CN101466994B - 用于为地下地层射孔的设备及为地下地层射孔的方法 - Google Patents

Abstract

一种射孔系统具有包括炸药的整体式主体的射孔模块。该炸药容纳在具有已形成的凹槽和盖在其上的盖的不爆炸的套管或衬管内。在爆炸时将转变成由爆炸形成的穿透部(EFP)的凹槽所具有的周边形状允许改善填充密度，例如为六边形周边，从而导致较少的“死区”，在所述“死区”中不形成射孔穿透部。在操作中，该模块提供了较密的射击模式并且显著减少了爆炸后的碎屑的数量，所述爆炸后的碎屑可能堵塞射孔和/或需要补救的清扫或重复射孔。

Description

用于为地下地层射孔的设备及为地下地层射孔的方法

技术领域

本发明一般涉及射孔工具的设计，该射孔工具用于在井眼中形成射孔，从而改善来自井眼的流体的流动。

背景技术

射孔枪在井眼孔内用于增加围绕井眼的地层的渗透性。一般而言，产生较大数量的射孔的射孔枪被认为比产生较少射孔的射孔枪更有效。因此，经常希望的是使井眼的井段内的射孔射流的数量最大化。然而，这可能很难，因为存在关于射孔所用的射孔弹(charge)布置的限制。标准的聚能射孔弹(shaped charge)具有由金属或其他材料制成的外壳，用于封装高爆炸性射孔弹。聚能射孔弹保持器具有通常带有圆形周边的开口。当以邻接方式将射孔弹填充在射孔弹管中时，由于它们的形状，在相邻射孔弹之间不可避免地留下形成空隙的空间。这种填充导致了射孔弹之间的“死区”并且限制了可以填充射孔弹的密度，所述“死区”即不提供射孔产物(即不提供射流)的区域。

存在许多已知形式和设计的射孔枪。例如，存在包括钢带托架的钢带托架式射孔枪(strip gun)，许多弹座式射孔弹(capsule charge)安装在该钢带托架上。弹座式射孔弹单独密封以抵抗腐蚀性井眼流体。也已知了具有密封外壳的回收式射孔器(hollow carrier gun)，所述外壳容纳未密封的聚能射孔弹。在每一种情况下，聚能射孔弹布置成使得它们将在径向向外的方向上爆炸从而形成特定模式的射孔。

在Chawla等的美国专利5,619,008中描述了一种替代的射孔枪设计。在该设计中，两层式衬管用于封套炸药材料的不连续填充物(loading)。该衬管构造成具有凹槽(indentation)，所述凹槽每一个与炸药材料的各个填充物对准。在炸药材料的填充物爆炸时，这些凹槽以聚能射孔弹的方式起作用，形成了衬管材料的定向射流。该凹槽具有圆形周边并且彼此间隔开，在它们之间留下相当大的“死区”。在爆炸和任何由此产生的射孔之后，围绕炸药的壳体未被完全破坏并且形成碎屑。该碎屑是不希望的，因为在二次操作中，必须用钢丝绳或其他装置将该碎屑除去，而且因为碎屑可能阻塞射孔操作所形成的射孔，从而使射孔效率低并且有时需要重复射孔操作。从而Chawla等的发明存在关于“死区”和形成碎屑两个方面的问题。

本发明解决了现有技术的问题。

发明内容

本发明提供了一种射孔装置，所述射孔装置由单一高爆炸性射孔弹产生多个射孔穿透部(penetrator)。在一个实施例中，射孔模块具有中心杆以及围绕的高能炸药筒。高能炸药筒容纳在具有已形成的凹槽的衬管内。衬管可以是任何合适的材料，比如不爆炸材料，例如包括基本金属或合金、合成物、陶瓷、热塑性或热固性聚合体等。最后，圆柱形外罩环绕衬管设置。在一个实施例中，凹槽是彼此线性毗邻的。在另一实施例中，凹槽的每一个具有三角形、正方形、六边形或八边形的周边并且以彼此邻接的方式设置。

在操作中，炸药材料的爆炸结果是，模块形成沿一方向传播到地层中的衬管样料的穿透部，在一个实施例中，所述方向基本上垂直于井眼的纵轴线。从而，该模块能够提供较密的射击模式，在穿透部形成的位置之间很少有或没有“死区”。这导致井眼井段的有效射孔。

