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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Das Erzeugen von Perforationen innerhalb eines Bohrlochs ist eine bekannte Komplettierungsvorgehensweise und ist dank gegenwärtiger Technologie und Ausrüstung relativ einfach zu erzielen. Jedoch erfordert das Erzeugen eines Niederdruckabfall-Strömungsverlaufs deutlich mehr Aufwand. Die meisten Perforationen weisen eine Schotterzone und andere Schädigungsmechanismen auf, die die Produktion behindern. Um die Strömungskapazität zu verbessern ist ein Unterdruckperforieren, extremes Überdruckperforieren, Stoßspülen oder eine von mehreren Bruchhandlungen nötig, um die Perforationen zu reinigen und die Strömungskapazität zu verbessern.
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In den meisten Fällen werden dynamische Positivdruck-(Überdruck-)Bedingungen in der Bohrlochumgebung durch das Verbrennen von Kraftstoff erzeugt, um schnell Gas zu erzeugen. Es ist die Absicht, dass der schnell erhöhte Druck und das Fluid mit niedriger Viskosität (Gas) in die Lagerstätte strömen und die Spaltenbildung in der Gesteinsformation einleiten sollen, die von den Perforationstunneln ausgehen. Durch das erfolgreiche Erzeugen von kleinen, „Mikrobruchnetzwerken“, wird die Bohrung in einem gewissen Ausmaß stimuliert und die nachfolgende Spaltenbildung der Bohrung ist effizienter. Normalerweise wird der Treibstoff durch die Sprengladungen entzündet, die ebenfalls die Perforationen produzieren, wodurch der Zeitpunkt des dynamischen Überdrucks (dynamic overbalance - DOB) faktisch an das Perforationsereignis gekoppelt wird.
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Dieses Einleitungsverfahren ist praktisch, jedoch kann ein derart enges Koppeln dieser zwei Ereignisse zu negativen Nebenwirkungen führen. Wie vorstehend erwähnt, kann der Perforationsprozess zu einer wesentlichen Menge von Trümmern in dem Perforationstunnel führen, sowie zu einer Schotterzone, die den Tunnel auskleidet. Die Tunneltrümmer können den Strom von Material in jede Richtung blockieren und die Schotterzone weist eine extrem niedrige Permeabilität, oder einen hohen Skin-Effekt, auf. Ein starker dynamischer Unterdruck (dynamic underbalance - DUB) kann verwendet werden, um den Perforationstunnel von einem oder beiden dieser Probleme zu bereinigen. Jedoch kann die schnelle Erzeugung des Gases unmittelbar nach dem Detonationsereignis den DUB behindern und die Räumung des Tunnels verhindern. Die
US 2011 / 0 240 183 A1 offenbart Merkmale, die unter den Oberbegriff des Anspruchs 1 fallen. Die
US 2003 / 0 037 692 A1 ,
WO 2016/ 079 512 A1 ,
WO 94/ 21 882 A1 und
US 2008 / 0 103 948 A1 sind weiterer Stand der Technik.
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Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 veranschaulicht eine Bohrungsumgebung, in welcher die verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden könnten;
- 2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines stapelbaren Treibstoffmoduls;
- 3A veranschaulicht ein Bohrlochgaserzeugungssystem, in welchem eine Ausführungsform des stapelbaren Treibstoffmoduls umgesetzt sein kann;
- 3B veranschaulicht ein Bohrlochgaserzeugungssystem, nachdem eine Anzahl von stapelbaren Treibstoffmodulen entzündet wurden, wobei die verbrauchten Gehäuse in einen Lagerbereich des Bohrlochgaserzeugungssystems ausgestoßen werden;
- 4 veranschaulicht eine Ausführungsform eines stapelbaren Treibstoffmoduls;
- 5A veranschaulicht ein Bohrlochgaserzeugungssystem, in welchem eine Ausführungsform des stapelbaren Treibstoffmoduls umgesetzt sein kann; und
- 5B veranschaulicht ein Bohrlochgaserzeugungssystem, nachdem eine Anzahl von stapelbaren Treibstoffmodulen entzündet wurden, wobei mindestens ein Abschnitt der verbrauchten Gehäuse in einen Lagerbereich des Bohrlochgaserzeugungssystems ausgestoßen werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Das Verhältnis von Bohrlochdruck zu Formationsdruck unmittelbar vor und nach dem Perforieren ist ein Schlüsselfaktor für das Perforationstunnelvolumen, die Entleerung und schlussendlich die Strömungsleistung der Bohrung. Ein optimales Druckzeitprofilverhältnis ist insofern nicht festgelegt, als jedes Perforationsszenario einzigartige Faktoren in Bezug auf Porendruck, Bohrlochvolumen, Unterdruck, Überdruck und die bevorzugte Änderungsrate von einem Zustand zum nächsten aufweisen kann.
