贯通锥形鼻形工具

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年7月20日提交的美国申请序列号63/054,097、2020年12月7日提交的美国申请序列号63/122,079、2021年7月19日提交的美国申请序列号17/379,474和2021年7月19日提交的美国申请序列号17/379,497的较早申请日的权益，其全文以引用方式并入本文。

背景技术

在资源回收工业中，通常需要将两根柱接合在一起以完成井筒系统。工业上使用锥形鼻形工具，诸如“牛鼻形”工具(通常被认为是闭合端锥形工具)和导鞋(通常被认为是开口端锥形鼻形工具)，以便在将两根柱接合在一起时改善对准并使两根柱彼此同心。这样的牛鼻形工具极为奏效并且被普遍使用。牛鼻形工具的不足之处在于，由于其剖面封闭了井筒，因此通过油管和井干预方法不再能够通过牛鼻进行。然而，随着井已经变得越来越复杂和敏感，导鞋对于保护井下工具柱的面向上的剖面变得越来越关键。简单的解决方案(诸如半导鞋)在某些情况下不适用，因为可能会损坏并无法旋转上部工具柱。所提出的装置是几种配置，这些配置消除或减轻了与标准导鞋相关的一些风险，并允许牛鼻形工具的能力，同时能够在导鞋的井下执行未来任务。

发明内容

用于井筒的贯通锥形鼻形工具的一个实施方案包括壳体安装部分和锥形鼻形部件，所述锥形鼻形部件包含附接到所述壳体安装部分的可降解材料。

附图说明

以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：

图1是锥形鼻形工具处于运行状态下的实施方案的透视图；

图2是图1中所示的工具处于贯通状态下的透视图；

图3是图1中所示工具处于运行状态下的端视图；

图4是图1中所示工具处于贯通(打开)状态下的端视图；

图5和6示出了图1的工具的剖视图；

图7示出了处于运行位置的类似于图1的工具的替代实施方案；

图8是处于打开位置的图7的工具；

图9是图7中所示工具处于运行状态下的端视图；

图10是图7中所示工具处于贯通(打开)状态下的端视图；

图11和12示出了图7的工具的剖视图；

图13至图14示出了图1至图12中所示的工具的部分的放大图；图15A至图15G示出了用于图1的工具的各种偏压构件；

图16至图17示出了图1中工具的操作。

图18是处于运行状态的锥形鼻形工具的另一个实施方案的剖视图；

图19是图18中所示工具处于部分取回位置时的剖视图；

图20是图18中所示工具处于更大的部分取回位置时的剖视图；

图21示出了图18处于完全取回位置时的实施方案；

图22是图21的替代实施方案，但增加了通孔；

图22A是另一个可选实施方案；

图23是图18的工具处于运行状态下的透视图；

图24是处于部分取回位置的图18的工具；

图25是另一可选实施方案的透视图，其中鼻部是可降解的，示出了增加降解速率的孔图案；

图26是图25的剖视图；

图27和28是其它可降解实施方案的替代几何形状；

图29是另一替代锥形鼻形工具实施方案的剖视图；

图30是图29的实施方案的剖视图，其中鼻部构件被部分地弹出；

图31示出了图29的实施方案，其中鼻部构件被完全弹出；

图32至图34示出了与图29至图31类似的概念；

图35是采用流体驱动旋转的锥形鼻形工具的另一实施方案的剖视图；

图36是图35的实施方案的透视图；

图37示出了与图36的初始位置相比的锥形鼻形部件的旋转；

图38是锥形鼻形工具的另一个实施方案的剖视图；

图39是图38的实施方案的透视图；

图40示出了与图39的初始位置相比的锥形鼻形部件的旋转；

图41是包括如本文所公开的锥形鼻形工具的井筒系统的示意图；

图42是另一个可选实施方案；

图43是图42的部分的放大视图；

图44是图35至图37的实施方案的相关实施方案，并且

图45是图44的实施方案的剖视图。

具体实施方式

本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。

本文公开了锥形鼻形工具的几个实施方案。在每个实施方案中，该工具不仅提供传统牛鼻形工具或导鞋的功能，以帮助引导柱通过敏感的井下轮廓，而且还提供允许贯通管道工具通过的能力。这对于本领域是非常有益的，因为它降低了风险并且使得能够在井的下部完井时采取随后的行动。

