本发明涉及采油工具释放接头领域，并且特别涉及根据钻柱内的液压，从钻柱上释放井下构件的工具。 在油井的钻井过程中，用钻头和钻柱来钻井孔。在井孔钻完之后，用钻杆将套管（或衬管）下到生产层段。当套管安装好后，通过钻杆向下泵送水泥泥浆，通过套管进入套管与井孔的井壁之间的环形空间，以便将套管固定于所需位置上，并将采出液保持在套管内。
井孔有时不完全垂直。它们能有显著的水平分量。这种带有显著水平分量的井被称为高斜度延伸井。由于套管的重量作用到井壁而在套管和井孔壁之间产生的摩擦力，在高斜度延伸井孔中下套管将很困难。在将套管下入井孔的同时，通过旋转套管能显著降低直移的摩擦力。
尽管该工具能在下放套管之后使套管转动，但由于旋转需要高扭矩，因此，已把套管下入延伸井孔中的工具在下放套管时一般不转动套管。一旦套管到达所需位置，能常通过旋转从套管上释放工具。因此，在使用旋转释放工具时，旋转套管以减少摩擦阻力一直是不可能的。
1989年10月10日申请的、申请号为418，510的美国专利申请公开了一种液力释放采油工具，它由其所具有的释放工具避免了这些问题。这份申请被转让于本发明的受让人，并完全结合于此以作参考。在那份专利申请中描述的工具，当套管被下入井孔中时，允许在任一方向上转动套管，并且根据钻柱中地液压释放套管。对于主要释放接头最好提供一个安全接头作为备用设备，在主要释放接头不能工作的情况下，能使用安全接头分开套管。当其需要转动时，本发明特别适合用来作为与1989年10月10日提交的、申请号为418，510专利申请的液力释放工具相连的备用安全接头。它也可以自己单独使用或作为主要释放工具使用。
本发明提供了一种与管柱一起使用的释放工具。该工具将旋转运动在任一方向上从钻柱或其他管柱传递到与其相联的井下构件上，并且当使用一个力或多个力，如液压和向上拉力时该工具释放。这些力可被合成，或分别使用来释放该工具的构件。
在一个实施例中，本发明包含一个释放工具，该释放工具带有一个用于连接钻柱或其他管柱的顶部接头和一个用于连接井下工具的底部接头。顶部和底部接头有一纵向轴和基本沿该轴向的孔。底部接头能够联于顶部接头，使两接头的孔基本对齐。该工具也具有：位于每一接头上的用于将绕纵向轴的旋转运动从顶部接头传递到底部接头的装置，和保持两接头相互连接、并且当分开两接头的拉力大于预定的力时，使这两接头相互松开的装置，用于传递旋转运动的装置最好包括许多花键，花键设在其中一接头上，并基本平行于接头的纵轴延伸，和许多槽，槽位于另一接头上，并且基本平行于上述轴延伸。当两接头连接以传递旋转运动时，该槽与花键相配合。用于保持两接头的装置最好包括伸入两接头的剪头销钉，当使用的液压，或当作用在钻柱上的向上的拉力，或当两者合成大于预定压力时，该销钉被剪断。
相连接的两接头形成了一个基本上直的轴向孔，该孔允许流体、其他工具和压力自由通过。花键和槽允许在两接头之间传递旋转力，而不会旋出或释放释放工具的任何部分。由于释放工具是根据液压、向上拉力，或这两者的作用来释放，因此该工具能被转动或释放而与其他与轴向转动相对应的工具无关。
通过下面参照附图所进行的详细说明能够更完全地理解本发明的这些和其他方面。其中：
图1为分解的采油工具释放接头的半剖视图;
图2为组装的图1释放接头的半剖视图;
图3以简图的形式说明了本发明接头的使用;
图4为组装的另一采油工具释放接头的半剖视图。
本发明采油工具释放接头特别适合于作为向下将套管下入井孔中时的安装和释放工具，下面将主要描述该释放接头。但是，它还可用于许多其他钻井工艺。该释放工具有一顶部接头或送入接头10，在它的向上的孔端部设有螺纹12，用来将顶部接头拧在联接器、送入工具或工作管柱上;和一底部接头或安装组件14，该接头上设有螺纹16，用来将底部接头拧在某个井下的管段或构件上，如套管上。这两个接头沿着它们各自的纵向轴延伸，并且具有两个沿其轴向的纵向孔18、20。接头具有这样的结构，即使得当这两个接头相互连接在一起时，有一开口通道从顶部接头上的管柱螺纹一直向下穿过底部接头上的井下构件螺纹。例如在下放套管时这是特别重要的，因为它允许水泥流过管柱、穿过释放接头，然后进入套管。当这两个接头连接时，其纵向轴线最好基本相互对齐。
