專利名稱：安全通風閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及油氣生產領域。更特別地，本發(fā)明涉及一種安全 通風閥(ventvavle)。更特別地，本發(fā)明涉及一種用于射孔槍系統(tǒng)的 安全通風閥。
背景技術：
射孔系統(tǒng)尤其用于在通過地層所鉆的井眼中形成液力連通通道 (稱為穿孔)以使得地層的預定區(qū)域可與井眼液力連接。需要射孔是因 為通常通過將管子或套管同軸地插入井眼中來完井。套管通過將水泥 泵送到井眼和套管之間的環(huán)形空間而保持在井眼中。水泥固定的套管 設在井眼中以特別用于使被井眼穿透的各個地層彼此液力分隔開。
在圖1中顯示了一種射孔系統(tǒng)4的一個典型實例。如所示的，射 孔系統(tǒng)4包括一個或多個射孔槍6,所述射孔槍串接在一起以形成射 孔槍串3，這些槍串有時可能超過一千英尺的射孔長度。連接接頭 (connecting sub ) 18提供所述串3的每個相鄰槍6之間的連通性。許 多槍系統(tǒng)，尤其是那些包括各槍構成的長串的槍系統(tǒng)經由管5傳送。 其他槍系統(tǒng)可以通過懸持在鋼絲繩或鋼絲(未顯示)上來配置。
聚能射孔彈8包含在射孔槍6內，該聚能射孔彈通常包括外殼、 襯套和插在襯套和殼體之間的大量高能炸藥。當高能炸藥被引爆時， 形成快速膨脹的爆炸氣，該爆炸氣的作用力使襯套破裂并且將其從射 孔彈8的一端以非常高的速度、以稱為"射流，，12的模式噴出。射流12 穿透套管和水泥并且形成延伸到周圍地層2中的穿孔IO。所產生的穿孔10提供了地層2和井眼1的內部之間的流體連通。在欠平衡的情況 下(在地層壓力超過井眼壓力的情況下)，地層流體從地層2流到井眼 1中，從而增加了井眼l的壓力。而且，隨著爆炸氣變冷和收縮，在 射孔槍主體14的內部和井眼1之間形成了大壓力梯度。該壓力差又通 過槍孔16抽吸射孔槍主體14內的井眼流體。
圖2a和2b說明了槍串3的一部分，用于提供設在兩個射孔槍6 之間的連接接頭18的其他細節(jié)。如所示的，連接接頭18在其每一端 具有突出部件19，該突出部件用于與設在每一個射孔槍6端部的相應 凹部21配合。所示的槍6通過形成在凹部21的內徑和突出部件19 的外徑上的一系列螺紋23而固定到連接接頭18上。
引爆索20也設在槍串內，用于提供一種用于聚能射孔彈8的起爆 /引爆裝置。聚能射孔彈8的引爆通過激發(fā)引爆索20來完成，該引爆 索又產生沖擊性的沖擊波，用于開始引爆聚能射孔彈炸藥8。通常沖 擊波在引爆索20的上端部(即最靠近地面9)在引爆索20中開始并 且穿過槍串3向下行進。為了確保沖擊波傳播到構成槍串3的每一個 單個槍6，每一個連接接頭18也配備有一部分引爆索20。連接接頭 18中的引爆索20的部分保持在形成于其中的空腔22中。在引爆索20 的每一段的端部上的傳送炸藥24使沖擊波從一個槍主體6的端部繼續(xù) 行進到連接接頭18中的引爆索20的部分，再從連接接頭18到下一個 相鄰槍主體6，依此類推。傳送炸藥24的沖擊波傳送功能在槍主體6 和連接接頭18之間產生了通道26。如圖2b所示，聚能射孔彈8響應 于由引爆索20所產生的沖擊波的暴露而引爆。聚能射孔彈8的引爆又 留下孔16，該孔提供了從井眼1到槍主體14的內部的流體流動。類 似地，響應于引爆索沖擊波的傳送炸藥24的引爆形成了通道26，該 通道提供了射孔槍主體6的內部和連接接頭空腔22之間的流體流動管 道。因而，空腔22在經受引爆索沖擊波的暴露之后又經受井眼壓力。 井眼流體內的碎屑常常隨著流體運送到空腔22中。