参照图1至图4，示出了锥形鼻形工具的第一实施方案。如本领域技术人员将认识到的，在运行位置，锥形鼻形工具10的作用与传统的牛鼻形工具相同，其允许轮廓和悬挂点的探测比没有牛鼻形工具的柱容易得多。如本文所公开的锥形鼻形工具10的不同之处在于其还可配置成图2所示的打开位置，以消除对贯通管道操作的任何阻碍。

锥形鼻形工具10包括具有管状形状的壳体12，该管状形状在一些情况下将是如图所示的圆柱形。多个门14枢转地附接到壳体12。例如，如图1、图3或图5所示，多个门中的每一个门被成形和布置成使得当多个门14被合在一起时产生锥形形式。图中示出了三门构型，但也可以设想其他数量的门，诸如2、4、5等。本实施方案中的门包括闭合的鼻部构型16，其中每个门14包括鼻部构型16的一部分，该部分结合在一起以形成完全闭合的鼻部。如图2所示，在一些实施方案中，保持构件18设置在闭合鼻部构型16的区域中，以帮助保持门14闭合。在实施方案中，保持构件可以是磁性的并且可以是永磁体。这些是可选的，但在某些情况下可能是有用的。此外，(或仅)保持门14闭合的是偏压构件20。这些在图2中可见并且可以在图5、图6和图11至图15中更详细地看到。同时也可以考虑用于将门14偏压到闭合位置的其它具体构型，诸如围绕门和主体之间的枢转点21设置的扭转弹簧15(在图15A(闭合)和图15B(打开)中可见)；在图15C(闭合)和图15D(打开)中可见的拉伸弹簧17、用于偏压门的活塞布置、设置在门的面与本体之间的压缩弹簧等。从图15A、15B和15E应当理解的另一可选特征是门14的底部表面23和门14的止动表面25。底部表面的角度和尺寸与门14安装在其上的管状端面29相匹配，使得即使在没有其他门14的情况下，每扇门14被推到闭合位置，也不会围绕其枢轴旋转超过它应该旋转的范围。相反，表面29和底部表面23将以该枢转程度接触。此外，每个止动件25被构造和定位成与相邻的止动件25相互作用，以防止门14打开得比它们应该打开得更多。当达到最大设计开口时，相邻表面25将接触。用于偏压门14的另一构型在图15F中示出，其中交替的拉伸弹簧17a被安装成延伸穿过门14的较大纵向部分。弹簧17a的一端在连接部31处安装至门14，并且另一端在连接部33处安装至壳体12。应当理解，弹簧17a位于枢轴21的径向内侧，因此将趋向于将门14移动到闭合位置。由于枢轴21靠近弹簧17a的位置，一个实施方案将包括支撑部29，以防止弹簧17a移动超过枢轴21的中心并且用于打开而不是闭合门14。在用于将门14偏压至闭合位置的又一构型中，参照图15G，一个或多个锥形弹簧35(也称为弹簧垫圈)设置在门14与壳体12之间。该构型包括在枢轴39处枢转地连接到门14并且在枢轴43处枢转地连接到环41的连杆37。连杆37将门14的打开运动转化为枢轴43的轴向位移，这继而导致环41压缩锥形弹簧35。锥形弹簧35的弹性趋于闭合门14。

