DE112017008263T5

DE112017008263T5 - Hohlladung mit begrenzter Penetration

Info

Publication number: DE112017008263T5
Application number: DE112017008263.3T
Authority: DE
Inventors: Thomas J. Wuensche; Kevin Scott Harive; Thomas E. Burky
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2020-08-20
Also published as: GB2581716B; GB2581716A; AR114934A1; FR3074833A1; WO2019117874A1; SA520411744B1; US11506029B2; BR112020005309B1; US20210381348A1; BR112020005309A2; GB202006881D0

Abstract

Eine Hohlladung zur Verwendung in einem Perforationswerkzeug für ein Bohrloch beinhaltet einen Strahlblockierer, der in einem Scheitel einer parabel- oder kegelförmigen Auskleidung angeordnet ist. Der Strahlblockierer begrenzt die Geschwindigkeit und/oder Länge eines Strahls, der sich beim Entladen eines Sprengstoffs in der Hohlladung ausbildet. Der Strahlblockierer kann ein inertes Material vom gieß- und härtbaren Typ, wie zum Beispiel ein Epoxid oder einen fließfähigen Kunststoff, beinhalten, das leicht in eine vorhandene Hohlladung eingeführt werden kann, um eine externe Wölbung in der Auskleidung bis zu einer beliebigen gewünschten Höhe zu füllen. Die Höhe und das Material, die für den Strahlblockierer ausgewählt sind, bestimmen das Ausmaß, in welchem die durch die Hohlladung erreichte Penetration begrenzt wird und bestimmt somit, welcher Zielringraum im Bohrloch im Betrieb penetriert werden kann.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Bohrlochkomplettierungen, z. B. für Bohrlöcher, die bei der Erdöl- und Erdgassuche und -förderung eingesetzt werden. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der Offenbarung das Reduzieren einer Kraft einer Sprengladung, um eine begrenzte Penetration in eine geologische Formation oder Penetration durch eine begrenzte Anzahl verschiedener Schichten (Futterrohr, Auskleidung usw.), die in einem Bohrloch angeordnet sind, bereitzustellen.
Kohlenwasserstoffe können durch Bohrlöcher gefördert werden, die von einer Position auf der Erdoberfläche aus durch eine Vielzahl von geologischen Formationen mit Förderung und ohne Förderung gebohrt werden. Ein Bohrloch kann im Wesentlichen vertikal verlaufen oder kann horizontale und andere abweichende Abschnitte enthalten. In einem Bohrloch kann nach der Komplettierung der Bohrung eine Vielzahl von Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein Futterrohrstrang im Bohrloch festgelegt und zementiert werden, um z. B. die geologische Formation zu stabilisieren, welche das Bohrloch umgibt. Eine Auskleidung wird bereitgestellt, um sich mindestens teilweise innerhalb des Futterrohrstrangs zu erstrecken, und der Futterrohrstrang und/oder die Auskleidung kann/können durch das Abfeuern einer Perforationskanone oder eines Perforationswerkzeugs perforiert werden.
Perforationswerkzeuge können Sprengladungen enthalten, die in einer angemessenen Tiefe im Bohrloch eingesetzt und zur Perforation einer oder mehrerer der verschiedenen Futterrohr- und Auskleidungsschichten und/oder der geologischen Formation, die das Bohrloch umgibt, gezündet werden können. Das Erzeugen einer großen Perforation in der geologischen Formation des Futterrohrs ist oft wünschenswert, um die Permeabilität von Kohlenwasserstoffen in das Bohrloch zu erhöhen. In einigen Fällen kann eine begrenzte oder kontrollierte Sprengladung wünschenswert sein, um Perforationen zu generieren, die sich durch einige, aber nicht alle Futterrohrschichten im Bohrloch erstrecken, um z. B. den Fluidstrom zwischen den ringförmigen Zwischenregionen im Bohrloch zu fördern.
