本发明涉及从任何形式的浮动平台或固定式平台上进行的海底油田钻探。 如果更特别的有关技术是海上钻井，则海底油井的定义应认为包括所有的应用情况，其中油井是从这样一种水底开钻的，这种水底上方有一定水深的盐水，或一定水深的污水，或是普通海水。
本发明的更特别的标的是包括对钻井井孔的内套管进行灌浆的各种设施和设备。
虽然由于本领域技术人员对此很熟悉，没必要对所钻油井的内套管的固结灌浆进行非常详细的描述，然而应当提醒的是这些灌浆技术包括在套管中释放密封的管塞，称为底管塞，它用来通过刮擦套管内表面而进行清洁处理，以消除钻井时泥浆的痕迹，并防止泥浆与水泥浆的接触。
该底管塞的释放取决于压力流体，例如特别是水泥浆。在以公知的方式将底管塞定位在“浮动卡环”或类似物上后，产生的过压在底管塞上的可压破膜片上开出一些洞口。通常在将水泥浆泵入井下后，在接着地一不同操作过程中以相同的方式将所谓的顶管塞释放，使其进入同一套管，并也在压力流体的驱动下移动。
顶管塞的作用是通过底管塞推动先前泵入的水泥浆或类似物，从而使其通过在内套管和邻近的结构或外套管之间形成的环形间隙或“环形空间”而向上倒流。
应当理解的是这一过程在海上钻井时操作很困难，其原因是通常带有管塞的灌浆设施设置在作业构架或“井架”上。在进行海底钻井时，进行这种灌浆将导致使两个管塞通过钻井平台和海底之间这一很长的距离，从而产生很多不便之处和问题。
为了减少由于这种操作而导致的不便之处，先有技术中提出一些解决方案，其中一个可以考虑的方案建立在EP-A-O 167 285的基础上。
按照这些技术，装备油井的称为外套管的第一套管从海底伸出，并通过一管托架支承一内套管。管托架上还装有一适配器，称为“装配器具”，它通过钻管向上伸，通过整个水深，从而与平台相连，在平台上有一支承有释放系统的管，该释放系统用于放出一个或多个矛节。
装配器具可在内套管内悬吊一个或几个相关连的管塞，管塞的唇缘被径向压缩，从而与内套管的周壁形成密封。
释放系统包括与管塞数量相等的矛节，它们可以被连续释放，以使管塞通过公知的机械操作连续地被保持住和释放出。
这一技术有些不便之处，其中最主要的如下所述。
管塞/装配器具组件必须螺纹连接在管托架上，因此各个管塞上的唇缘将受到摩擦力作用，从而造成管塞损坏，有可能使它们无法产生密封的作用，此外机械应力可能会破坏管塞之间的剪切销或使它们变形。
为了使管塞能被连续释放，这些管塞需要一筒形结构，从而可使矛节连续地通过它们。这样一种结构要求加工精细且造价昂贵，此外不但需在两个相继的管塞间设置连接装置，密封装置，还需通过矛节作用的释放或解脱装置。另外，这种管塞还需带有额外的连接和密封装置，它们中的每一个都构成一密封的组件，可与相应的矛节一起，完成管塞的操作。
这些不同的装置都特别复杂，且是专用的，因此那些通常在地面钻井作业时使用的标准管塞不能用于海底钻井。
此外，每一矛节只适用于相应的管塞，而且其造价昂贵，但只能使用一次。
另一方面，每一管塞上出现一矛节会在接着的钻井作业中引起一个问题，因为在固结灌浆作业后，需再次进行钻井。
这些不同的问题带来了一经济问题，因为它们使钻井成本大幅增加，而且增加了钻井难度，这些问题有时是很难解决的。
本发明旨在通过提供一种用于海底油井或类似结构的固结灌浆管塞的新型释放设备来克服上述不便之处。
本发明的目的是提出一种设备，它可使用地面钻井和固结灌浆作业时使用的标准管塞。
本发明的另一个目的是提出一种简单、可靠且坚固的设备，它可与海底钻井和固结灌浆中所通常使用的技术设备相适配。
本发明的第三个目的是提出一种设备，它可回收远距离外的矛节，从而减低了该设备操作时的作业成本，而且消除了其后的管塞钻井问题。
