CN113950607A - 带射流成形器的三角药型罩 - Google Patents
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Abstract
一种聚能射孔弹,其具有带三个截头圆锥形部分的药型罩;以及底部,所述底部构造成在距聚能射孔弹一定距离的范围内提供等孔径射孔。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年06月12日提交的美国临时申请号62/860,682的优先权。
背景技术
通常,当钻完地下井用以从地下储层中开采流体、矿物或气体时,将数种类型的管件置于井下,作为钻井、勘探及完成过程中的一部分。这些管件可包括套管、油管、管道、衬管和由各类管件往井下输送的装置。每口井都是独一无二的,因此可能会出于各种目的将不同组合的管件放入井中。
地表下井或地下井穿过一个或多个地层。地层是含一种或多种成分的岩体或岩层。该地层被视为连续体。地层中可能存在烃沉积物。通常,从地面位置钻取井筒,并在感兴趣的地层中钻孔。将配套设备放置到位,包括套管、油管及其他所需的井下设备。用射孔枪对套管和地层射孔以从井筒到达地层内的烃沉积物是本领域公知的方法。
使用聚能射孔弹对地层进行爆炸射孔是一种众所周知的油井完井方法。聚能射孔弹是一种装置的技术术语,当引爆时产生聚焦输出、高能输出和/或高速射流。这种输出和/或射流部分地通过炸药的几何形状结合相邻的药型罩来实现。通常,聚能射孔弹包括内含凹形爆炸材料的金属外壳,其内表面上有薄金属药型罩。药型罩可采用多种材料,比较常见的一些金属材料包括黄铜、铜、钨和铅。引爆炸药时,药型罩的金属压缩成可穿透金属、混凝土和岩石的超高压射流。射孔弹通常成组使用。这些射孔弹组通常填装在被称为射孔枪的组件中。射孔枪有多种样式,如无枪身枪(strip gun)、胶囊枪(capsule gun)、孔塞枪(portplug gun)和一次性中空运载枪(expendable hollow carrier gun)。
射孔弹通常通过在每个装药盒顶点处的引火孔附近的导爆索引爆。通常,该导爆索终止于射孔枪的端部附近。在这种布置中,射孔枪一端的起爆器可引爆射孔枪中的所有射孔弹,并继续向射孔枪的另一端进行弹道转移。这样可用单个起爆器将多个射孔枪端对端地连接起来并全部引爆。
导爆索通常由点火头触发的起爆器引爆。点火头可以以多种方式激发,包括但不限于电子方式、液压方式和机械方式。
标准聚能射孔弹的孔径变化大,而这取决于流体间隙。在水平井中,射孔枪位于套管底侧,流体间隙会出现剧烈变化。虽然其他技术(如机械集中器)可达到变化最小化的类似效果,但其也存在缺点,如增加了下井仪器串卡住的风险。能够获得等孔径射孔的射孔弹才是理想的解决方案。
发明内容
示例性实施例可包括聚能射孔弹药型罩。该聚能射孔弹药型罩包括第一截头圆锥形部分;第二截头圆锥形部分,该第二截头圆锥形部分经由第一交点联接至第一截头圆锥形部;第三截头圆锥形部分,该第三截头圆锥形部分经由第二交点联接至第二截头圆锥形部;以及底部,该底部经由第三交点联接至第三截头圆锥形部,其中,底部在引爆过程中形成爆炸射流以在井套管中实现入口孔等孔径。
该示例性实施例的变体可包括第一截头圆锥形部分的第一截头圆锥角在40至70度之间。第二截头圆锥形部分的第二截头圆锥角在80至110度之间。第三截头圆锥形部分的第三截头圆锥角在50至90度之间。第二截头圆锥形部分和第三截头圆锥形部分的高度与药型罩总高度之比在0.5和0.7之间。第三截头圆锥形部分的高度与药型罩总高度之比在0.1和0.4之间。
示例性实施例可包括一种用于在井筒中对管件开孔的聚能射孔弹,该聚能射孔弹包括具有内表面的聚能射孔弹壳体。该药型罩还包括第一截头圆锥形部分,其中,该第一截头圆锥形部分的顶部与聚能射孔弹壳体的内表面相邻;第二截头圆锥形部分,该第二截头圆锥形部分经由第一交点联接至第一截头圆锥形部;第三截头圆锥形部分,该第三截头圆锥形部分经由第二交点联接至第二截头圆锥形部分;底部,该底部经由第三交点联接至所述第三截头圆锥形部分,其中,该底部在引爆过程中形成爆炸射流以在井套管中实现入口孔等孔径;以及药型罩与聚能射孔弹壳体之间的爆炸材料。
示例性实施例的变体可包括第一截头圆锥形部分和第二截头圆锥形部分的内部相交形成圆角。第二截头圆锥形部分和第三截头圆锥形部分的内部相交形成圆角。第三截头圆锥形部分和底部的内部相交形成圆角。第一截头圆锥形部分和第二截头圆锥形部分的内部相交形成倒角。第二截头圆锥形部分和第三截头圆锥形部分的内部相交形成倒角。第三截头圆锥形部分和底部的内部相交形成倒角。
附图说明
为了透彻理解本发明,下面将参照几张附图对优选实施例做详细描述,附图中相同的标记表示相同或相似的元件。简言之:
图1A是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的示图;
图1B是聚能射孔弹药型罩的示例性实施例的示图;
图2A是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的示图;
图2B是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的近视图;
图2C是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的近视图;
图2D是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的近视图;
图2E是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的近视图;
图2F是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的近视图;和
