CN108350727A - 物质组成及其使用 - Google Patents

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杜克·文路
侯亚楠
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Abstract

本发明的实施例涉及一种具有基质、增稠剂、强化剂和可溶性介质的物质组成。所述基质可以是约100重量份的具有酸酐固化剂的低粘度环氧树脂。所述增稠剂可以是约10‑20重量份的包括粘土的添加剂。所述强化剂可以是约5‑10重量份的玻璃。所述可溶性介质可以是约20‑30重量份的水溶性纤维。

Description

物质组成及其使用
技术领域
本发明总体上涉及油气钻井孔中使用的系统和相关工具。某些实施例涉及可用在系统、相关工具及其部件上的物质组成。本发明的具体实施例涉及可破碎、可溶解、可分离和/或可分解的材料。一些实施例包含材料，所述材料具有以下组成：约100重量份的树脂体系，其包含具有酸肝硬化剂的环氧树脂；约10-20重量份的添加剂，其可以是基于粘土的成分；约20-30重量份的纤维；以及约5-10重量份的玻璃。环氧树脂可以是低粘度环脂族环氧树脂。
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，并且包含在相应的目标区域的下方或上方在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。压裂栓塞及伴随的操作可以如第8,955,605号美国专利中所描述或以另外的方式公开，所述美国专利以全文引用的方式并入本文中用于所有目的。
尽管如此，井下操作可能包含使用许多其它装置、工具等(或一般统称“工具”或“多个工具”)，包含钻头、流量控制器、包装机、栓塞、滑动套筒、相关的油管等等。一些工具可能表征为具有复杂的机械设计，并且通常需要通过测井电缆、液压控制线、挠性油管等从表面来进行远程控制或激活。其它激活方法包含增压，其可以通过滑动套筒或下落球体以便阻塞或以另外的方式阻挡工具中的孔口而进行。
井下工具通常具有由钢、铸铁、铝或其它合金化金属构造的多个组件。另外或替代地，工具组件可以包含复合物或橡胶材料。
使注入的流体或底层流体“回流”(即从地层到表面)自然是可取的；但是，直到之前设置的工具或其阻塞被移除之后才可能发生所述回流。移除工具(或阻塞)通常需要良好的干预服务以进行检测或钻孔，这是耗时的、昂贵的，并且增加了钻井孔损坏的潜在风险。
工具中使用的金属零件越多，钻孔操作消耗的时间就越长。因为金属组件难以钻透，所以此过程可能需要进出钻井孔的额外的卡爪来替换损坏的钻头。
为了节约成本，在一定的井下条件下可进行反应的材料已经成为对油田工业潜力的重要研究课题。例如，通过仅对周围环境的改变作出反应就有能力分解的这种先进材料是可取的，因为不需要或仅需要有限的干预来进行移除或激活。
基本上通过周围环境的改变(例如，存在特定的流体、温度的改变、和/或压力的改变等)而自我激活的此类材料可以潜在地取代昂贵且复杂的设计，并且在可达到的极限甚至被认为不可能的情形下(所述情形是井下(地下)环境的情况)可最为有利。
不依赖于冗长而昂贵的测井电缆、液压控制线或挠性油管进行控制是非常可取且经济上有利的。此外，在不胜枚举的情形中，一件地下设备可能只需要被激活一次，在此之后，它可能不再有任何用处，例如当设备必须通过具有风险且昂贵的干预手段来获取时甚至可能会变得不利。
在一些情况下，可能有利的是具有由具备以下属性的材料(物质组成)制成的装置(球体、工具、组件等)：其中在一些条件下(例如，在表面或在环境条件下)装置具有很强的机械性(硬质)，但是在特定条件下会分解、溶解、破碎，所述特定条件例如是存在如淡水、海水、地层流体、添加剂、卤水、酸和碱等含水流体时，或压力和/或温度改变时。因此，在预定量的时间之后，并且在完成期望的操作之后，最终允许地层流体流向表面。
将装置(或相关的激活装置，例如压裂球，或其它组件)配置为利用可以缓解或减少干预服务需求的材料是很有利的。这将节省大量的时间和费用。因此，在本领域中需要具有不涉及或不另外需要钻孔过程的性质的工具、装置、组件等。更需要对环境或生物友好的材料。
节省操作时间的能力(节省操作成本的能力)在市场上引起了相当大的竞争。获得任何节省时间或最终节省成本的能力都会带来直接的竞争优势。
发明内容
本发明的实施例涉及一种物质组成，其可以包含以下范围的组成：约100重量份的树脂体系；约10-20重量份的粘土；约20-30重量份的纤维；以及约5-10重量份的玻璃。
树脂体系可以包含具有酸酐固化剂的低粘度环脂族环氧树脂。
粘土可以包含或者是膨润土。粘土可以包含或者是蒙脱土。粘土可以是改性蒙脱土。玻璃可以包含或者是玻璃球。组成可以包含有机大麻纤维、玻璃纤维及其组合中的至少一种。组成可以包含水溶性材料。在各方面中，水溶性材料可以包含或者是盐、糖及其组合中的一种。
玻璃可以包含或者是平均直径22微米的高强度、空心玻璃球。组成可以包含水溶性纤维。在各方面中，水溶性纤维可以包含或者是聚丙烯酸钠。
本发明的实施例涉及一种装置，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。所述装置可以选自井下工具、井下工具的组件以及压裂球中的一种。所述装置可以由固化的组合物制成。
本发明的实施例涉及一种供井下环境使用的装置，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
本发明的实施例涉及一种设备，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
本发明的实施例涉及一种具有一个或多个组件的井下工具，所述组件可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
本发明的实施例涉及一种压裂球，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
材料可以包含由酸酐基固化树脂和包括粘土的增韧剂构成的组合物。
材料可以包含由酸酐环氧树脂体系和包括粘土的触变流变改性剂构成的组合物。
材料可以在各种温度下以0.24-17g/hr分解。
材料可以在激活24小时内分解。
粘土可以包含纳米粘土和/或粘土颗粒。
材料可以包含聚乙醇酸。
许多装置、工具和其它组件可以由本文中所公开的材料制成。材料可以是固化材料。
材料可以包含糖基环氧树脂。
井下工具由本发明的材料制成。
井下工具配置有由本发明的材料制成的一个或多个组件。
装置由本发明的材料制成。
压裂球由本发明的材料制成。
如本文中所公开的组成进一步包含糖基环氧树脂。
材料可以包含树脂。树脂可以是酸酐固化环氧树脂材料。有可能结合使用聚丙烯酸钠纤维，但也可以使用具有与其相关联的可溶解属性的任何纤维。本文中所描述的树脂可以包含分布于其中的增韧剂。
增韧剂可以包含粘土、吸湿粘土、纳米粘土、膨润土，或者可容易在树脂内分布并且减少树脂的脆性的任何其它材料。碳纳米管也可能增加强度，但也会促进毛细管水流穿过树脂基质。
本发明的实施例涉及一种装置，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。所述装置可以选自由以下组成的群组：井下工具、井下工具的组件以及压裂球。