在爆炸过程中，在一些实施例中包括高能炸药、衬管和外罩的模块的组成部件被极大地破坏。结果，与许多常规的射孔装置产生的碎屑量相比，其减少或消除了由爆炸所产生的碎屑量。

因此，根据本发明，提供了一种用于为地下地层射孔的设备，所述设备包括可传送到已钻入地下地层的井眼中的射孔模块，其特征在于，所述模块至少包括：

具有承载部的中心杆；

位于承载部上的爆炸层，所述爆炸层由炸药材料形成；

围绕中心杆的高能炸药材料；以及

围绕所述高能炸药材料的至少一部分的衬管，其中所述衬管具有多个浅的凹形表面凹槽，所述凹槽中的至少一个与相邻凹槽共用至少一个公共边。

可选地，衬管形成了在基本上垂直于井眼的纵轴线的方向上行进的射孔部件。

可选地，所述衬管圆周地围绕所述炸药材料的主体。

可选地，所述爆炸层包括一层导爆片。

可选地，所述中心杆与传送件相连。

可选地，所述衬管由钽形成。

根据本发明，还提供了一种用于为地下地层射孔的设备，其特征在于包括射孔模块，所述射孔模块包括：

高能炸药材料的主体；以及

围绕所述高能炸药材料的主体的衬管，所述衬管具有径向外表面，所述径向外表面具有形成在其中的多个凹槽，所述多个凹槽用于在高能炸药材料的主体爆炸时转化成定向穿透部，其中，每一个凹槽与至少一个其它凹槽线性毗邻。

可选地，所述射孔模块还包括基本上圆柱形的罩部件，所述罩部件径向环绕不爆炸的衬管以便为由凹槽转化而成的定向穿透部提供间隔。

可选地，所述凹槽具有非圆形的周边。

可选地，每一个凹槽具有的周边为以下形状之一：(i)三角形；(ii)正方形；(iii)五边形；(iv)六边形；(v)八边形。

根据本发明，还提供了一种为地下地层射孔的方法，包括：

利用由一根衬管形成的多个穿透部为被井眼横断的地层射孔，其中，所述一根衬管具有多个凹槽而且其中每一个凹槽与至少一个其它凹槽线性毗邻。

可选地，使井眼中的高能炸药的主体爆炸以形成所述穿透部。

可选地，用所述一根衬管至少部分地围绕高能炸药的主体。

可选地，沿着基本上垂直于井眼的纵轴线的方向将穿透部导入地层。

可选地，形成穿透部以便穿透位于井眼中的至少一根套管。

附图说明

为了更好地理解本发明，参考结合附图对本发明的实施例进行的下列详细说明，其中，相同的附图标记指示附图的各图中的相同或相似的部件。

图1是包含根据本发明构造的示例性射孔系统的井眼的侧剖视图。

图1A和1B说明了根据本发明构造的射孔系统的一对替代结构。

图2是图1所示的射孔系统的单一射孔模块的侧剖视图。

图3是图2所示的模块的外部视图。

图4是示例性射孔模块的衬管的一部分的详细视图，其进一步详细显示关于凹槽的细节。

图5是示例性射孔模块的衬管的一部分的详细视图，其显示了凹槽的替代形状。

图6是图5所示的衬管的部分沿线6-6的侧剖视图。

图7描述了由图2和3所示的射孔模块所形成的示例性射击模式。

图8说明了具有三角形凹槽的根据本发明的射孔模块的一个替代实施例。

图9说明了具有正方形凹槽的根据本发明的射孔模块的另一个替代实施例。

图10描述了利用八边形凹槽的射孔模块的衬管的表面的一部分。

图11-14说明了根据本发明的射孔模块的单一穿透部的示例性起爆次序。

具体实施方式

本发明涉及一种用于为井眼射孔的装置和方法。本发明易于具有不同形式的实施例。附图示出且在此详细描述了本发明的具体实施例，但应理解本发明公开的内容应被认为是对本发明原理的示例，其不旨在将本发明限于在此所说明和描述的发明。

图1说明了根据本发明的一个实施例构造的示例性的射孔系统10。射孔系统10设在井眼12内，所述井眼12已经钻通地层14和含碳氢化合物的地层16。井眼12的部分被钢套管18套入，所述钢套管18通过水泥20固定在开放的井眼孔内。

