具有短心轴的崩解压缩变定插塞的制作方法

发明领域

本发明的领域是崩解的插塞，并且更具体地，是具有压缩变定密封元件的插塞，所述插塞崩解并且进一步具有到达卡瓦锥形件顶部的缩短的心轴以促进崩解。

发明背景

压裂是增强从地层到地表位置的碳氢化合物递送的过程。压裂通常是顺序的过程，其中插塞是固定的并且与插塞一起下井(runin)的穿孔枪从插塞释放并射入地层中以产生裂缝。这些裂缝然后利用支撑物的高压泥浆或通常主要是砂延伸以打开穿孔，并且通过在高压流动截止之后保持在穿孔中来使它们保持打开。具有由穿孔枪导致的最近产生的裂缝的区域有时通过将球降落到插塞的座上以关闭穿过插塞的通路来进行隔离，以使得地层中的压力可以积累用于递送支撑物并且利用穿孔枪进一步打开或扩大初始形成的裂缝。一般来说，所述过程重复直到整个地层被压裂，此时生产完成。然而，在生产之前，需要移除帮助完成压裂的插塞。进行此操作的传统方式是在钻孔中进行研磨切削(millingtrip)来研磨掉所有插塞。这花费很长的时间并且需要通过循环和/或利用各种碎片保留装置来将研磨碎片从钻孔中移除。

随着时间推移，插塞的各种部件由这样的材料制成：所述材料在服务于它们的目的之后将随着时间推移而崩解或以其他方式失效。这种具有崩解部件的局部构造在可以开始生产之前仍然需要研磨切削，但益处是研磨切削的持续时间缩短，因为需要研磨的部件减少。例如，us2011/0048743具有通过需要研磨掉的密封组件崩解的锚定件。在us2014/0318761中，用于以流体静力学布设的封隔器的锁定件崩解以允许封隔器进行布设。在us7487678中，o形环活塞密封件需要崩解以实现井下阀的一些功能。在us2007/0051521中，在应用可恢复碎裂(frack)封隔器的过程中，降落到碎裂插塞上的碎裂球将崩解。在us2013/0299185和us8959504中，崩解卡瓦被示出为与倾斜扩展的密封元件一起使用。在此同一类型中，其中具有崩解剂的型模扩展密封件如us2013/0300066的图9a和图9b中所示那样使用。us2013/0025849中示出具有可降解层的密封件。对于高压应用，常见的密封方法是将密封组件沿斜坡向上推动与周围管状物接触，如us8109340和7748467中所示。

us2014/0262327中描述了由崩解材料制成的卡瓦。us8579024中讨论了施加到具有平滑外表面的卡瓦的粗砂。wo2014170685a2中描述了与外表面粗糙度咬合的卡瓦。

本发明所需要和提供的是具有降解金属部件的封隔器或插塞设计，所述降解金属部件优选地由受控电解材料(cem)制成并且由德克萨斯州休斯顿市的贝克休斯公司(bakerhughesincorporatedofhoustontexas)以商标in-tallic销售，并在us2011/0136707和同一天提交的相关申请中进行描述。密封元件优选地是85a-95atdi-酯聚氨酯，其被轴向压缩以增加径向尺寸。这些材料可以在压缩变定封隔器组件中使用，诸如由贝克休斯公司销售的型号d封隔器，其具有多种修改，诸如将cem抗挤压环和锁定系统用于变定。心轴缩短以便为卡瓦支撑锥形件的顶部，以使得插塞具有较小的体积并且可以更快地崩解。本发明人已经发现，碎裂应用中的密封可以利用崩解的压缩变定封隔器元件来完成。这与已经集中于沿斜坡向上推动密封元件以获得密封或使环从型模组件内径向扩展的普遍想法相悖。替代地，本发明结合已知插塞设计的可靠性，所述设计在锥形件上推动出卡瓦，并且然后轴向压缩密封元件并与降解以减少或消除后续钻出的材料结合来锁定变定。为了有助于崩解过程，心轴被缩短以不到达卡瓦锥形件下方，但替代地由其上端来支撑卡瓦锥形件，以使得在不牺牲结构完整性的情况下崩解的心轴体积减少。此外，将崩解特征合并到熟悉且可靠的基础插塞布局中给出了以下信心：在不具有过度的部件复杂性或不需要高布设力(如在利用型模的径向扩展或将密封组件沿斜坡向上轴向推动到密封位置时将需要的)的情况下，插塞将完成布设并且适当地锚定并密封。卡瓦环具备外部不规则表面，所述表面涂覆有抓握增强粗砂作为能够崩解的卡瓦组件的一部分。本申请的技术考虑到当粗砂涂层粘附到卡瓦主体时、崩解卡瓦材料对热量的灵敏度。通过阅读优选实施方案的描述和相关联的附图，本发明的这些和其他方面对本领域技术人员将更容易明显，同时应认识到本发明的全部范围由随附权利要求书确定。

