[发明专利]矩形开槽聚能射孔弹的波状衬里

说明书

根据所公开的示例性实施例，描述了用于矩形开槽聚能射孔弹的波状曲线形衬里(200、300、400、500、600、700)。示例性曲线形衬里包括一个或多个曲线形轮廓。波状曲线形衬里为油气井筒作业(如完井和弃井)中使用的矩形开槽聚能射孔弹提供了改进的射孔性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月11日提交的美国临时专利申请No.62/683,474的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及一种用于油田和气井射孔操作的开槽聚能射孔弹。更具体地，本公开涉及一种用于开槽聚能射孔弹(slotted shaped charge)的波状(contoured)曲线形衬里。

背景技术

开槽聚能射孔弹在市场上有售，并且用作例如油田和气井完井中的射孔枪组件的一部分。开槽聚能射孔弹是爆炸部件，并且通常以螺旋模式围绕射孔枪组件中的至少一个基本圆柱形的射孔弹载体布置。射孔弹可用于各种目的，例如在例如钢套管(如管道或油管)和井衬水泥中产生孔，以产生流体的流动路径，所述流体可用于清洁和/或密封井，以及对周围地质地层进行穿孔以进入地层内的油和/或气沉积物。开槽聚能射孔弹通常是矩形的，被称为“开槽(slotted)”，因为开槽聚能射孔弹产生的穿孔是矩形槽。这样，围绕圆柱形射孔弹载体以螺旋方式布置的开槽聚能射孔弹可以重叠，以提供对井筒内的结构和地层的360°进入。

开槽聚能射孔弹通常包括容纳炸药的套管和在炸药上方包围套管的衬里。射孔弹还包括爆炸引发器，例如导爆索，其配置在射孔枪组件内，以电或机械方式引爆炸药。爆炸使炸药上方的衬里坍塌，从而从开槽聚能射孔弹释放热能射流和衬里微粒。因此，射流提供可用于在射流的路径中对井套管、地质地层和其他目标进行射孔的聚焦弹道能量。开槽聚能射孔弹可以被设计成尤其具有用于特定应用的特定尺寸、爆炸载荷和衬里。衬里也可由特定材料设计而成，并可具有特定形状，这取决于开槽聚能射孔弹的应用。各种设计考虑因素可影响例如开槽聚能射孔弹的射流几何形状、射孔几何形状、穿透深度和其他性质以及相关的弹道学。

具体地，矩形开槽聚能射孔弹的爆炸产生弹道能量，弹道能量产生爆震波，爆震波向装有爆炸射孔弹的套管的开口端移动。爆震波由开口成形，以在引爆时产生线性穿孔射流，该线性穿孔射流又在目标表面中产生矩形穿孔。因此，射流刺穿套管和/或水泥衬里，并在周围的目标地层中形成矩形通道。更大的射孔射流在目标地层中产生更大的射孔并增加潜在的油和/或气体流动。开槽聚能射孔弹中的衬里的总体尺寸可有助于射孔射流的尺寸/跨度，该射孔射流在开槽聚能射孔弹爆炸时形成并在目标地层中提供更大的射孔。

除了在井筒中提供油和/或气体流动之外，开槽聚能射孔弹的另一个目的是帮助废弃油井和/或油田。弃井通常涉及复杂的过程，其中井筒必须被封闭并使用水泥永久密封。重要的是地质地层的元素(例如沉积岩层，特别是淡水含水层)是被压力隔离。在先前抹水泥的井筒环空(例如内井套管和外井套管之间的空间)中的不期望的垂直通道或空隙可产生流体或气体的迁移路径。因此，用开槽聚能射孔弹射孔背后的目的可以是在目标管道/油管上产生在关闭/废弃过程中特别有用的纵向槽或线性形状狭缝或孔。

基于上述考虑，已经开发了用于开槽聚能射孔弹的各种衬里，以尤其是增大/优化射孔射流的尺寸以及井筒套管和目标地层中的射孔射流和穿孔。然而，随着油气完井中不断发展的经济和环境考虑因素，需要用于进一步提高开槽聚能射孔弹的射孔性能的衬里，以增加井筒中潜在的油和/或气体流动，并有效地封闭井筒以进行废弃。

发明内容