含碳氢化合物的地层16包括被水层26分隔开的两层含油层22、24。水层28也将下油层24与气层30分隔开。注意的是，地层16中的层的这种布置仅通过实例的方式提出，所属领域的技术人员将会认识到地层的实际组成和结构可以改变。

射孔系统10在传送件(conveyance string)32上被放置到井眼12中。传送件32可以是用于将工具传送到井眼中的任何已知结构，包括钻杆、钢丝绳、生产油管、连续管、以及类似物。射孔系统10包括用于为周围地层16的部分射孔的一个或多个射孔模块。在所描述的实施例中，有三个彼此串联固定的射孔模块34、36、38。当然，根据将被射孔的井眼的希望长度，可以有多于或少于三个的模块。另外，要指出的是可以有介于各个模块34、36和38之间的中间管段或分段37(见图1a)，以便提供其间的希望间隔。在实践中，希望分段37是不爆炸的。如果需要，模块34、36和38可以替代地彼此固定在一起以便形成完整的、毗邻的模块序列。图1b说明了另一种替代的射孔系统布置，其中，系统的射孔模块34、36和38串联地彼此直接相互连接。

在图2和3中描述了示例性的单独模块40。模块40代表图1所示的三个模块34、36和38中的每一个。如下文更详细地描述，模块40由单一爆炸性射孔弹形成多个射孔穿透部。穿透部在井眼的纵轴线的基本上法线或正交方向上行进。有利的是，这种布置相对于许多常规射孔系统可以显著增加射击密度并且同时减少留在井眼中的碎屑量。在一个实施例中，模块40包括比如中心杆42的支承件，所述中心杆42具有上轴端44和下轴端46。上轴端44和下轴端46设有螺纹连接，如现有技术所已知的，以使得它们可被固定到传送件32(见图1b)上或相邻模块上。中心杆42由中心承载部41和外爆炸层43组成。中心杆42的承载部41可以是一管段、杆或其他承载结构。在一个实施例中，中心杆42的承载部41由钢形成。在另一个实施例中，如果射孔装置10在爆炸后不从井眼12收回，中心杆42的承载部41由在射孔设备10的爆炸过程中容易破坏的易碎或易燃材料形成。陶瓷就是一个合适的易碎材料的实例。

在本实施例中，爆炸层43包括用于起爆的现有技术已知类型的导爆片(primasheet)。中心杆42的承载部41也可以包括沿其长度的轴向通道48以便容纳电线(未显示)，所述电线是起爆爆炸层43所必需的，而爆炸层43又导致高能炸药材料的主体50爆炸。爆炸层43可以手动或利用某种预编程装置以控制信号来起爆。例如，合适的起爆系统可以包括通过增加井眼中的液力压力或者通过将撞击杆(未显示)落入轴向通道48中，使用从地面经由轴向通道48中的电线(未显示)传送的电信号来起爆设在轴向通道48内的爆炸索(未显示)，如通常与油管传送的射孔枪使用的一样。另一种起爆系统可以利用定时器或井眼参数(例如，压力、温度、深度等)感应器。用于使射孔枪爆炸的起爆系统在现有技术中是已知的，不再进行更详细的讨论。

围绕中心杆42的是高能炸药材料的基本上整体性的主体50，所述高能炸药材料使用衬管52来爆炸性地形成射孔穿透部。例如，合适的高能炸药材料可以包括常规使用的高能炸药材料(比如ROX、HMX和HNS)。虽然模块的尺寸不是其关键方面，但是它可以便于构造模块40，使得模块是长度大约为12英寸、直径大约为4.5英寸的圆柱体。然而，长度和直径可以根据井眼12的尺寸或其他因素而改变。纸板或类似材料的管51设在中心杆42和高能炸药主体50之间。

