井下工具以及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于井下工具的芯棒，所述芯棒可以包括主體，所述主體具有第一外徑的近端和第二外徑的遠(yuǎn)端、設(shè)置在所述遠(yuǎn)端上的第一組圓形螺紋，以及形成于所述近端與所述遠(yuǎn)端之間的所述主體上的過渡區(qū)域。在一些方面，所述芯棒可以是由細(xì)絲纏繞的復(fù)合材料制成的。
【專利說明】井下工具以及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(shí)施例中，所述工具可以是由可鉆孔材料制成的復(fù)合插塞。
【背景技術(shù)】
[0002]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(qiáng)度。多種具有商業(yè)價(jià)值的烴源是在“致密”儲層中發(fā)現(xiàn)的，也就是說目標(biāo)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操作的鉆孔的情況下從這種地層中生成烴(即，天然氣、石油等)是不經(jīng)濟(jì)的
[0003]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(gè)目標(biāo)區(qū)域下方或者之外的鉆井孔中使用插塞組，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(dǎo)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(jìn)行生產(chǎn)，并且可以按照意愿或者需要來重復(fù)進(jìn)行直到所有的目標(biāo)區(qū)域都破裂為止。
[0004]壓裂插塞用于隔離目標(biāo)區(qū)域以進(jìn)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(kuò)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，壓裂插塞使得壓力流體或固體對目標(biāo)區(qū)域或者地層的隔離部分進(jìn)行處理。
[0005]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Iio的鉆井孔106的一部分進(jìn)行堵塞。工具或者塞子102可以在適當(dāng)?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(shè)置在一個(gè)或多個(gè)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。
[0006]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。隨著安裝序列的推進(jìn)，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(yīng)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?cái)U(kuò)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(yù)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(shí)允許部分113與部分115之間的流體連通。時(shí)常地，多個(gè)部分是借助于一個(gè)或多個(gè)額外的插塞(例如，102A)而隔離的。[0007]通過適當(dāng)?shù)陌惭b，插塞可以經(jīng)受較高的或者極端的壓力和溫度條件，這意味著插塞必須能夠承受這些條件而不會發(fā)生插塞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，OOOpsi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(dǎo)致喪失形成密封屏障的能力。
[0008]在生產(chǎn)操作開始之前，還必須移除插塞，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插塞而發(fā)生的，但是在一些實(shí)例中，可以基本上完整地將插塞從鉆井孔中移除?？苫厥詹迦囊粋€(gè)常見的問題是插塞頂部的碎屑的累積，這可能會造成難以或者無法嚙合和移除插塞。此類碎屑累積還可能不利地影響插塞內(nèi)的多個(gè)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(dǎo)致工具進(jìn)一步滑入到鉆井孔中)，或者插塞的重新鎖定(由插塞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插塞。
[0009]然而，由于要求插塞能夠承受極端的井下條件，所以它們是出于耐久性和堅(jiān)韌性來構(gòu)造的，這通常會使得鉆穿過程變得困難。即使是可鉆孔的插塞通常也是由鑄鐵等金屬構(gòu)造的，可以使用鉆頭在鉆柱的端部鉆出所述插塞。鋼也可以在插塞的結(jié)構(gòu)主體中使用，以為安裝所述工具提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在工具中使用的金屬部分越多，那么穿孔操作需要的時(shí)間就越長。由于金屬組件是難以鉆穿的，所以此過程可能需要進(jìn)出鉆井孔的額外的往返以替換磨損的鉆頭。
[0010]鉆井孔中的插塞的使用并不是沒有其他問題的，因?yàn)檫@些工具會受到已知的故障模式。當(dāng)插塞準(zhǔn)備就位時(shí)，滑塊具有在插塞達(dá)到其目的地之前預(yù)先安裝的趨勢，從而導(dǎo)致了對殼體的損害和操作延遲。舉例來說，可能由于先前的壓裂留下的殘余物或碎屑(例如，沙子)而引起預(yù)先安裝。此外，已知的是常規(guī)的插塞不僅提供了與殼體的較差的密封，而且還提供了插塞組件之間的較差的密封。舉例來說，當(dāng)密封元件在壓縮下放置時(shí)，其表面并不總是與周圍的組件(例如，錐體等)適當(dāng)?shù)孛芊狻?br> [0011]井下工具通常是由從表面向下流動到所述工具的下墜球來啟動的，由此流體的壓力必須足夠克服鉆井孔流體的靜壓和浮力，以使得球能夠到達(dá)工具。壓裂流體還是高度加壓的，從而不僅將流體運(yùn)送到鉆井孔中并且穿過鉆井孔，而且還延伸到地層中以引起破裂。因此，井下工具必須能夠承受這些額外的較高的壓力。
[0012]在所屬領(lǐng)域中需要能夠以可行的且經(jīng)濟(jì)的方式隔離鉆井孔的新穎的系統(tǒng)和方法。在所屬領(lǐng)域中非常需要抵靠周圍的管狀物形成可靠且具有彈性的密封的井下堵塞工具。還需要基本上由更加容易且快速的進(jìn)行鉆孔的可鉆孔材料制成的井下工具。非常期望這些井下工具能夠快速且輕易地承受極端鉆井孔條件，并且同時(shí)是較廉價(jià)、較小、較輕，并且可以在與鉆孔和完成操作相關(guān)聯(lián)的高壓的存在下使用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于井下工具的芯棒，所述芯棒可以包括主體，所述主體具有第一外徑的近端和第二外徑的遠(yuǎn)端、設(shè)置在所述遠(yuǎn)端上的第一組圓形螺紋，以及形成于所述近端與所述遠(yuǎn)端之間的所述主體上的過渡區(qū)域。在一些方面，所述芯棒可以是由細(xì)絲纏繞的復(fù)合材料制成的。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具可以包括:復(fù)合芯棒，所述芯棒具有至少一組螺紋；復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件由第一材料制成并且包含第一部分和第二部分；以及圍繞芯棒設(shè)置的滑塊。在一些方面，將井下工具安裝在鉆井孔中可以包括滑塊的至少一部分與周圍管狀物緊咬嚙合，以及密封元件與周圍管狀物無縫式嚙合。
[0015]第二部分可以包括傾斜表面，且第一部分包含至少一個(gè)凹槽?？梢杂姓澈系降谝徊糠智抑辽俨糠痔畛涞街辽僖粋€(gè)凹槽中的第二材料。所述滑塊可以具有一體式配置并且可以配置有設(shè)置在其中的至少一個(gè)凹槽或起伏。
[0016]復(fù)合芯棒可以包括遠(yuǎn)端、近端，以及形成在其中的孔。復(fù)合芯棒可以配置有在近端沿孔的表面設(shè)置的第二組螺紋。圓形螺紋可以在遠(yuǎn)端沿外部芯棒表面設(shè)置。復(fù)合芯棒可以由細(xì)絲纏繞的材料制成或組成。在一些方面。第二組螺紋可以是切變螺紋。
[0017]復(fù)合芯棒可以與適配器耦合，所述適配器配置有與切變螺紋匹配的對應(yīng)的螺紋。施加到芯棒的負(fù)載必須足夠大以對第二組螺紋進(jìn)行剪切。
[0018]所述井下工具可以包括軸。復(fù)合芯棒可以與套管耦合，所述套管配置有與至少一組圓形螺紋匹配的對應(yīng)的螺紋，使得工具的安裝可以使得負(fù)載力以遠(yuǎn)離軸的角度沿圓形螺紋進(jìn)行分布。
[0019]在一些方面，第一部分可以包括外表面，內(nèi)表面、頂部邊緣、底部邊緣。至少一個(gè)凹槽的深度可以從外表面延伸到內(nèi)表面，以及/或者至少一個(gè)凹槽可以從圍繞底部邊緣到圍繞頂部邊緣而形成。在安裝井下工具之后，第一部分可以在離開軸的徑向方向上擴(kuò)展，以及/或者復(fù)合部件和密封元件可以壓縮在一起以在其間形成強(qiáng)化的屏障。復(fù)合芯棒和第一材料可以各自由細(xì)絲纏繞的可鉆孔材料組成。
[0020]本發(fā)明的另外的其他實(shí)施例涉及用于分離鉆井中的區(qū)域的井下工具，所述井下工具可以包括:復(fù)合芯棒，所述芯棒具有用于與安裝工具匹配的第一組螺紋以及用于耦合到下部套管的第二組螺紋；圍繞芯棒設(shè)置的密封元件，所述密封元件經(jīng)配置以響應(yīng)于施加在密封元件上的力徑向地彎曲或擴(kuò)展；以及圍繞復(fù)合芯棒設(shè)置并且靠近密封元件的復(fù)合部件，所述復(fù)合部件包含具有設(shè)置在其中的一個(gè)或多個(gè)凹槽的可變形部分。
[0021]在一些方面，井下工具可以包括:第一錐體，所述錐體圍繞復(fù)合芯棒設(shè)置并且靠近密封元件的第二端；金屬滑塊，所述滑塊圍繞復(fù)合芯棒設(shè)置并且與第一錐體的傾斜表面嚙合；承重板，所述承重板圍繞復(fù)合芯棒設(shè)置，其中所述承重板經(jīng)配置以將負(fù)載從安裝套管傳遞到金屬滑塊；以及具有一體式配置的復(fù)合滑塊，所述復(fù)合滑塊圍繞復(fù)合芯棒設(shè)置并且鄰近第二錐體的外部逐漸變細(xì)的表面，其中所述下部套管圍繞復(fù)合芯棒設(shè)置并且靠近金屬滑塊的逐漸變細(xì)端。
[0022]復(fù)合芯棒可以包括形成于其中的流動路徑。第一組螺紋可以是設(shè)置在復(fù)合芯棒的內(nèi)表面上的切變螺紋。切變螺紋可以經(jīng)配置以在受到預(yù)定的軸向力時(shí)進(jìn)行剪切，造成井下工具不再與安裝工具連接。在一些方面，所述預(yù)定的力可以大于安裝井下工具所需的力但是小于分開工具的主體所需的力。
[0023]井下工具可以包括復(fù)合芯棒，所述芯棒配置有密封表面以接收球，所述球限制在至少一個(gè)方向上通過流動通道的流體流動。井下工具也可以包括預(yù)定的故障點(diǎn)，所述故障點(diǎn)經(jīng)配置以在大于安裝工具所需的力但是小于分開工具的主體所需的力的預(yù)定軸向力下發(fā)生剪切。
[0024]井下工具可以包括配置有圓形螺紋的第二組螺紋。工具的金屬滑塊可以由硬化鑄鐵形成。所述金屬滑塊可以配置有設(shè)置在其中的低密度材料。所述低密度材料可以是玻璃泡填充的環(huán)氧樹脂。井下工具可以是從由壓裂塞、橋塞、雙向橋塞以及消除塞組成的組中選擇出來的。
[0025]井下工具可以經(jīng)配置以與安裝工具中的抗旋轉(zhuǎn)總成嚙合。井下工具可以包括與主體嚙合的套管外殼，其中所述抗旋轉(zhuǎn)總成設(shè)置在套管外殼中。所述抗旋轉(zhuǎn)總成可以包括抗旋轉(zhuǎn)裝置，以及與抗旋轉(zhuǎn)裝置嚙合的鎖定環(huán)。
[0026]井下工具的金屬滑塊可以進(jìn)一步包括滑塊主體、包含緊咬元件的外表面，以及配置用于接收芯棒的內(nèi)表面，其中所述滑塊主體包含形成于其中的至少一個(gè)孔，并且其中有浮力的材料設(shè)置于所述孔中。金屬滑塊可以由鑄鐵制成并且是表面硬化的。外表面可以具有在大約40到大約60的范圍內(nèi)的洛氏硬度，以及/或者內(nèi)表面可以具有在大約10到大約25的范圍內(nèi)的洛氏硬度。有浮力的材料是從由聚氨酯、輕質(zhì)珠子、環(huán)氧樹脂以及玻璃泡組成的組中選擇出來的。
[0027]井下工具的復(fù)合滑塊可以包括具有其周圍的至少部分連接性的圓形滑塊主體，以及至少一個(gè)設(shè)置在其中的凹槽。所述復(fù)合滑塊可以進(jìn)一步包括設(shè)置在其中的兩個(gè)或兩個(gè)以上交替布置的凹槽或起伏。
[0028]在另外的其他實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于井下工具的芯棒，所述芯棒具有主體，所述主體具有第一外徑的近端和第二外徑的遠(yuǎn)端、設(shè)置在遠(yuǎn)端上的一組圓形螺紋、形成于近端與遠(yuǎn)端之間的主體上的過渡區(qū)域。
[0029]在一些方面，所述芯棒可以由復(fù)合材料制成。所述復(fù)合材料可以是細(xì)絲纏繞的。第一外徑可以大于第二外徑。芯棒可以包括流動孔。流動孔可以在近端與遠(yuǎn)端之間延伸或者從近端延伸到遠(yuǎn)端。流動孔可以包括球式止回閥。
[0030]芯棒可以包括沿著主體的外表面，以及/或者沿著流動孔的內(nèi)表面。圓形螺紋可以設(shè)置或形成在外表面上，以及/或者一組切變螺紋可以設(shè)置或形成在內(nèi)表面上。芯棒可以包括沿著主體的外表面。圓周錐形物可以在近端附近形成在外表面上。近端可以包括球座，所述球座經(jīng)配置以接收墜球。
[0031]本發(fā)明的另外的其他實(shí)施例涉及用于井下工具的芯棒，所述芯棒可以包括主體，所述主體具有包含切變螺紋和第一外徑的近端以及包含圓形螺紋和第二外徑的遠(yuǎn)端，其中所述芯棒是由復(fù)合細(xì)絲纏繞的材料制成的。第一外徑可以大于第二外徑。