顶部接头在与螺纹12相对的一端设有一插头端22，它可插入底部接头的开口24中。该底部接头开口位于底部接头的与井下构件螺纹相对的一端处。顶部接头的插头端22在其末端有一短的、直径较小的段，该末端伸入开口中并与台肩26配合。当顶部和底部接头相互推压时，该台肩使顶部接头位于底部接头开口内的适当位置处。环绕顶部接头末端外侧是一填密件、密封垫圈或O-形圈30，以防止液体在开口通道的内、外侧之间泄漏。过了填密件30，插头端有一较大外径的主段32，该主段32上具有一个带8个凹槽34的间断的环。这些凹槽最好等间距布置在顶部接头的外圆周上，并适于安放剪切销钉。凹槽过去就是一组槽36。这些槽也等距布置在顶部接头的插头端的外圆周上。槽和剪切销钉的数量可以根据特殊要求和所涉及的应力变化。
底部接头14的开口24用于容纳顶部接头10的插头端，该插头端伸进底部接头的开口中，直到它顶到台肩26为止。该台肩使得接头能承受非常大的相互推这两个接头的力，如压力，而不会使剪切销钉承受应力。所述压力能够由井上管柱的重量和许多其他方法产生。底部接头上设有一组花键38，它们与顶部接头上的槽36相配合。这些花键有若干壁，这些壁离开底部接头的中心沿径向向外延伸，这些壁与槽上的类似的径向延伸的壁相邻接，以便当顶部接头转动时，槽上的壁推压花键上的壁，并迫使底部接头也一起转动。通过转动顶部接头，该接头不受施加在这两个接头上的拉力或压力的影响，能够使底部接头在任一方向上转动。
槽36和花键38的形状也能够改变。如果每个花键38的径向尺寸减小，同时保持一个槽的邻接表面的位置，就可以实现在一方向上的转动而在底部和顶部接头之间没有相对转动。花键38的可替换的啮合形式可以包括三角形和梯形。如果接头10和14的纵向分离受到限制的话，这些可替换的形状能允许一个或两个方向的转动。
尽管可替换的花键形状可以允许一部分转动力帮助切断剪切销钉47（见图2），但如果邻接面相对其纵向轴线的角度小的话，切断剪切销钉47所需要的大部分力必须由轴向力提供。一般这些由液压和拉管柱来产生。花键和槽在其端部还能设有水平的邻接面。这些花键和槽能以与台肩和插头端承受压力的同样方式承受压力。
底部接头也设有许多螺纹孔40，这些孔等间距地布置在它的圆周上。当顶部接头被插入底部接头使插头端靠在底部接头的台肩上时，这些孔与顶部接头内的凹槽对齐。这样允许带有螺纹的剪切销钉47（图2）被旋入孔40中，并伸进凹槽34中，从而将顶部和底部接头相互连接在一起。所示的剪切销钉带有六角形头，但是，也可使用许多不同型式的头将销钉旋进去。由于花键和槽有最佳的形状和邻接位置，因此旋转运动对剪切销钉不会产生任何应力。所有的转矩都由花键和槽来传递。剪切销钉承受的应力仅仅是由两接头之间提供的轴向力引起的。
在底部接头的开口的内径必须大得足以容纳顶部接头的插头端的同时，底部接头其他部分最好具有一基本上与顶部接头的内径相等的内径。当顶部和底部接头相互连接在一起时，通过这两个接头运动的物料经过了始终光滑的内径，并且物料不会挂在其管壁上。
当工具已被下入井中，并在这两个接头分开之后，底部接头的与螺纹16相对的一端朝向井口。在所示的实施方案中，花键38的端部比底部接头其他部分更向井口延伸，并且围绕开口的边缘出现一个朝上的尖的端面，以便向井下下入任何东西，如钢绳、刮塞（dart）和工具。在花键的端部形成的端面42最好向底部接头中心倾斜一定角度。这样有助于引导各种在井中的物料进入底部接头的轴向孔中。底部接头在花键之间的边缘也能使其作成相应地倾斜。
该装置包括一导向环44。该导向环是圆环状的，其内径大得足以在底部接头开口处环绕底部接头。该导向环最好在组件下入孔底之前，将其焊接在底部接头周围。导向环类似于底部接头开口的边缘有其自己的周边环，当导向环处在使用过程中，并且顶部接头已与底部接头分离时，该周边环朝向井口。在这个端面上的朝向井口的边缘像花键的边缘一样，朝着纵向孔的中心倾斜。这个倾斜面46与底部接头上的倾斜面42结合，以便进一步把工具导入底部接头的孔中（见图2和图4）。
