用于封隔器的防提前坐封的制作方法

用于封隔器的防提前坐封
1.相关申请的交叉应用
2.本技术要求与本技术共同转让的于2020年4月3日提交的题为“用于封隔器的防提前坐封(anti
‑
preset for packers)”的美国申请序列号16/839,885的权益，所述美国申请要求与本技术共同转让的于2019年4月18日提交的题为“用于封隔器的防提前坐封(anti
‑
preset for packers)”的美国临时申请序列号62/835,821的权益。


背景技术：

3.生产封隔器在套管环空中设置储层隔离并且提供生产油管锚定能力。一些封隔器可以在没有塞子的情况下使用静水井筒压力和施加的表面压力进行坐封，而如果静水单元无法坐封，则一些封隔器还可以包含带有塞子的液压坐封应急装置(contingency)。
附图说明
4.现在参考结合附图的以下描述，在附图中：
5.图1展示了包含根据本公开的示例性操作环境的井系统；
6.图2a
‑
图2c展示了可以与图1的井系统一起使用的根据本公开的封隔器组合件的一个实施例；
7.图3a
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图3c展示了图2a
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图2c的在激活静水坐封组合件时示出的封隔器组合件；
8.图4a
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图4c展示了图2a
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图2c的在激活液压坐封组合件时示出的封隔器组合件；
9.图5a
‑
图5b展示了可以与图1的井系统一起使用的根据本公开的封隔器组合件的另一个实施例；
10.图6a
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图6c展示了可以与图1的井系统一起使用的根据本公开的封隔器组合件的又另一个实施例；
11.图7a
‑
图7c展示了图6a
‑
图6c的在激活静水坐封组合件时示出的封隔器组合件；并且
12.图8a
‑
图8c展示了图6a
‑
图6c的在激活液压坐封组合件时示出的封隔器组合件。
具体实施方式
13.在随后的附图和描述中，在整个说明书和附图中，相似的部件通常分别用相同的附图标记进行标记。绘制的附图不一定是按比例的。为了清楚和简明起见，本公开的某些特征可能以按比例夸大或略微示意性的形式示出，并且可能未示出某些元件的一些细节。本公开可以以不同形式的实施例来实施。详细描述并在附图中示出了具体实施例，应当理解，本公开被认为是本公开的原理的范例，并且不旨在将本公开限制于本文所展示和描述的内容。应充分认识到，本文讨论的实施例的不同教导可以被单独采用或以任何合适的组合采用以产生期望的结果。
14.除非另有说明，否则术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或描述元件之间相互作用的任何其它相似术语的使用并不意味着将相互作用限制为元件之间的直接相互作用并
且还可以包含所描述的元件之间的间接相互作用。此外，除非另有说明，否则术语“上”、“上部”、“向上”、“井上”、“上游”或其它相似术语的使用应被理解为通常朝向地层表面；同样，术语“下”、“下部”、“向下”、“井下”或其它相似术语的使用应被解释为通常朝向井的底部、末端，无论井筒朝向如何。上述术语中的任何一个或多个术语的使用不应被解释为表示沿着完全竖直的轴线的位置。另外，除非另有说明，否则术语“地下地层”的使用应被解释为涵盖暴露土地下面的区域和被如海洋或淡水等水域覆盖的土地下面的区域两者。
15.在井下展开期间，封隔器组合件存在碎片和外力的风险。在传统的封隔器组合件中，在封隔器组合件到达井筒内的期望位置之前，与碎片或外力的接触可能会使封隔元件意外展开。本公开提供了在一个或多个封隔器坐封系统上具有一个或多个锁定机构的封隔器组合件的实施例。锁定机构防止由外力引起的封隔元件过早坐封。