Figurenliste
Die Offenbarung wird nachfolgend rein beispielhaft auf der Grundlage der Beispiele detailliert beschrieben, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind, in welchen Folgendes gilt:

1 ist eine partielle Querschnittsseitenansicht eines Bohrlochsystems, das ein Perforationswerkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
2 ist eine vergrößerte, partielle Querschnittsansicht des Perforationswerkzeugs aus 1, die eine Hohlladung darin zum Ausbilden einer Perforation mit begrenzter Penetration durch einige, aber nicht alle Futterrohrschichten in dem Bohrloch veranschaulicht;
3 ist eine Querschnittsansicht der Hohlladung aus 2 in einer nicht modifizierten Konfiguration zum Ausbilden einer Perforation mit unbeschränkter Penetration, wobei ein Gehäuse, ein Sprengstoff und eine Auskleidung, die einen Scheitel definiert, veranschaulicht werden;
4 ist eine Querschnittsansicht der Hohlladung aus 2 in einer modifizierten Konfiguration zum Ausbilden einer Perforation mit begrenzter Penetration, wobei ein Strahlblockierer veranschaulicht wird, der im Scheitel der Auskleidung installiert ist;
Die 5A bis 5E sind sequenzielle schematische Ansichten, welche einen Strahl veranschaulichen, der durch eine nicht modifizierte Hohlladung ausgebildet wird, um eine Perforation mit unbeschränkter Penetration auszubilden;
Die 6A bis 6E sind sequenzielle schematische Ansichten, welche einen Strahl veranschaulichen, der durch eine modifizierte Hohlladung ausgebildet wird, um eine Perforation mit begrenzter Penetration auszubilden; und
7 ist eine schematische Ansicht einer Prozedur zum Planen, Modifizieren und Entladen einer Hohlladung, um eine Hohlladung mit begrenzter Penetration gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung auszubilden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beinhaltet zum Beispiel eine Hohlladung zur Verwendung in einem Perforationswerkzeug in einem Bohrloch. Die Hohlladung beinhaltet einen Strahlblockierer, der in einem Scheitel einer parabel- oder kegelförmigen Auskleidung angeordnet ist und die Geschwindigkeit oder Länge eines Strahls begrenzt, der sich beim Entladen eines Sprengstoffs in der Hohlladung ausbildet. Der Strahlblockierer kann ein inertes Material vom gieß- und härtbaren Typ, wie zum Beispiel ein Epoxid oder einen fließfähigen Kunststoff, beinhalten, das leicht in eine vorhandene Hohlladung eingeführt werden kann, um die Auskleidung bis zu einer beliebigen gewünschten Höhe zu füllen. Die Höhe und das Material, die für den Strahlblockierer ausgewählt sind, bestimmen das Ausmaß, in welchem die durch die Hohlladung erreichte Penetration begrenzt wird und bestimmt somit, welcher Ringraum im Bohrloch im Betrieb penetriert werden kann.
1 ist eine partielle Querschnittsseitenansicht eines Bohrlochwartungssystems 10, das ein Perforationswerkzeug 12 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet. Das Bohrlochwartungssystem 10 beinhaltet einen Wartungsturm 14 bei einer Position auf der Erdoberfläche „S“. Der Wartungsturm 14 erstreckt sich über einem Bohrloch 16 und um dieses herum, welches eine unterirdische geologische Formation „G“ penetriert. Das Bohrloch 16 kann zum Zwecke des Gewinnens von Kohlenwasserstoffen, des Speicherns von Kohlenwasserstoffen, des Entsorgens von Kohlenstoffdioxid oder dergleichen eingesetzt werden. Das Bohrloch 16 kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Bohrtechnik in die geologische Formation „G“ gebohrt werden. Obwohl es in 1 so veranschaulicht ist, dass es sich vertikal von der Position auf der Erdoberfläche „S“ erstreckt, kann das Bohrloch 16 in anderen Beispielen über mindestens einige Abschnitte des Bohrlochs 16 davon abweichen, horizontal oder gekrümmt sein. Das Bohrloch 16 erstreckt sich von einer Position auf der Erdoberfläche „S“ und in anderen Ausführungsformen kann sich ein Bohrloch gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung von einer Position unter Wasser erstrecken.
Das Bohrloch 16, wie in 1 veranschaulicht, ist mit einem äußeren Futterrohr 20 und einem inneren Futterrohr 22 ausgekleidet. Das äußere Futterrohr 20 ist durch Zement 24 an Ort und Stelle gesichert, welcher die ringförmige Region zwischen dem äußeren Futterrohr und der geologischen Formation „G“ ausfüllt. Das innere Futterrohr 22 erstreckt sich so innerhalb des äußeren Futterrohrs 20, dass ein Zielringraum 26 zwischen dem inneren und dem äußeren Futterrohr 20, 22 definiert wird. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Perforationswerkzeug 12 eingesetzt werden, um auf den Ringraum 26 zuzugreifen, ohne das äußere Futterrohr 20 zu penetrieren. In anderen Ausführungsformen kann ein Bohrloch abwechselnd konfiguriert sein, z. B. kann das Bohrloch ein offenes Loch sein, Rohre enthalten usw., und können andere Regionen im Bohrloch durch das Perforationswerkzeug 12 anvisiert werden.
Das Perforationswerkzeug 12 kann durch ein Beförderungsmittel 30, das sich zu der Position auf der Erdoberfläche „S“ erstreckt, in das Bohrloch 16 eingeführt, aus dem entnommen, in diesem gedreht oder anderweitig bewegt werden. Das Beförderungsmittel 30 kann ein Wireline-, Slickline-, Wendelrohr und/oder ein Bohrstrang sein, wie der Fachmann erkennen wird. Das Beförderungsmittel 30, das Perforationswerkzeug 12 und andere Vorrichtungen können miteinander gekoppelt werden, um einen Arbeitsstrang 32 auszubilden.
