СКВАЖИННЫЙ ИНСТРУМЕНТ, ОСНАЩЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТОМ СКВАЖИННОГО ИНСТРУМЕНТА, СОДЕРЖАЩИМ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫЙ МЕТАЛЛ, И ЭЛЕМЕНТОМ СКВАЖИННОГО ИНСТРУМЕНТА, СОДЕРЖАЩИМ РАЗЛАГАЕМУЮ СМОЛЯНУЮ КОМПОЗИЦИЮ, И СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
DOWNHOLE TOOL EQUIPPED WITH A DOWNHOLE TOOL ELEMENT CONTAINING A CHEMICALLY ACTIVE METAL AND A DOWNHOLE TOOL ELEMENT CONTAINING A DEGRADABLE RESIN COMPOSITION, AND A WELL DRILLING METHOD

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к резиновому элементу для скважинных инструментов для добычи углеводородного ресурса, такого как нефть или природный газ, и извлечения углеводородного ресурса, а также к скважинному инструменту и способу извлечения углеводородного ресурса.
Уровень техники
[0002] Углеводородные ресурсы, такие как нефть или природный газ, добывают посредством извлечения через скважины (нефтяные скважины или газовые скважины, в совокупности именуемые «скважинами»), имеющие пористый и проницаемый подземный пласт. С увеличением потребления энергии во всем мире возникает необходимость бурения более глубоких скважин, глубина которых достигает более 9000 м. В постоянно эксплуатируемых скважинах проницаемость подземных пластов ухудшается и со временем становится недостаточной, и для продолжения эффективного извлечения углеводородных ресурсов из подземных пластов выполняют стимулирование продуктивного пласта. Известными способами стимулирования являются кислотная обработка и гидравлический разрыв пласта (патентный документ 1). Кислотная обработка представляет собой способ, при котором проницаемость продуктивного пласта увеличивается посредством нагнетания в продуктивный пласт кислоты, такой как соляная кислота или плавиковая кислота, и растворения компонентов реакции коренных пород (карбонатов, глинистых минералов, силикатов и т. п.). Однако были выявлены различные проблемы, связанные с использованием сильных кислот, а также было отмечено увеличение расходов, к которым приводили различные меры для предупреждения этих проблем. Таким образом, для формирования трещин в продуктивном пласте с использованием давления флюида рассматриваются перфорирование для образования пор и гидравлический разрыв пласта.
[0003] Гидравлический разрыв пласта представляет собой способ, в рамках которого в продуктивном пласте создают перфорации или трещины с использованием давления флюида, например давления воды (которое также для простоты далее называют «гидравлическим давлением»). Как правило, в подземном пласте бурят вертикальную скважину, затем вертикальной скважине придают изогнутую форму и бурят в подземном пласте горизонтальную скважину на глубине несколько тысяч метров. Затем в эти стволы скважин (отверстия, предназначенные для формирования скважины, которые также называют «нисходящими стволами») под высоким давлением нагнетают флюид для разрыва, и под действием гидравлического давления в находящемся глубоко под землей продуктивном пласте (пласте, из которого добывают углеводородный ресурс, такой как нефть или природный газ) образуются трещины и т. п. Таким образом стимулируют продуктивный пласт для получения и извлечения углеводородного ресурса через трещины и т. п. Эффективность гидравлического разрыва пласта также исследовали с целью разработки нетрадиционных ресурсов, таких как горючий сланец (нефть, находящаяся в глинистом сланце) и сланцевый газ.
[0004] Трещины и т. п., образованные под давлением флюида, например под давлением воды, сразу же смыкаются под действием пластового давления после прекращения воздействия гидравлического давления. Для предотвращения смыкания трещин во флюид для разрыва (то есть флюид для обработки скважины, используемый при разрыве пласта) добавляют расклинивающий наполнитель, который под высоким давлением подают в ствол скважины, посредством этого распределяя расклинивающий наполнитель в трещине. Более того, флюид для разрыва иногда содержит каналообразующий компонент для формирования путей потока, через которые между расклинивающим наполнителем может проходить горючий сланец, сланцевый газ и т. п. Соответственно, в дополнение к расклинивающему наполнителю во флюиде для обработки скважины используются различные добавки, такие как каналообразующие компоненты, гелеобразующие вещества, предотвращающие накипь вещества, кислоты для растворения скальной породы и т. п., снижающие трение вещества и т. п.
[0005] Различные типы флюидов на водной основе, масляной основе и флюиды на основе эмульсии, такие как флюид для разрыва пласта, которые нагнетают под высоким давлением, используют в качестве флюидов для обработки скважин. Поскольку требуется, чтобы флюид для обработки скважин обеспечивал функцию транспортировки расклинивающего наполнителя к месту в стволе скважины, где образуется трещина, как правило, необходимо, чтобы флюид для обработки скважины имел заданную вязкость, хорошую степень дисперсности расклинивающего наполнителя, легко извлекался после обработки и оказывал незначительное воздействие на окружающую среду.
[0006] Приведенный ниже способ обычно используют для образования трещин и перфораций посредством гидравлического давления в продуктивном пласте глубокого подземного пласта (слое, из которого добывают углеводородный ресурс, такой как нефть, например, горючий сланец, или природный газ, например, сланцевый газ) с использованием флюида, подаваемого под высоким давлением. В частности, заданный участок ствола скважины (нисходящего ствола), пробуренный и законченный в подземном пласте на глубине нескольких тысяч метров, частично закупоривают, при этом последовательно изолируя от верхней части ствола скважины, а в закупоренную часть под высоким давлением подают флюид для образования трещин и перфораций в продуктивном пласте. Затем для образования трещин и перфораций закупоривают следующий заданный участок (как правило, ранее заданного участка, т. е. сегмент, находящийся ближе к поверхности земли). После этого данный процесс повторяют до тех пор, пока не будет завершена изоляция и образование трещин и перфораций.
[0007] Кроме того, иногда выполняют повторное стимулирование продуктивного пласта не только для бурения новых скважин, но и для требуемых уже сформированных участков ствола скважины. В этом случае также операции по изоляции ствола скважины, разрыву пласта и т. п. повторяются аналогичным образом. Кроме того, также встречаются случаи, когда для выполнения заканчивания скважины ствол скважины закупоривают с целью блокирования флюида снизу, а после заканчивания верхних частей ствола скважины пробку убирают. Для выполнения необходимой операции внутри таких нисходящих стволов, которые являются вновь образованными или уже образованными нисходящими стволами, используются различные инструменты, и эти инструменты в совокупности называют скважинными инструментами. В широком смысле термин «скважинный инструмент» используется в качестве понятия, включающего буровую установку для выполнения дальнейшего бурения скважины или ее источник питания, а также датчик или устройство связи, которое принимает информацию и обменивается информацией о положении инструментов и параметрах процесса бурения, и используется в качестве понятия, включающего, например, пробку или элемент скважинного инструмента, который является элементом, компонентом или т. п. пробки.
[0008] Известны различные способы изоляции скважин и разрыва пласта в стволах скважин. В патентных документах 2–4 раскрыты пробки, позволяющие изолировать или зафиксировать ствол скважины (также называемые «пробка для разрыва пласта», «мостовая пробка», «пакер» или т. п.). Например, в патентном документе 2 раскрыта скважинная пробка для бурения скважин (также для простоты называемая в дальнейшем «пробка»), а в частности раскрыта пробка, содержащая мандрель (основной корпус), имеющий полую часть в осевом направлении, кольцевой или кольцеобразный элемент вдоль осевого направления на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели, первый конический элемент и клиновой захват, эластичный элемент, образованный из эластомера, резины или т. п., второй конический элемент и клиновой захват, а также предотвращающий вращение элемент. Изоляцию ствола скважины посредством скважинной пробки при бурении скважин выполняют следующим образом. В частности, при перемещении мандрели в ее осевом направлении, по мере того как уменьшается зазор между кольцевым или кольцеобразным элементом и предотвращающим вращение элементом, клиновой захват входит в контакт с наклонной поверхностью конического элемента и, перемещаясь вдоль конического элемента, расширяется радиально в наружном направлении, входит в контакт с внутренней стенкой ствола скважины и фиксируется в стволе скважины, герметизируя его. Кроме того, при деформации эластичный элемент расширяется в поперечном направлении, входит в контакт с внутренней стенкой ствола скважины и герметизирует ствол скважины. Мандрель содержит полую часть, проходящую в осевом направлении, и герметизация скважины может выполняться посредством установки в нее шара (также называемого «шаровым уплотнителем», как в случае настоящей заявки; данный шар входит в понятие скважинного инструмента или элемента скважинного инструмента). В патентном документе 2 описано, что в качестве примера пробки формируют из таких материалов, как металлы (алюминий, сталь, нержавеющая сталь и т. п.), волокна, древесина, композитные материалы, пластики и т. п., и что предпочтительными являются композитные материалы, содержащие армирующий материал, такой как углеродные волокна, в особенности полимерные композитные материалы из эпоксидной смолы, фенольной смолы и т. п., а мандрель формируют из алюминия или композитного материала. С другой стороны, в патентном документе 2 описано, что наряду с вышеописанными материалами может использоваться материал, разлагающийся в зависимости от температуры, давления, pH (кислотного, щелочного) и т. п.
[0009] Скважинные пробки для бурения скважин последовательно размещают внутри скважины до тех пор, пока скважина не будет закончена, но на этапе, когда начинается добыча нефти, такой как горючий сланец, или природного газа, такого как сланцевый газ (в совокупности далее именуемые «нефть и природный газ» или «нефть или природный газ»), их необходимо удалять. Поскольку скважинный инструмент, такой как пробка, как правило, не выполнен с возможностью извлечения после использования и удаления закупоривания, его извлекают посредством разрушения или разделения на небольшие фрагменты с помощью фрезерования, высверливания или с использованием другого способа, но фрезерование, высверливание и т. п. требуют значительных финансовых и временных затрат. Также существуют пробки, специально выполненные с возможностью извлечения после использования (извлекаемые пробки), но, поскольку пробки устанавливают глубоко под землей, извлечение всех из них требует значительных финансовых и временных затрат. Таким образом, предпринимаются значительные усилия по совершенствованию разлагаемого материала для использования в качестве скважинного инструмента.
[0010] В патентном документе 3 раскрыты шар и пробка, используемые при эксплуатации клапана, а также композиция, содержащая химически активный металл, такая как расклинивающий наполнитель, применяемая в качестве элемента нефтяного промысла и используемая во время кислотной обработки или т. п., которая имеет высокую прочность и выполнена с возможностью разложения при заданных условиях. Например, в патентном документе 3 в качестве описанной выше композиции раскрыт композит из разлагаемого металла и полимера, как вышеописанная композиция, который частично или полностью разлагается сразу же или по истечении достаточно контролируемого и прогнозируемого периода времени при временном контакте с флюидом; в качестве флюида описан флюид на водной основе, органическая жидкость, жидкий металл или т. п.; раскрыто покрытие из водорастворимого полимера, выполненного с возможностью демонстрации эффектов, аналогичных известному в фармацевтической области так называемому «замедленному высвобождению»; и в качестве примера водорастворимых полимеров приведены поливиниловый спирт, поливинилбутираль, поливинилформаль, полиакриламид, полиакриловая кислота или т. п. В патентном документе 3 «химически активный металл» определяется как вещество, образованное из чрезвычайно стабильного оксида посредством быстрого связывания с кислородом, вещество, которое образует двухатомный водород при реакции с водой и/или веществом, которое быстро становится хрупким в результате абсорбции кислорода, водорода, азота или другого неметаллического элемента; раскрыто, что этот химически активный металл выбирают из кальция, магния и алюминия; и в качестве примера легирующего элемента приведены литий, галлий, индий, цинк, висмут и т. п.
