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      井下工具的受控電解降解的制作方法

      文檔序號:5393818閱讀:175來源:國知局
      井下工具的受控電解降解的制作方法
      【專利摘要】一種能夠受控降解的井下組件,包括其中具有空腔的本體,所述本體由具有第一電極電勢的第一材料形成。插入件設(shè)置在所述空腔中,所述插入件與本體電聯(lián)接,并由具有第二電極電勢的第二材料形成,第一電極電勢比第二電極電勢更負(fù)。
      【專利說明】井下工具的受控電解降解
      [0001] 相關(guān)申請的交叉引用
      [0002] 本申請要求2011年12月13日提交的美國申請No. 13/324753的優(yōu)先權(quán),該申請 全部內(nèi)容在此引入作為參考。

      【背景技術(shù)】
      [0003] 在井下鉆進和完井工業(yè)中,通常要求在工具已被使用而不再需要之后移除所安裝 的工具或部件。例如,工具可以是鎖、凸耳、滑件、球、塞子、座等或它們的部分,這些部件的 移除能夠使流體流過之前被阻擋的路徑,釋放鎖或錨固件等等。當(dāng)前用于移除井下部件的 系統(tǒng)包括將球或塞子沿井眼向上泵回、銑削部件、放置酸或其它化學(xué)品以溶解部件等等。雖 然這些方法都能起作用,但工業(yè)上總是希望找到實施井下部件移除的替代方案。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004] 一種能夠受控降解的井下組件,包括:其中具有空腔的本體,所述本體由具有第一 電極電勢的第一材料形成;和設(shè)置在所述空腔中的插入件,所述插入件與所述本體電聯(lián)接, 并且所述插入件由具有第二電極電勢的第二材料形成,第一電極電勢比第二電極電勢更 負(fù)。
      [0005] -種控制井下組件的降解的方法,所述方法包括:在一本體中形成空腔,所述本體 由具有第一電極電勢的第一材料形成;和將一插入件設(shè)置在所述空腔中,所述插入件與所 述本體電聯(lián)接,并且所述插入件由具有第二電極電勢的第二材料形成,第一電極電勢比第 二電極電勢更負(fù)。
      [0006] 附圖簡要說明
      [0007] 下面的描述無論如何都不認(rèn)為是限制。請參閱附圖,同樣的元件采用相同的標(biāo) 記:
      [0008] 圖1是受控降解組件的橫截面視圖;和
      [0009] 圖2示意性示出了圖1中用作阻止流體流過管的塞子的組件。

      【具體實施方式】
      [0010] 參照這些圖,所披露的設(shè)備和方法的一個或多個實施例的詳細(xì)說明在此借助于范 例進行,但不作為限制。
      [0011] 現(xiàn)在參考圖1,顯示了組件10。組件10包括一本體12和至少一個插入件14 (分 別顯示為插入件14a、14b和14c,不過共同被稱為"插入件14")。組件10可以是,例如,在 使用后需要移除的任何井下工具或部件。例如,組件10可以是閥、球、塞子、突板(dart)、 座、滑件、鎖、凸耳、錨固件、套筒等等或它們的組合或部分。雖然顯示的橫截面為圓形,但 是,本體12可以具有任何規(guī)則或不規(guī)則的形狀或橫截面,提供的這些圖的目的只是為了示 出一個實施例。
      [0012] 插入件14均安裝在本體12中的相應(yīng)空腔16內(nèi)(空腔16a、16b和16c分別對應(yīng) 于插入件14a、14b和14c,并且共同被稱為"空腔16")。空腔16可以以任何所要求的方式 在本體12制造期間或者本體12制造之后形成。例如,可以在本體12成型之后進行鉆進或 某些其它機加工作業(yè),或者可以在本體12制造過程期間形成空腔16,所述制造過程例如是 鍛造、壓塑、模制等,例如通過利用例如沖頭或夯錘等在模具或模周圍成型熔融金屬。插入 件14可以以使插入件14電聯(lián)接于本體12的任何方式安裝在空腔16中。例如,在一個實 施例中,插入件14和空腔16互補地螺紋連接(例如參見插入件14a和14b以及相應(yīng)的空 腔16a和16b),而在另一個實施例中使用了壓配合或干涉配合(例如參見空腔16c中的插 入件14c)。在螺紋連接時,插入件14可以帶有凹口或鍵,以便與合適的工具接合,例如類似 于可用螺絲刀驅(qū)動的調(diào)節(jié)螺釘。
      [0013] 陰極保護(CP)是眾所周知的用于控制建筑物、橋梁、船體等上的腐蝕的做法。一 般而言,CP包含形成帶有設(shè)置在電解溶液中的陽極和陰極的電化學(xué)電池。通過選擇比陰極 材料"電活性"更好的陽極作為材料,陽極將代替陰極經(jīng)歷氧化,從而犧牲陽極本身,以便 保護陰極免受腐蝕。用于犧牲陽極的典型材料包括鎂、鋅、鋁等,例如以便保護銅、鋼、鑄鐵 等。一般而言,為形成適合的材料對,可以查閱電動勢序或電勢序,陽極材料選擇成具有較 低(更負(fù))的電極電勢,陰極材料具有較高(更正)的電極電勢。