[0032]芯棒可以包括形成于近端與遠(yuǎn)端之間的主體上的過渡區(qū)域。芯棒可以包括流動孔，所述流動孔設(shè)置在近端與遠(yuǎn)端之間。流動孔可以包括球式止回閥。芯棒可以包括沿著主體的外表面，以及沿著流動孔的內(nèi)表面。圓形螺紋可以設(shè)置或形成在外表面上，并且一組切變螺紋可以設(shè)置或形成在內(nèi)表面上。芯棒可以包括沿著主體的外表面。錐形物可以在近端附近形成在外表面上。過渡區(qū)域可以包括傾斜的過渡表面。近端可以包括球座，所述球座經(jīng)配置以接收墜球。
[0033]本發(fā)明的另外的其他實(shí)施例涉及可以具有內(nèi)部切變螺紋輪廓的復(fù)合芯棒，其中所述切變螺紋經(jīng)配置以在受到預(yù)定的軸向力時(shí)發(fā)生剪切，使得安裝工具不再與井下工具連接，其中所述切變螺紋經(jīng)配置以在大于安裝所述井下工具所需的力且小于分開主體所需的力的預(yù)定的軸向力下發(fā)生剪切。
[0034]所述芯棒可以進(jìn)一步包括具有第一外徑的近端，以及包含圓形螺紋和第二外徑的遠(yuǎn)端，其中所述芯棒是由復(fù)合細(xì)絲纏繞的材料制成的，并且其中第一外徑大于第二外徑。
[0035]本發(fā)明的另外的其他實(shí)施例涉及用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具可以包括復(fù)合芯棒，所述芯棒具有主體，所述主體具有近端和遠(yuǎn)端、設(shè)置在遠(yuǎn)端上的一組圓形螺紋，以及在近端與遠(yuǎn)端之間形成在主體上的過渡區(qū)域，并且具有傾斜的過渡表面。
[0036]所述井下工具可以包括:復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件是由第一材料制成的并且包含第一部分和第二部分；以及承重板，所述承重板圍繞芯棒設(shè)置并且與傾斜的過渡表面嚙合。井下工具的安裝可以包括或使得復(fù)合部件和密封元件至少部分地與周圍管狀物嚙合。
[0037]在一些方面，所述工具的芯棒可以包括配置有切變螺紋和第一外徑的近端，以及配置有第二外徑的遠(yuǎn)端。復(fù)合芯棒可以由細(xì)絲纏繞的材料制成。第一外徑可以大于第二外徑。芯棒可以包括流動孔，所述流動孔可以從近端延伸到遠(yuǎn)端或者在近端與遠(yuǎn)端之間延伸。流動孔可以具有設(shè)置在其中的球式止回閥。
[0038]在一些方面，芯棒可以具有沿著主體的外表面，以及沿著流動孔的內(nèi)表面。圓形螺紋可以形成在外表面上，以及/或者一組切變螺紋可以在近端處形成在內(nèi)表面上。芯棒可以包括沿著主體的外表面，并且其中圓周錐形物在近端附近形成在外表面上。過渡區(qū)域可以按某種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)或配置以用于力的分配，這是由芯棒與承重板之間的壓縮引起的。過渡區(qū)域可以經(jīng)配置以沿著相對于芯棒的軸的角對剪切力進(jìn)行分配。近端可以包括球座，所述球座經(jīng)配置以接收墜球。所述工具還可以包括圍繞芯棒設(shè)置的一體式復(fù)合滑塊。所述工具還可以包括圍繞芯棒設(shè)置的一體式熱處理金屬滑塊。本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及一種安裝井下工具的方法，以將鉆井孔的一個(gè)或多個(gè)部分隔離，所述方法可以包括使井下工具進(jìn)入到鉆孔中的期望的位置，所述井下工具具有:復(fù)合芯棒，所述芯棒配置有一組圓形螺紋和一組切變螺紋；復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件是由第一材料制成的并且包含可變形部分和彈性部分。
[0039]所述方法可以包括使復(fù)合芯棒承受拉伸負(fù)載，從而使得密封元件軸向彎曲并且向外擴(kuò)展，并且還使得密封元件抵靠著復(fù)合部件進(jìn)行壓縮，其中可變形部分徑向向外擴(kuò)展并且密封元件與周圍管狀物嚙合，并且當(dāng)拉伸負(fù)載足夠?qū)λ鼋M的切變螺紋進(jìn)行剪切時(shí)使井下工具不再同與其耦合的安裝工具連接。
[0040]所述方法可以包括使用具有滑塊的井下工具，所述滑塊包含一體式配置并且具有設(shè)置在其中的兩個(gè)或兩個(gè)以上交替布置的凹槽，所述第二滑塊靠近錐體的第二端設(shè)置并且與錐體的第二端嚙合。井下工具的安裝可以包括滑塊的至少一部分與周圍管狀物緊咬嚙
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[0041]所述方法可以包括將流體從表面注射到鉆井孔中，并且隨后注射到緊靠鉆井孔的地層的至少一部分中，其中所述井下工具進(jìn)一步包含圍繞芯棒設(shè)置的錐體并且具有第一端和第二端，并且其中所述第一端經(jīng)配置用于與密封元件嚙合。
[0042]所述方法可以包括配置有芯棒的井下工具的使用，所述芯棒具有遠(yuǎn)端和近端以及形成在其間的孔。切變螺紋可以在近端沿著孔的表面形成或設(shè)置。圓形螺紋可以在遠(yuǎn)端沿外部芯棒表面形成或設(shè)置。所述方法還可以包括壓裂流體的使用，并且其中所述壓裂流體被注射到圍繞鉆井孔的第一部分的地層的至少一部分中。
[0043]所述方法可以包括在安裝所述井下工具之后使第二井下工具進(jìn)入到鉆井孔中、安裝第二井下工具、執(zhí)行壓裂操作，以及/或者鉆穿所述井下工具和第二井下工具。
[0044]所述方法的井下工具可以包括軸，其中芯棒與套管耦合，所述套管配置有與圓形螺紋匹配的對應(yīng)的螺紋，并且其中工具的安裝使負(fù)載力以遠(yuǎn)離所述軸的角沿著圓形螺紋進(jìn)行分配。
[0045]本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于井下工具的復(fù)合部件，所述復(fù)合部件可以包括彈性部分和可變形部分?？勺冃尾糠挚梢跃哂兄辽僖粋€(gè)形成于其中的凹槽。所述凹槽可以以螺旋圖案形成?？勺冃尾糠挚梢园ǘ鄠€(gè)形成于其中螺旋凹槽。
[0046]復(fù)合部件可以是由細(xì)絲纏繞材料、纖維玻璃織物纏繞材料以及模制纖維玻璃復(fù)合物中的一者制成的。復(fù)合部件可以包括第一材料或者可以由第一材料制成。第二材料可以圍繞可變形部分形成。多個(gè)凹槽中的每一個(gè)可以填充有第二材料。在一些方面，復(fù)合部件可以用于井下工具中，所述井下工具是壓裂塞。
[0047]彈性部分和可變形部分可以由第一材料制成。彈性部分可以包括傾斜表面。第二材料可以粘合到可變形部分并且至少部分填充到凹槽中。螺旋圖案可以包括沿著復(fù)合部件的軸的恒定的螺距。螺旋圖案可以包括沿著復(fù)合部件的軸的可變的螺距。螺旋圖案可以包括相對于復(fù)合部件的軸以一定角度傾斜的恒定的螺距。螺旋圖案可以包括相對于復(fù)合部件的軸以一定角度傾斜的可變的螺距。在一些方面，可變形部分可以包括非盤旋凹槽?？梢杂腥齻€(gè)凹槽形成于復(fù)合部件中。
[0048]在一些方面，螺旋圖案包含可變形部件的外表面上的恒定的螺距、恒定的半徑，以及/或者螺旋圖案可以包括可變形部件的內(nèi)表面上的恒定的螺距、可變的半徑。在其他方面，螺旋圖案可以包括可變形部分的外表面上的可變的螺距、恒定的半徑，以及/或者螺旋圖案可以包括可變形部分的內(nèi)表面上的可變的螺距、可變的半徑。
[0049]本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及用于井下工具的復(fù)合部件，所述部件可以包括彈性部分和可變形部分，所述可變形部分整合到所述彈性部分并且配置有多個(gè)形成于其中的螺旋凹槽。所述可變形部分可以包括第一材料。第二材料可以圍繞可變形部分形成。在一些方面，多個(gè)凹槽中的每一個(gè)可以填充有第二材料。復(fù)合部件可以是由細(xì)絲纏繞材料、纖維玻璃織物纏繞材料以及模制纖維玻璃復(fù)合物中的一者制成或形成的。井下工具可以從由壓裂塞和橋塞組成的組中選擇出來。
[0050]本發(fā)明中公開的其他實(shí)施例涉及用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具可以包括芯棒，以及復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合。復(fù)合部件可以由第一材料制成并且還包括第一部分和第二部分。第一部分可以包括外表面，內(nèi)表面、頂部和底部。至少一個(gè)螺旋凹槽的深度可以從外表面延伸到內(nèi)表面。至少一個(gè)螺旋凹槽可以螺旋式形成在圍繞底部到圍繞頂部之間。
[0051]本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具可以包括:芯棒，所述芯棒具有至少一組圓形螺紋；復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中復(fù)合部件由第一材料制成并且包含第一部分和第二部分；第一滑塊，所述第一滑塊圍繞芯棒設(shè)置并且配置用于與傾斜表面嚙合；錐體，所述錐體圍繞芯棒設(shè)置并且具有第一端和第二端，其中所述第一端經(jīng)配置用于與密封元件嚙合；以及第二滑塊，所述第二滑塊與所述錐體的第二端嚙合。將井下工具安裝在鉆井孔中可以包括第一滑塊和第二滑塊與周圍管狀物緊咬嚙合，以及密封元件與周圍管狀物無縫式嚙
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[0052]本發(fā)明的另外的其他實(shí)施例涉及一種安裝井下工具的方法，以將鉆井孔的一個(gè)或多個(gè)部分隔離，所述方法可以包括使井下工具進(jìn)入到鉆孔中的期望的位置。所述井下工具可以包括:芯棒，所述芯棒包含一組圓形螺紋和一組切變螺紋；復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件是由第一材料制成的并且包含可變形部分和彈性部分；第一滑塊，所述第一滑塊圍繞芯棒設(shè)置并且經(jīng)配置用于與彈性部分哨合。
[0053]本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于分離鉆井孔或地層中的區(qū)域的井下工具，所述井下工具可以包括:配置有穿過其中的流動通道的芯棒，所述芯棒配適有用于與安裝工具匹配的第一組螺紋以及用于耦合到下部套管的第二組螺紋；圍繞芯棒設(shè)置的密封元件，所述密封元件經(jīng)配置以響應(yīng)于施加在密封元件上的力從第一位置徑向擴(kuò)展到第二位置；以及圍繞芯棒設(shè)置并且靠近密封元件的復(fù)合部件，所述復(fù)合部件包含具有設(shè)置在其中的一個(gè)或多個(gè)凹槽的可變形部分。
[0054]第一組螺紋可以包括設(shè)置在芯棒的內(nèi)表面上的切變螺紋。所述切變螺紋可以經(jīng)配置以與安裝工具嚙合。所述切變螺紋可以經(jīng)配置以在受到預(yù)定的軸向力時(shí)發(fā)生剪切。剪切可以導(dǎo)致井下工具不再與安裝工具連接。切變螺紋可以經(jīng)配置以在大于安裝井下工具所需的力但是小于分開工具的主體所需的力的預(yù)定軸向力下進(jìn)行剪切。
[0055]芯棒可以配置有密封表面以接收球，所述球限制在至少一個(gè)方向上通過流動通道的流體流動。在一些方面，芯棒、復(fù)合部件以及滑塊中的至少一個(gè)可以由一種或多種復(fù)合材料組成。
[0056]本發(fā)明中公開的實(shí)施例涉及用于井下工具的芯棒，所述芯棒可以包括主體，所述主體具有第一外徑的近端和第二外徑的遠(yuǎn)端、一組設(shè)置在遠(yuǎn)端上的圓形螺紋、形成于近端與遠(yuǎn)端之間的主體上的過渡區(qū)域。第一外徑可以大于第二外徑。
[0057]本發(fā)明的另外的其他實(shí)施例涉及用于井下工具的芯棒，所述芯棒可以包括主體，所述主體具有包含切變螺紋和第一外徑的近端以及包含圓形螺紋和第二外徑的遠(yuǎn)端。芯棒可以由復(fù)合的細(xì)絲纏繞的材料制成。第一外徑可以大于第二外徑。
[0058]在另外的其他實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具可以包括復(fù)合芯棒，所述芯棒可以包括具有近端和遠(yuǎn)端的主體、設(shè)置在遠(yuǎn)端上的一組圓形螺紋，以及在近端與遠(yuǎn)端之間形成在主體上的過渡區(qū)域，并且具有傾斜的過渡表面。所述工具可以進(jìn)一步包括:復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件是由第一材料制成的并且包含第一部分和第二部分；以及承重板，所述承重板圍繞芯棒設(shè)置并且與傾斜的過渡表面嚙合。井下工具的安裝可以包括復(fù)合部件和密封元件至少部分地與周圍管狀物嚙合。
[0059]在另外的其他實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于井下工具的金屬滑塊，所述滑塊可以包括滑塊主體、包含緊咬元件的外表面，以及經(jīng)配置用于接收芯棒的內(nèi)表面?；瑝K主體可以包括至少一個(gè)形成在其中的孔。有浮力的材料可以設(shè)置在所述孔中。外表面可以是熱處理的。所述主體可以包括多個(gè)孔，每個(gè)孔具有設(shè)置在其中的有浮力的材料。緊咬元件可以包括鋸齒。金屬滑塊可以是表面硬化的。在一些方面，外表面可以具有在大約40到大約60的范圍內(nèi)的洛氏硬度，以及/或者內(nèi)表面可以具有在大約10到大約25的范圍內(nèi)的洛氏硬度。
[0060]在另外的其他實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具可以包括:芯棒，所述芯棒包含主體，所述主體具有近端和遠(yuǎn)端，以及設(shè)置在遠(yuǎn)端上的一組圓形螺紋；復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中復(fù)合部件由第一材料制成并且包含第一部分和第二部分；以及金屬滑塊，所述金屬滑塊圍繞芯棒設(shè)置并且與所述復(fù)合部件嚙合。金屬滑塊可以包括:圓形滑塊主體，所述主體包含設(shè)置在其中的有浮力的材料；包含緊咬元件的外表面；以及經(jīng)配置用于接收芯棒的內(nèi)表面。外表面可以具有在大約40到大約60的范圍內(nèi)的洛氏硬度，以及/或者內(nèi)表面可以具有在大約10到大約25的范圍內(nèi)的洛氏硬度。
