但是本領域技術人員能估計這些變量。 在圖示實施例中，主體37主要包括單個構件，由此具有一體式構造。在此實施例中，主體 37本身膨脹和收縮以維持立管張力，而在兩個或兩個以上的聯接的構件之間不存在相對移動。圖4以側截面圖描繪了備選補償構件36a。在此實施例中，補償構件36a包括主體37a，用于將主體37a附連到立管34上的導引部39a以及在鄰近導引部39a的過渡部之間的壁38a。在此實施例中，壁38a截面示出了類似于重復的一系列起伏50的一系列折疊。 起伏50具有大體上“U”形截面，其包括由基部接合的大體上垂直于主體37a軸線Ax'而定向的第一部分和第二部分，其中基部大體上平行于主體37a軸線Ax'伸展。空間52限定于在每個相應的第一部分與第二部分之間的區域中。仍參看圖4，折疊以沿著主體37a長度順序地堆疊的環形部段圍繞主體37a軸線 Ax'；環形部段位于基本上垂直于軸線Ax'的平面中。類似于圖2的壁38，圖4的壁38a可通過相對應地膨脹或收縮、同時保持套管柱34中的充分張力而對套管柱34的膨脹或收縮做出響應。備選地，圖4的補償構件36a壁38a形成為一個或多個類似波紋管的結構。在另一實施例中，由在軸向上形成于內壁和外壁38a周邊中的一對沿軸向間隔開的螺旋而形成折疊。螺旋在周向上越過在過渡部之間延伸的主體37a。在圖5中以截面透視圖示出運動補償構件36b的另一實施例的一部分。在此實施例中，螺旋凹槽討、56沿著主體37b形成。更具體而言，內螺旋凹槽M形成于壁38b的內表面上，且相對應的外螺旋凹槽56沿著壁38b外表面形成。凹槽M、56示出為沿著構件 36b軸線Ax交錯，從而形成類似于圖2的實施例的“S”或“Z”形截面。存在著在內壁或外壁38b表面上具有單個螺旋凹槽的實施例。可選地，主體37b可包括沿著其表面(即，內表面、外表面或者兩者)的多個螺旋凹槽。圖6描繪了圍繞主體37的可選支承套筒58。可包括支承套筒58以向運動補償構件36 (特別是與軸線Ax相切的載荷)添加結構支承。支承套筒58可包括沿著主體37設置的單個管狀構件或多個元件。套筒58可由能向主體37增加強度的任何材料構成，實例包括鋼、合金和復合材料。套筒58優選地在其上端固定到表面井口 32上，固定到平臺22上， 固定到主體37與表面井口 32之間的回接柱34上或者固定到另一類似結構上。可選地，套筒58可在其底端錨固到井口 30上、主體37與井口 30之間的回接柱34上或另一類似結構上。在使用本文所述的裝置的一個實例中，套管柱34和補償構件36固定于海底井口 30與表面井口 32之間且在軸向上張緊。在補償構件36、36a中的足夠的張力使得壁38、38a 彈性變形且增加槽/空間40、52厚度，而這又使得補償構件36彈性地伸長。由于補償構件 36、36a彈性地變形，補償構件36、36a可壓縮到不那么細長的狀態，且補償由于高溫流體暴露所造成的套管柱34伸長。可選地，施加到套管柱34和補償構件36、36a的實際張力可超過所需的套管柱34穩定值。因此，在由于補償構件36壓縮而經歷任何張力減小之后，套管柱34張力可保持高于其所需值。現參看圖7，在水下井眼62上方的井口組件60的實例實施例以側視局部截面圖示出。井口組件60包括采集樹64，以用于控制來自井眼62的生產流且選擇性地使得能接近井眼62內。在采集樹66下方且設于海底觀內的是圍繞井眼62的開口的外部外殼66。 導管68從外部外殼66內懸垂且懸垂到井眼62內一定距離。顯示為搭接(land)于導管68 的內周邊中的是套管懸掛器70 ；而其又支承被示出突伸到井眼62內的套管72的柱。結合劑74被示出處于在套管72與井眼62之間形成的環形空間75的下部中。采集管件76同軸地設于套管72內，且在井口組件60內從管件懸掛器(未圖示)懸垂。從鄰近井眼62的地層80所采集的流體(未圖示)通過采集管件76流到采集樹 64，采集樹64引導流體用于收集和加工。所采集的流體典型地比套管72更溫熱且因此可能會經由通過管件76與套管72之間的環形空間77的熱傳遞而加熱套管72。環形空間77 可有時包含促進對套管72的熱傳遞的流體。