[0011] Дополнительно в патентном документе 4 раскрыт способ коррозионного воздействия и удаления скважинного изделия, имеющего поверхностное покрытие и выполненного с возможностью корродирования, с помощью коррозионного материала; причем данный способ включает эрозию поверхностного покрытия, которое является устойчивым к коррозии металлическим слоем, посредством физического разрушения, химического травления или комбинации физического разрушения и химического травления. В патентном документе 4 в качестве примера коррозионного материала приведены вода, соленая вода, соляная кислота, сероводород и т. п.; в качестве примера скважинного изделия, выполненного с возможностью корродирования, приведены вещество, включающее корродирующий сердечник, который является магниевым сплавом или т. п., и покрывающая поверхность, которая является металлическим слоем толщиной не более чем 1000 мкм; и в качестве примера скважинного изделия, выполненного с возможностью корродирования, приведены седло для шара или пробка для разрыва пласта.
[0012] В связи с возросшим спросом на обеспечение энергоресурсов и требованиями к защите окружающей среды, в особенности по мере увеличения извлечения нетрадиционных ресурсов, условия извлечения становятся чрезвычайно сложными, например, большая глубина. Дополнительно условия извлечения становятся более разнообразными, например, многообразие глубин сопровождается различными температурными условиями от приблизительно 25 °C до приблизительно 200 °C. В частности, для спуска на глубину несколько тысяч метров скважинные инструменты, такие как пробки для разрыва пласта, мостовые пробки, пакеры, цементировочные пакеры с обратным клапаном и системы муфт (муфт для разрыва пласта) должны иметь, с одной стороны, механическую прочность (прочность на растяжение и прочность на сжатие), чтобы можно было транспортировать материал на глубину несколько тысяч метров под землей, а также маслостойкость, водостойкость и теплостойкость, так чтобы механическая прочность и т. п. сохранялись даже при контакте с углеводородным ресурсом, извлекаемым при высокой температуре и высокой влажности в условиях нисходящего ствола, пробуренного на большой глубине под землей. Кроме того, скважинные инструменты и/или элементы скважинных инструментов должны иметь характеристики, при которых будет возможно как их быстро удалять, так и повышать эффективность добычи посредством полного высвобождения жидкого уплотнения в течение заданного периода времени при скважинных условиях на этапе заканчивания скважины для извлечения углеводородного ресурса (как описано выше, существует многообразие условий, таких как температурные условия, соответствующих многообразию глубин). Более того, разложение и удаление при заданных условиях также необходимы для расклинивающего наполнителя, используемого в качестве опоры для предотвращения смыкания трещин, образованных посредством разрыва пласта.
[0013] Таким образом, поскольку условия бурения становятся все более сложными и разнообразными, необходимо обеспечить скважинный инструмент, который может разлагаться при заданных условиях и отличается прочностью, что может способствовать экономии затрат и сокращению времени, затрачиваемого на процесс бурения скважин, посредством бесперебойного процесса бурения и быстрого удаления при различных скважинных условиях бурения.
Список источников
Патентная литература
[0014] Патентный документ 1: патентная публикация Японии «Нерассмотренная патентная заявка Японии (перевод заявки PCT) № 2003-533619А».
Патентный документ 2: нерассмотренная патентная заявка США № 2011/0277989.
Патентный документ 3: нерассмотренная патентная заявка США № 2007/0181224.
Патентный документ 4: нерассмотренная патентная заявка США № 2012/0318513.
Изложение сущности изобретения
Техническая проблема
[0015] Поскольку условия бурения становятся все более сложными и разнообразными, целью настоящего изобретения является обеспечение скважинного инструмента, который может разлагаться при заданных условиях и отличается прочностью, что может способствовать экономии затрат и сокращению времени, затрачиваемого на процесс бурения скважин, посредством бесперебойного процесса бурения и быстрого удаления при различных скважинных условиях бурения. Другим аспектом цели настоящего изобретения является обеспечение скважинного инструмента, содержащего резиновый элемент.
Решение проблемы
[0016] В результате кропотливых исследований для решения вышеприведенных проблем авторы настоящего изобретения обнаружили, что проблемы можно разрешить посредством выбора резинового материала, имеющего особые механические характеристики, и таким образом достигается цель настоящего изобретения.
[0017] Иными словами, первый аспект настоящего изобретения обеспечивает скважинный инструмент, снабженный элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла.
[0018] Дополнительно второй аспект настоящего изобретения обеспечивает способ бурения скважин, в котором используют вышеописанный скважинный инструмент.
Полезные эффекты изобретения
[0019] В соответствии с настоящим изобретением скважинный инструмент, снабженный элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, стимулирующую разложение химически активного металла, может демонстрировать эффект от внедрения, когда скважинные условия становятся все более сложными и разнообразными, причем скважинный инструмент может разлагаться при заданных условиях окружающей среды и отличается прочностью, что может способствовать экономии затрат и сокращению времени, затрачиваемого на процесс бурения скважин, посредством бесперебойного процесса бурения и быстрого удаления при различных скважинных условиях бурения.
[0020] Дополнительно в соответствии с настоящим изобретением способ бурения скважин, в котором используется элемент скважинного инструмента или вышеописанный скважинный инструмент, может демонстрировать эффект от внедрения, когда скважинные условия становятся все более сложными и разнообразными, причем способ бурения скважин может способствовать экономии затрат и сокращению времени, затрачиваемого на процесс бурения скважин, посредством бесперебойного процесса бурения и быстрого удаления при различных скважинных условиях бурения.
Краткое описание рисунков
[0021] На ФИГ. 1 схематически представлен вид в поперечном сечении, на котором показан один конкретный пример скважинного инструмента настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления
[0022] I. Скважинный инструмент и каучуковый элемент для скважинного инструмента
Первый аспект настоящего изобретения обеспечивает скважинный инструмент, снабженный элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла. Следует отметить, что, как описано выше, на этапе начала добычи нефти, газа или т. п. скважинный инструмент обычно должен удаляться подходящим способом.
1. Скважинный инструмент
Пробка, представленная на схематичном виде в поперечном сечении на ФИГ. 1, описана в качестве конкретного примера скважинного инструмента и элемента скважинного инструмента, которые хорошо известны в данной области. Типовая конструкция пробки (включая пробку для разрыва пласта, мостовую пробку и т. п.), которая является скважинным инструментом, такова, что она снабжена мандрелью 1, то есть элементом скважинного инструмента, проходящим в направлении, в котором проходит скважина (зачастую, но без ограничений, полый трубчатый корпус; как правило, имеет внешний диаметр приблизительно от 30 до 200 мм и длину приблизительно от 250 до 2000 мм), и кольцеобразным резиновым элементом 2; клиновыми захватами 3a, 3b; клиновидными плашками 4a, 4b; парой колец 5a, 5b и т. п., каждое из которых является элементом скважинного инструмента, расположенным по окружности, разделенным в осевом направлении этой мандрели 1, на внешней периферической поверхности мандрели 1. Пробка, схематически проиллюстрированная на виде в поперечном сечении на ФИГ. 1, дополнительно содержит в полой части h мандрели 1 шаровой уплотнитель (шар) 10 и по существу кольцеобразное седло для шара 11, имеющее круглый зазор с диаметром меньше диаметра шарового уплотнителя 10 в средней части, причем каждый из них является элементом скважинного инструмента. Ниже описана ситуация проведения разрыва пласта (операция бурения скважины) с использованием вышеописанной пробки. Следует отметить, что конструкция пробки, являющейся скважинным инструментом, не ограничена вышеописанной конструкцией.
[0023] В частности, пара колец 5a и 5b выполнена так, чтобы они могли скользить вдоль осевого направления мандрели 1 на внешней периферийной поверхности мандрели 1, и так, чтобы расстояние между ними можно было изменять. Кроме того, они выполнены таким образом, чтобы в осевом направлении мандрели 1 к расширяемому в диаметральном направлении круглому резиновому элементу 2 и комбинации клиновых захватов 3a, 3b, а также к клиновидным плашкам 4a, 4b, которые размещают в требуемом месте, можно было прикладывать силу за счет вхождения в контакт, непосредственно или опосредованно, с концевой частью вдоль осевого направления этих элементов. Как более подробно описано ниже, расширяемый в диаметральном направлении круглый резиновый элемент 2 расширяется в диаметре в направлении, перпендикулярном осевому направлению мандрели 1, поскольку его сжимают в осевом направлении мандрели 1 так, чтобы он входил в контакт с внутренней стенкой H нисходящего ствола и внешней периферийной поверхностью мандрели 1 и пробки (уплотнения) в пространстве между пробкой и стволом скважины. Расширяемый в диаметральном направлении круглый резиновый элемент 2 может поддерживать состояние контакта с внутренней стенкой H нисходящего ствола и внешней периферийной поверхностью мандрели 1 во время выполнения перфорирования и разрыва пласта и может поддерживать уплотнение между пробкой и нисходящим стволом (уплотнение ствола скважины). Кроме того, в результате скольжения клиновых захватов 3a и 3b по скошенным верхним поверхностям клиновидных плашек 4a и 4b, когда сила в осевом направлении мандрели (центральный стержень) 1 прикладывается к клиновидным плашкам 4a и 4b, клиновые захваты 3a и 3b перемещаются наружу в направлении, перпендикулярном осевому направлению мандрели (центральному стержню) 1, и входят в контакт с внутренней стенкой H нисходящего ствола так, чтобы зафиксировать пробку и внутреннюю стенку H нисходящего ствола. Более того, хотя это не проиллюстрировано, данные элементы скважинного инструмента могут быть снабжены кольцеобразным храповым механизмом или т. п., перпендикулярным осевому направлению мандрели 1, который образован множеством сопряженных частей так, чтобы обеспечивать перемещение этих элементов в одном направлении вдоль осевого направления мандрели 1 и управлять перемещением в обратном направлении.
[0024] Более того, каждый шаровой уплотнитель 10, предусмотренный в полой части h мандрели (центрального стержня) 1, может перемещаться вдоль осевого направления мандрели (центрального стержня) 1 внутри полой части h (центрального стержня) 1, и направление потока флюида, когда шаровой уплотнитель 10 входит в контакт или перемещается от круглого зазора седла для шара 12, может регулироваться.
[0025] Посредством обеспечения элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл, и элемента скважинного инструмента, содержащего разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла, в качестве, например, по меньшей мере части вышеописанных элементов скважинного инструмента, скважинный инструмент настоящего изобретения обеспечивает, по мере того как скважинные условия становятся все более сложными и разнообразными, скважинный инструмент, который может разлагаться при заданных условиях и отличается прочностью, что может способствовать экономии затрат и сокращению времени, затрачиваемого на процесс бурения скважин, посредством бесперебойного процесса бурения и быстрого удаления при различных скважинных условиях бурения.
II. Уплотнительный элемент для скважинных инструментов, содержащий эластичный материал
Скважинный инструмент настоящего изобретения снабжен элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, в качестве элемента скважинного инструмента, обеспеченного в этом скважинном инструменте. Поскольку на элемент скважинного инструмента, содержащийся в скважинном инструменте, например на мандрель или клиновой захват, при размещении скважинного инструмента в нисходящем стволе или во время операции процесса бурения, такой как разрыв пласта, при которой нагнетают воду под высоким давлением, воздействует чрезвычайно высокое усилие (растягивающее усилие, сжимающее усилие, усилие сдвига или т. п.), требуется прочность, которая сможет противодействовать усилию воздействия, и зачастую в качестве материала для элемента скважинного инструмента используется металл. Скважинный инструмент настоящего изобретения снабжен элементом скважинного инструмента (который также далее называют «элементом скважинного инструмента настоящего изобретения»), а в качестве металла для формирования элемента скважинного инструмента используется химически активный металл.
