本發(fā)明一般涉及一種一次性使用的壓力致動(dòng)閥或閉合件，以選擇性地承受來自裝置的一側(cè)的流體壓力，直到遠(yuǎn)程移除該閉合件。這是通過將裝置構(gòu)造成可以承受來自一側(cè)的高壓、但是在另一側(cè)出現(xiàn)高壓的情況下會(huì)破裂的易碎穹頂來實(shí)現(xiàn)的。破裂穹頂提供了一種機(jī)構(gòu)，用于在井中的鉆柱初始操作期間在高壓下隔離井下流體一段時(shí)間，該時(shí)間可由鉆機(jī)或操作者選擇，并且然后通過施加額外的流體壓力或來自表面的其他力來遠(yuǎn)程地打破破裂穹頂來移除隔離物。

這些操作在與封隔器和/或完井管柱結(jié)合的定向井、水平井或斜井在帶壓(snubbing)、橋塞取回或區(qū)域分選的過程中是有用的。該裝置的穹頂為垂直和非垂直操作提供壓力隔離，無需電纜即可打開該壓力隔離，該壓力隔離還可以用于與諸如組件的其他裝置一起使用，組件包括用于恢復(fù)或其他功能的裝卸臺(tái)。

背景技術(shù)：

在斜井的鉆井、完井或維修作業(yè)中，有時(shí)密封油管柱以隔離井眼的生產(chǎn)或其他加壓區(qū)域是非常重要的。

在過去，在將油管注入這樣的井中期間已經(jīng)使用了油管端塞，端塞通常是在注入之前附接到油管柱的底部的金屬盤或鋁盤，然后在井底或井底附近從油管柱上移除金屬盤。在us244,042farrar(1881)的專利中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)例子。這具有將金屬留在井眼的井底工作面的不良效果，其難以去除或去除成本昂貴，并且可能干擾進(jìn)一步的鉆井或其它操作。這些裝置只在油管柱的底部運(yùn)行。

有時(shí)看到的另一種機(jī)構(gòu)是使用短節(jié)，其由多個(gè)輪廓組成以通過井下輸送電纜接收各種插頭設(shè)備。這些機(jī)構(gòu)提供單個(gè)插頭，并且同時(shí)可以拔掉和再插入，這些機(jī)構(gòu)由插頭輸送機(jī)構(gòu)約束，也就是，電纜插頭可能難以從較深的斜或水平井眼中取回，并且也許無法在非垂直取向上注入和重新裝配。此外，如果在操作期間這樣的插頭配件失效，則電纜插頭可能成為飛射物，并且兩個(gè)有線插頭在操作期間或用于操作的期間無法安裝或無法輕易安裝。類似地，用于接收各種插頭的多輪廓坐放短節(jié)是以商品名制造的。

破裂穹頂已經(jīng)在井下類似的情況下使用。例如，frazier(ca’728)的加拿大專利申請(qǐng)2,228,728中公開了一種具有“易碎壓力密封”的系統(tǒng)。在這種情況下，具有圓形座面和徑向曲率的陶瓷殼體設(shè)置成為用于包含在井下組件中的可破壞密封件。在ca’728中，陶瓷盤形成為具有精確的弓形(在橫截面上)，以提供最大的耐壓性。ca’728設(shè)計(jì)用于向流體壓力提供強(qiáng)大的屏障，但能夠通過在井下使用破碎工具(例如通過沿著油管投入棒狀物)來破壞。這樣的設(shè)計(jì)不適用于例如斜的或非垂直井眼的油管柱，這是因?yàn)槿绻鄣姆谴怪辈糠志哂蟹浅４蟮木嚯x，或者如果斜孔的曲率損害了破壞工具的行進(jìn)速度(或打擊力)，則僅依靠重力不能使桿或破碎工具行進(jìn)。此外，當(dāng)'728的穹頂破裂，所得到的通道可能是不規(guī)則的，并限制油管孔中的流體流過穹頂?shù)臍堄辔?。同樣，產(chǎn)生的碎片可能是不規(guī)則的或大的，這可能會(huì)干擾裝配、鉆孔或其他井眼的特性或操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了減輕現(xiàn)有技術(shù)的一些問題，本發(fā)明的破裂穹頂由易碎材料制成，其具有特定的弧形的穹頂外形，并且在穹頂外形的至少一個(gè)表面中具有包括的特征，當(dāng)該穹頂破裂時(shí)，該特征引導(dǎo)和控制穹頂?shù)钠扑?，以使破碎穹頂?shù)乃槠哂锌刂葡碌某叽绾托螤?，設(shè)計(jì)成以防止在井筒或任何相關(guān)設(shè)備中的堵塞或懸掛。易碎穹頂可以由諸如某些陶瓷、玻璃、鑄造金屬、可溶解物或任何合適的材料的材料制成，其不應(yīng)與井或輔助設(shè)備發(fā)生負(fù)面的反應(yīng)或互相影響而造成損害。

