CN117460877A - 带有定时自密封螺纹的射孔枪 - Google Patents

Abstract

一种射孔枪系统，包括：具有壳体的第一射孔枪，该第一射孔枪的壳体具有第一端、带有第一对准机构的第二端和与该对准机构对准的第一组切口；具有壳体的第二射孔枪，该第二射孔枪的壳体具有第一端和第二组切口，该第一端具有与第一射孔枪的第二端的第一对准机构连接的第二对准机构，该第二组切口与第二对准机构对准。其中，第一射孔枪与第二射孔枪的连接使得第一组切口与第二组切口对准。

Description

带有定时自密封螺纹的射孔枪

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年6月4日提交的美国临时专利申请63/197，257的优先权。

背景技术

通常，当完成用于从地下储层生产流体、矿物或气体的地下井时，作为钻井、勘探和完井过程的一部分，会将几种类型的管件放置在井下。这些管件可以包括套管、导管、管线、衬套，和通过各种类型的管件向井下输送的装置。每口井都是独一无二的，因此可以出于多种目的将不同管件的组合下放到井中。

地表下或地层下的井穿过一个或多个地层。地层是包含一种或多种成分的岩石或地层体。地层被视为连续体。地层内可能存在碳氢化合物沉积物。通常，从地面位置钻一个井眼，打洞至目标地层中。完井设备将被放置到位，包括套管、导管和其它需要的井下设备。用射孔枪对套管和地层进行射孔是本领域公知的用于从井眼进入地层内的碳氢化合物沉积物地方法。

使用聚能装药(shaped charge)对地层进行爆炸射孔是一种众所周知的完成油井的方法。聚能装药是一种装置的技术术语，该装置在引爆时会产生聚焦输出、高能量输出和/或高速射流。这在一定程度上是通过炸药的几何形状和相邻的衬套实现的。一般来说，聚能装药包括金属壳体，该金属壳体里面装有凹形炸药材料，该金属壳体内表面有一层薄金属衬套。许多材料用于衬套；一些比较常见的金属包括黄铜、铜、钨和铅。当炸药引爆时，衬套金属被压缩成过热的超高压射流，可以穿透金属、混凝土和岩石。射孔装药通常成组使用。这些射孔装药组通常在称为射孔枪的组件中固定在一起。射孔枪有多种类型，如条形枪、弹座式射孔枪、端口塞枪和一次性空心托架枪。

射孔装药通常由引爆索在每个装药壳体顶部的起爆孔附近引爆。通常，引爆索终止于靠近射孔枪的端部。在这种布置中，位于射孔枪一端的起爆器可以引爆枪中的所有射孔装药，并继续向枪的相对端部进行弹道转移。以这种方式，多个射孔枪可以首尾相连，用一个起爆器引爆所有射孔枪。

引爆索通常由发射头触发的起爆器引爆。发射头可以以多种方式驱动，包括但不限于电子、液压和机械方式。

一次性空心托架射孔枪通常由标准尺寸的钢管制成，该钢管的内螺纹端在每一端都具有内螺纹/母螺纹。具有公/外螺纹的销端适配器或接头穿过枪的一端或两端。这些接头可以将射孔枪连接在一起，将射孔枪连接到其它工具(如坐封工具和套环定位器)，并将发射头连接到射孔枪。接头通常装有电子、机械或弹道部件，用于激发或控制射孔枪和其它部件。

射孔枪通常具有圆柱形枪体和装药管，或装射孔装药的装载管。枪体通常由金属构成，并且是圆柱形的。装药管可以形成为管、条或链。装药管将包含称为装药孔的切口，以容纳聚能装药。

发明内容

示例性实施例可包括一种射孔枪系统。所述射孔枪系统包括具有壳体的第一射孔枪和具有壳体的第二射孔枪。所述第一射孔枪的壳体具有第一端、带有第一对准机构的第二端和与所述对准机构对准的第一组切口。所述第二射孔枪的壳体具有第一端和第二组切口，所述第一端具有与所述第一射孔枪的第二端的第一对准机构连接的第二对准机构，所述第二组切口与所述第二对准机构对准。其中，所述第一射孔枪与所述第二射孔枪连接，以使所述第一组切口与所述第二组切口对准。

