顶部坐放的可降解的井筒隔离装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种能够从顶部坐放的井筒隔离装置，所述井筒隔离装置包括在暴露于井筒环境时能够降解的一个或多个部件。还提供了一种在井筒中提供层位隔离的方法和系统，所述方法和系统包括井下可降解的顶部坐放的井筒隔离装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】顶部坐放的可降解的井筒隔离装置
本公开涉及用于使地下井筒的各部分隔离的井下工具。具体地讲，本公开涉及能够从顶部坐放的可降解井筒隔离装置。
技术介绍
在地壳中钻出井筒以用于各种目的，包括挖掘含烃地层以提取烃类用作燃料、润滑剂、化学生产和其他用途。为了便于井筒中的工艺和操作，通常可能希望隔离或密封井筒的一个或多个部分。可由井筒隔离装置诸如封隔器、桥塞和压裂塞(fracturingplug)(即“frac”plug)在井筒内提供层位隔离。例如，为了能够更加容易地从地层提取和产生烃类，在水力压裂操作期间可以采用一个或多个井筒隔离装置，其中向井下泵送高压压裂流体以便使地层的目标部分破裂。井筒隔离装置可以用于通过在井筒中形成压力密封来隔离水力压裂操作的目标区域，该压力密封防止高压压裂流体从井筒隔离装置向井下延伸。在需要层位隔离的井下操作完成后，通常有必要将井筒隔离装置从井筒移除，以便允许烃生产操作继续进行而不会由于井下工具的存在而受到妨碍。将一个或多个井筒隔离装置从井筒移除通常涉及对该一个或多个井筒隔离装置进行磨铣或钻孔使其成为碎片，接着从井筒取出井筒隔离装置的碎片。为了便于这样的操作，许多井筒隔离装置已经使用诸如铸铁、黄铜或铝的可磨铣金属材料制造，或者由较软的复合材料制成。然而，将井筒隔离装置通过磨铣从井筒移除的操作是昂贵和耗时的，因为它们需要将工具柱(例如，与地面的机械连接件)引入到井筒中。除了增加井的完井成本之外，磨铣操作还可能会损坏衬入井筒的金属套管。此外，由于磨铣工具通常是在连续油管上输送的，连续油管在水平井筒中具有有限的有效范围，因此井筒的侧向长度可能因为在完井期间需要磨铣掉井筒隔离装置而受到限制。由坐放工具将井筒隔离装置坐放在井筒中。例如，将井筒隔离装置运送到联接到坐放工具的井筒中，坐放工具继而联接到输送工具。当井筒隔离装置在井筒中被定位在期望深度处时，坐放工具引起井筒隔离装置上的卡瓦和密封件组件的致动，从而将井筒隔离装置抵靠井筒的壁坐放。最常用的坐放工具通过将井筒隔离装置的管状主体或心轴在井上方向上拉动来从顶部坐放井筒隔离装置。坐放工具生成大量的力，通常超过20,000lbs，从而在井筒隔离装置的管状主体上产生显著的张力。由坐放工具产生的井筒隔离装置的管状主体中的张力导致密封件和一个或多个卡瓦抵靠井筒或套管的壁径向地延伸，从而坐放井筒隔离装置并建立层位隔离密封。存在各种类型的坐放工具。一些坐放工具由流体静压或液压启动。然而，一些最常用的坐放工具如型号E-4电缆工具压力坐放组件(BakerHughes，贝克休斯公司)和“Shorty”(HalliburtonEnergyServices，哈利伯顿能源服务公司)为炸药坐放工具，可以通过烟火或黑火药装料来启动。为了减少对井筒隔离装置磨铣并从井筒移除所需的成本和时间，可能期望具有由可降解材料制造的部件的井筒隔离装置。然而，可降解井筒隔离装置可能不够坚固，以致于由于在坐放过程中置于管状主体或心轴上的张力而无法使用常用的坐放工具来从顶部坐放。相反，由可降解材料制成的井筒隔离装置可使用非标准坐放工具来从底部坐放，该非标准坐放工具在坐放过程中在管状主体上施加压力。底部坐放的井筒隔离装置还需要更复杂的构造，需要向井下输送更多的材料，并且以坐放失败的风险较高为特征。附图说明为了描述能够获得本公开的优点和特征的方式，参考附图中示出的本公开的实施方案。