安全通风阀的制作方法

专利名称：安全通风阀的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及油气生产领域。更特别地，本发明涉及一种安全 通风阀(ventvavle)。更特别地，本发明涉及一种用于射孔枪系统的 安全通风阀。
背景技术：
射孔系统尤其用于在通过地层所钻的井眼中形成液力连通通道 (称为穿孔)以使得地层的预定区域可与井眼液力连接。需要射孔是因 为通常通过将管子或套管同轴地插入井眼中来完井。套管通过将水泥 泵送到井眼和套管之间的环形空间而保持在井眼中。水泥固定的套管 设在井眼中以特别用于使被井眼穿透的各个地层彼此液力分隔开。
在图1中显示了一种射孔系统4的一个典型实例。如所示的，射 孔系统4包括一个或多个射孔枪6,所述射孔枪串接在一起以形成射 孔枪串3，这些枪串有时可能超过一千英尺的射孔长度。连接接头 (connecting sub ) 18提供所述串3的每个相邻枪6之间的连通性。许 多枪系统，尤其是那些包括各枪构成的长串的枪系统经由管5传送。 其他枪系统可以通过悬持在钢丝绳或钢丝(未显示)上来配置。
聚能射孔弹8包含在射孔枪6内，该聚能射孔弹通常包括外壳、 衬套和插在衬套和壳体之间的大量高能炸药。当高能炸药被引爆时， 形成快速膨胀的爆炸气，该爆炸气的作用力使衬套破裂并且将其从射 孔弹8的一端以非常高的速度、以称为"射流，，12的模式喷出。射流12 穿透套管和水泥并且形成延伸到周围地层2中的穿孔IO。所产生的穿孔10提供了地层2和井眼1的内部之间的流体连通。在欠平衡的情况 下(在地层压力超过井眼压力的情况下)，地层流体从地层2流到井眼 1中，从而增加了井眼l的压力。而且，随着爆炸气变冷和收缩，在 射孔枪主体14的内部和井眼1之间形成了大压力梯度。该压力差又通 过枪孔16抽吸射孔枪主体14内的井眼流体。
图2a和2b说明了枪串3的一部分，用于提供设在两个射孔枪6 之间的连接接头18的其他细节。如所示的，连接接头18在其每一端 具有突出部件19，该突出部件用于与设在每一个射孔枪6端部的相应 凹部21配合。所示的枪6通过形成在凹部21的内径和突出部件19 的外径上的一系列螺紋23而固定到连接接头18上。
引爆索20也设在枪串内，用于提供一种用于聚能射孔弹8的起爆 /引爆装置。聚能射孔弹8的引爆通过激发引爆索20来完成，该引爆 索又产生冲击性的沖击波，用于开始引爆聚能射孔弹炸药8。通常冲 击波在引爆索20的上端部(即最靠近地面9)在引爆索20中开始并 且穿过枪串3向下行进。为了确保沖击波传播到构成枪串3的每一个 单个枪6，每一个连接接头18也配备有一部分引爆索20。连接接头 18中的引爆索20的部分保持在形成于其中的空腔22中。在引爆索20 的每一段的端部上的传送炸药24使沖击波从一个枪主体6的端部继续 行进到连接接头18中的引爆索20的部分，再从连接接头18到下一个 相邻枪主体6，依此类推。传送炸药24的沖击波传送功能在枪主体6 和连接接头18之间产生了通道26。如图2b所示，聚能射孔弹8响应 于由引爆索20所产生的沖击波的暴露而引爆。聚能射孔弹8的引爆又 留下孔16，该孔提供了从井眼1到枪主体14的内部的流体流动。类 似地，响应于引爆索沖击波的传送炸药24的引爆形成了通道26，该 通道提供了射孔枪主体6的内部和连接接头空腔22之间的流体流动管 道。因而，空腔22在经受引爆索沖击波的暴露之后又经受井眼压力。 井眼流体内的碎屑常常随着流体运送到空腔22中。当从井眼l收回枪 系统4时，空腔22将被竖直定向从而又可能使流体碎屑收集在通道 26内，因而形成了可能将井眼流体截留在连接接头18内的可能堵塞情况。由于井眼流体压力经常可能超过1000psi,该截留压力在拆卸枪 串3的过程中可能引起人员危险。因此，需要一种消除连接接头18 内的截留压力的可能性的设备和方法。

发明内容
本发明的 一个实施例涉及一种连接接头，该连接接头包括外壳、 外壳内的压力产生构件以及可与压力产生构件操作连通的通风阀，其 中通风阀响应于压力产生构件的激发而被选择性地打开。连接接头还 可包括形成在外壳内的空腔。当通风阀处于打开位置时，其提供了空 腔和外壳的外部之间的流体连通。易碎部件可以包括在通风阀内。压 力产生构件可包括引爆索。压力产生构件可包括冲击波产生部件(比 如引爆索)或易燃材料(比如推进剂)。
