CN106460478A - 用于利用加压气体致动井眼工具的设备和相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激活井眼工具的设备，所述设备包括缸体、轴和压力消散器。所述缸体具有限定出光滑孔部段的第一内表面和邻近所述第一内表面的第二内表面。轴具有活塞部段，所述活塞部段包括至少一个密封件，所述密封件在其处于公称直径时与所述第一内表面形成流体密封。压力消散器沿缸体的第二内表面形成，在所述至少一个密封件离开光滑孔部段之后，所述压力消散器接触所述至少一个密封件并且使得所述至少一个密封件物理性失稳。

Description

用于利用加压气体致动井眼工具的设备和相关方法

技术领域

本公开涉及用于利用加压气体致动井眼工具的设备和方法。

背景技术

在油气井的构建、完井、重新完井或修井期间，可能存在一个或多个井工具可能需要就地机械致动的情况。一种用于致动井工具的已知方法是使用烟火性装药产生加压气体，然后将加压气体输送到将压力转换成机械能的设备(例如，将压力转换成选定工具或工具部件的运动的活塞-缸体装置)中。在多个方面，本公开涉及使用高压气体的需要增强的工具。

发明内容

在多个方面，本公开提供了一个用于激活井眼工具的设备。该设备可包括：缸体，所述缸体具有限定出光滑孔部段的第一内表面和邻近第一内表面的第二内表面；轴，所述轴具有活塞部段，所述活塞部段包括至少一个密封件，所述至少一个密封件在其处于公称直径时形成与所述第一内表面的流体密封；和压力消散器，所述压力消散器沿着缸体的第二内表面形成，所述压力消散器在所述至少一个密封件离开光滑孔部段之后接触所述至少一个密封件并且使得所述至少一个密封件物理性失稳。

在多个方面，本公开还提供了一种井工具，所述井工具包括上部短节、压力短节和下部短节。上部短节具有壳体，所述壳体包括用于接收点火器的第一室。点火器在被引爆时产生火焰输出。压力短节具有缸体、轴、动力装药和压力消散器。缸体具有限定出缸体孔的内表面。缸体孔具有光滑孔部段和压力室，所述光滑孔部段由沿周向和沿轴向尺寸都不变化的内表面限定，所述压力室产生缸体在远离上部短节的方向上移位所需的压力。轴布置在缸体孔内并且有轴孔、第一端部和第二端部，所述第一端部连接到所述上部短节，活塞组件形成于第二端部上。活塞组件包括接触缸体的内表面的至少一个密封件。动力装药设置在轴孔中并且和由含能材料形成，所述含能材料在由所述点火器的火焰输出点燃时产生气体。压力消散器形成于缸体的末端部上。压力消散器在所述至少一个密封件离开光滑孔部段之后接触所述至少一个密封件且使得所述至少一个密封件物理性失稳。下部短节连接到缸体，并且构造为使单独井孔设备的部件轴向移位。

已经相当广泛地概括了本公开的特征的上述示例，以使得可以更好地理解它们的下述详细描述，以及使得可意识到对本领域的贡献。当然，存在本公开的将在下文中描述并且将构成所附权利要求的主题的其他特征。

附图说明

为了详细理解本公开，应该结合附图参照优选实施例的以下详细描述，在附图中，相同的元件被赋予相同的附图标记，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的气体激励性井工具的一个实施例的示意性剖视图；

图2是根据本公开的一个实施例的气体激励性井工具的压力消散器的侧剖视图；

图3描绘了用于图2的压力消散器的凹表面间断部的端视图；和

图4示意性示出了一种井系统，所述井系统可部署根据本公开的一个实施例的具有压力消散器的气体激励性井工具。

具体实施方式

如下面将变得显而易见的是，本公开提供了一种消散或泄放高压流体的有效设备，所述流体诸如是用于致动井眼工具的气体或气/液体。本发明允许不同形式的实施例。应当理解，附图中所示并且在此将进行详细描述的本公开的具体实施例将被认为是本公开的原理的范例而不旨在将本公开限制为所示和所描述的具体实施例。

