井下工具及使用方法技术

一种用于钻井孔的井下工具，所述工具具有由反应性金属材料制成的芯棒，并且具有芯棒端部，所述芯棒端部具有由内部凹槽界定的故障点，故障点壁厚可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内。所述井下工具还具有围绕所述芯棒设置的第一单件式金属滑块；围绕所述芯棒设置的第二单件式金属滑块；以及接近于所述第二滑块围绕所述芯棒设置并且与所述芯棒螺纹式啮合的下部套筒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下工具及使用方法
本专利技术总体上涉及油气钻井孔中使用的井下工具以及相关系统和方法。更具体地说，本专利技术涉及可以运行到钻井孔中且可用于钻井孔隔离的井下工具及涉及所述工具的方法。在具体实施例中，井下工具可以是由可钻孔的材料制成的复合栓塞。在其它实施例中，井下工具可以具有一个或多个金属组件。一些组件可以由可溶解材料制成。
技术介绍
油井或气井包括在表面(例如，地球表面)下方的一定深度处延伸到地层中的钻进孔，且通常内衬有管状物(例如，套管)以增加井的强度。许多商业可用的烃类源存在于“致密”的储层中，这意味着可能不易于提取目标烃类产品。这些储层的周围地层(例如，页岩)通常具有较低的穿透性，并且在不使用伴有压裂操作的钻孔的情况下从这种地层中以商业的量生产烃类(即，天然气、石油等)是不经济的。压裂在行业中是常见的，其包括在相应的目标区域的下方或之外的钻井孔中使用栓塞套件，随后泵送或注射高压压裂流体到所述区域中。图1说明包括使用井下工具102的常规的堵塞系统100，所述井下工具102用于对钻孔到地层110中的钻井孔106的一部分区段进行堵塞。在适当时，工具或栓塞102可以借助于工作管柱105(例如，e-线路(e-line)、金属线路、挠性油管(coiledtubing)等)和/或通过安放工具112降入钻井孔106内。工具102通常包括具有可压缩的密封部件122的主体103，以抵靠着周围管状物(例如，套管108)的内表面107来密封工具102。工具102可以包括设置于一个或多个滑块109、滑块111之间的密封部件122，所述滑块用于帮助工具102保持在适当的位置。在操作中，将力(通常相对于钻井孔106是轴向的)施加到滑块109、111和主体103。随着安放顺序的进行，滑块109相对于主体103和滑块111移动，密封部件122被致动，且驱动滑块109、111抵靠着对应的圆锥形表面104。这一移动轴向地压缩和/或径向地扩展可压缩部件122和滑块109、111，这导致从工具102向外推动这些组件以接触内壁107。以此方式，工具102提供了密封，预期所述密封能防止流体从钻井孔的一个区段113跨越或穿过工具102向另一区段115(或反之亦然，等等)，或向表面的转移。工具102还可包括内部通道(未示出)，所述通道在用户希望时允许在区段113与区段115之间的流体连通。时常借助于一个或多个额外的栓塞(例如，102A)隔离多个区段。在适当的安装之后，栓塞可经受较高或极端的压力和温度条件，这意味着在不损坏栓塞或由密封元件形成的密封的情况下栓塞必须能够承受这些条件。高温通常被定义为高于200°F的井下温度，高压通常被定义为高于7,500psi的井下压力，且甚至超过15,000psi。极端钻井孔条件还可包括高和低的pH环境。在这些状况下，包括具有可压缩的密封元件的那些常规的工具可能由于降解而失效。举例来说，密封元件可能熔化、固化或以其它方式失去弹性，这导致形成密封屏障的能力的丧失。在生产操作开始之前，还必须移除栓塞以使得可进行生产管的安装。这通常通过穿过安装的栓塞钻孔进行，但是在一些例子中，可以从钻井孔中基本上完整地移除栓塞。可取回的栓塞的常见问题是在栓塞顶部上的碎片的累积，这可能使得难以或不可能啮合和移除栓塞。此类碎片的累积也可以不利地影响栓塞内的各种零件的相对移动。此外，通过现有的取回工具，震动运动或抵靠着井套管的摩擦可能引起取回工具的意外开闩(引起工具进一步滑动到钻井孔中)或栓塞的再次锁定(由于栓塞锚定元件的激活)。此类这些问题通常使得有必要钻出预期是可取回的栓塞。然而，因为栓塞需要承受极端的井下条件，它们是出于耐用且有韧性而建造的，这通常使得钻穿过程变得困难。