连接接头的一个实施例可包括第一端部、第二端部、可连接到第 一端部上的射孔枪、设在射孔枪内的沖击波产生部件、可与连接接头 冲击波产生部件结合的第一传送炸药以及可与射孔枪沖击波产生部件 结合的第二传送炸药。连接接头可包括可连接到第二端部上的第二射 孔枪、设在第二射孔枪内的沖击波产生部件、可与连接接头沖击波产 生部件结合的第三传送炸药以及可与第二射孔枪冲击波产生部件结合 的第四传送炸药。与外壳和通风阀联接的保持环也可包括在连接接头 内。
连接接头还可包括与沖击波产生部件联接的联接部件。该联接部 件可以是用于接收穿过其中的沖击波产生部件的开口、钩形部件或用 于接收在其之间的冲击波产生部件的相对构件。
在此包括一种安全地为井下工具提供通风的方法。所述方法包括 在井下工具上提供易碎部件，激发压力产生物质，其中激发压力产生 物质使易碎部件破裂从而形成穿过井下工具壁的孔以便在井下工具的 内表面和外表面之间形成流体连通。压力产生物质可包括引爆索、推 进剂以及它们的组合。井下工具的内表面和外表面之间流体连通。


图l是射孔系统的局部剖开的侧视图。
图2a示出了射孔串的一部分的局部剖开图。
图2b描述了射孔串的一部分的局部剖开图。
图3是根据本公开的 一个实施例的射孔串的 一段的剖开侧视图。
图4是通风阀的剖开的透视图。
图5是根据本公开的一个实施例的射孔串的一段的剖开侧视图。
具体实施例方式
本公开的装置包括一种可用于释放井下工具内的流体压力的安全 通风阀。现在参照图3，其说明了带有通风阀的井下工具的一个实例。 更特别地，所示的实施例是射孔串31的一段，所述射孔串包括连接接 头28和枪主体32，其中枪主体32设在连接接头28的两个端部上。 图3的连接接头34的实施例包括外壳39,该外壳具有形成在其中的 空腔48并且构造成在其两个端部与射孔枪32联接。联接装置的一个 实例包括设在外壳39端部的外表面上的螺紋41,所述螺紋用于与枪 主体32端部的内周面上的相应螺紋配合。凹部35设在连接接头28 的壁内，从连接接头28的外表面延伸到空腔48内，该凹部位于空腔 48的主体内。虽然所显示的凹部35的方位基本上垂直于连接接头28 的轴线，但是不限于这种结构，而是替代地，可在连接接头28的外表 面和空腔48之间以任何其他角度形成。在图3的连接接头28的实施 例中，空腔48被密封而且因而与枪主体23或其外表面不流体连通。 连接接头28和枪主体32的配合边处的隔壁由刚性无孔材料形成，从 而形成流体流动屏障。另外，如下面更详细的讨论，凹部35中的通风 阀34的存在在通风阀34处于闭合形态时防止了流体穿过其中的流动。
设在连接接头28中的凹部35用于接收通风阀34。所示出的通风 阀34包括形成为大致环形结构的主体38。在图4的截面图中提供了 通风阀34的一个实施例。然而，本公开的通风阀34不限于图4的实 施例，而是替代地，可包括比如矩形、椭圆形、多边形(六边形、八边形等)结构的任何合适横截面或者任何其他合适的形式。所示的通
风阀34还包括设在其主体38内的隔膜40，所述隔膜位于基本上垂直 于通风阀34的轴线的平面中。通风阀34可以是由单件原材料加工而 成的单体结构，或者可以是包括在接近隔膜40的位置处结合在一起的 两个单独部分。
图3和图4的实施例的隔膜40在处于该结构时完全包围了主体 38内的环形区域，从而防止流体流过通风阀34。然而，隔膜40是易 碎的而且因而当破裂时，可允许流体穿过通风阀34。与本装置一起使 用的合适隔膜的一个实例是破裂盘。用于通风阀34和接头的合适材料 的一个实例是能够经受预期井下条件的任何合金钢，其他替代材料包 括玻璃、陶瓷、铝、铸铁、塑料和由NYLON⑧形成的物品。材料的适 当选择很好地落入所属领域的技术人员的范围内。