在一實(shí)施例中，提供了用作由油管形成的導(dǎo)管的可破壞密封件的破裂穹頂，油管由可破壞材料形成，破裂穹頂包括：

a具有穹形橫截面的圓形體，本體具有：

1.凸側(cè)

2.凹側(cè)

3.附接的圓周邊緣，用于安裝到油管內(nèi)側(cè)的密封件上或油管上的裝配件上

b一側(cè)具有包括在其表面中的特征以引導(dǎo)破裂穹頂?shù)臄嗔眩?/p>

c所述本體在凸側(cè)和凹側(cè)之間形成的部分形成斷裂部，該斷裂部是易碎的，設(shè)計(jì)成用以保持施加到凸側(cè)的高的流體壓力，并且當(dāng)施加到凹側(cè)的流體壓力超過閾值時(shí)斷裂；

d由于向凹側(cè)施加超過閾值的壓力而使斷裂部破碎時(shí)，所述斷裂部設(shè)計(jì)為破裂成至少部分由包括在其表面中的特征所限定的預(yù)定碎片；

e穹頂還可以使用機(jī)械或其他力破碎。

附圖說明

圖1是破裂穹頂?shù)母﹤?cè)視圖。

圖2是破裂穹頂?shù)氖境隽税疾酆瓦吘壗Y(jié)構(gòu)的實(shí)施例的側(cè)視圖。

圖3和圖3a是圖2中的破裂穹頂沿著a-a線的剖視圖，圖3a提供了在破裂穹頂?shù)捻斆嫔系那蝾^銑削槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的放大細(xì)節(jié)圖示。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種用于在組件(未示出)中用作可破壞密封件的破裂穹頂100。破裂穹頂100具有外圓周10，外圓周10的外緣裝配在組件(未示出)內(nèi)，并且外圓周10的外緣將組件密封，然后組件將例如是用于井中的管柱的流體導(dǎo)管(未示出)的內(nèi)部通道密封。通常，本發(fā)明涉及的領(lǐng)域是石油和天然氣工業(yè)，更具體地說，是關(guān)于油或氣井的操作中的壓力控制，甚至更具體地，涉及斜井或非垂直井。

破裂穹頂100由諸如陶瓷的易碎材料制成。它具有穹形，具有中空側(cè)或凹側(cè)20和凸側(cè)30。在一個(gè)實(shí)施例中，凹側(cè)20和凸側(cè)30的弧形相似或等同，使得穹頂?shù)那骟w40具有相對(duì)均勻的厚度。

取決于破裂穹頂100的直徑，穹頂?shù)那骟w40的厚度和曲率將不同，將曲面體40設(shè)計(jì)成從一側(cè)(施加到凸側(cè)30上)保持預(yù)設(shè)范圍的流體壓力，并且從另一側(cè)(施加到凹側(cè)20上)在不同的但預(yù)設(shè)的壓力閾值下斷裂或破裂。以這種方式，可以保持住對(duì)油管進(jìn)行密封的組件中的破裂穹頂100所提供的密封，將油管的密封部分與井的其余部分隔離，直到高于設(shè)計(jì)的破裂壓力的壓力施加到破裂穹頂100的凹側(cè)20上。

