[发明专利]包括异常强化材料的井下工具以及相关方法

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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发明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。