2 ist eine vergrößerte, partielle Querschnittsansicht des Perforationswerkzeugs 12, das eine Hohlladung 40 darin zum Ausbilden einer Perforation mit begrenzter Penetration beinhaltet. Obwohl die Hohlladung 40 als eine tief penetrierende Ladung veranschaulicht ist, versteht es sich, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung auf andere Typen von Hohlladungen übertragen werden können, darunter Big-Hole- oder Good-Hole-Hohlladungen, die sich auf das Auseinanderbrechen der Auskleidung stützen, um einen penetrierenden Strahl zu produzieren (siehe z. B. 5E und 6E).
Eine Explosion der Hohlladung 40 ergibt einen Durchgang 44, der sich durch das innere Futterrohr 22 zu dem Zielringraum 26 erstreckt, jedoch nicht durch das äußere Futterrohr 20. In anderen Ausführungsformen könnte ein Durchgang ausgebildet werden, der alle Futterrohrschichten und Zementschichten in einem Bohrloch penetriert und sich in die umgebende geologische Formation „G“ erstreckt. Die Größe und/oder die Länge des Durchgangs können durch einen Strahlblockierer 48, der durch die Hohlladung 40 getragen wird, reduziert, begrenzt oder gesteuert werden.
Das Perforationswerkzeug 12 beinhaltet einen Trägerkörper 50, der aus einer zylindrischen Hülse konstruiert ist. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der Trägerkörper 50 optional eine Vielzahl von radial reduzierten Bereichen, die als Ausbogungen oder Aussparungen 52 dargestellt sind. Eine entsprechende aus einer Vielzahl von Hohlladungen 40 ist radial an jeder der Aussparungen 52 ausgerichtet, nur eine davon ist in 2 veranschaulicht. Ein Entladungsende 56 der Hohlladung 40 ist neben der Aussparung 52 angeordnet und ein Einleitungsende 58 der Hohlladung 40 ist neben einer Zündschnur 54 angeordnet, die sich durch das Perforationswerkzeug 12 erstreckt. Die Zündschnur 54 kann aus einem explosiven Strang, wie zum Beispiel Primacord^®, konstruiert sein, der detoniert werden kann, um dadurch jede der Hohlladungen 40 im Perforationswerkzeug 12 zu detonieren.
Jede der Hohlladungen 40 ist longitudinal und radial an einer der Aussparungen 52 in dem Trägerkanonenkörper 102 ausgerichtet, wenn das Perforationswerkzeug 12 zusammengesetzt ist. Die Hohlladungen 40 können in einem räumlichen Muster angeordnet sein, sodass jede der Hohlladungen 40 auf ihrer eigenen Ebene oder Höhe angeordnet ist und einzeln zu detonieren ist, sodass jeweils nur eine Hohlladung 40 abgefeuert wird. Es versteht sich jedoch, dass abwechselnde Anordnungen von Hohlladungen 40 verwendet werden können, einschließlich clusterartiger Ausgestaltungen, wobei sich mehr als eine Hohlladung 40 auf derselben Ebene befindet und sie gleichzeitig detoniert werden, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Hohlladung 40u in einer nicht modifizierten Konfiguration zum Ausbilden einer Perforation mit unbeschränkter Penetration veranschaulicht. Die nicht modifizierte Hohlladung 40u beinhaltet ein Gehäuse 60, eine Auskleidung 62 und ein Hauptmassensprengmaterial 64, das zwischen der Auskleidung 62 und dem Gehäuse 60 angeordnet ist. Ein Verstärkungssprengstoff 68 kann am Einleitungsende 58 der Hohlladung 40u angeordnet sein und kann dazu dienen, um das Koppeln des Hauptmassensprengmaterials 64 mit der Zündschnur 54 (2) zu erleichtern.
Das Gehäuse 60 dient dazu, die inneren Sprengmaterialien 64, 68 während der Handhabung und Aufbewahrung der Hohlladung 40u zu schützen und stellt eine Massen bereit, gegen welche die Explosion im Betrieb reagieren kann. Das Gehäuse 60 kann z. B. aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material konstruiert sein. Die Auskleidung 62 kann am Gehäuse 60 durch eine Kleberaupe oder einen anderen mechanischen Mechanismus befestigt sein, der zwischen einer Auskleidungsschürze 70 und dem Gehäuse 60 definiert ist. Die Auskleidung 62 kann aus einem beliebigen geeigneten Material konstruiert sein, einschließlich Metallmaterialien, z. B. Messing, Kupfer, Stahl, Aluminium, Zink, Blei und Wolfram (oder Kombinationen aus diesen und anderen geeigneten Materialien). Die Auskleidung 62 ist im Allgemeinen parabel- oder kegelförmig, sodass ein Scheitel 72 am innersten Ende der externen Wölbung 74 der Hohlladung 40u definiert ist. Die Hohlladung 40u kann sich im Allgemeinen auf ein Auseinanderbrechen der Auskleidung 62 stützen, um einen Hochgeschwindigkeitsstrahl zum Erzeugen von Tunneln oder Durchgängen in der geologischen Formation „G“ (1) während eines Perforationsereignisses zu entwickeln. Häufig werden nicht modifizierte Hohlladungen 40u mit einem mindestens einem Abschnitt der Auskleidung 62 bereitgestellt, der aus einem dichten Material konstruiert ist, das in diesem Hochgeschwindigkeitsstrahl vorhanden ist. Die Energie, die somit auf das sichte Material übertragen wird, kann effektiver konzentriert werden, um tiefere Tunnel zu fördern.
