[發(fā)明專利]井下工具以及使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280037894.0
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN103717826B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 杜克·萬雷
• 申請（專利權(quán)）人: 井下技術有限責任公司
• 主分類號: E21B19/18
• 分類號: E21B19/18;E21B17/046;E21B19/10
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發(fā)明大體涉及在石油和天然氣鉆井孔中使用的工具。具體而言，本發(fā)明涉及可以在鉆井孔中使用的并且可以用于鉆井孔隔離的井下工具，以及涉及相同工具的系統(tǒng)和方法。在特定的實施例中，所述工具可以是由可鉆孔材料制成的復合塞。

背景技術

石油和天然氣井包括延伸到表面（例如，地球表面）以下一定深度的地層中的鉆井孔，并且通常具有管狀襯里，例如，鑄件，以增加井的強度。多種具有商業(yè)價值的烴源是在“致密”儲層中發(fā)現(xiàn)的，也就是說目標烴產(chǎn)物可能不易于提取。這些儲層的地層（例如，頁巖）通常具有較低的穿透性，并且在不使用伴隨有壓裂（fracing）操作的鉆孔的情況下從這種地層中以商業(yè)量來生產(chǎn)烴（即，天然氣、石油等）是不經(jīng)濟的。

壓裂是在工業(yè)中常用的并且越來越受歡迎且得到了普遍的接受，其包括在各個目標區(qū)域下方或者之外的鉆井孔中使用塞子組，隨后將高壓壓裂流體泵入或者注入到所述區(qū)域中。壓裂操作導致了地層的破裂或者“裂縫”，從而使得烴更加容易由操作員提取出來并且進行生產(chǎn)，并且可以按照意愿或者需要來重復進行直到所有的目標區(qū)域都破裂為止。

壓裂塞用于隔離目標區(qū)域以進行壓裂操作的目的。此類工具通常是由耐用的金屬構(gòu)建的，其中密封元件是可壓縮材料，該材料也可以徑向向外擴展以嚙合管狀物并且封閉鉆井孔的一部分，從而使得操作員能夠控制流體的通道或者流動。舉例來說，通過在鉆井孔中形成壓力密封以及/或者通過管狀物，壓裂塞使得壓力流體或固體對目標區(qū)域或者地層的隔離部分進行處理。

圖1描繪了常規(guī)的堵塞系統(tǒng)100，其包括井下工具102的使用，所述工具用于對鉆入地層110的鉆井孔106的一部分進行堵塞。工具或者塞子102可以在適當?shù)那闆r下借助于工作管柱105（例如，e-線路（e-line）、金屬線路、連續(xù)管路（coiled?tubing）等）以及/或者安裝工具112而下降到鉆井孔106中。工具102通常包括具有可壓縮密封部件122的主體103，以抵靠著周圍的管狀物（例如，殼體108）的內(nèi)表面107來密封工具102。工具102可以包括設置在一個或多個滑塊109、111之間的密封部件122，所述滑塊用于幫助將工具102保持在原位。

在操作中，將力（通常相對于鉆井孔106是軸向的）施加到滑塊109、111和主體103。隨著安裝順序的推進，滑塊109相對于主體103和滑塊111移動，密封部件122得到驅(qū)動，且滑塊109、111抵靠著對應的圓錐表面104得到驅(qū)動。此移動軸向地壓縮以及/或者徑向地擴展可壓縮部件122以及滑塊109、111，這使得這些組件從工具102被向外推動，以接觸內(nèi)壁107。通過這種方式，工具102提供了一種密封，預期這種密封能夠防止液體從鉆井孔的一部分113跨過或者穿過工具102轉(zhuǎn)移到另一部分115（或者反之亦然等），或者轉(zhuǎn)移到表面。工具102還可以包括內(nèi)部通道（未圖示），所述通道在使用者期望時允許部分113與部分115之間的流體連通。時常地，多個部分是借助于一個或多個額外的塞子（例如，102A）而隔離的。

通過適當?shù)陌惭b，塞子可以經(jīng)受較高的或者極端的壓力和溫度條件，這意味著塞子必須能夠承受這些條件而不會發(fā)生塞子或者由密封元件形成的密封的毀壞。高溫通常定義為高于200°F的井下溫度，且高壓通常定義為高于7,500psi以及甚至高于15,000psi的井下壓力。極端鉆井孔條件還可以包括較高和較低pH環(huán)境。在這些條件下，常規(guī)的工具，包括具有可壓縮密封元件的那些，可能由于降解而變得無效。舉例來說，密封元件可能會融化、固化，或者失去彈性，導致喪失形成密封屏障的能力。

在生產(chǎn)操作開始之前，還必須移除塞子，使得生產(chǎn)管道的安裝可以發(fā)生。這通常是通過鉆穿安裝塞子而發(fā)生的，但是在一些實例中，可以基本上完整地將塞子從鉆井孔中移除。可回收塞的一個常見的問題是塞子頂部的碎屑的累積，這可能會造成難以或者無法嚙合和移除塞子。此類碎屑累積還可能不利地影響塞子內(nèi)的多個部分的相對移動。另外，通過現(xiàn)有的回收工具，抵靠著井殼體的振動或摩擦可能造成回收工具的意外的拉開插栓（導致工具進一步滑入到鉆井孔中），或者塞子的重新鎖定（由塞子錨固元件的啟動造成）。類似于這些的問題通常使得有必要鉆出原本打算回收的塞子。