示例性实施例的变型例可以包括第一对准机构为定时外螺纹。第二对准机构可以是定时外螺纹。所述射孔枪系统可以在第一射孔枪的第二端和第二射孔枪的第一端之间具有至少一个o形环密封件。所述射孔枪系统可以在第一射孔枪的第二端和第二射孔枪的第一端之间的完全接合点处具有限位挡块。所述限位挡块可以是斜面，所述斜面阻止旋转超过螺纹啮合的预定点。所述限位挡块可以是45度的斜面。所述定时外螺纹和定时内螺纹可以是自密封的。所述射孔枪系统可以包括在第一射孔枪的第二端和第二射孔枪的第一端之间的完全接合点处的限位挡块。所述限位挡块可以是斜面，所述斜面阻止旋转超过螺纹啮合的预定点。所述限位挡块可以是45度的斜面。

示例性实施例可包括一种射孔枪系统。所述射孔枪系统包括具有壳体的第一射孔枪和具有壳体的第二射孔枪。所述第一射孔枪的壳体具有第一端、带有定时外螺纹的第二端，以及与所述定时外螺纹对准的第一组切口。所述第二射孔枪的壳体具有第一端和第二组切口，所述第一端具有定时内螺纹，用于通过定时螺纹连接到所述第一射孔枪的第二端，所述第二组切口与所述定时内螺纹对准。其中，所述定时外螺纹与所述定时内螺纹完全接合，以使所述第一组切口与所述第二组切口对准。

射孔枪系统的变型例可包括在第一射孔枪的第二端和第二射孔枪的第一端之间的至少一个o形环密封件。所述射孔枪系统可以包括在第一射孔枪的第二端和第二射孔枪的第一端之间的完全接合点处的限位挡块。所述限位挡块可以是斜面，所述斜面阻止旋转超过螺纹啮合的预定点。所述限位挡块可以是45度的斜面。所述定时外螺纹和定时内螺纹可以是自密封的。

示例性实施例可包括一种用于组装射孔枪串(a perforating gun string)的方法。所述方法包括：将第一射孔枪的第一定时螺纹拧入第二射孔枪的第二定时螺纹；将所述第一射孔枪上的第一组切口与所述第二射孔枪上的第二组切口对准；将所述第一射孔枪的第一定时螺纹与所述第二射孔枪的第二定时螺纹完全接合。其中，所述第一射孔枪与所述第二射孔枪的完全接合使得所述第一组切口与所述第二组切口对准。

示例性实施例的变型例可包括：当所述第一射孔枪的第一定时螺纹与所述第二射孔枪的第二定时螺纹接合时，接合限位挡块。所述方法可以包括所述第一射孔枪与所述第二射孔枪的完全接合使得在所述射孔枪串的内部和所述射孔枪串的外部之间提供压力密封。

附图说明

为了彻底理解示例性实施例，结合附图，参考以下优选实施例的详细描述，在附图的几幅图中，附图标记表示相同或相似的元件。简而言之：

图1是具有自密封锥形螺纹的射孔枪的侧视图。

图2是具有自密封锥形螺纹的射孔枪的部分透明视图。

图3是两个具有定时自密封锥形螺纹的射孔枪相互连接的剖视图。

图4是具有自密封锥形螺纹的射孔枪的剖视图。

图5是两个相互连接的具有自密封锥形螺纹的射孔枪之间的连接的剖视图。

图6是两个具有定时自密封锥形螺纹的射孔枪相互连接的透视图。

图7是两个相互连接的具有定时自密封锥形螺纹的射孔枪之间的连接的透视图。

图8是两个相互连接的具有定时自密封锥形螺纹的射孔枪之间的连接的局部剖视图。

具体实施方式

在以下描述中，为了简洁、清楚和举例，使用了某些术语。这并不意味着不必要的限制，并且这些术语仅用于描述目的，并旨在被广泛地解释。这里描述的不同装置、系统和方法步骤可以单独使用或者与其它装置、系统和方法步骤结合使用。可以预期，在所附加权利要求的范围内，各种等同物、替代物和修改是可能的。