发明概述

优选地为85a-95atdi-酯聚氨酯的压缩变定密封元件被轴向压缩并且通过cem抗挤压环抵抗挤压来保持。密封元件的压缩状态由可降解的锁定环组件锁定。心轴固定到卡瓦锥形件的上端，并且易断的卡瓦环通过测井电缆布设工具固定直到到达布设位置。卡瓦环断裂成多个节段，当布设工具推动套筒以轴向压缩密封元件并锁定变定时，所述节段沿卡瓦锥形件向上被拉动。密封元件通过cem抗挤压环抵抗挤压来保持。当布设工具被移除时，球座由于球的递送而被暴露，从而在地层中建立压力以用于压裂。然后，整个插塞由于暴露于井内流体而崩解。卡瓦环具有外部搭接件，并且以保存崩解卡瓦体的强度的方式施加粗砂涂层以用于增强抓握。

附图简述

图1示出处于下井位置中的崩解封隔器或插塞的剖视图，其中布设工具支撑所述崩解封隔器或插塞；

图2是处于下井位置中的卡瓦环和锥形件的剖视图。

优选实施方案的详述

参考图1，卡瓦环10是卡瓦的初始环形结构，其与易断接片(未示出)周向连接，以使得在进行将环10推动到锥形件12上的布设时，所得的卡瓦14彼此分离并且它们自身抵靠周围钻孔壁(未示出)楔入。本领域已知类型并且由贝克休斯公司以型号e-4销售的测井电缆布设工具16将插塞18支撑到期望的地下位置。布设工具16向下推动套筒20，套筒20是布设工具16的一部分并且在插塞或封隔器被布设后在箭头22的方向上出来。同时，布设工具16向上拉动接头24直到剪切螺柱48断裂，这允许布设工具16从插塞或封隔器18释放。在布设期间，单独卡瓦14的环分裂开。夹头指28首先向上推动底部接头26，底部接头26带动卡瓦14直到它们抵靠钻孔壁楔入。向下推动套筒22使密封元件组件32轴向压缩并且允许主体锁定环组件34接合以防止密封元件组件32的轴向松弛，密封元件组件32现在被轴向压缩到以下程度：其外部径向尺寸已经增加以致使表面36抵靠周围钻孔壁(未示出)放置。密封元件组件的内部尺寸符合心轴50的外壁的圆柱形形状，并且当密封元件组件32轴向坍缩时不改变。组件32的轴向压缩还使得抗挤压环38和40抵靠钻孔壁延伸以保持密封元件42，密封元件42可以是在抵靠钻孔壁的布设位置中位于其间的单个套筒或多个套筒。密封环49将密封元件42保持到心轴50以防止在将插塞安装在钻孔中期间密封元件42被吸走。这些插塞通常被安装在水平井中，并且高速流体流动用于将插塞推动到期望的位置。此流体流动施加力以拉动密封元件42离开心轴50。任选地，还可以在密封件42下使用内部环44。密封件42、环44、环38和40或锁定构件34也可以由聚合物制成，诸如pc-ppdi、pc-mdi、pd-tdi、醚-ppdi、醚-mdi、醚-tdi、酯-ppdi、酯-mdi、酯-tdi或pga。最终，在箭头22的方向上的推动和在箭头46的方向上拉动使剪切螺柱48断裂，沿锥形件12向上推动卡瓦14并且利用锁定环组件34锁定的轴向压缩来压缩密封件42。布设工具16穿过插塞心轴50出来。插塞心轴50从上端上的锁定环组件34延伸到下端52，下端52具有连接到锥形件12的上端56的螺纹54。螺纹54是心轴50到锥形件12中的延伸量。心轴50和锥形件12具有用于安装到布设工具16的对齐的通路。可替代地，心轴50可以与锥形件12成一体。