如已知的那樣，當被加熱時，套管72將熱膨脹， 且足夠的軸向膨脹可向懸掛器70施加向上力。在圖7的實施例中，套管72的一部分自由或不受支承，即，并不由結合劑74圍繞。當自由套管的長度較長時，諸如1000英尺或更長， 可發生充分軸向熱膨脹而使得懸掛器70離座。示出為圖7的實施例提供了補償構件78，其響應于在套管70內的熱膨脹而沿軸向變形。補償構件78被示出在低于套管72附連到懸掛器70所處的位置處與套管72直列地聯接。但是，補償構件78可設置于沿著自由或不受支承的套管72的部分且在懸掛器70下方的任何位置。盡管圖示了單個補償構件78，多個構件78可包括于套管72中。在一實例實施例中，補償構件78基本上與上文所述且圖1至圖6中所示的補償構件相同。在圖7中還示出用于使得內部環形空間77與井眼62中的壓力隔離的封隔器79。現參看圖8，以側截面圖示出了井口組件60A的備選實施例。此實例并不包括水下樹，而是立管82從井眼62A的開口向上突出以運送采集流體到海面上方。支承于海底觀上的導管68A插入于井眼62A內以在井眼62A內保持套管72。泥線懸掛器84在導管68A下端聯接套管72的上端。類似于圖7的實施例，在套管72與井眼62A的內壁之間的環形空間75的一部分中提供結合劑74，從而使得一定量的套管72不受支承。在圖8的實例實施例中，運動補償器78安裝于不受支承的套管72的部段中以及泥線懸掛器84下方。因此， 套管72在不受支承的部分中的任何軸向膨脹(諸如通過來自管件76中的采集流體的加熱而引起)，將在運動補償器78中被吸收且將不會沿軸向推壓泥線懸掛器84。由本文所述的補償構件所提供的優點之一在于其可包括形成于一體式構造內的單個構件。此外，所提出的補償構件實施例中的每一個可形成為單個單元。一體式構造消除了可能會使得制造復雜且可增加故障模式和故障百分比的額外部件。將了解，本發明并不限于圖示和描述的構造、操作、確切材料或實施例的確切細節，因為對于本領域技術人員而言，修改和等效物將顯而易見。在附圖和說明書中公開了本發明的說明性實施例且盡管采用了具體術語，它們僅用于一般和描述性意義且并不用于限制目的。因此，本發明因而僅受到所附權利要求的范圍限制。
權利要求
1.一種用于從水下井眼運送流體的水下組件，包括插入于所述井眼的開口中的外部管狀件；安裝于所述外部管狀件的下端上的懸掛器；從所述懸掛器懸垂到所述井眼內的套管柱；以及沿著所述套管柱的一部分提供的沿軸向可膨脹和可收縮的構件。
2.根據權利要求1所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件包括一體式管狀件，其具有被形成為每個線性增量比所述套管沿軸向膨脹和收縮更大的量的壁。
3.根據權利要求1所述的水下組件，其特征在于，所述沿軸向可膨脹和可收縮的構件具有壁，該壁具有沿著壁長度繞所述壁的內周邊以及繞所述壁的外周邊交替地形成的一系列槽，每個槽位于基本上垂直于所述構件的軸線的平面中。
4.根據權利要求1所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件包括沿著所述構件的軸線同軸地堆疊的環形可折疊區段。
5.根據權利要求4所述的水下組件，其特征在于，所述可折疊區段具有“S”形截面，其中所述區段的外徑和內徑可沿著所述構件的軸線的長度變化。
6.根據權利要求1所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件具有形狀類似波紋管的壁。
7.根據權利要求1所述的水下管狀組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件具有壁，該壁具有沿著所述壁的表面形成波紋圖案的螺旋。
8.根據權利要求1所述的水下組件，其特征在于，還包括支承套筒，其圍繞所述可膨脹和可收縮的構件的至少一部分。
9.根據權利要求1所述的水下組件，其特征在于，所述外部管狀件包括在設于海面上的井口外殼中安裝的導管。
10.根據權利要求1所述的水下組件，其特征在于，所述外部管狀件包括安裝于所述海面上的導管且所述懸掛器在海底上的泥線下方。