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Der DOB kann das DUB-Ereignis derart behindern, dass die Tunnelräumung negativ beeinflusst werden kann. Umgekehrt behindert der DUB ebenfalls das DOB-Ereignis. Die Folge davon ist, dass das DOB-Ereignis keinen Strom oder Risse in der Formation erzeugen würde und somit die Vorteile der Stimulation nicht produzieren würde. Um diese Situation zu korrigieren, sind die Perforations-DUB- und -DOB-Ereignisse zu entkoppeln.
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Diese Offenbarung in ihren verschiedenen Ausführungsformen stellt ein Treibstoffmodul zur Verwendung innerhalb eines Gaserzeugungsbehälters bereit. Die Module sind so ausgestaltet, dass sie einzeln gezündet werden können, statt als eine Einzelmasse, wie es in herkömmlichen Konfigurationen erfolgt. Dies ermöglicht die Erzeugung eines kontrollierten Druckprofils statt eines unkontrollierten Druckprofils, das durch Umweltbedingungen in dem Bohrloch, wie etwa Temperatur und Druck, bestimmt ist. Diese Handlung sollte nach dem Perforator-Detonationsereignis erfolgen und kann in einigen Ausführungsformen entweder durch ein bordseitiges Erfassungs-/Analyse-/Reaktions-Logikschlaufensystem, das vollständig autonom ist, oder von einem Oberflächenzündungssystem aus betätigt werden. Vorteile beinhalten die Fähigkeit der Vorgänge vor Ort das Perforations- und Gasstimulationsereignis zur verbesserten Erdölproduktion zu trennen und das Risiko von Schäden der Bohrlochausrüstung durch unkontrollierte dynamische Drücke zu reduzieren.
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Herkömmliche Systeme für Anwendungen in einem Bohrloch haben einstückige Treibstoffeinsätze verwendet, das heißt, es gibt nur eine Einheit Treibstoff pro Gaserzeuger. Sobald die Einheit entzündet ist, brennt es mit einer Rate, die durch ihre Formulierung und die Temperatur- und Druckbedingungen im Bohrloch bestimmt ist. Daher kann die Druckanstiegsrate nicht genau durch den Benutzer kontrolliert werden und kann zu ungewünschten Bedingungen in dem Bohrloch führen. Wie durch diese Offenbarung bereitgestellt, ist der Treibstoff in individuelle Module aufgeteilt, jeweils mit einem unabhängigen Zünder, der zu kontrollierten Zeitpunkten gezündet werden kann, was für eine genauere Kontrolle über die Druckanstiegsrate sorgt. Ferner stellt diese Offenbarung Ausführungsformen bereit, die das Entkoppeln des Zündzeitpunkts des Treibstoffs vom Sprengzeitpunkt des Perforationssystems ermöglicht. Zusätzlich können die Treibstoffmodule zur optimalen Effizienz von Perforatorstranglänge und -volumen dicht verpackt sein.
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Daher ermöglichen es die verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung die Stimulationswirkung, die in gegenwärtigen Treibstoffanwendungen gewünscht ist, wirksam zu sein, da sie in hoher Dichte und zeitlich getrennt von dem Perforationsereignis ausgeübt werden kann. Dies stellt ebenfalls das autonome Drucksteuersystem für Perforatorstrangfortbestand bereit, das es ermöglicht, dass ein Bohrlochdruck, wenn nötig, nur soweit wie nötig erhöht wird.
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In den folgenden Zeichnungen und Beschreibungen werden gleiche Teile typischerweise über die gesamte Patentschrift bzw. die Zeichnungen hinweg mit denselben Bezugszeichen markiert. Die gezeichneten Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu. Bestimmte Merkmale dieser Offenbarung können vergrößert oder in einer etwas schematischen Form dargestellt sein und einige Details herkömmlicher Elemente sind möglicherweise aus Gründen der Klarheit und Prägnanz nicht dargestellt. Bestimmte Ausführungsformen sind detailliert beschrieben und sind in den Zeichnungen gezeigt, mit dem Verständnis, dass sie als Beispiele dienen und dass sie die Offenbarung nicht nur auf die veranschaulichten Ausführungsformen beschränken. Des Weiteren ist es vollständig anerkannt, dass die verschiedenen Lehren der nachstehenden erörterten Ausführungsformen separat und in jeder beliebigen Kombination verwendet werden können, um die gewünschten Ergebnisse zu erzeugen.
