專利名稱：用于釋放沉淀固體的井下工具頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安裝在井下工具上以用于釋放管道、套管、井或任何其它腔室中的腔室流體中的沉淀固體例如冰、垢體或類似物的井下工具頭。
背景技術(shù)：
管道用于例如從石油鉆塔到海岸輸送油、氣等。這種油類流體含有水的成分，并且由于管道位于被水覆蓋的海床上，所以環(huán)境溫度可能引起油類流體冷卻到水組分作為冰沉淀在管道內(nèi)壁上的這種程度。沉淀的冰可至少部分地阻塞管道中的流動，從而降低油類流體的速度。此外，井下套管可由于油中的水組分可能包含堿土陽離子和陰離子的事實而至少部分被垢體堵塞，并且當(dāng)陽離子和陰離子以特定濃度存在時形成不溶于水的垢體。當(dāng)沉淀固體例如冰和垢體松動時，一些固體具有使得它們不能通過公知的釋放工具的尺寸，從而使工具被卡住。此外，當(dāng)在井下鉆井時，地層塊從地層釋放，并且這種塊也可能具有使得塊不能通過工具的這種尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面至少部分在于通過提供一種改進(jìn)的井下工具來克服上述缺點，該井下工具能夠破碎、破裂和/或磨碎諸如冰、垢體或地層塊之類的固體，以防止它們妨礙工具的操作。此方面和從以下描述變得顯而易見的優(yōu)點通過一種井下工具頭來獲得，該井下工具頭用于安裝在井下工具上以用于在井下地層中鉆井或釋放管道、套管、井或任何其它井下腔室中的腔室流體中的沉淀固體例如冰、垢體或類似物，包括-中空筒形本體，帶有從該本體的基部延伸的周壁，該周壁在其與基部相對的一端中具有周沿，其中所述周沿包括用于切削、磨碎、鉆削和/或銑削的多個邊緣，并且其中所述基部具有用于讓包含沉淀固體的腔室流體經(jīng)過所述孔的多個貫通孔。在一個實施例中，所述孔可具有切削邊緣，該切削邊緣用于切削從腔室釋放的沉淀固體并用于將沉淀固體分割為若干塊。在另一實施例中，塊和固體兩者都可大于所述孔。井下工具頭的上述基部可具有基部區(qū)域，并且基部中的孔可構(gòu)成超過20%的基部區(qū)域，優(yōu)選超過30 %的基部區(qū)域，更優(yōu)選超過40 %的基部區(qū)域，且更加優(yōu)選超過50 %的基部區(qū)域。此外，孔中的至少一個可從基部并且沿周壁向上延伸?；恐械拿總€孔可具有一寬度，該寬度構(gòu)成超過1 %的基部區(qū)域，優(yōu)選超過3 %的基部區(qū)域，更優(yōu)選超過5%的基部區(qū)域，且更加優(yōu)選超過8%的基部區(qū)域。
此外，所述孔的切削邊緣具有介于0. Omm與1. Omm之間、優(yōu)選介于0. Omm與0. 5mm 且更優(yōu)選介于0. Omm與0. 2mm之間的曲率半徑。周壁可具有多個孔。另外，周壁可具有周壁區(qū)域，并且周壁區(qū)域中的孔可構(gòu)成超過20%的周壁區(qū)域，優(yōu)選超過30%的周壁區(qū)域，更優(yōu)選超過40%的周壁區(qū)域，且更加優(yōu)選超過50%的周壁區(qū)域。此外，周壁中的每個孔可具有一寬度，該寬度構(gòu)成超過1 %的周壁區(qū)域，優(yōu)選超過 3%的周壁區(qū)域，更優(yōu)選超過5%的周壁區(qū)域，且更加優(yōu)選超過8%的周壁區(qū)域。此外，所述周沿可具有沿所述周沿分布的至少三個邊緣，優(yōu)選至少四個邊緣，更優(yōu)選至少六個邊緣，且更加優(yōu)選至少八個邊緣。邊緣可構(gòu)成超過5%的周沿，優(yōu)選超過10%的周沿，且更優(yōu)選25%的周沿。此外，所述孔中的至少一個的截面可以是圓形、正方形或星形的。在一個實施例中，一元件可布置在井下工具與井下工具頭之間，該元件包括從面向井下工具頭的基部的元件面延伸并且終止于該元件的一側(cè)以讓腔室流體經(jīng)該側(cè)流出的通道。當(dāng)井下工具頭繞工具的縱向軸線旋轉(zhuǎn)時，該通道的至少一個開口可與基部中的孔重疊。另外，元件的元件面可布置成與基部相距比井下工具頭的基部中的孔的寬度小的距離。本發(fā)明還涉及一種帶有用于釋放管道、套管、井或任何其它腔室中的腔室流體中的沉淀固體例如冰、垢體或類似物的工具的井下工具頭的用途。此外，本發(fā)明涉及一種用于在地層或類似的井底鉆井的井下工具，包括-上述井下工具頭，和-用于旋轉(zhuǎn)井下工具頭的驅(qū)動單元，其中所述井下工具頭可設(shè)置在與驅(qū)動單元連接的軸上。最后，本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行井下操作的井下系統(tǒng)，包括-上述井下工具，和-用于在井內(nèi)移動井下工具的驅(qū)動工具，例如井下牽引機(jī)。