甚至可钻孔的栓塞通常由金属(例如，铸铁)构造，其可以使用钻头在钻柱的端部钻出。钢也可以用于栓塞的结构性主体以提供结构性强度以安装工具。工具中使用的金属零件越多，钻孔操作需要的时间越长。因为金属组件难以钻透，所以此过程可能需要进出钻井孔的额外的往返来替换损坏的钻孔钻头。在钻井孔中使用栓塞并不是没有其它问题，这是因为这些工具会受到已知的故障模式。当栓塞运行到一位置时，在栓塞达到其目的位置之前滑块具有预先安装的趋势，这引起套管的损坏与操作延迟。举例来说，由于来自先前压裂的残留物或碎片(例如，沙子)的残留，可能产生预先安装。此外，已知常规的栓塞不仅仅是与套管还在栓塞组件之间提供较差的密封。举例来说，当密封元件在压缩下放置时，其表面并不始终恰当地与周围的组件(例如，锥体等)密封。井下工具通常通过从表面向下流动到工具的落球来启动，由此流体的压力必须足以克服钻井孔流体的静压力和漂浮力以便使球能够到达工具。压裂流体也被加以极高的压力，以便不仅将流体传送到钻井孔中，且穿过钻井孔，而且还延伸到地层中以便引起断裂。因此，井下工具必须能够承受这些额外的较高的压力。使注入的流体或底层流体“回流”(即从地层到表面)自然是可取的；但是，直到之前设置的工具或其阻塞被移除之后才可能发生所述回流。移除工具(或阻塞)通常需要良好的干预服务以进行检测或钻孔，这是耗时的、昂贵的，并且增加了钻井孔损坏的潜在风险。工具中使用的金属零件越多，钻孔操作消耗的时间就越长。因为金属组件难以钻透，所以此过程可能需要进出钻井孔的额外的卡爪来替换损坏的钻头。为了节约成本，在一定的井下条件下可进行反应的材料已经成为对油田工业潜力的重要研究课题。例如，通过仅对周围环境的改变作出反应就有能力分解的这种先进材料是可取的，因为不需要或仅需要有限的干预来进行移除或激活。基本上通过周围环境的改变(例如，存在特定的流体、温度的改变、和/或压力的改变等)而自我激活的此类材料可以潜在地取代昂贵且复杂的设计，并且在可达到的极限甚至被认为不可能的情形下(所述情形是井下(地下)环境的情况)可最为有利。不依赖于冗长而昂贵的测井电缆、液压控制线或挠性油管进行控制是非常可取且经济上有利的。此外，在不胜枚举的情形中，一件地下设备可能只需要被激活一次，在此之后，它可能不再有任何用处，例如当设备必须通过具有风险且昂贵的干预手段来获取时甚至可能会变得不利。在一些情况下，可能有利的是具有由具备以下属性的材料(物质组成)制成的装置(球体、工具、组件等)：其中在一些条件下(例如，在表面或在环境条件下)装置具有很强的机械性(硬质)，但是在特定条件下会分解、溶解、破碎，所述特定条件例如是存在如淡水、海水、地层流体、添加剂、卤水、酸和碱等含水流体时，或压力和/或温度改变时。因此，在预定量的时间之后，并且在完成期望的操作之后，最终允许地层流体流向表面。将装置(或相关的激活装置，例如压裂球，或其它组件)配置为利用可以缓解或减少干预服务需求的材料是很有利的。这将节省大量的时间和费用。因此，在本领域中需要具有不涉及或不另外需要钻孔过程的性质的工具、装置、组件等。更需要对环境或生物友好的材料。节省操作时间的能力(节省操作成本的能力)在市场上引起了相当大的竞争。获得任何节省时间或最终节省成本的能力都会带来直接的竞争优势。因此，本
需要以快速、切实可行且经济的方式隔离钻井孔的新颖的系统和方法。在本
中存在对抵靠周围管状物形成可靠的和弹性密封的井下堵塞工具的极大的需要。还存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合用于钻井孔的井下工具，所述工具包括：由反应性金属材料制成的芯棒，所述芯棒包括：远端；近端；以及外表面，其中，所述芯棒包括在所述远端处的第一外径、在所述近端处的第二外径，以及在其间的倾斜的线性过渡表面，所述第二外径大于所述第一外径，所述近端包括由内部凹槽界定的故障点，故障点壁厚可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内；围绕所述芯棒设置的第一单件式金属滑块；围绕所述芯棒设置的第二单件式金属滑块；以及接近于所述第二滑块设置并且与所述芯棒螺纹式啮合的下部套筒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.17 US 62/423,6201.