4 ist eine Querschnittsansicht der Hohlladung 40 mit begrenzter Penetration, die aus der nicht modifizierten Konfiguration (3) durch die Installation des Strahlblockierers 48 ausgebildet werden kann. In einigen Ausführungsformen ist der Strahlblockierer 48 ein fester Kunststoff- oder Metallknüppel, der maschinell bearbeitet wird, um eine geeignete Größe und Form aufzuweisen, und dann in der Wölbung 74 gesichert wird. Der Strahlblockierer 48 kann aus einem Material konstruiert sein, das einem Material der Auskleidung 62 ähnelt oder sich vom Material der Auskleidung 62 unterscheidet. In einigen Ausführungsformen kann der Strahlblockierer 48 aus einem Material vom gieß- und härtbaren Typ, wie zum Beispiel Klebstoff, Epoxid, Acryl, RTV, Silikon oder einem ähnlichen Material, konstruiert sein, welches in den Scheitel 72 der Auskleidung 62 bis zu einer beliebigen gewünschten Höhe „H“ gegossen werden kann. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, kann die Höhe „H“ vorbestimmt sein, um die Kraft, die durch die Hohlladung 40 während der Detonation generiert wird, zu begrenzen. Somit kann ein spezifischer Zielringraum 26 (2) penetriert werden, ohne eine Futterrohrschicht oder eine andere Struktur zu penetrieren, welche den Zielringraum 26 umgibt. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe „H“ kleiner sein als etwa die Hälfte einer Gesamthöhe (total height - „TH“), die durch die externe Wölbung 74 definiert ist.
Der Strahlblockierer 48 kann sich selbst in die Form des Auskleidungsscheitels 72 bringen, ohne maschinell bearbeitet werden zu müssen, und kann dann aushärten, um sich mit der Auskleidung 62 zu verbinden. Eine adhäsive Verbindung kann zwischen dem Strahlblockierer 48 und der Auskleidung 62 entweder aufgrund des Härtens des gieß- und härtbaren Materials oder durch einen zusätzlichen Klebstoff, falls notwendig, hergestellt werden. Der Strahlblockierer 48 kann somit ohne den Bedarf für eine zusätzliche Abdeckung an Ort und Stelle gesichert werden, welche den Betrieb der Hohlladung stören könnte. Vorzugsweise kann der Strahlblockierer 48 im Allgemeinen leichte Materialien beinhalten, sodass die Empfindlichkeit der Hohlladung 40 gegenüber Vibrationsschäden, wenn das Perforationswerkzeug 12 (1) im Bohrloch 16 betrieben wird.
Die Auskleidung 62 beinhaltet eine Strahlproduktionsregion 76 zwischen dem Strahlblockierer 48 und dem Entladungsende 56 der Hohlladung 40. Die Strahlproduktionsregion 76 der Auskleidung 62 ist im Wesentlichen frei von Strahlblockierermaterial. Wie nachstehend beschrieben (siehe 6C) kann die Strahlproduktionsregion 76 während der Detonation auf sich selbst auseinanderbrechen, um einen Strahl zu produzieren.
Die 5A bis 5E sind sequenzielle schematische Ansichten, welche einen Strahl 80 veranschaulichen, der durch eine nicht modifizierte Hohlladung 40u ausgebildet wird, um eine Perforation mit unbeschränkter Penetration auszubilden. Zu Anfang oder unmittelbar nach der Detonation (5A) sind das Gehäuse 60 und die Auskleidung 62 im Allgemeinen intakt. Eine Explosionswelle breitet sich durch den Hauptmassensprengstoff 64 vom Zündungsende 58 in Richtung des Entladeendes 56 aus. Wenn die Welle den Scheitel 72 der Auskleidung 62 erreicht, bricht die Auskleidung 62 radial nach innen auseinander und bildet einen anfänglichen Strahl (5B) 82 aus. Nachdem ein Zeitintervall, z. B. 20 Mikrosekunden, nach der Detonation verstrichen ist (5C und 5D), bricht die Auskleidung 62 weiter auseinander und beginnt das Gehäuse 60 damit, in Fragmente 84 zu zerfallen. Nach einem längeren Zeitintervall, z. B. 50 Mikrosekunden, ist die Auskleidung 62 vollständig auseinandergebrochen und kann sich der vollständige Strahl 80 entlang einer Länge „L“ in Richtung der geologischen Formation „G“ (1) oder in diese erstrecken. Der Strahl 80 kann sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit. z. B. 20.000 ft/s, durch Futterrohr-, Zement- und geologische Schichten bewegen und Perforationen und Durchgänge darin ausbilden.