本发明的实施例涉及一种供井下环境使用的装置，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或由可以具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
本发明的实施例涉及一种设备，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
本发明的实施例涉及一种具有一个或多个组件的井下工具，所述组件可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
本发明的实施例涉及一种压裂球，其可以具有本文中所公开的任何物质组成(或者由可具有本文中所公开的任何物质组成的材料制成)。
从以下详细描述和图式中这些和其它实施例、特征和优点将是显而易见的。
附图说明
为了更详细地描述本发明，现在将参考附图，在附图中：
图1是常规的堵塞系统的过程图的侧视图；
图2A示出了根据本发明的实施例具有井下工具的系统的等距视图；
图2B示出了根据本发明的实施例将图2A的井下工具定位在管状物内的等距视图；
图2C示出了根据本发明的实施例的井下工具的纵向侧视图；
图2D示出了根据本发明的实施例的井下工具的纵向截面图；
图2E示出了根据本发明的实施例的井下工具的等距组件断面图；
图3A示出了根据本发明的实施例具有混合套筒的井下工具的纵向截面图；
图3B示出了根据本发明的实施例具有经溶解的套筒插入件的图3A的工具的纵向截面图；
图3C示出了根据本发明的实施例具有混合套筒的井下工具的等距组件断面图；以及
图3D示出了根据本发明的实施例使用具有混合套筒的井下工具的系统的等距组件断面图。
具体实施方式
本文中公开了可用在涉及用于钻井孔操作的井下工具的设备、系统和方法上的新颖物质组成，在本文中描述了其细节。
本文中的实施例涉及适合用于钻井孔的井下工具，其可以包含芯棒套筒；以及安置于芯棒套筒内的套筒插入件。所述工具可以具有围绕芯棒套筒设置的第一滑块。可能存在围绕芯棒套筒设置的第二滑块。第二滑块可以接近圆锥形表面。可能存在与第二滑块啮合的下部套筒。
芯棒套筒可以包含螺纹的集合。
第一滑块和第二滑块中的至少一个可以具有单件式配置，所述单件式配置具有围绕整个圆形滑块主体的至少部分连接性。滑块中的任一个可以由复合材料制成。滑块中的任一个可以由金属制成。滑块中的任一个可以经过表面硬化。
井下工具可以包含密封元件。工具可以包含围绕芯棒安置的复合部件。复合部件可以与密封元件啮合。复合部件可以由第一材料制成并且包括第一部分和第二部分。第一材料可以是复合材料，例如细丝缠绕材料。第一部分可以是可变形部分。第二部分可以是弹性部分。
工具可以包含定位在芯棒套筒上并且在第一锥体与第二锥体之间的密封元件。第一锥体可以接近于第一滑块，和/或第二锥体可以接近于第二滑块。
可能存在围绕芯棒套筒设置的轴承板。
在各方面中，螺纹的集合可以是剪切螺纹和圆化螺纹中的一种。
在各方面中，芯棒套筒可以由不可溶解复合材料制成。在各方面中，套筒插入件可以由可溶解材料制成。在其它方面中，套筒插入件可以被配置成在安放井下工具的24小时内溶解或具有物理特性的一些其它改变。套筒插入件可以由酸酐固化树脂制成或以另外的方式包含酸酐固化树脂。
本文中的实施例涉及一种供钻井孔使用的井下工具，其可以包含具有至少一个螺纹集合的芯棒套筒；以及与芯棒套筒螺纹式啮合的套筒插入件。所述工具可以进一步包含：围绕芯棒设置的第一滑块，所述第一滑块进一步包括圆形滑块主体；围绕芯棒设置的第二滑块；与第二滑块啮合的下部套筒；密封元件；以及轴承板。
滑块中的任一个可以具有单件式配置，所述单件式配置具有围绕整个相应圆形滑块主体的至少部分连接性，滑块中的任一个还可以具有设置于所述单件式配置中的至少两个凹槽。
在各方面中，套筒插入件可以由可溶解树脂制成或以另外的方式包含可溶解树脂。套筒插入件可以由包括增韧剂的树脂制成或以另外的方式包含包括增韧剂的树脂。增韧剂可以或以另外的方式包含粘土。增韧剂可以或以另外的方式包含纳米粘土。增韧剂可以或以另外的方式包含粘土颗粒。套筒插入件可以由膨润土制成或以另外的方式包含膨润土。
在各方面中，套筒插入件可以由可溶解树脂制成或以另外的方式包含可溶解树脂。套筒插入件可以由包括触变流变改性剂的树脂制成或以另外的方式包含包括触变流变改性剂的树脂。触变流变改性剂可以是粘土或以另外的方式包含粘土。
术语
物质组成：如本文中所使用可以指构成材料(或建筑材料)的一种或多种配料或成分。例如，材料可以具有物质组成。类似地，装置可以由具有物质组成或其固化副产物的材料制成。
可分解材料：如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致材料的完整性发生改变的物质组成(包含其固化副产物)。作为一个实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料软化。
可溶解材料：类似于可分解材料；如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致材料的完整性发生改变(包含达到分解或者部分或完全溶解的程度)的物质组成(包含其固化副产物)。作为一个实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料软化。作为另一实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料至少部分地溶解，并且也可以完全溶解。
可破碎材料：如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致脆性的物质组成(包含其固化副产物)。作为一个实例，材料在环境或表面条件下可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移且在某些条件下，变得易碎。可破碎材料可能会破裂成多块，但不一定会溶解。
可分离材料：如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致材料的完整性发生改变(包含达到从固体结构变为粉末材料的程度)的物质组成(包含其固化副产物)。作为一个实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料变成(分离成)粉末。
对于一些实施例，建筑材料可以包含设计成或以另外的方式具有当暴露于一定钻井孔条件(例如时间、温度、水、热量、压力、溶液、其组合等的改变)时改变完整性或其它物理属性的固有特性的物质组成(包含其固化副产物)。可能因为地球的自然温度梯度导致温度增加而存在热量，并且现有钻井孔流体中可能已经存在水。完整性的改变可以在预定时间段发生，所述预定时间段可以介于从几分钟到几周的范围。在各方面中，所述时间段可以是约12小时到约36小时。
在一些实施例中，材料可以分解达到‘糊状’的程度或者分离成粉末，而在其它实施例中，材料可以溶解或其它方式碎裂并且通过在钻井孔中流动的流体带走。井下流体的温度可以影响完整性改变的速率。材料当呈水相溶解时无需形成溶液。例如，材料可以溶解、破碎或以另外的方式分离成足够小的颗粒(即，胶体)，当流体在井中循环时，该颗粒可以通过流体移除。在实施例中，材料可以变得可分解但不可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可分解并且随后可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可破碎(或者易碎)但不可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可破碎并且随后可溶解。在其它实施例中，材料可以分离。
