本发明总体上涉及油气钻井孔中使用的井下工具以及相关系统和方法。更具体地说，本发明涉及可以运行到钻井孔中且可用于钻井孔隔离的井下工具及涉及所述工具的方法。在具体实施例中，井下工具可以是由可钻孔的材料制成的复合栓塞。在其它实施例中，井下工具可以具有一个或多个金属组件。一些组件可以由可溶解材料制成。
背景技术：
油井或气井包括在表面(例如，地球表面)下方的一定深度处延伸到地层中的钻进孔，且通常内衬有管状物(例如，套管)以增加井的强度。许多商业可用的烃类源存在于“致密”的储层中，这意味着可能不易于提取目标烃类产品。这些储层的周围地层(例如，页岩)通常具有较低的穿透性，并且在不使用伴有压裂操作的钻孔的情况下从这种地层中以商业的量生产烃类(即，天然气、石油等)是不经济的。
压裂在行业中是常见的，其包括在相应的目标区域的下方或之外的钻井孔中使用栓塞套件，随后泵送或注射高压压裂流体到所述区域中。图1说明包括使用井下工具102的常规的堵塞系统100，所述井下工具102用于对钻孔到地层110中的钻井孔106的一部分区段进行堵塞。在适当时，工具或栓塞102可以借助于工作管柱105(例如，e-线路(e-line)、金属线路、挠性油管(coiledtubing)等)和/或通过安放工具112降入钻井孔106内。工具102通常包括具有可压缩的密封部件122的主体103，以抵靠着周围管状物(例如，套管108)的内表面107来密封工具102。工具102可以包括设置于一个或多个滑块109、滑块111之间的密封部件122，所述滑块用于帮助工具102保持在适当的位置。
在操作中，将力(通常相对于钻井孔106是轴向的)施加到滑块109、111和主体103。随着安放顺序的进行，滑块109相对于主体103和滑块111移动，密封部件122被致动，且驱动滑块109、111抵靠着对应的圆锥形表面104。这一移动轴向地压缩和/或径向地扩展可压缩部件122和滑块109、111，这导致从工具102向外推动这些组件以接触内壁107。以此方式，工具102提供了密封，预期所述密封能防止流体从钻井孔的一个区段113跨越或穿过工具102向另一区段115(或反之亦然，等等)，或向表面的转移。工具102还可包括内部通道(未示出)，所述通道在用户希望时允许在区段113与区段115之间的流体连通。时常借助于一个或多个额外的栓塞(例如，102a)隔离多个区段。
在适当的安装之后，栓塞可经受较高或极端的压力和温度条件，这意味着在不损坏栓塞或由密封元件形成的密封的情况下栓塞必须能够承受这些条件。高温通常被定义为高于200°f的井下温度，高压通常被定义为高于7,500psi的井下压力，且甚至超过15,000psi。极端钻井孔条件还可包括高和低的ph环境。在这些状况下，包括具有可压缩的密封元件的那些常规的工具可能由于降解而失效。举例来说，密封元件可能熔化、固化或以其它方式失去弹性，这导致形成密封屏障的能力的丧失。
在生产操作开始之前，还必须移除栓塞以使得可进行生产管的安装。这通常通过穿过安装的栓塞钻孔进行，但是在一些例子中，可以从钻井孔中基本上完整地移除栓塞。可取回的栓塞的常见问题是在栓塞顶部上的碎片的累积，这可能使得难以或不可能啮合和移除栓塞。此类碎片的累积也可以不利地影响栓塞内的各种零件的相对移动。此外，通过现有的取回工具，震动运动或抵靠着井套管的摩擦可能引起取回工具的意外开闩(引起工具进一步滑动到钻井孔中)或栓塞的再次锁定(由于栓塞锚定元件的激活)。此类这些问题通常使得有必要钻出预期是可取回的栓塞。
然而，因为栓塞需要承受极端的井下条件，它们是出于耐用且有韧性而建造的，这通常使得钻穿过程变得困难。甚至可钻孔的栓塞通常由金属(例如，铸铁)构造，其可以使用钻头在钻柱的端部钻出。钢也可以用于栓塞的结构性主体以提供结构性强度以安装工具。工具中使用的金属零件越多，钻孔操作需要的时间越长。因为金属组件难以钻透，所以此过程可能需要进出钻井孔的额外的往返来替换损坏的钻孔钻头。
在钻井孔中使用栓塞并不是没有其它问题，这是因为这些工具会受到已知的故障模式。当栓塞运行到一位置时，在栓塞达到其目的位置之前滑块具有预先安装的趋势，这引起套管的损坏与操作延迟。举例来说，由于来自先前压裂的残留物或碎片(例如，沙子)的残留，可能产生预先安装。此外，已知常规的栓塞不仅仅是与套管还在栓塞组件之间提供较差的密封。举例来说，当密封元件在压缩下放置时，其表面并不始终恰当地与周围的组件(例如，锥体等)密封。
井下工具通常通过从表面向下流动到工具的落球来启动，由此流体的压力必须足以克服钻井孔流体的静压力和漂浮力以便使球能够到达工具。压裂流体也被加以极高的压力，以便不仅将流体传送到钻井孔中，且穿过钻井孔，而且还延伸到地层中以便引起断裂。因此，井下工具必须能够承受这些额外的较高的压力。
使注入的流体或底层流体“回流”(即从地层到表面)自然是可取的；但是，直到之前设置的工具或其阻塞被移除之后才可能发生所述回流。移除工具(或阻塞)通常需要良好的干预服务以进行检测或钻孔，这是耗时的、昂贵的，并且增加了钻井孔损坏的潜在风险。
工具中使用的金属零件越多，钻孔操作消耗的时间就越长。因为金属组件难以钻透，所以此过程可能需要进出钻井孔的额外的卡爪来替换损坏的钻头。
为了节约成本，在一定的井下条件下可进行反应的材料已经成为对油田工业潜力的重要研究课题。例如，通过仅对周围环境的改变作出反应就有能力分解的这种先进材料是可取的，因为不需要或仅需要有限的干预来进行移除或激活。
基本上通过周围环境的改变(例如，存在特定的流体、温度的改变、和/或压力的改变等)而自我激活的此类材料可以潜在地取代昂贵且复杂的设计，并且在可达到的极限甚至被认为不可能的情形下(所述情形是井下(地下)环境的情况)可最为有利。
不依赖于冗长而昂贵的测井电缆、液压控制线或挠性油管进行控制是非常可取且经济上有利的。此外，在不胜枚举的情形中，一件地下设备可能只需要被激活一次，在此之后，它可能不再有任何用处，例如当设备必须通过具有风险且昂贵的干预手段来获取时甚至可能会变得不利。
在一些情况下，可能有利的是具有由具备以下属性的材料(物质组成)制成的装置(球体、工具、组件等)：其中在一些条件下(例如，在表面或在环境条件下)装置具有很强的机械性(硬质)，但是在特定条件下会分解、溶解、破碎，所述特定条件例如是存在如淡水、海水、地层流体、添加剂、卤水、酸和碱等含水流体时，或压力和/或温度改变时。因此，在预定量的时间之后，并且在完成期望的操作之后，最终允许地层流体流向表面。
将装置(或相关的激活装置，例如压裂球，或其它组件)配置为利用可以缓解或减少干预服务需求的材料是很有利的。这将节省大量的时间和费用。因此，在本领域中需要具有不涉及或不另外需要钻孔过程的性质的工具、装置、组件等。更需要对环境或生物友好的材料。
节省操作时间的能力(节省操作成本的能力)在市场上引起了相当大的竞争。获得任何节省时间或最终节省成本的能力都会带来直接的竞争优势。
因此，本技术领域需要以快速、切实可行且经济的方式隔离钻井孔的新颖的系统和方法。在本技术领域中存在对抵靠周围管状物形成可靠的和弹性密封的井下堵塞工具的极大的需要。还存在对基本上由更容易且更快地钻孔的可钻孔材料制成的井下工具的需要。在本技术领域中非常需要的是能克服水平定向中遇到的问题的井下工具。在本技术领域中需要减少从钻井孔移除工作管柱所需的时间量和能量，包含减少液压拖动。在本技术领域中存在对非金属井下工具和组件的需要。
非常需要的是这些井下工具能够轻易地且很容易地承受极端钻井孔状况，并且同时是比较便宜、较小、较轻，并且可在与钻孔和完井作业相关联的高压的存在下使用。
技术实现要素：
本发明公开的实施例涉及一种适合用于钻井孔的井下工具，所述井下工具可以包含由反应性材料制成的芯棒，所述反应性材料是金属基材料。芯棒可以包含远端；近端；以及外表面。芯棒可以具有在远端处的第一外径、在近端处的第二外径。芯棒可以具有在其间的成角度的线性过渡表面。在一些方面，第二外径可以大于第一外径。
近端可以包含由端内部凹槽界定的故障点。故障点可以包含在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内的故障点壁厚。
井下工具可以包含围绕芯棒设置的第一金属滑块。井下工具可以包含围绕芯棒设置的第二金属滑块。第一金属滑块和第二金属滑块中的任一者可以具有单件式配置。
井下工具可以包含接近于第二滑块设置并且与芯棒螺纹式啮合的下部套筒。
芯棒在远端处的外表面可以具有一组螺纹。芯棒可以进一步具有内部流动孔，内部流动孔直径在约3英寸到约4英寸的范围内。除了故障点以外，芯棒可以具有在约0.3英寸到约0.7英寸的范围内的芯棒壁厚。芯棒壁厚可以沿着芯棒的纵向长度变化。
芯棒可以包含形成于内部流动孔内的球座。在各方面中，球座的下端距离故障点的纵向深度可以在至少约3英寸到约5英寸的范围内。
芯棒可以包含形成于内部流动孔内的球座，并且其中在安放井下工具之后，经由位于球座中的球体增压会使得芯棒滑动到球体的中部横向接近于密封元件的中部的点。
井下工具的一个或多个组件或球体可以由反应性材料制成。所述反应性材料可以是固化材料。反应性材料可以由具有以下组成的初始混合物形成：约100重量份的具有酸酐固化剂的低粘度环脂族环氧树脂；约10-20重量份的包括粘土的添加剂；约20-30重量份的水溶性纤维；以及约5-10重量份的玻璃。
井下工具可以包含围绕芯棒设置的轴承板。轴承板可以包含被配置成用于与成角度的线性过渡表面啮合的成角度的内部板表面。井下工具可以包含接近于第一金属滑块的第一锥体。井下工具可以包含接近于第二金属滑块的第二锥体。井下工具可以包含设置于第一锥体与第二锥体之间的密封元件。
第一金属滑块和第二金属滑块中的任一者或两者可以包含配置有一组配合孔的滑块主体。下部套筒可以具有一个或多个销插入件或一组销插入件。该组销插入件可以被配置成与第一金属滑块的一组配合孔接合。
轴承板可以具有一组轴承板销插入件。该组轴承板销插入件可以被配置成与第二金属滑块的一组配合孔接合。
第一金属滑块和第二金属滑块中的任一者或两者可以经过表面硬化。可以通过感应处理的方式进行表面硬化。表面硬化可以产生在约40到约60的范围内的外表面洛氏硬度以及在约10到约25的范围内的内表面洛氏硬度。
芯棒可以进一步包含具有外表面的主体，以及形成于其中的内部流动孔。可以存在与安放工具配合的第一组螺纹，所述第一组设置于内部钻孔表面上。芯棒可以具有一组螺纹，例如第二组螺纹，其可以被配置成用于耦接到下部套筒。这些螺纹可以设置在外表面上。
本发明公开的其它实施例涉及一种适合用于钻井孔的井下工具。所述井下工具可以包含由反应性金属材料制成的芯棒。
芯棒可以包含任何主体，所述主体包含具有第一外径的远端；具有第二外径的近端；配置有成角度的线性过渡表面的外表面；以及形成于其中的内部流动孔。
芯棒可以具有用于与安放工具配合的第一组螺纹。第一组螺纹可以接近于远端设置在内部钻孔表面上。
芯棒可以具有接近于近端设置在外表面上的一组螺纹，其可以是第二组螺纹。
近端可以包含由内部凹槽界定的故障点，故障点壁厚可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内。
井下工具可以包含围绕芯棒设置的第一滑块。第一滑块可以是金属滑块。可以存在围绕芯棒设置的第二滑块。第二滑块可以是金属滑块。可以存在围绕芯棒设置并且接近于第二滑块的下部套筒。下部套筒可以与远端处的芯棒的外表面螺纹式啮合。
井下工具可以包含内部流动孔，内部流动孔直径在约3英寸到约4英寸的范围内。
芯棒可以包含形成于内部流动孔内的球座。在一些方面，球座的下端距离故障点的纵向深度可以至少在约3英寸到约5英寸的范围内。
在操作中，在安放井下工具之后，经由位于球座中的球体增压会使得芯棒滑动到或被向下冲击到球体的中部横向地接近于密封元件的中部的点。
井下工具的一个或多个组件或球体可以由反应性材料制成。所述反应性材料可以由初始混合物组成形成，所述初始混合物组成包含：约100重量份的具有酸酐固化剂的低粘度环脂族环氧树脂；约10-20重量份的包括粘土的添加剂；约20-30重量份的水溶性纤维；以及约5-10重量份的玻璃。
井下工具可以包含围绕芯棒设置的轴承板。轴承板可以包含被配置成用于与倾斜的线性过渡表面啮合的倾斜的内部板表面。井下工具可以包含接近于第一滑块的第一锥体。井下工具可以包含接近于第二滑块的锥体，其可以是第二锥体。井下工具可以包含可以设置于第一锥体与第二锥体之间的密封元件。本发明公开的其它实施例涉及一种安放或以其它方式使用井下工具以便隔离钻井孔的一个或多个区段的方法，所述方法可以包含以下步骤中的一个或多个：将可以包含芯棒的井下工具运行到钻井孔中的期望位置；致动安放装置以将井下工具安放成与周围管状物至少部分啮合；当拉伸载荷可以足以使上部芯棒端部在故障点处与井下工具分离时从与井下工具耦接的安放装置断开井下工具；将球体传到球座；在球体啮合球座之后，使用足够量的流体压力将芯棒推动到倾斜的内部板表面可以与倾斜的线性过渡表面啮合的点。在充分增压之后，球体的中部可以横向接近于密封元件的中间区段。