16.参考图1，描绘了包含可以采用本文公开的设备、系统和方法的示例性操作环境的井系统100。除非另有说明，否则任何附图的水平、竖直或偏斜性质不应被解释为将井筒限制为任何特定的配置。如所描绘的，井系统100可以适当地包括钻机110，所述钻机定位于地表120上，或可替代地系泊到水体中的海底，并且出于回收烃等的目的，在穿透地下地层125的井筒130之上和周围延伸。可以使用任何合适的钻井技术将井筒130钻入地下地层125中。在一个实施例中，钻机110包括具有钻台114的井架112。钻机110可以是常规的并且可以包括电机驱动的绞车和/或用于将工作管柱、套管柱或两者延伸到井筒130中的其它相关联设备。
17.在一个实施例中，井筒130可以在竖直井筒部分132之上基本上竖直远离地表120延伸，或者可以在偏斜的井筒部分134之上以任何角度偏离地表120。在此实施例中，井筒130可以包括一个或多个偏斜的井筒部分134。在替代性操作环境中，井筒130的部分或基本上全部可以是竖直的、偏斜的、水平的和/或弯曲的。在此实施例中，井筒130包含套管柱140。在图1的实施例中，套管柱140使用水泥150以常规的方式固定到地下地层125中的位置中。
18.图1的实施例的井系统100进一步包含根据本公开制造的封隔器组合件180。根据本公开，封隔器组合件180包含定位于液压坐封组合件的井上的至少一个封隔元件和进一步定位于液压坐封组合件的井下的静水坐封组合件。
19.一旦封隔器组合件180到达井筒内的期望位置，封隔元件坐封—在一些实施例中，朝向井筒套管径向向外驱动。如果静水坐封组合件无法机械地激活并且使封隔元件坐封，则可以使塞子向井下行进以使用液压坐封组合件使封隔元件坐封。
20.虽然图1中描绘的井系统100展示了固定的钻机110，但是本领域的普通技术人员将容易理解，可以类似地采用移动修井机、井筒维修单元(例如，连续油管单元)等。进一步地，虽然图1中描绘的井系统100是指在旱地上穿透地表的井筒，但是应当理解，本文所展示的设备、系统和方法中的一个或多个设备、系统和方法可以可替代地用于其它操作环境中，如在海上井筒(例如穿透水体下面的地下地层的井筒)操作环境中。
21.在封隔器组合件180的一个实施例中，利用液压锁定机构将液压坐封组合件锁定在行进位置。在一些实施例中，液压锁定机构可以是筒夹。当从井上向封隔器组合件180的油管中施加压差时，液压锁定机构被压力激活以允许使封隔元件坐封。液压锁定机构被配置成防止液压坐封组合件的机械展开，直到内部施加的压力使液压锁定机构释放并且变得
没有支撑。即使当液压坐封组合件锁定时，此液压锁定机构也可以允许静水坐封组合件独立地展开。
22.静水坐封组合件还可以利用至少一个静水锁定机构(在一个实施例中，筒夹)锁定在行进位置。静水锁定机构防止封隔元件在到达井筒内的期望位置之前意外展开。此静水锁定机构防止静水坐封组合件的机械展开，直到从井筒内的压力施加绝对压力，从而使破裂片爆裂并向与井下流体隔离的活塞施加压力，这会使静水锁定机构变得没有支撑并且此后向井上推动静水活塞以与封隔元件激活套筒接合从而使封隔元件坐封。即使当静水坐封组合件锁定时，此静水锁定机构也可以允许液压坐封组合件独立地展开。
23.转到图2a
‑
图2c，示出了可以与图1的井系统100一起使用的封隔器组合件200的一个实施例。示出了如在向井下行进到井筒中时组装的封隔器组合件200。在一个实施例中，封隔器组合件200可以包含封隔元件205、静水坐封组合件215和液压坐封组合件260。静水坐封组合件215和液压坐封组合件260中的每个坐封组合件都可以包含独立的锁定机构。封隔元件205、静水坐封组合件215和液压坐封组合件260至少部分地围绕内部心轴210。