衬管52围绕高能炸药的主体50并且被构造为形成多个射孔穿透部。由衬管52形成的穿透部可以在大致垂直于井眼纵轴线的方向上行进，但是方向的变动也可以在本发明的其他实施例中实现。在一个实施例中，衬管52在本实施例中可以是由金属(例如，比如钽)形成的圆柱形的且不爆炸的衬管。替代地，衬管52可以由挤压成型的铜、钨、钢、耗尽型铀、铝、或其他基本金属或合金制成。在其他实施例中，也可以使用基本金属或合金与比如铅、石墨和硬脂酸锌之类材料的混合物。在其他实施例中，可以使用铝与钛或者铪的混合物或合金。另外，易碎材料可以用于形成衬管52以便进一步减少已形成的穿透部将堵塞在周围地层中形成的射孔的可能性。例如，这可以包括使用压制的、烧结的金属粉末(比如在美国专利6,012,392中描述的，在此将其全部内容引入作为参考)和金属/基质(matrix)合成物。

由衬管52形成的射孔穿透部的尺寸、形状、速度和其他特性可以通过调整衬管52的表面轮廓而部分地控制。在一个实施例中，多个线性毗邻的凹槽54形成于衬管52中。当在此使用时，措词“线性毗邻”指的是每一个凹槽的周边与相邻凹槽共用至少一个公共边。在一些实施例中，每一个凹槽的大部分与相邻凹槽线性毗邻，在其他实施例中，每一个凹槽基本上全部与相邻凹槽线性毗邻。在一个实施例中，每一个凹槽54具有与衬管52的外表面基本上垂直的轴线，其中这种外表面基本上平行于井眼的轴线。在其他实施例中，根据射孔操作的目的和目标，这种凹槽的轴线可以与衬管52的外表面和/或井眼的纵轴线成明显大于或小于九十度，以便使穿透部处于特定方向。

图4更详细地描述了关于凹槽54的一个实施例的细节。在该实施例中，每一个凹槽54具有六边形外周边56并且因此在其六个边的每一个边上邻接相邻的凹槽54，即，其所有的六个边都与相邻凹槽54线性毗邻。因为这一事实，在凹槽54之间没有“死区”，由此可推断出不存在没有转化成或者不能转化成穿透部的区域。在相邻凹槽54的每一个邻接接触区形成了小的线性脊58。凹槽54的周边56的六边形形状是一种可能的布置，其可以提供另外的好处，即由于接近圆形形状，在高能炸药的主体50爆炸时，由其形成了相对径向一致的穿透部。另外，周边56的六边形形状允许相对更近地装填凹槽54以便形成邻接的、互锁的蜂窝效果。结果是，由此大大减少或消除了在使用具有圆形周边的凹槽时不可避免的“死区”。凹槽54的蜂窝状布置的另一个优点在于形成的射孔可以因此在所有方向(即在圆周、轴向、竖直和水平方向上)上均等地间隔开，以便显著减少了在射孔时周围套管18的失效可能性。因此，高密度射孔可以由使用这种线性毗邻且互锁的凹槽来实现，所述凹槽基本上覆盖了模块40的整个外表面区域。例如，直径为2英寸的六边形凹槽模式，即可以被圈在2英寸直径的圆内的六边形，在一些实施例中可以从直径为4.5英寸的模块40的表面产生每直线英尺的井眼有51个射孔的射击模式。形成对照的是，使用常规的聚能射孔弹的、类似尺寸的、常规的弹座式射孔枪，通常将仅提供每直线英尺大约18个射孔。因而，该实施例说明了射孔面积能增加三倍。六边形凹槽54的尺寸和数量可以根据比如与射孔系统10和套管壁18之间的环形空间的尺寸相关的模块40的直径、使用射孔枪的地层的性质、环形空间中的流体的存在或缺乏、衬管材料和炸药的选择等因素而改变。所属领域的技术人员基于其技能和至多利用常规的实验将能够确定最佳结构以确保成功。

图4、5和6显示了衬管的其他可能结构以用于使由其能够形成有效的穿透部。如图中所示，凹槽54的每一个限定了空腔60。虽然凹槽的周边可能影响空腔60的形状，但是对其并非决定性的。因而，在某些实施例中，空腔60的形状可以是如图4所示的大致圆锥形或金字塔形结构，或者如图5和6所描述的大致球形或抛物面形结构。空腔60提供了穿透部要形成的地层距离。空腔60提供了与周边56限定的开口相对的顶点62，即最高凹槽点。在该实施例中，空腔60具有六个相等的平面三角形侧面70。侧面70沿着连接线72彼此邻接，形成沿特定轴对称的空腔60。凹槽54可以通过冲压、锻造或其他已知方式形成于基本上平面的衬管52中。其后，薄片(sheet)可以通过将相对端放到一起然后通过焊接或其他连接端部的方式而形成为圆柱体。然后，高能炸药的主体50可被铸造在衬管52和内纸板管51之间的空间中。