优选地，心轴50，包括锁定环组件34、锥形件12、卡瓦14、内部环44、密封环49和抗挤压环38和40以及底部接头26全部由崩解材料制成，所述崩解材料优选地是cem或对现有或添加的井流体或随着时间推移暴露于热输入或化学输入作出响应的另一种材料。类似地，密封组件32优选地由85a-95atdi-酯聚氨酯或在与插塞或封隔器的平衡条件类似的条件下崩解的材料制成。值得注意的是，停留在孔中的心轴50通过在锥形件12的顶部处结束而变短，以使得它的较少部分降解，从而使得总崩解时间减少。

实质上，卡瓦14不是由心轴50支撑，但相反当套件(set)被楔入钻孔壁(未示出)与锥形件12之间时由其支撑。

本领域技术人员将理解，所呈现的是压缩变定插塞，其可以在压裂或其他应用(诸如刺激或酸化)中使用，例如，通过简单地将球(未示出)降落到座61上，座61在布设工具16移除时被暴露。未预期到的是以下事实：可降解材料能够在具有相反可降解抗挤压环的压缩变定密封元件的背景下使用并且提供可靠的密封以及可降解性特征。对在适当位置中形成为降解的密封件的设计以及沿楔形向上推动密封件或径向扩展的设计实验了数年，同时遇到使得此类设计由于成本或操作可靠性原因而存在问题的多种问题之后，本发明在回到未来的意义上在于：压缩变定封隔器的基础元件已经被装配到能够可靠地密封和崩解的组件中。已经做出进一步修改以使封隔器或插塞的体积最小化，同时保持结构完整性以促进更快的崩解。较短的心轴还促进使用穿过插塞或封隔器的较大的钻孔并将更多的表面积暴露于井内流体以加速崩解过程。本领域技术人员将理解，术语崩解、降解、失效、溶解或其他术语意味着可互换地使用以表示结构在分为数片并且最终消失或循环出来到地表的过程中的功能效用的结束。

除其他材料(举例来说)诸如铬钢合金镍合金、不锈合金、硬质合金、铜合金、青铜、黄铜、铝和锌之外，卡瓦环10优选地由镁制成。

环10具有表面粗糙度60，其可以具有用于增强抓握的粗砂涂层62。施加过程利用喷枪中的期望材料的两根金属丝，所述喷枪有助于它们之间的高电流。电流引起金属丝熔化同时空气通道将所产生的粗砂推到基底金属的表面上。设定参数以使得颗粒形成能够产生抗滑动特征的刚性表面，而不是平滑的耐磨表面。此涂层可以是添加剂以提供更厚的层，其范围是但不限于0.010”–0.060”。

针对镁材料的此过程的益处是这个过程不产生通常将使镁燃烧的过高表面温度。

环10具有划线器46，划线器46允许所述环断裂成多个节段，因为型模12会前进然后进一步将所述多个节段径向推出以接合周围管状物。

以上描述是对优选实施方案的说明，并且在不背离本发明的情况下可由本领域技术人员做出许多修改，本发明的范围由以下权利要求书的字面范围和等效范围确定。