为了实现上述目的，按照本发明的远距离释放设备包括一矛节释放系统，它包括至少一个矛节并装在一钻管上，该钻管从装在内套管上的装配器具向上延伸，其特征是它包括一装设在内套管中的远距离释放器并且包括：
一释放管，它与内套管部分地连通，并且从装配器具向下与钻管同轴地延伸。
一固定在释放管底部的吊筒，其横断面小于内套管的横断面，吊筒底部开口并内装至少一个带有周向唇缘的管塞，管塞通过径向预压缩唇缘而被轴向静止地保持在吊筒中，
一可在释放管中滑动且包括一轴向挺杆的释放装置，该挺杆与活塞固定在一起，释放装置与管塞相配合，释放装置通过强度有限的止动装置轴向静止地保持在释放管中，并在到达的矛节所施加的压力作用下而进行轴向移动，所述矛节来自释放系统，当滑动的释放装置在释放管内经过有限的轴向行程后，就可将管塞排出吊筒。
其它各个特点通过下面的描述并参考附图所示的本发明的实施例将变得更加清楚，所示出的实施例对本发明并无限制意义。
图1是本发明设备的示意图。
图2是一纵向剖视简图，表示构成该设备的其中一个构件。
图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线所取的轴向剖视图。
图4是一放大的纵剖视图，示出了图3中的一部分详细结构。
图5是沿图4中Ⅴ-Ⅴ线所取的放大的部分纵剖视图。
图6至图9均为缩小比例的纵剖视图，表示本发明设备的4个特别的操作状态。
图1简略地示出了本发明的应用领域，该领域包括钻井和油井1或类似井的固结灌浆，该油井1始于海底S，水深为H。本发明的最佳应用领域，应当引证的是从点划线9表示的海洋平台2上进行海上钻井，该平台可以是任何形式的浮动平台或固定式平台。
当通常称为外套管的第一套管3已定位时，油井1的钻井步骤包含设置内套管4，管4与管3和/或井一起限定了一需固结灌浆的环形间隙或环状空间5。本发明的目的特别在于从平台2上对这一灌浆作业进行远距离控制。
按照本发明的管塞远距离释放设备包括一远距离释放器6，它在内套管4中从一装配器具7上悬吊下来，装配器具7安装在内套管4的管托架8上。装配器具7包括一环形部件，它通过已知的装置设置在钻管9的端部上，钻管9延伸到平台2上，以便在其露出水面的部分并在平台2中支承一可释放一个或多个矛节的释放系统。
图2表示系统10的一实施例，它包括一外壳11，它限定了一圆筒形腔体12。腔体12可通过多个接头与至少一个压力流体回路13连通。该回路13，虽然图2中未示出，可与几个回路相连以提供各种流体，这些流体通常用于所公知的油井固结灌浆。
当本发明的设备操作进行固结灌浆作业时，要释放两个连续的管塞，通常称作底管塞和顶管塞，腔体12中装有两个突进矛节14a和14b，它们分别作为底管塞释放矛节和顶管塞释放矛节。矛节14a、14b按公知的方式制成，它包括一带有可变形的周向唇缘16的本体15，周向唇缘16被径向加压而与腔体12结合，以便在腔体12和本体15之间形成周向密封。较可取的是，每一矛节14包括一冲击端头17和一密封后缓冲垫18。
矛节14a和14b被轴向地静止保持在腔体12中，并由可退回的止动器19a和19b相互隔开，止动器可以是任何形式的手动或机动操作装置。
在图示的例子中，腔体12包括两个矛节，设有三个接口20、21、22，这些接口通过开关23、24和25与回路13相连。接口20在矛节14a下方的腔体12上开口，接口21在矛节14a和14b之间的腔体12上开口，接口22在矛节14b上方的腔体12上开口。
在泥浆循环操作中，开关24、25关闭，开关23打开，以便通过接口20将泥浆或类似物引入油井中。
显而易见的是，这种固结灌浆或钻井作业可使用包括不同数量矛节的系统10，例如一个矛节或三个。在后一例子中，腔体12将有4个接口与回路13连通。