[0061 ] 本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及經(jīng)配置用于抗旋轉(zhuǎn)的井下工具，所述井下工具可以包括與主體嚙合的套管外殼、設(shè)置在所述套管外殼中的抗旋轉(zhuǎn)總成。所述總成可以包括抗旋轉(zhuǎn)裝置，以及與抗旋轉(zhuǎn)裝置嚙合的鎖定環(huán)?？剐D(zhuǎn)裝置可以從由彈簧、機(jī)械式彈簧賦能部件以及復(fù)合管狀件組成的組中選擇?？剐D(zhuǎn)總成可以經(jīng)配置并且用于防止井下工具組件的不期望或意外的移動或解繞。鎖定環(huán)可以包括引導(dǎo)孔，由此抗選擇裝置的一端可以滑動式地與之嚙合。
[0062]井下工具可以進(jìn)一步包括與芯棒嚙合的抗旋轉(zhuǎn)裝置，其中芯棒端配置有突起，所述突起允許所述裝置在第一方向上旋轉(zhuǎn)，但是所述突起防止裝置在第二方向上旋轉(zhuǎn)。抗旋轉(zhuǎn)總成可以經(jīng)配置以防止井下工具組件發(fā)生松弛、擰松，或防止這兩者。
[0063]在另外的其他實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于井下工具的復(fù)合滑塊，所述滑塊可以包括圓形滑塊主體，所述主體具有一體式配置，所述配置具有設(shè)置在其中的至少一個(gè)凹槽。所述滑塊可以包括設(shè)置在其中的兩個(gè)或兩個(gè)以上交替布置的凹槽。復(fù)合滑塊可以設(shè)置或布置在井下工具中，靠近錐體的一端且與錐體的一端嚙合。井下工具的安裝可以包括復(fù)合滑塊的至少一部分與周圍管狀物緊咬嚙合。圓形滑塊主體可以包括圍繞整個(gè)滑塊主體的至少部分的連接性。
[0064]本發(fā)明的另外的其他實(shí)施例涉及用于井下工具的復(fù)合滑塊，所述滑塊可以包括:圓形滑塊主體，所述滑塊主體具有帶圍繞整個(gè)圓形滑塊主體的至少部分的連接性的一體式配置；以及至少兩個(gè)設(shè)置在其中的凹槽?；瑝K主體可以由細(xì)絲纏繞的材料制成或形成。所述凹槽可以交替地布置。在一些方面，復(fù)合滑塊可以設(shè)置在井下工具中，靠近錐體的一端且與錐體的一端嚙合。井下工具的安裝可以包括復(fù)合滑塊的至少一部分與周圍管狀物緊咬嚙合。圓形主體可以包括至少三個(gè)凹槽。所述至少三個(gè)凹槽可以彼此等距間隔。
[0065]通過以下【具體實(shí)施方式】和附圖，這些和其他實(shí)施例、特征以及優(yōu)勢將更加顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0066]為了更詳細(xì)地描述本發(fā)明，現(xiàn)在將參考以下附圖，其中:
[0067]圖1是常規(guī)堵塞系統(tǒng)的流程圖；
[0068]圖2A至圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有井下工具的系統(tǒng)的等距視圖；[0069]圖2C至圖2E分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具的縱視圖、縱視截面圖，以及等距組件分解視圖；
[0070]圖3A至圖3D示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的芯棒的多個(gè)視圖；
[0071]圖4A至圖4B示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的密封元件的多個(gè)視圖；
[0072]圖5A至圖5G示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的一個(gè)或多個(gè)滑塊；
[0073]圖6A至圖6E示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的復(fù)合可變形部件(及其子部件)的多個(gè)視圖；
[0074]圖7A和圖7B示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的承重板的多個(gè)視圖；
[0075]圖8A和圖8B示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的一個(gè)或多個(gè)錐體的多個(gè)視圖；
[0076]圖9A和圖9B分別示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的下部套筒的等距視圖以及縱視截面圖；
[0077]圖1OA和圖1OB示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具一起使用的球座的多個(gè)視圖；
[0078]圖1lA和圖1lB示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的配置有多個(gè)復(fù)合部件和金屬滑塊的井下工具的多個(gè)視圖；
[0079]圖12A和圖12B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的封裝井下工具的多個(gè)視圖；
[0080]圖13A、圖13B、圖13C和圖13D示出了可以與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的滑塊一起使用的插件的多個(gè)實(shí)施例；以及
[0081]圖14A和圖14B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的井下工具的多種配置的縱視截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0082]本發(fā)明揭示了涉及可用于鉆井孔操作的井下工具的新穎的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，在本發(fā)明中對所述井下工具進(jìn)行了詳細(xì)描述。
[0083]根據(jù)本發(fā)明所揭示的實(shí)施例的井下工具可以包括一個(gè)或多個(gè)錨固滑塊、可以與所述滑塊嚙合的一個(gè)或多個(gè)壓縮錐，以及設(shè)置在其間的可壓縮密封元件，所有的這些可以配置成或者設(shè)置成圍繞芯棒。所述芯棒可以包括，所述朝向所述工具的一端開口，并且延伸所述工具的相對端。在實(shí)施例中，所述井下工具可以是壓裂塞或者橋塞。因此，所述井下工具可以適用于壓裂操作。在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，所述井下工具可以是由可鉆孔材料制成的復(fù)合壓裂塞，所述塞適用于在縱向或橫向鉆井孔中使用。
[0084]可用于隔離鉆井孔的部分的井下工具可以包括具有第一組螺紋和第二組螺紋的芯棒。所述工具可以包括復(fù)合部件，所述部件圍繞芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞芯棒設(shè)置的密封元件嚙合。根據(jù)本發(fā)明，所述復(fù)合部件可以是部分可變形的。舉例來說，在施加負(fù)載之后，復(fù)合部件的一部分，例如，彈性部分，可以承受負(fù)載且維持其原始形狀和配置而僅有非常少的偏斜或變形或者沒有偏斜或變形。與此同時(shí)，負(fù)載可能導(dǎo)致另一部分，例如，可變形部分，經(jīng)歷偏斜或變形到一定程度使得可變形部分由其原始位置和/或位置改變形狀。
[0085]因此，復(fù)合部件可以具有第一部分和第二部分，或者類似地上部部分和下部部分。應(yīng)注意第一、第二、上部、下部等等僅僅是出于描述性和/或說明性的角度的，因此復(fù)合部件并不局限于任何特定的取向。在實(shí)施例中，上部(或可變形)部分以及下部(或彈性)部分可以由第一材料制成。彈性部分可以包括傾斜表面，而可變形部分可以包括至少一個(gè)凹槽。第二材料可以粘合或者模制到復(fù)合部件(或者與其粘合或模制在一起)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，第二材料可以粘合到可變形部分，且至少部分填充到至少一個(gè)凹槽中。
[0086]可變形部分可以包括外表面，內(nèi)表面、頂部邊緣和底部邊緣。至少一個(gè)凹槽的深度(寬度)可以從外表面延伸到內(nèi)表面。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)凹槽可以從圍繞底部邊緣到圍繞頂部邊緣沿著或者在可變形部分中形成于螺旋或盤旋圖案中。凹槽圖案并不意味著限制于任何特定的取向，因此任何凹槽可以具有可變的螺距和可變的半徑。
[0087]在實(shí)施例中，可以相對于工具(或工具組件)軸以大約60度到大約120度的范圍內(nèi)的背錐角對至少一個(gè)凹槽進(jìn)行切割?？梢杂卸鄠€(gè)凹槽形成于復(fù)合部件內(nèi)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，可以有大約二到三個(gè)類似的螺旋形式的凹槽位于復(fù)合部件中。在其他實(shí)施例中，凹槽之間可以具有基本上等距的間隔。在另外的其他實(shí)施例中，背錐角可以為大約75度(例如，向下或者向外傾斜)。
[0088]井下工具可以包括第一滑塊，所述滑塊圍繞芯棒設(shè)置并且配置用于與復(fù)合部件嚙合。在一項(xiàng)實(shí)施例中，第一滑塊可以與復(fù)合部件的彈性部分的傾斜表面嚙合。井下工具可以進(jìn)一步包括圍繞芯棒設(shè)置的錐體件。錐體件可以包括第一端和第二端，其中所述第一端可以配置用于與密封元件嚙合。井下工具也可以包括第二滑塊，所述滑塊配置用于與錐體接觸。在一項(xiàng)實(shí)施例中，在安裝期間第二滑塊可以移動到與錐體的第二端嚙合或者壓縮錐體的第二端。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，第二滑塊可以具有一體式配置，至少一個(gè)凹槽或起伏設(shè)置在其中。
[0089]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，鉆井孔中的井下工具的安裝可以包括第一滑塊和第二滑塊與周圍管狀物的緊咬嚙合、密封元件與周圍管狀物的密封嚙合，以及/或者將足夠使一組螺紋中的一個(gè)發(fā)生切變的負(fù)載施加到芯棒。
[0090]任何的滑塊可以是復(fù)合材料或金屬(例如，鑄鐵)。任何的滑塊可以包括緊咬元件，例如，插入件、鈕扣、齒、鋸齒等，所述元件經(jīng)配置以提供所述工具與周圍表面，例如，管狀物的緊咬嚙合。在一項(xiàng)實(shí)施例中，第二滑塊可以包括設(shè)置在其周圍的多個(gè)插入件。在一些方面，任何的插入件可以配置有平坦表面，而在其他方面，任何的插入件可以配置有凹陷表面(相對于面朝鉆井孔)。
[0091]井下工具(或者工具組件)可以包括縱向軸，所述軸包括中心長軸。在井下工具的安裝期間，復(fù)合部件的可變形部分可以擴(kuò)展或“開花”，例如在遠(yuǎn)離所述軸的徑向方向上。安裝可以進(jìn)一步導(dǎo)致復(fù)合部件和密封元件壓縮在一起以在其間形成強(qiáng)化密封或屏障。在實(shí)施例中，在對密封元件進(jìn)行壓縮之后，密封元件可能會圍繞設(shè)置在其中的內(nèi)部圓周通道或凹槽而部分坍塌或彎曲。
[0092]芯棒可以具有遠(yuǎn)端和近端。在其間可以形成有孔。在一項(xiàng)實(shí)施例中，芯棒上的一組螺紋中的一個(gè)可以是切變螺紋。在其他實(shí)施例中，一組螺紋中的一個(gè)可以是在近端沿著孔的表面設(shè)置的切變螺紋。在另外的其他實(shí)施例中，一組螺紋中的一個(gè)可以是圓形螺紋。舉例來說，一組螺紋中的一個(gè)可以是沿著外部芯棒表面，例如在遠(yuǎn)端，設(shè)置的圓形螺紋。圓形螺紋可以用于組裝和安裝負(fù)載保持。
[0093]芯棒可以耦合有安裝適配器，所述適配器配置有與第一組螺紋匹配的對應(yīng)的螺紋。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述適配器可以配置用于使流體從其中流過。芯棒也可以耦合有套管，所述套管配置有與芯棒的一端上的螺紋匹配的對應(yīng)的螺紋。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述套管可以與第二組螺紋匹配。在其他實(shí)施例中，工具的安裝可能導(dǎo)致以遠(yuǎn)離軸取向的角度的沿著第二組螺紋的負(fù)載力的分布。
[0094]雖然未進(jìn)行限制，但是井下工具或者其任何組件可以由復(fù)合材料制成。在一項(xiàng)實(shí)施例中，芯棒、錐體，以及第一材料各自由細(xì)絲纏繞的可鉆孔材料組成。
[0095]在實(shí)施例中，可以將e線路或金屬線路機(jī)構(gòu)與部署和/或安裝所述工具結(jié)合使用?？梢杂蓄A(yù)先確定的壓力設(shè)置，其中當(dāng)出現(xiàn)過量的壓力時(shí)會在芯棒上生成拉伸負(fù)載，所述負(fù)載導(dǎo)致間接地位于芯棒與安裝套管之間的對應(yīng)的壓力。靜態(tài)安裝套管的使用可能導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)滑塊移動到與周圍管狀物(例如，殼體柱)接觸或者與周圍管狀物牢固緊咬，以及密封元件的壓縮(以及/或者坍塌)。密封元件的軸向壓縮可以(但是非必須的)實(shí)質(zhì)上與其向外的徑向擴(kuò)展同時(shí)并且與周圍管狀物密封嚙合。為了使工具從安裝機(jī)構(gòu)(或者金屬線路適配器)脫離，必須將足夠的張力施加給芯棒，以使得其匹配的螺紋發(fā)生切變。
[0096]當(dāng)鉆穿所述工具時(shí)，與芯棒嚙合的下部套管(由錨固銷、剪切銷等緊固就位)可以協(xié)助于防止工具旋轉(zhuǎn)。隨著工具鉆穿的進(jìn)行，所述銷可能被毀壞或者掉落，并且下部套管可能從芯棒中釋放并且進(jìn)一步落入到鉆井孔中以及/或者與另一井下工具嚙合，協(xié)助于在其鉆穿期間與隨后的工具鎖定。鉆穿可以繼續(xù)直到將井下工具從與周圍管狀物的嚙合中移除。
[0097]現(xiàn)在同時(shí)參考圖2A和圖2B，示出了說明了本發(fā)明中公開的實(shí)施例的具有井下工具202的系統(tǒng)200的等距視圖。圖2B描繪了形成于地層210中的鉆井孔206，其中管狀物208設(shè)置在所述鉆井孔中。在一項(xiàng)實(shí)施例中，管狀物208可以是殼體(例如,殼體、懸掛殼體、殼體柱等)(它們可以是粘合的)。可以使用工作線212 (它可以包括與適配器252耦合的安裝工具的部分217)將井下工具202定位或放置到鉆井孔206中并且從鉆井孔中穿過到達(dá)期望的位置。