當從井眼l收回槍 系統(tǒng)4時，空腔22將被豎直定向從而又可能使流體碎屑收集在通道 26內，因而形成了可能將井眼流體截留在連接接頭18內的可能堵塞情況。由于井眼流體壓力經常可能超過1000psi,該截留壓力在拆卸槍 串3的過程中可能引起人員危險。因此，需要一種消除連接接頭18 內的截留壓力的可能性的設備和方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的 一個實施例涉及一種連接接頭，該連接接頭包括外殼、 外殼內的壓力產生構件以及可與壓力產生構件操作連通的通風閥，其 中通風閥響應于壓力產生構件的激發(fā)而被選擇性地打開。連接接頭還 可包括形成在外殼內的空腔。當通風閥處于打開位置時，其提供了空 腔和外殼的外部之間的流體連通。易碎部件可以包括在通風閥內。壓 力產生構件可包括引爆索。壓力產生構件可包括沖擊波產生部件(比 如引爆索)或易燃材料(比如推進劑)。
連接接頭的一個實施例可包括第一端部、第二端部、可連接到第 一端部上的射孔槍、設在射孔槍內的沖擊波產生部件、可與連接接頭 沖擊波產生部件結合的第一傳送炸藥以及可與射孔槍沖擊波產生部件 結合的第二傳送炸藥。連接接頭可包括可連接到第二端部上的第二射 孔槍、設在第二射孔槍內的沖擊波產生部件、可與連接接頭沖擊波產 生部件結合的第三傳送炸藥以及可與第二射孔槍沖擊波產生部件結合 的第四傳送炸藥。與外殼和通風閥聯接的保持環(huán)也可包括在連接接頭 內。
連接接頭還可包括與沖擊波產生部件聯接的聯接部件。該聯接部 件可以是用于接收穿過其中的沖擊波產生部件的開口、鉤形部件或用 于接收在其之間的沖擊波產生部件的相對構件。
在此包括一種安全地為井下工具提供通風的方法。所述方法包括 在井下工具上提供易碎部件，激發(fā)壓力產生物質，其中激發(fā)壓力產生 物質使易碎部件破裂從而形成穿過井下工具壁的孔以便在井下工具的 內表面和外表面之間形成流體連通。壓力產生物質可包括引爆索、推 進劑以及它們的組合。井下工具的內表面和外表面之間流體連通。


圖l是射孔系統(tǒng)的局部剖開的側視圖。
圖2a示出了射孔串的一部分的局部剖開圖。
圖2b描述了射孔串的一部分的局部剖開圖。
圖3是根據本公開的 一個實施例的射孔串的 一段的剖開側視圖。
圖4是通風閥的剖開的透視圖。
圖5是根據本公開的一個實施例的射孔串的一段的剖開側視圖。
具體實施例方式
本公開的裝置包括一種可用于釋放井下工具內的流體壓力的安全 通風閥。現在參照圖3，其說明了帶有通風閥的井下工具的一個實例。 更特別地，所示的實施例是射孔串31的一段，所述射孔串包括連接接 頭28和槍主體32，其中槍主體32設在連接接頭28的兩個端部上。 圖3的連接接頭34的實施例包括外殼39,該外殼具有形成在其中的 空腔48并且構造成在其兩個端部與射孔槍32聯接。聯接裝置的一個 實例包括設在外殼39端部的外表面上的螺紋41,所述螺紋用于與槍 主體32端部的內周面上的相應螺紋配合。凹部35設在連接接頭28 的壁內，從連接接頭28的外表面延伸到空腔48內，該凹部位于空腔 48的主體內。雖然所顯示的凹部35的方位基本上垂直于連接接頭28 的軸線，但是不限于這種結構，而是替代地，可在連接接頭28的外表 面和空腔48之間以任何其他角度形成。在圖3的連接接頭28的實施 例中，空腔48被密封而且因而與槍主體23或其外表面不流體連通。 連接接頭28和槍主體32的配合邊處的隔壁由剛性無孔材料形成，從 而形成流體流動屏障。另外，如下面更詳細的討論，凹部35中的通風 閥34的存在在通風閥34處于閉合形態(tài)時防止了流體穿過其中的流動。