诸如助推器的术语可以包括装有次级高爆炸药的小金属管，该次级高爆炸药压接在引爆索的端部。爆炸部件设计成在射孔枪或其它炸药装置之间提供可靠的爆炸传递，并且通常用作辅助炸药以确保引爆。

引爆索是包裹在柔性壳体中的含有高爆材料的绳索，用于将引爆器连接到主高爆炸药上，如聚能装药。这提供了非常快速的起爆顺序，可以用来同时发射多个聚能装药。

引爆器或起爆装置可包括含有初级高爆材料的装置，该初级高爆材料用于引发包括一个或多个聚能装药的爆炸序列。两种常见类型可能包括导电引爆器和撞击引爆器。引爆器可称为起爆器。导电引爆器有引信材料，当施加高电压引爆初级高爆炸药时，该引信材料会燃烧。撞击引爆器在由撞针引爆的密封容器中装有磨料和初级高爆炸药。撞针的冲击力足以激发弹道序列，然后该弹道序列传输到引爆索。

起爆器可用于引发射孔枪、切割器、坐封工具(a setting tool)或其他井下高能装置。例如，切割器用于利用集中的能量切割管件。坐封工具使用烟火来产生气体以在井下工具中进行工作。任何使用起爆器的井下装置都可以适用于本文公开的模块化起爆器组件。

如图1-图8的示例性实施例所示，该射孔枪包括壳体10，该壳体10在一端(外螺纹端)具有外螺纹13和挡板11，在另一端(内螺纹端)具有内螺纹40。该螺纹是锥形的和/或自密封的。这允许射孔枪壳体10在壳体10的内部和外部之间提供压力密封，而不依赖于o形环。这允许通过减少制造射孔枪壳体10所需的机械工艺的数量来简化制造和降低相关成本。这也允许通过减少所需部件和工艺的数量来简化射孔枪的组装和降低相关成本。

该外螺纹和内螺纹也可以是定时的(timed)(也称为正时(clocked))，使得当射孔枪之间的螺纹连接完成时，相邻射孔枪的切口(scallop)12和/或射孔装药相互对准。通过螺纹连接定时对准相邻射孔枪的射孔装药和/或切口12，允许对整串射孔枪进行定向，而无需在射孔枪之间使用对准件或定向件和/或锁定环。

射孔枪通常但不总是具有与射孔聚能装药的出口射流对齐的切口12或加工的薄壁区域。本文说明书的示例可以具有或不具有切口12。

如图3所示，每个射孔枪分别包括位于枪壳体10、20内的装药管15、25。每个射孔枪之间是压力隔板11。在该示例性实施例中，具有切口12的第一枪壳体10与具有切口22的第二枪壳体20接合。当将第一枪壳体10的外螺纹端的锥形螺纹13与第二枪壳体20的内螺纹端的螺纹43连接时，存在螺纹最初接触的接触点，该接触点也与切口12和切口22对齐。压力隔板/挡板11的作用是使得每个射孔枪的内部免受可能存在于相邻射孔枪内部的压力。该压力可由井眼压力泄漏到射孔枪内部、射孔枪内炸药爆炸产生的压力、或通过射孔装药形成的孔平衡到射孔枪壳体10中的井眼压力引起。通常，o形环在压力隔板/挡板11和射孔枪托架或壳体10之间提供压力密封。第二射孔枪壳体20具有用于连接第三射孔枪壳体的第二隔板21。

在图4的示例中，在隔板11中可以看到o形环槽，该o形环槽可以用来在隔板11和射孔枪壳体10之间提供压力密封。装载管上的上端部配件16装有整体的选择性射孔开关。这种开关通常是可寻址的，以允许射孔枪串中单个射孔枪的选择性引爆。该开关还可包括方位检测器(例如陀螺仪和/或加速度计)，该方位检测器提供关于该开关方位的数据，并相应地提供关于射孔装药方位的数据。在图4的示例中，隔板11内的压力隔板/底部触点在射孔枪的底部提供电连接，该电连接连接到射孔枪壳体20的内部(例如连接到该开关)。与隔板11相配合的上端部配件16在射孔枪壳体10的内部和井眼或相邻射孔枪之间提供压力密封。上端部配件16还包括在射孔枪顶部提供电连接的顶部触点，该顶部触点连接到射孔枪的内部，例如连接到开关。装药管15包括用于安装聚能装药的切口19。