[0098]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，工具202可以配置為堵塞工具，其可以以某種方式安裝在管狀物208內(nèi)，使得工具202抵靠管狀物208的內(nèi)表面207形成流體密封。在一項(xiàng)實(shí)施例中，井下工具202可以配置為橋塞，由此對從鉆井孔213的一部分到另一部分(例如，在工具202的上方或者下方)的流動進(jìn)行控制。在其他實(shí)施例中，井下工具202可以配置為壓裂塞，其中進(jìn)入到鉆井孔206的一部分213的流動可以被阻斷或者改道到周圍的地層或儲層210中。
[0099]在另外的其他實(shí)施例中，井下工具202也可以配置為墜球工具。在這方面，球可以被丟入到鉆井孔206中并且流到工具202中，并且到達(dá)芯棒214的端部處的對應(yīng)的球座中停止下來。球的就坐可以在工具202內(nèi)提供引起堵塞條件的密封，借此可以造成工具202內(nèi)的壓力差。球座可以包括半徑或曲率。
[0100]在其他實(shí)施例中，井下工具202可以是球閥塞，借此當(dāng)工具202進(jìn)入到鉆井孔中時(shí)工具202配置有已經(jīng)就位的球。工具202隨后可以作為止回閥，并且提供單向流動能力。流體可以從鉆井孔206中被引導(dǎo)到具有這些配置中的任何一個(gè)的結(jié)構(gòu)中。
[0101]一旦工具202到達(dá)管狀物內(nèi)的安裝位置，可以通過多種方法將安裝機(jī)構(gòu)或工作管柱212從工具202上拆卸下來，導(dǎo)致工具202留在周圍管狀物中且鉆井孔的一個(gè)或多個(gè)部分是隔離的。在一項(xiàng)實(shí)施例中，一旦安裝了工具202，那么可以將張力施加到適配器252直到適配器252與芯棒214之間的螺紋連接被破壞為止。舉例來說，適配器252和芯棒214(如圖2D所示分別為256和216)上的匹配螺紋可以設(shè)計(jì)為切變的，且因此可以根據(jù)所屬領(lǐng)域中已知的方法進(jìn)行拉動和切變。施加到適配器252上的負(fù)載的量可以在例如，大約20，000到40，000磅的力的范圍內(nèi)。在其他應(yīng)用中，負(fù)載可以在小于大約10，000磅的力的范圍內(nèi)。
[0102]因此，適配器252可以與芯棒214分離或從所述芯棒上拆卸下來，導(dǎo)致工作管柱212能夠與工具202分離，這可以在預(yù)定的時(shí)刻發(fā)生。本發(fā)明中提供的負(fù)載是非限制性的并且僅僅是示例性的。安裝力的確定可以通過對工具的相互作用表面與各個(gè)工具表面角進(jìn)行特定的設(shè)計(jì)來進(jìn)行。工具202也可以配置有預(yù)定的故障點(diǎn)(未圖示)，所述故障點(diǎn)配置為發(fā)生故障或損壞。舉例來說，故障點(diǎn)可以在大于安裝工具所需的力但是小于分開工具的主體所需的力的預(yù)定軸向力下發(fā)生損壞。
[0103]井下工具202的操作可以允許快速地進(jìn)入工具202中以隔離鉆井孔206的一個(gè)或多個(gè)部分，以及快速且簡單地鉆穿以毀壞或移除工具202。工具202的鉆穿可以由工具202的組件或子組件來協(xié)助，所述組件或子組件由可鉆孔材料制成，所述材料與常規(guī)的塞子中的材料相比對鉆頭的損壞更少。在一項(xiàng)實(shí)施例中，井下工具202和/或其組件可以是由可鉆孔復(fù)合材料制成的可鉆孔工具，所述復(fù)合材料例如，玻璃纖維/環(huán)氧樹脂、碳纖維/環(huán)氧樹脂、玻璃纖維/PEEK、碳纖維/PEEK等。其他樹脂可以包括酚醛樹脂、聚酰胺等。井下工具202的所有匹配表面可以配置有一定角度，使得對應(yīng)的組件可以處于壓力而非剪切力下。
[0104]現(xiàn)在同時(shí)參考圖2C至圖2E，分別示出了可以與系統(tǒng)(200，圖2A) —起使用的并且說明了本發(fā)明中公開的實(shí)施例的井下工具202的縱視圖、縱視截面圖，以及等距組件分解視圖。井下工具202可以包括延伸穿過工具(或工具主體)202的芯棒214。芯棒214可以是實(shí)心體。在其他方面，芯棒214可以包括形成于其中的流路或孔250 (例如，軸向孔)。孔250可以穿過芯棒214部分地延伸或者延伸較短的距離，如圖2E所示?；蛘撸?50可以延伸穿過整個(gè)芯棒214，其中在其近端248處具有開口且在其遠(yuǎn)端246處(靠近工具202的井下端)具有相對的開口，如圖2D所示。
[0105]孔250或者穿過芯棒214的其他流路的存在可以間接地由操作條件來決定。也就是說，在大多數(shù)情況下，工具202在直徑上可以足夠大(例如，4-3/4英寸)使得孔250可以對應(yīng)地足夠大(例如，1-1/4英寸)，使得碎屑和廢物可以通過或流過孔250而不會造成堵塞的問題。然而，隨著較小直徑工具202的使用，孔250的尺寸可能需要對應(yīng)地較小，這可能導(dǎo)致工具202易于發(fā)生堵塞。因此，可以將芯棒制成實(shí)心的以減少在工具202內(nèi)發(fā)生堵塞的可能。
[0106]由于孔250的存在，芯棒214可以具有內(nèi)孔表面247，所述表面可以包括形成于其上的一個(gè)或多個(gè)螺紋表面。因此，可以有第一組螺紋216，其經(jīng)配置用于將芯棒214與安裝適配器252的對應(yīng)的螺紋256耦合。
[0107]可以是切變螺紋的螺紋的耦合可以協(xié)助于工具202以及安裝適配器252和/或螺紋處的工作管柱(212，圖2B)的可拆卸連接。在本發(fā)明的范圍內(nèi)工具202也可以具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)定故障點(diǎn)(未圖示)，所述故障點(diǎn)配置為獨(dú)立于任何螺紋連接而發(fā)生故障或損壞。故障點(diǎn)可以在大于安裝工具202縮小到力的預(yù)定的軸向力下發(fā)生故障或切變。
[0108]適配器252可以包括螺柱253，所述螺柱配置有位于其上的螺紋256。在一項(xiàng)實(shí)施例中，螺柱253具有外部(陽)螺紋256且芯棒214具有內(nèi)部(陰)螺紋，然而，螺紋的類型和配置并不意味著進(jìn)行限制，并且可以分別是，例如，反過來的陰陽連接。
[0109]井下工具202可以通過工作管柱(212，圖2A)進(jìn)入到鉆井孔(206，圖2A)中的期望的深度或位置，所述工作管柱可以配置有安裝裝置或機(jī)構(gòu)。工作管柱212和安裝套管254可以是堵塞工具系統(tǒng)200的一部分，所述系統(tǒng)用于使井下工具202進(jìn)入到鉆井孔中，并且啟動工具202以從未安裝位置移動到安裝位置。安裝位置可以包括密封元件222和/或滑塊234、242，所述滑塊與管狀物(208，圖2B)嚙合。在一項(xiàng)實(shí)施例中，安裝套管254 (可以配置為安裝機(jī)構(gòu)或工作管柱的一部分)可以得到利用以迫使或促使密封元件222的壓縮，以及使密封元件222膨脹以與周圍管狀物密封嚙合。
[0110]安裝裝置以及井下工具202的組件可以與芯棒214耦合，并且可沿著芯棒軸向地和/或徑向地移動。當(dāng)安裝序列開始時(shí)，芯棒214可以被拉伸為具有張力而同時(shí)安裝套管254仍然是靜止的。下部套管260也可以被拉伸，因?yàn)樗鼞{借螺紋218和螺紋262的耦合而附接到芯棒214上。如圖2C和圖2D的實(shí)施例中所示，下部套管260和芯棒214可以分別具有匹配的或?qū)R的孔281A和281B，借此一個(gè)或多個(gè)錨固銷211或類似物可以設(shè)置在其中或牢固地定位在其中。在實(shí)施例中，可以使用銅定位螺釘。銷(或螺釘?shù)?211可以防止鉆孔或進(jìn)入期間的切變或旋轉(zhuǎn)脫離。
[0111]隨著下部套管260在箭頭A的方向上拉伸，在下部套管260和安裝套管254之間圍繞芯棒214設(shè)置的組件可以開始抵靠彼此進(jìn)行壓縮。這種力以及所帶來的移動引起了密封元件222的壓縮和擴(kuò)展。下部套管260也可以具有與滑塊234嚙合的傾斜套管端263，并且隨著下部套管260進(jìn)一步在箭頭A的方向上拉伸，端部263抵靠滑塊234進(jìn)行壓縮。因此，滑塊234可以沿著組合部件220的逐漸變細(xì)的或傾斜表面228移動，并且最終徑向向外地與周圍管狀物(208，圖2B)嚙合。
[0112]滑塊234的鋸齒狀外表面或齒298可以經(jīng)配置使得表面298防止滑塊234 (或工具)在周圍管狀物內(nèi)移動(例如，軸向或徑向)，否則的話工具202可能會無意地釋放或從其位置中移動。雖然滑塊234是用齒298來說明的，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)滑塊234可以配置有其他緊咬特征，例如鈕扣或插入件(例如，圖13A至圖13D)。
[0113]最初，密封元件222可以發(fā)生膨脹以與管狀物接觸，隨后通過工具202中進(jìn)一步的張力可以導(dǎo)致密封元件222和復(fù)合部件220被壓縮在一起，使得表面289作用于內(nèi)表面288上?！伴_花”、解繞，和/或擴(kuò)展的能力可以使得復(fù)合部件220完全延伸以與周圍管狀物的內(nèi)表面哨合。
[0114]可以將額外的張力或負(fù)載施加給工具202，從而導(dǎo)致錐體236的移動，所述錐體以某種方式設(shè)置在芯棒214的周圍，其中至少一個(gè)表面237向第二滑塊242內(nèi)部傾斜(或具有斜度、逐漸變細(xì)等)。第二滑塊242可以位于襯圈或錐體236的附近或靠近所述襯圈或錐體。因此，密封元件222迫使錐體236抵靠滑塊242，使滑塊242徑向向外移動以與管狀物接觸或緊咬嚙合。因此，可以促使一個(gè)或多個(gè)滑塊234、242徑向向外并且與管狀物嚙合(208，圖2B)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，錐體236可以滑動式嚙合并且設(shè)置在芯棒214的周圍。如圖所示，第一滑塊234可以位于遠(yuǎn)端246或在遠(yuǎn)端246附近，而第二滑塊242可以設(shè)置在位于遠(yuǎn)端248處或遠(yuǎn)端248附近的芯棒214周圍。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對滑塊234和242的位置進(jìn)行互換。此外，滑塊234可以與類似于滑塊242的滑塊互換，且反之亦然。
[0115]由于套管254牢固地保持在原位，套管254可以抵靠著承重板283進(jìn)行嚙合，從而可以導(dǎo)致通過工具202的其余部分來傳遞負(fù)載。安裝套管254可以具有套管端255，所述套管端毗鄰承重板端284。隨著通過工具202的張力的增大，錐體236的一端，例如，第二端240，抵靠著滑塊242進(jìn)行壓縮，所述滑塊可以通過承重板283而保持在原位。由于錐體236能夠進(jìn)行自由移動及其錐形表面237，錐體236可以移動到滑塊242下方的下側(cè)，迫使滑塊242向外并且與周圍管狀物嚙合(208，圖2B)。
[0116]第二滑塊242可以包括一個(gè)或多個(gè)緊咬元件，例如，鈕扣或插入件278，所述鈕扣或插入件可以經(jīng)配置以提供與管狀物的額外的緊咬。插入件278可以具有適用于提供與管狀物表面的額外的咬合的邊緣或角落279。在一項(xiàng)實(shí)施例中，插入件278可以具有低碳鋼，例如1018熱處理鋼。低碳鋼的使用可以引起減少的或消除的由滑塊嚙合造成的殼體損壞以及減少的由磨損造成的鉆孔管柱和設(shè)備損壞。
[0117]在一項(xiàng)實(shí)施例中，滑塊242可以是一體式滑塊，借此滑塊242具有通過其整個(gè)圓周的至少部分的連接性。這意味著，在滑塊242本身具有配置在其中的一個(gè)或多個(gè)凹槽(或起伏、凹口等)244的同時(shí)，滑塊242本身不具有初始圓周分離點(diǎn)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，凹槽244可以在第二滑塊242中等距地間隔或設(shè)置在所述第二滑塊中。在其他實(shí)施例中，凹槽244可以具有交替布置的配置。也就是說，一個(gè)凹槽244A可以靠近滑塊端241，下一個(gè)凹槽244B可以靠近相對的滑塊端243，并且依次類推。
[0118]工具202可以配置有球閥止回閥總成，所述總成包括球座286。所述總成是可以移除的或者在其中整體形成的。在一項(xiàng)實(shí)施例中，芯棒214的孔250可以配置有球座286，所述球座形成在其中或者可移除的設(shè)置在其中。在一些實(shí)施例中，球座286可以整體形成在芯棒214的孔250內(nèi)。在其他實(shí)施例中，球座286可以如同所期望的單獨(dú)地或任選地安裝在芯棒214內(nèi)。
[0119]球座286可以按某種方式進(jìn)行配置，使得球285位于其中或放置在其中，借此可以關(guān)閉通過芯棒214的流路(例如，由于球285的存在使得通過孔250的流動得到了限制或控制)。舉例來說，來自一個(gè)方向的流體流動可以迫使并使保持球285抵靠著球座286，而來自相反反向的流體流動可以迫使球285離開或者遠(yuǎn)離球座286。因此，球285和止回閥總成可以用于防止或控制通過工具202的流體流動。球285可以常規(guī)地由酚醛樹脂等復(fù)合材料制成，由此球285能夠在井下操作期間(例如，壓裂)保持所經(jīng)受的最大壓力。通過保留銷287的利用，球285和球座286可以配置為保留球閥。因此，球285可以適用于作為止回閥，方法是對來自一個(gè)方向的壓力進(jìn)行密封，但是允許相反方向的流體通過。
[0120]工具202可以配置為墜球塞，使得墜球可以流入到墜球座259中。所述墜球的直徑可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于球閥的球的直徑。在一項(xiàng)實(shí)施例中，端部248可以配置有墜球座表面259，使得所述墜球可能位于或放置于靠近端部248的座中。如果適用的話，那么墜球(此處未圖示)可以下降到鉆井孔(206，圖2A)中并且朝向形成于工具202中的墜球座259流動。球座可以以半徑259A形成(即，四周的圓形邊緣或表面)。[0121]在其他方面，工具202可以配置為橋塞，所述橋塞一旦安裝在鉆井孔中，可以防止或允許在任一方向上(例如，向上/向下等)通過工具202的流動。因此，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是本發(fā)明的工具202是可以簡單地通過利用多個(gè)適配器或其他可選組件中的一個(gè)而配置為壓裂塞、墜球塞、橋塞等的。在任何配置中，一旦工具202適當(dāng)?shù)陌惭b，那么鉆井孔中的流體壓力可以上升，使得進(jìn)一步的井下操作，例如，目標(biāo)區(qū)域中的斷裂可以發(fā)生。