参照图1，示出了根据本公开使用压力消散器100的井工具50的一个实施例。仅仅为了便于讨论，井工具50显示为用于使用平移组件来致动单独井工具(未示出)的点火致动器(pyrotechnic actuator)。井工具50可包括上部短节110、压力短节130和下部短节160。术语“短节”旨在总体指工具串的一部段或一部分。虽然短节可以是模块化的并且使用螺纹连接，使用术语“短节”不预期或暗示特别的构造。一般地，上部短节110产生火焰输出，所述火焰输出在压力短节130中点燃产生气体的含能材料。压力短节130保持压力室中的可由高压气体激励的流体压力。在一些实施例中，压力室还可包括液体(诸如液压油)。下部短节160将流体压力转换成用于使下部短节160移位的动能。下部短节160使独立井眼设备(未示出)的一个部件轴向移位。因此，井工具50可用于使单独井眼设备(未示出)轴向移位或以其他方式移动、移位或装载，所述单独井眼设备可以是封隔器、整形器、桥塞等。

上部短节110包括壳体112，所述壳体具有用于接收点火器118的第一室114。在一个非限制性的实施例中，点火器118可以是当由合适的信号(例如，电信号、液体压力、撞击等)引爆时产生火焰输出的点火设备。

压力短节130可形成为活塞-缸体组件，其中，缸体134相对于固定到上部短节110的轴138滑动。轴138具有与上部短节110连接的第一端部140、孔142和活塞组件144。设置在孔142的动力装药146可由含能材料形成，所述含能材料在由点火器118的火焰输出点燃时经历爆燃。由爆燃产生的能量主要产生具有足够压力和足够体积的气体以致动单独井工具(未示出)。如果不是不存在的话，在爆燃时冲击波是微乎其微的。孔142用位于上部短节110中的一装置(诸如适配器143)密封，使得所产生的气体可仅从所述上部短节110流走。

缸体134包括孔136，轴138布置在该孔136中。该孔136包括光滑孔部段162和压力消散器100。光滑孔部段162可由沿周向和沿轴向尺寸都不变化的内表面164限定。也就是说，内表面164遵循在指定的轴向长度上不变化的直径。另外，孔136包括压力室153，所述压力室产生使缸体134在远离上部短节110的方向上移位所需的压力。

在一个实施例中，压力室153可使用设置在活塞组件144上的密封件形成。例如，活塞组件144可以包括连接到心轴152的头部150。压力室153可以由位于头部150上的一个或多个密封件155和设置在围绕心轴152定位的缸体134中的一个或多个密封件154来限定。密封件154可以是弹性体O型圈或其他类似类型的密封件。气体经由形成于心轴152上的通道156进入压力室153中。

压力消散器100在缸体134已经以预定的距离轴向移动或经历冲程之后消散压力室153中的流体压力。参照图2，压力消散器100在密封件154离开光滑孔部段162之后使得密封件154物理性失稳。对于物理性失稳，它是指密封件154的主体被撕扯、断裂、剪切、切割、切碎或以其它方式损坏到密封件154不能保持与相邻表面流体紧密密封接触的程度。在一种布置中，压力消散器100可位于或靠近缸体134的末端部166，所述压力消散器包括直径扩大孔167，沿直径扩大孔形成凹入表面间断部168。直径扩大部段167的直径大于光滑孔部段162的直径并且延伸到末端部166的端部。