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Eine beliebige Verwendung einer beliebigen Form der Begriffe „verbinden“, „eingreifen“, „koppeln“, „anbringen“ oder eines beliebigen anderen Begriffs, der eine Interaktion zwischen Elementen beschreibt, soll die Interaktion nicht auf eine direkte Interaktion zwischen den Elementen beschränken, sondern soll die indirekte Verbindung oder Interaktion zwischen den beschriebenen Elementen ebenso beinhalten, es sei denn, es ist das Gegenteil angegeben. Im hier verwendeten Sinne und in den Ansprüchen bedeuten die Ausdrücke „wirkgekoppelt“ oder „konfiguriert“, dass die genannten Elemente entweder direkt oder indirekt auf eine Weise verbunden sind, die es ermöglicht, dass die genannte Funktion erfüllt werden kann. Diese Begriffe beinhalten ebenfalls die nötige(n) physische(n) Struktur(en), die nötig ist/sind, um die genannte Funktion zu erfüllen.
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In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden die Begriffe „beinhaltend“ und „umfassend“ in einer offenen Weise verwendet und sind somit als „beinhaltend, aber nicht beschränkt auf...“ auszulegen. Eine beliebige Verwendung einer beliebigen Form der Begriffe „verbinden“, „eingreifen“, „koppeln“, „anbringen“ oder eines beliebigen anderen Begriffs, der eine Interaktion zwischen Elementen beschreibt, soll die Interaktion nicht auf eine direkte Interaktion zwischen den Elementen beschränken, sondern soll die indirekte Interaktion zwischen den beschriebenen Elementen ebenso beinhalten, es sei denn, es ist das Gegenteil angegeben. Für die Zwecke der Beschreibung werden Bezugnahmen auf oben und unten vorgenommen, wobei „oben“ „obere/r/s“ oder „oberhalb in einem Bohrloch“ zu der Oberfläche bedeuten und „unten“, „unter/e/es“, „nach unten“, „unterhalb in einem Bohrloch“ oder „stromabwärts“ zu dem Anschlussende der Bohrung bedeuten, wie das Werkzeug innerhalb des Bohrlochs positioniert wäre, unabhängig der Orientierung des Bohrlochs. Zusätzlich schränken diese Begriffe die Ausrichtungen der Vorrichtungskomponente in Bezug aufeinander nicht ein. Ferner geben beliebige Bezugnahmen auf „erste/r/s“, „zweite/r/s“ usw. keine bevorzugte Reihenfolge eines Verfahrens oder einer Wichtigkeit an, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben, sondern derartige Begriffe sind dazu gedacht, ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet sein, und in ähnlicher Weise könnte ein zweites Element als ein drittes Element bezeichnet sein, ohne vom Umfang der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen. Des Weiteren können ein erstes Element und ein zweites Element durch ein einzelnes Element umgesetzt werden, das dazu in der Lage ist, die nötige Funktionalität des getrennten ersten und zweiten Elements bereitzustellen.
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Die verschiedenen vorstehend genannten Eigenschaften, sowie andere Merkmale und Eigenschaften, die detaillierter nachstehend beschrieben sind, werden dem Fachmann mithilfe dieser Offenbarung nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen und durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche ersichtlich.
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1 veranschaulicht im Allgemeinen ein Erkundungssystem 100, in welchem die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umgesetzt sein können. Ein herkömmlicher Bohrturm 105 ist gezeigt, der eine Meerbohrplattform oder eine Landbohrplattform sein kann. In diesem Stadium der Bohrvorgänge, wurde eine Ummantelung 110 in das Bohrloch 115 eingeführt und einzementiert, was einen Bohrungsring 120 bildet. Wie üblich, sollte es sich für den Fachmann verstehen, dass, obwohl 1 ein vertikales Bohrloch ist, Ausführungsformen der Vorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung gleichermaßen zur Verwendung in Bohrlöchern geeignet sind, die andere Ausrichtungen aufweisen, einschließlich horizontalen Bohrlöchern, geneigten Bohrlöchern, multilateralen Bohrlöchern und dergleichen. Zusätzlich, obwohl ein Bohrturm 105 gezeigt ist, versteht der Fachmann, dass eine Aufwältigungsanlage oder ein Lastwagen, der mit einem gewickelten Rohrstrang oder einer Drahtleitung ausgestattet ist, ebenfalls verwendet werden können, um die Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zu betreiben. Der Bohrturm 105 stützt einen Rohrstrang 125, der an einem herkömmlichen Perforator 130 und einem ringförmigen Druckkontroll-Bohrlochgaserzeugungssystem 135 angebracht ist, wie nachstehend erläutert.