替代地，该射孔枪可以不包括开关。在示例中，在每个射孔枪中都不存在开关的情况下，该电连接仍然将电信号从一个射孔枪传递到另一个射孔枪。

图5示出了两个射孔枪之间的连接的详细视图。具有锥形螺纹13的第一射孔枪壳体10连接到具有内螺纹43的第二射孔枪壳体20。在这个示例中，隔板11包括较大直径的密封部分，该密封部分在每一侧具有肩部，然后，这些肩部接合相邻射孔枪壳体20上的相应肩部31。这样就获得了两个相邻射孔枪壳体10、20之间的隔板11的密封部分。这种接合在相邻射孔枪之间提供了金属对金属的高压密封33。这种布置消除了外部o形环的必要性。图5还示出了由相邻枪托架中的锥形自密封螺纹提供的密封。端部配件17示出为支撑装药管15。底部触点18通过隔板11提供电连通。弹簧32在隔板11内提供了额外的接触支撑。端部配件26支撑具有聚能装药切口29的装药管25。

这些示例特征在图6-图8中进一步示出。第一射孔枪壳体10连接到第二射孔枪壳体20。切口12和切口22对齐。该对齐是由该定时螺纹提供的。该枪托架可包括与切口12和切口22对准的限位挡块45，以提供用于对相邻枪壳体上的螺纹进行定时的特定接合，从而确保当两个射孔枪壳体10、20到达它们的接合点34时，切口12和切口22对准。限位挡块45可以是相对于枪托架50的长轴成角度的面。在这种情况下，当组装相邻射孔枪壳体10、20之间的螺纹接头时，所施加的扭矩可以转换成轴向力，从而改善相邻射孔枪托架的螺纹之间的接合，并进一步改善密封性和耐压性。在一些示例中，限位挡块45的角度可以是45度。

在一些示例中，并非所有这些特征都会存在。在各种示例中，关键特征可以以任何组合存在。例如，工具串(a tool string)可以具有带定时螺纹的射孔枪，该定时螺纹不一定是自密封的，而是使用传统的密封机构(例如o形环)。在另一个示例中，工具串可以具有没有定时螺纹的射孔枪，但是该射孔枪的螺纹是自密封的，并且可以不使用传统的密封机构(例如o形环)。在另一个示例中，工具串可以包括具有限位挡块或带斜面的限位挡块的射孔枪，而不需要定时螺纹和自密封螺纹、或者不需要定时螺纹或自密封螺纹。

这些改进方案也可以与方位传感器或方位传感开关结合，从而在点火前和/或点火时确认每个射孔枪的方位。

虽然已经根据详细阐述的实施例描述了本发明，但是应当理解，这仅仅是示例性的，并本发明不必局限于此。例如，诸如上部和顶部、或下部和底部的术语可以分别替换为井口和井下。顶部和底部可以分别是左侧和右侧。井口和井下可以在图中分别显示为左侧和右侧，或者分别显示为顶部和底部。通常，井下工具最初以垂直方向进入钻孔，但是由于一些钻孔以水平方向结束，工具的方向可能会改变。在这种情况下，相对而言，井下、下部或底部通常是工具串中在被称为井口、上部或顶部的部件之前进入钻孔的部件。第一壳体和第二壳体可以分别是顶部壳体和底部壳体。在如本文所述的枪串中，第一枪可以是井上枪或井下枪，与第二枪相同，井上或井下参考可以互换，因为它们仅用于描述各种部件的位置关系。像井眼、钻孔、井、井筒、油井和其它替代物这样的术语可以用作同义词。工具串、工具、射孔枪串、枪串或井下工具等术语以及其它替代术语可以用作同义词。基于本公开，替代实施例和操作技术对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。因此，可以在不背离要求保护的发明的精神的情况下，对本发明进行修改。

Claims (20)