芯棒可以由用反应性金属材料制成的芯棒制成。芯棒可以包含远端；近端；具有倾斜的线性过渡表面的外表面；内部流动孔；以及形成于内部流动孔中的球座。
在各方面中，近端可以包含由内部凹槽界定的故障点，故障点壁厚可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内。球座距离故障点的纵向深度可以至少在约3英寸到约5英寸的范围内。
井下工具可以包含围绕芯棒设置的第一单件式金属滑块。井下工具可以包含围绕芯棒设置的第二单件式金属滑块。井下工具可以包含围绕芯棒设置并且接近于第二金属滑块的下部套筒。下部套筒可以与芯棒螺纹式啮合。
井下工具可以包含围绕芯棒设置的轴承板。轴承板可以包含被配置成用于与倾斜的线性过渡表面啮合的倾斜的内部板表面。井下工具可以包含接近于第一单件式金属滑块的第一锥体。井下工具可以包含接近于第二单件式金属滑块的第二锥体。井下工具可以包含设置于第一锥体与第二锥体之间的密封元件。在各方面中，井下工具的一个或多个组件或座落于其中的球体可以由具有以下混合物或初始组成的材料制成：约100重量份的具有酸酐固化剂的低粘度环脂族环氧树脂；约10-20重量份的包括粘土的添加剂；约20-30重量份的水溶性纤维；以及约5-10重量份的玻璃。
将井下工具运行到钻井孔中的步骤可以进一步包含使用可以接近于轴承板的端部和/或与轴承板的端部啮合的带槽安放套筒。
第一单件式金属滑块和第二单件式金属滑块中的一者或两者可以包含配置有配合孔的集合的滑块主体。下部套筒可以包含被配置成啮合第一单件式金属滑块的一组配合孔的一组销插入件。轴承板可以包含被配置成啮合第二单件式金属滑块的一组配合孔的一组轴承板销插入件。
第一单件式金属滑块和第二单件式金属滑块中的一者或两者可以经过表面硬化。可以通过感应处理的方式进行硬化。硬化可以产生在约40到约60的范围内的金属滑块外表面洛氏硬度以及在约10到约25的范围内的金属滑块内表面洛氏硬度。
从以下详细描述和图式中将清楚这些以及其它实施例、特征和优点。
附图说明
从本文中以下呈现的本发明的详细描述以及附图能充满理解本文所公开的实施例，附图的提供仅是作为说明而并非意欲限制本发明的实施例，在附图中：
图1是常规的堵塞系统的过程图的侧视图；
图2a示出了根据本发明的实施例具有井下工具的系统的等距视图；
图2b示出了根据本发明的实施例具有井下工具的系统的等距视图；
图2c示出了根据本发明的实施例的井下工具的侧面纵向图；
图2d示出了根据本发明的实施例的井下工具的纵向截面图；
图2e示出了根据本发明的实施例的井下工具的等距组件断面图；
图3a示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的芯棒的等距视图；
图3b示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的芯棒的纵向截面图；
图3c示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的芯棒的端部的纵向截面图；
图3d示出了根据本发明的实施例与套筒啮合的芯棒的端部的纵向截面图；
图4a示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的密封元件的纵向截面图；
图4b示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的密封元件的等距视图；
图5a示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的一个或多个滑块的等距视图；
图5b示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的一个或多个滑块的侧视图；
图5c示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的一个或多个滑块的纵向截面图；
图5d示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的金属滑块的等距视图；
图5e示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的金属滑块的侧视图；
图5f示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的金属滑块的纵向截面图；
图5g示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的在无漂浮材料孔的情况下的金属滑块的等距视图；
图6a示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的复合可变形部件的等距视图；
图6b示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的复合可变形部件的纵向截面图；
图6c示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的复合可变形部件的近距纵向截面图；
图6d示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的复合可变形部件的侧面纵向图；
图6e示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的复合可变形部件的纵向截面图；
图6f示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的复合可变形部件的下侧等距视图；
图7a示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的轴承板的等距视图；
图7b示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的轴承板的纵向截面图；
图7c示出了根据本发明的实施例的配置有销插入件的轴承板的等距视图；
图7d示出了根据本发明的实施例的配置有销插入件的轴承板的前侧视图；
图7e示出了根据本发明的实施例的图7d的轴承板的纵向截面图；
图7ee示出了根据本发明的实施例的具有变型销插入件的轴承板的纵向截面图；
图8a示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的锥体的下侧等距视图；
图8b示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的锥体的纵向截面图；
图9a示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的下部套筒的等距视图；
图9b示出了可以与根据本发明的实施例的井下工具一起使用的下部套筒的纵向截面图；
图9c示出了根据本发明的实施例的配置有稳定器销插入件的下部套筒的等距视图；
图9d示出了根据本发明的实施例的图9c的下部套筒的侧视图；
图9e示出了根据本发明的实施例的图9c的下部套筒的纵向截面图；
图10a示出了根据本发明的实施例的配置有缓冲点的芯棒的纵向截面图；
图10b示出了根据本发明的实施例的图10a的芯棒的纵向侧视图；
图11a示出了根据本发明的实施例的槽纹套筒的侧视图；
图11b示出了根据本发明的实施例的图11a的槽纹套筒的等距视图；
图11c示出了根据本发明的实施例的图11a的槽纹套筒的侧视图；
图12a示出了根据本发明的实施例的金属滑块的等距视图；
图12b示出了根据本发明的实施例的金属滑块的外侧视图；
图12c示出了根据本发明的实施例的与套筒啮合的金属滑块的侧视图；
图12d示出了根据本发明的实施例的处于与不对称配合孔不同的啮合位置中的稳定器销的放大侧视图；
图12e示出了根据本发明的实施例的处于与不对称配合孔不同的啮合位置中的稳定器销的放大侧视图；
图12f示出了根据本发明的实施例的处于与不对称配合孔不同的啮合位置中的稳定器销的放大侧视图；
图12g示出了根据本发明的实施例的配置有四个配合孔的金属滑块的等距视图；
图13a示出了根据本发明的实施例的金属滑块的等距视图；
图13b示出了根据本发明的实施例的图13a的金属滑块的纵向截面图；
图13c示出了根据本发明的实施例的图13a的金属滑块的纵向截面图；
图13d示出了根据本发明的实施例的图13a的金属滑块的侧视图；
图14a示出了根据本发明的实施例的具有由金属材料制成的芯棒的井下工具的等距视图；
图14b示出了根据本发明的实施例的图14a的井下工具的纵向侧视图；
图14c示出了根据本发明的实施例的图14a的井下工具的纵向截面图；
图14d示出了根据本发明的实施例的图14a的井下工具的纵向侧视截面图；
图14e示出了根据本发明的实施例的安放在管状物中的图14a的井下工具的纵向侧视截面图；
图14f示出了安置于根据本发明的实施例的图14a的井下工具内的球体的纵向侧视截面图；以及
图14g示出了横向接近于根据本发明的实施例的图14a的井下工具的密封元件的中间区段的球体的中部的纵向侧视截面图。
具体实施方式
本文中公开了涉及并且可用于钻井孔操作的新颖的设备、系统和方法，在本文中描述了其细节。
参考附图详细描述本发明的实施例。在以下讨论以及在权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放式的方式使用以意指例如“包含但不限于…”。虽然可以参考相关设备、系统和方法描述本发明，但应理解，本发明不限于所示出或描述的特定实施例。实际上，所属领域的技术人员应了解可以根据本文中的实施例实施各种配置。
虽然没有必要，但为了一致性且易于理解，各图中的相同元件可以用相同的参考标号来标示。阐述许多特定细节以便提供对本发明的更透彻理解；然而，所属领域的普通技术人员将了解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本文所公开的实施例。在其它情况下，不再详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使描述变复杂。例如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”、“前”、“后”等方向术语是为了方便而用，并且指一般的方向和/或定向，仅旨在用于说明性目的而并非限制本发明。
部分、组件等等之间的连接、耦接或其它形式的接触可以包含常规的物品，例如润滑剂、另外的密封材料，例如法兰之间的垫圈、螺纹间的ptfe等等。如所属领域的技术人员将了解，任何特定组件、子组件等的制作和制造可以是例如成型、成形、挤压、加工或增材制造。本发明的实施例提供新的、用过的和/或改造的一或多个组件。
除非另外指明，否则本发明中的数值范围可以是近似值，并且因此可以包含在所述范围之外的值。数值范围包含以较小单位递增的从表达的下限值和上限值开始并包含表达的下限值和上限值的所有值。作为实例，如果如例如分子量、粘度、熔融指数等的组合特性、物理特性或其它特性是100到1,000，那么这意味着明确地枚举所有单独值，如100、101、102等，以及子范围，如100到144、155到170、197到200等。预期包含其小数或分数。视需要，对于含有小于一的值或含有大于一的分数(例如，1.1、1.5等)的范围，较小单位可以认为是0.0001、0.001、0.01、0.1等。这些仅是具体预期的实例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合将被认为是在本发明中明确陈述。
术语
物质组成：如本文中所使用可以指构成材料(或建筑材料)的一种或多种配料或成分。例如，材料可以具有物质组成。类似地，装置可以由具有物质组成的材料制成。
反应性材料：如本文中所使用可以指具有属性和/或特征随时间推移和/或在某些条件下会导致材料对变化作出响应的物质组成的材料。反应性材料可以涵盖可分解材料、可溶解材料、可分离材料等。反应性材料可以是由本发明的初始混合物组成形成形成的固化材料。
可分解材料：如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致材料的完整性发生改变的物质组成。作为一个实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料软化。
可溶解材料：类似于可分解材料；如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致材料的完整性发生改变(包含达到分解或者部分或完全溶解的程度)的物质组成。作为一个实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料软化。作为另一实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料至少部分地溶解，并且可以完全溶解。材料可以经由氧化、还原、退化等一种或多种机制溶解，变成溶液，或以其它方式失去充分的质量和结构完整性。