設在連接接頭28中的凹部35用于接收通風閥34。所示出的通風 閥34包括形成為大致環(huán)形結構的主體38。在圖4的截面圖中提供了 通風閥34的一個實施例。然而，本公開的通風閥34不限于圖4的實 施例，而是替代地，可包括比如矩形、橢圓形、多邊形(六邊形、八邊形等)結構的任何合適橫截面或者任何其他合適的形式。所示的通
風閥34還包括設在其主體38內的隔膜40，所述隔膜位于基本上垂直 于通風閥34的軸線的平面中。通風閥34可以是由單件原材料加工而 成的單體結構，或者可以是包括在接近隔膜40的位置處結合在一起的 兩個單獨部分。
圖3和圖4的實施例的隔膜40在處于該結構時完全包圍了主體 38內的環(huán)形區(qū)域，從而防止流體流過通風閥34。然而，隔膜40是易 碎的而且因而當破裂時，可允許流體穿過通風閥34。與本裝置一起使 用的合適隔膜的一個實例是破裂盤。用于通風閥34和接頭的合適材料 的一個實例是能夠經受預期井下條件的任何合金鋼，其他替代材料包 括玻璃、陶瓷、鋁、鑄鐵、塑料和由NYLON⑧形成的物品。材料的適 當選擇很好地落入所屬領域的技術人員的范圍內。
主體38還包括從隔膜40向下延伸的裙部44;可選地，包括在裙 部44內的是提供了穿過裙部44的通道的開口 46。該開口 46布置成 大致垂直于外殼38的軸線。開口 46應該具有的尺寸足以容納穿過其 中的引爆索36。通風閥34的一個實施例可包括以大致與主體38共軸 的方位形成在主體38的外周面上的肩止檔45。在包括肩止檔45的實 施例中，凹部35將在接近其開口處具有增加的直徑以便在其內接收肩 止檔45。應該包括由凹陷直徑的減小所形成的脊47以^_與肩止檔45 配合，肩止檔45與脊47的適當布置可以使開口 46位于空腔48內， 以便適當地布置穿過其中的引爆索36。 一旦在空間上對準后，通風閥 34可被旋轉(如果需要的話)以與引爆索36對準。
通風閥34可以通過保持環(huán)50保持在凹部35內。該環(huán)50可按許 多方式設置在凹部內，比如螺紋連接、壓配合、卡環(huán)、焊接或任何其 他合適的方式。
應該指出的是本裝置的通風閥34不限于具有易損部件(比如隔 膜)的通風閥，而是替代地，可以包括響應于沖擊波的任何裝置或設 備。 一個其他實例可以是滑動岐管，該滑動歧管可以具有按照策略布 置的端口，以使得當部件被響應于沖擊波向上推壓時，端口可定位成允許從連接接頭28的空腔48向連接接頭28的外周形成流體連通。另 一個替代實施例包括彈簧加載式安全閥，該安全閥對空腔和環(huán)境條件 之間的壓差做出響應，而且在空腔壓力超過環(huán)境壓力某一設定量時打 開。然后，彈簧加載能夠使該閥復位以用于重復使用和/或重復壓力負 載。
引爆系統(tǒng)33的一部分顯示為在連接接頭28和槍主體32內。所示 的引爆系統(tǒng)33的該部分包括引爆索36和傳送炸藥37并且延伸穿過槍 主體32以及進入連接接頭28。如先前所討論的，引爆系統(tǒng)的起爆通 常發(fā)生在最靠近地面9的引爆系統(tǒng)段上。引爆系統(tǒng)33的起爆在引爆索 36內產生通過引爆系統(tǒng)33 (和索36)向下傳播的沖擊波。而且，沖 擊波借助于設在段內的引爆索36的每一端部的末端點處的傳送炸藥 37在槍串的連續(xù)段(即相鄰的槍主體32和連接接頭28)之間傳送。 引爆索36可以是任何形狀(即圓的、扁的、較小直徑、較大直徑以及 變化直徑)，引爆索的化學成分也不限于單一成分。與在此所描述的裝 置和設備一起使用的引爆索可包括任何可用于沿槍串傳送沖擊波的 索，其中沖擊波可激發(fā)通風裝置。另外，電起爆器可用作用于產生前 述沖擊波的裝置。