图5、图6和图11至图15示出了两个实施方案，其中偏压构件20是平板24弹簧构件或弯曲板26弹簧构件(片簧)。弹簧构件24或26被定位成当门14闭合时靠近静止位置(但仍然偏转以产生力)，并且当门处于打开位置时远离静止位置(即，更偏转)。这可以在图中看出。由于门处于打开位置时弹簧构件24或26的更大偏转，工具10总是被朝向闭合位置偏压。在使用期间，工具可通过输入件打开(诸如到达下文讨论的管状件的较窄部分)并且在移除输入件时将自动闭合。因此，这也意味着工具可以在单次运行期间或在单个运行期间在位置之间循环多次，如操作者的利益所要求的。

参照图3，显而易见的是，每个门14包括打开构件22，如果该打开构件22与工具10在其中运行的壳体或管道的一部分接触，则将在打开构件22上施加载荷。构件22上的载荷是上述输入的一个示例。构件22上的载荷使得门14围绕它们各自的枢转点21与壳体12一起旋转。足够的输入导致门14的打开以将工具10置于其打开位置。

参照图15至图17，示出了运行和打开顺序。应当理解，在图15中，工具10容易地滑动(保持闭合)通过壳体32的轮廓30区域，否则该轮廓30区域可以悬挂钝的柱，但是在该轮廓30的井下端部处，其中壳体包括颈缩36，门14将开始打开。这可以在图15和16中看到，作为考虑接触区域34的顺序，接触区域34接触门14的打开构件22。当工具10保持在壳体32的一部分中时，该部分具有如上所述的较小直径，使得门14打开，门将保持打开。当工具10移动到壳体32内的一个位置时，该位置的内径大于所提到的颈缩区域，工具10将在偏压构件20的偏压作用下自动闭合门14，如图所示，偏压构件20可以是弹簧构件24、26。

在一个非常类似的实施方案中，参照图7至图12，流动端口40形成在门14的端部处，而不是闭合的鼻形构型16。如果需要的话，该实施方案允许流体在运行时流过工具10，并且减少了对沿井上方向行进的工具的阻碍。在其它方面，通过参考前述内容解释图7至图12中所示的工具，对于本领域的普通技术人员来说，微小的改变是清楚的。

在如本文所公开的锥形鼻形工具的另一个实施方案中并且参照图18至图24，示出了可取回的锥形鼻形工具50。工具50被示出在管状或密封孔52内。工具50包括围绕锥形主体或鼻部56设置的壳体54和设置在锥形主体56内的移动套筒58。在图18中，工具50示出为处于运行位置，其中锥形主体56经由诸如卡爪、C形环等的固定件60固定到壳体54，该固定件径向穿过鼻部56中的固定开口55。移动套筒58将固定件60保持就位。在该位置中，工具50的作用如同任何传统的导鞋工具。然而，当希望消除锥形鼻形工具对通管操作造成的阻碍时，工具50的部分可通过移动移位套筒58以将凹部62定位在固定件60的径向内侧而取回，使得固定件60可移出壳体54中的锁定沟槽64。该位置在图19中示出。在固定件60与锁定沟槽64脱离接合的情况下，主体56和切换套筒58以及固定件60可从壳体54移除。在图20中示出了所述运动的进程。最终，主体56和移动套筒58以及固定件60的整体将从壳体54移除，从而将壳体54留在密封孔52中的适当位置并且在其内径处打开以用于通管操作。这种情况在图21中示出。图22是示出锥形主体57中的中心孔61的替代实施方案，该中心孔允许至少流体并且在一些情况下允许其它工具穿过锥形鼻部。在类似的实施方案中，参照图22A，切换套筒58被构造有扭矩凸耳59，该扭矩凸耳在锥形主体57的取回失败的情况下便于钻孔操作。图22A的实施方案的附加特征是螺纹连接65而不是卡环，这在某些情况下可能潜在地妨碍操作。图23和24提供了工具50处于运行位置(图23)和部分取回位置(图24)的透视图，该位置与图20所示的位置一致。该实施方案中的工具50包括流动开口63，以允许流体在锥形鼻部被取回之前流过工具50。应当理解，尽管图18至图24示出了该实施方案的一个变型，其中主体56在轴向中央闭合，但在另一变型中，在该主体中存在中央轴向开口以允许流体在需要时流过，类似于图22中的孔61。