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2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Treibstoffmoduls 200, das in dem Bohrlochgaserzeugungssystem 135 verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform umfasst das Treibstoffmodul 200 ein Gehäuse 205, das dazu konfiguriert ist, in einen Bohrlochgaserzeugungsbehälter (nicht gezeigt) eingeführt zu werden, einen Treibstoff 210, der in dem Gehäuse 205 enthalten ist, und einen Zünder 215, der dem Gehäuse 205 zugeordnet ist und dazu positioniert ist, den Treibstoff 210 zu entzünden. Das Gehäuse 205 schützt den Treibstoff 210 vor Hitze und Druck, die durch die Entzündung eines benachbarten Treibstoffmoduls 200 erzeugt werden. Das Gehäuse 205 ist dazu ausgelegt, dieser Hitze und diesem Druck zu widerstehen, ohne versehentlich den Treibstoff zu entzünden, bis ihm signalisiert wird, dies zu tun. In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 205 aus einem steifen Material bestehen, das ebenfalls in der Lage ist, der Entzündung des Treibstoffs 210 zu widerstehen, ohne zu zerfallen. Zum Beispiel kann das Gehäuse 205 ein Metall oder eine Metalllegierung oder ein steifer thermischer Kunststoff oder ein anderes synthetisches Material sein. In einer Ausführungsform füllt der Treibstoff 210 einen wesentlichen Abschnitt des hohlen Raums des Gehäuses 205, wie im Allgemeinen gezeigt. Es ist jedoch anzumerken, dass unterschiedliche Mengen von Treibstoff 210 verwendet werden können, je nach der Menge von Gas und entsprechendem Druck, das/der erzeugt werden soll, und in derartigen Ausführungsformen kann der Treibstoff 210 einen geringeren Raum innerhalb des Gehäuses 205 füllen. Der Treibstoff 210 kann ein herkömmlicher Sprengstoff oder Treibstoff sein, der üblicherweise verwendet wird, um Gas zu erzeugen.
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Der Zünder 215 ist dem Gehäuse 205 zugeordnet, das heißt, der Zünder 215, oder ein Abschnitt davon, kann innerhalb des Gehäuses enthalten sein und innerhalb des Treibstoffs 210 eingebettet sein, wie gezeigt, oder der Zünder 215 kann den Treibstoff 210 berühren, während er außerhalb des Gehäuses 205 bleibt. Der Zünder 215 kann verwendet werden, um den Treibstoff 210 auf eine Vielzahl von Arten zu zünden, wie etwa durch die Verwendung von elektrischen Kontakten oder mechanischen Schlägen. Daher kann es sich beim Zünder 215 in einigen Ausführungsformen einfach um zwei elektrische Leitungen handeln, die sich in den Treibstoff 210 erstrecken, oder es kann sich in einer anderen Ausführungsform um einen Detonator handeln, der eine kleine Explosion innerhalb des Treibstoffs 210 bildet, was dann den Treibstoff 210 entzündet. In einer Ausführungsform befindet sich der Zünder 215 an einer zentralen Längsachse und ist innerhalb des Treibstoffs eingebettet, wie im Allgemeinen in 2 gezeigt.