图3是聚能射孔弹药型罩的横截面的示例性实施例的示图。
具体实施方式
在下面的描述中,为了简洁、清晰和举例而使用了某些术语。其并非由此暗示任何不必要的限制,此类术语仅用于说明性目的,且旨在进行广义解释。本文中所描述的各种装置、系统和方法步骤可单独使用或与其他装置、系统和方法步骤相结合使用。可以预计在所附权利要求的范围内可以有各种等效物、替代物和修改。
EquaFrac药型罩是一种密实、细长的钨药型罩。这种药型罩使用了钨的附加质量并通过较长的药型罩来增大附加质量,以帮助其在较大流体间隙中传递动量。动量由称为“射流”的细长高速部分携带。任何影响药型罩重量分布的变化都会影响射流动量,从而影响孔径。示例性实施例涉及改变射流的形状而不是额外增加重量或动量。
示例性实施例包括故意破坏或塑造药型罩射流早期成形的下部。这种干扰还可防止药型罩塌陷,从而形成一致的孔径入口孔(因为射流在流体间隙大时不会继续塌陷)。
示例性实施例在图1A中示出为三角形药型罩100的横截面,其包括第一截头圆锥形部分101、第二截头圆锥形部分102、第三截头圆锥形部分103和底部121。第一截头圆锥形部分101包括带截头圆锥角104的第一内表面107,以及第一外表面124。第二截头圆锥形部分102包括带截头圆锥角105的第二内表面108,以及第二外表面123。第三截头圆锥形部分103包括带截头圆锥角106的第三内表面109,以及第三外表面122。底部121包括底部内表面114和底部外表面120。第一截头圆锥形部分101与第二截头圆锥形部分102的交点由第一内交点115和第一外交点117限定。第二截头圆锥形部分102与第三截头圆锥形部分103的交点由第二内交点116和第二外交点118限定。第三截头圆锥形部分103与底部121的交点由第三内交点141和第三外交点142限定。第一截头圆锥形部分101的顶部包括竖直平板140。曲面或圆角143连接竖直平板140的顶部与第一内表面107。图1B中示出了101的示例性实施例及其外表面。
第一高度113从与底部外表面120共面且与第一部分101的顶部共面的平面开始测量。第二高度111从与底部外表面120共面且与第一外交点117共面的平面开始测量。第三高度112从与底部外表面120共面且与第二外交点118共面的平面开始测量。
在一个示例性实施例中,第一截头圆锥角104的范围可在50至70度之间。第二截头圆锥角105的范围可在90至110度之间。第三截头圆锥角106的范围可在60至90度之间。第二高度111与第一高度113之比在0.5与0.7之间。第三高度112与第一高度113之比在0.1与0.2之间。
在一个示例性实施例中,第一截头圆锥角104的范围可在40至70度之间。第二截头圆锥角105的范围可在80至110度之间。第三截头圆锥角106的范围可在50至90度之间。第二高度111与第一高度113之比在0.5与0.7之间。第三高度112与第一高度113之比在0.1与0.4之间。
具有更复杂的表面和交点的药型罩100的示例性实施例在图2A至图2F中示出。第一截头圆锥形部分101与第二截头圆锥形部分102的交点由第一内交点115和第一外交点117限定。第二截头圆锥形部分102与第三截头圆锥形部分103的交点由第二内交点116和第二外交点118限定。第三截头圆锥形部分103与底部121的交点由第三内交点141和第三外交点142限定。第一内表面107、第二内表面108、第三内表面109和底部内表面114全部组合形成药型罩100的内表面。药型罩100内表面的形状和几何结构控制射流大小及射流的向外传播距离,同时保持所需的直径。第三截头圆锥形部103破坏并塑造爆炸射流的早期成形,从而防止其塌缩成更小的直径。
图2B中的第一部分101顶部的近视图详细示出了倒角110和顶部水平平板119。示例性实施例的变体可包括无倒角110的水平平板119,或者可包括无水平平板119的倒角110。除图1A和图1B中所示的单一交点外,图2C中的第一内交点115和第一外交点117的近视图详细示出了如何圆化或圆角化处理断点。此外,第一内交点115和第一外交点117可进行倒角处理。图2D中第二部段的近视图详细示出第二内表面108和第二外表面123可为平直表面或者可由分为多个角度差小于5度的部段的斜角部分构成,以形成厚度不均匀的更复杂的形状。图2E中的示例性实施例的近视图详细示出了经倒角处理的第二内交点116和经倒角处理的第二外交点118。此外,第一内交点116和第一外交点118可进行圆角化或圆化处理。底部121在图2F中详细示出。底部内表面114和底部外表面120均示出为平坦表面且具有基本均匀的厚度。然而,底部外表面120可以是形成尖头的圆锥形。第三内交点141和第三外交点142可进行倒角化或圆角化处理。
图3中所示的聚能射孔弹150包括带有壳体内表面132的壳体130。设置在壳体130内且与壳体内表面132相邻的药型罩100具有第一部分101、第二部分102、第三部分103和底部121。爆炸材料131与药型罩100的外表面相邻且与壳体内表面132相邻。在聚能射孔弹壳体130的顶端处的开口133允许附近有能源以引爆爆炸材料131(例如炸药、动能能源、热源等)。
虽然已经根据详细阐述的实施例对本发明进行了描述,但是应当理解,此描述仅为说明性的,本发明并非一定限于此。例如,上部和下部或者顶部和底部等术语可分别用井上和井下代替。顶部和底部可分别以左和右代替。井上和井下可在图中分别以左和右示出,或者分别示为顶部和底部。通常,井下工具最初沿垂直方向进入钻孔,但由于一些钻孔最终会在水平方向上,因而可能会改变工具方向。在这种情况下,在井上、上部或顶部被称为组件之前,井下、下部或底部相对而言通常是进入钻孔的下井仪器串中的组件。第一外壳和第二外壳可分别是顶部外壳和底部外壳。在如本文中所描述的枪柱中,第一枪可以是井上枪或井下枪,第二枪也是如此,并且井上或井下可互换参照,因其仅用于描述各种组件的位置关系。井筒、钻孔、井、孔、油井和其他替代物等术语可作为同义术语使用。下井仪器串、工具、射孔枪柱、枪柱或井下工具及其他替代物等术语可作为同义术语使用。鉴于本公开的替代实施例和操作技术对本领域普通技术人员来说是显而易见的。因此,在不脱离所要求保护的发明的范围的情况下可对本发明进行修改。