1. Химически активный металл
Как также раскрыто в представленном выше патентном документе 3, химически активный металл, содержащийся в элементе скважинного инструмента настоящего изобретения, представляет собой металлический элемент, который разлагается путем образования чрезвычайно стабильного оксида посредством быстрого связывания с кислородом, образования двухатомного водорода посредством реакции с водой и/или быстро становится хрупким в результате абсорбции кислорода, водорода, азота или другого неметаллического элемента. Более конкретно, «химически активный металл» означает металлический элемент отдельно или в сплаве, основным компонентом которого является данный металлический элемент, который может разлагаться посредством реакции разложения, основанной на химическом изменении и быстрой потере первоначальной формы скважинного инструмента или элемента скважинного инструмента при заданных условиях (например, таких условиях, как температура и давление, контакт с флюидом, таким как флюид на водной основе (предпочтительно кислотный флюид или т. п.) или т. п.) в условиях бурения, в которых используется скважинный инструмент (также называемых далее «скважинные условия»). Хотя специалист в данной области может при необходимости выбрать ряд химически активных металлов в зависимости от заданных условий, таких как прогнозируемые условия бурения, во многих случаях может упоминаться щелочной металл или щелочноземельный металл I или II группы периодической таблицы, алюминий и т. п.
[0026] С точки зрения, например, простоты контроля за разложением в условиях бурения, требуемой прочности элемента скважинного инструмента и перемещения, по меньшей мере один тип, выбранный из группы, содержащей магний, алюминий и кальций, может предпочтительно использоваться в качестве примера химически активного металла. Более того, с учетом приведенных выше точек зрения химически активный металл, предпочтительно по меньшей мере один тип, выбранный из группы, содержащей магний, алюминий и кальций, является более предпочтительным для сплава. В качестве примера композиции сплава можно привести сплав, в котором химически активный элемент является основным компонентом. Иными словами, обычным является содержание не менее чем 50% мас., предпочтительным является содержание не менее чем 60% мас., а более предпочтительным является содержание не менее чем 70% мас., а второстепенный компонент относится к одному типу или множеству типов из, например, лития, галлия, индия, цинка, висмута, олова, меди и т. п., и содержание составляет, как правило, не более чем 50% мас., предпочтительно не более чем 40% мас. и более предпочтительно не более чем 30% мас.
[0027] В ситуации, когда предпринимается попытка удалить элемент скважинного инструмента, изготовленный из металла и обеспеченный в скважинном инструменте, на начальном этапе добычи нефти, бензина или т. п., элемент скважинного инструмента удаляют посредством разрушения или разделения на фрагменты путем разрыва, высверливания или другого способа; однако элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл, содержащийся в скважинном инструменте настоящего изобретения, может быть удален в течение небольшого периода времени, такого как от нескольких часов до нескольких недель, посредством, например, контакта с флюидом на водной основе, такого как кислотный флюид, в заданных условиях бурения без использования разрыва, высверливания или т. п.
[0028] Дополнительно при снабжении скважинного инструмента настоящего изобретения элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла, описанного ниже, для инициирования реакции разложения химически активного металла не нужно, например, применять кислотный флюид в качестве флюида на водной основе, в частности, не нужно закачивать кислотный флюид в нисходящий ствол, а разложение и извлечение элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл, осуществляется быстро.
[0029] В качестве примера элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл, который содержится в скважинном инструменте настоящего изобретения, предпочтительно можно привести клиновой захват, содержащий химически активный металл в качестве основного компонента, шаровой уплотнитель, содержащий химически активный металл в качестве основного компонента, седло для шара, содержащее химически активный металл в качестве основного компонента, и т. п. Следует отметить, что клиновой захват представляет собой часть, которая упирается в по меньшей мере внутреннюю стенку нисходящего ствола.
[0030] Дополнительно клиновой захват, содержащий компонент, отличный от химически активного металла, в качестве основного компонента, также может быть упомянут как элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл, который содержится в скважинном инструменте настоящего изобретения.
[0031] В данном случае термин «основной компонент» относится к данному компоненту с содержанием не менее чем 50% мас., но более конкретно относится к данному компоненту с содержанием в диапазоне от не менее чем 50% мас. до 100% мас. Более того, термин «компонент, отличный от химически активного металла» относится к компоненту, отличному от химически активного металла, упоминаемому в настоящем изобретении; в качестве примера может быть приведен неорганический материал, например металл, такой как железо, медь или легированная сталь, керамика или т. п. Более того, химически активный металл, упоминаемый в настоящем изобретении, включает (1) химически активный металл, состоящий только из химически активного металла в виде композиции одного типа, и (2) химически активный металл, который включает химически активный металл из множества композиций, состоящих из не менее чем двух типов.
2. Способ изготовления элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл
Элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл, который обеспечен в скважинном инструменте настоящего изобретения, может быть изготовлен по известному способу изготовления элемента скважинного инструмента из металла с использованием вышеописанного химически активного металла и различных составных материалов, при необходимости содержащихся в качестве исходных материалов. В частности, элемент скважинного инструмента можно получить путем изготовления способом формования, таким как порошковая металлургия, прессование в форме, экструзионное формование или литье под давлением, формованного изделия в стержневой форме (например, в стержневой форме с круглым поперечным сечением, квадратным поперечным сечением или неправильным поперечным сечением), трубчатой форме, пластинчатой форме (листовой форме), сферической форме, цилиндрической форме, а также в форме прямоугольного параллелепипеда, пеллеты, гранулы или т. п., соответствующих форме элемента скважинного инструмента, и при необходимости применения резания, разделения, перфорирования или другой механической обработки.
III. Элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла
Поскольку элементы скважинного инструмента обеспечены в скважинном инструменте, скважинный инструмент настоящего изобретения снабжен элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, а также элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла (также упоминаемый ниже просто как «элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию»). В качестве предпочтительного примера элемента скважинного инструмента, содержащего разлагаемую смоляную композицию, который обеспечен в скважинном инструменте настоящего изобретения, можно привести, без ограничений, в частности, например, элемент скважинного инструмента, отличный от клинового захвата, шарового уплотнителя и т. п.
1. Разлагаемая смоляная композиция, которая стимулирует разложение химически активного металла
Разлагаемая смоляная композиция, которая стимулирует разложение химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, который обеспечен в скважинном инструменте настоящего изобретения, представляет собой смоляную композицию, то есть композицию, содержащую смолу (также называемую ниже «полимером» или «сополимером»), и смоляную композицию, которая может стимулировать разложение химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, который содержит вышеописанный химически активный металл, посредством разложения этой смоляной композиции, то есть распада исходной композиции или т. п.
[0032] В широком смысле механизмы, такие как (1) механизм, связанный с веществом, образующимся посредством разложения смолы, содержащейся в этой смоляной композиции, или т. п., и (2) механизм, связанный с компаундирующим агентом или т. п., отличным от смолы, содержащейся в этой смоляной композиции, которая контактирует с химически активным металлом, могут служить примером стимулирования реакции разложения химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, однако разложение химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, может стимулировать и другой механизм. В качестве конкретного примера (1) можно предположить ситуацию, например, стимулирования разложения химически активного металла посредством разложения смолы, содержащейся в этой смоляной композиции, или т. п. таким образом, что образуется вещество, стимулирующее разложение химически активного металла, предпочтительно кислота, и взаимодействия этого вещества, которое стимулирует разложение химически активного металла, такого как кислота, с химически активным металлом. В качестве конкретного примера (2) можно предположить ситуацию, например, стимулирования разложения химически активного металла посредством распада содержащейся в этой полимерной композиции смолы в заданных условиях и взаимодействия остающегося отличного от смолы всего компаундирующего агента или его части с химически активным металлом.
2. Разлагаемая смола, при разложении которой образуется кислота
Предпочтительный конкретный пример ситуации, соответствующей вышеописанной ситуации (1), включает разлагаемую смоляную композицию, содержащую разлагаемую смолу, при разложении которой образуется кислота. Иными словами, она образует свободную кислоту (включая производное кислоты, обладающее реакционной способностью) за счет части или всех связей основной цепи или т. п. смолы (сополимера), то есть смолы, которая представляет компонент, образующий разлагаемую смоляную композицию, которая содержится в элементе скважинного инструмента, разрушаемого в заданных условиях. Образуемая кислота стимулирует разложение химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, содержащем химически активный металл. Кислота, образуемая из разлагаемой смолы, при разложении которой образуется кислота, содержащейся в элементе скважинного инструмента, содержащем разлагаемую смоляную композицию, стимулирует разложение химически активного металла, поскольку она может взаимодействовать с химически активным металлом, содержащимся в элементе скважинного инструмента, содержащем химически активный металл, в скважинном инструменте, то есть на близком расстоянии и при высокой концентрации кислоты. Более того, хотя обычно химически активный металл в результате реакции разложения часто становится высокощелочным, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку образуемая кислота нейтрализует щелочность, в непосредственной близости от скважинного инструмента, в частности, в условиях бурения в непосредственной близости от элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл, щелочность может быть нейтрализована, и, кроме того, может возникать эффект дальнейшего стимулирования разложения химически активного металла.
[0033] В качестве разлагаемой смолы, при разложении которой образуется кислота, то есть смолы, из которой образуется кислота при разрушении части или всех связей основной цепи или т. п. полимера, можно упомянуть, без ограничений, в частности, например, полиэфир, полиамид и т. п. С точки зрения разлагаемости смолы (полимера) в условиях бурения, простоты контроля за разложением, пластичностью и т. п. алифатический полиэфир может предпочтительно упоминаться как разлагаемая смола, при разложении которой образуется кислота; таким образом, в скважинном инструменте настоящего изобретения, снабженном элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, разлагаемая смоляная композиция предпочтительно содержит алифатический полиэфир.
[0034] Алифатическая полиэфирная смола
Алифатический полиэфир, который предпочтительно содержится в элементе скважинного инструмента, содержащем разлагаемую смоляную композицию, также широко известен как разлагаемая смола, и в качестве его примеров можно привести полигликолевую кислоту (PGA), полимолочную кислоту (PLA), поли-ε-капролактон и т. п. С вышеуказанных точек зрения алифатический полиэфир более предпочтительно относится к по меньшей мере одному типу, выбираемому из группы, состоящей из полигликолевой кислоты (PGA), полимолочной кислоты (PLA) и сополимера полигликолевой кислоты и молочной кислоты (PGLA), а более предпочтительно алифатический полиэфир представляет собой полигликолевую кислоту (PGA).
-1
[0035] Полигликолевая кислота (PGA) включает не только гомополимеры гликолевой кислоты, но также сополимеры, содержащие не менее чем 50% мас., предпочтительно не менее чем 75% мас., более предпочтительно не менее чем 85% мас., еще более предпочтительно не менее чем 90% мас., еще более предпочтительно не менее чем 95% мас., еще более предпочтительно не менее чем 99% мас., а наиболее предпочтительно не менее чем 99,5% мас. повторяющихся звеньев гликолевой кислоты. Полимолочная кислота (PLA) включает не только гомополимеры L-молочной кислоты или D-молочной кислоты, но и сополимеры, содержащие не менее чем 50% мас., предпочтительно не менее чем 75% мас., более предпочтительно не менее чем 85% мас., а еще более предпочтительно не менее чем 90% мас. повторяющихся звеньев L-молочной кислоты или D-молочной кислоты, и она может представлять собой стереокомплексную полимолочную кислоту, получаемую путем смешивания поли-L-молочной кислоты и поли-D-молочной кислоты. В качестве сополимера полигликолевой кислоты и молочной кислоты (PGLA) может применяться сополимер, в котором отношение (массовое соотношение) повторяющихся звеньев гликолевой кислоты к повторяющимся звеньям молочной кислоты составляет от 99 : 1 до 1 : 99, предпочтительно от 90 : 10 до 10 : 90 и более предпочтительно от 80 : 20 до 20 : 80. Вязкость расплава этих алифатических полиэфиров (условия измерения: температура 270 °C и напряжение сдвига 122 с) конкретно не ограничена, но с точки зрения разлагаемости и прочности, пластичности и т. п. элемента скважинного инструмента она, как правило, составляет от 100 до 10 000 Па∙с, а в большинстве случаев — от 300 до 3000 Па∙с.