      [0014] 有利地,陰極保護的原理實質(zhì)上可反過來使用以便實施井下部件(例如組件10) 的移除。也就是說,與保護相反,可以通過形成其中本體12為陽極的電化學(xué)電池來腐蝕或 降解結(jié)構(gòu)即本體12。也就是說,例如,通過將組件10設(shè)置到電解溶液18中并由比插入件 14電活性更大的材料形成本體12來形成電化學(xué)電池。電解溶液18可以是一種或多種井 下流體,使得僅僅通過將組件10下入或落到井下就可以開始電腐蝕過程。應(yīng)當(dāng)注意,術(shù)語 "流體"廣義地使用以包括與固體混合的流體(例如泥漿)、具有溶解的固體的流體(例如 鹽水)等等。
      [0015] 在一個實施例中,本體12由鎂(基本上為電活性最大的材料)形成,而插入件14 由鋅(電活性更小的材料)形成,不過當(dāng)然其它材料組合也是可以的。通過選擇本體12的 材料使之比插入件14的材料具有相對更負(fù)的電勢,本體12將腐蝕,從而充當(dāng)用于保護插入 件14的犧牲陽極。當(dāng)然,并不是希望保護插入件14,而是希望本體12被腐蝕。
      [0016] 本體12的腐蝕或降解速率可以由各種因素進行控制。例如,本體12相比于插入 件14的相對體積、與電解溶液18相接觸的表面面積的相對尺寸(例如本體12的外表面的 面積與插入件14的多個表面22a-22d的面積之和相比)、形成本體12與插入件14的材料 的電極電勢之間的差等都影響本體12的腐蝕速率。有利的是,這允許通過例如選擇本體12 和插入件14的合適的材料以及相對形狀和尺寸可預(yù)測地調(diào)諧、定制或控制本體12的腐蝕 速率。因此,應(yīng)當(dāng)明白,為了控制本體12和插入件14之間的容積比率和/或表面面積比率, 可以包括任何數(shù)量的插入件14。作為另一個示例,插入件14可以部分地(例如,參見插入 件14a和14b)或完全地(例如,參見插入件14c)穿過本體12安裝。
      [0017] 進一步地,插入件14中不同的插入件可以是用于允許更精細(xì)地調(diào)諧本體12的腐 蝕速率的不同電材料。例如,本體12可以是鎂,插入件可以是其他電活性更小的材料(例 如鋅、鋁、鋼、鑄鐵等)的組合。當(dāng)然,本體12可以是鋅、鋁、鋼、鑄鐵等中的任何一個,只要 插入件14為電活性更小的材料,例如鎳、不銹鋼、石墨等。
      [0018] 在一個實施例中,要求本體12的腐蝕在初始被延遲,插入件14由兩種或更多種材 料形成,其中一種材料的電極電勢大于本體12的材料的電極電勢,另一種材料的電極電勢 小于本體12的材料的電極電勢。例如,插入件14a和14b可以由鎂形成,本體12由鋅形成, 插入件14c由鋁形成。在該實施例中,插入件14a和14b將首先腐蝕掉,本體12的腐蝕延 遲,本體12將在插入件14a和14b腐蝕完之后才開始腐蝕。應(yīng)當(dāng)注意,在此給出的各種材 料的電極電勢可以根據(jù)其他因素改變,所述其他因素例如是溶液18的鹽度、井下溫度等, 而且,在使用所述組件10的情況下,通常本體12被選定為比至少其中一個插入件14的材 料活性更大(即更負(fù))的電材料。
      [0019] 在圖2所不的實施例中,組件10形成塞子50,所述塞子50著陸在一座52上,用于 防止流體流過管54。存在于管54中的流體將與組件完成電化學(xué)電池。由于由此形成的電 化學(xué)電池,本體12被布置成被腐蝕掉,從而允許流體流過座52,而不需要回泵塞子50,也不 需要通過磨銑移除塞子50。例如,管54為井下生產(chǎn)管,移除塞子50使得能夠穿過該管進 行生產(chǎn)。在另一個例子中,組件10屬于鎖或錨固系統(tǒng)的一部分,本體12的腐蝕導(dǎo)致鎖或錨 固件的釋放。當(dāng)然,組件10可以是要求在井下移除的任何其他工具或部件,或者可以是這 些其他工具或部件的一部分。雖然插入件14作為電化學(xué)電池的一部分免于被腐蝕,但是插 入件14可以具有較小的尺寸,以便在本體12已被腐蝕之后有效地使得不與井下活動干涉。 進一步地,插入件14可以由在不存在犧牲陽極的情況下能較易腐蝕的材料構(gòu)成,使得當(dāng)本 體12被充分腐蝕并且插入件14從該本體掙脫時,插入件14將經(jīng)受腐蝕,直到插入件14也 被井下流體溶解、腐蝕或降解。
