鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】一種鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，包括第一金屬構(gòu)件、鄰近所述第一金屬構(gòu)件的第二金屬構(gòu)件、以及鄰近所述第一金屬構(gòu)件和所述第二金屬構(gòu)件布置的煙火合成物，在所述煙火合成物、第一金屬構(gòu)件、第二金屬構(gòu)件處于鉆孔中的情況下，該煙火合成物配置成進(jìn)行隨后的放熱反應(yīng)而將所述第一金屬構(gòu)件結(jié)合至所述第二金屬構(gòu)件。
【專利說明】鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)及其方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求2011年4月7日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?3/082033的美國(guó)專利申請(qǐng)的 權(quán)益，通過整體引用方式將該美國(guó)專利申請(qǐng)并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]在例如烴回收和二氧化碳封存的行業(yè)中，諸如那些在地層中形成鉆孔所用管件系 統(tǒng)的操作人員通常需要在兩個(gè)管件位于一個(gè)鉆孔內(nèi)時(shí)將一個(gè)管件結(jié)構(gòu)性地連接于另一個(gè) 管件。在這種情況下將管件相對(duì)于彼此密封也往往是需要的。對(duì)于這種情況，已經(jīng)開發(fā)了 采用卡瓦將一個(gè)管件相對(duì)于另一個(gè)管件固定以及采用彈性密封件將一個(gè)管件密封至另一 個(gè)管件的系統(tǒng)，例如懸掛器和封隔器。盡管這些常規(guī)的封隔器如預(yù)期的一樣發(fā)揮其作用并 運(yùn)行良好，但行業(yè)總是善于接受可以降低操作成本、生產(chǎn)成本，并提高其提供的附著和密封 的耐久性的新系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請(qǐng)公開了鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一金屬構(gòu)件、鄰近所述第一 金屬構(gòu)件的第二金屬構(gòu)件、以及鄰近所述第一金屬構(gòu)件和所述第二金屬構(gòu)件布置的煙火合 成物，在所述煙火合成物、第一金屬構(gòu)件、第二金屬構(gòu)件處于鉆孔中的情況下，該煙火合成 物配置成進(jìn)行隨后的放熱反應(yīng)而將所述第一金屬構(gòu)件結(jié)合至所述第二金屬構(gòu)件。
[0005]本申請(qǐng)進(jìn)一步公開了在鉆孔內(nèi)使金屬構(gòu)件結(jié)合的方法。該方法包括:將至少兩個(gè) 金屬構(gòu)件彼此鄰近地定位在鉆孔內(nèi)；將煙火合成物鄰近所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件定位；使所 述煙火合成物發(fā)生放熱反應(yīng)；以及將所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件彼此結(jié)合在一起。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]下面的描述不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為以任何方式進(jìn)行限制。參照附圖，相同的元件標(biāo)號(hào)相 同:
[0007]圖1描述了本申請(qǐng)公開的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)在進(jìn)行放熱反應(yīng)之前的截面圖； 以及
[0008]圖2描述了圖1的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)在已經(jīng)發(fā)生了放熱反應(yīng)之后的截面圖。 【具體實(shí)施方式】
[0009]此處通過例示并參考附圖而提供了所公開的裝置和方法的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方 式的詳細(xì)說明，但本發(fā)明不受附圖所示內(nèi)容的限制。
[0010]參照?qǐng)D1和圖2，本申請(qǐng)所公開的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式被標(biāo)注 為10。結(jié)合系統(tǒng)10包括第一金屬構(gòu)件14 (其在此例示為第一管件);以及第二金屬構(gòu)件18 (其在此例示為相對(duì)于第一管件14徑向放置的第二管件)。煙火合成物22鄰近所述第一管 件14和所述第二管件18布置，在該實(shí)施方式中所述煙火合成物布置于在所述第一管件14和所述第二管件18之間限定的環(huán)狀空間26內(nèi)。所述煙火合成物22被配置為發(fā)生放熱反 應(yīng)，從而釋放足夠的熱量，使得所述第一管件14結(jié)合至所述第二管件。這種結(jié)合可以是通 過熔焊或釬焊進(jìn)行。如果采用熔焊，第一管件14和第二管件18的母體材料以聚結(jié)的方式 被熔化并熔融。如果采用釬焊，煙火合成物22的一部分結(jié)合至第一管件14和第二管件18 兩者，而不引起第一管件14和第二管件18的熔化。第一管件14和第二管件18的結(jié)合導(dǎo) 致以下情況發(fā)生其一或兩者都發(fā)生:使第一管件14在結(jié)構(gòu)上附著于第二管件18以及密封 地結(jié)合于第二管件18。