Die 6A bis 6E sind sequenzielle schematische Ansichten, welche einen Strahl 90 veranschaulichen, der durch eine modifizierte Hohlladung 40 ausgebildet wird, um eine Perforation mit begrenzter Penetration auszubilden. Zu Anfang oder unmittelbar nach der Detonation (6A) sind das Gehäuse 60, die Auskleidung 62 und der Strahlblockierer 48 im Allgemeinen intakt. Wenn sich die Explosionswelle zum Scheitel 72 ausbreitet (6B), bricht die Auskleidung 62 auseinander und hüllt sie den Strahlblockierer 48 so ein, dass ein Pfropfen 92 mit relativ niedriger Dichte innerhalb des auseinanderbrechenden Auskleidungsmaterials ausgebildet wird. Der Strahlblockierer 48 verhindert die Ausbildung eines anfänglichen Strahls 94 des Auskleidungsmaterials, bis ein Zeitintervall, z. B. 20 Mikrosekunden, nach der Detonation verstrichen ist (6C). Der Strahl 94 bildet sich nicht aus, bis das Auskleidungsmaterial auf sich selbst zwischen dem/hinter dem Pfropfen 92 auseinanderbricht. Die Auskleidung 62 bricht weiter auseinander und das Gehäuse 60 zerfällt in Fragmente 96 (6D). Nach einem längeren Zeitintervall, z. B. 50 Mikrosekunden, und nachdem die Auskleidung 62 vollständig auseinandergebrochen ist, kann sich der Strahl 90 entlang einer reduzierten Länge „ℓ“ im Vergleich zu der Länge „L“ des Strahls 80 (5E) erstrecken. Der Strahl 90 kann sich auch einer relativ niedrigen Geschwindigkeit im Vergleich zu dem Strahl 80 bewegen. Da der Strahl 90 langsamer und kürzer ist als der Strahl 80, produziert der Strahl 90 einen reduzierten Penetrationseffekt. Zum Beispiel kann der Strahl 90 eine relativ niedrige Energie an das innere Futterrohr 22 (2) weitergeben, sodass der Strahl 90 nur eine spezifische vorbestimmte Anzahl der Futterrohrschichten im Bohrloch 16 penetriert. Zum Beispiel kann der Strahl 90 nur das innere Futterrohr 22 penetrieren, ohne das äußere Futterrohr 20 zu penetrieren, um einen Durchgang 44 auszubilden, der sich nur bis zum Zielringraum 26 erstreckt.
7 ist eine schematische Ansicht einer Prozedur 100 zum Planen, Modifizieren und Entladen einer Hohlladung 40, um eine Hohlladung 40 mit begrenzter Penetration gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung auszubilden. Anfänglich beginnt die Prozedur 100 in Schritt 102 mit dem bestimmen einer Höhe „H“ für einen Strahlblockierer 48, der einen erwarteten spezifischen begrenzten Penetrationseffekt produzieren wird. Die Höhe „H“ kann empirisch bestimmt werden. Zum Beispiel können verschiedene modifizierte Hohlladungen 40 mit verschiedenen Auskleidungsmaterialien und -konfigurationen durch das Detonieren einer modifizierten Hohlladung neben Referenzfutterrohrcoupons getestet werden, um die Penetrationseigenschaften der verschiedenen Hohlladungen 40 zu bestimmen. Die Höhe „H“ des Strahlblockierers 48 kann variiert und getestet werden und das konkrete Material des Strahlblockierers 48 kann ebenfalls variiert und getestet werden. Zum Beispiel können unterschiedliche Strahlblockierermaterialien mit unterschiedlichen Dichten, Duktilitäts- oder anderen Materialeigenschaften getestet werden. Zwischenwerte können basierend auf den empirischen Tests interpoliert und/oder geschätzt werden. Ein Datensatz der begrenzten Penetrationseffekte von verschiedenen modifizierten Hohlladungen 40 kann dadurch zusammengefügt werden.
Anschließend wird in Schritt 104, wenn eine tatsächliche Anwendung entsteht, die eine Perforation mit begrenzter Penetration erfordert, der tatsächliche erforderliche begrenzte Penetrationseffekt identifiziert. Zum Beispiel kann das exakte Futterrohrszenario bewertet werden und kann ein Zielringraum 26 identifiziert werden. Anschließend geht die Prozedur 100 zur Entscheidung 106 über, bei der bestimmt wird, ob der in Schritt 102 zusammengefügte Datensatz den in Schritt 104 identifizierten begrenzten Penetrationseffekt beinhaltet. Wenn kein Strahlblockierer 40 getestet wurde, der den erforderlichen begrenzten Penetrationseffekt produzieren würde, dann kann die Prozedur 100 zu Schritt 102 zurückkehren, in dem zusätzliche Tests durchgeführt werden können. Zum Beispiel kann eine größere Höhe „H“ eines Strahlblockierers 48 getestet werden, wenn weniger Kraft erforderlich ist, und kann eine niedrigere Höhe „H“ getestet werden, wenn eine größere Kraft erforderlich ist, als zuvor getestete Testblockierer 48 der Bestimmung nach bereitstellten.
