[發明專利]用于提高在高壓井筒中的性能的鉆孔設備

無效

• 申請號: 201010194620.5
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101899966A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 約翰·H·黑爾斯;約翰·D·伯利森;約翰·P·羅杰斯
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B43/117
• 分類號: E21B43/117
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;邢雪紅

技術領域

本發明概括地涉及一種使用聚能射孔彈(shaped?charge)對地下井筒進行鉆孔的設備，并更具體地涉及一種用于提高在高溫和高壓井筒中的性能的鉆孔設備。

背景技術

在不限制本發明范圍的情況下，將關于使用聚能射孔彈鉆孔設備對含烴地層進行鉆孔作為實例來描述本發明的背景。

在對地下井筒的穿過含烴地層的部分進行鉆孔之后，通常將各個長度的金屬管固定在一起以形成位于井筒內的套管柱。該套管柱增強了井筒的整體性，并提供一路徑，來自地層的流體可經由該路徑產出到地表(surface)。傳統地，管柱被水泥固定在井筒中。為了使流體產生到套管柱中，必須形成穿過套管柱、水泥并進入地層一定距離的多個液壓開口或孔。

通常，通過引爆位于一個或多個射孔槍內的一系列聚能射孔彈來產生這些孔，所述一個或多個射孔槍被配置在套管柱內鄰近期望地層的位置。常規地，射孔槍由適于被放降在傳送到井筒中的鋼絲繩(wire?line)或管道上的封閉的流體密封的中空傳送管射孔槍體形成。在中空傳送管射孔槍體內設置有射孔彈保持件，其以所選擇的空間分布支撐和定位聚能射孔彈。聚能射孔彈內具有限制為圓錐形的爆炸物質。用于引爆聚能射孔彈的引爆線位于鄰近聚能射孔彈的后部的位置。當射孔槍已被設置在井筒中時，可通過電或機械的方式點燃引爆線。

在這種封閉的流體密封型槍體中，引爆聚能射孔彈時產生的爆炸性噴射物在穿透井筒的套管壁和鄰近的地層之前穿透中空傳送管射孔槍體。為了減小由中空傳送管射孔槍體產生的阻力并增大穿透到地層中的孔的深度，射孔槍體可設有扇形凹口或留有供爆炸性噴射物通過的相對薄的壁部的其它徑向減小段，例如，環帶。中空傳送管射孔槍體中的扇形凹口必須設置在與被射孔彈保持件保持在槍體內的聚能射孔彈的空間分布相對應的空間分布中。

然而，已發現：傳送管射孔槍體在扇形凹口處及附近的厚度減小限制了射孔槍的強度。因此，為了在一定的高壓和高溫的井筒中進行鉆孔，指定外徑的射孔槍必須具有增大的壁厚和/或減小的扇形凹口深度。在任一情況中，這種射孔槍的性能都有所降低。特別地，使用壁厚增大的傳送管射孔槍體使得傳送管射孔槍體內的可用容積減小，這使得必須使用更小的聚能射孔彈。同樣地，使用扇形凹口深度減小的傳送管射孔槍體限制了穿透到地層中的孔深。

因此，需要一種可操作為用于高壓和高溫井筒中的、不需要增大壁厚的傳送管射孔槍體的鉆孔設備。還需要一種可操作為用于高壓和高溫井筒中的、不需要減小扇形凹口深度的傳送管射孔槍體的鉆孔設備。此外，需要一種可操作為提高在高溫和高壓井筒中的鉆孔性能的鉆孔設備。

發明內容

在此披露的本發明包括用于提高高壓和高溫井筒中的鉆孔性能的鉆孔設備。本發明的鉆孔設備可操作為用于高壓和高溫井筒中，而不需要具有增大的壁厚的傳送管射孔槍體(carrier?gun?body)。另外，本發明的鉆孔設備可操作為用于高壓和高溫井筒中，而不需要具有減小的扇形凹口(scallop)深度的傳送管射孔槍體。

在一個方案中，本發明旨在提供一種用于高壓和高溫應用的鉆孔設備。該鉆孔設備包括具有多個徑向減小段的傳送管射孔槍體，該徑向減小段具有納米復合材料外層(nanocomposite?outer?layer)。在傳送管射孔槍體內設置射孔彈保持件。通過射孔彈保持件支撐多個聚能射孔彈。每個聚能射孔彈具有起始端和射出端(discharge?end)，并且設置為使得射出端鄰近傳送管射孔槍體的徑向減小段。

在一個實施例中，傳送管射孔槍體的徑向減小段為凹槽。在另一實施例中，傳送管射孔槍體的徑向減小段為環帶(band)。在某些實施例中，納米復合材料外層的使用不限于傳送管射孔槍體的徑向減小段。例如，傳送管射孔槍體的鄰近徑向減小段的部分可具有納米復合材料外層。同樣地，整個傳送管射孔槍體可具有納米復合材料外層。可替換地或附加地，傳送管射孔槍體可具有納米復合材料內層或可完全由納米復合材料制成。

在一個實施例中，制成傳送管射孔槍體的全部或一部分的納米復合材料可為納米結構合金(nanostructured?alloy)，例如，納米鐵基合金。在該實施例中，鐵基合金可源于金屬玻璃。而且，在該實施例中，鐵基合金的合金成分可選自由硼、碳、鉻、鐵、錳、鉬、鎳、鈮、硅、鎢以及釩組成的組。

在一個實施例中，可通過熱噴涂工藝將納米復合材料層涂敷于傳送管射孔槍體。在另一實施例中，可通過焊接工藝將納米復合材料層涂敷于傳送管射孔槍體。在又一實施例中，納米復合材料層可與傳送管射孔槍體材料一體化。