2
[0036] Алифатический полиэфир, предпочтительно содержащийся в элементе скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, разлагается с образованием кислоты, которая представляет собой кислотное вещество, например, гликолевую кислоту, молочную кислоту или их олигомер (то есть кислоту). Таким образом, разложение химически активного металла стимулируется кислотой, например, образуемой гликолевой кислотой или молочной кислотой, взаимодействующей с химически активным металлом, содержащимся в элементе скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, в скважинном инструменте, то есть на близком расстоянии и при высокой концентрации кислоты. Следует отметить эффект стимулирования разложения химически активного металла при его погружении, например, при погружении магниевого сплава (торговое наименование: IN-Tallic (торговое наименование)) в деионизированную воду не происходит какой-либо реакции, а погружение в водный раствор гликолевой кислоты с концентрацией 4% мас. приводит к тому, что магниевый сплав сразу же взаимодействует с образованием пузырьков (газообразный H) и растворяется, образуя осадок. В то же время тот факт, что водный раствор гликолевой кислоты, который исходно является кислотным, становится щелочным, может служить подтверждением того, что он стимулирует разложение магниевого сплава.
[0037] В той ситуации, когда элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, который обеспечен в скважинном инструменте настоящего изобретения, содержит разлагаемую смолу, при разложении которой образуется кислота, предпочтительно алифатический полиэфир, а более предпочтительно полигликолевая кислота (PGA), полимолочная кислота (PLA) или сополимер полигликолевой кислоты и молочной кислоты (PGLA), относительное содержание разлагаемой смолы, при разложении которой в этой композиции образуется кислота, конкретно не ограничено, но, как правило, составляет не менее чем 30% мас., предпочтительно не менее чем 50% мас., а более предпочтительно не менее чем 70% мас. Верхнее предельное значение для относительного содержания вышеупомянутой разлагаемой смолы, при разложении которой образуется кислота, отсутствует, а верхнее предельное соотношение может составлять даже 100% мас. (то есть все количество вышеупомянутой композиции), но во многих случаях не превышает 99% мас., а в большинстве случаев не превышает 95% мас.
3. Неорганическое вещество или органическое вещество, которое стимулирует разложение разлагаемой смолы и химически активного металла
Предпочтительный конкретный пример ситуации, соответствующей вышеописанной ситуации (2), включает разлагаемую смоляную композицию, содержащую неорганическое вещество или органическое вещество, которое стимулирует разложение разлагаемой смолы и химически активного металла. Иными словами, существует возможность стимулировать разложение химически активного металла, поскольку неорганическое вещество или органическое вещество, которое стимулирует разложение химически активного металла, содержащееся в этой разлагаемой смоляной композиции (также называемое далее «инициатором разложения»), может взаимодействовать с химически активным металлом, содержащимся в элементе скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, в скважинном инструменте, то есть на близком расстоянии и при высокой концентрации неорганического вещества или органического вещества по отношению к разлагаемой смоле, которая является компонентом, образующим разлагаемую смоляную композицию, содержащуюся в элементе скважинного инструмента, распадающуюся при разложении в заданных условиях (в частности, в условиях бурения или т. п., в которых подают флюид на водной основе). Водорастворимая смола, которая может элюироваться растворителем, таким как вода, присутствует при этих заданных условиях или абсорбирует воду, теряя при этом свою форму, а разлагаемый каучук, который может разлагаться при взаимодействии, например, с водой при таких заданных условиях, может предпочтительно представлять собой пример разлагаемой смолы, которая разлагается и распадается в заданных условиях. Следует отметить, что вышеупомянутая «разлагаемая смола, при разложении которой образуется кислота» также может применяться в качестве разлагаемой смолы в разлагаемой смоляной композиции, содержащей разлагаемую смолу и инициатор разложения.
[0038] Водорастворимая смола
В качестве примеров водорастворимой смолы, предпочтительно применяемой в качестве разлагаемой смолы, содержащейся в разлагаемой смоляной композиции, которая содержит разлагаемую смолу и инициатор разложения, можно привести поливиниловый спирт (PVA), поливинилбутираль, поливинилформаль, полиакриламид (может быть N,N-заместителем), полиакриловую кислоту, полиметакриловую кислоту и т. п. и сополимеры мономеров, образующих эти смолы, например, сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), интерполимер акриламида, акриловой кислоты и метакриловой кислоты или т. п. С точки зрения простоты контроля за разлагаемостью, прочностью, обрабатываемостью и т. п. водорастворимая смола предпочтительно содержит поливиниловый спирт, сополимер этилена и винилового спирта, полиакриловую кислоту, полиакриламид или т. п., а более предпочтительно содержит поливиниловый спирт или полимер на основе поливинилового спирта (PVA-полимер), например, сополимер этилена и винилового спирта.
[0039] Поливиниловый спирт
Полимер на основе PVA представляет собой полимер, содержащий звено винилового спирта, и, в частности, представляет собой полимер, который можно получить путем омыления полимера, содержащего звено винилацетата. Иными словами, полимер (PVA) или сополимер (такой как EVOH), содержащий звено винилового спирта, при необходимости получают посредством полимеризации винилацетата с другим мономером, который может быть сополимеризован с винилацетатом (например, олефином, таким как этилен) в растворителе на спиртовой основе, таком как метанол, и затем с использованием щелочного катализатора в растворителе на спиртовой основе для замещения группы уксусной кислоты в звене винилацетата гидроксильной группой.
[0040] Разлагаемый каучук
Компонент, содержащий разлагаемый каучук, традиционно используемый для формирования разлагаемого уплотнительного элемента или т. п. скважинного инструмента, может использоваться в качестве разлагаемого каучука, предпочтительно используемого в качестве разлагаемой смолы, содержащейся в разлагаемой смоляной композиции, которая содержит разлагаемую смолу и инициатор разложения. Следует отметить, что разлагаемость разлагаемого каучука означает не только способность к разложению, которая соответствует некоторому возможному способу химического разложения, например, способность к биологическому разложению или гидролизуемость, но также и, например, элемент, содержащий разлагаемый каучук, легко распадающийся и теряющий свою форму при воздействии на него чрезвычайно низкого механического усилия в результате того, что прочность, которой изначально обладал этот каучук, снижается вследствие снижения степени полимеризации или т. п., и он становится хрупким (распадаемость). Следует отметить, что, когда разлагаемый каучук используют одновременно с вышеописанной разлагаемой смолой, при разложении которой образуется кислота, разложение разлагаемого каучука дополнительно стимулирует кислота, образуемая из этой разлагаемой смолы, при разложении которой образуется кислота. Может использоваться только один тип разлагаемого каучука, но может использоваться и комбинация из двух или более типов разлагаемого каучука.
[0041] Конкретные примеры разлагаемого каучука
В качестве примера разлагаемого каучука можно привести по меньшей мере один тип, выбираемый из группы, состоящей из уретанового каучука, натурального каучука, изопренового каучука, этиленпропиленового каучука, бутилкаучука, стирольного каучука, акрилового каучука, каучука из алифатического полиэфира, хлоропренового каучука, термопластичного эластомера на основе полиэфира и термопластичного эластомера на основе полиамида. Кроме того, с точки зрения разлагаемости и распадаемости предпочтительные примеры разлагаемого каучука включают разлагаемые каучуки, содержащие каучук, имеющий гидролизуемую функциональную группу (например, уретановую группу, сложноэфирную группу, амидную группу, карбоксильную группу, гидроксильную группу, силильную группу, ангидрид кислоты, галоидангидрид и т. п.). Следует отметить, что «имеющий функциональную группу» означает наличие функциональной группы в виде связи, которая образует основную цепь молекулы каучука, или, например, наличие функциональной группы в виде боковой цепи молекулы каучука, выполняющей функцию точки сшивания. В частности, предпочтительным примером разлагаемого каучука является уретановый каучук, поскольку существует возможность простого контроля за его разлагаемостью или распадаемостью посредством корректировки конструкции, твердости, степени сшивания и т. п. каучука или посредством выбора других компаундирующих агентов. В частности, предпочтительные разлагаемые каучуки представляют собой те, которые содержат уретановый каучук, имеющий гидролизуемую уретановую связь. Аналогичным образом также предпочтительными являются разлагаемые каучуки, содержащие термопластичный эластомер на основе полиэфира или термопластичный эластомер на основе полиамида.
[0042] Уретановый каучук
Уретановый каучук, в частности, предпочтительно используемый в качестве каучукового материала, из которого образован каучуковый элемент для скважинных инструментов настоящего изобретения (также называемый «уретановым эластомером»), представляет собой каучуковый материал, имеющий в молекуле уретановую связь (–NH–CO–O–), и его, как правило, получают посредством конденсации с изоцианатным соединением и соединением, имеющим гидроксильную группу. В качестве изоцианатного соединения используют ароматические (в некоторых случаях содержащие множество ароматических колец), алифатические или алициклические ди-, три- или тетраполиизоцианаты или их смеси. Соединения, имеющие гидроксильную группу, в широком смысле подразделяют на уретановые каучуки на основе сложных полиэфиров, имеющие в своей основной цепи связь со сложным эфиром (также называемые далее «уретановыми каучуками на основе сложных эфиров»), и уретановые каучуки на основе простых полиэфиров, имеющие в своей основной цепи связь с простым эфиром (также называемые далее «уретановыми каучуками на основе простых эфиров»). Во многих случаях предпочтительны уретановые каучуки на основе сложных эфиров вследствие более простого контроля за их разлагаемостью и распадаемостью. Уретановый каучук представляет собой упругое тело, обладающее как упругостью (трансформируемостью) синтетического каучука, так и жесткостью (твердостью) пластмассы. Известно, что уретановые каучуки обладают отличной устойчивостью к истиранию, химической стойкостью и маслостойкостью, высокой механической прочностью, высокой нагрузочной способностью и высокой упругостью с высокой энергопоглощающей способностью. В зависимости от способа формования уретановый каучук может быть отнесен к i) пластицированному (пригодному к вальцеванию) типу, который можно формовать теми же способами обработки, что и обычный каучук; ii) термопластичному типу, который можно формовать с применением тех же способов обработки, что и термопластичную смолу, и iii) отливному типу, который можно формовать способом термоотверждения с использованием жидких исходных материалов. В качестве уретанового каучука можно использовать любой тип, из которого формируют разлагаемый уплотнительный элемент для скважинных инструментов настоящего изобретения.