[0011]結(jié)合系統(tǒng)10被配置為在處于地層34中的鉆孔30中時(shí)起作用，例如其通常用于烴 回收和二氧化碳封存的領(lǐng)域中。在本申請(qǐng)公開的實(shí)施方式中選用煙火合成物22的原因是 因?yàn)槠洳恍枰獊碜酝獠縼碓吹难鯕?，?duì)于鉆孔應(yīng)用來說，由于鉆井流體38的存在，因此在 鉆孔30內(nèi)通?？色@得有限的氧氣(如果有的話)。因此，組成煙火合成物22的物質(zhì)或物質(zhì) 的混合物旨在產(chǎn)生熱量，這是不依靠來自外部來源的氧氣來維持反應(yīng)的非爆炸自維持的放 熱化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。可使用熱熔劑或類似熱熔劑的合成物來作為煙火合成物22。這種煙火 合成物22包括,例如金屬粉末(還原劑)以及產(chǎn)生已知為熱熔反應(yīng)的放熱氧化還原反應(yīng)的金 屬氧化物(氧化劑)。還原劑的選擇例如包括鋁、鎂、鈣、鈦、鋅、硅、硼以及包括上述至少一種 的組合物，而氧化劑的選擇例如包括氧化硼、氧化硅、氧化鉻、氧化錳、氧化鐵、氧化銅、氧化 鉛以及包括上述至少一種的組合物。可通過啟動(dòng)裝置(未示出)開始煙火合成物22的放熱 反應(yīng)，該啟動(dòng)裝置例如可以通過電氣的、化學(xué)的或其他手段來增加煙火合成物22的一部分 的溫度。
[0012]可能期望將煙火合成物22與鉆孔流體38隔離至少直至放熱反應(yīng)已經(jīng)開始。因此， 圖1和圖2的實(shí)施方式將煙火合成物22容裝在限定于所述第一管件14和套筒46之間的腔 室42內(nèi)。所述套筒46在第一端部50處與所述第一管件14密封地結(jié)合，并且通過可移動(dòng) 活塞54經(jīng)由此處被顯示為0型圈的多個(gè)密封件58與所述第一管件14可滑動(dòng)密封地結(jié)合。 活塞54與所述第一管件14的可滑動(dòng)密封結(jié)合使得腔室42內(nèi)部的壓力與腔室42外部的壓 力相等，從而產(chǎn)生壓力平衡裝置62。在可選擇的實(shí)施方式中，可以在沒有壓力平衡裝置62 的情況下密封腔室42，以與腔室42外部的壓力無關(guān)地維持腔室42內(nèi)部的大氣壓力。本申 請(qǐng)公開的結(jié)合系統(tǒng)10可用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的封隔器和/或傳統(tǒng)的懸掛器，所述傳統(tǒng)的封隔器和 /或傳統(tǒng)的懸掛器采用用于固定的卡瓦以及用于將一個(gè)管件密封在另一個(gè)管件內(nèi)部(例如 將一個(gè)套管密封在另一個(gè)套管內(nèi)部、將封隔器密封在套管內(nèi)部、或?qū)⑻坠苊芊庠谝r管內(nèi)部) 的彈性構(gòu)件。所述結(jié)合系統(tǒng)10還可以用來將各種工具，例如吊錨器結(jié)合至底部鉆具組合， 以消除例如對(duì)抓斗、長(zhǎng)矛、打撈筒以及織帶的需要?？纱娴?，所述結(jié)合系統(tǒng)10還可用作用 于側(cè)向鉆的造斜器固定錨，或者用于在連接泄露部或其他鉆孔處修復(fù)損壞的套管。
[0013]一個(gè)或更多個(gè)可熔插塞66可形成腔室42的一部分，以維持腔室42的密封完整性 直至達(dá)到選定的溫度。在選定的溫度之上，所述一個(gè)或更多個(gè)可熔插塞66被損壞，并且煙 火合成物22將自由從腔室42漏出并與第一管件14和第二管件18 二者的壁70結(jié)合。在 重力以及響應(yīng)于腔室42內(nèi)的放熱反應(yīng)而在該腔室內(nèi)積聚的壓力的協(xié)助下，煙火合成物22 從所述腔室被驅(qū)出。一可選的力舍棄構(gòu)件74 (在該實(shí)施方式中作為爆破片示出)可被用作 腔室42的壓力釋放裝置。還可采用流動(dòng)停止器78來維持煙火合成物22 —旦從腔室42離 開則處在相對(duì)于第一管件14和第二管件18 二者的壁70的預(yù)定位置。所述流動(dòng)停止器78例如可以是由陶瓷、聚合物、玻璃或金屬，或其組合制成的。
[0014]另外，還可包括坩堝82來控制所述放熱反應(yīng)以及由所述放熱反應(yīng)所導(dǎo)致的升高 的溫度，以防止所述系統(tǒng)10的靠近所述煙火合成物22的部件過熱，例如防止第一管件14、 第二管件18以及套筒46過熱。陶瓷由于其耐高溫性可以是用于坩堝82中的可取材料。
[0015]盡管本申請(qǐng)公開的實(shí)施方式是針對(duì)同中心定向管件的結(jié)合，但應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā) 明不限于這種結(jié)構(gòu)，并且可考慮替代性實(shí)施方式。例如，位于各種配置中的金屬構(gòu)件可以結(jié) 合在一起，只要所述金屬構(gòu)件足夠靠近所述煙火合成物22，以便在放熱反應(yīng)后進(jìn)行結(jié)合。
[0016]雖然已經(jīng)參照一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改并可用等同物代替 本發(fā)明的元件。另外，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的情況下，還可根據(jù)特定情況或本發(fā)明的 說明的材料進(jìn)行各種修改。因此，本發(fā)明的目的不限于本文公開的作為將執(zhí)行本發(fā)明的最 優(yōu)方式的特定實(shí)施方式，而在于本發(fā)明將包括落在權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。同樣 地，在附圖和說明書中已經(jīng)公開了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，并且雖然已經(jīng)采用了特定術(shù) 語，但除非另有注明外，它們只用于一般性和描述性意義，而不是為了限制，因此本發(fā)明的 范圍不局限于此。而且，術(shù)語第一、第二等的使用不代表任何順序或重要性，而僅用于區(qū)分 一個(gè)元件與另一個(gè)元件。此外，術(shù)語一、一個(gè)等的使用也不代表數(shù)量的限制，而是代表有至 少一個(gè)所引用的項(xiàng)。