主体38还包括从隔膜40向下延伸的裙部44;可选地，包括在裙 部44内的是提供了穿过裙部44的通道的开口 46。该开口 46布置成 大致垂直于外壳38的轴线。开口 46应该具有的尺寸足以容纳穿过其 中的引爆索36。通风阀34的一个实施例可包括以大致与主体38共轴 的方位形成在主体38的外周面上的肩止档45。在包括肩止档45的实 施例中，凹部35将在接近其开口处具有增加的直径以便在其内接收肩 止档45。应该包括由凹陷直径的减小所形成的脊47以^_与肩止档45 配合，肩止档45与脊47的适当布置可以使开口 46位于空腔48内， 以便适当地布置穿过其中的引爆索36。 一旦在空间上对准后，通风阀 34可被旋转(如果需要的话)以与引爆索36对准。
通风阀34可以通过保持环50保持在凹部35内。该环50可按许 多方式设置在凹部内，比如螺紋连接、压配合、卡环、焊接或任何其 他合适的方式。
应该指出的是本装置的通风阀34不限于具有易损部件(比如隔 膜)的通风阀，而是替代地，可以包括响应于冲击波的任何装置或设 备。 一个其他实例可以是滑动岐管，该滑动歧管可以具有按照策略布 置的端口，以使得当部件被响应于沖击波向上推压时，端口可定位成允许从连接接头28的空腔48向连接接头28的外周形成流体连通。另 一个替代实施例包括弹簧加载式安全阀，该安全阀对空腔和环境条件 之间的压差做出响应，而且在空腔压力超过环境压力某一设定量时打 开。然后，弹簧加载能够使该阀复位以用于重复使用和/或重复压力负 载。
引爆系统33的一部分显示为在连接接头28和枪主体32内。所示 的引爆系统33的该部分包括引爆索36和传送炸药37并且延伸穿过枪 主体32以及进入连接接头28。如先前所讨论的，引爆系统的起爆通 常发生在最靠近地面9的引爆系统段上。引爆系统33的起爆在引爆索 36内产生通过引爆系统33 (和索36)向下传播的沖击波。而且，沖 击波借助于设在段内的引爆索36的每一端部的末端点处的传送炸药 37在枪串的连续段(即相邻的枪主体32和连接接头28)之间传送。 引爆索36可以是任何形状(即圆的、扁的、较小直径、较大直径以及 变化直径)，引爆索的化学成分也不限于单一成分。与在此所描述的装 置和设备一起使用的引爆索可包括任何可用于沿枪串传送沖击波的 索，其中沖击波可激发通风装置。另外，电起爆器可用作用于产生前 述沖击波的装置。
可选地，破裂步骤可通过由材料的燃烧(比如推进剂的燃烧)而 形成的压力来完成。易燃材料可位于靠近通风阀的易碎部处，其中由 随后的燃烧所产生的高压力在易碎部上施加足够的作用力以使其破 裂。可选地，容纳易燃材料的区域可被密封从而允许形成压力以便使 易碎部破裂。因而，代替瞬间的微秒事件的是本公开的装置能够用以 毫秒时间为基础起作用的燃烧化合物来激发。
在操作中，具有图3的段31的射孔串设在井眼l中，用于为井眼 1射孔。如先前所讨论的，为井眼射孔通过激发射孔串的引爆系统来 完成，该射孔系统又引爆与射孔系统相关联的聚能射孔弹30。聚能射 孔弹的引爆响应于引爆系统的沖击波而发生。引爆系统的激发通过激 发点火头来完成。如已知的，点火头通常包括在位于其最上段中的射 孔串中并且与引爆索电连接或机械连接。在引爆系统激发时，产生的沖击波沿着引爆系统的长度行进并且穿过引爆索36的每一段。图3 的隔膜40具有易碎的构造以响应于由于沖击波穿过引爆索36而形成 的压力暴露而爆裂。爆裂隔膜40除去了通风阀34的流体流动屏障而 且从而提供了空腔48和连接接头28的顶侧之间的开放的流体连通。 因而，导致沖击波引爆的同一沖击波也允许形成空腔48和连接接头 28周围的区域之间的通风。
图5示出了在引爆系统引爆之后射孔串段31a的一个实施例。在 此聚能射孔弹的爆炸导致其各个构件的破碎或瓦解，而且从而不再存 在。类似地，引爆索36和传送炸药37在使用期间已经被消耗也不存 在了。聚能射孔弹所产生的引爆提供了穿过枪主体32a的壁的孔54 而且传送炸药37的爆炸类似地在连接接头28a和相邻的枪主体32a 之间产生通道52，从而允许流体从相应枪主体32a流入空腔48a。这 产生了从枪主体32a的外部到空腔48a的流体流动通路Al。而且，隔 膜40a的破裂允许流体自由地从空腔48a流向连接接头28a的外部。 因而，如果在收回串段31a的过程中，通道52被堵塞，穿过现在已打 开的通风阀34a的流体的自由流动防止了空腔48a和连接接头28a周 围之间的压差。
