[发明专利]使用井下工具的方法

说明书

本申请是申请号为201280037968.0、名称为“井下工具以及使用方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体涉及在石油和天然气钻井孔中使用的工具。具体而言，本发明涉及可以在钻井孔中使用的并且可以用于钻井孔隔离的井下工具，以及涉及相同工具的系统和方法。在特定的实施例中，所述工具可以是由可钻孔材料制成的复合插塞。

背景技术

石油和天然气井包括延伸到表面(例如，地球表面)以下一定深度的地层中的钻井孔，并且通常具有管状衬里，例如，铸件，以增加井的强度。多种具有商业价值的烃源是在“致密”储层中发现的，也就是说目标烃产物可能不易于提取。这些储层的地层(例如，页岩)通常具有较低的穿透性，并且在不使用伴随有操作的钻孔的情况下从这种地层中生成烃(即，天然气、石油等)是不经济的

压裂是在工业中常用的并且越来越受欢迎且得到了普遍的接受，其包括在各个目标区域下方或者之外的钻井孔中使用插塞组，随后将高压压裂流体泵入或者注入到所述区域中。压裂操作导致了地层的破裂或者“裂缝”，从而使得烃更加容易由操作员提取出来并且进行生产，并且可以按照意愿或者需要来重复进行直到所有的目标区域都破裂为止。

压裂插塞用于隔离目标区域以进行压裂操作的目的。此类工具通常是由耐用的金属构建的，其中密封元件是可压缩材料，该材料也可以径向向外扩展以啮合管状物并且封闭钻井孔的一部分，从而使得操作员能够控制流体的通道或者流动。举例来说，通过在钻井孔中形成压力密封以及/或者通过管状物，压裂插塞使得压力流体或固体对目标区域或者地层的隔离部分进行处理。

图1描绘了常规的堵塞系统100，其包括井下工具102的使用，所述工具用于对钻入地层110的钻井孔106的一部分进行堵塞。工具或者塞子102可以在适当的情况下借助于工作管柱105(例如，e-线路(e-line)、金属线路、连续管路(coiled tubing)等)以及/或者安装工具112而下降到钻井孔106中。工具102通常包括具有可压缩密封部件122的主体103，以抵靠着周围的管状物(例如，壳体108)的内表面107来密封工具102。工具102可以包括设置在一个或多个滑块109、111之间的密封部件122，所述滑块用于帮助将工具102保持在原位。

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。随着安装序列的推进，滑块109相对于主体103和滑块111移动，密封部件122得到驱动，且滑块109、111抵靠着对应的圆锥表面104得到驱动。此移动轴向地压缩以及/或者径向地扩展可压缩部件122以及滑块109、111，这使得这些组件从工具102被向外推动，以接触内壁107。通过这种方式，工具102提供了一种密封，预期这种密封能够防止液体从钻井孔的一部分113跨过或者穿过工具102转移到另一部分115(或者反之亦然等)，或者转移到表面。工具102还可以包括内部通道(未图示)，所述通道在使用者期望时允许部分113与部分115之间的流体连通。时常地，多个部分是借助于一个或多个额外的插塞(例如，102A)而隔离的。

通过适当的安装，插塞可以经受较高的或者极端的压力和温度条件，这意味着插塞必须能够承受这些条件而不会发生插塞或者由密封元件形成的密封的毁坏。高温通常定义为高于200°F的井下温度，且高压通常定义为高于7,500psi以及甚至高于15,000psi的井下压力。极端钻井孔条件还可以包括较高和较低pH环境。在这些条件下，常规的工具，包括具有可压缩密封元件的那些，可能由于降解而变得无效。举例来说，密封元件可能会融化、固化，或者失去弹性，导致丧失形成密封屏障的能力。

在生产操作开始之前，还必须移除插塞，使得生产管道的安装可以发生。这通常是通过钻穿安装插塞而发生的，但是在一些实例中，可以基本上完整地将插塞从钻井孔中移除。可回收插塞的一个常见的问题是插塞顶部的碎屑的累积，这可能会造成难以或者无法啮合和移除插塞。此类碎屑累积还可能不利地影响插塞内的多个部分的相对移动。另外，通过现有的回收工具，抵靠着井壳体的振动或摩擦可能造成回收工具的意外的拉开插栓(导致工具进一步滑入到钻井孔中)，或者插塞的重新锁定(由插塞锚固元件的启动造成)。类似于这些的问题通常使得有必要钻出原本打算回收的插塞。