现在同时参考图2A和2B，示出了说明本发明中所公开的实施例的具有井下工具202的系统200的等距视图。图2B描绘了形成于地层210中的钻井孔206，管状物208设置在所述钻井孔206中。在一个实施例中，管状物208可以是套管(例如，套管、悬挂套管、套管柱等)(其可以是粘合的)。工作管柱212(其可以包括与适配器252耦接的安放工具的零件217)可用于将井下工具202定位或设置到钻井孔206中且穿过钻井孔206到达所期望的位置。
根据本发明的实施例，工具202可以被配置为堵塞工具，其可以以某种方式安装在管状物208内，使得工具202抵靠着管状物208的内表面207形成液体密封。在一个实施例中，井下工具202可以被配置为桥塞，由此对从钻井孔213的一个区段到另一个区段(例如，工具202上方及下方)的流动进行控制。在其它实施例中，井下工具202可以被配置为压裂栓塞，其中进入钻井孔206的一个区段213的流动可以被阻断且另外转移到周围地层或储集器210中。
在其它实施例中，井下工具202也可以被配置为球体坠落工具。在这一方面中，球体可以下落到钻井孔206中且流动到工具202中，并且到达芯棒214的端部处的对应的球座中停止下来。球体的就位可以在工具202内提供引起堵塞条件的密封，由此可以引起工具202内的压力差。球座可以包括半径或曲率。
在其它实施例中，井下工具202可以是球体止回栓塞，由此当工具202进入到钻井孔中时工具202配置有已经就位的球体。工具202随后可用作止回阀，并且提供单向流动能力。通过这些配置中的任一者，流体可以从钻井孔206中被引导到地层。
一旦工具202达到管状物内的安装位置，则安装机构或工作管柱212就可以通过多种方法从工具202上拆卸下来，这引起工具202留在周围管状物中且钻井孔的一个或多个部分被隔离。在一个实施例中，一旦安装了工具202，则可以将张力施加到适配器252直至适配器252与芯棒214之间的螺纹连接失效。举例来说，适配器252和芯棒214上的配对螺纹(如图2D中所示的256和216)可以设计成剪切的，并且因此可以相应地以所属领域中已知方式拉动和剪切。施加到适配器252的负载的量可以在约，例如，20,000到40,000磅力的范围内。在其它应用中，负载可以在不到约10,000磅力的范围内。
因此，适配器252可以与芯棒214分离或从芯棒214上拆卸下来，这引起工作管柱212能够与工具202分离，这可在预先确定的时刻进行。本发明所提供的负载是非限制性，且仅仅是示例性的。安装力可以通过具体地设计工具的相互作用表面和相应的工具表面角度来确定。工具202还可以配置有预先确定的故障点(未示出)，所述故障点经配置以发生故障或断裂。举例来说，故障点可以在大于安装工具所需要的力但是小于分离工具的主体所需要的力的预先确定的轴向力下发生断裂。
井下工具202的操作可允许快速地进入工具202以隔离钻井孔206的一个或多个区段，以及快速且简单地钻穿来毁坏或移除工具202。工具202的钻穿可以通过工具202的组件和子组件来辅助，所述工具202的组件和子组件由可钻孔材料制成，所述可钻孔材料与在常规的栓塞中存在的那些材料相比对钻头损坏较少。在一个实施例中，井下工具202和/或其组件可以是由可钻孔复合材料(例如，玻璃纤维/环氧树脂、碳纤维/环氧树脂、玻璃纤维/PEEK、碳纤维/PEEK等)制成的可钻孔工具。其它树脂可以包括酚醛树脂、聚酰胺等。井下工具202的所有配对表面可以配置有一定角度，使得对应的组件可以置于压缩而非剪切之下。
现在同时参考图2C-2E，相应地示出了可与系统(200，图2A)一起使用的且说明本发明中所公开的实施例的井下工具202的纵向图、纵向截面图和等距组件分解图。井下工具202可以包括延伸穿过工具(或工具主体)202的芯棒214。芯棒214可以是实心主体。在其它方面，芯棒214可以包括形成于其中的流动路径或钻孔250(例如，轴向钻孔)。如图2E中所示，钻孔250可以部分地延伸或延伸较短距离穿过芯棒214。替代地，如图2D所示，钻孔250可以延伸穿过整个芯棒214，在其近端248处以及相对地在其远端246(靠近工具202的井下端)处具有开口。
钻孔250或穿过芯棒214的其它流动路径的存在可以间接地由操作状态来决定。也就是说，在大多数情况下，工具202可以具有足够大的直径(例如，4-3/4英寸)，相应地钻孔250可足够大(例如，1-1/4英寸)，使得碎片和垃圾可以通过或流过钻孔250而不会造成堵塞。然而，通过较小直径的工具202的使用，钻孔250的大小可能需要相应地较小，这可能使得工具202易于发生堵塞。相应地，芯棒可以被制成实心的以缓解工具202内堵塞的可能。
通过钻孔250的存在，芯棒214可以具有内孔表面247，其可以包括一个或多个形成于其上的螺纹表面。因而，可以存在第一组螺纹216，其经配置以用于耦接芯棒214与安装适配器252的对应的螺纹256。
螺纹(其可为剪切螺纹)的耦接可有助于工具202和安装适配器252和/或工作管柱(212，图2B)在螺纹处的可拆卸连接。在本发明的范围内工具202也可以具有一个或多个预先确定的故障点(未示出)，所述故障点经配置以独立于任何螺纹连接而发生故障或断裂。故障点可以在大于安装工具202所需要的力的预先确定的轴向力下发生故障或剪切。
适配器252可以包括螺柱253，所述螺柱配置有位于其上的螺纹256。在一个实施例中，螺柱253具有外部(阳)螺纹256并且芯棒214具有内部(阴)螺纹；然而，螺纹的类型或配置并不是意味着进行限制，并且可以分别是，例如，反之亦然的阴-阳连接。
井下工具202可以借助于工作管柱(212，图2A)进入到钻井孔(206，图2A)中到达所期望的深度或位置，所述工作管柱可以配置有安装装置或机构。工作管柱212和安装套管254可以是堵塞工具系统200的一部分，所述系统用于将井下工具202放入到钻井孔中，且启动工具202以从初始位置移动到安装位置。安装位置可以包括密封元件222和/或与管状物(208，图2B)啮合的滑块234、242。在一个实施例中，安装套管254(其可配置为安装机构或工作管柱的一部分)可以用于促使或推动密封元件222的压缩以及将密封元件222膨胀到与周围管状物密封啮合。
安装装置和井下工具202的组件可以与芯棒214耦接，以及轴向地和/或纵向地沿着芯棒214移动。当安装顺序开始时，芯棒214可以被拉伸到张紧状态中，而安装套管254仍然保持静止。下部套筒260也可以被拉伸，这是因为它借助于螺纹218和螺纹262的耦接附接到芯棒214上。如图2C和图2D中所示的实施例，下部套筒260和芯棒214可以分别具有匹配或对齐的孔281A和281B，由此一个或多个锚定销211或类似物可以设置于其中或牢固地定位于其中。在实施例中，可以使用黄铜定位螺钉。销(或螺钉等)211可以防止在钻孔或进入期间的剪切或旋转脱离。
随着在箭头A的方向上拉伸下部套筒260，在下部套筒260与安装套管254之间围绕芯棒214设置的组件可以开始抵靠着彼此进行压缩。这种力和所带来的移动使得密封元件222进行压缩和扩展。下部套筒260也可以具有与滑块234啮合的倾斜套筒端部263，并且随着下部套筒260进一步在箭头A的方向上拉伸，端部263抵靠着滑块234进行压缩。因此，滑块234可以沿着复合部件220的锥形或倾斜表面228移动，并且最终径向朝外地与周围管状物(208，图2B)啮合。