[0122]工具202可以包括抗旋轉(zhuǎn)總成，所述總成包括抗旋轉(zhuǎn)裝置或機(jī)構(gòu)282，所述裝置或機(jī)構(gòu)可以是彈簧、機(jī)械式彈簧賦能復(fù)合管狀部件等等。裝置282可以經(jīng)配置并且用于防止工具202組件的不期望或意外的移動或解繞。如圖所示，裝置282可以位于套管(或外殼)254的腔294中。在組裝期間，可以通過使用鎖定環(huán)296將裝置282固定在原位。在其他方面，可以使用銷將裝置282保持在原位。
[0123]圖2D示出了鎖定環(huán)296可以設(shè)置在與工作管柱212耦合的安裝工具的零件217的周圍。可以用穿過套管254插入的螺釘將鎖定環(huán)296牢牢地固定在原位。鎖定環(huán)296可以包括引導(dǎo)孔或凹槽295，借此裝置282的端部282A可以與其滑動嚙合。突起或夾具295A可以經(jīng)配置使得在組裝期間，芯棒214和各個(gè)工具組件可以抵靠裝置282在一個(gè)方向上如棘輪般轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)，然而，突起295A與裝置端282B的嚙合可以防止相反方向上的阻塞或松弛。
[0124]抗旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以為工具和操作者提供額外的安全性，這是根據(jù)它可以在工具在錯(cuò)誤的應(yīng)用中被無意的使用的情況下防止工具的不適宜操作而言的。舉例來說，如果工具在錯(cuò)誤的溫度應(yīng)用中使用，那么工具的組件可能易于融化，由此裝置282和鎖定環(huán)296可以輔助于將工具的其余部分保持在一起。因此，裝置282可以防止工具組件松弛和/或擰松，并且防止工具202擰松或從工作管柱212上落下。
[0125]工具202的鉆穿可以由以下事實(shí)來協(xié)助，即，芯棒214、滑塊234、242、錐體236、復(fù)合部件220等可以由可鉆孔材料制成，所述材料與常規(guī)的塞子中的材料相比對鉆頭的損壞更少。鉆頭將繼續(xù)在工具202內(nèi)移動直到井下滑塊234和/或242被充分地鉆孔使得此類滑塊失去其與鉆井孔的嚙合。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，工具的其余部分會落入井中，所述部分通常會包括下部套管260以及下部套管260內(nèi)的芯棒214的任何部分。如果在被鉆穿的工具202的下方在鉆井孔中存在額外的工具202，那么離開部分將位于位置在鉆井孔的更深處的工具202的頂部，并且將通過與位置在鉆井孔的更深處的工具202相關(guān)的鉆穿操作而被鉆穿。因此，可以將工具202完全地移除，這可以導(dǎo)致管狀物208的開啟。
[0126]現(xiàn)在同時(shí)參考圖3A、圖3B、圖3C和圖3D，示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的芯棒314 (及其子組件)的多個(gè)視圖。井下工具的組件可以圍繞芯棒314布置和設(shè)置，如同所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所描述和理解的?？梢杂杉?xì)絲纏繞的可鉆孔材料制成的芯棒314可以具有遠(yuǎn)端346和近端348。所述細(xì)絲纏繞材料可以按照需要從各種角度制成，以增加軸向和徑向方向上芯棒314的強(qiáng)度。芯棒314的存在可以為工具提供在安裝或堵塞操作期間保持壓力和線性力的能力。
[0127]芯棒314的長度應(yīng)該是足夠長的，使得芯棒可以延伸穿過工具(或工具主體)(202，圖2B)的長度。芯棒314可以是實(shí)心體。在其他方面，芯棒314可以包括穿過其中形成的流路或孔350 (例如，軸向孔)?？梢源嬖谘由齑┻^整個(gè)芯棒314的流路或孔350，例如，軸向孔，其中開口位于近端348并且相對地位于其遠(yuǎn)端346。因此，芯棒314可以具有內(nèi)部孔表面347，所述表面可以包括形成于其上的一個(gè)或多個(gè)螺紋表面。
[0128]芯棒314的端部346、348可以包括內(nèi)部或外部(或這兩者)螺紋部分。如圖3C所示，芯棒314可以具有孔350內(nèi)的內(nèi)部螺紋316，所述孔經(jīng)配置以收納機(jī)械或金屬線路安裝工具、適配器等(此處未圖示)。舉例來說，可以有第一組螺紋316，其經(jīng)配置用于將芯棒314與另一組件(例如，適配器252，圖2B)的對應(yīng)的螺紋耦合。在一項(xiàng)實(shí)施例中，第一組螺紋316是切變螺紋。在一項(xiàng)實(shí)施例中，施加到芯棒314的負(fù)載必須足夠大以對第一組螺紋316進(jìn)行剪切。雖然不是必要的，但是切變螺紋的使用可以消除對單獨(dú)的切變環(huán)或銷的需要，并且可以用于從工作管柱中對芯棒314進(jìn)行剪切。
[0129]近端348可以包括外錐348A。外錐348A可以幫助防止工具被卡住或者束縛。舉例來說，在安裝期間，較小工具的使用可能會導(dǎo)致工具被束縛在安裝套管上，由此外錐348的使用可以允許工具更輕易地滑離安裝套管。在一項(xiàng)實(shí)施例中，外錐348A可以相對于軸358以大約為5度的角度Φ形成。外錐348A的長度可以為大約0.5英寸到大約0.75英寸。
[0130]可以有頸部或過渡部分349，使得芯棒的外徑可以發(fā)生變化。在一項(xiàng)實(shí)施例中，芯棒314可以具有第一外徑D1，所述第一外徑大于第二外徑D2。常規(guī)的芯棒組件配置有肩部(即，大約90度的表面角)，這使得組件易于發(fā)生直接剪切和故障。相比之下，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括過渡部分349，所述過渡部分配置有傾斜過渡表面349A。過渡表面角b可以相對于所述工具(或工具組件軸)358呈大約25度。
[0131]過渡部分349可以在對工具組件進(jìn)行壓縮時(shí)承受徑向力，從而分擔(dān)負(fù)載。也就是說，在壓縮承重板383和芯棒314時(shí)，力并不是僅僅在切變方向上取向的?？梢栽诮M件之間分擔(dān)負(fù)載的能力意味著組件不需要很大，從而帶來了總體上較小的工具尺寸。
[0132]除了第一組螺紋316之外，芯棒314可以具有第二組螺紋318。在一項(xiàng)實(shí)施例中，第二組螺紋318可以是沿著遠(yuǎn)端346處的外部芯棒表面345設(shè)置的圓形螺紋。圓形螺紋的使用可以增大螺紋連接的切變強(qiáng)度。
[0133]圖3D說明了在芯棒314的遠(yuǎn)端346處的組件連接性的一項(xiàng)實(shí)施例。如圖所示，芯棒314可以耦合有套管360，所述套管具有對應(yīng)的螺紋362，所述螺紋經(jīng)配置以與第二組螺紋318匹配。通過這種方式，工具的安裝可能導(dǎo)致以遠(yuǎn)離軸358的角度沿著第二組螺紋318的負(fù)載力的分布?？梢杂幸粋€(gè)或多個(gè)球364設(shè)置在套管360與滑塊334之間。球364可以幫助促進(jìn)滑塊334的均勻的斷裂。
[0134]因此，圓形螺紋的使用可以允許表面之間的非軸向相互作用，使得在除了切變/軸向方向上之外還存在矢量力。圓形螺紋輪廓可以在螺紋根上形成徑向負(fù)載(而不是剪切)。因此，圓形螺紋輪廓也可以允許沿著多個(gè)螺紋表面的力的分布。由于復(fù)合材料通常是最適于壓縮的，因此這允許較小的組件和增加的螺紋強(qiáng)度。與常規(guī)的復(fù)合工具連接相比，這有利地提供了高于5倍的螺紋輪廓的強(qiáng)度。
[0135]特別參考圖3C，芯棒314可以具有設(shè)置在其中的球座386。在一些實(shí)施例中，球座386可以是單獨(dú)的組件，而在其他實(shí)施例中球座386可以是與芯棒314 —體式形成的。也可以有在近端348處形成于孔350中的墜球座表面359。球座359可以具有半徑359A，所述半徑提供了圓形邊緣或表面以供墜球與之進(jìn)行匹配。在一項(xiàng)實(shí)施例中，座359的半徑359A可以小于位于所述座中的球的半徑。在就座之后，壓力可以“迫使”墜球進(jìn)入半徑或?qū)嬊驍D入半徑，由此在沒有額外量的壓力的情況下墜球?qū)⒉粫x座。迫使或擠壓墜球使其抵靠半徑表面所需的壓力的量以及需要使墜球不再受到擠壓所需的壓力的量可以是預(yù)定的。因此，可以根據(jù)具體應(yīng)用對墜球的尺寸、球座，以及半徑進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0136]與球座表面的常規(guī)的鋒利點(diǎn)或邊緣相比，較小的曲率或半徑359A的使用可以是有利的。舉例來說，與特定的直徑相比，半徑359A可以通過可變的直徑為工具提供容納墜球的能力。此外，與正好位于其他球座的接觸邊緣/點(diǎn)相比，表面359和半徑359A可能更加適于圍繞球座的多個(gè)表面區(qū)域?qū)ω?fù)載進(jìn)行分配。
[0137]現(xiàn)在同時(shí)參考圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E和圖6F，示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的復(fù)合可變形部件320 (及其子組件)的多個(gè)視圖。復(fù)合部件320可以按某種方式進(jìn)行配置，使得在施加壓力時(shí)，復(fù)合部件的至少一部分可以在遠(yuǎn)離工具軸(例如，258，圖2C)的徑向方向上開始發(fā)生變形(或擴(kuò)展、偏轉(zhuǎn)、扭曲、失去彈力、斷開、解繞等)。雖然被舉例為“復(fù)合物”，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)部件320可以由包含合金等在內(nèi)的金屬制成。
[0138]在安裝順序期間，密封元件322和復(fù)合部件320可以壓縮在一起。作為密封元件322的傾斜外表面389與復(fù)合部件320的內(nèi)表面388接觸的結(jié)果，可以迫使復(fù)合部件320的可變形(或第一或上部)部分326徑向向外并且在密封元件322至少部分地與周圍管狀物密封式嚙合的位置處或附近與周圍管狀物(未圖示)發(fā)生嚙合。也可以存在彈性(或第二或下部)部分328。在一項(xiàng)實(shí)施例中，與可變形部分326相比，彈性部分328可以配置有發(fā)生變形的較大的或增大的彈性。
[0139]復(fù)合部件320可以是具有至少第一材料331和第二材料332的復(fù)合組件，但是復(fù)合部件320也可以是由單個(gè)材料制成的。第一材料331和第二材料332不需要是化學(xué)結(jié)合的。在一項(xiàng)實(shí)施例中，第一材料331可以是與第二材料332化學(xué)鍵合、固化、模塑等的。另夕卜，第二材料332可以類似地與可變形部分326是物理結(jié)合或化學(xué)鍵合的。在其他實(shí)施例中，第一材料331可以是復(fù)合材料，且第二材料332可以是第二復(fù)合材料。
[0140]復(fù)合部件320可以具有形成在其中的切口或凹槽330。凹槽330和/或螺旋(或盤旋)切口圖案的使用可以減少可變形部分326的結(jié)構(gòu)容量，使得復(fù)合部件320可以向外“開花”。凹槽330或凹槽圖案并不意味著限制于任何特定的取向，因此任何凹槽330可以具有可變的螺距和可變的半徑。
[0141]由于凹槽330形成于可變形部分326中，第二材料332可以被模制或結(jié)合到可變形部分326，使得凹槽330填充有第二材料332并且被第二材料包圍。在實(shí)施例中，第二材料332可以是彈性材料。在其他實(shí)施例中，第二材料332可以是60-95度的聚氨酯或硅酮。其他材料可以包括，例如，TFE或PTFE套管選擇熱收縮。復(fù)合部件320的第二材料332可以具有內(nèi)部材料表面368。
[0142]不同的井下條件可以指示第一材料和/或第二材料的選擇。舉例來說，在低溫操作中(例如，低于大約250F)，包含聚氨酯的第二材料可能是足夠的，而對于高溫操作(例如，高于大約250F)，聚氨酯可能不是足夠的并且可以使用硅酮等不同的材料。
[0143]第二材料332結(jié)合凹槽330的使用可以為凹槽圖案提供支持并且減少預(yù)置問題。由于第二材料332的附加的益處是與可變形部分326結(jié)合或模制，抵靠著密封元件322的復(fù)合部件320的壓縮可能帶來組件之間的以及與管柱部件(例如，圖2B中的208)的內(nèi)表面的堅(jiān)固的、加強(qiáng)的且具有彈性的屏障和密封。由于增大的強(qiáng)度，使得密封以及本發(fā)明的工具可以承受較高的井下壓力。較高的井下壓力可以為使用者提供較好的壓裂結(jié)果。
[0144]凹槽330可以允許復(fù)合部件320抵靠著管狀物擴(kuò)展，從而可以帶來工具與管狀物之間的牢固的屏障。在一項(xiàng)實(shí)施例中，凹槽330可以是形成于可變形部分326中的螺旋(或盤旋、纏繞等)切口。在一項(xiàng)實(shí)施例中，可以有多個(gè)凹槽或切口 330。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，可以有兩個(gè)對稱形成的凹槽330，如借助于圖6E中的實(shí)例所示。在又一項(xiàng)實(shí)施例中，可以有三個(gè)凹槽330。
[0145]如圖6C所示，任何切口或凹槽330的深度d可以完全地從外側(cè)表面364延伸到上側(cè)內(nèi)表面366。任何凹槽330的深度d可以隨著凹槽330沿著可變形部分326的行進(jìn)而改變。在一項(xiàng)實(shí)施例中，外部平坦表面364A可以在與外側(cè)表面364相切的點(diǎn)處具有交點(diǎn)，并且類似地，內(nèi)部平坦表面366A可以在與上側(cè)內(nèi)表面366相切的點(diǎn)處具有交點(diǎn)。表面364和366的平面364A和366A可以分別是平行的或者它們可以具有交點(diǎn)367。雖然復(fù)合部件320被描繪為具有由平面366A說明的線性表面，但是并不意圖對復(fù)合部件320進(jìn)行限制，因?yàn)閮?nèi)表面可以是非線性或非平坦的(例如，具有曲率或圓形輪廓)。