为使用释放工具装配一管柱，将顶部接头的插头端插入底部接头，使插头端顶着底部接头开口内的台肩上。然后将剪切销钉通过孔40旋入顶部和底部接头的凹槽内，并将导向环44焊在底部接头上。然后把装好的释放工具的顶部接头与相应送入组件或管柱连接，并且底部接头旋接在井下构件上，如套管上。顶部接头12最好旋接在液压释放采油工具组件上，例如美国第418，510号专利申请，申请日为1989年10月10日中所描述的组件，该组件又与钻柱连接，从而本发明的释放工具起一个备用的安全接头的作用。
图3所示为本发明典型的使用即用于下套管时所需要的装置。图3中释放工具的送入接头或顶部接头10与钻杆柱50连接，而没有其他的释放工具。在井顶部的钻杆与顶部驱动动力管接头52和旋转式灌浆头54连接。管接头52驱动钻柱进入井孔，灌浆头54提供注入套管中的水泥。底部接头14与套管悬挂器56连接，该悬挂器56将套管固定在较大的或预先定位的衬管上。在井下组件底部再顺序连接套管58、吊环60、浮箍62和浮靴64。
一般在使用时，用钻杆柱通过转动套管和朝下推的重量，即所产生的压力将套管和释放工具下放到井中。如果井具有显著的水平分量部分，在井口处用动力管接头转动管柱将有助于大大减少套管和管柱与井侧壁之间的摩擦。由于花键和槽的配合，在没有使剪切销钉产生应力的情况下螺接在底部接头上的井下构件很容易被转动。一旦套管到达所需位置，采用惯用技术就可以将套管固定在井里。然后向下沿管柱并通过两个接头和套管的轴向孔注入水泥浆，将套管固定住。注水泥之后就是送入刮塞，刮塞也是穿过顶部和底部接头留在套管的底部。在送入刮塞（未示出）后，通过管柱泵送钻井泥浆（未示出），将刮塞推入井孔里，并将水泥浆推到套管外围。一旦刮塞处在适当位置，由泵（未示出）提供的钻井泥浆的压力将增加，以便操纵释放工具。如果主要的液压释放工具与本发明的释放工具一同使用的话，那么液压适当增加就将套管固定，然后将主要的联接工具释放，并允许管柱被移去。本发明的释放工具与主要的释放工具的底部接头一起留在井里。
如果主要的释放工具不能工作，或把本发明的释放工具作为主要释放工具的话，那么使用本发明释放工具可以将钻柱与套管分开。首先，在管柱中的液压增加，这样趋于将套管推离钻柱，或换句话说它趋于将底部接头沿轴向推离顶部接头。当具有足够的液压时，剪切销钉将切断，并且顶部接头将从底部接头上释放。能用刮塞将释放工具以下的管柱密封住。这样有助于提高液压;但这不是必需的。当顶部和底部接头进一步分开时，由密封垫圈30所提供的密封被打破，并且流体向地层泄漏。液压降低指示出顶部和底部接头已释放，并且顶部接头能与钻杆柱一起从井中移出。如果得不到足够的液压的话，可以通过向上拉顶部接头补充液压。这可以通过振动或通过连续向上拉来实现。底部可以是被固定的套管，以增加拉的有效性。另外，可依靠管柱的惯性和它与井孔的摩擦力以切断剪切销钉和释放这两个接头。在不希望或不可能使用液压增加的情况下，顶部和底部接头也能通过向上拉顶部接头来释放它。一旦顶部接头被移出，导向环与底部接头一起将引导任何从井口向下进入底部接头的物质，并从那里进入套管（见图2）。
图4示出了液力释放采油工具的第二个实施方案，它结合了一个回接套筒。在这个实施方案中，顶部接头10和导向环44与图1中所示的相同。底部接头114被延长了，以包括一回接套筒。在第一个实施方案中，底部接头有一开口，该开口有一较大的内径，随后有一较小内径的孔，图4所示的底部接头114没有台肩，也没有狭窄的通道。底部接头的大内径孔120延伸到它的末端，该端部设有螺纹116，用于连接较小直径的插头48。必须把顶部接头放入底部接头的开口中但它没有台肩带来的好处;可是，一旦剪切销钉被旋入适当位置，就能将顶部接头牢牢地固定住。底部接头的较大直径回接套筒部分49设有一表面，如果使用现有技术将第二套管悬挂在第一套管以上，那么注水泥插头被插入该表面。
结合几个最佳实施方案已对本发明作了描述。可权利要求的保护范围不必受所述实施例的限制。本发明的液力释放工具能够被用在各种不同的场合。它并非严格限定于仅适合于下放套管，为了各种目的，它也能用于钻柱中。例如，在钻进过程中，如果钻柱的前端被卡在井里，就可以使用该释放工具将钻柱移出。花键和槽的位置能够互换，即使得在顶部接头上设有花键，或花键和槽处在接头的内孔中。插头和开口位置也可以互换，使得底部接头插入顶部接头中。如果希望可以将导向环省去。