包括异常强化材料的井下工具以及相关方法技术

用在地下地层井孔中的井下工具，包括：本体，所述本体包括至少一种异常强化材料。形成用在地下地层井孔中的井下工具的方法，包括：形成包括至少一种异常强化材料的本体。在地下地层井孔中使用井下工具的方法，包括将包括至少一种异常强化材料的本体布置在地下地层中。可以使所述至少一种异常强化材料在井孔内暴露于比地下地层表面处的温度更高的温度并所述至少一种异常强化材料的屈服强度可以增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权本申请要求于2011年11月14日申请的名称为“DOWNHOLE TOOLS INCLUDING ANOMALOUS STRENGTHENING MATERIALS AND RELATED METHODS.”的美国专利申请序列号13/295,670的申请日的优先权。
本专利技术总体上涉及用在地层和地下地层井孔的开采中的井下工具。更具体地，所披露的实施方式涉及至少部分地由至少一种异常强化材料构成的井下工具。
技术介绍
一般地，用在地下地层的井眼(例如井孔)地层中的井下工具会承受升高的温度和压力。例如，用在水、石油和天然气井孔地层中的井下工具承受经常超过100℃的温度。用在地热井孔中的井下工具可以承受达到350℃和更高的温度。材料的强度一般会随着温度的升高而降低。因此，井下工具可能会遭到破坏并且甚至可能会出现灾难性故障，这至少部分地是由于井下工具的材料随着温度的升高而弱化造成的。这种温度引起的井下环境中的材料的弱化可能需要使用难于制造和操纵的高成本材料来确保包括该材料的井下工具保持足够的强度，以甚至在承受使该材料弱化的高温和高压时操作。此外，温度引起的材料弱化需要井下工具操作人员减小施加在该井下工具上的功率来延长其寿命(即降低井下工具的额定值)。例如，操作人员可以减小钻压(WOB)、钻柱上的扭矩、钻地钻头的转速或者这些的任意结合，因为更大的深度使钻地钻头和钻柱元件承受越来越增加的温度和压力。在钻探之后使用下送到井中的测井电缆上的钢丝绳起下的工具来确定井中地层的特性。这种测井电缆工具可以包括含有传感器以及它们的电子设备的中空管状压力壳体。随着温度的升高，减小这些工具的最高压力等级以避免压力壳体可能坍塌以及相应的灾难性工具故障。虽然井下工具中包括温度引起弱化的材料，但是井下工具的任何前述的降低定额值可以延长井下工具的使用寿命，然而还可以减小井下工具实施它们任务的速率(例如减小钻地钻头的穿透速率)，造成井下工具非正常运行，或者减小工具可以操作的最大压力。
技术实现思路
在一些实施方式中，用在地下地层的井孔中的井下工具包括本体，所述本体包括至少一种异常强化材料。所述至少一种异常强化材料在从大约0℃到大约500℃的温度范围内的至少一些温度下随着温度的升高可以可选地呈现出增加的屈服强度。在其他实施方式中，形成用在地下地层的井孔中的井下工具的方法包括构成包括至少一种异常强化材料的本体。在其他实施方式中，在地下地层的井孔中使用井下工具的方法包括将包括至少一种异常强化材料的本体布置在地下地层的井孔中。所述至少一种异常强化材料可以在井孔内承受的温度高于地下地层表面处的温度并且可以增加所述至少一种异常强化材料的屈服强度。附图说明虽然本说明书是利用特别指出并明确声明本专利技术实施方式的权利要求总结的，但是当结合附图阅读如下的描述时可以从中更容易地确定所披露的实施方式的各种特征和优点，其中：图1是用在地下地层井孔中的井下工具的横截面视图；图2是包括异常强化材料和温度弱化材料的复合材料的示意性横截面视图；图2A是复合材料的另一个实施方式的示意性横截面视图；图3是图1的井下工具的一部分的放大横截面视图；图4是用在地下地层井孔中的井下工具的另一个实施方式的分解透视图；图5是组装好的图4的井下工具的一部分的横截面视图；图6是用在地下地层井孔中的井下工具的另一个实施方式的横截面视图；以及图7是用在地下地层井孔中的井下工具的另一个实施方式的局部剖切透视图。具体实施方式这里呈现的图示并不意味着是任何特殊井下工具、元件及其材料的实际视图，而仅是用于描述说明性实施方式的理想化表示。因此，这些图不必要是按比例绘制的。此外，图之间共有的元件可以保留相同或相似的附图标记。所披露的实施方式总体上涉及至少部分地由至少一种异常强化材料构成的井下工具。更具体地，所披露的内容是用在地层或地下井孔开采中的至少部分地由至少一种异常强化材料构成的井下工具。正如这里使用的，术语“异常强化材料”意思是并包括在从大约0℃到大约500℃的温度范围内的至少一些温度下随着温度的升高呈现出增加的屈服强度的任何材料。