[0146]在一項(xiàng)實(shí)施例中，凹槽330或凹槽圖案可以是在可變形部件326的外表面364上具有恒定螺距(P1約等于P2)、恒定半徑(r3約等于r4)的螺旋圖案。在一項(xiàng)實(shí)施例中，螺旋圖案可以包括可變形部件326的內(nèi)表面366上的恒定螺距(P1約等于p2)、可變半徑G1不等于r2)。
[0147]在一項(xiàng)實(shí)施例中，凹槽330或凹槽圖案可以是在可變形部件326的外表面364上具有可變螺距(P1不等于P2)、恒定半徑(r3約等于r4)的螺旋圖案。在一項(xiàng)實(shí)施例中，螺旋圖案可以包括可變形部件320的內(nèi)表面366上的可變螺距(P1不等于p2)、可變半徑G1不等于r2)。
[0148]作為一個(gè)實(shí)例,節(jié)距(例如，PpP2等)可以在大約0.5轉(zhuǎn)/英寸到大約1.5轉(zhuǎn)/英寸的范圍內(nèi)。作為另一實(shí)例，外表面上任何給定的點(diǎn)處的半徑可以在大約1.5英寸到大約8英寸的范圍內(nèi)。內(nèi)表面上任何給定的點(diǎn)處的半徑可以在大約小于I英寸到大約7英寸的范圍內(nèi)。雖然是作為實(shí)例給出的，但是所述尺寸并不意味著進(jìn)行限制，因?yàn)槠渌菥嗪蛷较虺叽缫苍诒景l(fā)明的范圍內(nèi)。
[0149]在圖6B中反映的示例性實(shí)施例中，復(fù)合部件320可以具有背錐角β上的凹槽圖案切口。背錐角上切割的圖案或與背錐角一起形成的圖案可以允許復(fù)合部件320在向外擴(kuò)展的同時(shí)不受限制。在一項(xiàng)實(shí)施例中，背錐角β可以為大約75度(相對于軸258)。在其他實(shí)施例中，角β可以在大約60度到大約120度的范圍內(nèi)。
[0150]凹槽330的存在可以允許復(fù)合部件320在壓縮時(shí)具有解繞、擴(kuò)展，或“開花”動作，例如，借助于抵靠可變形部分326的內(nèi)表面的表面(例如，表面389)的壓縮。舉例來說，當(dāng)密封元件322移動時(shí)，表面389被迫使抵靠著內(nèi)表面388。通常，高壓密封中的故障模式是組件之間的間隙，然而，解繞和/或擴(kuò)展的能力允許復(fù)合部件320完全延伸到與周圍管狀物的內(nèi)表面的哨合。
[0151]現(xiàn)在同時(shí)參考圖4Α和圖4Β，示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的密封元件322 (及其子組件)的多個(gè)視圖。密封元件322可以由彈性體和/或聚合材料制成，例如，橡膠、丁腈橡膠、氟化橡膠或聚氨酯，并且可以經(jīng)配置用于圍繞芯棒(例如，214，圖2C)定位或設(shè)置。在一項(xiàng)實(shí)施例中，密封元件322可以是由75度的彈性體材料制成的。密封元件322可以設(shè)置在第一滑塊和第二滑塊之間(參見圖2C，密封元件222和滑塊 234、236)。
[0152]在井下工具(202，圖2C)的安裝順序期間，密封元件322可以經(jīng)配置以發(fā)生彎曲(變形、壓縮等)，例如，以軸向的方式。然而，雖然密封元件322可以發(fā)生彎曲，但是密封元件322也可以適用于擴(kuò)展或膨脹，例如，以徑向的方式，在工具組件的壓縮之后與周圍管狀物(208，圖2B)密封嚙合。在優(yōu)選實(shí)施例中，密封元件322提供了抵靠管狀物的密封表面321的流體密封。
[0153]密封元件322可以具有一個(gè)或多個(gè)傾斜表面，所述表面經(jīng)配置用于與靠近它的其他組件表面接觸。舉例來說，密封元件可以具有傾斜表面327和389。密封元件322可以配置有內(nèi)部圓周凹槽376。凹槽376的存在可以協(xié)助密封元件322在安裝順序開始時(shí)最初進(jìn)行彎曲。凹槽376可以具有大約0.25英寸的尺寸(例如，寬度、深度等)。
[0154]滑塊.現(xiàn)在同時(shí)參考圖5A、圖5B、圖5C、圖圖5E、圖5F和圖5G，示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的一個(gè)或多個(gè)滑塊334、342 (以及相關(guān)子組件)的多個(gè)視圖。所描述的滑塊334、342可以由金屬制成，例如，鑄鐵，或者由復(fù)合材料制成，例如，細(xì)絲纏繞的復(fù)合物。在操作期間，復(fù)合材料的纏繞可以在壓縮下與插入件聯(lián)合工作，以增大工具的徑向負(fù)載。
[0155]滑塊334、342可以在上部滑塊位置或下部滑塊位置中使用，或者在這兩個(gè)位置中使用，而不受到限制。顯而易見的是，可以有圍繞芯棒(214，圖2C)設(shè)置的第一滑塊334，并且還可以有也圍繞所述芯棒設(shè)置的第二滑塊342。滑塊334、342中的任一個(gè)可以包括用于緊咬管狀物、殼體和/或鉆井孔的內(nèi)壁的構(gòu)件，例如，多個(gè)緊咬元件，包括鋸齒或齒398、插入件378等。如圖至圖5F所示，第一滑塊334可以包括鋸齒398的行和/或列399。緊咬元件可以經(jīng)布置或配置，由此滑塊334、342以某種方式與管狀物(未圖示)嚙合，使得一旦安裝好之后可以防止滑塊或工具的移動(例如，縱向軸向地)。
[0156]在實(shí)施例中，滑塊334可以是聚合可模制材料。在其他實(shí)施例中，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，滑塊334可以是經(jīng)硬化的、表面硬化的、熱處理的、碳化的等。然而，在一些實(shí)例中，滑塊334也可能是過硬的從而導(dǎo)致無法鉆穿或者鉆穿所需的時(shí)間過長。
[0157]通常，齒398的硬度可以是大約40-60洛氏硬度。如同所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，洛氏標(biāo)度是基于材料的壓痕硬度的硬度標(biāo)度。非常硬的鋼的典型的值為具有大約55-66的洛氏數(shù)(HRC)。在一些方面，即使是僅通過外表面熱處理，內(nèi)部滑塊核心材料也可能變得過于硬，這可能會導(dǎo)致滑塊334的鉆穿變得不可能或不實(shí)際。
[0158]因此，滑塊334可以經(jīng)配置以包括形成于其中的一個(gè)或多個(gè)孔393。孔393可以是穿過滑塊334縱向取向的。一個(gè)或多個(gè)孔393的存在可以使得作為主要和/或大多數(shù)滑塊材料的金屬滑塊的外表面307受到熱處理，而滑塊334的核心或內(nèi)部主體(或表面)309得到了保護(hù)。換言之，孔393可以提供熱傳遞的屏障，方法是減少從外表面307到內(nèi)部核心或表面309的滑塊334的熱傳導(dǎo)(S卩，k值)。認(rèn)為孔393的存在影響了滑塊334的熱導(dǎo)率輪廓，使得從外部到內(nèi)部的熱傳遞減少，因?yàn)榉駝t的話當(dāng)加熱/淬火發(fā)生時(shí)，整個(gè)滑塊334都會被加熱并發(fā)生硬化。[0159]因此，在熱處理期間，滑塊334上的齒398可以被加熱并且發(fā)生硬化，帶來了熱處理過的外部區(qū)域/齒，但是并會影響滑塊的其余部分。通過這種方式，通過火焰(表面)硬化等處理，火焰的接觸點(diǎn)被最小化(限制)到齒398的附近。
[0160]由于一個(gè)或多個(gè)孔393的存在，從齒到內(nèi)徑/核心(例如，橫向的)硬度輪廓可以顯著地減小，使得內(nèi)部滑塊材料或表面309具有大約為15的HRC (或大約為常規(guī)的鋼/鑄鐵的標(biāo)準(zhǔn)硬度)。在這方面，齒398保持堅(jiān)硬并且提供最大的咬合，但是滑塊334的其余部分是非常容易鉆穿的。
[0161]一個(gè)或多個(gè)孔隙空間/孔393可以填充有有用的“有浮力的”(或低密度)材料400，以有助于在鉆穿之后將碎屑和類似物抬升到表面上。設(shè)置在孔393中的材料400可以是，例如，聚氨酯輕質(zhì)珠子，或玻璃泡/珠子，例如由3M公司制造和銷售的K系列的玻璃泡?？梢允褂闷渌兔芏炔牧稀?br> [0162]材料400的有利的使用有助于在滑塊334被鉆穿之后促進(jìn)碎屑的抬升。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是可以將材料400通過環(huán)氧樹脂膠合或注射到孔393中。
[0163]滑塊334中的狹縫392可以促進(jìn)斷裂。狹縫392的間隔均勻的配置促進(jìn)了滑塊334的均勻的斷裂。
[0164]如同所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的，第一滑塊334可以圍繞芯棒(214，圖2B)設(shè)置或者耦接到所述芯棒，例如對條帶或切變螺釘(未圖示)進(jìn)行配置以維持滑塊334的位置直到施加足夠的壓力(例如，剪切)為止。所述條帶可以由具有足夠強(qiáng)度的所需特征的鋼絲、塑料材料或復(fù)合材料制成，以將滑塊334保持在原位，同時(shí)使井下工具進(jìn)入到鉆井孔中，并且這是在開始安裝之前的。所述條帶可以是可穿孔的。
[0165]當(dāng)施加足夠的負(fù)載時(shí)，滑塊334抵靠著復(fù)合部件(例如，220，圖2C)的彈性部分或表面進(jìn)行壓縮，且隨后徑向向外擴(kuò)展以與周圍管狀物嚙合(參見，例如，圖2C中的滑塊234和復(fù)合部件220)。
[0166]圖5G說明了滑塊334可以是硬化鑄鐵滑塊而不具有形成于其中的任何凹槽或孔393的存在。
[0167]簡要地同時(shí)參考圖1lA和圖11B，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的配置有多個(gè)復(fù)合部件1120、1120A和金屬滑塊1134、1142的井下工具1102的多個(gè)視圖?；瑝K1134、1142在本質(zhì)上可以是一體式的，并且可以由多種材料制成，例如，金屬(例如，鑄鐵)或復(fù)合物。已知的是與復(fù)合物相比，金屬材料使得滑塊在鉆穿方面更加硬，但是在一些應(yīng)用中，可能有必要抵抗壓力和/或防止工具1102在兩個(gè)方向上(例如，上方/下方)移動，使得兩個(gè)金屬的滑塊1134的使用是有利的。類似地，在高壓/高溫應(yīng)用中(HP/HT)，使用由硬化金屬制成的滑塊可能是有利的/更好的。滑塊1134、1142可以按照本發(fā)明中討論的方式圍繞1114設(shè)置。
[0168]在本發(fā)明的范圍內(nèi)本文中所描述的工具可以包括多個(gè)復(fù)合部件1120、1120A。復(fù)合部件1120、1120A可以是相同的，或者它們可以是不同的并且涵蓋本發(fā)明中描述的多項(xiàng)實(shí)施例中的任何一個(gè)并且對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
[0169]再次參考圖5A至圖5C，滑塊342可以是一體式滑塊，借此滑塊342具有通過其整個(gè)圓周的至少部分的連接性。這意味著，在滑塊342本身可以具有配置在其中的一個(gè)或多個(gè)凹槽344的同時(shí)，滑塊342在預(yù)設(shè)配置中沒有分離點(diǎn)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，凹槽344可以在第二滑塊342中等距地間隔或切入所述第二滑塊。在其他實(shí)施例中，凹槽344可以具有交替布置的配置。也就是說，一個(gè)凹槽344A可以靠近滑塊端341，且鄰近的凹槽344B可以靠近相對的滑塊端343。如圖所示，凹槽344A可以一直延伸穿過滑塊端341，使得滑塊端341在點(diǎn)372處缺乏材料。
[0170]在滑塊342在其端部缺乏材料之處，滑塊的該部分或靠近的區(qū)域可能具有在安裝過程中首先張開的趨勢。滑塊342的凹槽344的布置或位置可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，滑塊342可以設(shè)計(jì)有凹槽344，帶來了沿著滑塊342的徑向負(fù)載的均等的分布。或者，一個(gè)或多個(gè)凹槽，例如凹槽344B可以靠近或基本上接近滑塊端343延伸，但是在其中留下少量的材料335。少量的材料的存在提供了少量的剛性，以拖延張開的趨勢。因此，滑塊342的某些部分可以在滑塊342的其他部分之前首先擴(kuò)展或張開。
[0171]滑塊342可以具有呈不同角度的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)表面。舉例來說，可以有第一傾斜滑塊表面329和第二傾斜滑塊表面333。在一項(xiàng)實(shí)施例中，第一傾斜滑塊表面329可以具有20度的角，且第二傾斜滑塊表面333可以具有40度的角，然而，滑塊表面的任何角的度數(shù)并不局限于任何特定的角度。傾斜表面的使用使得滑塊342具有顯著的嚙合力，同時(shí)盡可能利用最小的滑塊342。
[0172]剛性的單個(gè)滑塊配置或一體式滑塊配置的使用可以減少與常規(guī)的滑塊環(huán)相關(guān)聯(lián)的預(yù)設(shè)的機(jī)會，如同所知的常規(guī)的滑塊在進(jìn)入期間會發(fā)生樞軸旋轉(zhuǎn)和/或擴(kuò)展。隨著預(yù)設(shè)的機(jī)會的減少，較快的進(jìn)入時(shí)間成為可能。
[0173]滑塊342可以用于在安裝過程期間將工具鎖定在原位，方法是將壓縮組件的勢能保持在原位?；瑝K342還可以防止由于抵靠著工具的流體壓力引起的工具的移動。第二滑塊(342，圖5A)可以包括設(shè)置在其上的插入件378。在一項(xiàng)實(shí)施例中，插入件378可以通過環(huán)氧樹脂膠合或按壓配適到形成于滑塊342中的對應(yīng)的插入孔或凹槽375中。
[0174]簡要地同時(shí)參考圖13A至圖13D，示出了可以與本發(fā)明的滑塊一起使用的插入件378的多項(xiàng)實(shí)施例。插入件378中的一個(gè)或多個(gè)可以具有平坦表面380A或凹形表面380。在一項(xiàng)實(shí)施例中，凹形表面380可以包括形成于其中的凹陷377。插入件378中的一個(gè)或多個(gè)可以具有鋒利的(例如，機(jī)器加工的)邊緣或角落379，使得插入件378具有更大的咬合能力。