应理解，这些附图仅示出本公开的示例性实施方案且因此不应被视为限制本公开的范围，将通过使用附图以附加具体特征和细节来描述并解释本文的原理，在附图中：图1为其中可以部署可降解井筒隔离装置的井筒操作环境的一个实施方案的示意图；图2为根据一个示例性实施方案的联接到坐放工具的可降解井筒隔离装置的截面图；图3为根据一个示例性实施方案的联接到坐放工具的可降解井筒隔离装置的放大截面图；图4为根据一个示例性实施方案的具有可以包含在可降解井筒隔离装置上的多个搭接件的卡瓦的放大截面图；图5为根据一个示例性实施方案的可降解井筒隔离装置坐放在井筒中之后的截面图；以及图6示出了根据一个示例性实施方案的掺杂的镁合金固溶体和非掺杂的镁合金固溶体的降解速率。具体实施方式以下详细讨论了本公开的各种实施方案。虽然讨论了特定的具体实施，但应理解，这样做仅仅是为了说明性的目的。相关领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下使用其他组件和配置。首先应理解，尽管以下示出了一个或多个实施方案的说明性具体实施，但可以使用任意数量的技术来实现所公开的设备、方法和系统。本公开绝不应限于本文所示的说明性具体实施、附图和技术，但可在随附权利要求书的范围及其等效物的整个范围内加以修改。除非另有说明，否则术语“联接”或描述元件间相互作用的任何其他术语的任何形式的使用并不意味着该相互作用局限于元件间的直接相互作用，而且还可以包括所述元件间的间接相互作用。在以下讨论中以及在随附权利要求中，术语“包括/包含(including/comprising)”以开放形式使用，并且因此应被解释成表示“包括但不限于……”。上下基准是为了说明的目的，其中“上部”或“井上”是指朝向井筒的地面，并且其中“下部”或“井下”是指朝向井的末端，而不管井筒定向如何。在阅读了以下详细描述并参考附图后，本领域技术人员借助于本公开内容可以更容易明白以下更详细描述的各种特征。本公开整体涉及能够从顶部坐放的可降解井筒隔离装置。更具体地，本公开涉及至少部分地由井下可降解金属构成的顶部坐放的井筒隔离装置。井筒隔离装置用于在井筒内提供层位隔离，以便于井筒中的各种工艺和操作。井筒隔离装置的一个用途是通过在井筒中位于目标区域下方的地方形成压力密封来隔离地层的目标区域以进行水力压裂操作。在完成水力压裂操作后，通常有必要将井筒隔离装置从井筒移除。井筒隔离装置，其至少部分地由井下可降解金属制成，并不需要连续油管干预(其呈磨铣形式)来将井筒隔离装置从井筒移除。相反，一旦井下可降解金属在井筒环境中已充分降解使得可降解井筒隔离装置与井筒壁之间的密封断开并且降解装置不对流体流造成显著阻碍，则可以有效地进行生产操作。此外，如本文所公开的，可降解井筒隔离装置，其包括由井下可降解金属制成的管状主体，具有足够的强度以能够使用标准坐放工具从顶部坐放，同时具有管状主体，该管状主体具有足够的内径以提供回流和即时生产。如本文所用，术语“可降解”及其所有语法变型形式(例如，“降解(degrade/degradation/degrading等)”)是指固体材料的溶解或化学转化，使得由于增溶、水解降解、化学反应(包括电化学反应和电偶反应)或热反应中的至少一种而产生强度减小的固体最终产物。完全降解时，不会产生固体最终产物，或者最终产物很小，就好像与井筒的操作无关一样。在一些情况下，材料的降解可能足以使材料的机械性能降低到材料不再保持其完整性并且实质上分散或脱落到其周围的程度。如本文所用，术语“井下可降解金属”是指在井筒环境中可降解的金属。术语“井筒环境”包括天然存在的井筒环境和引入到井筒中的材料或流体。可降解金属可以在常规井下操作期间存在的井筒环境中降解，或者可以在可以使用外部刺激来引发或影响降解速率的井筒状态下降解。