可選地，破裂步驟可通過由材料的燃燒(比如推進劑的燃燒)而 形成的壓力來完成。易燃材料可位于靠近通風閥的易碎部處，其中由 隨后的燃燒所產生的高壓力在易碎部上施加足夠的作用力以使其破 裂?？蛇x地，容納易燃材料的區(qū)域可被密封從而允許形成壓力以便使 易碎部破裂。因而，代替瞬間的微秒事件的是本公開的裝置能夠用以 毫秒時間為基礎起作用的燃燒化合物來激發(fā)。
在操作中，具有圖3的段31的射孔串設在井眼l中，用于為井眼 1射孔。如先前所討論的，為井眼射孔通過激發(fā)射孔串的引爆系統(tǒng)來 完成，該射孔系統(tǒng)又引爆與射孔系統(tǒng)相關聯的聚能射孔彈30。聚能射 孔彈的引爆響應于引爆系統(tǒng)的沖擊波而發(fā)生。引爆系統(tǒng)的激發(fā)通過激 發(fā)點火頭來完成。如已知的，點火頭通常包括在位于其最上段中的射 孔串中并且與引爆索電連接或機械連接。在引爆系統(tǒng)激發(fā)時，產生的沖擊波沿著引爆系統(tǒng)的長度行進并且穿過引爆索36的每一段。圖3 的隔膜40具有易碎的構造以響應于由于沖擊波穿過引爆索36而形成 的壓力暴露而爆裂。爆裂隔膜40除去了通風閥34的流體流動屏障而 且從而提供了空腔48和連接接頭28的頂側之間的開放的流體連通。 因而，導致沖擊波引爆的同一沖擊波也允許形成空腔48和連接接頭 28周圍的區(qū)域之間的通風。
圖5示出了在引爆系統(tǒng)引爆之后射孔串段31a的一個實施例。在 此聚能射孔彈的爆炸導致其各個構件的破碎或瓦解，而且從而不再存 在。類似地，引爆索36和傳送炸藥37在使用期間已經被消耗也不存 在了。聚能射孔彈所產生的引爆提供了穿過槍主體32a的壁的孔54 而且傳送炸藥37的爆炸類似地在連接接頭28a和相鄰的槍主體32a 之間產生通道52，從而允許流體從相應槍主體32a流入空腔48a。這 產生了從槍主體32a的外部到空腔48a的流體流動通路Al。而且，隔 膜40a的破裂允許流體自由地從空腔48a流向連接接頭28a的外部。 因而，如果在收回串段31a的過程中，通道52被堵塞，穿過現在已打 開的通風閥34a的流體的自由流動防止了空腔48a和連接接頭28a周 圍之間的壓差。
隔膜厚度可在沿隔膜40的表面的按照策略選定的位置處被減小 以便確保其響應于所施加的沖擊波而破裂?？蛇x地，隔膜40可沿其側 面之一的表面包括劃痕部分42以促使隔膜40爆裂。也可替代地，用 于連接引爆索36和通風閥的聯接部件不限于開口 46，而是可包括用 于連接通風閥34和引爆索36的J形部件的聯接部件。另外，聯連接 部件可包括用于與索36連接的多個柔性構件。應該指出的是沖擊波的 產生不限于使用引爆索。
因此，在此所描述的本發(fā)明很好地適用于實現其目的并達到所提 到的目標和優(yōu)點以及其固有的其它目標和優(yōu)點。雖然為了公開以上給 出了本發(fā)明的當前優(yōu)選的實施例，但是許多改變存在于實現所希望結 果的過程的細節(jié)中。例如，在此所描述的發(fā)明可適用于任何聚能射孔 彈的相位調整以及任何密度的聚能射孔彈。而且，本發(fā)明可與任何尺寸的射孔槍一起使用。這些和其他類似修改對所屬領域的技術人員來 說是顯而易見的，而且旨在包含于在此所公開的本發(fā)明的精神和所附 的權利要求的范圍內。
權利要求
1. 一種連接接頭，包括外殼；壓力產生構件；以及通風閥，所述通風閥與所述壓力產生構件操作連通，其中，所述通風閥響應于所述壓力產生構件的激發(fā)而選擇性地打開。