滑块234的锯齿状的外表面或轮齿298可以配置成使得表面298防止滑块234(或工具)在周围管状物内移动(例如，轴向地或纵向地)，否则该工具202可能会无意地从其位置释放或移动。虽然滑块234被说明为具有轮齿298，但是在本发明的范围内滑块234可以配置有其它紧咬特征，例如，钮扣或插入件。
初始地，密封元件222可以膨胀到与管状物接触，随后在工具202中进一步张紧(这可以使得密封元件222和复合部件220压缩在一起)，使得表面289作用于内表面288上。“开花”、解绕、和/或扩展的能力可允许复合部件220完全地延伸以与周围管状物的内表面啮合。
额外的张力或负载可以施加到工具202，从而引起锥体236移动，其可以至少一个表面237向第二滑块242内部倾斜(或倾斜、成锥形等)的方式围绕芯棒214设置。第二滑块242可以邻近或接近套管或锥体236。因而，密封元件222迫使锥体236抵靠着滑块242，使滑块242径向地向外移动到与管状物接触或紧咬啮合。相应地，可以径向向外地推动一个或多个滑块234、242且与管状物(208，图2B)啮合。在一个实施例中，锥体236可以滑动地啮合且围绕芯棒214设置。如图所示，第一滑块234可以在远端246处或靠近远端246，并且第二滑块242可以在近端248处或靠近近端248围绕芯棒214设置。在本发明的范围内，滑块234和242的位置可以互换。此外，滑块234可以与类似于滑块242的滑块互换，且反之亦然。
因为套筒254稳固地固定在适当的位置，所以套筒254可以抵靠着轴承板283啮合，这可以使得通过工具202的其余部分传递负载。安装套管254可以具有抵靠着轴承板端部284的套筒端部255。随着穿过工具202的张力的增大，锥体236的端部(例如，第二端240)抵靠着滑块242压缩，其可以通过轴承板283保持在适当的位置。由于锥体236能够自由移动及其锥形表面237，所以锥体236可以移动到滑块242下方的下侧，迫使滑块242向外且与周围管状物(208，图2B)啮合。
第二滑块242可以包括一个或多个紧咬元件(例如，钮扣或插入件278)，所述紧咬元件可经配置以提供与管状物的额外的紧咬。插入件278可以具有适合于提供到管状物表面中的额外的咬合的边缘或转角279。在一个实施例中，插入件278可以是软钢，例如，1018热处理钢。软钢的使用可以引起减小的或消除的由滑块啮合造成的套管损坏以及减小的由磨损造成的钻柱和设备损坏。
在一个实施例中，滑块242可以是一体式滑块，由此滑块242具有跨越其整个圆周的至少部分连接性。这意味着，虽然滑块242本身可以具有配置于其中的一个或多个凹槽(或凹口、起伏)244，但是滑块242本身不具有初始周向分离点。在一个实施例中，凹槽244可以等距离间隔开或设置于第二滑块242中。在其它实施例中，凹槽244可以具有交替布置的配置。也就是说，一个凹槽244A可以接近于滑块端部241，下一个凹槽244B可以接近于相对的滑块端部243，并且以此类推。
工具202可以配置有包括球座286的球形栓塞止回阀组装件。组装件可以是可移除的或整体地形成于其中的。在一个实施例中，芯棒214的钻孔250可以配置有形成或可拆卸地设置于其中的球座286。在一些实施例中，球座286可以整体地形成于芯棒214的钻孔250内。在其它实施例中，球座286可以单独地或任选地安装在芯棒214内，如所期望的。
球座286可以一定方式配置，使得球体285搁置或放置于其中，由此穿过芯棒214的流动路径可以闭合(例如，由于球体285的存在使得流过钻孔250的流动受到限制或控制)。举例来说，从一个方向的流体流动可以迫使球体285抵靠着底座286并保持，而从相反方向的流体流动可以推动球体285离开或远离底座286。因而，球体285和止回阀组装件可用于防止或以其它方式控制通过工具202的流体流动。球体285可以通常由复合材料、酚醛树脂等制成，由此球体285能够在井下操作(例如，压裂)期间保持所经受的最大压力。通过保留销287的使用，球体285和球座286可以被配置为保留的球形栓塞。因而，球体285可以适用于用作止回阀，方法是密封来自一个方向的压力，但是允许在相反的方向上的流体通过。
工具202可以被配置为落球栓塞，使得落球可以流动到落球座259中。落球的直径可以远远大于球体止回阀的球体的直径。在一个实施例中，端部248可以配置有落球座表面259，使得落球可以放置且搁置在底座近端248的座中。在适当时，落球(此处未示出)可以降入钻井孔(206，图2A)内并且朝向形成于工具202内的落球座259流动。球座可以半径259A形成(即，四周的圆形边缘或表面)。
在其它方面中，工具202可以被配置为桥塞，其一旦安装在钻井孔中，则可以防止或允许在任一方向(例如，向上/向下等)上穿过工具202的流动。相应地，对于所属领域的技术人员而言应当显而易见的是本发明的工具202可以可配置为压裂栓塞、落球栓塞、桥塞等，方法是简单地使用多个适配器或其它任选的组件中的一个。在任何配置中，一旦工具202适当地安装，则钻井孔中的流体压力可以增大，使得进一步的井下操作(例如，目标区域中的断裂)可以发生。
工具202可以包括防旋转组装件，所述防旋转组装件包括防旋转装置或机构282，其可以是弹簧、机械弹簧供能复合管状部件等等。装置282可以经配置且可用于防止工具202组件的不期望的或意外地移动或解绕。如图所示，装置282可以位于套筒(或外壳)254的腔室294中。在组装期间，可以通过使用锁定环296将装置282保持在适当的位置。在其它方面中，可以使用销将装置282保持在适当的位置。
图2D示出了锁定环296可以设置在与工作管柱212耦接的安装工具的零件217的周围。锁定环296可以通过穿过套筒254插入的螺丝牢固地保持在适当的位置。锁定环296可以包括导引孔或凹槽295，由此装置282的端部282A可以与其滑动啮合。突出部或夹具295A可以经配置以使得在组装期间，芯棒214和相应的工具组件可以抵靠着装置282在一个方向上转动和旋转；然而，突出部295A与装置端部282B的啮合可以防止在相反方向上的阻塞或松弛。
防旋转机构可以为工具和操作者提供额外的安全性，因为其可以帮助防止工具在错误的应用中被无意地使用的情况下的不可操作性。举例来说，如果工具用于错误的温度应用中，那么工具的组件可能易于熔化，由此装置282和锁定环296可以辅助保持工具的其余部分在一起。因而，装置282可以防止工具组件松弛和/或旋开，并且防止工具202旋开或从工作管柱212上落下。
工具202的钻穿可以通过以下事实来促进，即，芯棒214、滑块234、242、锥体236、复合部件220等可以由可钻孔材料制成，所述材料与常规的栓塞中的那些材料相比对钻头损坏较轻。钻头将继续移动穿过工具202直至井下滑块234和/或242钻探的足够深使得此类滑块失去其与钻井孔的啮合。当出现这种情况时，工具的其余部分(其通常包括下部套筒260和下部套筒260内的芯棒214的任何部分)落入井中。如果额外的工具202存在于工具202下方的被钻穿的井孔中，那么下降掉落的部分将搁置在位于钻井孔中的更深处的工具202的顶部，并且将通过与位于钻井孔中的更深处的工具202相关的钻穿操作而被钻穿。因此，工具202可以得到完全地移除，这可以引起管状物208的开启。