24.现在参考图2b，在此实施例中，静水坐封组合件215至少包含静水活塞220。在一些实施例中，静水活塞220可以包含在其井下端处的锁定套筒225。在井上端处，静水活塞220可以与液压坐封组合件260接合。轴向定位于内部心轴210与锁定套筒225之间的可以是静水支柱活塞230和在此实施例中是外部筒夹的静水锁定机构240。在其它实施例中，静水锁定机构240可以使用其它锁定/固持装置，例如剪切装置，包含剪切销、卡环和其它合适的锁定/固持装置。在此实施例中，静水支柱活塞230也充当筒夹支柱。在一些实施例中，静水支柱活塞230可以包含内部静水锁定机构235，如从静水支柱活塞230的井上端延伸到静水支柱活塞230与锁定套筒225之间的空间中的内部筒夹。在其它实施例中，静水支柱活塞230可以使用剪切销、卡环或其它锁定装置代替筒夹作为内部静水锁定机构235。
25.一旦封隔器组合件200到达井筒中的期望位置，井筒内的压力使定位于锁定套筒225的远端之外的破裂片245爆裂。压力行进穿过一系列压力通道250并推动静水支柱活塞230(例如，在所展示的实施例中的井上)，从而将内部静水锁定机构235(内部筒夹)从内部心轴210的外径上的凹槽238中释放。静水支柱活塞230向井上冲程，这松开并释放静水锁定机构240(外部筒夹)并且使剪切螺钉255剪切。然后静水支柱活塞230接触静水活塞220，随后静水活塞220和锁定套筒225可以向井上冲程并接合封隔元件激活套筒(在一些实施例中，推动套筒)。然后封隔元件激活套筒接合封隔元件205，由此使封隔元件205向外坐封以接合井筒的套管。
26.现在参考图2c，示出了液压坐封组合件260。如果静水坐封组合件215无法激活并使封隔元件205坐封，则液压坐封组合件260可以用作用于在不从井筒移除封隔器组合件200的情况下使封隔元件205坐封的备用方法。封隔元件激活套筒265(在此实施例中，推动套筒)至少部分地围绕内部心轴210。在一些实施例中，内部心轴210可以包含可以通过如螺纹连接282等螺纹连接联接的多个区段。轴向定位于内部心轴210与静水活塞215之间的是液压活塞272和在此实施例中是外部筒夹的液压锁定机构275。在其它实施例中，液压锁定机构275可以是其它形式的锁定/固持装置，例如剪切销和卡环。在一些实施例中，液压活塞272和液压锁定机构275可以联接在一起。液压活塞272可以在其井上端处通过螺纹连接278与封隔元件激活套筒265联接。在一些实施例中，液压锁定机构275可以在其井下端处通过
液压支柱活塞280固持在适当位置。在一个实施例中，液压支柱活塞280可以包含从其井上端延伸的活塞锁定机构285。在此实施例中，活塞锁定机构285是卡环，但是可以使用其它锁定装置，例如筒夹或剪切销或其它剪切特征。
27.如果静水坐封组合件215无法激活，则可以使塞子向井下行进以施加压差并且激活液压坐封组合件260。压力至少通过压力通道290传来，所述压力作用于液压支柱活塞280。当液压支柱活塞280(在此实施例中，向井上)移动时，活塞锁定机构285(内部筒夹)可以朝内部心轴210向内释放到狭槽295中。一旦活塞锁定机构285释放，液压锁定机构275就利用静水活塞220从锁定位置释放到解锁位置。然后封隔元件激活套筒265可以向井上冲程，并且通过至少压力通道290以及液压坐封组合件260的井上的另外的开口(未示出)作用于液压坐封组合件260上的压力可以作用于封隔元件激活套筒265上，从而向井上推动封隔元件激活套筒265以接合封隔元件205。然后封隔元件205可以径向向外移动与井筒套管接合。
28.现在参考图3a
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图3c，示出了在静水坐封组合件215已经激活，使得封隔元件205可以径向向外坐封之后的封隔器组合件200的视图。图3b展示了处于机械激活状态的静水坐封组合件215，其中静水支柱活塞230已经向井上冲程，从而释放静水锁定机构240。静水活塞220已经向上冲程并且接合封隔元件激活套筒265。如图3c所示，液压活塞272和液压锁定机构275保持与封隔元件激活套筒265联接但是不再与静水活塞220接合。液压支柱活塞280保持处于相对不变的位置。
29.现在参考图4a