1.一种射孔枪系统，包括：

第一射孔枪，所述第一射孔枪具有壳体和第一组切口，所述第一射孔枪的壳体具有第一端和带有第一对准机构的第二端，所述对准机构与第一组切口对准；

第二射孔枪，所述第二射孔枪具有壳体和第二组切口，所述第二射孔枪的壳体具有第一端，所述第一端具有第二对准机构，所述第二对准机构与所述第一射孔枪的第二端的第一对准机构连接，所述第二组切口与所述第二对准机构对准，其中，所述第一射孔枪与所述第二射孔枪连接成使得所述第一组切口与所述第二组切口对准。

2.根据权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述第一对准机构是定时外螺纹。

3.根据权利要求2所述的射孔枪系统，其中，所述第二对准机构是定时外螺纹。

4.根据权利要求1所述的射孔枪系统，还包括在所述第一射孔枪的第二端和所述第二射孔枪的第一端之间的至少一个o形环密封件。

5.根据权利要求1所述的射孔枪系统，还包括在所述第一射孔枪的第二端和所述第二射孔枪的第一端之间的完全接合点处的限位挡块。

6.根据权利要求5所述的射孔枪系统，其中，所述限位挡块是斜面，所述斜面阻止旋转超过螺纹啮合的预定点。

7.根据权利要求6所述的射孔枪系统，其中，所述限位挡块是45度的斜面。

8.根据权利要求3所述的射孔枪系统，其中，所述定时外螺纹和定时内螺纹是自密封的。

9.根据权利要求3所述的射孔枪系统，还包括在所述第一射孔枪的第二端和所述第二射孔枪的第一端之间的完全接合点处的限位挡块。

10.根据权利要求9所述的射孔枪系统，其中，所述限位挡块是斜面，所述斜面阻止旋转超过螺纹啮合的预定点。

11.根据权利要求10所述的射孔枪系统，其中，所述限位挡块是45度的斜面。

12.一种射孔枪系统，包括：

第一射孔枪，所述第一射孔枪具有壳体和第一组切口，所述第一射孔枪的壳体具有第一端和带有定时外螺纹的第二端，所述第一组切口与所述定时外螺纹对准；

第二射孔枪，所述第二射孔枪具有壳体和第二组切口，所述第二射孔枪的壳体具有第一端，所述第一端具有定时内螺纹，用于通过定时螺纹连接到所述第一射孔枪的第二端，所述第二组切口与所述定时内螺纹对准，其中，所述定时外螺纹与所述定时内螺纹完全接合成使得所述第一组切口与所述第二组切口对准。

13.根据权利要求12所述的射孔枪系统，还包括在所述第一射孔枪的第二端和所述第二射孔枪的第一端之间的至少一个o形环密封件。

14.根据权利要求12所述的射孔枪系统，还包括在所述第一射孔枪的第二端和所述第二射孔枪的第一端之间的完全接合点处的限位挡块。

15.根据权利要求14所述的射孔枪系统，其中，所述限位挡块是斜面，所述斜面阻止旋转超过螺纹啮合的预定点。

16.根据权利要求15所述的射孔枪系统，其中，所述限位挡块是45度的斜面。

17.根据权利要求12所述的射孔枪系统，其中，所述定时外螺纹和定时内螺纹是自密封的。

18.一种组装射孔枪串的方法，包括：

将第一射孔枪的第一定时螺纹拧入第二射孔枪的第二定时螺纹；

将所述第一射孔枪上的第一组切口与所述第二射孔枪上的第二组切口对准；

将所述第一射孔枪的第一定时螺纹与所述第二射孔枪的第二定时螺纹完全接合，其中，所述第一射孔枪与所述第二射孔枪的完全接合使得所述第一组切口与所述第二组切口对准。

19.根据权利要求18所述的组装射孔枪串的方法，还包括：

当所述第一射孔枪的第一定时螺纹与所述第二射孔枪的第二定时螺纹接合时，接合限位挡块。

20.根据权利要求18所述的组装射孔枪串的方法，其中，所述第一射孔枪与所述第二射孔枪的完全接合使得在所述射孔枪串的内部和所述射孔枪串的外部之间提供压力密封。