下面參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，在附圖中圖IA示出了根據(jù)本發(fā)明的井下工具頭的截面圖，圖IB示出了從上方看去的圖IA的井下工具頭，圖2A示出了井下工具頭的另一實施例的截面圖，圖2B示出了從上方看去的圖2A的井下工具頭，圖3A示出了井下工具頭的又一實施例的截面圖，圖;3B示出了從上方看去的圖3A的井下工具頭，圖4示出了安裝在井下工具上的井下工具頭的截面圖，圖5A示出了釋放的沉淀固體例如垢體撞擊井下工具頭的孔邊緣，圖5B示出了分割為三部分的圖5A的固體，
圖5C示出了進(jìn)入井下工具頭的孔的圖5B的三部分，和圖6示出了井下工具頭的又一實施例的截面圖。附圖僅為示例性的并基于說明的目的示出。
具體實施例方式在圖IA和IB中，示出了根據(jù)本發(fā)明的井下工具頭1。井下工具頭1具有筒形本體 4，該本體是中空的，因為它由周壁5和基部7構(gòu)成。在圖IA中，基部與井下工具頭的底部相同。井下工具頭1用于在井下地層中鉆井或者用于釋放管道、套管3、井或任何其它井下腔室中的腔室流體中的沉淀固體2，例如冰、垢體或類似物。周壁5具有包括用于切削、磨碎、鉆削和/或銑削的多個邊緣8的周沿6。這些邊緣例如可構(gòu)成齒、鉆頭、磨石或鑲嵌件例如碳化鎢鑲嵌件(TCI)的一部分。管道用于例如從石油鉆塔到岸上的精煉廠輸送流體，例如油、油與水的混合物、氣體等。在許多鉆井操作中，油類流體與濾液或其它添加劑混合以便改善鉆井工藝。此外，該流體可包含其它元素，例如切屑、鉆屑、砂、管子涂料、前次爆炸的殘留物、井內(nèi)套管的鐵銹或者從井、套管或地層剝落的附屬物。在下文中，將參考套管3或帶有油類流體的地層中的另一井下腔室來解釋本發(fā)明，不過該流體也可以是氣體等。因此，井下工具頭1被輸送釋放的固體或地層塊的油類流體包圍。當(dāng)在井下地層中鉆井時，地層塊從地層剝離，并且由于井下工具頭1是中空的，地層塊被收集在中空筒形本體4中并且被迫通過基部7中的孔9，該基部是所述本體的底部。 當(dāng)?shù)貙訅K撞擊孔的切削邊緣12時，地層塊在一定程度上被壓碎，因為所述塊被切斷成幾個部分。這樣，地層塊的尺寸縮小使得它們能夠容易地通過地層的內(nèi)壁與井下工具的外壁之間的空間。當(dāng)井下工具頭1用于釋放沉淀在管道或套管3的內(nèi)壁上的固體2時，釋放的固體由于井下工具頭1的形狀而同樣被迫進(jìn)入筒形本體4的底部7中的孔9。因此，油類流體迫使固體朝向孔9，并且當(dāng)固體撞擊孔的切削邊緣12時，固體同樣被切斷成幾個部分。這樣，井下工具頭1能夠?qū)⑺尫诺某恋砉腆w2和地層塊兩者的尺寸縮小到特定尺寸使得縮小的固體或塊能夠通過工具，從而確保井下工具在操作期間不會被卡住。井下工具頭中的孔的切削邊緣12具有介于0. Omm與1. Omm之間、優(yōu)選介于0. Omm 與0. 5mm且更優(yōu)選介于0. Omm與0. 2mm之間的曲率半徑。如圖IA所示，基部7具有六個貫通孔9，所有貫通孔都具有圓形截面(參見圖1B)。 基部7中的每個孔9具有一寬度，該寬度構(gòu)成超過1 %的基部區(qū)域14，在此實施例中大約 3%的基部區(qū)域14。在另一實施例中，基部7中的每個孔9具有一寬度，該寬度構(gòu)成超過3%的基部區(qū)域14，優(yōu)選超過5%的基部區(qū)域14，并且更加優(yōu)選超過8%的基部區(qū)域14?；?中的孔的尺寸取決于地層塊或沉淀固體2的尺寸，這是因為所述孔能夠切斷一定百分比的塊或固體。