因此，工具202的组件可以由不可溶解材料(例如，如可期望的适合于并且已知能在延长时间段(预定的或或以另外的方式)耐受井下环境[包含极限压力、温度、流体属性等]的材料)制成。
同样，本文中所公开的实施例的工具的一个或多个组件可以由可溶解材料(例如，如可期望的适合于并且已知能在短暂或有限的时间段(预定的或或以另外的方式)之后在井下环境[包含极限压力、温度、流体属性等]中溶解的材料)制成。在一个实施例中，由可溶解材料制成的组件可以在井下工具202安放之后的约3到约48小时内开始溶解。
在其它实施例中，组件可以由在某些条件下可能具有易碎特性的材料制成。在其它实施例中，组件可以由在某些条件下可能具有可分离特性的材料制成。
所属领域的技术人员将了解，材料可以是相同材料并且具有相同组成，但是材料的物理特性可以改变，并因此视固化过程或井下条件等变量而定。
材料可以是树脂。树脂可以是酸酐固化环氧树脂材料。有可能结合使用聚丙烯酸钠纤维，但也可以使用具有与其相关联的可溶解属性的任何纤维。
一些树脂在某些井下条件下可能过于脆弱(或具有过低的Tg)。因此，本文中所描述的树脂可以包含分布于其中的增韧剂。增韧剂可以包含粘土、吸湿粘土、纳米粘土、膨润土，或者可容易在树脂内分布并且减少树脂的脆性的任何其它材料。碳纳米管也可能增加强度，但也会促进毛细管水流穿过树脂基质。
值得注意的是，已知包含蒙脱土和膨润土在内的近晶粘土矿物具有显著的收缩膨胀能力。已知膨润土对水具有极高的亲和力，这可以提供协同效应。也就是说，膨润土可以减少工具组件的脆性，但是同时对工具组件引起额外的断裂应力从而使其更容易溶解(就像暴露于水中一样，工具组件内的膨润土的体积可以膨胀到约其原始状态的大致8倍)。
本文中的实施例提供待由建筑材料制成的井下工具(或其它井下装置)的一个或多个组件，所述建筑材料可以包含设计成或以另外的方式具有当暴露于一定钻井孔条件(例如时间、温度、水、热量、压力、溶液、其组合等的改变)时改变完整性或其它物理属性的固有特性的物质组成(包含其固化副产物)。可能因为地球的自然温度梯度导致温度增加而存在热量，并且现有钻井孔流体中可能已经存在水。完整性的改变可以在预定时间段发生，所述预定时间段可以介于从几分钟到几周的范围。
在一些实施例中，材料可以分解达到‘糊状’的程度，而在其它实施例中，材料可以溶解或其它方式碎裂并且通过在钻井孔中流动的流体带走。在一些实施例中，材料可以分离。井下流体的温度可以影响完整性改变的速率。材料当呈水相溶解时无需形成溶液。例如，材料可以溶解、破碎或以另外的方式分离成足够小的颗粒(即，胶体)，当流体在井中循环时，颗粒可以通过流体移除。在实施例中，材料可以变得可分解但不可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可分解并且随后可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可破碎(或者易碎)但不可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可破碎并且随后可溶解。
根据本发明，任何无限数量的装置、设备、工具等均可以使用由具有根据本文中的实施例的物质组成的材料制成的一个或多个组件。
一个此类装置可以是“压裂球”或“落球”。因而，对于一些实施例，可能存在由本文中所描述的材料构造的压裂球。井下工具还可以配置有类似地由本文中所描述的材料构造的“在适当位置的球体”(锁定的球体等)。在利用由本发明的实施例的材料制成的一个或多个组件的操作中，材料可能以产生不同的物理变化速率的方式区分。
本发明的压裂球可以由适当的水溶性材料构造，使得在预定量的时间之后(大概在完成压裂之后)，压裂球可以分解或以另外的方式经受物理变化，从而提供可使工具通过的不受阻的流动路径，由此产出的流体可以流到表面。
一般来说，井下溶解分为两类：1)溶解热塑性塑料，特征为具有更热的温度、更快的溶解速率；以及2)溶解金属，通常是往往具有其它痕量金属的合金基，特征为极其昂贵且成本过高。
以下实例说明关于现有技术和常规溶解分类的创新。例如，本文中的实施例提供了以其自身形式不溶解的成分的用途，例如粘土材料将‘膨胀’和/或略微固化。其它成分增加不同的性能特性。例如，可溶纤维可以提供供流体流过且更容易侵蚀其它成分的‘通路’(呈各种方向，包含随机方向)。因此，已发现溶解纤维是有利的(优于溶解粉末)，因为在形成组件或者装置时，形成了‘通路’。一旦纤维溶解，这些通路就会保持并允许流体更容易地进入周围与其它成分接触。已经进一步发现，当固化时，取决于组成、固化过程和/或取决于周围的激活条件，材料的特征在于可溶解、可分离、可分解和/或可破碎。
可以优化成分的百分比和纤维的长度以产生已知在某些条件下发生的期望的物理特性。需要注意避开这样的温度条件：其避免‘膨胀’粘土以及封闭通路。
因此，本文中的实施例提供可以包含四个主要成分的材料：1)基质或胶粘剂；2)塑化剂或增稠剂；3)强化剂；以及4)可溶性介质。
基质(或胶粘剂)是树脂或树脂体系。基质的作用尤其是将其它成分组合及保持到其上。树脂可以是环氧基树脂体系。在各方面中，树脂体系可以是具有酸酐硬化剂的环氧树脂。基质可以是酸酐环氧树脂，或通过酸酐硬化的环氧树脂，类似于第5,629,379号美国专利中所描述的，所述美国专利以全文引用的方式并入本文中用于所有目的。
塑化剂(或增稠剂)适合于‘加厚’树脂。树脂可以是具有低粘度的树脂，由此其它成分可能无法在其中均匀地适当分布。塑化剂有助于成分的均匀分布。塑化剂可以是粘土基，包含蒙脱土或改性蒙脱土(例如CLAYTONEAPA)。
强化剂可以适合于提高材料的机械属性。在各方面中可能需要高抗压强度。实例强化剂包含玻璃微球。玻璃不会增加抗张强度，但是可以增加可塑性，由此显著增加例如压裂球的抗压强度。通常，压裂球是易碎的，因为抗压强度不是很高。可以添加玻璃(例如，玻璃微米球)。如果不添加，则所得材料的抗压强度可能不高。
可溶性介质适合于在固化材料内提供通路。一旦材料进入其激活环境，介质就会溶解，而周围的流体就可轻易且容易渗透，并通过通路到达其它成分。
所得固化材料具有比重接近一的协同益处，这一重要性基本上相当于大多数井筒流体(通常主要是水)。因此，在存在压裂流体的情况下，所述材料可以自然地漂浮，由此所述材料可以很容易地流回。这是材料是否呈其原始状态(例如固体压裂球)或材料已经受物理/化学变化(例如，固体经过溶解)的情况。在一些方面中，可能优选或期望回流球体。在其它方面中，不希望回流球体，而相反优选的是将材料保持在井下。本文中的实施例提供了这样的能力：形成可用作能针对特定客户需求定制的装置的材料(例如，容易回流的材料；或不容易回流的材料)的组成。
本发明的实施例涉及一种物质组成，其可以包含以下范围的组成：约100重量份的具有酸酐固化剂的环氧树脂；约10-20重量份的粘土；约20-30重量份的纤维；以及约5-10重量份的玻璃。
本发明的实施例涉及一种物质组成，其可以是：a.约100重量份的具有酸酐固化剂的环氧树脂；b.约10-20重量份的粘土；c.约20-30重量份的纤维；以及d.约5-10重量份的玻璃。
所属领域的技术人员将了解，将具有根据本发明的实施例的物质组成的材料进行固化的过程。所得固化材料的物理属性在某种意义上可以取决于所选成分和/或固化过程。固化过程可以包含两个方面，第一方面是关于固化装置，例如炉子，而第二方面是关于炉子中的材料发生了什么，其中后者取决于形式。由于材料的绝缘属性，可能存在‘浸入’(即，保持温度)一段时间以确保核心达到所期望的温度。