11.一種用于從水下井眼運送流體的水下組件，包括井口組件，其包括安裝于井口外殼上的采集樹，懸掛器，其安裝于所述井口外殼內；套管柱，其從所述懸掛器懸垂到所述井眼內；以及沿軸向可膨脹和可收縮的構件，其沿著所述套管柱的一部分提供。
12.根據權利要求11所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件包括一體式管狀件，其具有被形成為每個線性增量比所述套管柱沿軸向膨脹和收縮更大的量的壁。
13.根據權利要求11所述的水下組件，其特征在于，所述沿軸向可膨脹和可收縮的構件具有壁，該壁具有沿著壁長度繞所述壁的內周邊以及繞所述壁的外周邊交替地形成的一系列槽，每個槽位于基本上垂直于所述構件的軸線的平面中。
14.根據權利要求11所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件包括沿著所述構件的軸線同軸地堆疊的環形可折疊區段。
15.根據權利要求11所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件具有形狀類似波紋管的壁。
16.根據權利要求11所述的水下組件，其特征在于，還包括支承套筒，所述支承套筒圍繞所述可膨脹和可收縮的構件的至少一部分。
17.一種用于從水下井眼運送流體的水下組件，包括由海底支承且突伸到所述井眼內一定距離的導管；安裝于所述導管內的泥線懸掛器；從所述懸掛器懸垂到所述井眼內的套管柱；以及沿著所述套管柱的一部分提供的沿軸向可膨脹和可收縮的構件。
18.根據權利要求17所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件包括一體式管狀件，該一體式管狀件具有被形成為每個線性增量比所述套管柱沿軸向膨脹和收縮更大的量的壁。
19.根據權利要求17所述的水下組件，其特征在于，所述沿軸向可膨脹和可收縮的構件具有壁，該壁具有沿著壁長度繞所述壁的內周邊以及繞所述壁的外周邊交替地形成的一系列槽，每個槽位于基本上垂直于所述構件的軸線的平面中。
20.根據權利要求17所述的水下組件，其特征在于，所述可膨脹和可收縮的構件包括沿著所述構件的軸線同軸地堆疊的環形可折疊區段。
21.一種可機械地聯接于管狀構件與第二構件之間的補償套管異徑接頭，包括具有軸線的管狀主體；能夠固定到所述管狀構件上的第一端；以及整體地形成于所述主體中的一系列可壓縮區段，所述一系列可壓縮區段圍繞所述軸線且沿著所述主體的長度順序地布置，以使得所述主體能在所述管狀構件與所述第二構件之間壓縮以吸收所述管狀構件的熱膨脹。
22.根據權利要求21所述的補償套管異徑接頭，其特征在于，所述第二構件固定到井口構件，且所述補償套管異徑接頭的壓縮減小由于所述管狀構件的熱膨脹所致的所述第二構件與所述井口構件之間的應力。
23.根據權利要求21所述的補償套管異徑接頭，其特征在于，所述可壓縮區段由繞所述主體的內周邊和外周邊交替地形成的槽限定。
24.根據權利要求21所述的補償套管異徑接頭，其特征在于，所述可壓縮區段形成類似波紋管的構造。
25.根據權利要求21所述的補償套管異徑接頭，其特征在于，所述可壓縮區段由沿著所述壁的長度繞所述壁的內周邊以及繞所述壁的外周邊交替地形成的一系列槽限定，每個槽位于基本上垂直于所述構件的軸線的平面中。
26.根據權利要求21所述的補償套管異徑接頭，其特征在于，包括圍繞所述可壓縮區段的至少一部分的支承套筒。
全文摘要
本發明涉及波紋管型可調節套管。一種用于從井采集流體的水下組件在井中具有在上端由懸掛器支承的套管柱。結合劑在套管柱與井壁之間的環形空間的一部分中，由此使得套管柱的一個區段在井中不受支承。運動補償元件同軸地提供于套管柱的不受支承的區段中，以吸收可在套管柱的不受支承的區段中出現的軸向膨脹和/或收縮。
文檔編號E21B17/07GK102536135SQ20111040366
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者F·阿達梅克 申請人:韋特柯格雷公司