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多功能指示工具
    【技术领域】

    本发明涉及转换工具，其与隔离封隔器和滤砂器结合使用以进行如砾石充填和压裂充填的各种完井操作。

    背景技术

    转换工具与隔离封隔器结合使用以允许砾石充填和压裂充填(与砾石充填一起的水力压裂)。一些设计是下送(run in)已经定位成允许通过管柱泵送到转换工具的流体流入滤砂器组件外面的环形空间，并且使流体通过滤砂器内部的冲洗管返回。回流通过转换工具内的分离通路返回并且流入位于封隔器上方的环形空间内。

    另一种类型的转换工具通过使其相对于封隔器主体内的密封孔移动而在挤压位置和循环位置之间转换。图1和2中显示的这些设计包括利用隔开的指示接头和工业领域已知的复杂夹头(如夹头)将工具放入位于不连续的轴向隔开部位的支撑位置。图1显示了这类设计。封隔器10具有密封孔11、卡瓦12和密封件14。封隔器在位于其下面的延伸组件中具有密封孔18。封隔器的特征还在于隔开的单个指示接头20和双指示接头22。滤砂器部分(示意性地显示为24)位于底部。转换工具组件26的顶端28连接到可以从地面操作的钻柱上。通道30在端口31和32处打开以使压裂流体输送到位于封隔器10下方的环形空间，同时回流通道34通过密封到封隔器孔11上的密封件35和37在出口36处关闭。用于下送的初始螺纹接头38可以在组件适当封隔时并且在封隔器10定位之后脱开。转位工具40位于转换工具26的下面以选择性地关闭套筒41，从而在转换工具组件26从井中取出时隔离端口32。夹头42位于转位工具40的下面，所述夹头的下面是指示夹头44，其在抽气位置处当夹头44碰到指示接头22底部并且端口16上升到密封孔18上方时开始起作用。J型槽机构(未显示)可在螺纹接头38脱开之后起作用。它可以不支撑夹头42，使得它可以越过指示接头22并且下落到顶部上以限定图2所示的循环位置。在这个位置，端口36打开，夹头42位于指示接头22的顶部上，并且端口16仍然位于密封孔18中。美国专利6,464,006的图3中可以看出这些部件中的一部分以及它们如何操作。

    在图1和2的设计中具有许多外部密封件，它们易于粘连。特别是在非常深的井中，这种设计的另一问题在于难以知道在地面上施加的吊起力是否已经在转换工具26处转换为足够的吊起力以将夹头42提升到足够的高度，使得当负荷(weight)再次下落时，它将落入图2所示位置。通常，必须努力确认工具位置以进行循环或反向循环，从而确定工具确实达到循环位置。对于较长组件而言，使用隔开的指示接头限定各种位置增大了成本，降低了在高偏差井眼中操纵组件的能力。

    代替用于在封隔器10下方进行支撑的下落，本发明将工具组件放置在上方。它不依赖于将密封件提升为与封隔器主体形成接触或脱离以获得循环位置。作为替代，利用支撑在封隔器上方的转换工具，J型槽组件使部件在转换工具本身内相对运动以打开或关闭返回通路，从而分别限定循环和挤压位置。组件变短，并且取消了用于在封隔器内支撑工具的昂贵部件。工具可以通过简单的短程吊起和下落运动而在挤压和循环位置之间可靠地往复运动。与利用图1和2设计所获得的效果相比，利用封隔器顶部上的下落负荷直接平衡在进行挤压时产生的高压力。通过下文对优选实施例及相关附图的描述，本发明的这些及其它方面对所属技术领域的技术人员来说更为明显，同时应当认识到，本发明的整个范围由所附权利要求确定。

    【发明内容】

    转换工具组件与封隔器一起下送；在封隔器定位之后，转换工具组件与封隔器脱离以进行独立运动。转换工具组件被吊起以允许弹性加载的突块向外弹出，使得当下放负荷时，转换工具组件具有支撑在封隔器心轴上的外部组件。这样，转换工具心轴能够下落和吊起以操作转换工具中的J型槽机构。由J型槽和由突块支撑的转换工具的外部组件引起的相对运动允许转换工具内的返回通路打开或关闭，不受与封隔器心轴的任何接触影响。

