[发明专利]用于对井眼进行射孔的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于对地层进行射孔的装置和方法。

现有技术

例如油和气的烃从贯穿地层中的一或多个烃储层的加套井眼中开采。这些烃通过加套井眼中的射孔流入井眼。通常使用装有聚能射孔弹的射孔器做出射孔。射孔器随电力线、钢丝(slickline)、管、盘管或其它输送装置下降到井眼中，直到它邻近烃开采地层为止。随后，地面信号启动与射孔器相关的引爆头，其随后使聚能射孔弹爆炸。由聚能射孔弹的爆炸形成的抛射体或射流穿透套管，从而允许地层流体流过射孔并流入开采钻柱。

在对油井等进行射孔中使用的聚能射孔弹通常包括壳体，其为圆柱形并且由金属、塑料、橡胶等制成。壳体具有开口端并且接收爆炸材料，爆炸材料具有面向壳体开口端的凹面。爆炸材料的凹面由用于封闭壳体开口端的衬里(liner)覆盖。当爆炸材料爆炸时，产生使衬里皱缩的压缩冲击波。衬里的内部被挤压成窄径高速射流，其穿透外壳和周围的水泥，包括油井等。衬里的其余部分可以形成较大直径金属小块，其可以随着高速射流进入射孔，从而部分或完全堵塞射孔并妨碍油通过其流动。

尽管聚能射孔弹已经在油田应用中使用了几十年并且已经对由聚能射孔弹形成的射流性能和动力学特性进行了广泛研究，但传统的聚能射孔弹设计仍未充分利用所用炸药的量和/或可用于形成射流的衬里的量。本发明解决了现有技术的这些及其它缺陷。

发明内容

本发明提供了用于对地层进行射孔的设备。该设备包括：管状承载装置；布置在管状承载装置中的炸药管；和安装在所述炸药管中的至少一个聚能射孔弹。聚能射孔弹包括：外壳；位于所述外壳内的爆炸材料；和在所述外壳内封装所述爆炸材料的衬里。衬里包括顶部，顶部的横截面厚度大于衬里的任何其它部位的横截面厚度。在一个方面，顶部具有的横截面厚度比邻近所述顶部的衬里部位的横截面厚至少百分之五十。在另一个方面，顶部的材料密度大于衬里的任何其它部位的材料密度。衬里(具有轴向长度L)可包括具有所述顶部的第一区域和具有裙部的第二区域，其中，所述第一区域和第二区域各占所述衬里的轴向长度的大体上二分之一，并且其中，所述第一区域具有比所述第二区域更大的质量。在一个方面，使得邻近所述衬里的爆炸材料分布成减少在最紧靠所述顶部的区域中产生的压力。

本发明还提供了对地层进行射孔的方法。将聚能射孔弹输送到穿透地层的井眼中，所述聚能射孔弹包括：外壳、位于所述外壳中的爆炸材料以及在所述外壳内封装所述爆炸材料的衬里，所述衬里包括顶部，顶部具有的横截面厚度大于所述衬里的任何其它部位的横截面厚度。随后使聚能射孔弹爆炸。在一个方面，顶部的横截面厚度比邻近所述顶部的衬里部位的横截面厚至少百分之五十。在另一个方面，顶部的材料密度大于衬里的任何其它部位的材料密度。衬里(具有轴向长度L)包括具有所述顶部的第一区域和具有裙部的第二区域，其中，所述第一区域和第二区域各占所述衬里的轴向长度的大体上二分之一；并且其中，所述第一区域具有比所述第二区域更大的质量。在一个方面，使得邻近所述衬里的爆炸材料分布成减少在最紧靠所述顶部的区域中产生的压力。聚能射孔弹可以利用(i)盘管，(ii)钻杆，(iii)钢缆和(iv)钢丝之一输送至井眼中。

应当理解，以上对本发明的更多重要特征的实例进行了相当广泛的总结，以便使得随后对其进行的详细描述可以得到更好的理解，并且使得本发明对现有技术的贡献可以得到认识。当然，本发明还存在其它特征，下文将对其进行描述并且其形成所附权利要求的主题。

附图说明

为了详细理解本发明，将参考下面结合附图对示例性实施例的详细说明，其中，相同的元件赋予相同的数字，其中：

图1A和1B显示了传统的聚能射孔弹设计的横截面视图；

图2显示了由聚能射孔弹形成的射流的侧视图；

图3显示了根据本发明制造的一种聚能射孔弹；

图4显示了图3所示实施例的顶部区域；

图5显示了图3所示实施例的增压柱(booster column)；

图6以图形方式显示了传统聚能射孔弹和根据本发明的一个实施例制造的聚能射孔弹的轴向速度的分布图；

图7显示了根据本发明制造的另一种聚能射孔弹；和

图8显示了使用根据本发明制造的聚能射孔弹的射孔器。

具体实施方式

本发明涉及用于对井眼进行射孔的装置和方法。本发明涉及不同形式的实施例。附图显示了本发明的几个具体实施例并且将在下文对其进行详细描述，应当理解，本文是本发明原理的示例，不用于将本发明的范围限制于本文所示和所述的内容。