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图4c，示出了在液压坐封组合件260已经激活，使得封隔元件205可以径向向外坐封之后的封隔器组合件200的视图。如图4b所示，静水坐封组合件215保持不变。图4c示出了处于机械激活状态的液压坐封组合件260。活塞锁定机构285已经释放，并且液压支柱活塞280向井上移动，从而将液压锁定机构275从与静水活塞220的接合中释放。封隔元件激活套筒265已经释放并且然后可以向井上移动以接合封隔元件205，同时静水活塞220保持处于相对不变的未激活位置。
30.现在参考图5a和图5b，示出了根据本公开的封隔器组合件500的另一个实施例。封隔器组合件500类似地包含静水坐封组合件515、液压坐封组合件(未示出)和封隔元件(未示出)。在此实施例中，液压坐封组合件可以与上文所示和所描述的液压坐封组合件260类似地配置。现在参考图5a，示出了如在封隔器组合件500行进到井筒中时处于支撑或机械未激活状态的静水坐封组合件515。在此实施例中，静水坐封组合件515包含静水活塞520和内部心轴510。定位于静水活塞520与内部心轴510之间的是具有第一锁定机构535和第二锁定机构540的静水支柱活塞530。在此实施例中，第一锁定机构535和第二锁定机构540两者均是筒夹，但是可以使用其它锁定装置，例如剪切装置。当封隔器组合件500到达井筒中的期望位置时，井筒内的绝对压力使破裂片545爆裂。压力继续穿过压力通道550并作用于静水支柱活塞530上，这释放了第一锁定机构535和第二锁定机构540。一旦第二锁定机构540释放，当由静水支柱活塞530接合时，然后静水活塞520就可以向井上冲程。然后静水活塞520可以向井上冲程以接合封隔元件激活套筒，所述封隔元件激活套筒然后可以向井上冲程以接合封隔元件。在一些实施例中，静水活塞520还可以包含如剪切特征555等另外的锁定元件，所述另外的锁定元件可以以与作用于静水支柱活塞530上并释放第一锁定机构535和第二锁定机构540所需的压力量基本上类似的压力量进行剪切。如本文所使用的，术语基本上
类似的压力意指在压力量的0
‑
10％内。
31.在一些实施例中，用于释放第一锁定机构535和第二锁定机构540的压力的量可以类似于释放在静水封隔器组合件中使用的剪切螺钉所需的压力的量。压力量可以根据封隔器组合件的组装和功能而变化。
32.图5b展示了处于未支撑或机械激活状态的静水坐封组合件515。第一锁定机构535和第二锁定机构540被示出为释放，并且静水支柱活塞和静水活塞520已经向井上冲程。
33.现在参考图6a
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图6c，示出了可以用于井筒中的封隔器组合件600的另一个实施例。在一个实施例中，封隔器组合件600可以包含封隔元件605、静水坐封组合件615和液压坐封组合件660。静水坐封组合件615和液压坐封组合件660中的每个坐封组合件都可以包含独立的锁定机构。封隔元件605、静水坐封组合件615和液压坐封组合件660可以至少部分地围绕内部心轴610。
34.现在参考图6b，在此实施例中，静水坐封组合件615包含静水活塞620。在井上端处，静水活塞620可以与液压坐封组合件660接合。轴向定位于内部心轴610与静水活塞620之间的可以是静水支柱活塞630。在一些实施例中，静水支柱活塞630可以包含在此实施例中是内部筒夹的第一静水锁定机构635。在此实施例中，静水坐封组合件615包含在此实施例中是外部筒夹的第二静水锁定机构640。在其它实施例中，第一静水锁定机构635和第二静水锁定机构640可以是其它锁定/固持装置，例如剪切装置，包含剪切销、卡环和其它合适的锁定/固持装置。第二静水锁定机构640可以与锁定心轴642联接，所述锁定心轴可以与在此实施例中是剪切销的静水剪切特征655联接。其它实施例可以使用替代性剪切特征，例如剪切螺钉或卡环。