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3A veranschaulicht eine Ausführungsform eines Bohrlochgaserzeugungssystems 300. Die veranschaulichte Ausführungsform umfasst ein Gaserzeugungsbehältergehäuse 305, das mindestens ein oder mehrere Lüftungslöcher 310 aufweist, die sich entlang der Länge des Gaserzeugungsbehältergehäuses 305 befinden. In einer Ausführungsform, wo ein Lüftungsloch 310 vorhanden ist, befindet es sich an dem Mittelpunkt der Längsausdehnung des Bohrlochgaserzeugungssystems 300, das heißt, an ihrem axialen Mittelpunkt. Eine Anzahl von Treibstoffmodulen 200 (von denen zur Einfachheit der Veranschaulichung nur eins gekennzeichnet ist) befindet sich in einem Modullagerbereich 315, von denen eines das Lüftungsloch 310 verschließt, bis der Treibstoff 210 entzündet ist. Diese Ausführungsform veranschaulicht das Bohrlochgaserzeugungssystem 300, bevor es in dem Bohrloch platziert ist. Diese Ausführungsform beinhaltet ebenfalls einen Lagerbereich 325 für verbrauchte Gehäuse, der dazu positioniert ist, das Modulgehäuse 205 nach Entzündung aufzunehmen. Wenn das Bohrlochgaserzeugungssystem 300 in einem Bohrloch positioniert ist, befindet sich der Lagerbereich 325 für verbrauchte Gehäuse in einem Bohrloch unterhalb des Lüftungslochs 310.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das Bohrlochgaserzeugungssystem 300 ein elektronisches Steuersystem 330, das eine eingebaute elektrische Leistungsversorgung oder eine externe Leistungsversorgung aufweisen kann. Das elektronische Steuersystem 330 ist entweder festverdrahtet oder drahtlos elektrisch mit dem Zünder 210 von jedem der Treibstoffmodule 200 verbunden, um die Übertragung des Zündungssignals zu vereinfachen. Die Zünder 215 von jedem der Treibstoffmodule 200 weisen eine Signaladresse auf, die das Steuersystem 330 verwendet, um jedes Treibstoffmodul 200 individuell zu entzünden. Das elektronische Steuersystem 330 ist dazu programmiert, das Zünden von jedem Zünder 215 in Echtzeit zeitlich abzustimmen, während es die Bohrlochdruckbedingungen auswertet. Auf diese Weise können die Treibstoffmodule 200 nacheinander mit kleinen, gezielten Zeitverzögerungen zwischen jedem Modulzündungssignal gezündet werden, sodass die gewünschte Bohrlochdruckanstiegsrate und -zeit erzielt werden kann.
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Obwohl die veranschaulichte Ausführungsform das elektronische Steuersystem 330 direkt an das Bohrlochgaserzeugungssystem 300 gekoppelt zeigt, versteht es sich, dass das elektronische Steuersystem 330 in anderen Ausführungsformen entfernt an das Bohrlochgaserzeugungssystem 300 gekoppelt sein kann. Zum Beispiel kann sich das elektronische Steuersystem 330 an der Oberfläche des Bohrlochs befinden und über einen Draht, der von der Oberfläche zu dem Bohrlochgaserzeugungssystem 300 verläuft, an das Bohrlochgaserzeugungssystem 300 gekoppelt sein oder sie können drahtlos gekoppelt sein.
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In einer Ausführungsform kann das Bohrlochgaserzeugungssystem 300 ebenfalls einen Drucksensor 335 und andere Sensoren beinhalten, wie etwa Temperatursensoren (nicht gezeigt). Der Drucksensor 335 ist an das elektronische Steuersystem 330 gekoppelt und liefert Druckdaten an das elektronische Steuersystem 330, das dem elektronischen Steuersystem 330 ermöglicht, die gewünschte Menge von Druck innerhalb des Bohrlochgaserzeugungssystems 300 beizubehalten.
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3B zeigt das Bohrlochgaserzeugungssystem 300 nach der aufeinanderfolgenden Entzündung von mehreren Treibstoffmodulen 200. Wie gezeigt wird, tritt das Gas, das erzeugt wird, durch das Lüftungsloch 310 aus, wenn das erste Treibstoffmodul 200 entzündet wird. Die Entzündung des Treibstoffs 210 erzeugt ein Hochdruckgas 340, das aus dem Bohrlochgaserzeugungssystem 300 durch das Lüftungsloch 310 austritt, um einen DOB zu erreichen, was beim Räumen von Trümmern in der Rissbildungszone behilflich ist. Während jedes der Treibstoffmodule 200 entzündet wird, werden die verbrauchten Gehäuse 205 in den Lagerbereich 325 für verbrauchte Gehäuse ausgestoßen.