Wenn ein Strahlblockierer 10 getestet wurde, der den erforderlichen begrenzten Penetrationseffekt produzieren würde, dann geht die Prozedur zu Schritt 108 über. Eine nicht modifizierte Hohlladung 40u kann bereitgestellt werden, welche eine Auskleidung 62 beinhaltet, die einen Scheitel 72 definiert. Die nicht modifizierte Hohlladung 40u kann z. B. eine kommerziell erhältliche Hohlladung mit bekannten oder dokumentierten Penetrationseigenschaften sein.
Anschließend können diese bekannten oder dokumentierten Penetrationseigenschaften in Schritt 110 durch die Ausbildung eines Strahlblockierers 48 in der internen Wölbung 74 der nicht modifizierten Hohlladung 40u begrenzt oder reduziert werden. In einigen Ausführungsformen wird der Strahlblockierer 48 ausgebildet, indem zuerst ein Knüppel aus dem festen Material entfernt von der Hohlladung 40 ausgebildet wird und der Knüppel in der externen Wölbung 74 gesichert wird, um den Strahlblockierer 48 auszubilden. Der Knüppel kann z. B. durch das maschinelle Bearbeiten eines Metall- oder Kunststoffrohlings ausgebildet werden, sodass er eine geeignete Höhe „H“ aufweist, und danach kann der Knüppel in der Wölbung 74 durch einen Klebstoff oder durch einen anderen Mechanismus gesichert werden.
Alternativ kann zum Ausbilden des Strahlblockierers 40 ein gieß- und härtbares Material zum Abdecken des Scheitels 72 und bis zu der Höhe „H“, die in Schritt 102 vorbestimmt wurde, in die externe Wölbung 74 gegossen werden. Dem gieß- und härtbaren Material kann das Härten und verbinden mit der Auskleidung 62 gestattet werden, um dadurch den Strahlblockierer 48 auszubilden. Der Strahlblockierer 48 kann sich dann selbst in der Auskleidung 62 tragen, ohne die nicht modifizierte Hohlladung 40u wesentlich umzugestalten. Der Strahlblockierer 48 kann vertikal in der externen Wölbung getragen werden, während das gieß- und härtbare Material härtet.
Die resultierende Hohlladung 40 kann dann in ein Bohrloch 16 bis zu einer Stelle im Bohrloch neben einem Zielringraum herabgelassen werden (Schritt 112). Die Hohlladung 40 kann dann im Bohrloch 16 detoniert werden, um den Zielringraum 26 zu penetrieren, ohne das äußere Futterrohr 20 zu penetrieren, welches den Zielringraum 26 umgibt.
Die nachstehend beschriebenen Aspekte der Offenbarung sind bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form zu beschrieben, die vorstehend detaillierter beschrieben sind. Es ist weder beabsichtigt, dass dieser Abschnitt zentrale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifiziert, noch ist beabsichtigt, dass sie als Hilfsmittel bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands herangezogen wird.
In einem Aspekt ist die Offenbarung auf eine Hohlladung gerichtet, die zum Ausbilden einer Perforation mit begrenzter Penetration in einem Bohrloch betrieben werden kann. Die Hohlladung beinhaltet ein Gehäuse, ein Hauptmassensprengmaterial, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, eine Auskleidung, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und das Hauptmassensprengmaterial innerhalb des Gehäuses im Wesentlichen umschließt. Die Auskleidung definiert eine externe Wölbung, die einen Scheitel ausbildet. Die Hohlladung beinhaltet ebenfalls einen Strahlblockierer, der aus einem festen Material ausgebildet ist und sich zu einer vorbestimmten Höhe über dem Scheitel innerhalb der externen Wölbung erstreckt.
In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen kann der Strahlblockierer aus einem härtbaren Material konstruiert sein, das in die externe Wölbung gegossen wird und innerhalb der externen Wölbung aushärtet. Der Strahlblockierer kann mindestens eines aus der Gruppe von Materialien beinhalten, die aus Klebstoff, Epoxid, Acryl, RTV und Silikon besteht. In einigen Ausführungsformen umfasst die Auskleidung ein Metallmaterial, welches die externe Wölbung in einer Kegelform ausbildet.
In einigen Ausführungsformen wird eine Verbindung zwischen dem Strahlblockierer und dem Auskleidungsmaterial durch Härten des härtbaren Materials hergestellt. Ein Strahlbildungsabschnitt der Auskleidung kann im Wesentlichen frei von dem festen Material sein, welches den Strahlblockierer ausbildet. In einigen Ausführungsformen ist die vorbestimmte Höhe kleiner als etwa die Hälfte einer Gesamthöhe der externen Wölbung. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Hohlladung ferner einen Verstärkungssprengstoff, der bei einem Einleitungsende der Hohlladung angeordnet ist.
