[发明专利]井下工具和系统以及用于井下工具和系统的方法

说明书

一种井下工具，其包括：芯棒，其包括一个或多个螺纹；指状部件，其围绕所述芯棒设置；第一圆锥形部件，其也围绕所述芯棒设置；以及插入件，其设置在所述指状部件与所述第一圆锥形部件之间，并且接近指状部件的端部，其中所述指状部件包括经配置以从第一位置移动到第二位置的多个指状物。

技术领域

本发明总体上涉及用于油气钻井孔中的工具。更确切地说，本发明涉及可运行到钻井孔中且可用于钻井孔隔离的井下工具，以及与其相关的系统和方法。在特定实施例中，工具可以是由可钻孔的材料制成的复合的栓塞。

背景技术

油井或气井包括在表面(例如，地球表面)下方的一定深度处延伸到地层中的钻进孔，且通常内衬有管状物(例如，套管)以增加井的强度。许多商业可用的烃类源存在于“致密”的储层中，这意味着可能不易于提取目标烃类产品。这些储层的周围地层(例如，页岩)通常具有较低的穿透性，并且在不使用伴有压裂操作的钻孔的情况下从这种地层中以商业的量生产烃类(即，天然气、石油等)是不经济的。

压裂在行业中是常见的且在受欢迎程度与普遍接受度方面不断增长，其包括在相应的目标区域的下方或之外的钻井孔中使用栓塞套件，随后泵送或注射高压压裂流体到所述区域中。压裂操作导致地层的断裂或“裂缝”，从而允许操作者更容易地提取和生产烃类，并且可以按需要或必要重复进行直至所有目标区域断裂。

压裂栓塞用于隔离目标区域以进行压裂操作的目的。此类工具通常由耐用的金属构造，且具有可压缩材料构成的密封元件，所述密封元件也可以径向朝外扩展以啮合管状物且密封钻井孔的一部分区段，从而允许操作者控制流体的通道或流动。举例来说，通过在钻井孔中和/或与管状物形成压力密封，压裂栓塞允许加压的流体或固体处理目标区域或地层的隔离部分。

图1说明包括使用井下工具102的常规的堵塞系统100，所述井下工具102用于对钻孔到地层110中的钻井孔106的一部分区段进行堵塞。在适当时，工具或栓塞102可以借助于工作管柱105(例如，e-线路(e-line)、金属线路、挠性油管(coiledtubing)等)和/或通过安放工具112降入钻井孔106内。工具102通常包括具有可压缩的密封部件122的主体103，以抵靠着周围管状物(例如，套管108)的内表面107来密封工具102。工具102可以包括设置于一个或多个滑块109、滑块111之间的密封部件122，所述滑块用于帮助工具102保持在适当的位置。

在操作中，将力(通常相对于钻井孔106是轴向的)施加到滑块109、111和主体103。随着安放顺序的进行，滑块109相对于主体103和滑块111移动，密封部件122被致动，且驱动滑块109、111抵靠着对应的圆锥形表面104。这一移动轴向地压缩和/或径向地扩展可压缩部件122和滑块109、111，这导致从工具102向外推动这些组件以接触内壁107。以此方式，工具102提供了密封，预期所述密封能防止流体从钻井孔的一个区段113跨越或穿过工具102向另一区段115(或反之亦然，等等)，或向表面的转移。工具102还可包括内部通道(未示出)，所述通道在用户希望时允许在区段113与区段115之间的流体连通。时常借助于一个或多个额外的栓塞(例如，102A)隔离多个区段。

在适当的安装之后，栓塞可经受较高或极端的压力和温度条件，这意味着在不损坏栓塞或由密封元件形成的密封的情况下栓塞必须能够承受这些条件。高温通常被定义为高于200°F的井下温度，高压通常被定义为高于7,500psi的井下压力，且甚至超过15,000psi。极端钻井孔条件还可包括高和低的pH环境。在这些状况下，包括具有可压缩的密封元件的那些常规的工具可能由于降解而失效。举例来说，密封元件可能熔化、固化或以其它方式失去弹性，这导致形成密封屏障的能力的丧失。