[0043]  Неорганическое вещество или органическое вещество, которое стимулирует разложение химически активного металла
2
Неорганическое вещество или органическое вещество (инициатор разложения), которое стимулирует разложение химически активного металла, содержащегося в разлагаемой смоляной композиции вместе с разлагаемой смолой, конкретно не ограничено, при условии, что оно может стимулировать разложение химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, который содержит химически активный металл; и примерами являются: неорганические вещества, например неорганическая кислота, такая как соляная кислота, азотная кислота, фосфорная кислота, серная кислота, борная кислота или плавиковая кислота; неорганическое основание, такое как гидроксид натрия, гидроксид калия или гидроксид кальция; и неорганическая соль, такая как хлорид натрия или хлорид калия, и органические вещества, такие как органическая кислота, например, лимонная кислота, янтарная кислота, щавелевая кислота, гликолевая кислота, молочная кислота, фосфорная кислота, муравьиная кислота или уксусная кислота; органическое основание, такое как анилин, аммиак, пиридин или амид; и органическая соль. Оптимальное вещество может быть выбрано с точек зрения формы (например, твердое или жидкое) этого неорганического вещества или органического вещества при заданных условиях бурения (например, температуре и т. п.), эффекта стимулирования реакции разложения химически активного металла и растворимости во флюиде на водной основе. Во многих ситуациях с точки зрения растворимости и т. п. инициатор разложения в виде неорганического вещества, которое стимулирует разложение химически активного металла, предпочтительно является неорганической солью, а с точки зрения эффекта стимулирования реакции разложения химически активного металла, обрабатываемости и т. п. неорганическая соль более предпочтительно представляет собой либо хлорид калия, либо хлорид натрия. В отношении эффекта стимулирования разложения химически активного металла следует отметить, что, например, при погружении вышеупомянутого магниевого сплава (торговое наименование: IN-Tallic (торговое наименование)) в водный раствор хлорида натрия с концентрацией 4% мас. сразу же появляются пузырьки (газообразный H), и сплав растворяется, образуя осадок. В то же время тот факт, что водный раствор хлорида натрия, который исходно является нейтральным, становится щелочным, может служить подтверждением того, что он стимулирует разложение магниевого сплава.
[0044] Достаточный оптимальный диапазон отношения содержания между разлагаемой смолой (как описано выше, водорастворимая смола, разлагаемый каучук или т. п. также могут представлять собой разлагаемую смолу, при разложении которой образуется кислота) и инициатором разложения в ситуации, когда разлагаемая смоляная композиция, которая стимулирует разложение химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, который обеспечен в скважинном инструменте настоящего изобретения, содержит разлагаемую смолу и инициатор разложения, должен быть установлен в соответствии с типом химически активного металла, комбинацией водорастворимой смолы и этого инициатора разложения и условиями бурения, и это соотношение конкретно не ограничено; однако это соотношение, как правило, составляет от 90 : 10 до 10 : 90, во многих случаях от 85 : 15 до 50 : 50 и в большинстве случаев от 80 : 20 до 60 : 40 (массовые соотношения).
4. Другие добавки и/или другие смолы
В дополнение к неорганическому веществу или органическому веществу (инициатору разложения), которое стимулирует разложение разлагаемой смолы, при разложении которой в соответствии с описанием выше образуется кислота, и/или разлагаемой смоле и химически активному металлу, разлагаемая смоляная композиция, которая стимулирует разложение химически активного металла, содержащегося в элементе скважинного инструмента, содержащем разлагаемую смоляную композицию, который обеспечен в скважинном инструменте настоящего изобретения, при необходимости может дополнительно содержать другую добавку, в качестве которой, как правило, используют, например, другой полимер, наполнитель, пластификатор, краситель, поглотитель ультрафиолетовых лучей, антиоксидант, стабилизатор обработки, стабилизатор для обеспечения устойчивости к атмосферным воздействиям, антистатическую добавку, добавку, придающую огнеупорные свойства, разделительный агент, фунгицид или консервант в объеме, который не препятствует достижению цели настоящего изобретения. Достаточно выбрать оптимальный диапазон соотношения содержания этого другого полимера или другой добавки в соответствии с их типом и условиями бурения, но в вышеупомянутой разлагаемой смоляной композиции это соотношение, как правило, составляет от 0 до 80% мас., во многих случаях от 0 до 70% мас. и, в зависимости от типа другой добавки, от 0 до 10% мас. (0% мас. означает отсутствие какой-либо другой добавки и/или другой смолы).
[0045] Наполнитель
Например, с точки зрения обеспечения высокой прочности элемента скважинного инструмента вышеописанная разлагаемая смоляная композиция может содержать наполнитель. Примерами наполнителей являются неорганический наполнитель, такой как тальк, глина, мел, кремнезем, слюда, оксид алюминия, оксид титана, оксид циркония, нитрид бора, нитрид алюминия или стекло; органический наполнитель, такой как мочевиноформалиновая смола или меламиноформалиновая смола; и т. п. Иными словами, разлагаемая смоляная композиция, содержащаяся в элементе скважинного инструмента, который содержит смоляную полимерную композицию, может содержать наполнитель, а наполнитель может содержать по меньшей мере один тип неорганического наполнителя или органического наполнителя. Более того, с точки зрения формы наполнителя может использоваться волокнистый наполнитель или зернистый наполнитель. Иными словами, наполнитель может содержать по меньшей мере один тип волокнистого наполнителя или зернистого наполнителя. Хотя содержание наполнителя конкретно не ограничено, в вышеописанной разлагаемой смоляной композиции оно, как правило, составляет от 0 до 70% мас., а предпочтительно от 0 до 50% мас. (0% мас. соответствует отсутствию наполнителя).
[0046] Другой полимер
Как описано выше, с точки зрения улучшения характеристик разлагаемая смоляная композиция, содержащаяся в элементе скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, может содержать другой полимер. Например, в качестве вышеописанного другого полимера также может использоваться смола общего назначения, такая как полиэтилен, полипропилен, АБС-смола или полистирол. Однако, поскольку условия бурения становятся все более сложными и изменчивыми, например, при достижении большей глубины, с точки зрения обеспечения того, чтобы элемент скважинного инструмента, обеспеченный в скважинном инструменте, имел ударную прочность, благодаря которой вероятность повреждения будет минимальной даже при взаимодействии или ударении элементов, используемых при бурении скважин, в качестве другого полимера можно предпочтительно использовать полимер, который может выступать в роли поглотителя ударной нагрузки; в частности, в качестве примера можно привести различные каучуковые материалы или эластомерный материал. Более конкретно, примером может служить натуральный каучук или синтетический каучук, например натуральный каучук, изопреновый каучук, этилен-пропиленовый каучук или полиуретановый каучук; термопластичный эластомер, например термопластичный олефиновый эластомер (например, сополимер этилена и пропилена или сополимер этилена и винилацетата), термопластичный полиэфирный эластомер (например, блок-сополимер ароматического сложного полиэфира и алифатического сложного полиэфира или блок-сополимер сложного полиэфира и простого полиэфира), термопластичный полиуретановый эластомер, стирольный термопластичный эластомер, например блок-сополимер стирола и бутадиена с чередованием блоков или блок-сополимер стирол-этилен/бутилен-стирол (SEBS); или метакрилатная смола на основе акрилового каучука, содержащая акриловый каучук каучуковой фазы компонента в твердой фазе компонента метакрилатной смолы, предпочтительно имеющая структуру ядро-оболочка; и т. п. Содержание другого полимера конкретно не ограничено, но в вышеописанной разлагаемой смоляной композиции оно, как правило, составляет от 0 до 30% мас., а предпочтительно от 0 до 15% мас. (0% мас. соответствует отсутствию содержания другого полимера).
Более того, для элемента скважинного инструмента, содержащего разлагаемую смоляную композицию, который обеспечен в скважинном инструменте настоящего изобретения, с точки зрения, например, стабильной демонстрации способности к разложению в различных условиях бурения, для разлагаемой смоляной композиции в качестве примера скорость уменьшения массы после погружения на 72 часа в воду при температуре 150 °С относительно массы до погружения (также именуемая далее «скоростью уменьшения массы при 150 °С за 72 часа») составляет от 5 до 100%.
[0047] Скорость уменьшения массы при 150 °С в течение 72 часов
Для определения скорости потери массы элемента из разлагаемого каучука для скважинных инструментов при 150 °C в течение 72 часов вырезали образец элемента из разлагаемого каучука для скважинных инструментов с толщиной, длиной и шириной 20 мм и погружали его в 400 мл воды при 150 °C (деионизированная вода или т. п.), а затем извлекали через 72 часа и посредством сравнения массы образца, измеренной после погружения, с массой образца, измеренной до погружения в воду при 150 °C (также далее называемой «начальной массой»), выполняли вычисление скорости уменьшения (единица измерения — %) массы относительно исходной массы. Если элемент из разлагаемого каучука для скважинных инструментов разлагается и растворяется при погружении в воду при 150 °C и теряет свою форму или исчезает, коэффициент уменьшения принимают равным 100%.
[0048] Если скорость снижения массы разлагаемой смоляной композиции, содержащейся в элементе скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, при 150 °С в течение 72 часов находится в диапазоне от 5 до 100%, элемент скважинного инструмента, содержащий эту разлагаемую смоляную композицию, разлагается или распадется в течение, например, от нескольких часов до нескольких недель в различных условиях бурения, что может позволять снижать затраты и сокращать продолжительность процесса бурения скважины. Иными словами, хотя могут потребоваться различные значения времени разложения для скважинного инструмента, содержащего элемент скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, и элемент скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смолу, в зависимости от различных условий в нисходящем стволе, таких как температура и процесс, реализуемый в этих средах (например, процесс бурения, такой как разрыв пласта), если скорость уменьшения массы разлагаемой смоляной композиции при 150 °С в течение 72 часов, содержащейся в элементе скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, более предпочтительно составляет от 50 до 100%, еще более предпочтительно — от 80 до 100%, еще более предпочтительно — от 90 до 100% и наиболее предпочтительно — от 95 до 100% при температуре 177 °С, 163 °С, 149 °С, 121 °С, 93 °C, 80 °C или 66 °C или в различных условиях бурения (в частности, при другой температуре окружающей среды и т. п.), например, от 25 до 40 °C, может быть реализована предусмотренная функция при поддержании заданных характеристик, таких как требуемая форма или прочность элемента скважинного инструмента, содержащего смоляную композицию, который со временем разлагается, и характеристика может иметь место в случае, если разложение происходит за небольшой период времени. Скорость снижения массы разлагаемой смоляной композиции, содержащейся в элементе скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, при 150 °С в течение 72 часов можно контролировать, регулируя композицию разлагаемой смоляной композиции. Благодаря такому регулированию возможно создать элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, таким образом, чтобы предусмотренная функция могла быть реализована при поддержании формы или характеристик скважинного инструмента в условиях бурения, например, вплоть до температуры 80 °С, без растворения элемента скважинного инструмента в воде, а затем его масса должна уменьшаться по существу на 100%, то есть он по существу исчезает в течение периода времени от нескольких часов до нескольких недель при взаимодействии с водой (содержащейся в буровом флюиде), имеющей температуру, например, 149 °C.
6. Способ изготовления элемента скважинного инструмента, содержащего разлагаемую смоляную композицию
Элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, который содержится в скважинном инструменте настоящего изобретения, может быть изготовлен с использованием одного из известных способов формования, который позволяет обеспечить форму или размер элемента скважинного инструмента, содержащего смолу с различными компаундирующими материалами, выступающими в качестве компонентов, образующих разлагаемую смоляную композицию, которые описаны выше как исходные материалы. Как правило, элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, изготавливают посредством формования из расплава. В качестве способа формования из расплава можно использовать способ формования из расплава общего назначения, такой как литьевое формование, прессование в форме, центробежное формование или экструзионное формование (можно использовать экструзионное формование с использованием Т-образной экструзионной головки, головки для экструзии стержней и волокон или экструзионной головки с кольцеобразным соплом; формование выдуванием или т. п., также возможно использование экструзионного формования в твердом состоянии). Кроме того, этот элемент также может быть изготовлен с применением известного способа формования смолы, такого как способ отливки из раствора, центробежного формования или формования спеканием в соответствии с формой или размером элемента скважинного инструмента. В ситуации, когда элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, формируют посредством комбинирования множества составных элементов, элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, может быть изготовлен с использованием так называемого формования со вставкой или накладного формования. Более того, скважинный инструмент требуемой формы (эта форма может представлять собой, например, форму шара, стержневую форму, форму с неоднородным поперечным сечением, форму с полым профилем или тело пластинчатой формы) может быть изготовлен посредством выполнения резания, разделения, перфорирования или другой механической обработки формованного изделия, полученного указанными способами формования из расплава, в виде заготовки (которая может иметь, например, стержневую форму, форму с полым профилем или пластинчатую форму).