图3和4更详细地表示出远距离释放器，它通常用6表示，这样一种释放器包括一释放管30，它固定在装配器具7上并在内套管4中与钻管9同轴地向下延伸。释放管30的长度为各单个矛节长度的总合，这些矛节可能具有不同的长度。
释放管30的底端部上接有一圆筒形的吊筒31，它向下开口，其外径小于内套管4的内径。吊筒31可通过特别是设置在吊筒上不同高度的孔口32与内套管4连通。
与套管4同轴布置的吊筒31用于夹持管塞33，例如两个管塞，即底管塞和顶管塞，它们被径向加压而保持不动，并上下相接叠放在一起。管塞33是用于地面钻井固结灌浆作业时的那种形式，它通常包括一本体34，其上带有可弹性变形的外周向唇缘35。管塞通过预压缩唇缘35而被轴向保持在吊筒中。
管塞33是标准的型号，即与相应的地面钻井固结灌浆作业中使用的一样。
管塞33的数量与矛节14的数量相关，每个管塞33的轴向长度选择成与相对应的矛节长度相适配。管塞33最好具有同样的长度，并且该长度等于矛节14的长度。
按照图3所表示的例子中，吊筒31在工作时保持有一个底管塞33a和一个顶管塞33b。显而易见的是，根据所开发的技术，吊筒31可以包含一单个管塞33，或者例如三个管塞33。
特别是当带有至少两个管塞的吊筒31工作时，如图3和4中所示的例子，释放器6包括一远距离释放装置36，它可伸缩地设置在释放管30中。远距离释放装置36包括一活塞37，它带有矛节定位凸台和向其反向延伸的挺杆38，挺杆38的端部39与顶管塞33b结合。
在释放管30中，远距离释放装置36通过机械强度有限的止动装置40被轴向静止保持在等待位置。这些装置40可包括剪切型螺栓，它们穿过释放管30的壁与活塞37上形成的周向槽41结合。装置40的位置是这样决定的，即它们与挺杆38的最大伸缩位置相适配，在该位置时，端部分39与管塞33b相结合，管塞33b与管塞33a轴向相接，且全部收缩在吊筒31中。
从下面的描述中可看出，释放装置36用于控制管塞33a、33b从吊筒31中的连续排出。为达到这一目的，在释放管上设有两个强度有限的止动装置40a和40b，其作用如图3所示，是为了将挺杆38静止保持在初始位置和中间位置。若吊筒31中持有三个管塞33，则还需在管30上设置第三级强度有限的止动装置。在所有的情况下，管30的端部301包括一内垫环42，它作为活塞37行程死点的止座。
第一级止动装置位于距释放管的顶端轴向距离至少等于一个矛节长度的位置上。
两止动装置40和/或垫环42之间的轴向间距与管塞33的轴向长度相关。在本实施例中，这一长度等于管塞33的长度，且与矛节14的长度相等。
通道43在活塞37的顶位置上方的释放管30上形成。通道43用于使来自井上的流体通过内套管4内部和吊筒31外部形成的环形间隙或环形空间流向套管4内。
通道43在具有精加工筒壁的孔或腔体45的底部形成，精加工的筒壁在释放管30的上部形成，以便与密封件或矛节14的缓冲垫18形成密封。孔45的直径比所有需适配的、从系统10开始的直径略小，从而当缓冲垫18以理想的状态到达孔45时，它们将真实地压进孔45中。孔45的轴向长度至少等于矛节14的长度。
在释放管30上还开有压力平衡孔46，它设置在管30的底部和通道43之间，从而除了矛节14a和14b引起的推力外，释放装置36没有其它外力作用。
为了同一目的，在止座（环）42上也设置了轴向压力平衡槽孔47。
当使用两个管塞33时，挺杆38端部分39与顶管塞33b之间的结合由自松脱连接件50保证（见图5）。该连接件50包括一解脱杆51，它可滑动地装在挺杆38中。该解脱杆51被静止保持在一稳定位置，并包括一啮合在端部分39内的端头52，用于控制弹性可伸缩锁紧销53的径向伸出，锁紧销53设在端部分39中，端部分39构成与在顶管塞33b顶部上形成的互补容腔54相适配的凸头。在径向伸展位置上，锁紧销53与容腔54内的配合槽相啮合。
