本公開涉及用于利用加壓氣體致動井眼工具的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

在油氣井的構(gòu)建、完井、重新完井或修井期間，可能存在一個或多個井工具可能需要就地機(jī)械致動的情況。一種用于致動井工具的已知方法是使用煙火性裝藥產(chǎn)生加壓氣體，然后將加壓氣體輸送到將壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備(例如，將壓力轉(zhuǎn)換成選定工具或工具部件的運(yùn)動的活塞-缸體裝置)中。在多個方面，本公開涉及使用高壓氣體的需要增強(qiáng)的工具。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在多個方面，本公開提供了一個用于激活井眼工具的設(shè)備。該設(shè)備可包括：缸體，所述缸體具有限定出光滑孔部段的第一內(nèi)表面和鄰近第一內(nèi)表面的第二內(nèi)表面；軸，所述軸具有活塞部段，所述活塞部段包括至少一個密封件，所述至少一個密封件在其處于公稱直徑時形成與所述第一內(nèi)表面的流體密封；和壓力消散器，所述壓力消散器沿著缸體的第二內(nèi)表面形成，所述壓力消散器在所述至少一個密封件離開光滑孔部段之后接觸所述至少一個密封件并且使得所述至少一個密封件物理性失穩(wěn)。

在多個方面，本公開還提供了一種井工具，所述井工具包括上部短節(jié)、壓力短節(jié)和下部短節(jié)。上部短節(jié)具有殼體，所述殼體包括用于接收點(diǎn)火器的第一室。點(diǎn)火器在被引爆時產(chǎn)生火焰輸出。壓力短節(jié)具有缸體、軸、動力裝藥和壓力消散器。缸體具有限定出缸體孔的內(nèi)表面。缸體孔具有光滑孔部段和壓力室，所述光滑孔部段由沿周向和沿軸向尺寸都不變化的內(nèi)表面限定，所述壓力室產(chǎn)生缸體在遠(yuǎn)離上部短節(jié)的方向上移位所需的壓力。軸布置在缸體孔內(nèi)并且有軸孔、第一端部和第二端部，所述第一端部連接到所述上部短節(jié)，活塞組件形成于第二端部上?；钊M件包括接觸缸體的內(nèi)表面的至少一個密封件。動力裝藥設(shè)置在軸孔中并且和由含能材料形成，所述含能材料在由所述點(diǎn)火器的火焰輸出點(diǎn)燃時產(chǎn)生氣體。壓力消散器形成于缸體的末端部上。壓力消散器在所述至少一個密封件離開光滑孔部段之后接觸所述至少一個密封件且使得所述至少一個密封件物理性失穩(wěn)。下部短節(jié)連接到缸體，并且構(gòu)造為使單獨(dú)井孔設(shè)備的部件軸向移位。

已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概括了本公開的特征的上述示例，以使得可以更好地理解它們的下述詳細(xì)描述，以及使得可意識到對本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，存在本公開的將在下文中描述并且將構(gòu)成所附權(quán)利要求的主題的其他特征。

附圖說明

為了詳細(xì)理解本公開，應(yīng)該結(jié)合附圖參照優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，在附圖中，相同的元件被賦予相同的附圖標(biāo)記，其中：

圖1是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的氣體激勵性井工具的一個實(shí)施例的示意性剖視圖；

圖2是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的氣體激勵性井工具的壓力消散器的側(cè)剖視圖；

圖3描繪了用于圖2的壓力消散器的凹表面間斷部的端視圖；和

圖4示意性示出了一種井系統(tǒng)，所述井系統(tǒng)可部署根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的具有壓力消散器的氣體激勵性井工具。

具體實(shí)施方式

如下面將變得顯而易見的是，本公開提供了一種消散或泄放高壓流體的有效設(shè)備，所述流體諸如是用于致動井眼工具的氣體或氣/液體。本發(fā)明允許不同形式的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，附圖中所示并且在此將進(jìn)行詳細(xì)描述的本公開的具體實(shí)施例將被認(rèn)為是本公開的原理的范例而不旨在將本公開限制為所示和所描述的具體實(shí)施例。