In einem anderen Aspekt ist die Offenbarung auf ein Verfahren zum Modifizieren einer Hohlladung gerichtet, um eine Perforation mit begrenzter Penetration in einem Bohrloch herzustellen. Das Verfahren beinhaltet (a) Bereitstellen einer Hohlladung mit einem Gehäuse, einem Hauptmassensprengstoff und einer Auskleidung, die eine externe Wölbung definiert, und (b) Ausbilden eines Strahlblockierers durch Sichern eines festen Materials in der externen Wölbung, um eine vorbestimmte Höhe der externen Wölbung zu füllen, sodass ein Strahlbildungsabschnitt der Auskleidung im Wesentlichen frei von dem festen Material ist, welches den Strahlblockierer ausbildet.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner Härten eines gieß- und härtbaren Materials innerhalb der externen Wölbung von dem festen Strahlblockierermaterial. Das Verfahren kann ebenfalls Verbinden des gieß- und härtbaren Materials mit der Auskleidung durch Härten des gieß- und härtbaren Materials, um einen selbsttragenden Strahlblockierer in der externen Wölbung auszubilden, beinhalten. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner Ausbilden eines Knüppels aus dem festen Material entfernt von der Hohlladung und Sichern des Knüppels in der externen Wölbung, um den Strahlblockierer auszubilden.
In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren ferner Bestimmen der Höhe durch Detonieren von modifizierten Hohlladungen neben Referenzfutterrohrcoupons und empirisches Bestimmen der Penetrationseigenschaften von verschiedenen modifizierten Hohlladungen.
Das empirische Bestimmen der Penetrationseigenschaften von verschiedenen modifizierten Hohlladungen kann Detonieren von Hohlladungen mit Strahlblockierern mit unterschiedlichen Höhen, Dichten und Duktilitäten beinhalten.
Das Verfahren kann ferner Herablassen der Hohlladung in ein Bohrloch und Detonieren der Hohlladung neben einem Zielringraum beinhalten. In einigen Ausführungsformen beinhaltet Detonieren der Hohlladung neben dem Zielringraum Penetrieren des Zielringraums ohne Penetrieren eines äußeren Elements, welches den Zielringraum umgibt. In einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet Detonieren der Hohlladung Auseinanderbrechen der Auskleidung um den Strahlblockierer, um einen Pfropfen auszubilden, und weiteres Auseinanderbrechen der Auskleidung, um einen Strahl des Auskleidungsmaterials mit begrenzter Länge und begrenzter Geschwindigkeit auszubilden. In einem anderen Aspekt ist die Offenbarung auf ein Perforationswerkzeugsystem zum Ausbilden einer Perforation mit begrenzter Penetration in einem Bohrloch gerichtet. Das Perforationswerkzeug beinhaltet einen Trägerkörper, der aus einer zylindrische Hülse konstruiert ist, eine Vielzahl von Hohlladungen, die innerhalb des Trägerkörpers angeordnet sind, wobei jede der Hohlladungen ein Gehäuse, einen Hauptmassensprengstoff und eine Auskleidung aufweist, die eine externe Wölbung definiert, und einen Strahlblockierer, der in der externen Wölbung jeder Hohlladung ausgebildet ist, wobei der Strahlblockierer aus einem festen Material ausgebildet ist, das bis zu einer vorbestimmten Höhe in die externe Wölbung gefüllt ist, sodass ein Strahlbildungsabschnitt der Auskleidung im Wesentlichen frei von Strahlblockierermaterial ist.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Perforationswerkzeugsystem ferner eine Zündschnur, die sich durch den Trägerkörper erstreckt und mit jeder der Hohlladungen gekoppelt ist. Das Perforationswerkzeugsystem kann ebenfalls ein Beförderungsmittel beinhalten, das mit dem Trägerkörper gekoppelt ist, wobei das Beförderungsmittel betrieben werden kann, um den Trägerkörper in ein Bohrloch herabzulassen.
Die Zusammenfassung der Offenbarung dient lediglich dazu, dem United States Patent and Trademark Office und der breiten Öffentlichkeit eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der schnell durch oberflächliche Betrachtung die Art und der Kern der technischen Offenbarung bestimmt werden kann, und stellt lediglich ein oder mehrere Beispiele dar.
Obwohl verschiedene Beispiele detailliert dargestellt worden sind, ist die Offenbarung nicht auf die gezeigten Beispiele beschränkt. Ein Fachmann kann Modifikationen und Anpassungen an den vorstehenden Beispielen vornehmen. Solche Modifikationen und Anpassungen sind im Umfang der Offenbarung enthalten.

Claims

Hohlladung, die zum Ausbilden einer Perforation mit begrenzter Penetration in einem Bohrloch betrieben werden kann, wobei die Hohlladung Folgendes umfasst: ein Gehäuse; ein Hauptmassensprengmaterial, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; eine Auskleidung, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und das Hauptmassensprengmaterial innerhalb des Gehäuses im Wesentlichen umschließt, wobei die Auskleidung eine externe Wölbung definiert, die einen Scheitel ausbildet; und einen Strahlblockierer, der aus einem festen Material ausgebildet ist und sich zu einer vorbestimmten Höhe über dem Scheitel innerhalb der externen Wölbung erstreckt.
