[发明专利]将铁合金调理成对开裂敏感和可破碎元件以用于油井中

说明书

背景技术

本发明一般地涉及油田勘探、采油和试采，更具体地，涉及将铁合金 元件(工具、设备，及其构件)调理(conditioning)成对开裂敏感并可破碎的元 件以用于油井的井下。

在上游石油天然气工业中，井下工具和设备(即，在油井下，油井的一 部分可以是水平的)的装配和运行需要相当长的时间和相当可观的作业成 本。另外，当这些工具和设备不能再用于碳氢化合物的勘探、采油或油井 试采时，将其从油井中收回需要额外的油井维修时间、费用和风险(例如， 工具的不正确收回可能会对完井造成破坏，而完井本身还很有生产力)。从 油井操作者的立场出发，通过省略设备的回收(打捞)作业来简化油井作业， 除了具有技术、安全和可靠性的优点外，还节省了成本。

在用于碳氢化合物生产的油井的开发中，有一些工具和设备，以及工 具和设备的构件仅需要和利用一次，之后它们就被废弃了，因此也不具有 价值了。这类工具的相当大型的工具实例是射孔枪。射孔枪是一种长管状 产品，装有爆炸装药，炸药下至井下是为了通过这些装药的爆炸和超音速 射流的形成来穿透一个或多个地层，并可以实现和/或辅助碳氢化合物的释 放。另外的仅使用一次的井下工具的实例是控制或安全装置的止回阀。止 回阀是完井的重要元件，因为它们使流体仅向一个方向流动，或仅允许向 一个方向施加压力。现在在很多完井中常用的弹簧止回阀是挡板阀。在一 些情况中，挡板包含爆破盘，爆破盘是特别设计的，可以在设定的压差下 破碎成无害的碎片。另外的仅利用一次的井下工具的实例是用于流动控制 和/或区域隔离的插栓和其他限流器。其中包括桥塞和，更一般地，可以包 括任何其他的临时插塞(有时称作活门(dart))，用于隔离井眼的两个截然不 同部分。在操作油井时，一旦工具或设备已经实现其指定功能并达到使用 寿命，就将其遗弃在井下是非常理想的。然而，在当前的工具和油井维护 的实践中，将工具丢弃在井中存在着巨大的风险，会干扰随后的采油和/或 妨碍作业。相反，如果井下工具和设备及井下工具和设备的构件可预测地 能破碎成小的且无害的碎片，并且碎片经过一段时间后因腐蚀而任选地消 失，就能避免这种工具的收回(打捞)作业，因此，除为钻台提供更高的安全 性和可靠性之外，还呈现出新的技术和经济优势。

发明概述

在本发明的实施方案中，描述了一种技术，其包括提供在油井中装配 的工具，以执行井下功能。这种井下功能要求所述工具的元件具有最低的 结构完整性。该技术包括由铁合金形成元件的至少一部分，并对所述铁合 金充氢以使其比充氢前更易于破裂。

在本发明的另一个实施方案中，描述了可以用于油井的技术，其包括 提供用于限定蚀刻图案的模板。该技术包括使模板与井下元件建立接触， 并使模板成为阴极，井下元件成为阳极，以根据图案蚀刻井下元件使其以 后易于破裂。

在本发明的另一个实施方案中，描述了可用于油井的设备，其包括适 于在油井中装配的元件，并具有第一和第二材料。所述第一和第二材料适 于由油井中井下元件的分解形成的碎片形成原电池。

从下面的附图、说明书和权利要求中，本发明的优势和其他特征将更 明显。

附图说明

图1的图示适用于低碳钢和碳钢(以碳为主要合金元素的铁合金，并且 碳百分比限于1左右)，描述了在不同冶金状态(例如不同温度下淬火(Q)和 淬火加回火(Q&T))下，它们的硬度(维氏硬度，HV)与碳含量的关系。

图2的图示描述了铸铁(含碳含量超过2重量％的铁合金)的抗拉强度与 其硬度和碳当量的关系。

图3的图示显示了铸铁的抗拉强度与抗压强度之间的线性关系。

图4描绘的光学显微图显示了与铁碳钢中珠光体微结构相关的氢致开 裂(hydrogen cracking)。

图5描绘的光学显微图显示了与铁碳钢中渗碳体微结构相关的氢致开 裂。

图6的流程图描述了在根据本发明的实施方案的井下构件中引起破裂 的技术。

图7、8及9的流程图描述了不同的对铁合金充氢的技术，所述铁合金 形成根据本发明的实施方案的井下构件的至少一部分。

图10的流程图描述了在根据本发明的实施方案的井下构件中用模板形 成可引起破裂的凹槽的技术。

图11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25 及26的图显示了根据本发明的不同实施方案的示例模板图案。