IV. Элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла
Скважинный инструмент настоящего изобретения, снабженный элементом скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, может быть снабжен элементом скважинного инструмента, содержащим как химически активный металл, так и разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла (также далее называемый «элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию»). Использование элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, может быть желательно, поскольку одновременное содержание химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции, которая стимулирует разложение химически активного металла, в этом элементе скважинного инструмента может стимулировать разложение химически активного металла при взаимодействии с химически активным металлом на более близком расстоянии.
[0049] Следует отметить, что элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, представляет собой элемент скважинного инструмента, который соответствует элементу скважинного инструмента, содержащему химически активный металл, а также элементу скважинного инструмента, содержащему разлагаемую смоляную композицию. В скважинном инструменте настоящего изобретения весь элемент скважинного инструмента (или его часть), содержащий химически активный металл, или элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию, может быть выполнен как элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, но, как правило, предпочтительно лишь часть этого скважинного инструмента выполнена таким образом, что она содержит химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию.
[0050] Элемент скважинного инструмента, в котором как химически активный металл, так и разлагаемая смоляная композиция являются зернистыми
Элемент скважинного инструмента, содержащий как химически активный металл, так и разлагаемую смоляную композицию, может быть изготовлен таким образом, чтобы как химически активный металл, так и разлагаемая смоляная композиция, содержащиеся в этом элементе скважинного инструмента, были зернистыми. Например, элемент скважинного инструмента, который представляет собой совокупность частиц, может быть сформирован с получением заданной формы посредством спекания, сварки или склеивания и формования частиц, образованных из химически активного металла, и частиц, образованных из разлагаемой смоляной композиции (эти частицы могут быть получены по известному способу), по способу, аналогичному так называемой порошковой металлургии.
[0051] В скважинном инструменте, в котором как химически активный металл, так и разлагаемая смоляная композиция, содержащиеся в элементе скважинного инструмента, который содержит химически активный металл и разлагаемую композицию, являются зернистыми, например, благодаря взаимодействию этого элемента скважинного инструмента с флюидом на водной основе при заданных условиях бурения и содержащейся в разлагаемой смоляной композиции разлагаемой смолой, при разложении которой образуется кислота, которая разлагается, или содержащейся в вышеупомянутой разлагаемой смоляной композиции водорастворимой смолой, которая элюирует или поглощает воду таким образом, что теряет свою форму, элемент скважинного инструмента теряет свою первоначальную форму и превращается в простую совокупность зернистого химически активного металла, а полученная кислота становится способной взаимодействовать с зернистым химически активным металлом на близком расстоянии; таким образом, обеспечивается стимулирование реакции разложения химически активного металла, элемент скважинного инструмента уменьшается в объеме и может исчезать, и элемент скважинного инструмента можно легко удалить, поскольку он теряет свою прочность.
[0052] Элемент скважинного инструмента, в котором один компонент из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции диспергирован в другом компоненте
Элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, может быть выполнен как элемент скважинного инструмента, в котором один компонент из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции диспергирован в другом компоненте. Иными словами, он представляет собой элемент скважинного инструмента, в котором химически активный металл диспергирован непрерывно или дискретно в разлагаемой смоляной композиции в виде матрицы, или элемент скважинного инструмента, в котором разлагаемая смоляная композиция диспергирована непрерывно или дискретно в химически активном металле в виде матрицы. Этому элементу скважинного инструмента может быть придана требуемая форма с помощью известного способа формования, такого как формование из расплава (например, литьевым формованием, экструзионным формованием или центробежным формованием), прессования в форме или способа отливки из раствора.
[0053] Как описано выше в отношении элемента скважинного инструмента, в котором один компонент из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции диспергирован в другом компоненте, например, посредством взаимодействия с флюидом на водной основе в заданных условиях бурения, кислота, образуемая при разложении разлагаемой смоляной композиции, или неорганическое вещество или органическое вещество, которое стимулирует разложение химически активного металла, может взаимодействовать с химически активным металлом на близком расстоянии; таким образом, обеспечивается стимулирование реакции разложения химически активного металла, элемент скважинного инструмента уменьшается в объеме и может исчезать, и элемент скважинного инструмента можно легко удалять, поскольку он теряет свою прочность.
[0054] Элемент скважинного инструмента, снабженный слоем, содержащим химически активный металл, и слоем, содержащим разлагаемую смоляную композицию, в виде отдельных слоев
Дополнительно элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, может быть снабжен слоем, содержащим химически активный металл, и слоем, содержащим разлагаемую смоляную композицию, в виде отдельных слоев. Иными словами, этот элемент скважинного инструмента представляет собой элемент скважинного инструмента, имеющий многослойную конструкцию в широком смысле слова благодаря обеспечению слоя, содержащего химически активный металл, и слоя, содержащего разлагаемую смоляную композицию, в виде отдельных слоев, но которые являются смежными или соприкасаются друг с другом или с другим слоем, расположенным между ними. Многослойная конструкция или форма элемента скважинного инструмента с многослойной конструкцией в этом широком смысле конкретно не ограничена и включает многослойное тело в узком смысле (например, многослойное тело пластинчатой формы, трубчатое многослойное тело или т. п.), многослойное тело с конструкцией с поверхностным слоем (например, конструкцией «ядро-покрытие» или конструкцией «ядро-оболочка») и т. п. Более того, конструкция с поверхностным слоем может представлять собой конструкцию с несплошным поверхностным слоем, например, такую конструкцию, в которой слои формируют с помощью другого компонента, размещаемого в виде зерен на слое, содержащем химически активный металл, и слое листовой формы, содержащем один компонент, который представляет собой разлагаемую смоляную композицию. Более того, элемент скважинного инструмента со слоем, содержащим химически активный металл, и слоем, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которые контактируют друг с другом, применяют в смысле включения так называемого формованного изделия со вставкой или формованного изделия с накладкой.
[0055] Если элемент скважинного инструмента имеет вышеуказанную многослойную конструкцию, то элемент скважинного инструмента, имеющий требуемую форму и слоистую конструкцию, может быть получен известным способом изготовления многослойного формованного изделия или т. п. (включая формование со вставкой или формование с накладкой). Элемент скважинного инструмента может быть снабжен одним слоем, каждым из слоя, содержащего химически активный металл, и каждым из слоя, содержащего разлагаемую смоляную композицию, или может быть снабжен множеством слоев из одного или обоих из описанных выше; причем композиции могут быть идентичными или разными во множестве слоев. Более того, другой слой, расположенный между слоем, содержащим химически активный металл, и слоем, содержащим разлагаемую смоляную композицию, может представлять собой слой, содержащий химически активный металл, или слой, содержащий разлагаемую смоляную композицию, или же слой, не соответствующий ни слою, содержащему химически активный металл, ни слою, содержащему разлагаемую смоляную композицию.
[0056] Как описано выше, снабжение элемента скважинного инструмента слоем, содержащим химически активный металл, и слоем, содержащим разлагаемую смоляную композицию, в виде отдельных слоев, например, при контакте элемента скважинного инструмента с флюидом на водной основе при заданных условиях бурения, контакте с кислотой, образуемой при разложении разлагаемой смоляной композиции, или с неорганическим или органическим веществом, которое стимулирует разложение химически активного металла, стимулирует реакцию разложения химически активного металла, причем элемент скважинного инструмента уменьшается в объеме и может исчезать и элемент скважинного инструмента может быть легко удален, поскольку он теряет свою прочность. Более того, прочность, разлагаемость и т. п. элемента скважинного инструмента, имеющего многослойную конструкцию, можно регулировать посредством регулирования композиции, толщины или формы слоя, содержащего химически активный металл, и/или слоя, содержащего разлагаемую смоляную композицию.
[0057] Элемент скважинного инструмента, снабженный слоем, содержащим химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию
Дополнительно элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, может представлять собой, например, вышеупомянутый элемент скважинного инструмента, снабженный слоем, который содержит химически активный металл, и слоем, который содержит разлагаемую смоляную композицию, в виде отдельных слоев, или вместо этого элемента скважинного инструмента, снабженного слоем, содержащим химически активный металл, и слоем, содержащим разлагаемую смоляную композицию, в виде отдельных слоев элемент скважинного инструмента содержит слой, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию. Иными словами, элемент скважинного инструмента, содержащий слой, который содержит химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, как правило, представляет собой элемент скважинного инструмента, в котором по меньшей мере один слой из вышеупомянутого слоя, содержащего химически активный металл, и вышеупомянутого слоя, содержащего разлагаемую смоляную композицию, представляет собой слой, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию. Как описано выше, слой, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, может представлять собой слой конструкции, в которой как химически активный металл, так и разлагаемая смоляная композиция являются зернистыми, или слой конструкции, в которой один компонент из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции диспергирован в другом компоненте. Более того, элемент скважинного инструмента, снабженный слоем, который содержит химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, также может представлять собой, например, элемент скважинного инструмента с многослойной конструкцией, в которой слой ядра, в котором как химически активный металл, так и разлагаемая смоляная композиция являются зернистыми, покрывают слоем, который содержит разлагаемую смоляную композицию.
[0058] Элемент скважинного инструмента, снабженный слоем, который содержит химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, может представлять собой элемент скважинного инструмента, содержащий один слой, который представляет собой слой, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, или элемент скважинного инструмента, содержащий множество слоев, которые представляют собой слои, содержащие химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию; причем все слои могут представлять собой слои, содержащие химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию. В элементе скважинного инструмента, снабженном множеством слоев слоя, содержащего химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, композиции, значения толщины и т. п. слоев, содержащих химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, могут быть идентичными или могут различаться.
[0059] Элемент скважинного инструмента, содержащий множество слоев с разными композициями
Дополнительно элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию, также может представлять собой элемент скважинного инструмента, содержащий множество слоев с разными композициями, в котором объединены слои, содержащие химически активный металл, слои, содержащие разлагаемую смоляную композицию, и слои, содержащие химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию. Иными словами, элемент скважинного инструмента, содержащий множество слоев с различными композициями, позволяет более точно регулировать прочность, разлагаемость и т. п. элемента скважинного инструмента для их согласования с изменяющимися условиям бурения с помощью так называемого настраиваемого материала.
[0060] В частности, прочность, разлагаемость и т. п. элемента скважинного инструмента с многослойной конструкцией можно регулировать посредством комбинирования при регулировке композиции, толщины и т. п. каждого слоя, который представляет собой слой, содержащий химически активный металл, слой, содержащий разлагаемую смоляную композицию, и слой, содержащий химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию.
V. Скважинный инструмент, снабженный элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла
Скважинный инструмент настоящего изобретения снабжен элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла, и при необходимости может содержать элемент скважинного инструмента, который содержит химически активный металл и разлагаемую смоляную композицию. Благодаря обеспечению элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл, и элемента скважинного инструмента, содержащего разлагаемую смоляную композицию, скважинный инструмент настоящего изобретения способен, например, при температуре 177 °С, 163 °С, 149 °С, 121 °С, 93 °С, 80 °С или 66 °С или при различных температурных условиях работы скважинного инструмента, например, от 25 до 40 °С, осуществлять предусмотренную функцию, поддерживая на требуемом уровне характеристики, такие как форма или прочность скважинного инструмента и элемента скважинного инструмента в течение заданного периода времени (например, от нескольких дней до нескольких месяцев), благодаря чему впоследствии в течение требуемого небольшого периода времени происходит их разложение и удаление (например, от нескольких часов до нескольких недель).
