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利用非爆炸性高能材料的用于井下应用的设备和方法

阅读：1024发布：2021-01-22

IPRDB可以提供利用非爆炸性高能材料的用于井下应用的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在一个方面，本发明公开了一种执行井眼作业的方法，在一个实施例中，该方法可包括：提供一装置，其包括构造成当受到一选定能量时破碎的非爆炸性高能材料；在井眼的选定部位放置所述装置，以执行一选定功能；以及在所述装置已执行所述选定功能之后，使所述装置经受所述选定能量，以在井眼中破碎所述装置。在另一个方面，本发明公开了一种在井眼中使用的设备，在一个实施例中，该设备可包括：在井眼的选定部位放置的装置，其中，所述装置包括构造成当受到一选定能量时破碎的非爆炸性高能材料；和所述选定能量的源，其构造成使所述装置在井眼中经受所述选定能量，以破碎所述装置。，下面是利用非爆炸性高能材料的用于井下应用的设备和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于执行井眼作业的方法，其包括：

提供一装置，该装置包括构造成当受到一选定能量时爆燃的非爆炸性高能材料；其中所述选定能量为碰撞载荷；

在井眼的选定部位放置所述装置，以执行一选定功能；

通过从地面部位输送的工具碰撞所述非爆炸性高能材料；以及在所述装置已执行所述选定功能之后，借助于所述碰撞载荷使所述装置经受所述选定能量，以使所述非爆炸性高能材料爆燃。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述装置包括与选自由下列构成的组的材料混合的非爆炸性高能材料：橡胶；合金；和复合材料。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述装置选自下列构成的组：插塞；球；球座；套管区段；封隔器；锁定装置；释放环；O型环；可回收工具的支撑件；和可回收工具的锚固部件。

4.一种在井眼中使用的设备，其包括：

在井眼的选定部位放置的装置，其中，所述装置包括构造成当受到一选定能量时爆燃的非爆炸性高能材料；和所述选定能量的源，该源构造成使所述装置在井眼中经受所述选定能量，以破碎所述非爆炸性高能材料；其中，所述选定能量的源为构造成从地面部位输送的碰撞工具，由此借助于所述碰撞工具对所述装置所提供的碰撞而使所述非爆炸性高能材料在井眼中爆燃。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述装置包括与选自由下列构成的组的材料混合的非爆炸性高能材料：橡胶；合金；和复合材料。

6.如权利要求4所述的设备，其中，所述装置选自由下列部件构成的组：插塞；球；球座；

封隔器；锁定装置；释放环；O型环；可回收工具的支撑件；和可回收工具的锚固部件。

说明书全文

利用非爆炸性高能材料的用于井下应用的设备和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2011年10月4日提交的美国申请No.13/252809的优先权，该申请全部内容在此引入作为参考。

技术领域

[0003] 本申请总的来说涉及包含可在井下破碎的非爆炸性高能材料的部件和装置。

背景技术

[0004] 油井（也被称为井眼或钻井）钻入地下地层，以便开采烃。井眼可以是裸眼井，也可以是套管井。套管井包括位于井眼内的套管（也称为“衬管”），通常为钢管。裸眼井没有采用套管加衬。但不论是哪种情况，生产管柱都安装在套管内或裸眼井内，以将地层流体开采到地面。通常，在井眼中放置元件或装置来执行一功能，然后从井眼移除。这样的装置包括例如球/球座组件、插塞和封隔器。为从井眼移除装置，通常将钻具或铣刀输送到井眼中以钻或铣所述装置。这种工艺需要二次操作，复杂且费时。在有些情况下，所述装置可以由随着时间的流逝而破碎的腐蚀材料形成。在这样的情况下，待集成的装置在其执行其预定功能之后相当长的一段时间内保持在井眼中。

[0005] 在此，本发明提供装置或产品，其包括可以通过对井下的这种装置施加适合的能量而破碎的非爆炸性高能材料。

发明内容

[0006] 在本发明的一个方面公开了一种执行井眼作业的方法，在一个实施例中，该方法可包括：提供一装置，该包括构造成当受到一选定能量时破碎的非爆炸性高能材料；在井眼中的选定部位放置所述装置，以执行一选定功能；以及在所述装置已执行所述选定功能之后，使所述装置经受所述选定能量，以使所述装置在井眼中破碎。

[0007] 在另一个方面，公开了一种在井眼中使用的设备，在一个实施例中，该设备可包括：在井眼的选定部位放置的装置，其中，所述装置包括构造成当受到一选定能量时破碎的非爆炸性高能材料；和所述选定能量的源，其构造成使所述装置在井眼中经受所述选定能量，以破碎所述装置。