可破碎材料：如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致脆性的物质组成。作为一个实例，材料在环境或表面条件下可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移且在某些条件下，变得易碎。可破碎材料可能会经历破碎成多件，但不一定会溶解。
可分离材料：如本文中所使用可以指属性和/或特征当随时间推移和/或在某些条件下经历改变时会导致材料的完整性发生改变(包含达到从固体结构变为粉末材料的程度)的物质组成。作为一个实例，材料在环境或表面条件下最初可以是硬质、刚性且坚固的，但是随时间推移(例如在约12-36小时内)且在某些条件(例如钻井孔条件)下，材料变成(分离成)粉末。
对于一些实施例，建筑材料可以包含设计成或以另外的方式具有当暴露于一定钻井孔条件(例如时间、温度、水、热量、压力、溶液、其组合等的改变)时改变完整性或其它物理属性的固有特性的物质组成。可能因为地球的自然温度梯度导致温度增加而存在热量，并且现有钻井孔流体中可能已经存在水。完整性的改变可以在预定时间段发生，所述预定时间段可以介于从几分钟到几周的范围。在各方面中，所述时间段可以是约12小时到约36小时。
在一些实施例中，材料可以分解达到‘糊状’的程度或者分离成粉末，而在其它实施例中，材料可以溶解或其它方式碎裂并且通过在钻井孔中流动的流体带走。井下流体的温度可以影响完整性改变的速率。材料当呈水相溶解时无需形成溶液。例如，材料可以溶解、破碎或以另外的方式分离成足够小的颗粒(即，胶体)，当流体在井中循环时，该颗粒可以通过流体移除。在实施例中，材料可以变得可分解但不可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可分解并且随后可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可破碎(或者易碎)但不可溶解。在其它实施例中，材料可以变得可破碎并且随后可溶解。在其它实施例中，材料可以分离。
现在同时参考图2a和2b，示出了说明本发明中所公开的实施例的具有井下工具202的系统200的等距视图。图2b描绘了形成于地层210中的钻井孔206，管状物208设置在所述钻井孔206中。在一个实施例中，管状物208可以是套管(例如，套管、悬挂套管、套管柱等)(其可以是粘合的)。工作管柱212(其可以包括与适配器252耦接的安放工具的零件217)可用于将井下工具202定位或设置到钻井孔206中且穿过钻井孔206到达所期望的位置。
根据本发明的实施例，工具202可以被配置为堵塞工具，其可以以某种方式安装在管状物208内，使得工具202抵靠着管状物208的内表面207形成液体密封。在一个实施例中，井下工具202可以被配置为桥塞，由此对从钻井孔213的一个区段到另一个区段(例如，工具202上方及下方)的流动进行控制。在其它实施例中，井下工具202可以被配置为压裂栓塞，其中进入钻井孔206的一个区段213的流动可以被阻断且另外转移到周围地层或储集器210中。
在其它实施例中，井下工具202也可以被配置为球体坠落工具。在这一方面中，球体可以下落到钻井孔206中且流动到工具202中，并且到达芯棒214的端部处的对应的球座中停止下来。球体的就位可以在工具202内提供引起堵塞条件的密封，由此可以引起工具202内的压力差。球座可以包括半径或曲率。
在其它实施例中，井下工具202可以是球体止回栓塞，由此当工具202进入到钻井孔中时工具202配置有已经就位的球体。工具202随后可用作止回阀，并且提供单向流动能力。通过这些配置中的任一者，流体可以从钻井孔206中被引导到地层。
一旦工具202达到管状物内的安装位置，则安装机构或工作管柱212就可以通过多种方法从工具202上拆卸下来，这引起工具202留在周围管状物中且钻井孔的一个或多个部分被隔离。在一个实施例中，一旦安装了工具202，则可以将张力施加到适配器252直至适配器252与芯棒214之间的螺纹连接失效。举例来说，适配器252和芯棒214上的配对螺纹(如图2d中所示的256和216)可以设计成剪切的，并且因此可以相应地以所属领域中已知方式拉动和剪切。施加到适配器252的负载的量可以在约，例如，20,000到40,000磅力的范围内。在其它应用中，负载可以在不到约10,000磅力的范围内。
因此，适配器252可以与芯棒214分离或从芯棒214上拆卸下来，这引起工作管柱212能够与工具202分离，这可在预先确定的时刻进行。本发明所提供的负载是非限制性，且仅仅是示例性的。安装力可以通过具体地设计工具的相互作用表面和相应的工具表面角度来确定。工具202还可以配置有预先确定的故障点(未示出)，所述故障点经配置以发生故障或断裂。举例来说，故障点可以在大于安装工具所需要的力但是小于分离工具的主体所需要的力的预先确定的轴向力下发生断裂。
井下工具202的操作可允许快速地进入工具202以隔离钻井孔206的一个或多个区段，以及快速且简单地钻穿来毁坏或移除工具202。工具202的钻穿可以通过工具202的组件和子组件来辅助，所述工具202的组件和子组件由可钻孔材料制成，所述可钻孔材料与在常规的栓塞中存在的那些材料相比对钻头损坏较少。
在一个实施例中，井下工具202和/或其组件可以是由可钻孔复合材料(例如，玻璃纤维/环氧树脂、碳纤维/环氧树脂、玻璃纤维/peek、碳纤维/peek等)制成的可钻孔工具。其它树脂可以包含酚类、聚酰胺等。井下工具202的所有配合表面可以配置有一定角度，使得对应的组件可以放置在压缩而非剪切之下。
如所属领域的技术人员将了解，井下工具202(和本文所公开的其它工具实施例)和/或其组件中的一个或多个可以例如经由第6,353,771号；第5,204,055号；第7,087,109号；第7,141,207号；以及第5,147,587号美国专利中描述的一个或多个方法或过程经3d打印。还可参考可从以下公司网站获得的信息：zcorporation(www.zcorp.com)；prometal(www.prometal.com)；eosgmbh(www.eos.info)；以及3dsystems,inc.(www.3dsystems.com)；以及stratasys,inc.(www.stratasys.com和www.dimensionprinting.com)(适用于所有实施例)。
现在同时参考图2c-2e，相应地示出了可与系统(200，图2a)一起使用的且说明本发明中所公开的实施例的井下工具202的纵向图、纵向截面图和等距组件分解图。井下工具202可以包括延伸穿过工具(或工具主体)202的芯棒214。芯棒214可以是实心主体。在其它方面，芯棒214可以包括形成于其中的流动路径或钻孔250(例如，轴向钻孔)。如图2e中所示，钻孔250可以部分地延伸或延伸较短距离穿过芯棒214。替代地，如图2d所示，钻孔250可以延伸穿过整个芯棒214，在其近端248处以及相对地在其远端246(靠近工具202的井下端)处具有开口。
钻孔250或穿过芯棒214的其它流动路径的存在可以间接地由操作状态来决定。也就是说，在大多数情况下，工具202可以具有足够大的直径(例如，4-3/4英寸)，相应地钻孔250可足够大(例如，1-1/4英寸)，使得碎片和垃圾可以通过或流过钻孔250而不会造成堵塞。然而，通过较小直径的工具202的使用，钻孔250的大小可能需要相应地较小，这可能使得工具202易于发生堵塞。相应地，芯棒可以被制成实心的以缓解工具202内堵塞的可能。
通过钻孔250的存在，芯棒214可以具有内孔表面247，其可以包括一个或多个形成于其上的螺纹表面。因而，可以存在第一组螺纹216，其经配置以用于耦接芯棒214与安装适配器252的对应的螺纹256。
螺纹(其可为剪切螺纹)的耦接可有助于工具202和安装适配器252和/或工作管柱(212，图2b)在螺纹处的可拆卸连接。在本发明的范围内工具202也可以具有一个或多个预先确定的故障点(未示出)，所述故障点经配置以独立于任何螺纹连接而发生故障或断裂。故障点可以在大于安放工具202所需要的力的预先确定的轴向力下发生故障或剪切。在实施例中，芯棒214可以配置有故障点。
简要地参考图10a和10b，分别示出配置有缓冲点的芯棒的纵向截面图和纵向侧视图。在图10a和10b中一起示出，一个实施例的芯棒2114配置有缓冲点(或区域、区等)2160。可以通过在芯棒端部2148切削出或以其它方式形成凹槽2159而形成缓冲点2160。凹槽2159可以周向形成于芯棒2114中。芯棒2114可以与本文所公开的任何井下工具实施例一起使用，例如工具202、302等。
这种类型的配置可以允许(例如其中，在一些应用中，可能需要)脱落或剪切芯棒头部2159而不是剪切螺纹2116。就此而言，可在张力下失效的复合材料(或玻璃纤维)可能比剪切螺纹更准确。
再次同时参考图2c-2e，适配器252可以包括螺柱253，所述螺柱配置有位于其上的螺纹256。在一个实施例中，螺柱253具有外部(阳)螺纹256并且芯棒214具有内部(阴)螺纹；然而，螺纹的类型或配置并不是意味着进行限制，并且可以分别是，例如，反之亦然的阴-阳连接。
井下工具202可以借助于工作管柱(212，图2a)进入到钻井孔(206，图2a)中到达所期望的深度或位置，所述工作管柱可以配置有安装装置或机构。工作管柱212和安装套管254可以是堵塞工具系统200的一部分，所述系统用于将井下工具202放入到钻井孔中，且启动工具202以从初始位置移动到安装位置。安装位置可以包括密封元件222和/或与管状物(208，图2b)啮合的滑块234、242。在一个实施例中，安装套管254(其可配置为安装机构或工作管柱的一部分)可以用于促使或推动密封元件222的压缩以及将密封元件222膨胀到与周围管状物密封啮合。
简要地参考图11a、11b和11c，分别示出说明本文所公开的实施例的具有减小的液压直径的安放套筒的预安放井下视图、井下视图、纵向侧视图、等距视图和横向截面视图。图11a-11c示出了配置有一个或多个凹槽或通道1955的套筒1954，所述凹槽或通道被配置成允许钻井孔流体f容易在其中通过、穿过、在附近等，从而使得可减小在从钻井孔1908中移出时相对于工作管柱1905的液压阻力(例如，拖动)。或换句话说，安放套筒1954上方的水压可以在套筒1954的下方‘缓解’或旁通。因为至少一些压力(或冲击)波可以被减轻，所以通道1955也可以在钻孔期间提供压力释放。在安放和移除之前，套筒1954可以与井下工具1902可操作地啮合。在实施例中，井下工具1902可以是压裂栓塞。
由于在使用具有减小的液压横截面的套筒1954时会产生较大压力，因此，保持完整性是很重要的。也就是说，本文所公开的实施例的任何套筒必须保持坚固和内在的强度，以承受冲击压力、安放力等，并且避免组件故障或破裂。
图11a-11c一起示出安放套筒1954可以具有第一端1957和第二端1958。一个或多个通道1955可以沿着套筒1954的外表面1960延伸或以其它方式布置长度l。所述通道可以平行于或基本上平行于套筒轴线1961。一个或多个通道1955可以是通道群组1962的部分。在套筒1955中可能存在多个通道群组1962。如这里图中所示，可能存在三个(3)通道群组1962。通道1955的群组1962可以围绕套筒1954的圆周以等边图案布置。指示环1956示出通道1955的存在如何有效地减小外径(或液压直径)。或换句话说，套筒1954可以具有大于实际外表面积的有效外表面积(例如，因为套筒在圆周方向上的实际最外表面区域是“空隙”区域)。
虽然图11a-11c描绘了一个实例，但是本文中关于套筒1954的实施例并不意味着由此受限。本领域的技术人员将理解，可能存在适合于减小套筒1954的液压直径(和/或提供流体旁通能力)的其它构造的通道，但是仍为套筒1954提供适合于安放、井下条件等等的足够完整性。
可能存在以非轴向或非线性的方式布置的通道，例如，螺旋缠绕、螺旋状等。值得注意的是，尽管套筒通道的实施例可以从套筒1957的一端延伸至套筒1958的另一端，但无需如此。因此，通道的长度l可以小于套筒1955的长度ls。另外，通道无需是连续的，因此可能存在不连续的通道。
可能有具有某种通道凹槽图案或截面形状的套筒1954的其它变化形式，包含具有“v形缺口”以及‘偏置’v形缺口、相反的偏置v形缺口、“正方形”缺口、圆化缺口及其组合(未示出)的一个或多个通道。此外，虽然通道群组可以相隔等距离安置或布置，但是所述群组同样可以具有不相等的或随机的布置或分布。虽然通道图案或截面形状可以一致且连续，但是本发明的范围不限于此类图案。因此，图案或截面形状可以变化或具有随机的不连续性。
其它实施例可以包含设置于套筒内而不是在外表面上的一个或多个通道。例如，套筒1954可以包含形成于套筒的主体(或壁厚)内的通道，由此形成内部通路，以用于流体流过其中。