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4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Treibstoffmoduls 400, das in dem Bohrlochgaserzeugungssystem 135 verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform umfasst das Treibstoffmodul 400 ein Gehäuse 405, das dazu konfiguriert/ausgestaltet ist, in einen Bohrlochgaserzeugungsbehälter (nicht gezeigt) eingeführt zu werden, einen Treibstoff 410, der in dem Gehäuse 405 enthalten ist, und einen Zünder 415, der dem Gehäuse 405 zugeordnet ist und dazu positioniert ist, den Treibstoff 410 zu entzünden. In dieser Ausführungsform besteht das Gehäuse 405 aus einem Treibstoff, wie etwa einem reaktiven/Verbrauchsmaterial, das einen höheren Zündpunkt aufweist als ein Zündpunkt des Treibstoffs 410. Diese Ausführungsform stellt den Vorteil des Reduzierens von Raum bereit, der benötigt wird, um ein Gehäusemodul innerhalb des Gaserzeugungssystems 135 zu lagern, wie vorstehend beschrieben. Daher ermöglicht dieses Merkmal, das mehr Treibstoffmodule 400 innerhalb des Bohrlochgaserzeugungssystem 135 gestapelt werden, da eine wesentliche Menge des Gehäuses während der exothermen/Explosionsreaktion verbraucht wird. Der Treibstoff 410, der das Gehäuse 405 bildet, ist ein relativ steifer Treibstoff, der ausreichend steif ist, um den externen Drucklasten zu widerstehen. Jedoch ist er aufgrund des höheren Zündpunkts schwieriger zu entzünden und brennt ebenfalls langsamer, der Vorteil kommt jedoch davon, dass das Gehäuse 405 während der Reaktion verbraucht wird, wodurch die Menge von Trümmern, wie vorstehend erwähnt, verringert wird.
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In einem Aspekt dieser Ausführungsform weist der Treibstoff des Gehäuses 405 eine niedrigere Porosität und eine niedrigere Fläche pro Volumen als der Treibstoff 415 auf, der sich innerhalb des Gehäuses 405 befindet. In einigen Ausführungsformen, weist das Gehäuse 405 ein gebogenes Inneres 420 auf, um dem Gehäuse 405 strukturelle Stärke hinzuzufügen. In einer anderen Ausführungsform, in der das Gehäuse 405 aus einem Treibstoff besteht, beinhaltet das Gehäuse 405 ferner eine thermische Isolierungsschicht 425, die sich an einem Ende 405a des Gehäuses 405 gegenüber des Zünders 415 befindet, wie im Allgemeinen gezeigt. Die thermische Isolierungsschicht 425 kann aus einem faltbaren thermischen Kunststoff oder zerbrechlichen Material bestehen, wie etwa Kunststoff. Die Isolierungsschicht 425 schützt das Treibstoffmodul 400 vor unbeabsichtigtem Entzünden, wenn ein benachbartes Treibstoffmodul entzündet wird. In einer Ausführungsform füllt der Treibstoff 410 einen wesentlichen Abschnitt des hohlen Raums des Gehäuses 405, wie im Allgemeinen gezeigt. Es ist jedoch anzumerken, dass unterschiedliche Mengen von Treibstoff 410 verwendet werden können, je nach der Menge von Gas und entsprechendem Druck, das/der erzeugt werden soll, und in derartigen Ausführungsformen kann der Treibstoff 410 einen geringeren Raum innerhalb des Gehäuses 405 füllen. Der Treibstoff 410 und der Treibstoff, die das Gehäuse 405 umfassen, können herkömmliche Sprengstoffe oder Treibstoffe sein, die herkömmlicherweise verwendet werden, um Gas in Bohrlochanwendungen zu erzeugen.
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Der Zünder 415 ist dem Gehäuse 405 zugeordnet, das heißt, der Zünder 415, oder ein Abschnitt davon, kann innerhalb des Gehäuses 405 enthalten sein und innerhalb des Treibstoffs 410 eingebettet sein, wie gezeigt, oder in einer alternativen Ausführungsform kann der Zünder 415 den Treibstoff 410 berühren, während er außerhalb des Gehäuses 405 bleibt. Der Zünder 415 kann verwendet werden, um den Treibstoff 410 auf eine Vielzahl von Arten zu zünden, wie etwa durch die Verwendung von elektrischen Kontakten oder mechanischen Schlägen. Daher kann es sich bei dem Zünder 415 in einigen Ausführungsformen einfach um zwei elektrische Leitungen handeln, die sich in den Treibstoff 410 erstrecken, oder es kann sich in einer anderen Ausführungsform um einen Detonator handeln, der eine kleine Explosion innerhalb des Treibstoffs 410 bildet, was dann den Treibstoff 410 entzündet. In einer Ausführungsform befindet sich der Zünder 415 an einer zentralen Achse und ist innerhalb des Treibstoffs eingebettet, wie im Allgemeinen in 4 gezeigt.