這樣，井下工具頭并未完全磨碎所述塊或固體，而是還松動較大的塊。這些塊最大比基部中的孔大2 20%，優(yōu)選最大比所述孔大5 10%。因此，可相應(yīng)調(diào)節(jié)井下工具與地層之間的距離。如果不能調(diào)節(jié)所述距離，則將孔9的尺寸調(diào)節(jié)為與井下工具的外壁與地層、套管3或管道的內(nèi)壁之間的距離相對應(yīng)，這是因為如果切斷的塊或固體能夠經(jīng)過井下工具而不卡住工具，孔不比井下工具與地層之間的間隙寬是重要的?？?的數(shù)量取決于油類流體的體積流量，這是因為必須避免塊或固體完全堵塞所有孔，而是讓足量的油類流體經(jīng)過，使得不會妨礙工具在套管3或地層中向前移動。如果地層塊或釋放的固體不能經(jīng)孔9進(jìn)入，則它們將聚集在中空筒形本體4中。然后，油類流體將迫使塊或固體撞擊在孔的切削邊緣12上直到充足比例的塊或固體已從所述塊或固體剝離，以便它們能夠經(jīng)過孔9并且釋放到腔室流體中。這樣，確保了僅允許預(yù)定尺寸的固體或塊經(jīng)過井下工具頭1中的孔9，尺寸通過井下工具與地層或套管3之間的間隙的寬度預(yù)先確定，以確保固體或塊將能夠通過此間隙。在圖2A和2B中，井下工具頭1具有四個孔9，所有孔都具有正方形截面。如從圖 2A能看到，每個孔9始終延伸穿過工具頭1的基部7，同時還沿筒形本體4的筒形壁5的一部分向上延伸并穿過壁5。在圖3A和;3B中，井下工具頭1具有六個孔9，所有孔都具有星形截面。由此，每個孔9設(shè)置有形成有六個點的較長切削邊緣12，從而與具有大致相同內(nèi)尺寸的圓孔相比增加了切削效果，同時，星形孔不允許大很多的地層塊或固體通過。圖4中示出了帶有井下工具的井下系統(tǒng)，該井下工具具有安裝在工具上的井下工具頭1。該井下工具由用于使井下工具在井內(nèi)移動的驅(qū)動工具16例如井下牽引機(jī)驅(qū)動。井下工具頭1由驅(qū)動單元15旋轉(zhuǎn)。如能看到的，井下工具頭1中的孔9的寬度與井下系統(tǒng)的外壁與套管3的內(nèi)壁之間的距離大致相同。在圖5A-5B中，示出了孔的切削邊緣12如何能夠切斷所釋放的沉淀固體2或地層塊的一部分。在圖5A中，固體2或塊已撞擊孔9的邊緣，從而引起固體2或塊開裂。當(dāng)裂縫已延伸穿過整個固體2或塊時，固體2或塊被分為三部分，如圖5B所示。這樣，塊或固體 2縮小為一個主要部分，該主要部分然后能夠經(jīng)過孔9，如圖5B-5C所示；以及隨后也進(jìn)入通過所述孔的多個(在本例中為兩個)較小部分。如果圖5A的主要塊或固體2未顯著縮小，則油類流體將迫使縮小的塊或固體2繼續(xù)撞擊在孔9的邊緣12上。當(dāng)井下工具在套管3或井下地層中向前移動時，井下工具頭1 被油類流體沖刷，并且這樣油類流體能夠迫使塊或固體2朝向井下工具頭1中的孔9。在井下工具的速率不夠高到使固體2撞擊在井下工具頭1的基部中的孔9的邊緣上的情況下，壓碎元件18可布置在工具頭與井下工具之間，從而形成井下工具頭組件100， 如圖6所示。井下工具頭組件100的壓碎元件18包括至少一個通道19，該通道在面向工具頭1的基部的元件面中帶有開口。元件18布置成與基部相距一段小的距離以便能夠壓碎部分地穿過基部中的孔9突出的固體2。這樣，固體2被壓碎成較小的塊，從而使它們能夠經(jīng)基部中的孔9離開井下工具頭1。因此，固體2不再占用井下工具頭1內(nèi)部的空間并妨礙使用井下工具頭進(jìn)一步鉆井。井下工具頭1經(jīng)由軸連接到井下工具，并且元件18布置在同一軸周圍并且被固定到井下工具上。因此，元件18是靜止的，而井下工具頭1能夠繞井下工具的縱向軸線旋轉(zhuǎn)， 從而在工具頭旋轉(zhuǎn)時迫使部分突出于工具頭的基部中的孔9的固體2撞擊在元件中的開口上。隨后，壓碎的固體2經(jīng)通道19逸散并且選出到井下工具周圍的腔室中。在圖6中，壓碎元件18被示出為包括兩個通道19 ；然而，該元件可包括更多的通道以便確保通道的開口始終至少部分與工具頭1的基部中的孔9對準(zhǔn)。最佳方案是使通道開口的至少一部分與基部中的孔9重疊；然而，即使所述孔在工具頭1相對于元件旋轉(zhuǎn)的過程中未始終與所述開口重疊，元件8也能夠壓碎固體2。