可以在具有合适的HP和容积的动力混合器中将成分混合在一起。接着可将混合的材料转移到适合于固化过程的模具中。所述模具可以是期望的固化材料装置的形状。例如，所述模具可以是球形以制造球形球体。同样，模具可以制造所得产物，所述所得产物接着可经过磨削或切削等精加工过程以便制造期望的固化材料装置。
固化过程可以包含操作固化装置以在介于约70℉到约100℉的范围的初始固化温度内开始。接着可将材料放置在其中，并且关闭装置以保持热量。接着可按约0.2-2℉/min的升温速率将固化装置加热到介于约120℉到约200℉的范围的温度。可以将装置在120℉到约200℉的温度下保持约30分钟到约120分钟的预定量浸入时间。
接着可按约0.2-2℉/min的升温速率将固化装置加热到介于约160℉到约250℉的范围的温度。接着可按约1-4℉/min的升温速率将固化装置加热到介于约250℉到约350℉的范围的温度。可以将装置在250℉到约350℉的温度下保持约30分钟到约120分钟的预定量浸入时间。
接着可按约0.2-2℉/min的速率将固化装置降温到介于约70℉到约100℉的范围的温度。
前述固化过程操作可以产生经历介于约70℉到约100℉的范围的起始物质温度的材料。所述材料经历12-120℉/hr的温度升温到达介于约300℉到约400℉的范围的温度。由于所选成分的活性产生的热反应，所述材料可以具有比固化装置更高的材料温度。可以操作装置以将所述材料在约300℉到约400℉的材料温度下保持介于约30分钟到约120分钟的范围的预定量时间。接着可使材料的温度按12-120℉/hr的速率降温到介于约70℉到约100℉的范围的温度。
建筑材料组成-实例1
实例1的组成可以包含基础环氧树脂体系，其包括具有酸酐固化剂(100重量份)的环氧树脂。基础树脂体系理想地可易于在高温/高压水中分解。
所述组成可以包含约10到约20份的改性蒙脱石粘土。
所述组成可以包含约5-10重量份的高强度(8ksi的抗挤强度)玻璃球。球可以是空心的。球可以具有约1到约1000微米的直径。球可以具有约15到约25微米的平均直径。
所述组成可以包含水溶性纤维，例如聚丙烯酸钠。
本发明的材料可以包含以下物质组成：其包含具有酸酐固化剂的环氧树脂；粘土；水溶性纤维；以及玻璃中的一种或多种。
因此，本发明的实施例涉及具有包括改性蒙脱土的粘土以及包含高强度、空心玻璃微米球的玻璃的组成。
在各方面中，粘土可以包含或者是改性蒙脱土；和/或玻璃可以包含或者是高强度空心玻璃微米球。所述组成可以包含水溶性材料。在各方面中，水溶性材料可以包含或者是聚丙烯酸钠。
树脂体系可以是酸酐固化环氧树脂材料。
对所述组成进行固化以便产生最终产品。可以在固化过程期间或之后随后形成本发明的装置。可以通过本发明的固化过程固化所述组成。
组成-实例2
实例2的组成可以包含基础树脂体系，其包括具有酸酐基固化剂(～100重量份)的环氧树脂。基础树脂体系理想地可易于在高温/高压水中分解。
所述组成可以包含约0到约30份的粘土基材料。所述组成可以包含约25到约30重量份的干燥膨润土(膨胀粘土)。所述组成可以包含约5到约10份的蒙脱土(非膨胀/导水)粘土。
所述组成可以包含约0到约10重量份的玻璃材料。在各方面中，玻璃材料可以是通常直径为1到1000微米之间的玻璃微米球。在各方面中，玻璃材料可以是低压(～800psi的抗挤强度)空心玻璃纳米球。
所述组成可以包含有机纤维(例如大麻或类似物)或玻璃纤维。
所述组成可以包含少量或痕量(按重量计)的水溶性材料，例如盐或糖(或两者)。存在水溶性材料可以有助于材料在某些条件下“成糊状”(相比于易碎性)。
本发明的材料可以包含以下物质组成：其包含具有酸酐基硬化剂的环氧树脂；膨胀粘土；非膨胀粘土；以及玻璃中的一种或多种。
因此，本发明的实施例涉及可以具有包含膨润土的膨胀粘土、包含蒙脱土的非膨胀粘土以及包含玻璃球的玻璃的组成。
在各方面中，膨胀粘土可以包含或者是膨润土；非膨胀粘土可以包含或者是蒙脱土；和/或玻璃可以包含或者是低压空心玻璃纳米球。组成可以包含有机大麻纤维、玻璃纤维及其组合中的至少一种。组成可以包含水溶性材料。在各方面中，水溶性材料可以包含或者是盐、糖及其组合中的一种。
树脂体系可以由聚乙醇酸(PGA)制成或者包含PGA。树脂体系可以是酸酐固化环氧树脂材料。树脂体系可以是铸造或模制的纯树脂，或者可以用短的碎玻璃、碳或天然纤维麻、帆布或丝绸来加固。有可能结合使用PGA纤维，但也可以使用可以具有与其相关联的可溶解属性的任何树脂。一些树脂在某些井下条件下可能过于脆弱(或具有过低的Tg)。因此，本文中所描述的树脂可以包含分布于其中的增韧剂。
增韧剂可以包含粘土、吸湿粘土、纳米粘土、膨润土，或者可容易在树脂内分布并且减少树脂的脆性的任何其它材料。碳纳米管也可能增加强度，但也会促进毛细管水流穿过树脂基质。对所述组成进行固化以便产生最终产品。可以在固化过程期间或之后随后形成本发明的装置。可以通过本发明的固化过程固化所述组成。
实例3
实例2的组成可以包含约100重量份的基础树脂体系，其包括具有固化剂(或‘硬化剂’)的环氧树脂。基础树脂理想地可易于在高温和/或高压含水环境中分解。环氧树脂可以是具有低粘度和高玻璃转化温度的环脂族环氧树脂。环氧树脂的特征可在于具有高纤维性。举例来说，环氧树脂可以是3,4-环氧环己基甲基-3',4'-环氧基环己烷-羧酸盐。
硬化剂可以是酸酐，即酸酐基。例如，固化剂可以是甲基羧基，例如甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐。硬化剂可以包含加速剂并且用加速剂预先催化。加速剂可以是咪唑基。
加速剂可以帮助节省或者减少固化时间。
环氧树脂与固化剂的比率可以介于约0.5到约1.5的范围。在更特定的方面中，所述比率可以是约0.9到约1.0。
基础树脂体系的处理条件可以包含多个固化阶段。
所述组成可以包含包括粘土的添加剂。添加剂可以是呈颗粒或粉末形式的固体。添加剂可以占蒙脱石基粘土的组成的约0到约30重量份。在各方面中，粘土可以占组成的约0到约20重量份。添加剂可以是亲有机物质的粘土。
适当的粘土添加剂的实例可以是BYKAdditives,Inc的APA。
所述组成可以包含玻璃，例如玻璃微球或者玻璃球(包含微米球和/或纳米球)。玻璃可以占组成的约0到约20重量份。在各方面中，玻璃可以占组成的约5到约15重量份。
适当的玻璃的实例可以是3M的3M玻璃微球342XHS。
所述组成可以包含纤维。纤维可以是有机的。纤维可以是水溶性纤维。纤维可以介于组成的约0到约30重量份的范围。在各方面中，纤维可以介于约15到约25重量份的范围。
纤维可以由聚丙烯酸钠基材料制成。纤维可以类似线或弦状。在各方面中，纤维可以具有介于约0.1mm到约2mm的范围的纤维长度。纤维长度可以介于约0.5mm到约1mm的范围。纤维长度可以介于基本上0mm到约6mm的范围。
纤维可以是可溶纤维，类似Technical Absorbents Ltd的EVANESCETM水溶性纤维。
对所述组成进行固化以便产生最终产品。可以在固化过程期间或之后随后形成本发明的装置。可以通过本发明的固化过程固化所述组成。
实例4
实例3的组成的特征可以是包含聚酯和铝硅酸盐粘土的材料。
所述组成可以包含酯基成分、基础树脂、以及具有能够在含水环境中变成酸性的特征的添加剂。