再次一起返回图2c-2e，安装装置和井下工具202的组件可以与芯棒214耦接，以及轴向地和/或纵向地沿着芯棒214移动。当安装顺序开始时，芯棒214可以被拉伸到张紧状态中，而安装套管254仍然保持静止。下部套筒260也可以被拉伸，这是因为它借助于螺纹218和螺纹262的耦接附接到芯棒214上。如图2c和图2d中所示的实施例，下部套筒260和芯棒214可以分别具有匹配或对齐的孔281a和281b，由此一个或多个锚定销211或类似物可以设置于其中或牢固地定位于其中。在实施例中，可以使用黄铜定位螺钉。销(或螺钉等)211可以防止在钻孔或进入期间的剪切或旋转脱离。
随着在箭头a的方向上拉伸下部套筒260，在下部套筒260与安装套管254之间围绕芯棒214设置的组件可以开始抵靠着彼此进行压缩。这种力和所带来的移动使得密封元件222进行压缩和扩展。下部套筒260也可以具有与滑块234啮合的倾斜套筒端部263，并且随着下部套筒260进一步在箭头a的方向上拉伸，端部263抵靠着滑块234进行压缩。因此，滑块234可以沿着复合部件220的锥形或倾斜表面228移动，并且最终径向朝外地与周围管状物(208，图2b)啮合。
滑块234的锯齿状的外表面或轮齿298可以配置成使得表面298防止滑块234(或工具)在周围管状物内移动(例如，轴向地或纵向地)，否则该工具202可能会无意地从其位置释放或移动。虽然滑块234被说明为具有轮齿298，但是在本发明的范围内滑块234可以配置有其它紧咬特征，例如，钮扣或插入件。
初始地，密封元件222可以膨胀到与管状物接触，随后在工具202中进一步张紧(这可以使得密封元件222和复合部件220压缩在一起)，使得表面289作用于内表面288上。“开花”、解绕、和/或扩展的能力可允许复合部件220完全地延伸以与周围管状物的内表面啮合。
复合部件220可以提供优于增强密封效果的其它增益优势。在没有能力‘开花’的情况下，液压截面基本上是工具的后部。然而，在‘开花’效应的情况下，液压截面变得动态，并且增大。相较于常规操作，这允许更快地运行且减小流体要求。这在水平应用中甚至更重要。在各种测试中，相较于常规工具，配置有复合部件220的工具需要的运行时间可以少约40分钟。当井下操作每小时运行花费约$30,000-$40,000时，节省40分钟的时间具有重要意义。
额外的张力或负载可以施加到工具202，从而引起锥体236移动，其可以至少一个表面237向第二滑块242内部倾斜(或倾斜、成锥形等)的方式围绕芯棒214设置。第二滑块242可以邻近或接近套管或锥体236。因而，密封元件222迫使锥体236抵靠着滑块242，使滑块242径向地向外移动到与管状物接触或紧咬啮合。相应地，可以径向向外地推动一个或多个滑块234、242且与管状物(208，图2b)啮合。在一个实施例中，锥体236可以滑动地啮合且围绕芯棒214设置。如图所示，第一滑块234可以在远端246处或靠近远端246，并且第二滑块242可以在近端248处或靠近近端248围绕芯棒214设置。在本发明的范围内，滑块234和242的位置可以互换。此外，滑块234可以与类似于滑块242的滑块互换，且反之亦然。
因为套筒254稳固地固定在适当的位置，所以套筒254可以抵靠着轴承板283啮合，这可以使得通过工具202的其余部分传递负载。安装套管254可以具有抵靠着轴承板端部284的套筒端部255。随着穿过工具202的张力的增大，锥体236的端部(例如，第二端240)抵靠着滑块242压缩，其可以通过轴承板283保持在适当的位置。由于锥体236能够自由移动及其锥形表面237，所以锥体236可以移动到滑块242下方的下侧，迫使滑块242向外且与周围管状物(208，图2b)啮合。
第二滑块242可以包括一个或多个紧咬元件(例如，钮扣或插入件278)，所述紧咬元件可经配置以提供与管状物的额外的紧咬。插入件278可以具有适合于提供到管状物表面中的额外的咬合的边缘或转角279。在一个实施例中，插入件278可以是软钢，例如，1018热处理钢。软钢的使用可以引起减小的或消除的由滑块啮合造成的套管损坏以及减小的由磨损造成的钻柱和设备损坏。
在一个实施例中，滑块242可以是一体式滑块，由此滑块242具有跨越其整个圆周的至少部分连接性。这意味着，虽然滑块242本身可以具有配置于其中的一个或多个凹槽(或凹口、起伏等)244，但是滑块242本身不具有初始周向分离点。在一个实施例中，凹槽244可以等距离间隔开或设置于第二滑块242中。在其它实施例中，凹槽244可以具有交替布置的配置。也就是说，一个凹槽244a可以接近于滑块端部241，下一个凹槽244b可以接近于相对的滑块端部243，并且以此类推。
工具202可以配置有包括球座286的球形栓塞止回阀组装件。组装件可以是可移除的或整体地形成于其中的。在一个实施例中，芯棒214的钻孔250可以配置有形成或可拆卸地设置于其中的球座286。在一些实施例中，球座286可以整体地形成于芯棒214的钻孔250内。在其它实施例中，球座286可以单独地或任选地安装在芯棒214内，如所期望的。
球座286可以一定方式配置，使得球体285搁置或放置于其中，由此穿过芯棒214的流动路径可以闭合(例如，由于球体285的存在使得流过钻孔250的流动受到限制或控制)。举例来说，从一个方向的流体流动可以迫使球体285抵靠着底座286并保持，而从相反方向的流体流动可以推动球体285离开或远离底座286。因而，球体285和止回阀组装件可用于防止或以其它方式控制通过工具202的流体流动。球体285可以常规地由复合材料、酚醛树脂等制成，由此球体285能够在井下操作(例如，压裂)期间保持所经受的最大压力。通过保留销287的使用，球体285和球座286可以被配置为保留的球形栓塞。因而，球体285可以适用于用作止回阀，方法是密封来自一个方向的压力，但是允许在相反的方向上的流体通过。
工具202可以被配置为落球栓塞，使得落球可以流动到落球座259中。落球的直径可以远远大于球体止回阀的球体的直径。在一个实施例中，端部248可以配置有落球座表面259，使得落球可以放置且搁置在底座近端248的座中。在适当时，落球(此处未示出)可以降入钻井孔(206，图2a)内并且朝向形成于工具202内的落球座259流动。球座可以半径259a形成(即，四周的圆形边缘或表面)。
在其它方面中，工具202可以被配置为桥塞，其一旦安装在钻井孔中，则可以防止或允许在任一方向(例如，向上/向下等)上穿过工具202的流动。相应地，对于所属领域的技术人员而言应当显而易见的是本发明的工具202可以可配置为压裂栓塞、落球栓塞、桥塞等，方法是简单地使用多个适配器或其它任选的组件中的一个。在任何配置中，一旦工具202适当地安装，则钻井孔中的流体压力可以增大，使得进一步的井下操作(例如，目标区域中的断裂)可以发生。
工具202可以包括防旋转组装件，所述防旋转组装件包括防旋转装置或机构282，其可以是弹簧、机械弹簧供能复合管状部件等等。装置282可以经配置且可用于防止工具202组件的不期望的或意外地移动或解绕。如图所示，装置282可以位于套筒(或外壳)254的腔室294中。在组装期间，可以通过使用锁定环296将装置282保持在适当的位置。在其它方面中，可以使用销将装置282保持在适当的位置。
图2d示出了锁定环296可以设置在与工作管柱212耦接的安装工具的零件217的周围。锁定环296可以通过穿过套筒254插入的螺丝牢固地保持在适当的位置。锁定环296可以包括导引孔或凹槽295，由此装置282的端部282a可以与其滑动啮合。突出部或夹具295a可以经配置以使得在组装期间，芯棒214和相应的工具组件可以抵靠着装置282在一个方向上转动和旋转；然而，突出部295a与装置端部282b的啮合可以防止在相反方向上的阻塞或松弛。
防旋转机构可以为工具和操作者提供额外的安全性，这是根据其可以帮助在工具错误的应用中被无意地使用的情况下防止工具的不可操作性而言的。举例来说，如果工具用于错误的温度应用中，那么工具的组件可能易于熔化，由此装置282和锁定环296可以辅助保持工具的其余部分在一起。因而，装置282可以防止工具组件松弛和/或旋开，并且防止工具202旋开或从工作管柱212上落下。
工具202的钻穿可以通过以下事实来促进，即，芯棒214、滑块234、242、锥体236、复合部件220等可以由可钻孔材料制成，所述材料与常规的栓塞中的那些材料相比对钻头损坏较轻。钻头将继续移动穿过工具202直至井下滑块234和/或242钻探的足够深使得此类滑块失去其与钻井孔的啮合。当出现这种情况时，工具的其余部分(其通常包括下部套筒260和下部套筒260内的芯棒214的任何部分)落入井中。如果额外的工具202存在于工具202下方的被钻穿的井孔中，那么下降掉落的部分将搁置在位于钻井孔中的更深处的工具202的顶部，并且将通过与位于钻井孔中的更深处的工具202相关的钻穿操作而被钻穿。因此，工具202可以得到完全地移除，这可以引起管状物208的开启。
现在同时参考图3a、3b、3c和3d，示出了根据本发明所公开的实施例的可与井下工具一起使用的芯棒的等距视图和纵向截面图、芯棒的端部的纵向截面图以及与套筒啮合的芯棒的端部的纵向截面图。井下工具的组件可以围绕芯棒314布置和设置，如所属领域的技术人员所描述和理解，并且可以类似于本文所公开的其它实施例(例如，见具有芯棒214的井下工具202)。
可以由细丝缠绕可钻孔材料制成的芯棒314可以具有远端346和近端348。细丝缠绕材料可以按需要由各种角度制成以增大在轴向和径向方向上的芯棒314的强度。芯棒314的存在可以为工具提供在安装或堵塞操作期间保持压力和线性力的能力。
芯棒314在长度上足够长，使得芯棒可以延伸穿过工具(或工具主体)(202，图2b)的长度。芯棒314可以是实心主体。在其它方面中，芯棒314可以包括穿过其中形成的流路或钻孔350(例如，轴向钻孔)。可以存在流动路径或钻孔350，例如，轴向钻孔，其延伸穿过整个芯棒314，在近端348处和相对地在其远端346处都具有开口。相应地，芯棒314可以具有内部钻孔表面347，其可以包括形成于其上的一个或多个螺纹表面。
芯棒314的端部346、348可以包括内部或外部(或这两者)螺纹部分。如图3c中所示，芯棒314可以具有在钻孔350内的内部螺纹316，所述钻孔经配置以收纳机械或金属线路安装工具、适配器等(此处未示出)。举例来说，可以存在经配置以用于耦接芯棒314与另一组件(例如适配器252，图2b)的对应的螺纹的第一组螺纹316。在一个实施例中，第一组螺纹316是切变螺纹。在一个实施例中，施加到芯棒314的负载可以足够大以剪切第一组螺纹316。虽然不是必须的，但是切变螺纹的使用可以消除单独的切变环或销的需要，并且可以实现从工作管柱中剪切芯棒314。
近端348可以包括外部锥形物348a。外部锥形物348a可以帮助防止工具被卡住或粘合。举例来说，在安装期间，较小工具的使用可能导致工具被粘合在安装套管上，由此外部锥形物348的使用将允许工具更容易从安装套管中滑动离开。在一个实施例中，外部锥形物348a可以相对于轴358以约5度的角度
可以存在颈部或过渡部分349，使得芯棒可以具有变化的外径。在一个实施例中，芯棒314可以具有大于第二外径d2的第一外径d1。常规的芯棒组件配置有肩部(即，约90度的表面角度)，肩部使得组件易于发生直接剪切和故障。相比之下，本发明的实施例可以包括配置有倾斜的过渡表面349a的过渡部分349。过渡表面角b可以是相对于工具(或工具组件轴)358呈约25度。
过渡部分349可以在对工具组件进行压缩时承受径向力，从而分担负载。也就是说，在压缩轴承板383和芯棒314时，力并不仅仅在切变方向上取向的。在组件之中分担负载的能力意味着组件并不需要较大，从而带来了总体较小的工具尺寸。
除第一组螺纹316之外，芯棒314还可以具有第二组螺纹318。在一个实施例中，第二组螺纹318可以是沿着远端346处的外部芯棒表面345设置的圆形螺纹。圆形螺纹的使用可以增大螺纹连接的切变强度。
图3d说明在芯棒314的远端346处的组件连接性的一个实施例。如图所示，芯棒314可以与套筒360耦接，所述套筒具有经配置以与第二组螺纹318配合的对应的螺纹362。以此方式，工具的安装可能引起沿着第二组螺纹318成远离轴358的角度a分布负载力。可以存在设置于套筒360与滑块334之间的一个或多个球体364。球体364可以帮助促进滑块334的均匀断裂。
因此，圆形螺纹的使用可允许表面之间的非轴向相互作用，使得在除切变/轴线方向之外还存在向量力。圆形螺纹轮廓可以跨越螺纹根形成径向负载(而不是剪切)。因而，圆形螺纹轮廓也可以允许沿着多个螺纹表面的力的分布。由于复合材料通常最适合于压缩，因此这允许较小的组件和增加的螺纹强度。与常规的复合工具连接相比，这有利地提供高于5倍的螺纹轮廓的强度。