為了獲得壓碎效果，元件18的元件面必須定位成與基部相距一定距離，該距離小于工具頭1的基部中的一個孔9的寬度。如果孔不是圓形的并因此寬度不同，則應(yīng)該使用孔的最小寬度作為基礎(chǔ)。元件18的面與工具頭1的基部之間的距離可優(yōu)選小于50mm，更優(yōu)選小于25mm，且更加優(yōu)選小于10mm。在圖6中，通道19的開口的寬度大于基部中的孔9的寬度；然而，該開口的寬度也可等于孔的寬度。元件18被示出為具有與工具頭1相同的直徑，但在另一實施例中，元件的直徑可小于或大于工具頭的直徑。圖6的通道19具有與通道的開口相同的寬度，并且在固體2已進(jìn)入通道的開口之后，它們被弓I導(dǎo)通過一基本上直的滑槽并經(jīng)元件一側(cè)中的開口引出并因此從井下工具引出。通道19可具有任何適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤?。圖7A示出了壓碎元件18的在圖6中示出的視圖D-D。壓碎元件18具有四個開口 19以及連接壓碎元件和井下工具頭的中心軸11。在圖7B和7C中，示出了壓碎元件18的其它實施例，從與圖7A相同的視向看。在圖7A中，孔是圓形的，但在另一實施例中，孔可以具有更有機(jī)的形狀。在圖7B和7C中，開口 19從壓碎元件的頂面并且沿著壓碎元件的側(cè)面延伸使得當(dāng)元件經(jīng)過井下工具頭的孔時元件的邊緣起到切削邊緣12的作用。在圖7B中， 所述元件具有三個開口，而在圖7C中，所述元件具有四個開口。在圖7C中，所述元件具有帶切削邊緣12的切削鑲嵌件12使得元件的材料可與切削邊緣的材料不同。通過具有切削鑲嵌件，能夠通過改變鑲嵌件而容易地提高或重新建立壓碎元件的切削能力。在井下工具不能始終沉入套管3的情況下，能使用井下牽引機(jī)來始終推動井下工具在套管中就位。井下牽引機(jī)是任何類型的能夠在井內(nèi)推動或拉動工具的驅(qū)動工具，例如 Well Tractor 。
權(quán)利要求
1.一種用于安裝在井下工具(10)上以釋放管道、套管(3)、井或任何其它井下腔室中的腔室流體中的沉淀固體( 例如冰、垢體或類似物的井下工具頭(1)，包括-中空筒形本體G)，帶有從所述本體的基部(7)延伸的周壁(5)，所述周壁( 在其與所述基部相對的一端中具有周沿(6)，其中所述周沿(6)包括用于切削、磨碎、鉆削和/或銑削的多個邊緣(8)，其中所述基部(7)具有多個貫通孔(9)以用于讓包含沉淀固體的腔室流體經(jīng)過所述孔，并且其中所述孔(9)具有用于切削從所述腔室釋放的沉淀固體(2)并且用于將所述沉淀固體(2)分割成幾塊的切削邊緣(12)，所述沉淀固體大于所述孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述基部(7)具有基部區(qū)域 (14)并且所述基部(7)中的所述孔(9)構(gòu)成超過20%的基部區(qū)域，優(yōu)選超過30%的基部區(qū)域，更優(yōu)選超過40%的基部區(qū)域，且更加優(yōu)選超過50%的基部區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述孔中的至少一個從所述基部(7)并且沿所述周壁(5)向上延伸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述基部(7)中的每個孔(9)具有一寬度，所述寬度構(gòu)成超過的基部區(qū)域，優(yōu)選超過3%的基部區(qū)域，更優(yōu)選超過5%的基部區(qū)域，且更加優(yōu)選超過8%的基部區(qū)域。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述孔的所述切削邊緣(12)具有介于0.0mm與1.0mm之間、優(yōu)選介于0.0mm與0. 5mm之間且更優(yōu)選介于 0. Omm與0. 2mm之間的曲率半徑。