一种适合用于钻井孔的井下工具，所述工具包括：由反应性金属材料制成的芯棒，所述芯棒包括：远端；近端；以及外表面，其中，所述芯棒包括在所述远端处的第一外径、在所述近端处的第二外径，以及在其间的倾斜的线性过渡表面，所述第二外径大于所述第一外径，所述近端包括由内部凹槽界定的故障点，故障点壁厚可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内；围绕所述芯棒设置的第一单件式金属滑块；围绕所述芯棒设置的第二单件式金属滑块；以及接近于所述第二滑块设置并且与所述芯棒螺纹式啮合的下部套筒。2.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述远端的外表面包括一组螺纹，所述芯棒还包括内部流动孔，内部流动孔直径在约3英寸到约4英寸的范围内，所述芯棒包括在约0.3英寸到约0.7英寸的范围内的芯棒壁厚。3.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述芯棒还包括形成于所述内部流动孔内的球座，所述球座的下端距离所述故障点的纵向深度至少在约3英寸到约5英寸的范围内。4.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述芯棒还包括形成于所述内部流动孔内的球座，在安放所述井下工具之后，经由位于所述球座中的球体增压使得所述芯棒滑动到所述球体的中部横向接近于密封元件的中部的点。5.根据权利要求4所述的井下工具，其中，所述井下工具的至少一个或多个组件或所述球体由组成形成的固化反应性材料制成，所述组成包括：具有酸酐固化剂的低粘度环脂族环氧树脂；包括粘土的添加剂；以及玻璃。6.根据权利要求1所述的井下工具，所述井下工具还包括：围绕所述芯棒设置的轴承板，所述轴承板包括被配置成用于与所述倾斜的线性过渡表面啮合的倾斜的内部板表面；接近于所述第一单件式金属滑块的第一锥体；接近于所述第二单件式金属滑块的第二锥体；以及设置于所述第一锥体与所述第二锥体之间的密封元件。7.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述第一单件式金属滑块和所述第二单件式金属滑块中的每一个包括配置一组配合孔的滑块主体，所述下部套筒包括被配置成啮合所述第一单件式金属滑块的一组配合孔的一组销插入件，轴承板包括被配置成啮合所述第二单件式金属滑块的一组配合孔的一组轴承板销插入件。8.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述第一单件式金属滑块和所述第二单件式金属滑块中的每一个通过感应处理的方式表面硬化，从而产生在约40到约60的范围内的外表面洛氏硬度以及在约10到约25的范围内的内表面洛氏硬度。9.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述芯棒还包括：具有所述外表面的主体，以及形成于其中的内部流动孔；与安放工具配合的螺纹的第一集合，所述第一集合设置于内部钻孔表面上；以及耦接到所述下部套筒的第二组螺纹，所述第二组螺纹设置于所述外表面上。10.一种适合用于钻井孔的井下工具，所述工具包括：由反应性金属材料制成的芯棒，所述芯棒包括：主体，所述主体包含具有第一外径的远端；具有第二外径的近端；配置有倾斜的线性过渡表面的外表面；以及形成于其中的内部流动孔；用于与安放工具配合的第一组螺纹，所述第一组接近于所述远端设置在内部钻孔表面上；以及接近于所述近端设置在所述外表面上的第二组螺纹，所述近端包括由内部凹槽界定的故障点，故障点壁厚可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内。；围绕所述芯棒设置的第一金属滑块；围绕所述芯棒设置的第二金属滑块；以及接近于所述第二滑块设置并且与所述第二组螺纹螺纹式...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯亚楠，埃文·劳埃德·戴维斯，路易斯·米格尔·阿维拉，杜克·文路，
申请(专利权)人：井下技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US