35.一旦封隔器组合件600到达井筒中的期望位置，真空密封件就从静水坐封组合件615释放，这使井筒中的压力能够使定位于静水活塞620的远端之外的破裂片645爆裂。压力行进穿过一系列压力通道650并作用于静水支柱活塞630(例如，在所展示的实施例中的井上)和第一静水锁定机构635上，从而将第一静水锁定机构635(内部筒夹)从与锁定心轴642的接合中释放。静水支柱活塞630向井上冲程，这松开并释放第二静水锁定机构640(外部筒夹)并且使静水剪切特征655剪切。然后静水支柱活塞630接触静水活塞620，随后静水活塞620可以向井上冲程并接合封隔元件激活套筒(在一些实施例中，推动套筒)。然后封隔元件激活套筒接合封隔元件605，由此使封隔元件605向外坐封以接合井筒的套管。
36.现在参考图6c，示出了液压坐封组合件660。如果静水坐封组合件615无法激活并使封隔元件605坐封，则液压坐封组合件660可以用作用于在不从井筒移除封隔器组合件600的情况下使封隔元件605坐封的备用方法。封隔元件激活套筒665(在此实施例中，推动套筒)至少部分地围绕内部心轴610。在一些实施例中，内部心轴610可以包含可以通过如螺纹连接670等螺纹连接联接的多个区段。轴向定位于内部心轴610与静水活塞620之间的是与液压锁定机构675联接的液压活塞672，所述液压锁定机构在此实施例中是外部筒夹。在其它实施例中，液压锁定机构675可以是其它形式的锁定/固持装置，例如剪切销、剪切螺钉和卡环。在一些实施例中，液压活塞672和液压锁定机构675可以作为单个特征结合在一起。液压活塞672可以在其井上端处通过螺纹连接678与封隔元件激活套筒665联接。在一些实施例中，液压锁定机构675可以在其井下端处通过液压支柱活塞680固持在适当位置。在一个实施例中，液压支柱活塞680可以包含从其井上端延伸的活塞锁定机构685。
37.如果静水坐封组合件615无法激活，则可以使塞子向井下行进以施加压差并且激活液压坐封组合件660。压力至少通过压力通道690传来，所述压力作用于液压支柱活塞680上。当液压支柱活塞680(在此实施例中，向井下)移动时，活塞锁定机构685从与液压锁定机构675的接合中释放，由此利用静水活塞620将液压锁定机构675从锁定位置释放到解锁位置。然后封隔元件激活套筒665可以向井上冲程。通过至少压力通道690以及液压坐封组合件660的井上的另外的开口(未示出)作用于液压坐封组合件660上的压力可以作用于封隔元件激活套筒665上，从而向井上推动封隔元件激活套筒665以接合封隔元件605。然后封隔元件605可以径向向外移动与井筒套管接合。在一些实施例中，液压支柱活塞680还可以包含可以在压力作用于液压支柱活塞680上时剪切的液压剪切特征695。可以使用另外的液压剪切特征695以例如为液压支柱活塞680提供另外的锁定元件。
38.现在参考图7a
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图7c，示出了在静水坐封组合件615已经激活，使得封隔元件605可以径向向外坐封之后的封隔器组合件600的视图。图7b展示了处于机械激活状态的静水坐封组合件615，其中第一静水锁定机构635已经释放，在此实施例中，静水支柱活塞630已经向井上冲程，由此释放第二静水锁定机构640。静水剪切特征655已经剪切，并且静水活塞620已经向井上冲程以接合封隔元件激活套筒665。
39.如图7c所示，液压活塞672和液压锁定机构675保持与封隔元件激活套筒665联接但是不再与静水活塞620接合。液压支柱活塞680保持处于相对不变的位置。
40.现在参考图8a
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图8c，示出了在液压坐封组合件660已经激活使得封隔元件605可以径向向外坐封之后的封隔器组合件600的视图。如图8b所示，静水坐封组合件615保持不变。图8c示出了处于机械激活状态的液压坐封组合件660。活塞锁定机构685已经释放，并且在此实施例中，液压支柱活塞680已经向井下冲程，从而将液压锁定机构675从与静水活塞620的接合中释放。封隔元件激活套筒665已经释放并且然后可以向井上冲程以接合封隔元件605，同时静水活塞620保持处于相对不变的未激活位置。