[0061] Иными словами, при обеспечении взаимодействия элемента скважинного инструмента, содержащего разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла, содержащегося в скважинном инструменте, например, с флюидом на водной основе или т. п. в условиях бурения с заданными температурными условиями и т. п., в результате разложения смолы может быть образована кислота, и может быть элюировано неорганическое вещество или органическое вещество (инициатор разложения), которое стимулирует разложение химически активного металла, такого как хлорид калия, при растворении водорастворимой смолы или разложении разлагаемого каучука. Более того, обеспечивая взаимодействие вышеупомянутой кислоты, или вышеупомянутого неорганического вещества, или органического вещества с химически активным металлом, содержащимся в элементе скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, можно стимулировать разложение химически активного металла, и элемент скважинного инструмента, содержащий химически активный метал, может разлагаться или распадаться.
[0062] 1. Разлагаемый каучук
Дополнительно скважинный инструмент настоящего изобретения снабжен элементом из разлагаемого каучука (соответствующим элементу скважинного инструмента), содержащим разлагаемый каучук, в дополнение к элементу скважинного инструмента, содержащему химически активный металл, и элементу скважинного инструмента, содержащему разлагаемую смоляную композицию, что стимулирует разложение химически активного металла; кроме того, облегчается разложение и удаление в течение требуемого небольшого периода времени (например, от нескольких часов до нескольких недель) скважинного инструмента и элемента скважинного инструмента. В том случае, если скважинный инструмент настоящего изобретения снабжен элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла, и элементом из разлагаемого каучука, в качестве элемента из разлагаемого каучука можно применять элемент, начиная с вышеописанного кольцеобразного резинового элемента из содержащихся в скважинном инструменте элементов скважинного инструмента, образованный из каучука в качестве основного материала. Например, в том случае, если кольцеобразный резиновый элемент представляет собой элемент из разлагаемого каучука, все части кольцеобразного резинового элемента могут быть выполнены из разлагаемого каучука или часть кольцеобразного резинового элемента может быть выполнена из разлагаемого каучука. В качестве разлагаемого каучука, содержащегося в элементе из разлагаемого каучука, может применяться вышеописанный разлагаемый каучук с неорганическим веществом или органическим веществом, которое стимулирует разложение разлагаемой смолы и химически активного металла (который является частью разлагаемой смоляной композиции, стимулирующей разложение химически активного металла) и для которого, в частности, приведен пример. Более того, элемент из разлагаемого каучука в дополнение к разлагаемому каучуку также может содержать другую добавку и/или другую смолу, описанную выше.
[0063] Полностью разлагаемый скважинный инструмент
Кроме того, скважинный инструмент настоящего изобретения, снабженный элементом скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, может быть полностью разлагаемым скважинным инструментом, в котором все элементы скважинного инструмента, включая кольцеобразный резиновый элемент и т. п., могут разлагаться в условиях бурения. Более того, поскольку кислота, или неорганическое вещество, или органическое вещество (инициатор разложения), такое как хлорид калия, которое может стимулировать разложение химически активного металла, поступает из другого или того же элемента скважинного инструмента, обеспеченного в скважинном инструменте, может отсутствовать необходимость в выполнении специальной дополнительной операции, например закачивании кислоты в скважину, которую, как правило, вводят для разложения и удаления элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл, что может способствовать снижению затрат и сокращению продолжительности процесса бурения скважины.
[0064] Дополнительно, при необходимости, если расклинивающий наполнитель (который в широком смысле также может соответствовать скважинному инструменту или элементу скважинного инструмента), который содержится во флюиде для разрыва пласта, содержит химически активный металл для предотвращения разрушения трещин, образуемых при разрыве пласта, расклинивающий наполнитель также может быть выполнен с возможностью разложения и удаления при взаимодействии с кислотой или инициатором разложения, образуемым из элемента скважинного инструмента, содержащего разлагаемую смоляную композицию, который содержится в скважинном инструменте настоящего изобретения.
[0065] Конкретный пример скважинного инструмента
Хотя в данном случае конкретные ограничения не предусмотрены, с точки зрения возможности надежного выполнения операции бурения и облегчения удаления в различных условиях бурения предпочтительный конкретный пример скважинного инструмента настоящего изобретения, содержащего элемент скважинного инструмента, который содержит химически активный металл, элемент скважинного инструмента, который содержит разлагаемую смоляную композицию, и элемент из разлагаемого каучука включает скважинный инструмент, который представляет собой пробку, и скважинный инструмент, который представляет собой систему муфт, снабженную шаровым уплотнителем (шар) и седлом для шара.
[0066] Например, это может быть пробка для разрыва пласта (скважинный инструмент), которая с помощью материала, содержащего химически активный металл, образует клиновой захват; образует мандрель, клиновидную плашку, кольцо, седло для шара и шар из разлагаемой смоляной композиции; в качестве элемента из разлагаемого каучука содержит кольцеобразный резиновый элемент и содержит каждое из вышеперечисленного. Более конкретно, в качестве предпочтительных примеров можно привести скважинный инструмент, который представляет собой пробку (такую как пробка для разрыва пласта), содержащую клиновой захват, который содержит химически активный металл в качестве основного компонента, и по меньшей мере один элемент скважинного инструмента, отличный от клинового захвата, содержащий разлагаемую смоляную композицию в качестве основного компонента, скважинный инструмент, который представляет собой пробку (такую как пробка для разрыва пласта), содержащую клиновой захват, который в качестве основного компонента содержит компонент, отличный от химически активного металла, и по меньшей мере один элемент скважинного инструмента, отличный от клинового захвата, содержащий разлагаемую смоляную композицию в качестве основного компонента, скважинный инструмент, который представляет собой пробку (такую как пробка для разрыва пласта), содержащую элемент из разлагаемого каучука, содержащий разлагаемый каучук, и шаровой уплотнитель, содержащий химически активный металл в качестве основного компонента, и т. п. Следует отметить, что наряду с клиновым захватом часть, примыкающая по меньшей мере к внутренней стенке нисходящего ствола, представляет собой клиновой захват.
[0067] Дополнительно может быть предусмотрена система муфт (скважинный инструмент), которая образует седло для шара из материала, содержащего химически активный металл, образует шаровой уплотнитель (шар) из разлагаемой смоляной композиции и содержит каждое из указанного выше. Более конкретно, предпочтительный пример включает скважинный инструмент, который представляет собой систему муфт, в которой седло для шара содержит химически активный металл в качестве основного компонента, а шаровой уплотнитель содержит разлагаемую смолу.
[0068] Способ изготовления уплотнительного элемента для скважинных инструментов
Способ изготовления скважинного инструмента настоящего изобретения, снабженного элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, конкретно не ограничен, и изготовление возможно путем размещения элементов скважинного инструмента, таких как мандрель, кольцеобразный резиновый элемент, клиновой захват, клиновидная плашка, кольцо, шаровой уплотнитель и седло для шара, обычным способом. Более того, скважинный инструмент можно получить путем включения в часть (такую как компонент) элемента скважинного инструмента, например, храпового механизма, химически активного металла или разлагаемой смоляной композиции, которая стимулирует разложение химически активного металла.
VI. Способ бурения скважин
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ бурения скважин с использованием вышеописанного скважинного инструмента настоящего изобретения и предложен способ бурения скважин, который заключается в разложении и удалении химически активного металла с помощью вышеупомянутой разлагаемой смоляной композиции после выполнения операции бурения, такой как разрыв пласта, с использованием вышеупомянутого скважинного инструмента. В частности, способ бурения скважин, который заключается в разложении и удалении химически активного металла с помощью образующейся кислоты, или неорганического вещества, или органического вещества, которое стимулирует разложение химически активного металла, высвобождаемого разлагаемой смолой, содержащейся в разлагаемой смоляной композиции, причем разложение происходит после выполнения операции бурения, такой как разрыв пласта, с применением вышеупомянутого скважинного инструмента, и способ бурения скважин, который заключается в разложении и удалении химически активного металла с помощью образующейся кислоты, или неорганического вещества, или органического вещества, которое стимулирует разложение химически активного металла, высвобождаемого разлагаемой смолой, содержащейся в разлагаемой смоляной композиции, при этом разложение происходит после выполнения операции бурения с использованием скважинного инструмента, дополнительно содержащего элемент из разлагаемого каучука, при этом одновременно распадается или удаляется элемент из разлагаемого каучука. Более того, предложен способ бурения скважин, который заключается в реализации процесса бурения посредством инициирования взаимодействия шарового уплотнителя, содержащего по меньшей мере одно из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции, с седлом для шара, содержащим по меньшей мере другое (которое не является вышеупомянутым «одним») из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции. В соответствии со способом бурения скважин с использованием скважинного инструмента настоящего изобретения устраняется необходимость не только в извлечении скважинного инструмента или элемента скважинного инструмента, которое обычно требует больших затрат времени и средств, во время операции, такой как разрыв пласта или бурение, но и в выполнении специальной дополнительной операции, такой как закачивание кислоты в скважину, которую, как правило, вводят для удаления элемента скважинного инструмента, содержащего химически активный металл и т. п., что позволяет снижать затраты и сокращать продолжительность процесса бурения скважины.
[0069] Например, способ бурения скважин, предложенный в качестве еще одного аспекта настоящего изобретения, представляет собой способ выполнения процесса бурения, такого как перфорирование или разрыв пласта, с использованием скважинного инструмента, который представляет собой пробку, такую как пробка для разрыва или мостовая пробка, или скважинного инструмента, который представляет собой систему муфт, содержащую шаровой уплотнитель и седло для шара. Более того, способ бурения скважин настоящего изобретения представляет собой способ выполнения операции бурения, такой как перфорирование или разрыв пласта, в нисходящем стволе с использованием шарового уплотнителя и седла для шара. Более того, способ бурения скважин настоящего изобретения представляет собой способ бурения скважин, который заключается в выполнении разрыва пласта с использованием флюида для разрыва, содержащего расклинивающий наполнитель.
[0070] В качестве конкретного примера описан способ бурения скважин, в котором используется пробка, которая представляет собой скважинный инструмент, снабженный клиновым захватом, который представляет собой элемент скважинного инструмента, содержащий магниевый сплав, который представляет собой химически активный металл, и мандрель, выполненную из полигликолевой кислоты (PGA), которая представляет собой элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию. Для выполнения разрыва пласта уплотнение между пробкой и нисходящим стволом обеспечивают посредством поддержания состояния примыкания между внутренней стенкой нисходящего ствола и наружной периферийной поверхностью этой мандрели посредством увеличения диаметра кольцеобразного резинового элемента и плотного прилегания наружного конца перпендикулярно осевому направлению мандрели вышеупомянутого клинового захвата к внутренней стенке нисходящего ствола для фиксации пробки, которая выдерживает высокое давление разрыва. Затем, после завершения разрыва пласта, при разложении мандрели, изготовленной из полигликолевой кислоты (PGA), в течение требуемого небольшого периода времени, например, от нескольких часов до нескольких недель, образуется гликолевая кислота, которая является мономером, в результате взаимодействия с флюидом на водной основе при температуре 177 °C, 163 °C, 149 °C, 121 °C, 93 °C, 80 °C или 66 °C или в различных температурных условиях нисходящего ствола, например, от 25 до 40 °C; мандрель уменьшается в объеме или теряет прочность, так что высвобождается уплотнение между пробкой и скважиной; мандрель теряет свою первоначальную форму; и скважинный инструмент (в частности пробка), снабженный этой мандрелью в качестве элемента скважинного инструмента, теряет свою первоначальную форму. Более того, благодаря тому, что при разложении полигликолевой кислоты (PGA) образуется гликолевая кислота, стимулирующая разложение магниевого сплава, который представляет собой химически активный металл, клиновой захват, который представляет собой элемент скважинного инструмента, уменьшается в объеме и теряет свою первоначальную форму, после чего его можно легко снять или удалить. В соответствии со способом бурения скважин настоящего изобретения устраняется необходимость не только в сборке или разрушении скважинного инструмента или элемента скважинного инструмента, но также и в выполнении дополнительной операции, такой как закачивание кислоты в нисходящий ствол. Таким образом, это позволяет снижать затраты и сокращать продолжительность процесса бурения скважин.