參照圖1，示出了根據(jù)本公開使用壓力消散器100的井工具50的一個實(shí)施例。僅僅為了便于討論，井工具50顯示為用于使用平移組件來致動單獨(dú)井工具(未示出)的點(diǎn)火致動器(pyrotechnic actuator)。井工具50可包括上部短節(jié)110、壓力短節(jié)130和下部短節(jié)160。術(shù)語“短節(jié)”旨在總體指工具串的一部段或一部分。雖然短節(jié)可以是模塊化的并且使用螺紋連接，使用術(shù)語“短節(jié)”不預(yù)期或暗示特別的構(gòu)造。一般地，上部短節(jié)110產(chǎn)生火焰輸出，所述火焰輸出在壓力短節(jié)130中點(diǎn)燃產(chǎn)生氣體的含能材料。壓力短節(jié)130保持壓力室中的可由高壓氣體激勵的流體壓力。在一些實(shí)施例中，壓力室還可包括液體(諸如液壓油)。下部短節(jié)160將流體壓力轉(zhuǎn)換成用于使下部短節(jié)160移位的動能。下部短節(jié)160使獨(dú)立井眼設(shè)備(未示出)的一個部件軸向移位。因此，井工具50可用于使單獨(dú)井眼設(shè)備(未示出)軸向移位或以其他方式移動、移位或裝載，所述單獨(dú)井眼設(shè)備可以是封隔器、整形器、橋塞等。

上部短節(jié)110包括殼體112，所述殼體具有用于接收點(diǎn)火器118的第一室114。在一個非限制性的實(shí)施例中，點(diǎn)火器118可以是當(dāng)由合適的信號(例如，電信號、液體壓力、撞擊等)引爆時產(chǎn)生火焰輸出的點(diǎn)火設(shè)備。

壓力短節(jié)130可形成為活塞-缸體組件，其中，缸體134相對于固定到上部短節(jié)110的軸138滑動。軸138具有與上部短節(jié)110連接的第一端部140、孔142和活塞組件144。設(shè)置在孔142的動力裝藥146可由含能材料形成，所述含能材料在由點(diǎn)火器118的火焰輸出點(diǎn)燃時經(jīng)歷爆燃。由爆燃產(chǎn)生的能量主要產(chǎn)生具有足夠壓力和足夠體積的氣體以致動單獨(dú)井工具(未示出)。如果不是不存在的話，在爆燃時沖擊波是微乎其微的?？?42用位于上部短節(jié)110中的一裝置(諸如適配器143)密封，使得所產(chǎn)生的氣體可僅從所述上部短節(jié)110流走。

缸體134包括孔136，軸138布置在該孔136中。該孔136包括光滑孔部段162和壓力消散器100。光滑孔部段162可由沿周向和沿軸向尺寸都不變化的內(nèi)表面164限定。也就是說，內(nèi)表面164遵循在指定的軸向長度上不變化的直徑。另外，孔136包括壓力室153，所述壓力室產(chǎn)生使缸體134在遠(yuǎn)離上部短節(jié)110的方向上移位所需的壓力。

在一個實(shí)施例中，壓力室153可使用設(shè)置在活塞組件144上的密封件形成。例如，活塞組件144可以包括連接到心軸152的頭部150。壓力室153可以由位于頭部150上的一個或多個密封件155和設(shè)置在圍繞心軸152定位的缸體134中的一個或多個密封件154來限定。密封件154可以是彈性體O型圈或其他類似類型的密封件。氣體經(jīng)由形成于心軸152上的通道156進(jìn)入壓力室153中。

壓力消散器100在缸體134已經(jīng)以預(yù)定的距離軸向移動或經(jīng)歷沖程之后消散壓力室153中的流體壓力。參照圖2，壓力消散器100在密封件154離開光滑孔部段162之后使得密封件154物理性失穩(wěn)。對于物理性失穩(wěn)，它是指密封件154的主體被撕扯、斷裂、剪切、切割、切碎或以其它方式損壞到密封件154不能保持與相鄰表面流體緊密密封接觸的程度。在一種布置中，壓力消散器100可位于或靠近缸體134的末端部166，所述壓力消散器包括直徑擴(kuò)大孔167，沿直徑擴(kuò)大孔形成凹入表面間斷部168。直徑擴(kuò)大部段167的直徑大于光滑孔部段162的直徑并且延伸到末端部166的端部。

現(xiàn)在參照圖3，示出了壓力消散器100的橫截面，其更詳細(xì)地顯示了凹表面間斷部168。在一個實(shí)施例中，凹表面間斷部168可以是凹部，諸如形成于限定出直徑擴(kuò)大部段167的內(nèi)表面172上的凹槽、槽口或溝道。間斷部168可以是直的或彎曲的。凹表面間斷部168可以縱向排列并且長度可部分或完全地橫穿直徑擴(kuò)大部段167。對于縱向排列，是指間斷部168與井工具50(圖4)的縱向軸線平行，該井工具50的縱向軸線與井孔25大致對準(zhǔn)(圖4)。在未示出的其它實(shí)施例中，間斷部可能是從內(nèi)表面172突出的突起。雖然示出了一個間斷部168，但是兩個或更多各間斷部可以沿內(nèi)表面172周向間隔開。再者，表面間斷部168可具有所示的圓角或者具有尖銳的邊緣。表面間斷部168的長度和深度選擇為足以使密封件154變形和損壞以允許高壓氣體和其它流體(諸如油，如果存在的話)穿過密封件154泄漏，從而從壓力室153泄放壓力。

