[发明专利]井下工具及使用方法

说明书

一种适合用于钻井孔的井下工具，所述工具具有由反应性金属材料制成的芯棒，并且进一步具有芯棒端部，所述芯棒端部具有由内部凹槽界定的故障点，故障点壁厚可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内。所述井下工具还具有围绕所述芯棒设置的第一单件式金属滑块；围绕所述芯棒设置的第二单件式金属滑块；以及接近于所述第二滑块围绕所述芯棒设置并且与所述芯棒螺纹式啮合的下部套筒。

技术领域

本发明总体上涉及油气钻井孔中使用的井下工具以及相关系统和方法。更具体地说，本发明涉及可以运行到钻井孔中且可用于钻井孔隔离的井下工具及涉及所述工具的方法。在具体实施例中，井下工具可以是由可钻孔的材料制成的复合栓塞。在其它实施例中，井下工具可以具有一个或多个金属组件。一些组件可以由可溶解材料制成。

背景技术

油井或气井包含在表面(例如，地球表面)下方的一定深度处延伸到地层中的钻井孔，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制备烃类(即，气体、油等)是不经济的。

压裂在行业中是常见的，并且包含在相应的目标区域的下方或之外钻井孔中使用栓塞套件，随后泵送或注入高压压裂流体到所述区域中。图1说明包含使用井下工具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)、测井电缆、挠性油管等)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密封工具102。工具102可以包含安置于一个或多个滑块109与滑块111之间的密封部件122，所述密封部件122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)，或向表面的流体的传递。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。

在恰当的安装之后，栓塞可能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状况。高温通常被定义为高于200°F的井下温度，并且高压通常被定义为高于7,500psi的井下压力，且甚至超过15,000psi。极端钻井孔状况还可包含高和低pH环境。在这些状况下，包含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。

在生产操作开始之前，还必须移除栓塞以使得可进行生产管的安装。这通常通过穿过安放的栓塞钻孔进行，但是在一些例子中，可以从钻井孔基本上完整地移除栓塞。可取回的栓塞具有的常见问题是在栓塞顶部上的碎片的累积，这可能使得难以或不可能啮合和移除栓塞。此类碎片的累积也可能不利地影响栓塞内的各种零件的相对移动。此外，通过当前的取回工具，震动运动或抵靠着井套管的摩擦可能引起取回工具的意外开闩(引起工具进一步滑动到钻井孔中)或栓塞的再次锁定(由于栓塞锚定元件的激活)。此类这些的问题通常使得有必要钻出预期是可取回的栓塞。