[0008] 在此披露的设备和方法的各个特征的例子概述得相当宽泛，以便可以更好地理解下述的详细说明。当然，下文还披露有设备和方法的附加特征，其形成了附带于此的权利要求的主题。

附图说明

[0009] 在此参照附图能够更好地理解本发明，其中同样的数字通常用来标记同样的元件，并且其中：

[0010] 图1是放置在井眼中的选定部位的示例性装置以及从地面输送的用于加热该装置以在井眼中破碎该装置的工具的线图，所述装置至少部分地由非爆炸性高能材料制成；

[0011] 图2是放置在井眼中的选定部位的另一个示例性装置以及加热工具的线图，所述装置至少部分地由非爆炸性高能材料制成，所述加热工具包括蓄电池和放置在井眼中用于加热该装置以在井眼中破碎该装置的加热元件；和

[0012] 图3是放置在井眼中的选定部位的示例性装置以及构造成通过施加碰撞载荷爆燃该装置的碰撞工具的线图，所述装置至少部分地由非爆炸性高能材料制成。

具体实施方式

[0013] 图1是依照本发明的一个实施例的用于执行井下作业的示例性井眼系统100的线图。该系统100包括形成在地层102中的井眼101。井眼101内衬有套管105，例如钢管。一装置110放置在套管中的选定部位105a处，该装置用于当其在井眼101中已经执行预定功能之后被破碎。示例性装置110为一密封装置，例如一封隔器。该装置110包括芯轴112及芯轴112周围的可膨胀密封件114。所示的密封件114位于膨胀位置，使其压紧套管的内侧105a，以在密封件114上下密封井眼。在许多方面，芯轴112和/或密封件114或所述芯轴和密封件的一部分由构造成在暴露于一选定能量时破碎的非爆炸性高能材料形成。在许多方面，当非爆炸性高能材料暴露于足量的选定能量时，该非爆炸性高能材料爆燃，从而使之在一段时间破碎。在一个方面，选定能量为热量。该系统100还包括构造成使装置110暴露于热量的工具或源130。在图1的特定实施例中，工具130为电气工具或装置，其包括加热元件132，例如线圈和能源134。当装置110已经执行其预定作业或者当希望破碎该装置时，作为热量源的工具
130由一适合的输送部件140（例如索缆、油管或缠绕管）输送至井眼101中。工具130放置成紧邻或接触所述装置110，该工具被激励以向加热元件132供给电能，从而产生足够加热装置110以使其爆燃而破碎的热量。一旦装置110已经破碎所希望的程度，就将工具130回收到地面。在这样的工具中，可以从地面经由输送部件140中的导体向加热元件132提供电流。

[0014] 作为选择，也可以将加热工具150放置在井眼中，紧邻装置110。在一个方面，加热工具150可以包括诸如线圈的加热元件152、蓄电池154和电路156。电路156还可以包括定时器158a或接收器158b，定时器158a或接收器158b均构造成能够激活蓄电池以向线圈152供给电能。在包括定时器的构造中，预先设定时间，在该设定时间终了时，电路156激活蓄电池154以向线圈152供电，线圈产生足够使装置110爆燃的热量。在加热工具150包括接收器的构造中，电路156响应于由接收器158b接收到的远程信号来激活蓄电池154。该远程信号可以是从地面或另一适合的场所发出。在许多方面，该远程信号可以是射频信号、声信号、电磁信号或任何其它适合的信号。在许多方面，该远程信号可以是从适合的地面场所传送的。
在另一方面，该装置工具或源可以是一碰撞工具，其中，装置110在遭受碰撞载荷时爆燃，下面将参照图3对此进行描述。

[0015] 图2是依照本发明的另一个实施例的用于执行井下作业的示例性井眼系统200的线图。该系统200包括形成在地层202中的井眼201。井眼201内衬有套管205，例如钢管。一装置210放置在套管205中的选定部位205a处，该装置用于当其在井眼201中已经执行预定功能之后被破碎。该示例性装置210包括承坐在位于套管205的孔206中的球座214上的球212。该球212防止流体208沿着朝井下方向207流过孔206。在许多方面，球212和/或球座214或两者的一部分由非爆炸性高能材料形成，所述非爆炸性高能材料构造成在暴露于一选定能量时破碎。在许多方面，当非爆炸性高能材料暴露于足量的选定能量时，其发生爆燃，从而使之在一段时间破碎。在一个方面，选定能量为热量。该系统200还包括构造成使装置210暴露于热量的工具或源230。在图2的特定实施例中，源230为电气工具或装置，其包括邻近球212放置的加热元件232，例如线圈。在图2的具体构造中，所示的加热元件232固定地放置在球座214的凹窝215中。源230还包括电能源234，例如蓄电池，该电能源向加热元件232供给电能（电流），而加热元件产生热量直至达到足以引起非爆炸性高能材料爆燃的选定温度或所希望的温度。在一个构造中，源230可以包括电路236和定时器238a或接收器238b。在许多方面，可以在井眼中部署工具230之前预设定时器238a。在设置接收器的情况下，可以由电路响应于由接收器238b接收的远程信号激活蓄电池234。在许多方面，该远程信号可以是射频信号、声信号、电磁信号或任何其它适合的信号。在许多方面，该远程信号可以是从适合的地面场所传送的。

