塞子的制作方法
【专利摘要】用于安装于井中的塞子，该塞子包括外壳(2)，该外壳承载可以通过机械力破裂的脆性材料的至少两个圆盘(3、4)并且该塞子具有在圆盘(3、4)之间的芯。该芯包括紧密形式的颗粒材料。
【专利说明】塞子
[0001]本发明涉及一种如后面的权利要求1中的介绍中给出的用于临时安装于井中、特别是用于在井的压力测试中使用的塞子。
[0002]当井将进行压力测试时，例如，在开始用井生产之前或进行井的全面维护之后，通常安装这些类型的塞子。当安装塞子时，可能的是，给井的一部分施加压力并且检查阀、管接头、垫圈等等是防漏的。在已进行压力测试之后并且将要开始生产时，必须移除塞子。将塞子再次向上收回到表面可能是困难的或经常是不可能的，因此，开发在使用后可以被损毁的塞子。然后，利用来自井的流动物将塞子的残余物带出井。当前存在意图通过损毁而移除的一些类型的塞子。早在19世纪80年代在埃及已开发出可损毁的塞子。其被安装在多于800 口井中。
[0003]已知的可损毁的塞子可以按数种方式被损毁。某些类型的塞子在与井的流体接触某一时间之后将会溶解，而其他塞子借助于炸药被损毁。后者类型的塞子经常由玻璃制成，而且在NO 321974.N0 322871和NO 321976中已给出了这些塞子的示例。
[0004]还已知来自NO 325431 (其对应于W02007/108701)的塞子，其中因为重新设定了阀以排出玻璃圆盘之间的流体，因此损坏了该塞子。当减小玻璃圆盘之间的压力时，玻璃圆盘将经不住塞子的顶侧上的压力，从而破碎。
[0005]US 2010/270031描述了一种参考不同塞子材料的塞子，该不同的塞子材料当被活化时暴露于流体，这从而发动反应或溶解/降解过程，其进而确保塞子失去了其机械强度并破碎。虽然据陈述塞子材料可以是多孔的，但是在降解过程开始之前该材料必须是根据其构造的“固体”密度的材料(例如砂石是固体但仍是多孔的))以能够保持穿过塞子的压力差。因此，塞子的溶解将需要一定时间，而且什么时候溶解进行到使得塞子不可再抵抗压力将是不确定的。
[0006]已知来自以下的其他不同类型的可损毁的塞子:US4886127、US50607017、US5479986、US5607017、US5765641、US5632348、US5680905、US6076600、US6161622、US6431276、US6220350、US6472068、US7044230、US7093664、US7168494、US7325617、US2003/0168214 和 US2007/0017676 和 W0 2009/110805。
[0007]已知的塞子都具有不同的缺点。可溶性塞子仅在井的流体已对可溶性材料作用一段时间之后才消失。因此，以可预测的程度确定什么时候塞子将停止密封是不可能的。在最好的情况下，这可能延迟生产的启动，并且在最坏的情况下，在完成压力测试之前塞子可能失去其功能。为了避免后者，塞子将一般被构造成使得在塞子被溶解之前花费较长的时间。
[0008]借助于炸药而损毁的塞子将通常安全地且在需要时的某一时间点被损毁。然而，它们也负有风险。因为必须仔细地处理炸药，所以它们需要特殊的递送并且非常难以将塞子穿过国界运送，特别是在严格控制武器和炸药的区域中。此外，需要具备关于炸药的专业知识的人来处理塞子。虽然风险很小，但是仍将存在炸药爆炸且伤害人并且使生产安装处于危险中的一些危险。在罕见的情况下，可能存在炸药对井下装置造成损害的风险。
[0009]从N0325431已知的上面提到的塞子旨在避免炸药的使用。如上所提到的，因为塞子内部的压力借助于阀体被释放使得外部压力(塞子的顶侧上)和内部压力之间的压力差变得高于塞子的玻璃圆盘可以承受的压力差，所以发生损毁。玻璃圆盘随后破碎。