      [0020] 雖然已經(jīng)參照示例性實施例描述了本發(fā)明,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白,在沒有背 離本發(fā)明的范圍的情況下,可以進行各種改變,也可以利用等效物來代替其元件。另外,在 沒有偏離本發(fā)明的實質(zhì)范圍的情況下,可以進行許多改進,以使具體情形或材料適應(yīng)本發(fā) 明的教導(dǎo)。所以,本發(fā)明不局限于作為執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式的所公開的特定實施例,而 是,本發(fā)明包括落入權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的所有實施例。而且,在附圖和說明書中已經(jīng)披 露了本發(fā)明的示例性實施例,雖然可能采用了專門術(shù)語,但是,除非另有說明,這些術(shù)語僅 僅是用于一般、描述性意義,不用于限制,因而本發(fā)明的范圍不局限于此。此外,術(shù)語第一、 第二等等的使用不表示任何次序或重要程度,而是用來區(qū)分不同的元件。此外,術(shù)語一、一 個等等的使用不表示量上的限定,而是表示至少存在一個所述零件。
      【權(quán)利要求】
      1. 一種能夠受控降解的井下組件,包括: 其中具有空腔的本體,所述本體由具有第一電極電勢的第一材料形成;和 設(shè)置在所述空腔中的插入件,所述插入件與所述本體電聯(lián)接,并且所述插入件由具有 第二電極電勢的第二材料形成,第一電極電勢比第二電極電勢更負(fù)。
      2. 如權(quán)利要求1所述的組件,其中,本體響應(yīng)于正經(jīng)受電解溶液的所述組件而腐蝕。
      3. 如權(quán)利要求2所述的組件,其中,電解溶液包括井下流體。
      4. 如權(quán)利要求1所述的組件,其中,插入件螺紋連接在空腔中。
      5. 如權(quán)利要求1所述的組件,其中,插入件壓配合到所述空腔中。
      6. 如權(quán)利要求1所述的組件,其中,第一材料包括鎂、鋅、鋁、以及包括上述物質(zhì)的組合 物。
      7. 如權(quán)利要求1所述的組件,其中,第二材料包括鋅、鋁、鋼、以及包括上述物質(zhì)的組合 物。
      8. 如權(quán)利要求1所述的組件,其中,所述組件形成以下物件的至少一部分,所述物件為 球、塞子、突板、套筒、滑件、鎖、凸耳、錨固件、或包括上述物件中的至少一個的組合物。
      9. 如權(quán)利要求1所述的組件,還包括設(shè)置在至少一個其它空腔中的至少一個其它插入 件。
      10. 如權(quán)利要求9所述的組件,其中,所述至少一個其它插入件由第三材料形成,所述 第三材料所具有的第三電極電勢不同于第一電極電勢和第二電極電勢。
      11. 如權(quán)利要求10所述的組件,其中,第三電極電勢比第一電極電勢更負(fù),以便延遲本 體的腐蝕直到所述至少一個其它插入件被腐蝕。
      12. 如權(quán)利要求9所述的組件,其中,所述至少一個其它插入件由第二材料形成。
      13. -種控制井下組件的降解的方法,所述方法包括: 在一本體中形成空腔,所述本體由具有第一電極電勢的第一材料形成;和 將一插入件設(shè)置在所述空腔中,所述插入件與所述本體電聯(lián)接,并且所述插入件由具 有第二電極電勢的第二材料形成,第一電極電勢比第二電極電勢更負(fù)。
      14. 如權(quán)利要求13所述的方法,還包括:通過將本體和插入件暴露于電解溶液而腐蝕 本體。
      15. 如權(quán)利要求13所述的方法,其中,電解溶液包括一種或多種井下流體。
      16. 如權(quán)利要求13所述的方法,還包括:通過設(shè)定本體和插入件的容積比率而調(diào)諧本 體的腐蝕速率。
      17. 如權(quán)利要求13所述的方法,還包括:通過設(shè)定本體和插入件的暴露表面面積比率 而調(diào)諧本體的腐蝕速率。
      18. 如權(quán)利要求13所述的方法,還包括:通過設(shè)定第一電極電勢和第二電極電勢之間 的差而調(diào)諧本體的腐蝕速率。
      19. 如權(quán)利要求13所述的方法,其中,形成所述空腔包括機加工、鍛造、模制、或包括上 面形成方式中的至少一種的組合。
      【文檔編號】E21B43/12GK104066929SQ201280060783
      【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
      【發(fā)明者】S·高德特, W·弗蘭 申請人:貝克休斯公司
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