现在参照图3，示出了压力消散器100的横截面，其更详细地显示了凹表面间断部168。在一个实施例中，凹表面间断部168可以是凹部，诸如形成于限定出直径扩大部段167的内表面172上的凹槽、槽口或沟道。间断部168可以是直的或弯曲的。凹表面间断部168可以纵向排列并且长度可部分或完全地横穿直径扩大部段167。对于纵向排列，是指间断部168与井工具50(图4)的纵向轴线平行，该井工具50的纵向轴线与井孔25大致对准(图4)。在未示出的其它实施例中，间断部可能是从内表面172突出的突起。虽然示出了一个间断部168，但是两个或更多各间断部可以沿内表面172周向间隔开。再者，表面间断部168可具有所示的圆角或者具有尖锐的边缘。表面间断部168的长度和深度选择为足以使密封件154变形和损坏以允许高压气体和其它流体(诸如油，如果存在的话)穿过密封件154泄漏，从而从压力室153泄放压力。

参照图4，示出了井构造和/或定位在所关注的地下地层22上方的烃生产设施20。该设施20可以包括已知的设备和结构，诸如地球表面28上的平台26、钻机30、井口32和嵌套套管或未嵌套套管的管/管道34。工作柱36从平台26悬垂到井眼25内。工作柱36可包括钻杆、连续油管、钢丝绳、滑线或任何其他已知的输送装置。工作柱36可包括遥测线路或其它信号/电力传输介质，其建立从地表到连接到工作柱36的端部处的井工具50的单向或双向遥测通信。为了简洁，示出了具有地面控制器38(例如，电源)的遥测系统，该遥测系统适于经由过布置在工作柱36中的电缆或信号传输线40传送电信号。井工具50可以是由气体压力激活的设备并且可以包括压力消散器100。

现在参看图1-4，在一种操作方法中，使用工作柱36将井工具50传送到井眼25中。在根据需要定位之后，发送适当的信号以引爆点火器118。在一个非限制性布置中，通过电缆40传送电信号。可替代地，可以利用压力增加或压力下降(drop bar)。点火器118产生点燃动力装药146的火焰输出。动力装药146经历生成高压气体的爆燃。

在操作过程中，动力装药146在被点燃时产生从轴孔142经由通道156流动到压力室153中的高压气体。由于密封件154是完好的，相对流体紧密密封防止压力室153中的高压气体和其它的气体或液体逸出。当压力室153中的流体压力足够高时，缸体134沿由箭头197所示的方向轴向移动，并且致动单独井工具(未示出)。最初，密封件154沿光滑孔部段162的内表面164滑动而且密封件155沿心轴152滑动。在密封件154处于光滑孔部段162中的时间期间，密封件154处于名义上的密封直径。

朝向缸体行程的端部，密封件154离开光滑孔部段162并且进入压力消散器100的直径扩大部段167。因为孔直径较大，压力室153中的气体压力可以使得密封件154沿直径方向膨胀。当从标称密封直径沿直径方向膨胀时，密封件154的各部分流动或挤压到表面间断部168中。由于密封件154沿直径扩大部段167轴向滑动，凹形间断部168使得密封件154物理性失稳。也就是说，密封件154和凹形间断部168之间的物理接触导致失稳。在失稳之后，密封件的保持密封的能力急剧下降。因此，气体通过密封件154泄漏而压力且压力室153中的流体压力下降。当现在从井眼25中取出井工具50，已经泄放压力室153中的压力以下降到允许在地面处进行安全处理的水平。

应当理解的是，本发明易于存在许多实施例。例如，虽然气体被描述为用于使活塞运动的第一压力源，但是也可以使用液体。例如，可以在压力室中使用液压油。此外，活塞的运动可以通过计量液压油通过孔口的流量而进行调节。在这些实施例中，液压油以及高压气体协作以使活塞运动，并且两者在密封件破裂之后都从工具泄放。

如在本公开中使用的，术语“纵向”或“纵长”指的是平行于工具孔或井眼孔的方向。例如，工具100具有与井眼的纵向轴线平行的纵向轴线。

为了进行说明和解释，前面的描述针对本公开的特定实施例。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可能对上述实施例进行许多修改和改变，而不偏离本公开的范围。因此，旨在下面的权利要求被解释为涵盖所有这样的修改和改变。

Claims (14)