[0175]現(xiàn)在同時(shí)參考圖8A和圖SB，示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的一個(gè)或多個(gè)錐體336 (及其子組件)的多個(gè)視圖。在一項(xiàng)實(shí)施例中，錐體336可以滑動式地嚙合和設(shè)置在芯棒周圍(例如，圖2C中的錐體236和芯棒214)。錐體336可以按某種方式圍繞芯棒設(shè)置，使得至少一個(gè)表面337相對于其他靠近的組件向內(nèi)傾斜(或具有斜度、逐漸變細(xì)等)，所述組件為，例如，第二滑塊(242，圖2C)。因此，具有表面337的錐體336可以經(jīng)配置以與滑塊協(xié)作從而迫使滑塊徑向向外地與管狀物接觸或與管狀物緊咬嚙合，這對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見且容易理解的。
[0176]在安裝期間，隨著張力在工具中的增大，錐體336的一端，例如，第二端340，可以抵靠滑塊進(jìn)行壓縮(參見圖2C)。作為錐形表面337的結(jié)果，錐體336可以移動到滑塊下方的下側(cè)，迫使滑塊向外并且與周圍管狀物嚙合(參見圖2A)。錐體336的第一端338可以配置有錐體輪廓351。錐體輪廓351可以經(jīng)配置以與密封元件(222，圖2C)匹配。在一項(xiàng)實(shí)施例中，錐體輪廓351可以經(jīng)配置以與密封元件的對應(yīng)的輪廓327A匹配(參見圖4A)。錐體輪廓351可以幫助約束密封元件在錐體336上方或下方的滾動。[0177]現(xiàn)在同時(shí)參考圖9A和圖9B，分別示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的下部套管360 (及其子組件)的等距視圖以及縱視截面圖。在安裝期間，下部套管360將被拉動，這是因?yàn)樗浇拥叫景?14上。如圖9A和圖9B —起示出的，下部套管360可以具有與芯棒孔(281B，圖2C)對齊的一個(gè)或多個(gè)孔381A。一個(gè)或多個(gè)錨固銷311可以設(shè)置在其中或牢固地定位在其中。在一項(xiàng)實(shí)施例中，可以使用銅定位螺釘。銷(或螺釘?shù)?311可以防止鉆孔期間的切變或旋轉(zhuǎn)脫離。
[0178]隨著下部套管360被拉動，圍繞芯棒設(shè)置的組件可以進(jìn)一步抵靠彼此進(jìn)行壓縮。下部套管360可以具有一個(gè)或多個(gè)逐漸變細(xì)的表面361、361A，所述表面可以減小被其他工具阻礙的機(jī)會。下部套管360還可以具有傾斜套管端363，所述套管端與例如，第一滑塊(234，圖2C)嚙合。隨著下部套管360被進(jìn)一步拉動，端363按壓所述滑塊。下部套管360可以配置有內(nèi)部螺紋輪廓362。在一項(xiàng)實(shí)施例中，輪廓362可以包括圓形螺紋。在另一實(shí)施例中，輪廓362可以配置用于與芯棒(214，圖2C)嚙合和/或匹配?？梢允褂们?64。球364可以用于對例如，滑塊334進(jìn)行取向或與所述滑塊間隔開來。球364也可以有助于維持滑塊334的斷裂對稱性。球364可以是，例如，銅或陶瓷的。
[0179]現(xiàn)在同時(shí)參考圖7A和圖7B，示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的承重板383 (及其子組件)的多個(gè)視圖。承重板383可以由具有廣角的細(xì)絲纏繞材料制成。因此，承重板383可以容忍增大的軸向負(fù)載，同時(shí)還具有增大的壓縮強(qiáng)度。
[0180]由于套管(254，圖2C)可以牢固地保持在原位，承重板383可以類似地保持在原位。安裝套管可以具有套管端255，所述套管端毗鄰承重板端284、384。簡要地說，圖2C說明了套管端255與板端284的壓縮如何可以在安裝順序開始時(shí)發(fā)生。隨著工具中的張力的增大，承重板283的另一端239可以被滑塊242壓縮，迫使滑塊242向外并且與周圍管狀物(208，圖2B)嚙合。
[0181]內(nèi)部板表面319可以配置用于與芯棒傾斜嚙合。在一項(xiàng)實(shí)施例中，板表面319可以與芯棒314的過渡部分349嚙合。唇部323可以用于保持承重板383與工具202和滑塊242同心。小唇部323A也可以輔助于承重板383的中心化和對齊。
[0182]現(xiàn)在同時(shí)參考圖1OA和圖10B，示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的可以與井下工具一起使用的球座386 (及其子組件)的多個(gè)視圖。球座386可以由細(xì)絲纏繞的復(fù)合材料或金屬制成，例如，銅。球座386可以經(jīng)配置以裝載和固持球385，由此球座386可以作為閥門，例如，止回閥。作為止回閥，來自工具的一側(cè)的壓力可以受到抵抗或停止，而來自另一側(cè)的壓力可以得到減輕并從其中通過。
[0183]在一項(xiàng)實(shí)施例中，芯棒(214，圖2D)的孔(250，圖2D)可以配置有形成于其中的球座386。在一些實(shí)施例中，球座386可以整體形成在芯棒的孔內(nèi)，而在其他實(shí)施例中，球座386可以根據(jù)需要單獨(dú)地或可選地安裝在芯棒內(nèi)。因此，球座386可以具有與芯棒的孔粘合的外表面386A。球座386可以具有球座表面386B。
[0184]球座386可以按某種方式進(jìn)行配置，使得當(dāng)球(385，圖3C)位于其中時(shí)，可以關(guān)閉通過芯棒的流路(例如，由于球385的存在使得通過孔250的流動得到了限制)。球385可以由復(fù)合材料制成，由此球385能夠在井下操作(例如，壓裂)期間保持最大壓力。
[0185]因此，球385可以用于防止或控制流經(jīng)工具的流體。如果適用的話，那么球385可以下降到鉆井孔(206，圖2A)中并且朝向形成于工具202中的球座386流動?；蛘撸?85可以在進(jìn)入期間保留在工具202內(nèi)，使得球墜落時(shí)間得到消除。因此，通過保留銷(387，圖3C)的利用，球385和球座386可以配置為保留球閥。因此，球385可以適用于作為止回閥，方法是對來自一個(gè)方向的壓力進(jìn)行密封，但是允許相反方向的流體通過。
[0186]現(xiàn)在同時(shí)參考圖12A和圖12B，示出了根據(jù)本發(fā)明中公開的實(shí)施例的封裝井下工具的多個(gè)視圖。在實(shí)施例中，本發(fā)明的井下工具1202可以包括封裝。封裝可以由注射模制過程來完成。舉例來說，工具1202可以經(jīng)組裝，放置到配置用于注射模制的夾具裝置中，由此封裝材料1290可以相應(yīng)地注射到夾具中，并且使其在工具1202 (未圖示)上靜置或固化預(yù)定量的時(shí)間。
[0187]封裝可以有助于解決預(yù)設(shè)問題，材料1290是足夠牢固的以將工具零件，例如，滑塊1234、1242固定在原位或者限制它們的移動，并且其材料特性是足夠的以承受極端的井下條件，但是在常規(guī)的安裝和操作中可以由工具1202組件輕易地破壞。用于封裝的實(shí)例材料包括聚氨酯或硅酮，然而，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是任何類型的可以流動、硬化，并且不會限制井下工具的功能性的材料都是可以使用的。
[0188]現(xiàn)在同時(shí)參考圖14A和圖14B，示出了根據(jù)本發(fā)明中公開的實(shí)施例的井下工具的多個(gè)配置的縱視截面圖。如同在本發(fā)明所公開的實(shí)施例中所描述的以及所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，井下工具1402的組件是可以進(jìn)行布置和可操作的。
[0189]工具1402可以包括配置為實(shí)心體的芯棒1414。在其他方面，芯棒1414可以包括穿過其中形成的流路或孔1450 (例如，軸向孔)?？?450的形成可以是芯棒1414的制造的結(jié)果，例如，通過用細(xì)絲或織物來纏繞棒。如圖14A所示，芯棒可以具有孔1450，所述孔配置有設(shè)置在其中的插入件1414A。銷1411可以用于緊固下部套管1460、芯棒1414，以及插入件1414A?？?450可以延伸穿過整個(gè)芯棒1414，并具有在第一端1448以及相對的在其第二端1446的開口。圖14B說明了芯棒1414的端部1448可以與塞子1403配適。
[0190]在某些情況下，墜球可能不是可用的選擇，因此芯棒1414可以可選地與固定塞1403配適。塞子1403可以配置為更容易鉆穿，例如，中空的。因此，塞子可以足夠牢固以固持在原位并且抵抗流體壓力，但是可以被輕易地鉆穿。塞子1403可以是螺紋式地和/或密封式地嚙合在孔1450中的。
[0191]芯棒1414的端部1446、1448可以包括內(nèi)部或外部(或這兩者)螺紋部分。在一項(xiàng)實(shí)施例中，工具1402可以用于壓裂服務(wù)中，并且經(jīng)配置以阻止來自工具1401上方的壓力。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，復(fù)合部件1420B的取向(例如，位置)可以是與第二滑塊1442嚙合的。在這個(gè)方面，工具1402可以用于消除流動，方法是經(jīng)配置以阻止來自工具1402下方的壓力，在另外的其他實(shí)施例中，工具1402可以在工具的每一端上具有復(fù)合部件1420、1420A。圖14A示出了與第一滑塊1434嚙合的合成部件1420，以及與第二滑塊1442嚙合的第二合成部件1420A。合成部件1420、1420A不需要是相同的。在這個(gè)方面，工具1402可以用于雙向服務(wù)中，使得可以在工具1402的上方和/或下方阻止壓力。復(fù)合桿可以膠合到孔1450中。
[0192]優(yōu)勢.所述井下工具的實(shí)施例在尺寸上是較小的，從而允許所述工具在細(xì)長的孔徑中使用。在尺寸上較小還意味著每個(gè)工具的材料成本較低。因?yàn)楦綦x工具，例如，塞子，是以巨大的數(shù)目使用的，并且通常是不可再次使用的，所以每個(gè)工具的小量的成本節(jié)約帶來了巨大的年度資本成本節(jié)約。
[0193]協(xié)同效應(yīng)得到了實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檩^小的工具意味著可以輕易地達(dá)到較快的鉆孔時(shí)間。同樣，即使是每個(gè)單個(gè)工具的鉆穿時(shí)間上的少量的節(jié)約也可以帶來年度基礎(chǔ)上的大量的節(jié)約。
[0194]有利地是，組件的配置，以及借助于復(fù)合部件形成的彈性屏障使得工具可以承受非常高的壓力。能夠應(yīng)付較高的鉆井孔壓力的能力使得操作者能夠鉆出更深且更長的鉆井孔，以及更大的壓裂流體壓力。具有較長的鉆井孔和增大的儲層斷裂的能力帶來了顯著增
大的產(chǎn)量。
[0195]由于工具可以是較小的(較短的)，所述工具可以在鉆井管中操控較短的半徑彎曲而不會發(fā)生阻礙和預(yù)設(shè)。穿過較短工具的通道具有較低的液壓阻力并且因此可以在較低的壓降下承受較高的流體流速。當(dāng)球就位時(shí)，所述工具可以承受較大的壓力峰值(球峰值)。
[0196]復(fù)合部件可以有利地膨脹或撐開，這協(xié)助了泵送期間的進(jìn)入，從而減小了所需的泵送流體體積。這構(gòu)成了水的節(jié)約并且減少了與處理/處置回收流體相關(guān)聯(lián)的成本。
[0197]一體式滑塊總成是可以抵抗預(yù)設(shè)的，因?yàn)檩S向和徑向影響允許較快的泵送速度。這進(jìn)一步減少了完成壓裂操作所需的時(shí)間/水的量。
[0198]盡管已示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和教示的情況下可以對其作出修改。本發(fā)明中所描述的實(shí)施例僅僅是示例性而并非意圖進(jìn)行限制。本說明書中所公開的本發(fā)明的許多改變和修改是可行的并且涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。其中數(shù)字范圍或限制是明確地陳述的，此類表述范圍或限制應(yīng)被理解為包括落入明確陳述的范圍或限制內(nèi)的類似大小的迭代的范圍或限制。對于權(quán)利要求的任何元件的術(shù)語“可選地”的使用意圖表示對象元件是需要的，或者是不需要的。這兩者都意圖涵蓋在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。使用諸如“包含”、“包括”、“具有”等較廣義術(shù)語應(yīng)被理解為提供對諸如“由…組成”、“基本上由…組成”以及“大體上由…組成”等較狹義術(shù)語的支持。
[0199] 因此，保護(hù)范圍不受上文所述描述的限制，而是僅受所附權(quán)利要求書的限制，所述范圍包括權(quán)利要求書的標(biāo)的物的所有等效物。每項(xiàng)和每條權(quán)利要求被并入到說明書中作為本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例。因此，權(quán)利要求書是進(jìn)一步的描述并且是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的補(bǔ)充。對參考的包括或論述并不是承認(rèn)其為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，尤其是