在優(yōu)選實(shí)施例中，將破裂穹頂設(shè)計(jì)成承受來自高壓力承載凸側(cè)30的10,000psi而不斷裂，但是當(dāng)另一(凹)側(cè)20的壓力超過另一(凸)側(cè)30的壓力是破裂穹頂?shù)耐姑婺艹惺艿淖畲髩毫Φ?0％-15％時(shí)，破裂穹頂設(shè)計(jì)為分離或破裂。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力穹頂可承受壓力差，其中，在破裂前，凸側(cè)的壓力與凹側(cè)的壓力相同，或比凹側(cè)的壓力大，直至10,000psi，但是該壓力穹頂設(shè)計(jì)成為以使其可以承受壓力差，其中凹側(cè)上的壓力比凸側(cè)上的壓力大1500psi，但是如果該壓力差超過1500psi則會(huì)破裂(這些數(shù)字是示例性的并且是優(yōu)選實(shí)施例的近似值)。這意味著如果壓力穹頂處于具有來自形成9,000psi的壓力的密封井眼的環(huán)境中，則在操作員的控制下，通過施加10,501psi或更大的來自地面設(shè)備的流體壓力(超過1500psi的壓力差)可以使穹頂破裂。類似地，如果在1000psi的凸側(cè)壓力下進(jìn)行測(cè)試，則通過向凹側(cè)施加2,501psi或更大的壓力(大于1500psi的差值)可以使穹頂破裂。這些示例是為了說明應(yīng)該如何設(shè)計(jì)破裂壓力差以使有一個(gè)小的(類似于凸側(cè)能承受的最大壓力的10％-25％)但顯著的(以使意外破裂的可能性降低)壓力差，可以以可控的方式(通過操縱施加到凹側(cè)的流體壓力)將壓力差施加到穹頂?shù)陌紓?cè)以使其破裂。以這種方式，通過從表面到凹側(cè)20選擇性地施加壓力，破裂穹頂可能有目的地破裂以導(dǎo)致穹頂失效、破裂并破壞其先前形成的密封。為了提供這種性能特征的集合，具有23/8”o.d.的陶瓷破裂穹頂100將具有厚度大約為0.2575”的穹頂壁40，溝槽延伸進(jìn)入穹頂壁40為0.075”并且特征線70，90形成或切入到穹頂壁40中，如果例如通過0.030”球頭銑刀銑削，則銑削到深度約0.075”。

為了確保破裂穹頂在破裂時(shí)不會(huì)破裂成大的、不規(guī)則的和有危害性的可能會(huì)懸掛、堵塞或損壞井下設(shè)備或油管的穹頂材料碎片，，在破裂穹頂100的表面中可以具有特定的圖案-在優(yōu)選實(shí)施例中，圖案可以包括在凸側(cè)30的外表面中。圖案50可以是凸側(cè)30的外表面中的特征60的對(duì)稱網(wǎng)格，或者可以是任何合適的圖案，并且可以在制造或加工或雕刻或以其他方式制造的成型或制成階段中成型。在實(shí)施例中，在具有間隔大約3/16英寸的特征線70的平方網(wǎng)格圖案中，可以使用具有0.015”半徑的0.030”球頭銑刀或具有0.010”半徑的0.020”的半球形銑刀銑削該特征。

在優(yōu)選實(shí)施例中，破裂穹頂100的凸側(cè)30的表面中的線70的特征圖案50在同一表面30內(nèi)也是特征線90的半徑80內(nèi)，半徑80約為或略小于組件(未示出)的內(nèi)徑。在優(yōu)選實(shí)施例中，為了在具有2”i.d.的23/8”o.d.油管柱密封件中使用，該半徑80將約為2”。這樣，一旦破裂穹頂?shù)臄嗔巡糠制屏巡拿芊饧幸瞥?，允許破裂穹頂破裂時(shí)分開以留下一個(gè)由特征線90的半徑80限定的干凈通道，留下了基本上沒有受損的通道。

破裂穹頂100可以具有用于附接到組件(未示出)的外周壁95。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是示例。在不脫離僅由所附權(quán)利要求單獨(dú)限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行改變、修改和變化。