在锥形鼻形工具的又一实施方案中，并且参照图25至图28，设想锥形鼻形工具82的锥形鼻形部件80是可降解的(即，可溶解的、可崩解的等)。基本上意味着该组件在指定的时间帧上消失)。一种可能的材料是InTallic

参照图29至图31，示出了又一个锥形鼻形工具实施方案。锥形鼻形工具98的该实施方案考虑通过压力从壳体102移除锥形尖端100。锥形尖端100通过诸如剪切螺钉或类似物的保持构件104附接到壳体102。当在钻孔中运行该实施方案时，实现了牛鼻形工具的功能。当不再需要该功能时，可以在对连接到工具98的柱加压之后启动通管操作。在选定的阈值压力下，保持构件104将释放并且尖端100将从壳体102释放。在图30中示出了部分排出，并且在图31中示出了仅留下壳体102的完全移除。在该实施方案的变型中，尖端100可以是可降解的或易碎的，使得当从壳体102释放时，尖端100或其部件将不会阻碍其它井筒操作。

在类似但不同的实施方案中，参照图32至图34，不同的锥形尖端110安装到壳体102。该安装与图29至图31中的相同，但应注意，锥形尖端110不是封闭端，而是为物体116提供端口112和阀座114，物体116可能在运行时存在，或根据需要在运行后流向阀座。在任一情况下，如图29至图31所示实施方案中的加压都会导致保持构件104释放，并且锥形尖端110弹出，如图33所示。类似于图31的图34示出了在锥形尖端110弹出并且准备好通管操作之后的壳体102。此外，如在上述实施方案中，预期锥形尖端110可以是易碎的或可降解的，使得在弹出时，其部件或碎片将不干扰其它井筒操作。

在又一个实施方案中，参照图35至图37，锥形鼻形工具120包括壳体122和旋转鞋部件124。鞋部件124经由轴承126安装到壳体122，从而允许鞋部件124相对于壳体122容易地旋转。在鞋部件124的内径表面处是与流过鞋部件124的流体相互作用的一个或多个螺旋凹槽128。与螺旋凹槽相互作用的流动流体将导致鞋部件124旋转。还应当理解，鞋部件124的前端130被不对称地切割。这对于实施方案的操作是重要的。在这种情况下，尽管不具有传统牛鼻形工具的长锥形引导部分，但是通过同时利用鞋部件124的非对称轮廓和旋转，实现了引导鼻部的功能。由于鞋部件124端部不对称性和旋转的组合，其将倾向于攀爬任何轮廓或悬挂点。通过这样做，工具将仅通过使流体流过这些点来工作。在这种情况下，对该锥形鼻形工具120所连接的柱的ID没有限制。更确切地说，ID是完全打开的，使得稍后的通管操作将不会受到阻碍。

现在参照图38至图40，示出了锥形鼻形工具140的另一个实施方案，其具有可旋转地连接到壳体144的鞋部件142。该工具与图35至图37中的工具相似，因为它由于流体流动而旋转，并且由于非对称的前端而攀爬穿过的井筒管件中的障碍物，但不同之处在于旋转的动力是一系列用于流体流动的端口146和块148，而不是先前实施方案中的螺旋槽。端口146以不同于正交地穿过鞋部件142的壁150的方式布置，并且全部以相同的角度穿过壁150，使得流过端口146的流体将共同地在鞋部件142中产生旋转。通过溶解块148(块可以是可降解材料)或通过粉碎等去除块，使该工具140适应整个管道操作。整个锥形鼻形工具140也可以是能够溶解的。

参照图41，示出了井筒系统160。该系统包括设置在地下地层164中的钻孔壁162。在钻孔162内是第一管状结构166和第二管状结构168。第二管状结构168被示出为延伸到第一管状结构166中并且采用上述锥形鼻形工具的实施方案中的任何一个。为了示例性目的特别示出的是锥形鼻形工具10。