參照圖4，示出了井構(gòu)造和/或定位在所關(guān)注的地下地層22上方的烴生產(chǎn)設(shè)施20。該設(shè)施20可以包括已知的設(shè)備和結(jié)構(gòu)，諸如地球表面28上的平臺26、鉆機(jī)30、井口32和嵌套套管或未嵌套套管的管/管道34。工作柱36從平臺26懸垂到井眼25內(nèi)。工作柱36可包括鉆桿、連續(xù)油管、鋼絲繩、滑線或任何其他已知的輸送裝置。工作柱36可包括遙測線路或其它信號/電力傳輸介質(zhì)，其建立從地表到連接到工作柱36的端部處的井工具50的單向或雙向遙測通信。為了簡潔，示出了具有地面控制器38(例如，電源)的遙測系統(tǒng)，該遙測系統(tǒng)適于經(jīng)由過布置在工作柱36中的電纜或信號傳輸線40傳送電信號。井工具50可以是由氣體壓力激活的設(shè)備并且可以包括壓力消散器100。

現(xiàn)在參看圖1-4，在一種操作方法中，使用工作柱36將井工具50傳送到井眼25中。在根據(jù)需要定位之后，發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘栆砸c(diǎn)火器118。在一個非限制性布置中，通過電纜40傳送電信號?？商娲?，可以利用壓力增加或壓力下降(drop bar)。點(diǎn)火器118產(chǎn)生點(diǎn)燃動力裝藥146的火焰輸出。動力裝藥146經(jīng)歷生成高壓氣體的爆燃。

在操作過程中，動力裝藥146在被點(diǎn)燃時產(chǎn)生從軸孔142經(jīng)由通道156流動到壓力室153中的高壓氣體。由于密封件154是完好的，相對流體緊密密封防止壓力室153中的高壓氣體和其它的氣體或液體逸出。當(dāng)壓力室153中的流體壓力足夠高時，缸體134沿由箭頭197所示的方向軸向移動，并且致動單獨(dú)井工具(未示出)。最初，密封件154沿光滑孔部段162的內(nèi)表面164滑動而且密封件155沿心軸152滑動。在密封件154處于光滑孔部段162中的時間期間，密封件154處于名義上的密封直徑。

朝向缸體行程的端部，密封件154離開光滑孔部段162并且進(jìn)入壓力消散器100的直徑擴(kuò)大部段167。因?yàn)榭字睆捷^大，壓力室153中的氣體壓力可以使得密封件154沿直徑方向膨脹。當(dāng)從標(biāo)稱密封直徑沿直徑方向膨脹時，密封件154的各部分流動或擠壓到表面間斷部168中。由于密封件154沿直徑擴(kuò)大部段167軸向滑動，凹形間斷部168使得密封件154物理性失穩(wěn)。也就是說，密封件154和凹形間斷部168之間的物理接觸導(dǎo)致失穩(wěn)。在失穩(wěn)之后，密封件的保持密封的能力急劇下降。因此，氣體通過密封件154泄漏而壓力且壓力室153中的流體壓力下降。當(dāng)現(xiàn)在從井眼25中取出井工具50，已經(jīng)泄放壓力室153中的壓力以下降到允許在地面處進(jìn)行安全處理的水平。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明易于存在許多實(shí)施例。例如，雖然氣體被描述為用于使活塞運(yùn)動的第一壓力源，但是也可以使用液體。例如，可以在壓力室中使用液壓油。此外，活塞的運(yùn)動可以通過計(jì)量液壓油通過孔口的流量而進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這些實(shí)施例中，液壓油以及高壓氣體協(xié)作以使活塞運(yùn)動，并且兩者在密封件破裂之后都從工具泄放。

如在本公開中使用的，術(shù)語“縱向”或“縱長”指的是平行于工具孔或井眼孔的方向。例如，工具100具有與井眼的縱向軸線平行的縱向軸線。

為了進(jìn)行說明和解釋，前面的描述針對本公開的特定實(shí)施例。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，可能對上述實(shí)施例進(jìn)行許多修改和改變，而不偏離本公開的范圍。因此，旨在下面的權(quán)利要求被解釋為涵蓋所有這樣的修改和改變。