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5A veranschaulicht eine Ausführungsform eines Bohrlochgaserzeugungssystems 500, das Ausführungsformen des Treibstoffmoduls aus 4 verwendet, von denen zur Einfachheit der Veranschaulichung nur eines gekennzeichnet ist. Die veranschaulichte Ausführungsform umfasst ein Gaserzeugungsbehältergehäuse 505, das mindestens ein oder mehrere Lüftungslöcher 510 aufweist, die sich entlang der Länge des Gaserzeugungsbehältergehäuses 505 befinden. In einer Ausführungsform, in der nur ein Lüftungsloch 510 vorhanden ist, befindet es sich an einem benachbarten Ende des Bohrlocherzeugungssystems 500. Eine Anzahl von Treibstoffmodulen 400 ist in einem Modullagerbereich 515 oberhalb in einem Bohrloch (wie in einem Bohrloch positioniert) von einem Aufsprengventil 520, wie etwa einer Stahlscheibe oder einer Andruckscheibe, positioniert, was das Lüftungsloch 510 verschließt, bis der Treibstoff 410 entzündet wird. Diese Ausführungsform veranschaulicht das Bohrlochgaserzeugungssystem 500, bevor es in einem Bohrloch platziert ist. Diese Ausführungsform beinhaltet ebenfalls einen Lagerbereich 525 für verbrauchte Gehäuse, der dazu positioniert ist, die thermische Isolierungsschicht 425 und beliebige andere Trümmer, die nicht in der Entzündung verbraucht wurden, aufzunehmen. Wenn das Bohrlochgaserzeugungssystem 500 in einem Bohrloch positioniert ist, befindet sich der Lagerbereich 525 für verbrauchte Gehäuse in einem Bohrloch unterhalb von dem Lüftungsloch 510.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das Bohrlochgaserzeugungssystem 500 ein elektronisches Steuersystem 530, das eine eingebaute elektrische Leistungsversorgung oder eine externe Leistungsversorgung aufweisen kann. Das elektronische Steuersystem 530 ist entweder festverdrahtet oder drahtlos elektrisch mit dem Zünder 410 von jedem der Treibstoffmodule 400 verbunden, um die Übertragung des Zündungssignals zu vereinfachen. Die Zünder 415 von jedem der Treibstoffmodule weisen eine Signaladresse auf, die das Steuersystem 530 verwendet, um jedes Treibstoffmodul 400 individuell zu entzünden. Das elektronische Steuersystem 530 ist dazu programmiert, das Zünden von jedem Zünder 415 in Echtzeit zeitlich abzustimmen, während es die Bohrlochdruckbedingungen auswertet. Auf diese Weise können die Treibstoffmodule 400 nacheinander mit kleinen, gezielten Zeitverzögerungen zwischen jedem Modulzündungssignal gezündet werden, sodass die gewünschte Bohrlochdruckanstiegsrate und -zeit erzielt werden kann.
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Obwohl die veranschaulichte Ausführungsform das elektronische Steuersystem 530 direkt an das Bohrlochgaserzeugungssystem 500 gekoppelt zeigt, versteht es sich, dass das elektronische Steuersystem 530 in anderen Ausführungsformen entfernt an das Bohrlochgaserzeugungssystem 500 gekoppelt sein kann. Zum Beispiel kann sich das elektronische Steuersystem 530 an der Oberfläche des Bohrlochs befinden und über einen Draht, der von der Oberfläche zu dem Bohrlochgaserzeugungssystem 500 verläuft, an das Bohrlochgaserzeugungssystem 500 gekoppelt sein oder sie können drahtlos gekoppelt sein.
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In einer Ausführungsform kann das Bohrlochgaserzeugungssystem 500 ebenfalls einen Drucksensor 535 und andere Sensoren beinhalten, wie etwa Temperatursensoren (nicht gezeigt). Der Drucksensor 535 ist an das elektronische Steuersystem 530 gekoppelt und liefert Druckdaten an das elektronische Steuersystem 530, das dem elektronischen Steuersystem 530 ermöglicht, die gewünschte Menge von Druck innerhalb des Bohrlochgaserzeugungssystems 500 beizubehalten.