特别参考图3c，芯棒314可以具有设置于其中的球座386。在一些实施例中，球座386可以是单独的组件，然而在其它实施例中球座386可以与芯棒314一体式形成。也可以存在形成于近端348处的钻孔350内的落球座表面359。球座359可以具有半径359a，所述半径提供了圆形边缘或表面以供落球与之匹配。在一个实施例中，底座359的半径359a可以小于搁置在底座中的球体的半径。在就座之后，压力可以“推动”或以其它方式将落球挤进半径中，由此在无额外量的压力的情况下落球将不会离座。抵靠着半径表面推动和挤动落球所需的压力的量以及使落球不再受到挤动所需的压力的量可以是预先确定的。因此，可以按需要设计落球、球座和半径的尺寸。
与球座表面的常规的锋利点或边缘相比，较小曲率或半径359a的使用可以是有利的。举例来说，与特定直径相比，半径359a可以为工具提供容纳具有变化直径的落球的能力。此外，与正好位于其它球座的接触边缘/点处相比，表面359和半径359a可以更加适合于围绕球座的更大的表面区域分布负载。
落球(或“压裂球”)可以是所属领域的技术人员了解的且适用于本文所公开的实施例的任何类型的球体。虽然使用‘落球’或‘压裂球’的命名法，但任何这样的球都可以是放置在适当位置或以其它方式安置于井下工具内的球。
落球可以是被配置成监测或测量井下条件并且以另外的方式向地表面或操作员传送回信息的“智能”球体(这里未示出)，例如aquanetustechnology,inc.或openfieldtechnology提供的球体。
在其它方面中，落球可以由复合材料制成。在实施例中，复合材料可能是缠绕的细丝。可能用其它材料，例如玻璃或碳纤维、酚醛材料、塑料、玻璃纤维复合材料(片材)、塑料等。
落球可以由可溶解材料制成，例如，如第15/784,020号待审的美国专利申请中所公开的，所述美国专利申请由于其涉及可溶解材料而以引入的方式并入本文中。球体可以被配置成或以其它方式设计为在某些条件或各种参数下溶解，包含那些与温度、压力和组成相关的参数。
现在同时参考图4a和4b，相应地示出了可与根据本发明所公开的实施例的井下工具一起使用的密封元件(及其子组件)的纵向截面图和等距视图。密封元件322可以由弹性体和/或聚合材料(例如，橡胶、丁腈橡胶、氟化橡胶或聚氨酯)制成，并且可以经配置以用于围绕芯棒(例如，214，图2c)定位或以其它方式设置。在一个实施例中，密封元件322可以由75duroa弹性体材料制成。密封元件322可以设置在第一滑块与第二滑块之间(参见图2c，密封元件222和滑块234、236)。
在井下工具(202，图2c)的安装顺序期间，密封元件322可经配置以发生弯曲(变形、压缩等)，例如，以轴向方式。然而，虽然密封元件322可以发生弯曲，但是在工具组件的压缩之后，密封元件322也可以被调适以扩展或膨胀(例如，以径向方式)到与周围管状物(208，图2b)密封啮合。在一个优选实施例中，密封元件322提供抵靠着管状物的密封表面321的流体密封。
密封元件322可以具有经配置以用于与接近于其上的其它组件表面接触的一个或多个倾斜的表面。举例来说，密封元件可以具有倾斜表面327和389。密封元件322可以配置有内圆周凹槽376。凹槽376的存在有助于密封元件322在安装顺序开始之后最初进行弯曲。凹槽376可以具有约0.25英寸的尺寸(例如，宽度、深度等)。
滑块。现在同时参考图5a、5b、5c、5d、5e、5f和5g，相应地示出了可与根据本发明所公开的实施例的井下工具一起使用的一个或多个滑块的等距视图、侧视图和纵向截面图、以及金属滑块的等距视图、金属滑块的侧视图、金属滑块的纵向截面图、以及无漂浮材料孔的金属滑块(及相关子组件)的等距视图。所描述的滑块334、342可以由金属(例如，铸铁)制成或由复合材料(例如，细丝缠绕的复合物)制成。在操作期间，复合材料的缠绕在压缩之下可以与插入件结合工作，以便增大工具的径向负载。
滑块334、342可用于上部滑块位置或下部滑块位置中，或在这两者中使用，而没有限制。显而易见的是，可以存在可围绕芯棒(214，图2c)设置的第一滑块334，并且也可以存在也可围绕芯棒设置的第二滑块342。滑块334、342中的任一个可以包括用于紧咬管状物、套管和/或钻井孔的内壁的构件，例如，多个紧咬元件，包括锯齿或轮齿398、插入件378等。如图5d-5f中所示，第一滑块334可以包括锯齿398的行和/或列399。可以布置或配置紧咬元件，由此滑块334、342以某种方式啮合管状物(未示出)，使得一旦安装好之后可以防止滑块或工具的移动(例如，纵向、轴向)。
在实施例中，滑块334可以是聚可模制材料。在其它实施例中，如所属领域的一般技术人员显而易见的，滑块334可以被硬化、表面硬化、热处理、渗碳等。然而，在一些情况下，滑块334可能太硬并且最终难以穿透或花费过长时间穿透。
通常，轮齿398上的硬度可以是约40-60洛氏硬度。如所属领域的一般技术人员所理解，洛氏硬度标度是基于材料的凹痕硬度的硬度标度。非常坚硬的钢的典型值为约55-66洛氏硬度数值(hrc)。在一些方面中，即使仅对外表面热处理，内部滑块核心材料也可以变得过硬，这可能使得钻透滑块334变得不可能或不切实际。
因此，滑块334可经配置以包括形成于其中的一个或多个孔393。孔393可以穿过滑块334纵向取向的。一个或多个孔393的存在可以使得作为主要和/或大部分滑块材料的金属滑块的外表面307受到热处理，而滑块334的核心或内部主体(或表面)309受到保护。换句话说，孔393可以提供热量传递的屏障，方法是降低从外表面307到内部核心或表面309的滑块334的热导率(即，k值)。认为孔393的存在影响滑块334的热导率曲线，使得热传递从外部到内部减小，这是因为否则的话，当加热/淬火进行时，整个滑块334被加热和硬化。
因此，在热处理期间，滑块334上的轮齿398可以被加热和硬化，产生热处理的外表面/轮齿，而不是滑块的其余部分。以此方式，通过处理(例如，火焰(表面)硬化)，火焰的接触点被最小化(限制)在轮齿398的附近。
通过一个或多个孔393的存在，从轮齿到内径/核心(例如，横向)的硬度曲线可显著地降低，使得内部滑块材料或表面309具有约15的hrc(或约常规钢/铸铁的标准硬度)。在这一方面中，轮齿398保持较硬且提供最大咬合，但是滑块334的其余部分可很容易地钻孔。
一个或多个空隙空间/孔393可以填充有有用的“漂浮”(或低密度)材料400，以帮助碎片等在钻透之后上升到表面。设置于孔393中的材料400可为(例如)聚氨基甲酸酯、轻质珠粒、或玻璃气泡/珠粒(例如，3m制造且购自3m的k系列玻璃气泡)。可以使用其它低密度材料。
材料400的有利的使用有助于促进在滑块334被钻穿之后的碎片的提升。如所属领域的技术人员显而易见的，材料400可以用环氧树脂胶合或注射到孔393中。
金属滑块334可以经感应硬化过程进行处理。在此类处理中，滑块334可以通过有电流流过的线圈被移动。由于金属的物理特性和磁性，可以在轮齿398的特定位置控制电流密度(由线圈中的电场的感应产生)。这可以有助于提高滑块334的硬度分布修改的速度、准确性和可重复性。因此，例如，轮齿398可以具有超过60的洛氏硬度，而滑块334的其余部分(基本上新炼的、未改变的金属)可以具有小于约15的洛氏硬度。
滑块334中的槽位392可以促进断裂。槽位392的均匀间隔开的设置可以促进滑块334的均匀断裂。金属滑块334可以包含具有单件式配置的主体，所述单件式配置由滑块材料经由连接参考线374围绕整个主体的至少部分连接性界定，如图5d中所示。滑块334可以具有至少一个横向凹槽371。所述横向凹槽可以由深度373界定。深度373可以从外表面307延伸到内表面309。
如所属领域的技术人员已知的，第一滑块334可以围绕芯棒(214，图2b)设置或耦接到所述芯棒，例如，束带或切变螺钉(未示出)经配置以维持滑块334的位置直至施加足够的压力(例如，剪切)为止。束带可以由钢线、塑料材料或复合材料制成，所述材料具有足够的强度，以在运行井下工具到钻井孔中并且在起始安装之前保持滑块334在适当的位置。束带可以是可钻孔的。
当施加足够的负载时，滑块334抵靠着复合部件(例如，220，图2c)的弹性部分或表面进行压缩，并且随后径向向外扩展以啮合周围管状物(参见，例如，图2c中的滑块234和复合部件220)。图5g说明在无形成于其中的任何凹槽或孔393的存在的情况下滑块334可以是硬化铸铁滑块。
滑块342可以是一体式滑块，由此滑块342具有跨越其整个圆周的至少部分连接性。这意味着，虽然滑块342本身可以具有配置于其中的一个或多个凹槽344，但是滑块342在预设配置中不具有分离点。在一个实施例中，凹槽344可以在第二滑块342中等距离间隔开或切入所述第二滑块。在其它实施例中，凹槽344可以具有交替地布置的配置。也就是说，一个凹槽344a可以接近于滑块端部341，并且邻近的凹槽344b可以接近于相对的滑块端部343。如图所示，凹槽344a可以一直延伸穿过滑块端部341，使得滑块端部341在点372处不含材料。滑块342可以具有外滑块表面390和内滑块表面391。
在滑块342在其端部处不含材料的地方，滑块的该部分或附近区域在安装过程期间可能具有首先向外展开的趋势。滑块342的凹槽344的布置或位置可以按需要设计。在一个实施例中，滑块342可以被设计成具有凹槽344，带来沿着滑块342的径向负载的均等分布。替代地，一个或多个凹槽，例如，凹槽344b，可以在滑块端部343附近延伸或基本上接近滑块端部343延伸，但是留下少量材料335在其中。少量材料的存在为阻止向外展开的趋势提供了少量的刚度。因此，滑块342的某些部分可以在滑块342的其它部分之前首先扩展或向外展开。可能存在通过整个滑块主体形成横向开口394a的一个或多个凹槽344。也就是说，凹槽344可以延伸从外滑块表面390到内滑块表面391的深度394。深度394可以界定参照滑块表面390(或还参照滑块表面391)从滑块主体中移出材料的横向距离或长度。图5a示出至少一个凹槽344可以进一步由所存在的第一端341上或第一端341处的第一部分滑块材料335a以及第二端343上或第二端343处的第二部分滑块材料335b界定。
滑块342可以具有呈不同角度的一个或多个内表面。举例来说，可以存在第一倾斜滑块表面329和第二倾斜滑块表面333。在一个实施例中，第一倾斜滑块表面329可具有20度的角度，并且第二倾斜滑块表面333可具有40度的角度；然而，滑块表面的任何角度的度数不限于任何特定角度。倾斜表面的使用允许滑块342具有显著啮合力，同时使用可能的最小滑块342。
刚性单件式或一体式滑块配置的使用可以减少与常规的滑环相关联的预设的机会，因为常规的滑块是已知在运行期间用于枢转和/或扩展的。随着预设的机会的减小，可实现较快的进入时间。
滑块342可用于在安装过程期间将工具锁定在适当的位置，方法是将压缩组件的势能保持在适当的位置。滑块342也可以防止由于抵靠着工具的流体压力而发生工具的移动。第二滑块(342，图5a)可以包括设置于其上的插入件378。在一个实施例中，插入件378可以用环氧树脂胶合或按压配合到形成于滑块342中的对应的插入钻孔或凹槽375中。
现在同时参考图6a、6b、6c、6d、6e和6f，相应地示出了可与根据本发明所公开的实施例的井下工具一起使用的复合可变形部件320(及其子组件)的等距视图、纵向截面图、近距纵向截面图、侧面纵向图、纵向截面图和下侧等距视图。复合部件320可以按某种方式进行配置，使得在施加压缩力时，复合部件的至少一部分可以在远离工具轴(例如，258，图2c)的径向方向上开始变形(或扩展、偏转、扭转，无弹力、断裂、展开等)。虽然例示为“复合”，但是在本发明的范围内部件320可以由金属制成，包括合金等等。此外，如所公开的，可能存在既不需要也不要求复合部件320的多个替代井下工具实施例。
在泵送(或运行)期间，复合部件320可能会因泵送的流体而‘开花’或被供能，从而产生更大的运行效率(需要更少的时间、更少的流体)。在安装顺序期间，密封元件322和复合部件320可以压紧在一起。由于密封元件322的倾斜的外表面389与复合部件320的内表面388发生接触，所以复合部件320的可变形(或第一或上部)部分326可以径向朝外推动且在密封元件322至少部分密封地啮合周围管状物的位置处或附近啮合周围管状物(未示出)。还可以存在弹性(或第二或下部)部分328。在一个实施例中，与可变形部分326相比，弹性部分328可以配置有较大或增大的弹性以发生变形。
复合部件320可以是具有至少第一材料331和第二材料332的复合组件，但是复合部件320也可以由单个材料制成。第一材料331和第二材料332无需是化学组合的。在一个实施例中，第一材料331可以与第二材料332物理地或化学地接合、固化、模制等。此外，第二材料332可以类似地与可变形部分326物理地或化学地接合。在其它实施例中，第一材料331可以是复合材料，并且第二材料332可以是第二复合材料。
复合部件320可以具有形成于其中的切口或凹槽330。凹槽330和/或螺旋(螺旋形)切口图案的使用可以减少可变形部分326的结构性容量，使得复合部件320可以“开花”离开。凹槽330或凹槽图案并不意味受限于任何特定的取向，因此任何凹槽330可以具有可变间距和可变的半径。