形成高能炸药的主体50的一种替代方法是通过将坯段(billet)压制到希望的长度和直径，然后机加工该坯段以在衬管52的外表面处与六边形凹槽54匹配。然后，长轴向孔被钻到坯段的中心并且使其尺寸适合容纳管51。如所属领域的技术人员将意识到的，高能炸药的坯段是已经被压制或铸造成圆柱形的高能炸药块体。压制的坯段可以被机加工到希望的形状，而铸造的坯段可被形成为希望的形状，比如，在这种情况下，为具有贯穿其中的轴向通道的圆柱体。

图5说明了凹槽54的一种替代设计，在此指示为54′。凹槽54′仍然具有六边形周边56。然而，限定空腔60的侧表面是光滑的和带圆角的。在侧剖视图中，空腔60形成了圆顶形帽或抛物线，分别如图5和6所描述的。每一个圆顶形空腔60的半径和顶点取决于衬管的厚度和希望的地层距离，目标是为在井眼套管18中形成大射孔而优选的穿透部可以由其转化而来。在替代实施例中，可以使用其他空腔形状(比如圆锥形状)。

罩64沿圆周环绕衬管52，所述罩64保护衬管52和模块40的其他部件免受恶劣的井眼环境影响。在一个实施例中，该罩64是具有平的内表面和外表面的大致圆柱形结构。例如，该罩64可以由抵抗高井眼温度的热塑性或热固性聚合体形成。该罩64可以相对薄(例如具有仅0.05英寸的厚度)并且重量轻，使得不会不适当地干涉由凹槽54或54′形成穿透部。在一些实施例中，例如，基本金属或合金、合成材料、热塑性或热固性聚合体、或玻璃可以用于形成该罩64。该罩64覆盖着相邻凹槽54或54′之间的邻接脊58(见图6)。在罩64和脊58之间设有空间以便允许凹槽54、54′在爆炸时完全形成为穿透部。该空间可以较小，例如为大约5mm。在大气压下，空气可以被截留在罩64和衬管52的外表面之间的凹槽54、54′的空腔60内。每一个凹槽54或54′的顶点62和外罩64之间的距离为每一个凹槽54或54′提供了间隙(stand-off)，以使得穿透部在与井套管18接触之前更完全地形成(见图1)。

上端帽66和下端帽68(见图3)被固定到模块40的罩64和衬管52上并且用于帮助封装和保护模块40的内容物(特别是保护炸药主体50)在爆炸之前免受井眼12内的流体的侵害。

在操作中，射孔系统10被下放到井眼12中，直到射孔系统10的模块34、36、38与地层14的所希望层22、24和30分别对准。然后，射孔系统10的模块34、36、38被爆炸以形成穿透部，所述穿透部对套管18、水泥20和地层14射孔。在地层14射孔之后，射孔系统10的剩余部分可以通过向上牵拉传送件32而从井眼12移出。在许多实施例中，预期的是射孔模块34、36、38将在爆炸中基本上或完全消失。

在射孔模块34、36、38的爆炸过程中，由凹槽54、54′形成了定向穿透部。由于这种类型的定向爆炸形成的穿透部(EFP)的形成机理是现有技术公知的，在此将不进行任何详细描述。然而，注意的是，模块34、36、38每一个的爆炸次序从最靠近中心杆42的顶端处开始并且同时在轴向向下和径向向外的方向上进行爆炸。每一个衬管凹槽54、54′在前进的爆炸波的作用在其上时形成强EFP，其特别好地适合于在沙质或松软的地层中形成大且浅的射孔洞。虽然常规的聚能射孔弹形成了实现射孔的相对快速移动、小量的射流，其后是相对缓慢移动的金属小块，所述金属小块其后携带剩余的射孔弹衬管的质量而不参与实际的射孔，但本发明的EFP穿透部携带形成凹槽54或54′的基本上所有的衬管52的质量。这意味着衬管质量有效地形成穿透部的部分并且积极参与射孔，增加了其相对效率。在一个实施例中，已经发现由具有六边形周边的凹槽54或54′产生的射孔非常接近地近似于由具有圆形周边的凹槽所产生的射孔。

