[发明专利]包含高能材料的穿孔系统

说明书

优先权声明

本申请要求2006年5月26日提交的美国临时申请序列号60/809,004和2007年4月24日提交的美国发明专利申请序列号11/789,310的优先权。

技术领域

本发明通常涉及油气生产领域。本发明尤其涉及定型药包系统和/或枪体。更特别地，本发明涉及穿孔枪系统，在其相应的定型药包爆炸之后，使得在井的穿孔过程中产生的井孔枪碎片最少。该枪系统还能够设计为从一开始就消失，从而无需对留在井孔中的硬件进行回收操作。

背景技术

穿孔系统除了用于其他目的之外，还用于在钻进于地层的井孔中形成液压交流通道，这称为穿孔，从而使得地层的预定区域可以与井孔液压连接。由于井孔典型地通过同轴地将管或套管插入到井孔中而完成，并且通过将水泥泵入到井孔和套管之间的环形空间以使套管保持在井孔中，因此穿孔是需要的。在井孔中提供的接合套管起到的专门作用是：液压地互相隔离被井孔贯穿的不同地层。如同所知的，碳氢化合物承托地层例如储层存在于这些地层中。所述井孔典型地横断这些储层。

穿孔系统典型地包括一个或多个串在一起的穿孔枪，这些枪串有时候可以超过一千英尺的穿孔长度。包含在穿孔枪里的是定型药包，所述定型药包典型地包括药包筒、衬套和一定量的装入在衬套和药包筒之间的高能炸药。当高能炸药引爆时，爆炸力瓦解衬套并以非常高的速度将其从药包一端以称为“喷射”的方式喷射出去。该喷射贯穿套管、水泥和一定量的地层。

由于爆炸引起的强力，定型药包及其相应的组件经常粉碎成许多碎片，一些可能从穿孔枪中排出并进入到井孔内的流体中。这些碎片可能阻塞和损坏设置，例如细颈部和歧管，从而限制流体流过这些设备，并可能妨碍从特定井孔生产的碳氢化合物量。因此，存在对用于进行穿孔操作的装置和方法的需要，这些装置和方法能够显著地减少与穿孔相关的碎片，从而使留下的碎屑最少。

发明内容

一种穿孔装置，包括至少一个穿孔枪，该穿孔枪具有定型药包，该定型药包包括药包筒、衬套和爆炸物主体。穿孔枪的组件可以包括高能材料，该高能材料随着该定型药包的爆炸而分解。分开的组件包括穿孔枪(也即外壳和枪管)、定型药包、定型药包筒和定型药包衬套。该材料可以是氧化剂、钨、钨合金、镁、镁合金、水泥颗粒、橡胶化合物、复合纤维、、钢、钢合金、锌及它们的混合物。

附图说明

图1描述了药包载体的一个实施例的立体横截面图。

图2示例了穿孔系统的实施例的局部横截面图。

具体实施方式

这里参见附图，图1描述了本发明的一个实施例的侧面横截面图。如图所示，本实施例是定型药包10，该定型药包10包括药包筒1、衬套5、爆炸物2、起爆剂4和可选的盖子6。在一个实施例中，用于药包筒1和衬套5的材料可以包括易起反应的高能材料，将其状态从固体材料改变为基本气态成分。高能材料的反应(也即其状态的改变)可以在激活定型药包10之后引起。高能材料反应的起动可以通过定型药包10的激活或者通过分开的起动事件而实现。不管怎样，这都将在定型药包10的激活之后发生。需要指出的是，该高能材料可以在定型药包10激活的同时或者在激活之后的一定时间内改变其状态。定型药包爆炸的结果是产生温度和压力的改变，这又引起该材料状态的反应改变。

该材料可以包括放热的反应材料，例如氧化剂或推进剂。这些放热的反应材料的例子除了其他，包括高氯酸铵和高氯酸钾，及这些化合物的混合物。该材料的反应起因于定型药包爆炸之后，定型药包的爆炸有效地使该高能材料气化，从而排除了爆炸之后定型药包10的组件的碎屑的出现。

可选地，在高能材料中可以包括添加剂，这些添加剂包括钨、镁、水泥颗粒、橡胶化合物、复合纤维、钢、钢合金、锌及它们的混合物。这些添加剂可以使高能材料降低敏感性，以防止材料不按计划的反应。此外，降低添加剂的敏感性可以减慢高能材料状态改变的反应速度，从而减小气化过程中建立的局部压力。这些添加剂还可以增强高能材料的强度。降低材料的敏感性在最终产品(也即衬套或药包筒)易于受到环境影响的时候可以尤其有用，该环境可能促使材料早早触发，例如作用于材料上的强的撞击和或振动、或导致过高温度的事件和/或压力。材料的强度在高能材料用于形成定型药包筒1的时候是重要的。

通常地，氧化剂用于地下碳氢化合物的生产中，以在碳氢化合物生产井孔中产生压力。这样的压力提高在激发被井孔贯穿的碳氢化合物承托储层中可以是有用的。这些氧化剂通常是管状形式，其暴露于井孔并发生爆炸，爆炸的弹道作用打碎材料并燃烧，这在井孔中产生压力。