[0016] 当源230包括预设的定时器时，在预设时间终了时，蓄电池被激活而供给电流以加热加热元件232。产生的热量加热球112和/或球座214中的非爆炸性高能材料以启动这些部件的爆燃。当源230包括接收器238b时，向接收器238b发送一指令信号，电路236激活定时器或蓄电池234以向加热元件232供给电流。

[0017] 在图1和2的实施例中，非爆炸性高能材料暴露于直接的加热而使之爆燃。在许多方面，这种材料也可以通过碰撞载荷爆燃。图3显示了井眼中可以通过碰撞载荷而爆燃的球312和球座314的线图。在这样的构造中，一碰撞工具235从地面部位通过一适合的输送部件
340输送，以用足够的力碰撞球212，使球212和/或球座214爆燃并从而破碎。

[0018] 这些示例性实施例只是显示了在井眼中使用的某些装置的例子，所述装置包括可以在井下破碎的非爆炸性高能材料。利用非爆炸性高能材料的所有装置都可以用于本发明的目的。这样的其它装置可以包括、但不限于插塞、套管的多个区段、锁定装置、释放环、O型环、可回收工具的支撑件和可回收工具的锚固部件。

[0019] 在依照本发明使用的装置中，可以使用任何适合的非爆炸性高能材料。在一个方面，该装置可以包括以装置不被分类为爆炸物的方式与适合的橡胶或复合材料混合的高能材料，这样，可以通过诸如卡车的常规运输工具输送该装置，并且操作者可以把持，将其部署至井眼中。直到其暴露于如上文所述的选定能量，该装置才会破碎。

[0020] 在一些方面，人们希望待破碎的装置可以是包括非爆炸性高能材料在内的任何材料组合，使得该装置拥有执行所预定的井下功能所需的初始强度，并且在暴露于诸如热量或碰撞载荷的选定能量时能够被移除。在一个方面，高能材料可以包括高能树脂和加强填料。填料可以是任何适合的材料，包括、但不限于橡胶和复合材料。

[0021] 复合高能材料还具有足够的结构完整性，以允许制造结构零件。材料可以在合适暴露于选定能量时爆燃或被引爆。材料既可以充当结构零件，又可以是爆炸装置。在有些实施例中，高能树脂可以是由两部分组成的热固体系，其中组分A与组分B反应以形成高能树脂，而在有些实施例中，高能树脂可以是单部分式体系。一类适合的高能树脂是：其中，组分A包括具有两种或多种叠氮化物半族（azide moieties）的至少一种聚合物，组分B包括具有邻接一激活半族的两种或多种碳碳双键或三键的至少一种多官能合成物。另一类适合的树脂由组分A和组分B的反应物形成，组分A包括诸如由硝基或硝基氮杂（nitraza）族替代的高能替代烷基二异氰酸盐，组分B包括多元醇。适合的替代二异氰酸盐的例子包括但不限于，3,3,5,7,7-五硝基-5-吖-1,9-壬烷二异氰酸盐；2-硝基氮杂-1,4,丁烷-二异氰酸盐；2,5-二硝基氮杂（dinitraza）-1,6-己烷二异氰酸盐；等等。另一类适合的高能树脂是采用自由基固化高能替代乙烯化合物的单部分式体系。这种化合物的例子包括但不限于，硝基乙基异丁烯酸，二硝基（dinitroporpyl）丙烯酸盐，三硝基甲基丙烯酸盐，等等。可以采用本领域已知的任何适合的起爆剂，例如过氧化物。申请公开2005/0281968中更详细地描述了这些材料，该申请在此引入作为参考。

[0022] 虽然上文针对的是本发明的某些示例性实施例，这些实施例的各种改变和修改对本领域技术人员来说都是显而易见的。上文包含的所有改变和修改都在在此本发明所涵盖的附带权利要求书的范围和精神之内。

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