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述周壁具有多個孔和周壁區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述周壁中的所述孔構(gòu)成超過 20 %的周壁區(qū)域，優(yōu)選超過30 %的周壁區(qū)域，更優(yōu)選超過40 %的周壁區(qū)域，且更加優(yōu)選超過50%的周壁區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述周壁中的每個孔具有一寬度，所述寬度構(gòu)成超過1 %的周壁區(qū)域，優(yōu)選超過3 %的周壁區(qū)域，更優(yōu)選超過5 %的周壁區(qū)域，且更加優(yōu)選超過8%的周壁區(qū)域。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述周沿具有沿所述周沿分布的至少三個邊緣，優(yōu)選至少四個邊緣，更優(yōu)選至少六個邊緣，且更加優(yōu)選至少八個邊緣。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述邊緣構(gòu)成超過5%的周沿，優(yōu)選超過10%的周沿，且更優(yōu)選25%的周沿。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下工具頭(1)，其特征在于，所述孔中的至少一個的截面是圓形的或正方形的。
12.—種井下工具頭組件(100)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的井下工具頭組件和布置在所述井下工具與所述井下工具頭之間的元件(18)，所述元件包括開口和元件面，該元件面布置成與所述基部相距比所述井下工具頭的基部中的孔的寬度小的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的井下工具頭組件(100)，其特征在于，所述元件包括從所述元件面的開口延伸并且終止于所述元件的一側(cè)以讓腔室流體經(jīng)所述側(cè)流出的通道(19)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的井下工具頭組件(100)，其特征在于，當(dāng)所述井下工具頭繞所述工具的縱向軸線旋轉(zhuǎn)時，所述通道的至少一個開口與所述基部中的孔重疊。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項所述的井下工具頭用于釋放管道、套管(3)、井或任何其它腔室中的腔室流體中的沉淀固體( 例如冰、垢體或類似物或者用于在井下地層中鉆井的用途。
16.一種井下工具(10)，包括:-根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項所述的井下工具頭(1)，和-用于旋轉(zhuǎn)所述井下工具頭(1)的驅(qū)動單元(15)，其中，所述井下工具頭設(shè)置在與所述驅(qū)動單元(1 連接的軸(11)上。
17.一種用于執(zhí)行井下操作的井下系統(tǒng)(20)，包括 -根據(jù)權(quán)利要求16所述的井下工具，和-用于在所述井內(nèi)移動所述井下工具的驅(qū)動工具，例如井下牽引機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于安裝在井下工具(10)上以用于在井下地層中鉆井或者用于釋放管道、套管(3)、井或任何其它井下腔室中的腔室流體中的沉淀固體(2)例如冰、垢體或類似物的井下工具頭(1)。該井下工具頭包括中空筒形本體(4)，該中空筒形本體帶有從本體的基部(7)延伸的周壁(5)，該周壁在其與基部相對的一端中具有周沿(6)。周沿(6)包括用于切削、磨碎、鉆削和/或銑削的多個邊緣(8)，并且基部具有多個貫通孔(9)以用于讓包含沉淀固體的腔室流體經(jīng)過所述孔。
文檔編號E21B27/00GK102482926SQ201080036900
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者J·哈倫德貝克, S·K·延森 申請人:韋爾泰克有限公司