41.本文所公开的各方面包含：
42.a：一种封隔器组合件，其包括：内部心轴；封隔元件，所述封隔元件至少部分地围绕所述内部心轴；封隔元件激活套筒，所述封隔元件激活套筒联接到所述封隔元件；静水坐封组合件，所述静水坐封组合件可与所述封隔元件激活套筒接合，所述静水坐封组合件包含：静水活塞；静水支柱活塞，所述静水支柱活塞可与所述静水活塞接合以推动所述静水活塞接合所述封隔元件激活套筒；以及静水锁定机构，所述静水锁定机构可与所述静水支柱活塞接合以使所述静水活塞保持处于静水锁定位置；以及液压坐封组合件，所述液压坐封组合件定位于所述封隔元件与所述静水坐封组合件之间，所述液压坐封组合件包含：液压活塞；液压锁定机构，所述液压锁定机构联接到所述液压活塞；液压支柱活塞，所述液压支柱活塞可与所述液压锁定机构接合，所述液压支柱活塞可用于允许所述液压锁定机构从液压锁定位置移动到液压解锁位置。
43.b：一种井系统，所述井系统包括：井筒，所述井筒穿透地下地层；以及封隔器组合件，所述封隔器组合件包含：内部心轴；封隔元件，所述封隔元件至少部分地围绕所述内部心轴；封隔元件激活套筒，所述封隔元件激活套筒联接到所述封隔元件；静水坐封组合件，所述静水坐封组合件可与所述封隔元件激活套筒接合，所述静水坐封组合件包含：静水活塞；静水支柱活塞，所述静水支柱活塞可与所述静水活塞接合以推动所述静水活塞接合所
述封隔元件激活套筒；以及静水锁定机构，所述静水锁定机构可与所述静水支柱活塞接合以使所述静水活塞保持处于静水锁定位置；以及液压坐封组合件，所述液压坐封组合件定位于所述封隔元件与所述静水坐封组合件之间，所述液压坐封组合件包含：液压活塞；液压锁定机构，所述液压锁定机构联接到所述液压活塞；液压支柱活塞，所述液压支柱活塞可与所述液压锁定机构接合，所述液压支柱活塞可用于允许所述液压锁定机构从液压锁定位置移动到液压解锁位置。
44.c：一种用于将封隔元件坐封到井筒中的方法，所述方法包括：使封隔器组合件行进到井筒中，所述封隔器组合件包含：内部心轴；封隔元件，所述封隔元件至少部分地围绕所述内部心轴；封隔元件激活套筒，所述封隔元件激活套筒联接到所述封隔元件；静水坐封组合件，所述静水坐封组合件可与所述封隔元件激活套筒接合，所述静水坐封组合件包含：静水活塞；静水支柱活塞，所述静水支柱活塞可与所述静水活塞接合以推动所述静水活塞接合所述封隔元件激活套筒；以及静水锁定机构，所述静水锁定机构可与所述静水支柱活塞接合以使所述静水活塞保持处于静水锁定位置；以及液压坐封组合件，所述液压坐封组合件定位于所述封隔元件与所述静水坐封组合件之间，所述液压坐封组合件包含：液压活塞；液压锁定机构，所述液压锁定机构联接到所述液压活塞；液压支柱活塞，所述液压支柱活塞可与所述液压锁定机构接合，所述液压支柱活塞可用于允许所述液压锁定机构从液压锁定位置移动到液压解锁位置；确定所述静水坐封组合件未能接合所述封隔元件激活套筒；使塞子向井下行进到所述封隔器组合件中；以及从井上施加压差以释放所述液压锁定机构并且允许压力使所述封隔元件激活套筒向井上移动以接合所述封隔元件。
45.方面a、b和c可以组合地具有以下额外要素中的一个或多个要素：
46.要素1：其中所述静水坐封组合件进一步包含可与所述静水锁定机构和所述静水活塞接合的锁定套筒；
47.要素2：其中所述静水坐封组合件进一步包含定位于所述静水支柱活塞与所述静水活塞之间的内部锁定机构；
48.要素3：其中所述内部锁定机构是筒夹；
49.要素4：其中所述静水锁定机构是筒夹；
50.要素5：其中所述静水坐封组合件进一步包含破裂片；
51.要素6：其中所述静水坐封组合件进一步包含可与所述静水活塞和所述静水锁定机构联接的剪切特征；
52.要素7：其中所述液压支柱活塞包含活塞锁定机构，所述活塞锁定机构被配置成在所述内部心轴中的凹部内延伸并且释放所述液压锁定机构；
53.要素8：其中所述活塞锁定机构是卡环，所述卡环被配置成卡接在所述内部心轴中的所述凹部内并且释放第二锁定机构；以及
54.要素9：其中所述内部心轴包括通过螺纹连接联接在一起的至少两个部分。
55.可以对所描述的实施例进行另外的添加、删除、替换和修改。