例如，可以将含有电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井筒隔离装置，所述井筒隔离装置包括：管状主体，所述管状主体包括外表面和形成于其中的内孔，其中所述管状主体具有第一端和第二端，所述第一端定向在所述井筒的井上方向上；卡瓦，所述卡瓦围绕所述管状主体的所述外表面设置，其中所述卡瓦具有径向可延伸表面；以及密封件，所述密封件围绕所述管状主体的所述外表面设置，其中所述密封件具有径向可延伸的弹性体密封表面；其中所述卡瓦和所述密封件响应于施加到所述管状主体的张力而径向地延伸；并且其中所述管状主体包括井下可降解金属，所述井下可降解金属在暴露于井筒环境时至少部分地降解。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种井筒隔离装置，所述井筒隔离装置包括：管状主体，所述管状主体包括外表面和形成于其中的内孔，其中所述管状主体具有第一端和第二端，所述第一端定向在所述井筒的井上方向上；卡瓦，所述卡瓦围绕所述管状主体的所述外表面设置，其中所述卡瓦具有径向可延伸表面；以及密封件，所述密封件围绕所述管状主体的所述外表面设置，其中所述密封件具有径向可延伸的弹性体密封表面；其中所述卡瓦和所述密封件响应于施加到所述管状主体的张力而径向地延伸；并且其中所述管状主体包括井下可降解金属，所述井下可降解金属在暴露于井筒环境时至少部分地降解。2.根据权利要求1所述的井筒隔离装置，其中所述井下可降解金属为镁合金。3.根据权利要求2所述的井筒隔离装置，其中所述镁合金选自由以下各项组成的组：掺杂的WE镁合金；掺杂的AZ镁合金；掺杂的ZK镁合金；掺杂的AM镁合金；以及它们的任意组合。4.根据权利要求3所述的井筒隔离装置，其中所述掺杂的WE镁合金包含：所述掺杂的WE镁合金的约88重量％至约95重量％之间的镁；所述掺杂的WE镁合金的约3重量％至约5重量％之间的钇；约2％至约5％之间的稀土金属；以及所述掺杂的WE镁合金的约0.05重量％至约5重量％之间的掺杂剂；其中所述稀土金属选自由以下各项组成的组：钪；镧；铈；镨；钕；钷；钐；铕；钆；镝；钬；铒；铥；镱；镥；以及它们的任意组合；并且其中所述掺杂剂选自由以下各项组成的组：铁；铜；镍；锡；铬；钴；钙；锂；银；金；钯；以及它们的任意组合。5.根据权利要求3所述的井筒隔离装置，其中所述掺杂的AZ镁合金包含：所述掺杂的AZ镁合金的约87重量％至约97重量％之间的镁；所述掺杂的AZ镁合金的约3重量％至约10重量％之间的铝；所述掺杂的AZ镁合金的约0.3重量％至约3重量％之间的锌；以及所述掺杂的AZ镁合金的约0.05重量％至约5重量％之间的掺杂剂；并且其中所述掺杂剂选自由以下各项组成的组：铁；铜；镍；锡；铬；钴；钙；锂；银；金；钯；以及它们的任意组合。6.根据权利要求3所述的井筒隔离装置，其中所述掺杂的ZK镁合金包含：所述掺杂的ZK镁合金的约88重量％至约96重量％之间的镁；所述掺杂的ZK镁合金的约2重量％至约7重量％之间的锌；所述掺杂的ZK镁合金的约0.45重量％至约3重量％之间的锆；以及所述掺杂的ZK镁合金的约0.05重量％至约5重量％之间的掺杂剂；并且其中所述掺杂剂选自由以下各项组成的组：铁；铜；镍；锡；铬；钴；钙；锂；银；金；钯；以及它们的任意组合。7.根据权利要求3所述的井筒隔离装置，其中所述掺杂的AM镁合金包含：所述掺杂的AM镁合金的约87重量％至约97重量％之间的镁；所述掺杂的AM镁合金的约2重量％至约10重量％之间的铝；所述掺杂的AM镁合金的0.3重量％至约4重量％之间的锰；以及所述掺杂的AM镁合金的约0.05重量％至约5重量％之间的掺杂剂；并且其中所述掺杂剂选自由以下各项组成的组：铁；铜；镍；锡；铬；钴；钙；锂；银；金；钯；以及它们的任意组合。8.根据权利要求1所述的井筒隔离装置，其中所述井下可降解金属为铝合金。9.根据权利要求1所述的井筒隔离装置，其中所述井下可降解金属表现出至少2...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·W·沃尔顿，M·L·夫瑞普，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US