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5B zeigt das Bohrlochgaserzeugungssystem 500 nach der aufeinanderfolgenden Entzündung von mehreren Treibstoffmodulen 500. Wie zu sehen ist, wurde das Aufsprengventil 520 durch die Entzündung des Treibstoffs 410 nach unten zu dem Ende des Lagerbereichs 525 für verbrauchte Module geblasen. Die Entzündung des Treibstoffs 410 erzeugt ein Hochdruckgas 540, das durch das Lüftungsloch 510 aus dem Bohrlochgaserzeugungssystem 500 austritt. Nach der Entzündung des standardmäßigen Treibstoffs 410 in den Treibstoffmodulen 400, wird das reaktive Gehäuse 400 an seiner Innenfläche durch Aussetzen gegenüber der warmen Reaktionsproduktion entzündet und das Gehäuse bricht auseinander, während sich der innere Druck erhöht, wodurch sich die Fläche des Gehäuses erhöht und sich seine Verbrennungsrate erhöht. Wie vorstehend erwähnt, kann die thermische Isolierungsschicht 425 entweder ein Material sein, das faltbar ist und während der Reaktion intakt bleibt (z. B. ein dicker Kunststoff-Wafer). Alternativ könnte sie aus einem Material bestehen, das zerbrechlich ist (z. B. Stuckgips) und in diesen Fällen bricht es auseinander, wenn ein benachbartes Treibstoffmodul 400 entzündet wird. Falls Kunststoff ausgewählt wird, kann die thermische Isolierungsschicht 425 nach der Reaktion verbleiben und wird in den Lagerbereich 525 für verbrauchte Modulgehäuse ausgestoßen und darin gestapelt. Falls ein zerbrechliches Material verwendet wird, kann ein Teil oder das Meiste davon in das Bohrloch ausgestoßen werden.
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Hierin enthaltene Ausführungsformen umfassen Folgendes:
- Ein Treibstoffmodul für einen Bohrlochgaserzeugungsbehälter. Diese Ausführungsform umfasst ein Gehäuse, das dazu konfiguriert ist, in einen Bohrlochgaserzeugungsbehälter eingeführt zu werden, einen Treibstoff, der in dem Gehäuse enthalten ist, und einen Zünder, der dem Gehäuse zugeordnet ist und dazu positioniert ist, den Treibstoff zu entzünden.
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Eine andere Ausführungsform ist in ein Bohrlochgaserzeugungssystem gelenkt. Diese Ausführungsform umfasst ein Gaserzeugungsbehältergehäuse, das mindestens ein oder mehrere Lüftungslöcher aufweist, die sich entlang der Länge des Gaserzeugungsbehältergehäuses befinden. Ein oder mehrere stapelbare Treibstoffmodule befinden sich innerhalb eines Modullagerbereichs des Gaserzeugungsbehälters. Jedes der stapelbaren Treibstoffmodule umfasst Folgendes: ein Modulgehäuse, das dazu konfiguriert ist, in das Bohrlochgaserzeugungsbehältergehäuse eingeführt zu werden; einen Treibstoff, der in dem Modulgehäuse enthalten ist; und einen Zünder, der dem Modulgehäuse zugeordnet ist und sich an einem ersten Ende des Modulgehäuses befindet und dazu positioniert ist, den Treibstoff zu entzünden.
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Eine andere Ausführungsform ist auf ein Verfahren zum Steuern einer Druckanstiegsrate, die einem Gaserzeugungsereignis in einem Bohrloch zugeordnet ist, gelenkt. Diese Ausführungsform umfasst das Platzieren eines Perforationswerkzeugs in einem Bohrloch. Das Perforationswerkzeug weist ein unteres Ende auf, das an ein Bohrlochgaserzeugungsbehältersystem gekoppelt ist. Der Bohrlochgaserzeugungsbehälter weist ein oder mehrere stapelbare Treibstoffmodule auf, die sich hierin befinden. Jedes der stapelbaren Treibstoffmodule weist einen individuell adressierbaren Zünder und einen Treibstoff auf, der innerhalb eines Modulgehäuses davon enthalten ist. Ein Gehäuse des Bohrlochs wird unter Verwendung des Perforationswerkzeugs perforiert. Nach dem Perforieren werden ein oder mehrere stapelbare Treibstoffmodule auf eine adressierbare Weise unter Verwendung einer Steuerung entzündet, wobei die Steuerung ein Zündungssignal an jeden der adressierbaren Zünder auf eine zeitverzögerte Weise sendet. Mindestens ein Abschnitt des Modulgehäuses von jedem des einen oder der mehreren stapelbaren Treibstoffmodule, das entzündet ist, wird in einen Bereich für verbrauchte Modulgehäuse des Bohrlochgaserzeugungsbehältersystems ausgestoßen.