通过凹槽330形成于可变形部分326中，第二材料332可以模制或结合到可变形部分326，使得凹槽330填充有第二材料332且被第二材料包封。在实施例中，第二材料332可以是弹性材料。在其它实施例中，第二材料332可以是60-95duroa的聚氨基甲酸酯或硅酮。其它材料可以包括例如，tfe或ptfe套筒选择热收缩。复合部件320的第二材料332可以具有内部材料表面368。
不同井下条件可以指示第一和/或第二材料的选择。举例来说，在低温操作(例如，低于约250f)中，包括聚氨酯的第二材料可能是足够的，然而对于高温操作(例如，高于约250f)，聚氨酯可能不是足够的并且可以使用例如硅酮的不同材料。
第二材料332结合凹槽330的使用可以为凹槽图案提供支持并且减少预先安装问题。通过第二材料332与可变形部分326接合或模制的附加益处，复合部件320抵靠着密封元件322的压缩可以带来组件与管状部件(例如，图2b中的208)的内表面之间的坚固的、强化的和具有弹性的屏障和密封。由于增大的强度，使得密封以及本发明的工具可以承受更高的井下压力。较高的井下压力可以为用户提供更好的压裂结果。
凹槽330允许复合部件320抵靠着管状物扩展，这可以带来工具与管状物之间的牢固的屏障。在一个实施例中，凹槽330可以是形成于可变形部分326中的螺旋(或螺旋形、缠绕等)切口。在一个实施例中，可以存在多个凹槽或切口330。在另一实施例中，可以存在两个对称地形成的凹槽330，如借助于图6e中的实例所示。在又一实施例中，可以存在三个凹槽330。
如通过图6c所说明，任何切口或凹槽330的深度d可以从外部侧表面364整个延伸到上侧内表面366。任何凹槽330的深度d可以随着凹槽330沿着可变形部分326前进而改变。在一个实施例中，外部平坦表面364a可以具有在与外部侧表面364相切的点处的交叉点，并且类似地，内部平坦表面366a可以具有在与上侧内表面366相切的点处的交叉点。表面364和366的平面364a和366a相应地可以平行或者它们可以具有交点367。虽然复合部件320被描绘为具有通过平面366a所说明的线性表面，但是并不意味对复合部件320进行限制，因为内表面可以是非线性的或非平坦的(例如，具有曲率或圆形轮廓)。
在一个实施例中，凹槽330或凹槽图案可以是螺旋图案，其具有在可变形部件326的外表面364上的恒定螺距(p1约与p2相等)、恒定半径(r3约与r4相等)。在一个实施例中，螺旋图案可以包括在可变形部件326的内表面366上的恒定螺距(p1约与p2相等)，可变半径(r1不等于r2)。
在一个实施例中，凹槽330或凹槽图案可以具有在可变形部件326的外表面364上的可变螺距(p1不等于p2)、恒定半径(r3约与r4相等)的螺旋图案。在一个实施例中，螺旋图案可以包括在可变形部件320的内表面366上的可变螺距(p1不等于p2)，可变半径(r1不等于r2)。
作为一个实例，螺距(例如，p1、p2等)可以在约0.5转/英寸到约1.5转/英寸的范围内。作为另一实例，在外表面上的任何给定点处的半径可以在约1.5英寸到约8英寸的范围内。在内表面上的任何给定点处的半径可以在约1英寸到约7英寸的范围内。虽然作为实例给出，但是尺寸并不意味是限制性的，因为其它螺距和径向尺寸也在本发明的范围内。
在图6b中所反映的示例性实施例中，复合部件320可以具有背锥角β上的凹槽图案切口。图案切口或由背锥角形成可允许复合部件320在向外扩展时不受限制。在一个实施例中，背锥角β可以是约75度(相对于轴258)。在其它实施例中，角β可以在约60度到约120度的范围内。
凹槽330的存在可允许复合部件320在压缩时具有解绕、扩展或“开花”运动，例如，借助于抵靠着可变形部分326的内表面的表面(例如，表面389)压缩。举例来说，当密封元件322移动时，迫使表面389抵靠着内表面388。一般而言，高压密封中的故障模式是在组件之间的间隙；然而，解绕和/或扩展的能力允许复合部件320完全地延伸到与周围管状物的内表面啮合。
现在同时参考图7a和7b，相应地示出了可与根据本发明所公开的实施例的井下工具一起使用的轴承板383(及其子组件)的等距视图和纵向截面图。轴承板383可以由具有宽角度的细丝缠绕材料制成。因而，轴承板383可以经受增大的轴向负载，同时还具有增大的压缩强度。
由于套筒(254，图2c)可以稳固地保持在适当的位置，所以轴承板383可以类似地保持在适当的位置。安装套管可以具有抵靠着轴承板端部284、384的套筒端部255。简要地，图2c说明套筒端部255与板端部284的压缩如何可以出现在安装顺序的开始处。随着穿过工具的张力增大，轴承板283的另一端部239可以通过滑块242压缩，迫使滑块242向外且与周围管状物(208，图2b)啮合。
内部板表面319可以经配置以用于与芯棒倾斜啮合。在一个实施例中，板表面319可以啮合芯棒314的过渡部分349。唇缘323可用于保持轴承板383与工具202和滑块242同心。小唇缘323a还可以辅助轴承板383的居中和对齐。
简要地一起参考图7c-7ee，示出配置有稳定器销插入件、可与根据本文所公开的实施例的井下工具一起使用的轴承板383(及其子组件)的各种视图。在适用时，例如，当井下工具配置有与金属滑块(例如，334，图5d)啮合的轴承板383时，轴承板383可以配置有一个或多个稳定器销或销插入件)364b。
根据本文所公开的实施例，金属滑块可以被配置成与销364b配合或以其它方式啮合，这可以有助于通过抵靠滑块334分布力而均匀地断裂滑块334。
据信，因为可能会遇到巨大的力(即，30,000lbs)，所以耐用插销364b可能比轴承板383的一体式构造的功能更好。
销364b可以由耐用金属、复合材料等制成，具有复合材料的优点意味着销364b可以很容易钻孔。这种配置可以允许在不影响滑块的强度(即，能够保持固定的压力)的情况下改进断裂。在强度无关紧要的情况下，可以使用复合滑块(即，更容易均匀地断裂的滑块)，金属滑块的使用是针对更大的压力条件/安放要求。
现在同时参考图8a和8b，相应地示出了可与根据本发明所公开的实施例的井下工具一起使用的一个或多个锥体336(及其子组件)的下侧等距视图和纵向截面图。在一个实施例中，锥体336可以滑动地啮合并且围绕芯棒(例如，图2c中的锥体236和芯棒214)设置。锥体336可以某种方式围绕芯棒设置，使得至少一个表面337相对于其它附近组件(例如，第二滑块(242，图2c))向内成角度(或倾斜、锥形等)。因此，具有表面337的锥体336可经配置以与滑块协作以径向向外迫使滑块与管状物接触或紧咬啮合，如所属领域的技术人员所显而易见和理解的。
在安装期间，并且随着穿过工具的张力的增大，锥体336的端部(例如，第二端340)可以抵靠着滑块压缩(参见图2c)。由于圆锥形表面337，锥体336可以移动到滑块下方的下侧，迫使滑块向外且进入与周围管状物的啮合(参见图2a)。锥体336的第一端338可以配置有锥体轮廓351。锥体轮廓351可经配置以与密封元件(222，图2c)配合。在一个实施例中，锥体轮廓351可经配置以与密封元件的对应的轮廓327a配合(参见图4a)。锥体轮廓351可以帮助限制密封元件在锥体336上方或下方滚动。
现在参考图9a和9b，相应地示出了可与根据本发明所公开的实施例的井下工具一起使用的下部套筒360(及其子组件)的等距视图和纵向截面图。在安装期间，下部套筒360将由于其附接到芯棒214而被拉动。如图9a和9b中一起所示，下部套筒360可具有与芯棒孔(281b，图2c)对齐的一个或多个孔381a。一个或多个锚定销311可以设置或牢固地定位于其中。在一个实施例中，可以使用黄铜定位螺钉。销(或螺钉等)311可以防止在钻孔期间的切变或旋转脱离。
随着下部套筒360被拉动，围绕芯棒设置的组件可以进一步抵靠着彼此进行压缩。下部套筒360可具有一个或多个锥形表面361、361a，所述表面可以减少被其它工具阻碍的可能性。下部套筒360还可以具有与例如第一滑块(234，图2c)啮合的倾斜的套筒端部363。随着下部套筒360被进一步拉动，端部363抵靠着滑块按压。下部套筒360可以配置有内部螺纹轮廓362。在一个实施例中，轮廓362可以包括圆形螺纹。在另一实施例中，轮廓362可以经配置以用于与芯棒(214，图2c)啮合和/或配对。可以使用球体364。球体364可以用于对例如滑块334进行取向或与所述滑块间隔开。球体364还可以帮助维持滑块334的断裂对称性。球体364可为例如黄铜或陶瓷的。
简要地同时参考图9c-9e，分别示出配置有稳定器销插入件并且可与根据本文所公开的实施例的井下工具一起使用的下部套筒360的等距视图、侧视图和纵向截面图。除了球体364以外，下部套筒360还可以配置有一个或多个稳定器销(或销插入件)364a。
单件式金属滑块可能出现的问题是，它不是均匀或对称地断裂，而是容易在一个点或以不均匀的方式断裂，然后散开(例如，如同风扇皮带)。如果发生这种情况，可能会出现问题，因为金属滑块(例如，334，图5d)可能不会以适当的、均匀的方式啮合套管(或周围表面)，并且井下工具可能无法固定到位。一些常规金属滑块是“分段式”的，因此滑块沿圆周主要等量地扩展；然而，普遍认为，这些类型的滑块很容易预先安放或无意安放。
相比而言，单件式滑块配置非常耐用，能吸收大量的冲击，而且不易预先安放，但可能需要能促进一致且均匀的断裂的配置。根据本文所公开的实施例，金属滑块334可以被配置成与销364a配合或以其它方式啮合，这可以有助于通过抵靠滑块334分布力而均匀地断裂滑块334。
合理的是，因为可能会遇到巨大的力(即，30,000lbs)，所以耐用插销364a可能比轴承板360的一体式销/套筒构造的功能更好。销364a可以由耐用金属、复合材料等制成，具有复合材料的优点意味着销364a很容易钻孔。
这种配置比改变金属滑块上的断裂点有利，因为改变金属滑块上的断裂点将影响滑块的强度，这是不理想的。因此，这种配置可以允许在不影响滑块的强度(即，能够保持固定的压力)的情况下改进断裂。在强度无关紧要的情况下，可以使用复合滑块(即，更容易均匀地断裂的滑块)，金属滑块的使用通常是针对更大的压力条件/安放要求。
销364a可以由标准的过程形成或制造，然后切割(或机械加工等)成恰当的或理想的形状、大小等等。销364a的形状和大小可以设定成与槽位381b配合的公差。在其它方面中，销364a的形状和大小可以设定成与槽位381b过小或过大配合。销364a可以用粘合剂或胶水固定在原位。
在实施例中，销364、364a中的一个或多个可以具有被配置成用于与金属滑块啮合的圆化或球形部分(见图3d)。在其它实施例中，销364、364a中的一个或多个可以具有被配置成用于与金属滑块334啮合的平面部分365。在其它实施例中，销364、364a中的一个或多个可以配置有锥形物369。
当金属滑块334未适当地或以其它方式断裂的情况下，金属滑块334无意地试图“跳过”销364a中的一个时，锥形物369的存在可以有助于最大限度地减少位移。
一个或多个销364a可以配置有‘切出’部分，在销364a的内侧形成尖的区域(见7ee)。这可能有助于在安放的过程中‘破碎’销364a，从而使销364a被移出。
简要地参考图12a-12b，示出根据本发明的实施例的金属滑块的等距视图和外侧视图。图12a和12b一起示出可以圆形、对称的方式或形状配置的金属滑块334中的一个或多个(配合)孔393a。孔393a可以是缺口、凹槽等，或是任何其它容器式形状和配置。
本文所公开的实施例的井下工具可以包含例如围绕芯棒设置的金属滑块334。金属滑块334可以包含(在安放之前)单件式圆形滑块主体配置。金属滑块334可以包含配置有一组或多个配合孔393a的面397。图12a和12b示出了可能存在三个配合孔393a。虽然不限于任何一种特定布置，但是孔393a可以总体上或基本上以对称的方式设置(例如，围绕面397的圆周形状等距间隔)。另外，虽然示出为总体上大小相同，但是一个或多个孔的大小可以不同(例如，宽度、深度的尺寸等)。图12g示出金属滑块334可以包含具有四个配合孔的一组配合孔的实施例。如图所示，该组配合孔中的一个或多个配合孔393a可以是圆形或形状可以圆化。
现在参考图12c，示出根据本发明的实施例的与套筒啮合的金属滑块的侧视图。如图所示，井下工具的啮合主体或表面，例如套筒360，可以配置有对应数目的稳定器销364a。因此，例如，套筒360可以具有对应于滑块334的一组配合孔的一组稳定器销。在其它方面中，一组配合孔393a包括三个配合孔，并且类似地，一组稳定器销包括三个稳定器销364a，如图所示。一组配合孔可以沿圆周以约90到约120度的范围配置(例如，见图12g，弧形片段393b为约90度)。以类似方式，可以围绕套筒360沿圆周以约90到约120度的范围布置或定位一组稳定器销364a。
因此，根据本发明的实施例，金属滑块334可以被配置成用于在安装期间基本上均匀地断裂金属滑块主体。在安装之前，金属滑块334可以具有单件式圆形滑块主体。也就是说，滑块334的至少一些部分或方面具有围绕整个滑块的稳固连接。