【公開日】期在本申請案的在先申請 優(yōu)先權(quán)日:期之后的任何參考。本發(fā)明中所引用的所有專利、專利申請案和公開案的揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文本中，以提供補(bǔ)充本發(fā)明中提出的內(nèi)容的背景知識或示例性、程序性或其他細(xì)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具包含: 復(fù)合芯棒，所述復(fù)合芯棒具有至少一組圓形螺紋； 復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞所述芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞所述芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件是由第一材料制成的并且包含第一部分和第二部分；以及 圍繞所述芯棒設(shè)置的滑塊， 其中將所述井下工具安裝在鉆井孔中包括所述滑塊的至少一部分與周圍管狀物緊咬嚙合，以及所述密封元件與所述周圍管狀物無縫式嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工具，其中所述第二部分包含傾斜表面并且所述第一部分包含至少一個(gè)凹槽，其中第二材料粘合到所述第一部分并且至少部分填充到所述至少一個(gè)凹槽中，并且其中所述滑塊包含一體式配置并且配置有設(shè)置在其中的至少一個(gè)凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工具，其中所述復(fù)合芯棒包含遠(yuǎn)端、近端，以及形成在其中的孔，其中所述復(fù)合芯棒配置有在近端沿所述孔的表面設(shè)置的第二組螺紋，其中所述圓形螺紋是在遠(yuǎn)端沿著外部芯棒表面設(shè)置的，其中所述復(fù)合芯棒由細(xì)絲纏繞的材料組成，并且其中所述第二組螺紋包含切變螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下工具，其中所述復(fù)合芯棒耦合有適配器，所述適配器配置有與所述切變螺紋匹配的對應(yīng)的螺紋，并且其中施加到所述芯棒的負(fù)載是足夠大的以對所述第二組螺紋進(jìn)行剪切。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工具，其中所述井下工具包含軸，其中所述復(fù)合芯棒與套管耦合，所述套管配置有與所述至少一組圓形螺紋匹配的對應(yīng)的螺紋，并且其中所述工具的安裝使得負(fù)載力以遠(yuǎn)離所述軸的角沿著所述圓形螺紋進(jìn)行分配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所·述的井下工具，其中所述第一部分包含外表面、內(nèi)表面、頂部邊緣、底部邊緣，其中所述至少一個(gè)凹槽的深度從所述外表面延伸到所述內(nèi)表面，其中至少一個(gè)凹槽是從圍繞所述底部邊緣到圍繞所述頂部邊緣形成的，其中在安裝所述井下工具之后，所述第一部分遠(yuǎn)離所述軸在徑向方向上延伸，其中所述復(fù)合部件以及所述密封元件壓縮在一起以在其間形成強(qiáng)化的屏障，并且其中所述復(fù)合芯棒和所述第一材料各自由細(xì)絲纏繞的可鉆孔材料組成。
7.一種用于隔離鉆井中的區(qū)域的井下工具，其包含: 復(fù)合芯棒，所述芯棒具有用于與安裝工具匹配的第一組螺紋以及用于耦合到下部套管的第二組螺紋； 圍繞所述芯棒設(shè)置的密封元件，所述密封元件經(jīng)配置以響應(yīng)于所述密封元件上的力的施加徑向彎曲和擴(kuò)展；以及 復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞所述復(fù)合芯棒設(shè)置并且靠近所述密封元件，所述復(fù)合部件包含可變形部分，所述可變形部分具有設(shè)置在其中的一個(gè)或多個(gè)凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井下工具，所述井下工具進(jìn)一步包含: 第一錐體，所述第一錐體圍繞所述復(fù)合芯棒設(shè)置并且靠近所述密封元件的第二端； 金屬滑塊，所述金屬滑塊圍繞所述復(fù)合芯棒設(shè)置并且與所述第一錐體的傾斜表面嚙合； 圍繞所述復(fù)合芯棒設(shè)置的承重板，其中所述承重板經(jīng)配置以將負(fù)載從安裝套管傳遞到所述金屬滑塊；以及具有一體式配置的復(fù)合滑塊，所述復(fù)合滑塊圍繞所述復(fù)合芯棒設(shè)置并且鄰近第二錐體的外部逐漸變細(xì)的表面， 其中所述下部套管圍繞所述復(fù)合芯棒設(shè)置并且靠近所述金屬滑塊的逐漸變細(xì)端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井下工具，其中所述復(fù)合芯棒包含形成在其中的流動路徑，并且其中所述第一組螺紋是設(shè)置在所述復(fù)合芯棒的內(nèi)表面上的切變螺紋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的井下工具，其中所述復(fù)合芯棒配置有密封表面以接收球，所述球限制在至少一個(gè)方向上通過所述流動通道的流體流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井下工具，其中所述第二組螺紋包含圓形螺紋，其中所述金屬滑塊是由硬化的鑄鐵形成的，并且其中所述金屬滑塊配置有設(shè)置在其中的低密度材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井下工具，其中所述低密度材料是玻璃泡填充的環(huán)氧樹脂。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井下工具，其中所述金屬滑塊進(jìn)一步包含:滑塊主體； 包含緊咬元件的外表面；以及 經(jīng)配置用于接收芯棒的內(nèi)表面； 其中所述滑塊主體包含形成在其中的至少一個(gè)孔，并且其中有浮力的材料設(shè)置在所述孔中。
14.根據(jù)權(quán)利要求14所述的井下工具，其中所述金屬滑塊是由鑄鐵制成的并且是表面硬化的，其中所述外表面具有在大約40到大約60的范圍內(nèi)的洛氏硬度，其中所述內(nèi)表面具有在大約10到大約25的范圍內(nèi)的洛氏硬度，并且其中所述有浮力的材料是從由聚氨酯、輕質(zhì)珠子、環(huán)氧樹脂以及玻璃泡組成的組中選擇出來的。`
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井下工具，其中所述復(fù)合滑塊進(jìn)一步包含具有其周圍的至少部分連接性的圓形滑塊主體，以及設(shè)置在其中的至少兩個(gè)或兩個(gè)以上交替布置的凹槽。
16.—種用于井下工具的芯棒,所述芯棒包含: 主體，所述主體具有第一外徑的近端以及第二外徑的遠(yuǎn)端； 一組圓形螺紋，所述圓形螺紋設(shè)置在所述遠(yuǎn)端上； 過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域形成在所述近端與所述遠(yuǎn)端之間的所述主體上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的芯棒，其中所述芯棒是由復(fù)合材料制成的，并且其中所述第一外徑大于所述第二外徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的芯棒，其中所述復(fù)合材料是細(xì)絲纏繞的，并且其中所述芯棒進(jìn)一步包含流動孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的芯棒，其中所述流動孔從所述近端延伸到所述遠(yuǎn)端。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的芯棒，其中所述芯棒包含沿著所述主體的外表面，以及沿著所述流動孔的內(nèi)表面，其中所述圓形螺紋形成在所述外表面上，并且一組切變螺紋形成在所述內(nèi)表面上。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的芯棒，其中所述芯棒包含沿著所述主體的外表面，并且其中圓周錐形物靠近所述近端形成在所述外表面上，并且其中所述近端包含經(jīng)配置以接收墜球的球座。
22.—種用于井下工具的芯棒,所述芯棒包含: 主體，所述主體具有包含切變螺紋和第一外徑的近端，以及包含圓形螺紋和第二外徑的遠(yuǎn)端，其中所述芯棒是由復(fù)合細(xì)絲纏繞的材料制成的，并且其中所述第一外徑大于所述第二外徑。
23.權(quán)利要求22所述的芯棒進(jìn)一步包含形成于所述近端與所述遠(yuǎn)端之間的所述主體上的過渡區(qū)域。
24.權(quán)利要求23所述的芯棒進(jìn)一步包含流動孔，所述流動孔設(shè)置在所述近端與所述遠(yuǎn)端之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的芯棒，其中所述芯棒包含沿著所述主體的外表面，以及沿著所述流動孔的內(nèi)表面，其中所述圓形螺紋形成在所述外表面上，并且一組切變螺紋形成在所述內(nèi)表面上。
26.一種包含內(nèi)部切變螺紋輪廓的復(fù)合芯棒，其中所述切變螺紋經(jīng)配置以在受到預(yù)定的軸向力時(shí)發(fā)生剪切，使得安裝工具不再與井下工具連接，其中所述切變螺紋經(jīng)配置以在大于安裝所述井下工具所需的力且小于分開所述主體所需的力的預(yù)定的軸向力下發(fā)生剪切。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的復(fù)合芯棒，其中所述芯棒可以進(jìn)一步包含具有第一外徑的近端，以及包含圓形螺紋和第二外徑的遠(yuǎn)端，其中所述芯棒是由復(fù)合細(xì)絲纏繞的材料制成的，并且其中所述第一外徑大于所述第二外徑。
28.一種用于隔離鉆井孔的部分的井下工具，所述井下工具包含: 復(fù)合芯棒，所述復(fù)合芯 棒包含: 主體，所述主體具有近端和遠(yuǎn)端； 一組圓形螺紋，所述圓形螺紋設(shè)置在所述遠(yuǎn)端上；以及 過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域形成在所述近端與所述遠(yuǎn)端之間的所述主體上，并且具有傾斜的過渡表面； 復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞所述芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞所述芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件是由第一材料制成的并且包含第一部分和第二部分；以及 承重板，所述承重板圍繞所述芯棒設(shè)置并且與所述傾斜的過渡表面嚙合， 其中所述井下工具的安裝包含所述復(fù)合部件和所述密封元件至少部分地與周圍管狀物嚙合。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的井下工具，其中所述近端包含切變螺紋和第一外徑，并且所述遠(yuǎn)端包含第二外徑，其中所述復(fù)合芯棒是由細(xì)絲纏繞的材料制成的，并且其中所述第一外徑大于所述第二外徑。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的井下工具，其中所述芯棒進(jìn)一步包含流動孔，所述流動孔從所述近端延伸到所述遠(yuǎn)端。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的井下工具，其中所述流動孔包含球式止回閥。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的井下工具，其中所述芯棒包含沿著所述主體的外表面，以及沿著所述流動孔的內(nèi)表面，其中所述圓形螺紋形成在所述外表面上，并且一組切變螺紋在所述近端形成在所述內(nèi)表面上。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的井下工具，其中所述芯棒包含沿著所述主體的外表面，并且其中圓周錐形物在所述近端附近形成在所述外表面上。
34.一種用于安裝井下工具以分離鉆井孔的一個(gè)或多個(gè)部分的方法，所述方法包含:使所述井下工具進(jìn)入到鉆井孔中的期望的位置，所述井下工具包含: 復(fù)合芯棒，所述復(fù)合芯棒配置有一組圓形螺紋和一組切變螺紋； 復(fù)合部件，所述復(fù)合部件圍繞所述芯棒設(shè)置并且與同樣圍繞所述芯棒設(shè)置的密封元件嚙合，其中所述復(fù)合部件是由第一材料制成的并且包含可變形部分和彈性部分； 使所述復(fù)合芯棒承受拉伸負(fù)載，從而使得所述密封元件軸向彎曲并且向外擴(kuò)展，并且還使得所述密封元件抵靠著所述復(fù)合部件進(jìn)行壓縮，其中所述可變形部分徑向向外擴(kuò)展并且所述密封元件與周圍管狀物嚙合；并且 當(dāng)所述拉伸負(fù)載足夠?qū)λ鲆唤M切變螺紋進(jìn)行剪切時(shí)使所述井下工具不再同與其耦合的安裝工具連接。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述井下工具進(jìn)一步包含: 滑塊，所述滑塊包含一體式配置并且具有設(shè)置在其中的兩個(gè)或兩個(gè)以上交替布置的凹槽，所述第二滑塊靠近所述錐體的第二端設(shè)置并且與所述錐體的第二端嚙合，其中所述井下工具的安裝進(jìn)一步包含所述第二滑塊的至少一部分與周圍管狀物緊咬嚙合。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其進(jìn)一步包含將流體從所述表面注射到鉆井孔中，并且隨后注射到緊靠鉆井孔的地層的至少一部分中，其中所述井下工具進(jìn)一步包含圍繞所述芯棒設(shè)置的錐體并且具有第一端和第二端，并且其中所述第一端經(jīng)配置用于與所述密封元件嚙合。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述芯棒包含遠(yuǎn)端和近端以及形成于其間的孔，其中所述切變螺紋在所述近端沿所述孔的表面設(shè)置，并且其中所述圓形螺紋在所述遠(yuǎn)端沿外部芯棒表面設(shè)置。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，所述方法進(jìn)一步包含: 在安裝所述井下工具之后，使第二井下工具進(jìn)入到鉆井孔中； 安裝所述第二井下工具； 執(zhí)行壓裂操作；并且 鉆穿所述井下工具和所述第二井下工具。
【文檔編號】E21B19/18GK103717828SQ201280037968
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月22日
【發(fā)明者】杜克·萬雷 申請人:國家博斯奧格能源服務(wù)有限責(zé)任公司