参照图42和43，示出了具有锥形鼻形部件202的锥形鼻形工具200的另一个可降解实施方案。鼻形部件202的特征在于前锥体204和后锥体206，使得工具200将如在前述实施方案中那样容易地穿过钻孔或管柱中的限制，并且还由于后锥体206而允许贯通管道运行工具容易地离开部件202以及减少部件202的流动腐蚀。部件202是完全可降解的，因此将在指定的时间范围内消失。一旦部件202消失，芯轴208被暴露。应当理解，芯轴208包括斜切面210，该斜切面被构造、定位和定向成便于工具通过芯轴208的反向循环。图43放大了图42的一部分，以更清楚地示出用于将部件202固定到芯轴208的粘合剂层212。在使用粘合剂的实施方案中，避免了诸如压力配合或收缩配合之类的固定，这些固定也是可以预期的，但是是更昂贵的制造选择。最后，图43还示出了围绕整个锥形鼻形工具200连续的涂层214。该涂层允许更好地控制工具200何时开始降解。

参照图44和图45，公开了类似于图35至图37的实施方案的另一实施方案。图35至图37的描述也适用于该实施方案，但是图44和图45的实施方案还包括一个或多个外表面螺旋沟槽129。对于各种构型，沟槽129可以是沟槽128的补充或代替沟槽128。外表面沟槽129可以进一步帮助引起旋转鞋125的旋转。在其它方面，图44和图45的实施方案与图35至图37的实施方案相同。

下面示出了前述公开的一些实施方案：

实施方案1：用于井筒的贯通锥形鼻形工具包括壳体安装部分和锥形鼻形部件，所述锥形鼻形部件包含附接到所述壳体安装部分的可降解材料。

实施方案2：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述锥形鼻形部件完全由可降解材料形成。

实施方案3：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述锥形鼻形部件在其中限定开口。

实施方案4：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述开口沿着所述部件的纵向轴线延伸。

实施方案5：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述锥形鼻形部件在其中限定多个开口，所述开口中的至少一个被限定为与所述部件的纵向轴线成一角度。

实施方案6：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述多个开口中的每个开口从与所述部件的纵向轴线对准的中心纵向开口成角度地延伸穿过所述部件到达所述部件的外表面。

实施方案7：根据任何前述实施方案所述的工具，其中部件包括为截头圆锥形的外表面。

实施方案8：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述部件包括倒圆的外表面。

实施方案9：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述倒圆的表面是牛鼻。

实施方案10：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述部件接合所述壳体安装部分的外表面。

实施方案11：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述部件接合所述壳体安装部分的内表面。

实施方案12：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述部件与所述壳体安装部分之间的接合是通过螺纹实现的。

实施方案13：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述部件与所述壳体安装部分之间的接合是通过压力配合实现的。

实施方案14：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述部件与所述壳体安装部分之间的接合是通过紧固件实现的。

实施方案15：根据任何前述实施方案所述的工具，其中所述部件与所述壳体安装部分之间的接合是通过粘合剂实现的。

实施方案16：一种用于在井筒中操作的方法，所述方法包括将根据任何前述实施方案所述的工具运行到井筒中，用工具探测井下轮廓，以及降解所述工具的锥形鼻形部件的可降解部分。

实施方案17：根据任何前述实施方案所述的方法，其中所述降解包括向所述工具施加流体，所述流体被构造成引起所述工具的所述可降解部分的降解。

实施方案18：根据任何前述实施方案所述的方法，其中所述降解包括允许井下流体降解工具的为可降解的部分。

在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。术语“约”、“基本上”和“大致上”旨在包括，基于在提交申请时可用的设备，与特定数量的测量相关联的误差度。例如，“约”和/或“基本上”和/或“大致上”可包括给定值的±8％或5％、或2％的范围。

本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的设备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井等。

虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。