2. 根據權利要求l所述的連接接頭，其中所述壓力產生構件是沖擊波產生部件。
3. 根據權利要求l所述的連接接頭，其中所述壓力產生構件包括 易燃推進劑。
4. 根據權利要求1所述的連接接頭，還包括形成在外殼內的空腔。
5. 根據權利要求4所述的連接接頭，其中當所述通風閥處于打開 位置時，所述通風閥在所述空腔和所述外殼的外部之間提供流體連通。
6. 根據權利要求1所述的連接接頭，還包括位于所述通風閥內的 易碎部件。
7. 根據權利要求2所述的連接接頭，其中所述沖擊波產生部件包 括引爆索。
8. 根據權利要求7所述的連接接頭，還包括第一端部、第二端部、 能連接到所述第一端部的射孔槍、設在所述射孔槍內部的沖擊波產生 部件、能與連接接頭沖擊波產生部件結合的第一傳送炸藥以及能與射 孔槍沖擊波產生部件結合的第二傳送炸藥。
9. 根據權利要求8所述的連接接頭，還包括能與所述第二端部連 接的第二射孔槍、設在所述第二射孔槍內的沖擊波產生部件、能與連 接接頭沖擊波產生部件結合的第三傳送炸藥以及能與第二射孔槍沖擊 波產生部件結合的第四傳送炸藥。
10. 根據權利要求1所述的連接接頭，還包括與外殼和通風閥聯 接的保持環(huán)。
11. 根據權利要求2所述的連接接頭，還包括連接到所述沖擊波產生部件上的聯接部件。
12. 根據權利要求11所述的連接接頭，其中所述聯接部件選自 用于接收穿過其中的沖擊波產生部件的開口 、鉤形部件以及用于接收 在其之間的沖擊波產生部件的相對構件。
13. —種射孔系統(tǒng)，包括 連接接頭；與連接接頭聯接的射孔槍； 引爆系統(tǒng)；以及所述連接接頭設有的通風閥，其中，所述通風閥響應于所迷引爆 系統(tǒng)的操作而選擇性地打開。
14. 根據權利要求13所述的射孔系統(tǒng)，還包括與所述引爆系統(tǒng)操 作連通的引爆器。
15. 根據權利要求14所述的射孔系統(tǒng)，還包括形成在所述連接接 頭內的空腔。
16. 根據權利要求15所述的射孔系統(tǒng)，其中當所述通風閥處于打 開位置時，所述通風閥在空腔和連接接頭的外部之間提供流體連通。
17. 根據權利要求13所述的射孔系統(tǒng)，還包括位于所述通風閥內 的易碎部件。
18. 根據權利要求13所述的射孔系統(tǒng)，其中所述引爆系統(tǒng)包括與 引爆索聯接的引爆器，其中所述引爆器的激發(fā)起動沿引爆系統(tǒng)的沖擊 波。
19. 根據權利要求13所述的射孔系統(tǒng)，還包括與連接接頭和通風 閥聯接的保持環(huán)。
20. 根據權利要求13所述的射孔系統(tǒng)，還包括聯接到引爆系統(tǒng)的 聯接部件。
21. 根據權利要求20所述的射孔系統(tǒng)，其中所述聯接部件選自 用于接收穿過其中的引爆系統(tǒng)的開口 、鉤形部件以及用于接收在其之 間的引爆系統(tǒng)的相對構件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射孔系統(tǒng)連接接頭，包括用于提供穿過連接接頭壁的流體連通的通風閥。該通風閥選擇性地打開并且可包括易碎部件。該易碎部件可通過由相關聯的引爆索的起爆所產生的沖擊波而破裂。
文檔編號E21B34/06GK101484660SQ200780025035
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月1日 優(yōu)先權日2006年6月1日
發(fā)明者C·W·羅斯, T·W·桑普森, 小W·D·邁爾斯 申請人:貝克休斯公司