图7说明了在井眼12的井段80内的射孔模块40爆炸时可能形成的示例性射击模式。图7描述了圆柱形凸出中的井眼井段80的侧壁，所述井眼井段80具有如线82所示的井段80的上端部和如线84所示的井段80的下端部。所说明的井眼井段80具有大约一英尺的长度(L)。有五十一(51)个射孔86设在井眼井段80内，由从射孔模块40的凹槽54或54′形成的穿透部形成所述射孔。在实践中，所属领域的技术人员经常希望射孔具有直径范围从大约10mm到大约22mm(在井套管的内表面处测量)，但是，替代地，较大或较小的射孔可通过简单地改变凹槽的尺寸而实现，注意的是，五十一(51)个射孔86设在六个水平排88a、88b、88c、88d、88e和88f中，每排八个射孔86。在此相邻排88的射孔86显示为彼此水平地交错排列，使得每一排中的射孔86相对于相邻排中的射孔86对角布置(即对角偏置)。例如，参照图7，排88b中的射孔86b相对于排88a中的射孔86a和86c对角布置。这种交错模式经常是有利的。因为射孔86比常规的聚能射孔弹的射孔装置的射孔更密集，这种交错布置可以帮助避免相邻射孔的重叠。这是希望的，因为如果存在大量的这种重叠，在套管18中的线性切口所产生的效果理论上能够导致套管的失效，比如套管倒塌。因此，这种交错布置可能如所希望地避免这种不希望的事件。在另一个实施例中，为了减少穿透部的数量，进而为了减少由其获得的射孔的数量和密度，一些凹槽可能由不适合形成穿透部的材料构造而成。这样一个实施例在某些应用中可能是可接受的，其中，爆炸后(post-detonation)的碎屑的相对增加的数量不是问题。

替代具有六边形周边的凹槽，可以选择其他周边形状以便如希望地使得周边可以以线性毗邻方式邻接。例如，凹槽可以构造成具有三角形、正方形或八边形周边。图8和9说明了替代的实施例，其中，分别使用了三角形和正方形周边的凹槽。图8描述了具有三角形周边凹槽92的示例性射孔模块90。如可以看到的，三角形周边凹槽以邻近的方式定位，使得给定周边的三个边的每一个接壤相邻周边的一边。因而，从而消除了凹槽92之间的“死区”。

图9描述了具有正方形周边凹槽96的示例性射孔模块94。这些凹槽96以几个水平设置的排(即98a、98b、98c)布置。相邻排的凹槽96相对彼此交错排列，即以半个正方形偏置，使得每一排中的凹槽96定位成它们的顶点与相邻排中的凹槽96的顶点成对角。

所属领域的技术人员将理解的是每一个周边形状将影响由凹槽形成的空腔的结构，并且因此影响由于爆炸而造成的空腔的破裂所将形成的穿透部的结构。当选择周边形状和相关的装填参数时，如所希望地考虑比如其中形成凹槽的衬管的制作方法、其性能和限制、以及构成衬管的材料等因素。例如，三角形和正方形周边凹槽由于它们的形状在爆炸过程中可能不象射孔模块中的六边形周边凹槽一样容易破裂，其中所有材料和爆炸因素是相同的。然而，在一些实施例中，这种因素的修改可以弥补这种缺点或者甚至将这种趋势转化为优点。

图10描述了用于射孔模块的示例性衬管表面的一部分，其中，使用了八边形周边凹槽。如在图10中可以看到的，八边形周边凹槽不能完全覆盖给定区域而不在凹槽之间留下一些“死区”。在该方面，在一些实施例中，它们的使用可能没有使用六边形、正方形或三角形的凹槽有利。然而，八边形周边凹槽可能更容易接近具有圆形周边的凹槽的破裂次序和接近穿透部转变，因而在某些实施例中可能比三角形和圆形周边凹槽更有优势。图10描述了具有多个八边形周边凹槽102的衬管表面部分100，所述八边形周边凹槽在它们的八个边104的四个处彼此邻接(即彼此线性毗邻)。八边形周边的凹槽102的剩余四个边106限定了作为形成空隙的空间的正方形区域108。如果想要的话，形成空隙的正方形区域108本身可以以正方形凹槽96的方式凹陷(见图9)，从而提供了另外形成的穿透部。