解脱杆51可仅靠重力或通过一销子55静止地保持在一稳定位置，销子55穿过释放管30，如图5所示。销子55是一机械强度比止动装置40b要小的剪切型销子。挺杆51最好包括一带有两个销子57的端头56、销子57穿过在挺杆38中形成的轴向长导向孔58。销子57向外伸出挺杆38，以便它们可与止座42结合，这将在下面进行描述。
在固结灌浆作业中，远距离释放设备按下述方式操作。
当底管塞33a需释放时，从图3所示的状态开始，开关23关闭，开关24打开，从而压力流体从回路13进入矛节14a和14b之间的腔体12中，所述流体可以是任何公知配方的混合水泥浆。
控制伸缩式止动器19a释放矛节14a，矛节14a在钻管9中被压力流体推动前进。矛节14a接着进入腔体45中且与其啮合，由后缓冲垫18形成密封。
矛节14a与活塞37接触，从而触发释放装置36开始操作。从图6所示的位置开始，密封垫18与腔体45作用，截断了通过孔43进行的流体循环，从而使矛节上游的压力增加。这样钻管9中的流体压力相应增加，直到达到具有有限强度的止动装置40a的触发强度极限。
当止动装置40a被打开后，矛节14a在钻管上方压力流体的作用下，推动释放装置36。挺杆38推动顶管塞33b，从而将管塞33a顶出吊筒31。如图7所示，当释放装置36到达由止动装置40b限定的中间稳定位置时，底管塞33a被排出吊筒，止动装置40b的强度比止动装置40a大，以便在井上压力控制时允许有所差异。在该位置时，销子57靠近止座42。
从图7中可看出，底管塞33b被排出吊筒31后，预压缩的周向唇缘35得到解脱，它们向外张开而与套管4的内壁结合。在这一位置，矛节14a使腔体45底部的通道打开，从而压力流体注入到内套管4中，并推动底管塞33a，底管塞33a刮擦并清洁套管4的内表面，同时避免流体混合。
底管塞33a到达套管4的下端后形成了密闭，从而使套管4中的流体压力上升，直到在闭合管塞33a的上盖60上压出孔口，如先有技术所公知的那样。
在泵入所需量的灌浆流体后，操作者在释放出可伸缩的止动装置19b后将开关24关闭，将开关25打开。驱动流体进入回路13而推动矛节14b，上唇缘16清洁腔体12和钻管9。矛节14b然后进入腔体45与矛节14a接触，从而第二次启动释放装置36工作。驱动流体压力不断增加直到打开第二级止动装置40b，从而使装置36轴向滑动，如图8所示。挺杆38将管塞33b排出吊筒31，排出吊筒31的管塞33b的各个唇缘向外张开，如图9所示。
在这一轴向移动开始时，销子57靠在止座42上。挺杆38的轴向滑动将销子55打断，挺杆38继续滑动，而解脱杆51则保持在其轴向位置上。挺杆38的轴向移动导致端头52相对其缩回，从而使销子53弹性缩回，使端部分39自动从容腔54中解脱出来。
管塞完全被排出吊筒后，矛节14b使腔体45上的通道43打开，从而流体从钻管和释放管30中注入内套管4，驱动顶管塞33b。
如上所述，按照本发明的设备可控制远离钻井平台处管塞的释放，矛节释放系统则在平台上操作，管塞最初位于油井进口的等径位置上。由于通过对应于连续打断止动装置40a和40b的压力峰值而进行的有效释放控制，每个管塞的释放都可精确地进行。
本设备的另一优点是结构简单，易于组装，其原因是在初始组装时，吊筒31中的管塞33处于压缩状态，吊筒31的直径小于套管4的直径。这样消除了在传统式组装中施加在唇缘上的摩擦力。
本发明还有二个优点，一是所使用的管塞与地面上打井灌浆作业中使用的管塞一样，参见EP-A-89203297.0。二是矛节14留在释放管30中，从而可回收再使用。