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，包括:第一金屬構(gòu)件；鄰近所述第一金屬構(gòu)件的第二金屬構(gòu)件；以及鄰近所述第一金屬構(gòu)件和所述第二金屬構(gòu)件布置的煙火合成物，在所述煙火合成物、 第一金屬構(gòu)件、第二金屬構(gòu)件處于鉆孔中的情況下，該煙火合成物配置成進(jìn)行隨后的放熱反應(yīng)而將所述第一金屬構(gòu)件結(jié)合至所述第二金屬構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述放熱反應(yīng)在所述第一金屬構(gòu)件和所述第二金屬構(gòu)件之間產(chǎn)生熔焊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述煙火合成物將所述第一金屬構(gòu)件釬焊至所述第二金屬構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述煙火合成物為煙火藥劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述放熱反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述煙火合成物包括以下還原劑中的至少一種:鋁、鎂、鈣、鈦、鋅、硅、硼以及包括上述至少一種的組合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述煙火合成物包括以下氧化劑的至少一種:氧化硼、氧化硅、氧化鉻、氧化錳、氧化鐵、氧化銅、氧化鉛以及包含上述至少一種的組合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述煙火合成物為熱熔劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述第一金屬構(gòu)件和所述第二金屬構(gòu)件中的至少一個(gè)為管件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述第一金屬構(gòu)件和所述第二金屬構(gòu)件兩者均為相對(duì)于彼此徑向定位的管件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，進(jìn)一步包括配置來將煙火合成物在放熱反應(yīng)之前進(jìn)行隔離的腔室。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，進(jìn)一步包括有插塞，所述插塞可操作地與所述腔室相聯(lián)，以在放熱反應(yīng)期間從腔室脫離，從而使得至少一部分的煙火合成物從所述腔室漏出。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，進(jìn)一步包括活塞以及至少一個(gè)密封件，所述活塞以及至少一個(gè)密封件配置為使得跨活塞的壓力相等且密封所述腔室。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)密封件將煙火合成物與鉆孔流體隔離至少直至所述放熱反應(yīng)開始。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，進(jìn)一步包括配置成對(duì)在所述放熱反應(yīng)期間產(chǎn)生的壓力進(jìn)行限制的壓力釋放裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔金屬構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)，其中所述煙火合成物配置用來當(dāng)將所述第一金屬構(gòu)件結(jié)合至所述第二金屬構(gòu)件時(shí)使得第一金屬構(gòu)件與第二金屬構(gòu)件相密封。
17.一種在鉆孔內(nèi)使金屬構(gòu)件結(jié)合的方法，包括:將至少兩個(gè)金屬構(gòu)件在鉆孔內(nèi)彼此鄰近地定位；鄰近所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件布置煙火合成物；使所述煙火合成物進(jìn)行放熱反應(yīng)；以及將所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件彼此結(jié)合在一起。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的在鉆孔內(nèi)使金屬構(gòu)件結(jié)合的方法，進(jìn)一步包括將所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件其中之一相對(duì)于金屬構(gòu)件中的另一個(gè)相對(duì)于彼此徑向定位。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的在鉆孔內(nèi)使金屬構(gòu)件結(jié)合的方法，進(jìn)一步包括將所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件彼此釬焊在一起。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的在鉆孔內(nèi)使金屬構(gòu)件結(jié)合的方法，進(jìn)一步包括將所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件彼此熔焊在一起。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的在`鉆孔內(nèi)使金屬構(gòu)件結(jié)合的方法，進(jìn)一步包括將所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件相對(duì)于彼此密封。
【文檔編號(hào)】B29C65/00GK103459765SQ201280015613
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月7日
【發(fā)明者】S·M·科爾特斯 申請(qǐng)人:貝克休斯公司