    【附图说明】

    图1是现有转换工具的剖视图，所述转换工具支撑在封隔器心轴内部并且位于挤压位置；

    图2是图1所示的现有工具处于循环位置的视图；

    图3是处于下送位置的本发明工具的剖视图；

    图4是图3所示工具在突块下落到封隔器心轴顶部上之前的中间位置的视图；

    图5是图4所示工具在突块下落到封隔器心轴顶部上时的循环位置的视图；和

    图6是图5所示工具在突块支撑于封隔器心轴顶部上的情况下J型槽循环到挤压位置之后的视图。

    【具体实施方式】

    图3显示了封隔器主体，其包括连接到多部件主体102上的上部接头100，所述多部件主体继而连接到堵头104上。省略了用于封隔器的卡瓦和密封件。转换工具106具有起始于上部接头110的心轴108，所述上部接头110连接到联接器112上。接下来是连接到下部主体116上的上部主体114，接下来是连接器118和堵头120。箭头122代表可能来自地面的、通过通道124流动并且流入位于封隔器堵头104下方的环形空间内的流体。本领域的技术人员应当认识到，附图中没有示出通向外部的滤砂器组件的环形出口。附图显示了与通路124分离的返回通路126。在图3所示的下送位置，通路126由位于端口132两侧的密封件128和130封闭，所述端口132与通道126对准。

    外部组件134包括联接器112的套筒136，套筒136被弹簧138偏压。套筒136连接到联接器139上，所述联接器139连接到突块止动装置140上。套筒142从突块止动装置140伸出。密封环144设置在套筒142和堵头120之间，并且具有位于其上的密封件130和146。密封环144通过堵头120与联接器118相连而卡在联接器118上。堵头120还具有外部密封件148，所述外部密封件在图1所示的下送位置中位于封隔器堵头104的下方。上部接头110具有台肩150，台肩150由用于下送的封隔器心轴的上部接头100支撑。位于转换工具上部接头110和心轴上部接头100之间的附加锁定装置可以设置为能够通过例如外加压力或相对旋转而断开或松脱的螺纹、剪切销或其它连接装置。

    为了相对于封隔器主体操作转换工具，这两个组件首先需要松脱，以在封隔器已经按照已知方式(例如，通过将滚珠放落在底座上并压紧)定位之后进行相对纵向运动。当松脱以便进行相对纵向运动时，转换工具的上部接头110如图4所示被吊起并且远离封隔器主体的上部接头100，此时所述封隔器主体因为封隔器已经定位而固定不动。在充分提升之后，突块152可以被弹簧154径向向外偏压，直到突块152的向外运动通过突块止动装置140上的唇部156停止。在图4中，负荷仍未下落，使得突块152仍位于台肩150上方。这时，密封件148已经向上移动到封隔器主体102中。密封件128和130仍然阻塞通道126。转换工具上部接头110上的轴承160此时也与封隔器主体上部接头100脱离。

    图5显示了此时突块152落在封隔器上部接头100上，以将外部组件134保持在适当位置，而心轴组件108可以下降。心轴组件108通过销162连接到外部组件134上，所述销从心轴组件108伸到安装在外部组件134上的J型槽套筒164中。在这个位置，端口132此时与位于套筒142的下端166处的间隙168对准，其中，密封件128和130位于间隙168两侧。转换工具此时处于循环位置，因为返回通路126被密封件148密封到端口132后面的封隔器主体中，这样通过围绕被支撑的突块152运动而留出离开封隔器主体上部接头100的出口通道170。在这个位置，可以进行循环，以使如箭头122所示向下流动的砂砾沉积，并且使回流通过滤砂器(未显示)返回并通过通道126向上流动，并通过通道170流入位于封隔器上方的环形空间内。

    图6显示了心轴组件108的进一步吊起和下落，使得它由于J型槽组件162和164的缘故而被吊起在不同的位置。此时，端口132被隔离在密封件128和130之间，从而防止通道126中的流体流到出口通道170。事实上，转换工具此时如其在图3所示的下送期间一样处于挤压位置。

    本领域技术人员应当认识到，本发明获得封隔器以外的支持，该设计去除了各种以定距离间隔的指示接头和与其相互作用的夹头。该工具的总长度短于现有设计，并且可以去除许多密封件和少量密封孔。由于不再需要封隔器内的安放点，J型槽机构使该工具以更高的精度正确定位。对于封隔器定位来说，与位于其内部和位于其固定的密封件下方相反，将它从顶部装入同样有助于使固定的封隔器克服地层压力保持在适当的位置。此外，控制回流通道126打开的阀是心轴组件108的部件并且不像现有设计那样与心轴组件108内表面相互作用以进行启闭。尽管所述工具优选地从封隔器心轴的顶部进行支撑，它可以从顶部附近进行支撑，例如从设置在封隔器心轴顶部附近或由此伸出的凹槽进行支撑。

    上面对优选实施例进行了说明，在不脱离由所附权利要求的文字和等效范围确定的本发明范围的情况下，所属技术领域的技术人员可以进行许多变型。