在实施例中，面(397，图12a)可以配置有至少三个配合孔393a。在实施例中，套筒360可以配置或以其它方式装配有数量相等并且对应于配合孔393a的数量的一组稳定器销。因此，每个销364a可以被配置成啮合对应的配合孔393a。虽然并不意味着限制，但是可能存在约三个到五个配合孔和对应的销。
井下工具可以被配置成使得在安放之后金属滑块334的至少三个部分与周围管状物抓握啮合。一组稳定器销可以相对于彼此以对称的方式设置。一组配合孔的集合可以相对于彼此以对称的方式设置。
根据本文所公开的实施例，金属滑块334可以被配置成与销364a配合或以其它方式啮合，这可以有助于通过抵靠滑块334分布力而均匀地断裂滑块334。套筒360可以包含被配置成啮合一组配合孔的一组稳定器销。
图12d-12f示出了当销364a引发滑块主体断裂时穿过金属滑块334的侧视‘剖面’图。
简要地参考图13a-13d，金属滑块334中的(配合)孔393a中的一个或多个可以圆形、对称的方式或形状配置。同样，孔393a中的一个或多个可以另外或替代地以不对称的方式或形状配置。在实施例中，孔中的一个或多个可以‘水滴型’的方式或形状配置。
这些方面中的每一个可以有助于金属滑块334围绕滑块主体的圆周总体上等量分布地断裂。也就是说，金属滑块334以其中部分滑块啮合周围管状物的方式断裂，并且负载的分布围绕滑块334大约相等或平均。因此，金属滑块334可以配置为使得在断裂后，可以从工具相对于周围管状物以大致均匀或相等的方式沿圆周(或径向)施加负载。
金属滑块334可以最佳的单件式配置来配置，所述配置防止或以其它方式禁止预先安放，但是最终可类似于常规“滑块片段式”金属滑块那样以相等或均匀的方式断裂。
现在同时参考图14a和14b，示出根据本文所公开的实施例的具有由金属材料制成的芯棒的井下工具的等距视图和纵向侧视图。
井下工具2102可以如本文中和在其它实施例中(例如在系统200中等等)所述的并且如所属领域的技术人员以另外的方式理解的来运行、安放和操作。井下工具2102的组件可以围绕芯棒2114布置和设置，如在本文中和在其它实施例中所述的，并且如所属领域的技术人员以另外的方式理解的。因此，井下工具2102在各方面、功能、操作、组件等中与本文所公开的其它工具实施例的可以是类似或相同的。
井下工具2102的所有配合表面可以配置有一定角度，使得相应的组件可以放置在压缩而非剪切之下。
芯棒2114可以延伸穿过工具(或工具主体)2102，并且可以是实心主体。在其它方面中，芯棒2114可以包含形成于其中的流动路径或钻孔2151(例如，轴向钻孔)。芯棒2114可以与本文所公开的任何井下工具实施例(例如，工具202、302等以及其多个变化形式)一起使用。
芯棒2114可以由如本文所描述并且根据本发明的实施例的材料制成。芯棒2114可以由例如铝基或镁基材料等金属材料制成。金属材料可以是反应性的，例如可溶解的，也就是说在一定条件下，芯棒2114可开始溶解，从而减轻了钻透的需求。
在实施例中，工具2114可以由可溶解的铝基、镁基或铝镁基(或合金、复合物等)材料制成，例如由南京华朔复合材料科技有限公司(nanjinghighsurcompositematerialstechnologyco.ltd)提供的材料。
芯棒2114可以配置有缓冲(或故障)点(或区域、区等)2160。可以通过在芯棒端部(2148，图14c)切削出或以其它方式形成外部芯棒凹槽g1而形成缓冲点2161(g1与内部芯棒凹槽g2重合)。缓冲点2161凹槽可以形成于芯棒2114的外部或内部，或是(g1和g2的)组合。凹槽g1(或g2)可以在芯棒2114中沿圆周形成。这种类型的配置可以允许(例如其中，在一些应用中，可能需要)脱落或剪切芯棒头部2159而不是剪切螺纹(例如对于工具202)。
井下工具2102可以包含围绕芯棒2114设置的下部套筒2160。下部套筒2160可以与芯棒2114螺纹式啮合。由于下部套筒2160被拉紧，因此围绕芯棒2114设置在下部套筒2160与安放套筒(2154，图14c)之间的组件可以开始相互压缩。该力和产生的移动使得密封元件2122压缩和扩展。下部套筒2160也可以与滑块2134啮合，滑块2134可以是第一金属滑块2134。可存在第二滑块2134a，其也可以是金属滑块。滑块2134、2134a可以最终径向朝外地与周围管状物(2108，图14d)啮合。
滑块的锯齿状的外表面或轮齿2198可以配置成使得当工具2102安放在周围管状物内时表面2198防止滑块(或工具)移动(例如，轴向地或纵向地)。在一些方面，滑块2134、2134a中的任一个或两个可以具有约三行锯齿状的轮齿。
额外的张力或负载可以施加到工具2102，引起锥体2136(或锥体2136a)移动，所述锥体可以所属领域的技术人员已知的方式围绕芯棒2114设置。因此，经由与相应锥体2136、2136a的相互作用，一个或多个滑块2134、2134a可以被径向朝外推动并且与管状物(2108)啮合。锥体2136、2136a可以围绕芯棒2114滑动地啮合和设置。
安放套筒(2154)可以抵靠着轴承板2183啮合，这可以使得穿过工具2102的其余部分传递负载。安放套筒2154可以是根据本文中的实施例的带槽的安放套筒。
现在同时参考图14c、14d、14e、14f和14g，分别示出图14a的井下工具的纵向截面图、设置于管状物中的图14a的井下工具的纵向侧视截面图、安放在管状物中的图14a的井下工具的纵向侧视截面图、安置于图14a的井下工具内的球体的纵向侧视截面图、以及横向接近于图14a的井下工具的密封元件的中间区段的球体的中部的纵向侧视截面图。
系统2100可以包含形成于地层中的钻井孔2106，管状物2108设置在其中。工作管柱2112(这里仅部分地且以一般的表示示出，其可以包含与适配器2152耦接的安放工具或装置的一部分)可以用于将井下工具2102放置或运行到钻井孔2106中且穿过钻井孔2106到达所希望的位置。井下工具2102可以本文中所描述的工具实施例类似的方式配置、安放和使用。
一旦工具2102达到管状物2108内的安放位置，安放机构或工作管柱2112就可以通过各种方法从工具2102脱离，这使得工具2102留在周围管状物中，由此可以隔离钻井孔的一个或多个区段。井下工具2102可以经由常规的安放工具安放，例如baker20模型或类似的安放工具。
在实施例中，一旦安放了工具2102，就可以进一步向安放工具/适配器2152施加张力，直到芯棒头部2159从芯棒2114的其余部分脱落。就此而言，芯棒2114与适配器2152之间的螺纹连接比芯棒2114内的故障点2161的螺纹连接更强，并且比将工具2102放置到安放位置中所需的张力更强。故障点2161可以包含对应的凹槽g1、g2。凹槽g1和/或g2的尺寸可以确定故障点壁厚2127a。故障点壁厚2127a可以在约0.03英寸到约0.1英寸的范围内。
施加到适配器2152的负载量可以在约(例如)20,000到40,000磅力的范围内导致分离(通过拉伸破坏断开)。负载可以是约25,000到30,000磅力。在其它应用中，负载可以在不到约10,000磅力的范围内。
相应地，芯棒的头部2159可以与芯棒2114分离或从芯棒2114脱离，这引起工作管柱2112能够与工具2102分离，这可在预先确定的时刻进行。本文所提供的负载是非限制性，且仅仅是示例性的。安放力可以通过具体地设计工具的相互作用表面和相应的工具表面角度来确定。
通过钻孔2151的存在，芯棒2114可以具有内部钻孔表面2147，其可以包含一个或多个形成于其上的螺纹表面。因而，可存在第一组螺纹2116，其被配置成用于耦接芯棒2114与安放适配器2152的对应的螺纹2156。
适配器2152可以包含配置有在其上的螺纹的螺柱。在一个实施例中，螺柱可以具有外部(阳)螺纹，芯棒2114可以具有内部(阴)螺纹；然而，螺纹的类型或配置并不是意图是限制性的，并且反之亦然可以是(例如)相应的阴-阳连接。
井下工具2102可以借助于工作管柱2112运行到钻井孔中达所希望的深度或位置，所述工作管柱可以配置有安放装置或机构。工作管柱2112和安放套筒2154可以是用于将井下工具2102运行到钻井孔中且激活工具2102以从原位(例如，14d)移动到安放位置(例如，14e)的系统2100的部分。虽然不意味限于任何特定的类型或配置，但是安放套筒2154可以如同本文所公开的其它实施例的安放套筒，例如图11a-11c的安放套筒。简言之，图14d示出可以如何在安放顺序的开始处进行套筒端部2155与轴承板端部2184的压紧，随后通过工具2102并且在芯棒2114上的张力可以增大。
虽然这里未示出，但是井下工具2102可以包含复合部件(例如，220/320)。复合部件可以如同如本文所描述，包含图6a-6f(以及随附文本)的描述。工具2102可以包含防旋转组装件，所述防旋转组装件包含防旋转装置或机构2182，其可以是弹簧、机械弹簧供能复合管状部件等等。装置2182可以被配置且可用于防止工具202的组件的不希望的或无意中的移动或解绕。如图所示，装置2182可以驻留在套筒(或外壳)2154的腔室中。在组装期间，装置2182可以通过锁定环的使用保持在适当的位置。在其它方面中，销可用于将装置2182保持在适当的位置。
防旋转机构2182可以为工具和操作者提供额外的安全，因为它可以帮助防止工具在错误应用中无意使用工具时的不可操作性。因而，装置2182可以防止工具组件松弛和/或旋开，并且防止工具2102旋开或下降脱离工作管柱2112。
有时，可能需要或以另外的方式期望在将安放的栓塞保留在适当位置的同时从地层产生流体。然而，芯棒(214)中的钻孔(例如，图2d的250)的内径(id)可能太窄以至于不能有效且高效地产生流体-由此在实施例中，可能需要可穿过工具2102的超大id2131。常规孔尺寸的id通常足以允许落球穿过所述钻孔，但对于制备来说可能是不够的。为了制备期望的流体流，常常必需钻出安放的工具-但这要求在操作时停止、需要钻井时间、钻取时间以及相关的操作人员和设备成本。
另一方面，钻孔2151的超大id2131的存在以及由此相较于钻孔250更大的横截面积可提供通过工具2102的有效且高效的制备能力，而无需借助工具的钻井。然而，芯棒套筒2114的壁厚2127减小可能对工具2102的特性带来问题，尤其在安放顺序期间。尤其对于复合材料会是这种情况。
由于较大钻孔2151可以使壁厚2127减小，这又可以减小抗张强度和破裂强度。因而，芯棒2114可以由铝等前述金属材料制成，这对比细丝缠绕的复合材料可以提供更大的耐用性。金属材料可以是反应性的，例如可溶解的。在实施例中，壁厚2127可以在约0.3英寸到约0.7英寸的范围内。如图所示，壁厚2127可以视芯棒2114的长度而变化。
根据本发明，工具2102的组件可以由可溶解材料(例如，适合于并且已知能在可期望的短暂或有限的时间段(预定的或以另外的方式)之后在井下环境[包含极限压力、温度、流体属性等]中溶解的材料)制成。在一个实施例中，由可溶解材料制成的组件可以在井下工具安放之后的约3到约48小时内开始溶解。
在一些方面，芯棒2114可以由本文中所描述的组成制成。芯棒2114可以由这样的材料制成：其足以为工具2102提供包含运行、安放和压裂的足够时间量的耐用性和强度，但是不久之后开始改变(即，分解、溶解等)。芯棒2114可以由包含例如铝或可溶解铝合金的金属机械加工。
井下工具2102可以包含延伸穿过工具(或工具主体)2102的芯棒2114，使得工具2102的其它组件可以围绕所述芯棒设置。芯棒2114可以包含形成于其中的流动路径或钻孔2151(例如，轴向钻孔)。钻孔2151可以部分地延伸或延伸较短距离穿过芯棒2114，或钻孔2151可以延伸穿过整个芯棒2114，在其近端2148处以及相对地在其远端2146处具有开口。
钻孔或穿过芯棒套筒2114的其它流动路径的存在可以间接地由操作状态指示。也就是说，在大多数情况下，工具2102可以具有足够大的直径(例如，介于约4-5英寸的范围)，使得钻孔2151可相应地足够大(例如，3-4英寸)，从而可以穿过其产出流体。钻孔2151可以具有第二较小的内径2131，其容纳(考虑)适合于为球座2186提供耐用性和强度的补充材料。
井下工具2102的安放装置和组件可以如本文中的其它实施例所描述和公开。工具2102可以包含与芯棒2114啮合的下部套筒2160。下部套筒2160和芯棒2114可以在其间具有螺纹连接2118。螺纹连接2118可以包含在下部套筒2160和芯棒2114上的对应圆化螺纹；然而，螺纹的类型并非意指受限制，并且可以是其它螺纹，例如stubacme。
因此，在安放期间，随着下部套筒2160被拉动，在下部套筒2160与安放套筒2154之间围绕芯棒2114设置的组件可以开始抵靠着彼此压缩。该力和产生的移动使得密封元件2122压缩和扩展，并且最终与周围管状物内表面2107啮合。密封元件2122可以由弹性体和/或聚合材料(例如，橡胶、丁腈橡胶、氟化橡胶或聚氨酯)制成。在一个实施例中，密封元件322可以由75到80duroa弹性体材料制成。