[0010]虽然还提到，因为布置了装配成当打开阀体时被迫使靠在玻璃圆盘的边缘上的钉状件(peg)，所以圆盘可暴露于点载荷，但是这将需要塞子上的相对较高的压力以确保玻璃圆盘破碎。这可以根据该压力必须是多高而有些变化，并且因此人们必须增大塞子上的压力直至确定塞子将破碎。该压力增大花费一定时间，并且在塞子被损毁之后压力波将向下传播至井内并且将可能能够损害地层。
[0011]若玻璃圆盘之间的液体不应排出，例如，由于阀体未打开，则即使塞子上的压力增加至非常高的水平，塞子也不会被损毁。于是，人们必须带着工具或炸药下去以损毁塞子。
[0012]还可能的是，玻璃圆盘将不破碎成小段，而是将留下可能难以随着井流除去的大块。
[0013]依据NO 329980，已知承载在机械影响下将粉碎的脆性材料的两个圆盘的塞子。在圆盘之间存在连接至排出通道的气体填充的中空空间。闭合设备布置成打开以使气体从中空空间放出。在中空空间中布置至少一个杠杆或撬杆，该杠杆或撬杆被装配成粉碎圆盘中的至少一个。剪切销使圆盘保持彼此相距一定距离，但是是装配成当穿过圆盘中的至少一个的压力差超过给定值时被破坏。
[0014]即使该塞子比早期的塞子安全的多，但是生产起来也是相对复杂的，并且气体压力必须在处于相对较窄限度内的压力下在中空空间中被建立。
[0015]本发明旨在塞子的可预测的、可靠的且准确的损毁，同时在安装之前该塞子处理起来是安全的。目标还在于提供一种相对容易制造且在使用之前不需要特殊设定的塞子。这将通过后面的权利要求1的特征部分中出现的特征来实现。
[0016]现在将参照附图描述塞子，其中:
[0017]图1示出根据本发明的塞子组件；和
[0018]图2详细地示出两个释放装置中的一个。
[0019]图1示出包括外壳2的塞子组件1，该外壳2装配成作为生产管中的中间件被连接在一起或者装配成以被导入生产管中并且被固定使得其密封该管。
[0020]塞子5自身布置在外壳2中的两个肩部3和4之间。为了能够将塞子5安置在外壳2中，将外壳分成上部部分2a和下部部分2b。这些部分可以例如被螺旋连接在一起。
[0021]塞子5包括不可压缩的芯6和脆性材料(例如，玻璃)的两个圆盘7、8。芯5优选包括颗粒形成的粉末材料，例如，沙子、金属颗粒、玻璃珠或类似材料，其中每个颗粒是硬的且不可压缩的。
[0022]颗粒形成的材料具有这样的特性，如果该材料以其占据最小的可能的体积的方式堆积在一起，那么颗粒的总量将表现得像固体材料一样。在这种状态，颗粒不可相互移动。例如在沙漠地区中的建筑物的构造中使用这种特性，其中一定深度以下的沙子如此紧密以致其甚至可承载世界上的一些最高的摩天楼。
[0023]然而，若颗粒有机会相对于彼此流动，则这种紧密的量的颗粒会容易地流出。用这种方法，在桶状物中被强迫在一起的沙子将能够承载无限的重量，但是通过将桶状物倒置，人们可以把桶状物倒空，就好像它是水一样。
[0024]本发明中正是利用了颗粒材料的这种二重特性。颗粒材料被保持在外壳2的壁和两个圆盘3、4之间。人们可以适当地相对于图1中所示的方向以外壳2的头部转动外壳2，将该一个圆盘3放置在外壳的上部部分2a中并且用沙子填充。为了得到尽可能紧密的芯6，人们可以在用沙子填充外壳的同时摇动外壳。当沙子达到刚好为圆盘8提供空间的水平时，填充终止并且外壳的下部部分2b被旋上。外壳的下部部分2b优选地处于推动圆盘8直到圆盘8以一定压力抵靠着芯6使得不存在沙子可以在其中移动的剩余的中空空间的位置。
[0025]芯6连同圆盘3、4将相当于紧密且坚实的塞子。圆盘3、4将没有空间相对于芯移动并且因而可经得住非常高的压力差。塞子材料的不可压缩的性质确保承载压力的圆盘将不随着穿过塞子变化的压力而移动。与其中芯占用全部压力的US 2010/270031中的塞子相比，在本发明中将是玻璃圆盘和粉末芯的组合占用压力。
[0026]芯优选地对于周围环境是密封的，使得液体不可渗透到芯中。然而，只要颗粒材料既不可逸出也不可相互移置，允许液体渗透到芯6中也是可能的。