添加剂可以是类似应用材料公司(Applied Materials)所提供的多水高岭土，其可呈纳米管的形式。纳米管可以通过轧制一层铝硅酸盐粘土制成。添加剂可能在含水环境中变得酸性并且适合侵蚀塑料，特别是具有酯基的热塑性塑料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。添加剂可以提高材料的强度。添加剂可适合于在含水环境中强力地侵蚀聚酯。
多水高岭土的特征可能是铝硅酸盐矿物，其化学性质与高岭土的化学性质相同，但是替代高岭土的典型结构，通过天然的热液过程将其卷成管状。
所述组成可以包含改性多水高岭土/PLLA(聚(L-乳酸))/玻璃纤维。
对所述组成进行固化以便产生最终产品。可以在固化过程期间或之后随后形成本发明的装置。可以通过本发明的固化过程固化所述组成。
现在同时参考图3A和3B，示出根据本文中所公开的实施例具有混合套筒的井下工具的纵向截面图。井下工具2102可以如本文中和在其它实施例中(例如，在系统200中)所述的运行、安放和操作，并且如同所属领域的技术人员以另外的方式所理解。井下工具2102的组件可以围绕芯棒或芯棒套筒2114布置和设置，如在本文中和在其它实施例中所述的，并且如所属领域的技术人员以另外的方式理解的。因此，井下工具2102在各方面、功能、操作、组件等中与提供用于本文中的其它工具实施例可以是类似或相同的，并且为了简洁起见限制了冗余的讨论。
有时，可能需要或以另外的方式期望在将安装的栓塞保留在适当位置的同时从地层产生流体。然而，芯棒(214)中的钻孔(例如，图2D的250)的内径(ID)可能太窄以至于不能有效且高效地产生流体，由此在实施例中，可能需要穿过工具2102的超大ID2131。钻孔的ID通常足以允许落球穿过所述钻孔，但可能不适于生产。为了产出期望的流体流，常常必需钻出安装的工具，这要求在操作时停止、需要钻井时间、钻取时间以及相关的操作人员和设备成本。
另一方面，钻孔2151的超大ID 2131的存在以及由此相较于钻孔2150更大的横截面积，能提供有效且高效的穿过工具2102的产出能力而无需借助工具的钻孔。然而，芯棒套筒2114的减小的壁厚2127可能对工具2102的特性带来问题，尤其在安装过程中。因此，可以使用套筒插入件(或衬管、加强部件等)2153，在运行和安装过程中提供与本文中所公开的其它实施例相当的芯棒2114的有效壁厚。
简要地同时参考图3C和3D，分别示出根据本发明的实施例具有混合套筒的井下工具的等距组件断面图、以及根据本文中所公开的实施例使用具有混合套筒的井下工具的系统的等距组件断面图。
图3D描绘形成于地层(210)中的钻井孔2106，其中设置有管状物2108。工作管柱2112(其可以包含与转接器2152耦接的安装工具的零件2117)可用于将井下工具2102放置或运行到钻井孔2106中，且穿过钻井孔2106到达所希望的位置。根据本发明的实施例，工具2102可以被配置为堵塞工具，其可以以某种方式安装在管状物2108内，使得工具2102抵靠着管状物2108的内表面2107形成液体密封。在一个实施例中，井下工具2102可以被配置为压裂栓塞，其中进入钻井孔2106的一个区段的流动可以被阻断且另外转移到周围地层或储集器中。
一旦工具2102到达管状物内的安装位置，安装机构或工作管柱2112就可以通过多种方法从工具2102上拆卸下来，这引起工具2102留在周围管状物中且钻井孔的一个或多个部分被隔离。在一个实施例中，一旦安装了工具2102，则可以将张力施加到适配器2152，直至适配器2152与芯棒2114之间的螺纹连接(或插入件2153)失效。例如，适配器2152和插入件2153上的配对螺纹(图22A的2156和2116)可以设计成剪切，并且因此可以相应地以所属领域中已知方式拉动和剪切。
在一个实施例中，井下工具2102和/或其组件可以是由可钻孔复合材料(例如，玻璃纤维/环氧树脂、碳纤维/环氧树脂、玻璃纤维/PEEK、碳纤维/PEEK等)制成的可钻孔工具。其它树脂可以包含酚类、聚酰胺等。井下工具2102的一个或多个配对表面可以配置有一定角度，使得对应的组件可以放置在压缩而非剪切之下。
根据本发明，工具2102的组件可以由不可溶解材料(例如，如可期望的适合于并且已知能在延长时间段(预定的或或以另外的方式)耐受井下环境[包含极限压力、温度、流体属性等]的材料)制成。
根据本发明，工具2102的组件可以由可溶解材料(例如，如可期望的适合于并且已知能在短暂或有限的时间段(预定的或或以另外的方式)之后在井下环境[包含极限压力、温度、流体属性等]中溶解的材料)制成。在一个实施例中，由可溶解材料制成的组件可以在井下工具安放之后的约3到约48小时内开始溶解。在各方面中，插入件2153可以由本文中所描述的材料的组成制成。插入件2153可以由这样的材料制成：其足以为工具2102提供包含运行、安放和压裂的足够时间量的耐用性和强度，但是不久之后开始改变(即，分解、溶解等)。
外部套筒2114可以由包含例如铝或可溶解铝合金的金属机械加工。替代地，套筒2114可以由粘土、玻璃微球、与溶解树脂进一步混合的水溶性纤维材料形成。
井下工具2102可以包含延伸穿过工具(或工具主体)2102的芯棒套筒2114。芯棒套筒2114可以包含形成于其中的流动路径或钻孔2151(例如，轴向钻孔)。钻孔2151可以部分地延伸或延伸较短距离穿过芯棒2114，或钻孔2151可以延伸穿过整个芯棒套筒2114，在其近端2148处以及相对地在其远端2146处具有开口。
钻孔或穿过芯棒套筒2114的其它流动路径的存在可以间接地由操作状态指示。也就是说，在大多数情况下，工具2102可以具有足够大的直径(例如，介于约4-5英寸的范围)，相应地钻孔2151可足够大(例如，3英寸)，使得可以穿过其产出流体。对于标准操作，工具OD应很可能不超过5.5英寸。小的ID应为大约1"。溶解后的ID优选地为3"。
在存在钻孔2151的情况下，芯棒套筒2114可以具有内部钻孔表面(图22B的2147)，其可以包含在其上形成的一个或多个螺纹表面。因而，可能存在第一组螺纹2117，其被配置成用于耦接芯棒套筒2114与套筒插入件2153的对应螺纹2155。
井下工具2102的安装装置和组件可以如本文中的其它实施例所描述和公开的。工具2102可以包含与芯棒套筒2114啮合的下部套筒2160。芯棒套筒2114和下部套筒2160可以经由配对的螺纹连接2118螺纹式啮合。因此，在安装期间，随着下部套筒2160被拉动，在下部套筒2160与安装套筒2154之间围绕芯棒套筒2114设置的组件可以开始抵靠着彼此压缩。该力和所产生的移动使得密封元件2122压缩和扩展。滑块234可以移动或以另外的方式推动，最终径向朝外与周围管状物2108啮合。
滑块2134的锯齿状的外表面或轮齿2198可以配置成使得表面298防止滑块2134(或工具)在周围管状物内移动(例如，轴向地或纵向地)，否则的话工具2102会无意地从其位置释放或移动。虽然示出滑块2134具有轮齿2198，但是在本发明的范围内滑块2134可以配置有其它抓握特征，例如，按钮或插入件。
因为套筒2154稳固地固定在适当的位置，所以套筒2154可以抵靠着轴承板2183啮合，这可以使得穿过工具2102的其余部分传递负载。安装的套筒2154可以具有抵靠着轴承板端部284的套筒端部2155。
第二滑块2134a可以包含一个或多个抓握元件，所述抓握元件可被配置成提供管状物2108的额外的抓握。