Claims (24)
1.一种聚能射孔弹药型罩包括:
第一截头圆锥形部分;
第二截头圆锥形部分,所述第二截头圆锥形部分经由第一交点联接至所述第一截头圆锥形部分;
第三截头圆锥形部分,所述第三截头圆锥形部分经由第二交点联接至所述第二截头圆锥形部分;以及
底部,所述底部经由第三交点联接至所述第三截头圆锥形部分,其中,所述底部在引爆过程中形成爆炸射流以在井套管中实现入口孔等孔径。
2.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第一截头圆锥形部分的第一截头圆锥角在40至70度之间。
3.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分的第二截头圆锥角在80至110度之间。
4.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分的第三截头圆锥角在50至90度之间。
5.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分和所述第三截头圆锥形部分的高度与所述药型罩总高度之比在0.5和0.7之间。
6.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分的高度与所述药型罩总高度之比在0.1和0.4之间。
7.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第一截头圆锥形部分和所述第二截头圆锥形部分的内部相交形成圆角。
8.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分和所述第三截头圆锥形部分的内部相交形成圆角。
9.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分和所述底部的内部相交形成圆角。
10.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第一截头圆锥形部分和所述第二截头圆锥形部分的内部相交形成倒角。
11.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分和所述第三截头圆锥形部分的内部相交形成倒角。
12.根据权利要求1所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分和所述底部的内部相交形成倒角。
13.一种用于在井筒中对管件开孔的聚能射孔弹包括:
具有内表面的聚能射孔弹壳体;
药型罩,所述药型罩还包括第一截头圆锥形部分,其中,所述第一截头圆锥形部分的顶部与所述聚能射孔弹壳体的内表面相邻;
第二截头圆锥形部分,所述第二截头圆锥形部分经由第一交点联接至所述第一截头圆锥形部分;
第三截头圆锥形部分,所述第三截头圆锥形部分经由第二交点联接至所述第二截头圆锥形部分;
底部,所述底部经由第三交点联接至所述第三截头圆锥形部分,其中,所述底部在引爆过程中形成爆炸射流以在井套管中实现入口孔等孔径;以及
药型罩与所述聚能射孔弹壳体之间的爆炸材料。
14.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第一截头圆锥形部分的第一截头圆锥角在40至70度之间。
15.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分的第二截头圆锥角在80至110度之间。
16.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分的第三截头圆锥角在50至90度之间。
17.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分和所述第三截头圆锥形部分的高度与所述药型罩总高度之比在0.5和0.7之间。
18.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分的高度与所述药型罩总高度之比在0.1和0.4之间。
19.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第一截头圆锥形部分和所述第二截头圆锥形部分的内部相交形成圆角。
20.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分和所述第三截头圆锥形部分的内部相交形成圆角。
21.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分和所述底部的内部相交形成圆角。
22.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第一截头圆锥形部分和所述第二截头圆锥形部分的内部相交形成倒角。
23.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第二截头圆锥形部分和所述第三截头圆锥形部分的内部相交形成倒角。
24.根据权利要求13所述的聚能射孔弹药型罩,其中,所述第三截头圆锥形部分和所述底部的内部相交形成倒角。
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