滑块2134、2134a可以相对于相应锥体2146、2146a移动或以其它方式推动，并且最终径向朝外地与周围管状物内表面2107啮合。滑块的锯齿状的外表面或轮齿2198可以配置成使得当工具2102安放在周围管状物内时表面2198防止滑块(或工具)移动(例如，轴向地或纵向地)。虽然这里描绘为单件式金属滑块，但是根据本文中的实施例，井下工具2102可以具有一个或多个滑块(例如，334、342等)。滑块2134、2134a中的任一个或两个可以经过表面硬化、热处理、感应硬化等。
球座2186可以一定方式配置，使得球体2185搁置或放置于其中，由此穿过芯棒套筒2114的流动路径可以闭合(例如，流过钻孔2150受到球体2185的存在的限制或控制)。例如，从一个方向的流体流动可以促使球体2185抵靠着底座2186。
根据本文所公开的实施例，球体2185可以一定方式配置，包含由组成的材料制成，例如反应性复合材料或金属材料。球体2185可以具有球体直径2132，其略微小于上部芯棒内径2131的直径。球座2186可以形成有半径2159a(即，圆周的圆化边缘或表面)。在非限制性实例中，芯棒内径2131可以是约3英寸。
如图所示，芯棒2114可以具有形成于距芯棒近端2148深度(或长度、距离等)d处的球座2186。深度d可以这样的距离，使得球座2186可以横向接近密封元件2122最初定位的位置，如图14d所示。
一旦球体2185搁置在其中，球座2186在深度d处的位置可以适用于获得额外的横向强度。也就是说，在安放顺序期间芯棒会感受到显著的力(尤其是在密封元件2122被供能的区域中)，以及工具外部的环形间隙与钻孔2151之间的压差(在一些情况下，所述压差可以介于约10,000psi)。这些力可以通过芯棒2114横向转移，由于芯棒2114可能具有有限的壁厚2127，因此存在破裂的可能性；然而，在安放后并且在使芯棒来回划动到必需的搁置位置后，球体2185可以在侧向方向上提供额外的强度和加固。
图14e示出在安放后球座2186可能与密封元件2122横向未对准的程度。然而，在例如经由表面流体(或注入流体等)f增压后，可以相对于球座2186推动球体2185，例如图14f中(包含通过方向箭头)所示。流体f的压力可以是足够量的，由此芯棒2114(由于其内部钻孔2151被堵塞)可以移动，直到倾斜表面2149a抵靠在轴承板2183的内表面2119上，如图14g所示。这使得球座2185与密封元件2122重新对准，如通过对准指示线2197所示。在实施例中，供能密封元件2122的中部可以基本上横向接近于球体2185的中部球体区段。
可以从故障点2161到球座2186的下端2186a测得深度d。所述深度可以在约4英寸到约6英寸的范围内。
可以存在颈部或过渡部分或区域2149，使得芯棒2114可以具有变化的外径。在一个实施例中，芯棒2114可以具有大于第二外径d22的第一外径d21。本发明的实施例可以包含配置有倾斜的过渡表面2149a的过渡部分2149。过渡表面角度(这里未示出)可以是相对于工具(或工具组件轴)约25度。
过渡部分2149可以在工具组件的压缩之后承受径向力，因此共享负载。也就是说，在轴承板2183和芯棒2114的压缩之后，力并不仅仅在剪切方向上定向。在组件之中共享负载的能力意味着组件并不必须较大，从而工具尺寸总体较小。
轴承板2183可以具有内部板表面2119，其可以被配置成与芯棒成角度啮合。在实施例中，内部板表面2119可以啮合芯棒2114的过渡部分2149(或过渡表面2149a)。
在适用时，例如当如本文所描述井下工具2102配置有与滑块啮合的轴承板2183时，轴承板2183可以配置有一个或多个稳定器销(或销插入件)2164b。
根据本文所公开的实施例，滑块2134a可以被配置成与销2164b配合或以其它方式啮合，这可以有助于通过抵靠滑块2134a分布力而均匀地断裂滑块2134a。
销2164b可以由耐用金属、复合材料等制成。这种配置可以允许在不影响滑块的强度(即，能够保持固定的压力)的情况下改进断裂。在强度无关紧要的情况下，可以使用复合滑块(即，更容易均匀地断裂的滑块)，金属滑块的使用是针对更大的压力条件/安放要求。
销2164b的形状和大小可以设定成与槽位2181b公差配合。如图所示，滑块2134中的或多个(配合)孔2193b可以圆形、对称的方式或形状配置。孔2193b可以是缺口、凹槽等，或是任何其它容器式形状和配置。
在系统2100的操作中，当下部套筒2160被拉紧时，围绕芯棒2114安置在其间的组件可以进一步抵靠彼此压缩。下部套筒2160可以配置有内部螺纹曲线，其被配置成与芯棒2114的螺纹配合。下部套筒2160可以配置有一个或多个稳定器销(或销插入件)2164a。
单件式金属滑块可能出现的问题是，它不是均匀或对称地断裂，而是容易在一个点或以不均匀的方式断裂，然后散开(例如，如同风扇皮带)。如果发生这种情况，可能会出现问题，因为金属滑块(例如，2134)可能不会以适当的、均匀的方式啮合套管(或周围表面)，并且井下工具可能无法固定到位。一些常规金属滑块是“分段式”的，因此滑块沿圆周主要等量地扩展；然而，普遍认为，这些类型的滑块很容易预先安放或无意安放。
相比而言，单件式滑块配置非常耐用，能吸收大量的冲击，而且不易预先安放，但可能需要能促进一致且均匀的断裂的配置。根据本文所公开的实施例，金属滑块2134可以被配置成与销2164a配合或以其它方式啮合，这可以有助于因针对滑块2134分布力而均匀地断裂滑块2134。销2164a可以如同2164b。销2164a、2164b可以由耐用材料制成，例如黄铜。
销2164a可以由标准的过程形成或制造，然后切割(或机械加工等)成恰当的或理想的形状、大小等等。销2164a的形状和大小可以设定成与槽位2181a配合的公差。如图所示，滑块2134中的或多个(配合)孔2193a可以圆形、对称的方式或形状配置。孔2193a可以是缺口、凹槽等，或是任何其它容器式形状和配置。
因此，例如，套筒2160可以具有一组销(插入件等)2164a，所述一组销对应于滑块2134的一组配合孔。在其它方面中，一组配合孔包括三个配合孔，类似地，一组销包括三个销。虽然并不意味着限制，但是可以存在约三个到五个配合孔和对应的销。
对于所属领域的技术人员而言显而易见的是，本发明的工具2102可以可配置为压裂栓塞、落球栓塞、桥塞等，方法是简单地使用多个适配器或其它任选的组件中的一个。在任何配置中，一旦适当地安放了工具2102，钻井孔2106中的流体压力就可能增大，使得可以开始进一步的井下操作，例如，目标区域中的断裂。
井下工具2102可以具有由可钻孔复合材料制成的一个或多个组件，可钻孔复合材料例如是玻璃纤维/环氧树脂、碳纤维/环氧树脂、玻璃纤维/peek、碳纤维/peek等。其它树脂可以包含酚类、聚酰胺等。井下工具2102可以具有由金属或金属合金等非复合材料制成的一个或多个组件。井下工具2102可以具有由反应性材料(例如，可溶解、可分解等)制成的一个或多个组件。
因此，工具2102的组件可以由不可溶解材料(例如，适合于并且已知能在可期望的延长时间段(预定的或以另外的方式)耐受井下环境[包含极限压力、温度、流体属性等]的材料)制成。
同样，本文中所公开的实施例的工具的一个或多个组件可以由反应性材料(例如，适合于并且已知能在可期望的短暂或有限的时间段(预定的或以另外的方式)之后在井下环境[包含极限压力、温度、流体属性等]中溶解、分解的材料)制成。在一个实施例中，由反应性材料制成的组件可以在井下工具2102安放之后的约3到约48小时内开始反应。
反应性材料可以由初始或起始混合物组成形成，所述组成可以包含约100重量份的基础树脂体系，其包括具有固化剂(或‘硬化剂’)的环氧树脂。最终组成可以与初始组成基本上相同，经历固化的区别。
基础树脂理想地可易于在高温和/或高压含水环境中分解。环氧树脂可以是具有低粘度和高玻璃转化温度的环脂族环氧树脂。环氧树脂的特征在于具有高纤维性。举例来说，环氧树脂可以是3,4-环氧环己基甲基-3',4'-环氧基环己烷-羧酸盐。
硬化剂可以是酸酐，即酸酐基。例如，固化剂可以是甲基羧基，例如甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐。硬化剂可以包含加速剂并且用加速剂预先催化。加速剂可以是咪唑基。
加速剂可以帮助节省或者减少固化时间。
环氧树脂与固化剂的比率可以介于约0.5到约1.5的范围。在更特定的方面中，所述比率可以是约0.9到约1.0。
基础树脂体系的处理条件可以包含多个固化阶段。
所述组成可以包含包括粘土的添加剂。添加剂可以是呈颗粒或粉末形式的固体。添加剂可以占蒙脱石基粘土的组成的约0到约30重量份。在各方面中，粘土可以占组成的约0到约20重量份。添加剂可以是亲有机物质的粘土。
适当的粘土添加剂的实例可以是bykadditives,inc的
所述组成可以包含玻璃，例如玻璃微球或者玻璃球(包含微米球和/或纳米球)。玻璃可以占组成的约0到约20重量份。在各方面中，玻璃可以占组成的约5到约15重量份。
适当的玻璃的实例可以是3m的3m玻璃微球342xhs。
所述组成可以包含纤维。纤维可以是有机的。纤维可以是水溶性纤维。纤维可以介于组成的约0到约30重量份的范围。在各方面中，纤维可以介于约15到约25重量份的范围。
纤维可以由聚丙烯酸钠基材料制成。纤维可以类似线或弦状。在各方面中，纤维可以具有介于约0.1mm到约2mm的范围的纤维长度。纤维长度可以介于约0.5mm到约1mm的范围。纤维长度可以介于基本上0mm到约6mm的范围。
纤维可以是可溶纤维，类似technicalabsorbentsltd的evanescetm水溶性纤维。
对所述组成进行固化以便产生最终产品。可以在固化过程期间或之后随后形成本发明的装置。可以通过本发明的固化过程固化所述组成。
在其它实施例中，组件可以由在某些条件下可能具有易碎特性的材料制成。在其它实施例中，组件可以由在某些条件下可能具有可分离特性的材料制成。
所属领域的技术人员将了解，材料可以是相同材料并且具有相同组成，但是材料的物理特性可以改变，并因此取决于固化过程或井下条件等变量。
材料可以是树脂。树脂可以是酸酐固化环氧树脂材料。可以结合使用聚丙烯酸钠纤维，但也可以使用具有与其相关联的可溶解属性的任何纤维。
优点
井下工具的实施例在尺寸上是较小的，这允许工具可用于更细的孔径中。在尺寸上较小也意味着每个工具的材料成本较低。因为隔离工具(例如，栓塞)以大量的数量使用并且通常是不可重复使用的，所以每个工具较小的成本节约将带来巨大的年度资金成本节约。
可实现协同效应，因为较小工具意味着可很容易地实现较快钻孔时间。同样，即使是每个单个工具钻穿时间中的较小节约也可带来以年度为基础的巨大节约。
有利的是，组件的配置以及借助于复合部件形成的弹性屏障使得工具可以承受显著地较高的压力。能够应付较高钻井孔压力的能力使得操作者能够钻更深和更长的钻井孔，以及较大的压裂流体压力。具有较长的钻井孔和增大的储层断裂的能力带来显著增大的产量。
本发明的实施例通过减少液压阻力而提供了更快且更有效地移除工作管柱的能力。
由于工具可以较小(较短)，所以工具可在在井管中行进较短的半径弯曲而不会发生阻碍和预设。穿过较短工具的通路具有较低液压阻力并且因此可以在较低的压降下承受较高的流体流动速率。当球体就位时工具可承受较大的压力峰值(球体峰值)。
复合部件可有利地膨胀或撑开，这有助于在泵送期间的进入，从而减少了所需的泵送流体体积。这构成水的节约并且减少了与处理/处置回收流体相关联的成本。
由于轴向和径向影响允许较快的泵送速度，所以一件式滑块组装件可抵抗预先设置。这进一步减少了完成压裂操作所需的时间/水的量。
虽然已经示出并描述了本发明的优选实施例，但是所属领域的普通技术人员可以在不脱离本发明的精神和教示的情况下对其作出修改。本发明中所描述的实施例仅仅是示例性的且并不意味为限制性的。本发明中公开的本发明的许多变化和修改是可能的且在本发明的范围内。其中数字范围或限制是明确地陈述的，此类表达范围或限制应理解为包括落入明确地陈述的范围或限制内的类似大小的迭代范围或限制。对于权利要求的任何元件的术语“可选地”的使用意指对象元件是需要的，或者可替代地不需要的。这两者都意图涵盖在权利要求的范围内。例如“包括”、“包含”、“具有”等较广义术语的使用应理解成为提供对例如“由……组成”、“主要由…组成”、“基本上由……组成”等较窄术语的支持。
因此，保护范围不限于上文所描述的限制，仅受所附的权利要求的限制，该范围包括权利要求的标的物的所有等效物。每一和每个权利要求作为本发明的实施例并入到说明书中。因此，权利要求是进一步的描述并且是对本发明的优选实施例的补充。对参考的包括或论述并非承认其为本发明的现有技术，尤其是公开日期在本申请的优先权日之后的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请和公开的披露内容在此以引用的方式并入本文中，以提供补充本发明中所阐述的内容的背景知识，或示例性、程序性或其它细节。