1.一种井工具，包括：

上部短节，所述上部短节具有壳体，所述壳体包括用于接收点火器的第一室，所述点火器在引爆时产生火焰输出；

压力短节，所述压力短节具有：

-缸体，所述缸体具有限定出缸体孔的内表面，所述缸体孔具有：

-光滑孔部段，所述光滑孔部段由沿周向和轴向尺寸都不改变的内表面限定，和

-压力室，所述压力室产生使得缸体沿远离上部短节的方向移位所需的压力，以及

-轴，所述轴设置在缸体孔内，所述轴具有轴孔、第一端部和第二端部，所述第一端部连接到所述上部短节，活塞组件形成于所述第二端部上，所述活塞组件包括接触所述缸体的内表面的至少一个密封件，

-动力装药，所述动力装药设置在轴孔内，所述动力装药由含能材料制成，所述含能材料在被点火器的火焰输出点燃时产生气体，和

-压力消散器，所述压力消散器形成于缸体的末端部处，所述压力消散器在所述至少一个密封件离开光滑孔部段之后接触所述至少一个密封件且使得所述至少一个密封件物理性失稳；以及

下部短节，所述下部短节连接到缸体，并且构造成使得独立井眼设备的部件轴向移位。

2.如权利要求1所述的井工具，其中，所述活塞组件包括连接到心轴的头部和围绕心轴定位的至少一个附加的密封件，所述至少一个密封件被定位在头部上，并且所述气体经由形成于心轴上的通道进入压力室中。

3.如权利要求1所述的井工具，其中，所述压力消散器构造为在缸体已经相对于轴轴向移动预定距离之后消散压力室内的流体压力。

4.如权利要求3所述的井工具，所述压力消散器通过下述方式中的至少一种来使得所述至少一个密封件物理性失稳：撕扯、断裂、剪切、切割和切碎。

5.如权利要求1所述的井工具，其中，所述压力消散器包括邻近所述光滑孔部段形成的直径扩大部段，所述直径扩大部段的直径大于所述光滑孔部段的直径，而且所述直径扩大部段在其上形成凹表面间断部。

6.如权利要求5所述的井工具，其中，所述凹表面间断部是形成于限定了直径扩大部段的内表面上的凹部。

7.如权利要求6所述的井工具，其中，所述凹部与所述井工具的纵向轴线对准并且至少部分地横过所述直径扩大部段。

8.如权利要求7所述的井工具，其中，所述凹部是凹槽、槽口和沟道中的一种。

9.如权利要求7所述的井工具，其中，所述压力消散器构造为在缸体已经相对于轴轴向移动预定距离之后消散压力室内的流体压力，所述预定距离至少是允许所述至少一个密封件滑动通过所述光滑孔部段和所述直径扩大部段所需的距离。

10.一种用于激活井眼工具的设备，所述设备包括：

-缸体，所述缸体具有限定出光滑孔部段的第一内表面和邻近所述第一内表面的第二内表面；

-轴，所述轴具有活塞部段，所述活塞部段包括至少一个密封件，所述密封件在其处于公称直径时与所述第一内表面形成流体密封；以及

-压力消散器，压力消散器沿缸体的第二内表面形成，在所述至少一个密封件离开光滑孔部段之后，所述压力消散器接触所述至少一个密封件并且使得所述至少一个密封件物理性失稳。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述压力消散器包括由所述第二内表面限定的直径扩大部段和形成于所述缸体的第二内表面上的表面间断部，所述直径扩大部段的直径比所述光滑孔部段的直径大。

12.如权利要求11所述的设备，其中，所述表面间断部是沿着所述直径扩大部段的至少一部分纵向延伸的凹形凹部。

13.如权利要求11所述的设备，其中，压力消散器包括沿周向分布在第二内表面上的多个表面间断部。

14.如权利要求11所述的设备，其中，所述压力消散器构造为在缸体已经相对于轴轴向移动预定距离之后消散压力室内的流体压力，所述预定距离至少是允许所述至少一个密封件滑动通过所述光滑孔部段和所述直径扩大部段所需的距离。