Hohlladung nach Anspruch 1, wobei der Strahlblockierer aus einem härtbaren Material konstruiert ist, das in die externe Wölbung gegossen wird und innerhalb der externen Wölbung aushärtet.
Hohlladung nach Anspruch 2, wobei der Strahlblockierer mindestens eines aus der Gruppe von Materialien umfasst, die aus Klebstoff, Epoxid, Acryl, RTV und Silikon besteht.
Hohlladung nach Anspruch 3, wobei die Auskleidung ein Metallmaterial umfasst, welches die externe Wölbung in einer Kegelform ausbildet.
Hohlladung nach Anspruch 2, wobei eine Verbindung zwischen dem Strahlblockierer und dem Auskleidungsmaterial durch Härten des härtbaren Materials hergestellt wird.
Hohlladung nach Anspruch 1, wobei ein Strahlbildungsabschnitt der Auskleidung im Wesentlichen frei von dem festen Material ist, welches den Strahlblockierer ausbildet.
Hohlladung nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Höhe kleiner als etwa die Hälfte einer Gesamthöhe der externen Wölbung ist.
Hohlladung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Verstärkungssprengstoff, der bei einem Einleitungsende der Hohlladung angeordnet ist.
Verfahren zum Modifizieren einer Hohlladung, um eine Perforation mit begrenzter Penetration in einem Bohrloch herzustellen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Hohlladung mit einem Gehäuse, einem Hauptmassensprengstoff und einer Auskleidung, die eine externe Wölbung definiert, und Ausbilden eines Strahlblockierers durch Sichern eines festen Materials in der externen Wölbung, um eine vorbestimmte Höhe der externen Wölbung zu füllen, sodass ein Strahlbildungsabschnitt der Auskleidung im Wesentlichen frei von dem festen Material ist, welches den Strahlblockierer ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Härten eines gieß- und härtbaren Materials innerhalb der externen Wölbung von dem festen Strahlblockierermaterial.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Verbinden des gieß- und härtbaren Materials mit der Auskleidung durch Härten des gieß- und härtbaren Materials, um einen selbsttragenden Strahlblockierer in der externen Wölbung auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Ausbilden eines Knüppels aus dem festen Material entfernt von der Hohlladung und Sichern des Knüppels in der externen Wölbung, um den Strahlblockierer auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Bestimmen der Höhe durch Detonieren von modifizierten Hohlladungen neben Referenzfutterrohrcoupons und empirisches Bestimmen der Penetrationseigenschaften von verschiedenen modifizierten Hohlladungen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei empirisches Bestimmen der Penetrationseigenschaften von verschiedenen modifizierten Hohlladungen Detonieren von Hohlladungen mit Strahlblockierern mit unterschiedlichen Höhen, Dichten und Duktilitäten beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Herablassen der Hohlladung in ein Bohrloch und Detonieren der Hohlladung neben einem Zielringraum.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Detonieren der Hohlladung neben dem Zielringraum Penetrieren des Zielringraums ohne Penetrieren eines äußeren Elements, welches den Zielringraum umgibt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Detonieren der Hohlladung Auseinanderbrechen der Auskleidung um den Strahlblockierer, um einen Pfropfen auszubilden, und weiteres Auseinanderbrechen der Auskleidung umfasst, um einen Strahl des Auskleidungsmaterials mit begrenzter Länge und begrenzter Geschwindigkeit auszubilden.
Perforationswerkzeugsystem zum Ausbilden einer Perforation mit begrenzter Penetration in einem Bohrloch, wobei das Perforationswerkzeug Folgendes umfasst: einen Trägerkörper, der aus einer zylindrische Hülse konstruiert ist; eine Vielzahl von Hohlladungen, die innerhalb des Trägerkörpers angeordnet sind, wobei jede der Hohlladungen ein Gehäuse, einen Hauptmassensprengstoff und eine Auskleidung aufweist, die eine externe Wölbung definiert, und einen Strahlblockierer, der in der externen Wölbung jeder Hohlladung ausgebildet ist, wobei der Strahlblockierer aus einem festen Material ausgebildet ist, das bis zu einer vorbestimmten Höhe in die externe Wölbung gefüllt ist, sodass ein Strahlbildungsabschnitt der Auskleidung im Wesentlichen frei von Strahlblockierermaterial ist.
Perforationswerkzeugsystem nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Zündschnur, die sich durch den Trägerkörper erstreckt und mit jeder der Hohlladungen gekoppelt ist.
Perforationswerkzeugsystem nach Anspruch 18, ferner umfassend ein Beförderungsmittel, das mit dem Trägerkörper gekoppelt ist, wobei das Beförderungsmittel betrieben werden kann, um den Trägerkörper in ein Bohrloch herabzulassen.