球座2186可以一定方式配置，使得球体2185搁置或放置于其中，由此穿过芯棒套筒2114(或套筒插入件2153)的流动路径可以闭合(例如，穿过钻孔2150的流动受到球体2185的存在的限制或控制)。例如，从一个方向的流体流动可以抵靠着底座2186推动和保持球体2185。球体2185可以由具有本文中所公开的实施例的组成的材料制成。
对于所属领域的技术人员而言应当显而易见的是本发明的工具2102可以可配置为压裂栓塞、落球栓塞、桥塞等，方法是简单地使用多个转接器或其它任选的组件中的一个。在任何配置中，一旦适当地安装了工具2102，钻井孔中的流体压力就可能增大，使得可以开始进一步的井下操作，例如，目标区域中的断裂。
工具2102可以包含防旋转组装件，所述防旋转组装件包含防旋转装置或机构2182，其可以是弹簧、机械弹簧供能复合管状部件等等。装置2182可以经配置且可用于防止工具2102组件的不期望的或意外地移动或解绕。如图所示，装置2182可以位于套筒(或外壳)2154的腔室2194中。在组装期间，可以通过使用锁定环2196将装置2180保持在适当的位置。在其它方面中，可以使用销将装置2182保持在适当的位置。
在防旋转机构可以帮助防止工具在无意地用于错误的应用的情况中的不可操作性的意义上而言，防旋转机构可以为工具和操作者提供额外的安全。因而，装置2182可以防止工具组件松弛和/或旋开，并且防止工具2102旋开或从工作管柱2112上落下。
工具2102的钻穿可以通过以下事实来促进，即芯棒套筒2114和其它组件等可以由与在常规的栓塞中存在的那些材料相比对钻头损坏较轻的可钻孔材料制成。钻头将继续移动穿过工具2102直至滑块钻探的足够深使得此类滑块失去其与钻井孔的啮合。其余的组件可以落入井中或落到放置在其下的另一工具上。相应地，工具2102可以得到充分地移除，这可以使得打开管状物208。例如滑块2134等组件可以预填充或预装配有反应物，一旦反应物暴露于井下环境，就辅助滑块和其它工具组件解构。反应物可以是例如阴离子、盐基、苛性碱、硫、聚丙烯酸钠，或当润湿或暴露于水性流体时变得高度活性的其它合适材料。
优势
本文中所公开或所要求的物质组成不局限于井下条件或操作(和相关工具、装置等)，相反，可以在需要初始硬度(强度)或耐用性以及后续可分解性、可溶解性、断裂性、分离性等的许多应用中找到实用价值。
在压裂后期间还可能发现其它的优势，其中井下流体可以在不需要钻井设备的干预来移除工具的情况下流动。在某些实施例中，组件或装置会分解或经受其它物理变化，从而减少液压限制并允许宝贵的流体回升和/或回流压裂水并可能开始油/气制备。越快越好。有利的是，这可以仅使用软管和油罐车来完成。
虽然已经示出并描述了本文的示例实施例，但是所属领域的普通技术人员可以在不脱离本文的精神和教示的情况下对其作出修改。实施例仅仅是示例性的且并不意味为限制性的。本文中公开的许多变化和修改是可能的且在本文的范围内。其中数字范围或限制是明确地陈述的，此类表达范围或限制应理解为包括落入明确地陈述的范围或限制内的类似大小的迭代范围或限制。对于权利要求的任何元件的术语“可选地”的使用意指对象元件是需要的，或者可替代地不需要的。这两者都意图涵盖在权利要求的范围内。例如“包括”、“包含”、“具有”等较广义术语的使用应理解成为提供对例如“由……组成”、“主要由…组成”、“基本上由……组成”等较窄术语的支持。
因此，保护范围不限于上文所描述的限制，仅受所附的权利要求的限制，该范围包括权利要求的标的物的所有等效物。每一和每个权利要求作为本文的实施例并入到说明书中。因此，权利要求是进一步的描述并且是对本文的优选实施例的补充。对参考的包括或论述并非承认其为本文的现有技术，尤其是公开日期在本申请的优先权日之后的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请和公开的披露内容在此以引用的方式并入本文中，以提供补充本发明中所阐述的内容的背景知识，或示例性、程序性或其它细节。

Claims (20)

1.一种物质组成，其包括：
包括环氧树脂和硬化剂的环氧树脂体系；
包括粘土的添加剂；
可溶介质；以及
玻璃。
2.根据权利要求1所述的组成，其中，所述粘土包括蒙脱土。
3.根据权利要求1所述的组成，其中，所述玻璃包括空心玻璃微米球。
4.根据权利要求1所述的组成，其中，所述可溶性介质包括多种可溶纤维，所述粘土包括改性蒙脱土，所述玻璃包括平均直径为约20到约25微米的高强度、空心玻璃微米球，所述硬化剂包括酸酐。
5.根据权利要求4所述的组成，其中，所述多种可溶纤维包括小于6mm的纤维长度。
6.根据权利要求5所述的组成，其中，多种可溶纤维包括聚丙烯酸钠纤维，长度介于约0.5mm到约2mm范围。
7.一种装置，包括权利要求4所述的固化的物质组成，其中，所述装置选自井下工具、井下工具的组件以及球体中的一种。
8.一种物质组成，其包括：
100重量份的具有酸酐固化剂的低粘度环脂族环氧树脂；
10-20重量份的包括粘土的添加剂；
20-30重量份的水溶性纤维；以及
5-10重量份的玻璃。
9.根据权利要求8所述的组成，其中，所述水溶性材料包括盐、糖及其组合中的一种。
10.根据权利要求8所述的组成，其中，所述粘土包括蒙脱土。
11.根据权利要求10所述的组成，其中，所述玻璃包括空心玻璃微米球。
12.根据权利要求8所述的组成，其中，所述玻璃包括玻璃球，所述水溶性材料包括纤维长度小于6mm的多种可溶纤维。
13.根据权利要求12所述的组成，其中，所述多种可溶纤维包括聚丙烯酸钠纤维。
14.一种装置，包括权利要求12所述的固化的物质组成，其中，所述装置选自井下工具、井下工具的组件以及球体中的一种。
15.一种固化权利要求12所述的组成的方法，通过以下步骤：
将炉子加热到介于约70℉到约100℉的范围的内部炉温；
将权利要求12所述的组成放置到所述炉子中；
将所述炉子按约0.2-2℉/min的速率升温加热到介于约120℉到约200℉的第一预定范围的接下来的内部炉温；
将所述炉子在所述第一预定范围下保持约30分钟到约120分钟的第一预定量浸入时间；
将所述炉子按约0.2-2℉/min的速率升温加热到介于约160℉到约250℉的第二预定范围的第二内部炉温；
将所述炉子按约1-4℉/min的速率升温加热到介于约250℉到约350℉的第三预定范围的第三内部炉温；
将所述炉子在所述第三预定范围下保持约30分钟到约120分钟；以及
将所述炉子以约0.2-2℉/min的速率降温冷却到介于约70℉到约100℉的范围的温度。
16.一种物质组成，主要由以下组成：
a.100重量份的具有酸酐固化剂的低粘度环脂族环氧树脂；
b.约10-20重量份的包括粘土的添加剂；
c.约20-30重量份的水溶性纤维；以及
d.约5-10重量份的玻璃。
17.一种包括权利要求16所述的固化的物质组成的装置，其中，所述装置选自井下工具、井下工具的组件以及球体中的一种。
18.根据权利要求16所述的组成，其中，所述水溶性纤维包括纤维长度介于约0.5到约6mm的范围聚丙烯酸钠纤维。
19.根据权利要求18所述的组成，其中，所述玻璃包括平均直径为22微米的高强度、空心玻璃球。
20.一种装置，包括权利要求19所述的固化的物质组成，其中，所述装置选自井下工具、井下工具的组件以及球体中的一种。
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