[0071] Дополнительно в вышеупомянутом конкретном примере, в котором скважинный инструмент содержит кольцеобразный резиновый элемент в качестве элемента из разлагаемого каучука, кольцеобразный резиновый элемент, который представляет собой элемент из разлагаемого каучука, разлагается и распадается или удаляется в течение требуемого небольшого периода времени, например, от нескольких часов до нескольких недель, при взаимодействии с флюидом на водной основе в соответствии с различными температурными условиями в вышеупомянутом нисходящем стволе одновременно с химически активным металлом, содержащимся в клиновом захвате, который представляет собой элемент скважинного инструмента, содержащий магниевый сплав, который является химически активным металлом, разлагается и удаляется. Этот способ бурения скважин может дополнительно обеспечивать снижение затрат и сокращение продолжительности процесса бурения скважин.
[0072] Дополнительно еще один конкретный пример также включает способ бурения скважин, который заключается в размещении шарового уплотнителя (шара), образованного из разлагаемой смоляной композиции, в скважинном инструменте (пробке или системе муфт), снабженном седлом для шара, которое выполнено из материала, содержащего химически активный металл, таким образом, что шаровой уплотнитель и седло для шара находятся рядом или примыкают друг к другу, выполнении процесса бурения, такого как разрыв пласта, при котором этот шар и седло для шара взаимодействуют, а также разложении и удалении химически активного металла с помощью разлагаемой смоляной композиции после выполнения бурения. Более того, аналогичным образом в качестве примера можно привести способ бурения скважин, в котором изменяют комбинации материалов, из которых образованы шаровой уплотнитель и седло для шара.
[0073] Следует отметить, что в ситуации, когда температура в скважине является низкой, что осложняет разложение скважинного инструмента или содержащегося в нем элемента скважинного инструмента с требуемой скоростью, например, можно подавать флюид с более высокой температурой к периферии скважинного инструмента или элемента скважинного инструмента. Напротив, в таких условиях бурения, в которых температура в скважине является высокой, и разложение скважинного инструмента или содержащегося в нем элемента скважинного инструмента начинается до истечения требуемого периода и продолжается впоследствии, при необходимости можно применять способ обработки, который заключается в управлении периферийной температурой скважинного инструмента или элемента скважинного инструмента с понижением температуры путем заливки флюида с поверхности земли (закачивание для охлаждения).
VII. Сводный обзор
Первый аспект настоящего изобретения обеспечивает (1) скважинный инструмент, снабженный элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла.
[0074] В качестве конкретных конфигураций в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения ниже предложены каучуковые элементы для скважинных инструментов (2)–(16).
[0075] (2) Скважинный инструмент по (1) выше, в котором разлагаемая смоляная композиция содержит разлагаемую смолу, при разложении которой образуется кислота.
[0076] (3) Скважинный инструмент по (1) или (2) выше, в котором разлагаемая смоляная композиция содержит алифатический полиэфир.
[0077] (4) Скважинный инструмент по (3) выше, в котором алифатический сложный полиэфир относится по меньшей мере к одному типу, выбираемому из группы, состоящей из полигликолевой кислоты, полимолочной кислоты и сополимера гликолевой кислоты и молочной кислоты.
[0078] (5) Скважинный инструмент по любому из (1)–(4) выше, в котором разлагаемая смоляная композиция содержит разлагаемую смолу и неорганическое вещество или органическое вещество, которое стимулирует разложение химически активного металла.
[0079] (6) Скважинный инструмент по (5) выше, в котором неорганическое вещество, которое стимулирует разложение химически активного металла, представляет собой неорганическую соль.
[0080] (7) Скважинный инструмент по (6) выше, в котором неорганическая соль содержит хлорид калия или хлорид натрия.
[0081] (8) Скважинный инструмент по любому из (5)–(7) выше, в котором разлагаемая смоляная композиция содержит водорастворимую смолу.
[0082] (9) Скважинный инструмент по (8) выше, в котором водорастворимая смола содержит полимер на основе поливинилового спирта.
[0083] (10) Скважинный инструмент по любому из (5)–(9) выше, в котором разлагаемая смоляная композиция содержит разлагаемый каучук.
[0084] (11) Скважинный инструмент по любому из (1)–(10) выше, в котором разлагаемая смоляная композиция содержит наполнитель.
[0085] (12) Каучуковый элемент для скважинных инструментов по любому из (1)–(11) выше, для которого скорость потери массы после погружения на 72 часа в воду при 150 °С относительно массы до погружения составляет от 5 до 100%.
[0086] (13) Скважинный инструмент по любому из (1)–(12) выше, в котором химически активный металл относится по меньшей мере к одному типу, выбираемому из группы, состоящей из магния, алюминия и кальция.
[0087] (14) Скважинный инструмент по любому из (1)–(13) выше, снабженный элементом скважинного инструмента, который содержит как химически активный металл, так и разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла.
[0088] (15) Скважинный инструмент по (14) выше, в котором как химически активный металл, так и разлагаемая смоляная композиция, содержащиеся в элементе скважинного инструмента, который содержит как химически активный металл, так и разлагаемую смоляную композицию, являются зернистыми.
[0089] (16) Скважинный инструмент по (14) или (15) выше, в котором один компонент из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции, содержащихся в элементе скважинного инструмента, который содержит как химически активный металл, так и разлагаемую смоляную композицию, диспергирован в другом компоненте.
[0090] (17) Скважинный инструмент по любому из (14)–(16) выше, в котором элемент скважинного инструмента, содержащий как химически активный металл, так и разлагаемую смоляную композицию, содержит слой, который содержит химически активный металл, и слой, который содержит разлагаемую смоляную композицию, в виде отдельных слоев.
[0091] (18) Скважинный инструмент по любому из (14)–(17) выше, дополнительно содержащий слой, который содержит как химически активный металл, так и разлагаемую смоляную композицию.
[0092] (19) Скважинный инструмент по (17) или (18) выше, дополнительно снабженный множеством слоев с разными композициями.
[0093] (20) Скважинный инструмент по любому из (1)–(19) выше, в котором инструмент представляет собой пробку.
[0094] (21) Скважинный инструмент по (20) выше, дополнительно снабженный: клиновым захватом, который содержит химически активный металл в качестве основного компонента, и по меньшей мере одним элементом скважинного инструмента, отличным от клинового захвата, который представляет собой элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию в качестве основного компонента, причем инструмент представляет собой пробку.
[0095] (22) Скважинный инструмент по (20) выше, дополнительно снабженный: клиновым захватом, который содержит компонент, отличный от химически активного металла, в качестве основного компонента, и по меньшей мере одним элементом скважинного инструмента, отличным от клинового захвата, который представляет собой элемент скважинного инструмента, содержащий разлагаемую смоляную композицию в качестве основного компонента, причем инструмент представляет собой пробку.
[0096] (23) Скважинный инструмент по (20)–(22) выше, дополнительно содержащий элемент из разлагаемого каучука, который содержит разлагаемый каучук, и шаровой уплотнитель, содержащий химически активный металл в качестве основного компонента, причем инструмент представляет собой пробку.
[0097] (24) Скважинный инструмент по любому из (1)–(19) выше, в котором инструмент представляет собой систему муфт, снабженную шаровым уплотнителем и седлом для шара.
[0098] (25) Скважинный инструмент по (24) выше, в котором седло для шара содержит химически активный металл в качестве основного компонента, шаровой уплотнитель содержит разлагаемую смоляную композицию, а инструмент представляет собой систему муфт.
[0099] (26) Скважинный инструмент по любому из (1)–(25) выше, дополнительно снабженный: элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла; и элементом из разлагаемого каучука.
[0100] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложены (27) способ бурения скважин с использованием скважинного инструмента по любому из (1)–(26) выше и (28) способ бурения скважин, который заключается в разложении и удалении химически активного металла с помощью разлагаемой смоляной композиции после выполнения процесса бурения с использованием скважинного инструмента по любому из (1)–(26) выше. Более того, предложены (29) способ бурения скважин, который заключается в разложении и удалении химически активного металла с помощью образующейся кислоты, или неорганического вещества, или органического вещества, которое стимулирует разложение химически активного металла, высвобождаемого разлагаемой смолой, содержащейся в разлагаемой смоляной композиции, причем разложение происходит после выполнения процесса бурения с использованием скважинного инструмента по любому из (1)–(26) выше; и (30) способ бурения скважин, который заключается в разложении и удалении химически активного металла с помощью образующейся кислоты, или неорганического вещества, или органического вещества, которое стимулирует разложение химически активного металла, высвобождаемого разлагаемой смолой, которая содержится в разлагаемой смоляной композиции, при этом разложение происходит после выполнения процесса бурения с использованием скважинного инструмента по (26) выше, при этом одновременно посредством разложения распадается или удаляется элемент из разлагаемого каучука. В частности, предложен (31) способ бурения скважин по любому из (27)–(30) выше, причем процесс бурения выполняют путем инициирования взаимодействия шарового уплотнителя, содержащего по меньшей мере одно из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции, и седла для шара, содержащего по меньшей мере другое из химически активного металла и разлагаемой смоляной композиции.
Промышленное применение
[0101] Посредством скважинного инструмента, снабженного элементом скважинного инструмента, содержащим химически активный металл, и элементом скважинного инструмента, содержащим разлагаемую смоляную композицию, которая стимулирует разложение химически активного металла, настоящее изобретение может обеспечивать, когда условия бурения становятся все более сложными и изменчивыми, скважинный инструмент, который может разлагаться при заданных условиях и обладает прочностью, что может позволять снижать затраты и сокращать продолжительность процесса бурения скважин за счет бесперебойного выполнения операции бурения и простого удаления при различных условиях бурения; таким образом, его промышленное применение является высоким.
[0102] Более того, посредством способа бурения скважин, в котором используют вышеупомянутый скважинный инструмент, в частности, способа бурения скважин, который заключается в разложении и удалении химически активного металла с помощью разлагаемой смоляной композиции после выполнения разрыва пласта с использованием вышеупомянутого скважинного инструмента, настоящее изобретение может обеспечивать, когда условия бурения становятся все более сложными и изменчивыми, способ бурения скважин, который позволяет бесперебойно проводить операцию бурения и легко выполнять удаление при различных условиях бурения и позволяет снижать затраты и сокращать продолжительность процесса бурения скважины; таким образом, его промышленное применение является высоким.
Перечень позиционных обозначений
[0103]
1 Мандрель
2 Кольцеобразный резиновый элемент (элемент из разлагаемого каучука)
3a, 3b Клиновой захват
4a, 4b Клиновидная плашка
5a, 5b Кольцо (пара колец)
10 Шаровой уплотнитель (шар)
12 Седло для шара
H Внутренняя стенка нисходящего ствола
h Полая часть мандрели