[0027]两个释放装置9、10被安置在外壳中，一个抵靠上圆盘3工作且一个抵靠下圆盘4工作。利用仅一个释放装置移除塞子也是可能的，但是两个塞子提供更安全的移除和余度。为了增大余度，围绕圆盘中的每个具有若干个释放装置也是可能的。
[0028]通道11与释放装置9、10连接。通道11可以通过打开阀(未示出)或通过联接至液压连接件来被加压。
[0029]图2中详细地示出了释放装置。其包括布置在孔14中且在其最末端处被削尖的螺钉12。尖端优选地是硬化的且当其被迫使进入圆盘中时，其将产生裂缝，该裂缝在脆性圆盘中进一步蔓延直到圆盘破碎成片。
[0030]螺钉具有头部13，头部13具有盲孔13a。盲孔13a被提供有螺纹13b。液压活塞15与螺钉12的头部13相配合并且被提供有螺纹15a，该螺纹15a与螺纹13b接合。活塞15与孔14以使得活塞不可旋转的方式相配合，例如通过使肋部和凹槽配合。当将液压施加到通道11上时，活塞15将被迫靠在螺钉12上，而且，由于活塞15和螺钉13的头部之间的螺纹接合，因此将利用同步旋转使螺钉被迫靠在圆盘3上。这将确保螺钉穿透到圆盘中并且引发圆盘中裂缝的形成。
[0031]螺钉12的尖端可以优选地按与自攻螺钉相同的方式成形，使得螺钉12钻入圆盘中。
[0032]若活塞15到达盲孔13a的底部，则其将继续迫使螺钉抵靠圆盘3。因此，通过增加液压将螺钉“泵送”至圆盘3、4中是可能的。
[0033]为了增大余度，人们还可以具有两个或更多个单独的通道以用于供给液压。
[0034]根据本发明的塞子将能够容许物体非故意地向下掉落入孔中。由于圆盘和芯形成紧密的、坚实的且大块的单元，因此圆盘将甚至能够经得住大的冲击力的冲击。多孔芯将充当用于冲击的阻尼器。若上圆盘应粉碎，则芯中的颗粒材料将吸收来自冲击的剩余能量并且因此其他圆盘将能够经得住损害。
[0035]塞子还可以经得住比目前使用的塞子高得多的压力和温度。人们可以选择具有低的热膨胀系数且容忍高温而不改变其特性的颗粒材料。
[0036]下圆盘一被损毁，则粉末材料中的颗粒将不再被封闭在塞子的狭窄空间中，并且将允许这些颗粒相互移动。粉末材料将因此向下流入井内。上圆盘(若其仍是完整的)将不再能够经得住来自上方的压力并且将破碎。因此，通过该塞子快速且安全地打开井。
【权利要求】
1.一种塞子，其用于安装在井中，所述塞子包括外壳(2)，所述外壳(2)承载能够通过机械力破裂的脆性材料的至少两个圆盘(3、4)并且所述塞子具有在所述圆盘(3、4)之间的芯，其特征在于所述芯包括紧密堆积的粉末材料，其中只要所述圆盘(3、4)是完整的就不允许所述粉末的颗粒相对于彼此移动。
2.根据权利要求1所述的塞子，其特征在于所述颗粒材料在水和碳氢化合物中是不可溶的。
3.根据权利要求1或2所述的塞子，其特征在于所述塞子包括至少一个具有尖端的触发装置，所述尖端装配成通过穿透到所述圆盘的至少一个圆盘中而打碎该圆盘。
4.根据权利要求3所述的塞子，其特征在于所述触发装置包括螺钉，所述螺钉装配成在穿透到所述圆盘中期间旋转。
5.根据权利要求4所述的塞子，其特征在于所述螺钉与用于液压液体的通道接触并且所述通道的增压激活所述螺钉。
6.根据权利要求4所述的塞子，其特征在于所述触发装置包括具有螺纹的活塞，所述螺纹与所述螺钉上的螺纹相对应，使得所述活塞的激活旋转所述螺钉以及将所述螺钉朝向所述圆盘推入。
7.根据权利要求3-6中的一项所述的塞子，其特征在于所述触发装置朝向所述圆盘的面向所述芯的那侧以一定角度工作。
8.根据前述权利要求中的一项所述的塞子，其特征在于所述颗粒材料是沙子、玻璃、金属或其他硬的且不可压缩的材料。
【文档编号】E21B33/12GK104487649SQ201380038751
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】古斯塔夫·维基 申请人:普拉格科技公司