现在转到图11到14，描述了由射孔模块40形成的单个形成的穿透部的示例性起爆次序。图11是凹槽54在射孔模块40爆炸之前的剖面图。在衬管52中形成凹槽54，所述衬管52围绕高能炸药本体50。在该实施例中，热塑性罩64围绕衬管52。模块40设在被水泥20围绕的井眼套管18的部分内。流体57驻留在套管18和罩64的径向外部部分之间的环形空间中。图12描述了爆炸的开始部分，其中形成金属衬管52的材料已经在先前被凹槽54的空腔60所占据的空间内开始破裂或结合。在凹槽54顶上的罩64已经开始向外弓并且变薄。在图13中，爆炸过程已经进行到已由制成衬管52的材料形成大致球形的穿透部110的程度。套管18和流体57基本上被穿透部110剪切穿透。图14描述了爆炸的高级阶段，穿透部110现在处于基本上塑化阶段并且穿透水泥20而进入地层(未显示)。

在上述描述的概述中，所属领域的技术人员将意识到射孔系统10的设计相对于常规射孔系统提供了许多优点。在所包含的这些优点中，首先，与使用聚能射孔弹和被物理分离且/或具有圆形周边的凹槽的常规的射孔系统相比，凹槽的线性毗邻装填与高能炸药的整体本体的组合在模块40的给定轴向长度上产生了较大数量的射孔穿透部并且减少了“死区”的数量。较大数量的穿透部产生希望的较密的爆炸后射孔的射击模式。第二，本发明使得在射孔操作过程中形成的碎屑显著减少。以及第三，射孔模块40可以相对容易地形成或制造和定制，而不需要如常规系统的单独聚能射孔弹的耗时的布置和定位操作。

所属领域的技术人员将认识到可对在此描述的说明性设计和实施例进行修改和改变，而且本发明只由所附的权利要求书和其任何等效物限定。

Claims (15)

1.一种用于为地下地层射孔的设备，所述设备包括可传送到已钻入地下地层的井眼中的射孔模块，其中，所述模块至少包括：

具有承载部的中心杆；

位于承载部上的爆炸层，所述爆炸层由炸药材料形成；

围绕中心杆的高能炸药材料；以及

围绕所述高能炸药材料的至少一部分的衬管，

其特征在于，所述衬管具有多个浅的凹形表面凹槽，所述凹槽中的至少一个与相邻凹槽共用至少一个公共边。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，衬管形成了在基本上垂直于井眼的纵轴线的方向上行进的射孔部件。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的设备，其特征在于，所述衬管圆周地围绕所述炸药材料的主体。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述爆炸层包括一层导爆片。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述中心杆与传送件相连。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述衬管由钽形成。

7.一种用于为地下地层射孔的设备，包括射孔模块，所述射孔模块包括：

高能炸药材料的主体；以及

围绕所述高能炸药材料的主体的衬管，所述衬管具有径向外表面，

其特征在于，所述径向外表面具有形成在其中的多个凹槽，所述多个凹槽用于在高能炸药材料的主体爆炸时转化成定向穿透部，其中，每一个凹槽与至少一个其它凹槽线性毗邻。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述射孔模块还包括基本上圆柱形的罩部件，所述罩部件径向环绕不爆炸的衬管以便为由凹槽转化而成的定向穿透部提供间隔。

9.根据权利要求7-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述凹槽具有非圆形的周边。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，每一个凹槽具有的周边为以下形状之一：(i)三角形；(ii)正方形；(iii)五边形；(iv)六边形；(v)八边形。

11.一种为地下地层射孔的方法，包括：

利用由一根衬管形成的多个穿透部为被井眼横断的地层射孔，

其特征在于，所述一根衬管具有多个凹槽而且其中每一个凹槽与至少一个其它凹槽线性毗邻。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使井眼中的高能炸药的主体爆炸以形成所述穿透部。

13.根据权利要求11-12中任一项所述的方法，其特征在于，用所述一根衬管至少部分地围绕高能炸药的主体。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，沿着基本上垂直于井眼的纵轴线的方向将穿透部导入地层。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，形成穿透部以便穿透位于井眼中的至少一根套管。

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