正如本领域中已知的，材料的屈服强度是材料开始永久变形(即经历塑性变形)时材料内的应力。正如这里使用的，术语“井下工具”意思是并包括用在地层或地下地层井孔开采中的任何类型的工具。例如，井下工具包括固定切削刃钻头、牙轮钻头、孕镶钻头、取芯钻头、偏心钻头、双心钻头、混合式钻头、扩孔器、研磨器、压力壳体、扶正器、稳定器、套管段、钻管、诸如钻柱、套管柱之类的管柱中的元件连接件、地热管套、裸眼和套管井测井工具、钢丝绳起下的工具以及正如本领域中已知的用在井孔中的其他工具。参见图1，示出了用在地下地层井孔中的井下工具10的横截面视图。该井下工具10包括至少部分地由至少一种异常强化材料构成的本体12。异常强化材料的屈服强度随着温度的升高而增加的温度范围可以与在井孔内会遇到的温度的范围至少部分地重叠，并且在一些实施方式中可以涵盖会在井孔内遇到的该温度的范围。因此，当井下工具10在井孔内遇到温度升高时所述异常强化材料的屈服强度可以增加，因为在这些实施方式中升高的温度还没有达到会减小异常强化材料的屈服强度的水平。例如，在井孔内会遇到的温度的范围可以在大约100℃到350℃之间，选定的异常强化材料可以在从100℃或者更低到350℃或者更高的温度范围内增加屈服强度。更具体地，在井孔内会遇到的温度的范围可以在大约110℃到200℃之间，选定的异常强化材料可以在从110℃或者更低到200℃或者更高的温度范围内增加屈服强度。更具体地，在井孔内会遇到的温度的范围可以在大约120℃到150℃之间，选定的异常强化材料可以在从120℃或者更低到150℃或者更高的温度范围内增加屈服强度。在其他实施方式中，异常强化材料的屈服强度随着温度的升高而增加的温度的范围可以小于会在井孔内遇到的温度的范围。异常强化材料的强化(即屈服强度的增加)可以至少部分是由于异常强化材料中不同元素或相的相互作用造成的。例如，异常强化材料可以包括至少两种不同元素的合金。换言之，至少两种不同的元素可以均匀地混合或者以金属固溶体的形式彼此混合以构成异常强化材料。合金的至少一种元素可以具有不同于合金的另外元素的天然晶体结构的天然晶体结构(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用在地下地层中的井孔中的井下工具，包括：本体，所述本体包括至少一种异常强化材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.14 US 13/295,6701.一种用在地下地层中的井孔中的井下工具，包括：本体，所述
本体包括至少一种异常强化材料。
2.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述至少一种异常强
化材料在从大约0℃到大约500℃的温度范围内的至少一些温度下随
着温度的升高呈现出增加的屈服强度。
3.根据权利要求2所述的井下工具，其中，所述至少一种异常强
化材料在从大约100℃到大约350℃的温度范围内的至少一些温度下
随着温度的升高呈现出增加的屈服强度。
4.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述至少一种异常强
化材料包括由至少两种不同元素构成的合金，所述至少两种不同元素
中的至少一种元素的天然晶体结构不同于所述至少两种不同元素中的
至少另一种元素的天然晶体结构。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的井下工具，其中，所述本体
还包括温度弱化材料。
6.根据权利要求5所述的井下工具，其中，所述本体的屈服强度
在从大约0℃到大约500℃的温度范围内的至少一些温度下随着温度
的变化至少基本是恒定的。
7.根据权利要求5所述的井下工具，所述本体包括复合材料，该
复合材料包括基体相和非连续相，所述基体相包括异常强化材料，所
述非连续相包括散布在所述基体相内的温度弱化材料。
8.根据权利要求1-4中任一项的权利要求1所述的井下工具，其
中，所述至少一种异常强化材料包括选自由Ni3Al、Ni3V、Ni3Ga、Ni3Si、
Ni3Ge、Fe3Al、FeAl、Fe3Ga、Fe3V、FeCo、Fe3Be、β-CuZn、Cu3Au、
Co3Ti、Co3V、Pt3Ti、Ag2MgZn、TiAl、Mg3Cd...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·迪弗吉奥，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US