隔膜厚度可在沿隔膜40的表面的按照策略选定的位置处被减小 以便确保其响应于所施加的沖击波而破裂。可选地，隔膜40可沿其侧 面之一的表面包括划痕部分42以促使隔膜40爆裂。也可替代地，用 于连接引爆索36和通风阀的联接部件不限于开口 46，而是可包括用 于连接通风阀34和引爆索36的J形部件的联接部件。另外，联连接 部件可包括用于与索36连接的多个柔性构件。应该指出的是沖击波的 产生不限于使用引爆索。
因此，在此所描述的本发明很好地适用于实现其目的并达到所提 到的目标和优点以及其固有的其它目标和优点。虽然为了公开以上给 出了本发明的当前优选的实施例，但是许多改变存在于实现所希望结 果的过程的细节中。例如，在此所描述的发明可适用于任何聚能射孔 弹的相位调整以及任何密度的聚能射孔弹。而且，本发明可与任何尺寸的射孔枪一起使用。这些和其他类似修改对所属领域的技术人员来 说是显而易见的，而且旨在包含于在此所公开的本发明的精神和所附 的权利要求的范围内。
权利要求
1. 一种连接接头，包括外壳；压力产生构件；以及通风阀，所述通风阀与所述压力产生构件操作连通，其中，所述通风阀响应于所述压力产生构件的激发而选择性地打开。
2. 根据权利要求l所述的连接接头，其中所述压力产生构件是沖击波产生部件。
3. 根据权利要求l所述的连接接头，其中所述压力产生构件包括 易燃推进剂。
4. 根据权利要求1所述的连接接头，还包括形成在外壳内的空腔。
5. 根据权利要求4所述的连接接头，其中当所述通风阀处于打开 位置时，所述通风阀在所述空腔和所述外壳的外部之间提供流体连通。
6. 根据权利要求1所述的连接接头，还包括位于所述通风阀内的 易碎部件。
7. 根据权利要求2所述的连接接头，其中所述沖击波产生部件包 括引爆索。
8. 根据权利要求7所述的连接接头，还包括第一端部、第二端部、 能连接到所述第一端部的射孔枪、设在所述射孔枪内部的沖击波产生 部件、能与连接接头冲击波产生部件结合的第一传送炸药以及能与射 孔枪沖击波产生部件结合的第二传送炸药。
9. 根据权利要求8所述的连接接头，还包括能与所述第二端部连 接的第二射孔枪、设在所述第二射孔枪内的冲击波产生部件、能与连 接接头冲击波产生部件结合的第三传送炸药以及能与第二射孔枪沖击 波产生部件结合的第四传送炸药。
10. 根据权利要求1所述的连接接头，还包括与外壳和通风阀联 接的保持环。
11. 根据权利要求2所述的连接接头，还包括连接到所述沖击波产生部件上的联接部件。
12. 根据权利要求11所述的连接接头，其中所述联接部件选自 用于接收穿过其中的冲击波产生部件的开口 、钩形部件以及用于接收 在其之间的冲击波产生部件的相对构件。
13. —种射孔系统，包括 连接接头；与连接接头联接的射孔枪； 引爆系统；以及所述连接接头设有的通风阀，其中，所述通风阀响应于所迷引爆 系统的操作而选择性地打开。
14. 根据权利要求13所述的射孔系统，还包括与所述引爆系统操 作连通的引爆器。
15. 根据权利要求14所述的射孔系统，还包括形成在所述连接接 头内的空腔。
16. 根据权利要求15所述的射孔系统，其中当所述通风阀处于打 开位置时，所述通风阀在空腔和连接接头的外部之间提供流体连通。
17. 根据权利要求13所述的射孔系统，还包括位于所述通风阀内 的易碎部件。
18. 根据权利要求13所述的射孔系统，其中所述引爆系统包括与 引爆索联接的引爆器，其中所述引爆器的激发起动沿引爆系统的沖击 波。
19. 根据权利要求13所述的射孔系统，还包括与连接接头和通风 阀联接的保持环。
20. 根据权利要求13所述的射孔系统，还包括联接到引爆系统的 联接部件。
21. 根据权利要求20所述的射孔系统，其中所述联接部件选自 用于接收穿过其中的引爆系统的开口 、钩形部件以及用于接收在其之 间的引爆系统的相对构件。
全文摘要
本发明公开了一种射孔系统连接接头，包括用于提供穿过连接接头壁的流体连通的通风阀。该通风阀选择性地打开并且可包括易碎部件。该易碎部件可通过由相关联的引爆索的起爆所产生的冲击波而破裂。
文档编号E21B34/06GK101484660SQ200780025035
公开日2009年7月15日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者C·W·罗斯, T·W·桑普森, 小W·D·迈尔斯 申请人:贝克休斯公司