DE112018006779T5

DE112018006779T5 - Additive herstellung von energetischen materialien in ölquellenhohlladungen

Info

Publication number: DE112018006779T5
Application number: DE112018006779.3T
Authority: DE
Inventors: Jason P. Metzger; Gerald Graves Craddock Jr.; Nicholas G. Harrington
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2020-12-03
Also published as: US20210223006A1; WO2019135762A1; US11415397B2

Abstract

Eine Hohlladung zur Verwendung in einem Bohrlochperforationswerkzeug beinhaltet zumindest eine Sprengkomponente, die durch einen Prozess zur additiven Herstellung wie zum Beispiel dreidimensionalem Drucken hergestellt wird. Der Prozess zur additiven Herstellung kann die Produktion von komplexen Geometrien, darunter Hohlräumen und/oder Dichtegradienten in den Sprengmaterialien vereinfachen, die, wenn sie detonieren, einen spezifischen Penetrationseffekt in einem Bohrloch produzieren. Die Sprengmaterialien können individuell als Pellet abgeschieden werden oder können auf einem oder beidem von einem Gehäuse und einer Auskleidung abgeschieden werden, die während des Prozesses zur additiven Herstellung als Gerüst dienen.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Bohrlochabschlüsse, z. B. für Bohrlöcher, die bei der Öl- und Gasförderung und -produktion eingesetzt werden. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der Offenbarung energetische Vorrichtungen wie zum Beispiel Sprengstoffe, Treibmittel, Pyrotechnik und Hohlladungen, die in einem Bohrloch detoniert werden können, um z. B. Penetration in eine geologische Formation bereitzustellen, die das Bohrloch umgibt. Die energetischen Vorrichtungen können Komponenten beinhalten, die unter Anwendung eines Prozesses zur additiven Herstellung hergestellt werden.
Kohlenwasserstoffe können im Allgemeinen durch Bohrlöcher produziert werden, die von einer Oberflächenstelle durch eine Vielfalt an produzierenden und nichtproduzierenden geologischen Formationen gebohrt werden. Ein Bohrloch kann im Wesentlichen vertikal sein oder kann horizontale und andere abweichende Abschnitte beinhalten. In einem Bohrloch kann eine Vielfalt an Wartungsvorgängen durchgeführt werden, sobald das Bohren abgeschlossen ist. Zum Beispiel kann ein oder können mehrere Gehäusestränge in das Bohrloch gesetzt und darin zementiert werden, um z. B. die geologische Formation, die das Bohrloch umgibt, zu stabilisieren. Die Gehäusestränge, der Zement und/oder die geologische Formation können penetriert werden, indem eine Perforationspistole oder ein Perforationswerkzeug in einer angemessenen Tiefe in dem Bohrloch abgefeuert wird. Das Erzeugen einer großen Perforation in dem Gehäuse oder der geologischen Formation 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 einen spezifischen Penetrationseffekt zu erzeugen.
Figurenliste
Die Offenbarung wird nachfolgend hierin lediglich beispielhalber auf Grundlage von Beispielen detailliert beschrieben, die in den begleitenden Figuren dargestellt sind, in denen:

1 eine partielle seitliche Querschnittsansicht eines Bohrlochsystems ist, das ein Perforationswerkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
2 eine vergrößerte, partielle Querschnittsansicht des Perforationswerkzeug aus 1 ist, die eine Hohlladung darin veranschaulicht, die einen Innenhohlraum aufweist, der in einem Sprengmaterial durch einen Prozess zur additiven Herstellung gebildet ist;
3 eine perspektivische Querschnittsansicht der Hohlladung aus 2 ist, die das Sprengmaterial veranschaulicht, das zwischen einem Gehäuse und einer Auskleidung eingeschlossen ist;
4 eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung ist, die ein Paar ringförmige Hohlräume veranschaulicht, die kreisförmige Querschnitte aufweisen, die in einem Hauptlastsprengmaterial davon gebildet sind;
5 eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung ist, die einen ringförmigen Hohlraum veranschaulicht, der einen hexagonalen Querschnitt aufweist;
6 eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung ist, die einen ringförmigen Hohlraum veranschaulicht, der einen unregelmäßigen Querschnitt aufweist;
7 eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung ist, die eine Vielzahl von Hohlräumen veranschaulicht, die in einem Verstärkersprengstoff davon gebildet ist;
8 eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung ist, die eine Vielzahl von einzelnen Materialschichten veranschaulicht, die in einem Hauptlastsprengstoff davon gebildet ist;
9 eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung ist, die eine Vielzahl von einzelnen Materialschichten veranschaulicht, die in einem Hauptlastsprengstoff davon gebildet und senkrecht zu einer Achse der Hohlladung angeordnet ist;
10 eine schematische Ansicht eines Vorgangs zum Planen, Konstruieren und Entladen einer Hohlladung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beinhaltet energetische Komponenten, die durch Prozesse zur additiven Herstellung wie zum Beispiel dreidimensionalem Drucken konstruiert werden. Die energetischen Komponenten können Treibmittel, Pyrotechnik und Sprengmaterialien beinhalten, die in Bohrlochperforationswerkzeugen verwendet werden. Zum Beispiel können die Sprengmaterialien in einer Hohlladung mit komplexen Geometrien wie zum Beispiel Hohlräumen oder Kavitäten (entweder vollständig innerhalb des Sprengstoffes eingeschlossen oder sich zu einer Außenoberfläche des Sprengstoffes erstreckend) oder Schichten aus spezifischen Materialien, Dichten oder Konzentrationen an Sprengmaterial konstruiert werden, um einen spezifischen Penetrationseffekt zu produzieren, wenn die Hohlladung detoniert wird.
1 ist eine partielle seitliche Querschnittsansicht eines Bohrlochwartungssystems 10, das ein Perforationswerkzeug 12 gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet. Das Bohrlochwartungssystem 10 beinhaltet eine Wartungsplattform 14 an einer Oberflächenstelle „S“. Die Wartungsplattform 14 erstreckt sich über und um ein Bohrloch 16, das eine unterirdische geologische Formation „G“ penetriert. Das Bohrloch 16 kann zum Zwecke der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen, Lagern von Kohlenwasserstoffen, Entsorgen von Kohlendioxid oder dergleichen eingesetzt werden. Das Bohrloch 16 kann unter Anwendung einer beliebigen geeigneten Bohrtechnik in die geologische Formation „G“ gebohrt werden. Während es in 1 als sich vertikal von der Oberflächenstelle „S“ erstreckend veranschaulicht ist, kann das Bohrloch 16 in anderen Beispielen über zumindest einige Abschnitte des Bohrlochs 16 abweichend, horizontal oder gekrümmt sein. Das Bohrloch 16 erstreckt sich von einer Erdoberflächenstelle „S“, und in anderen Ausführungsformen kann sich ein Bohrloch von einer unterseeischen Stelle gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung erstrecken.
Das Bohrloch 16 wie in 1 veranschaulicht ist in ein Außengehäuse 20 und ein Innengehäuse 22 eingeschlossen. Das Außengehäuse 20 ist mit Zement 24 an Ort und Stelle befestigt, der die ringförmige Region zwischen dem Außengehäuse und der geologischen Formation „G“ füllt. Das Innengehäuse 22 erstreckt sich innerhalb des Außengehäuses 20, sodass ein Ringraum 26 zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse 22, 20 definiert ist. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Perforationswerkzeug 12 eingesetzt werden, um auf den Zielringraum 26 zuzugreifen, ohne das Außengehäuse 20 zu penetrieren. In anderen Ausführungsformen können beide Gehäuse 22, 20, der Zement 24 und die geologische Formation „G“ durch das Perforationswerkzeug 12 penetriert werden. Ein Bohrloch kann auch alternativ konfiguriert sein; z. B. kann das Bohrloch ein offenes Loch aufweisen, Rohre enthalten usw., und es können andere Regionen in dem Bohrloch durch das Perforationswerkzeug 12 anvisiert werden.
Das Perforationswerkzeug 12 kann eingebracht, entnommen, gedreht oder anderweitig durch ein Fördermittel 30, das sich zu der Oberflächenstelle „S“ erstreckt, in dem Bohrloch 16 bewegt werden. Das Fördermittel 30 kann eine Drahtleitung, eine Erzschlammleitung, Rohrstränge und/oder einen Bohrstrang beinhalten, wie ein Fachmann erkennt. Das Fördermittel 30, das Perforationswerkzeug 12 und andere Vorrichtungen können aneinander gekoppelt sein, um einen Arbeitsstrang 32 zu bilden.
2 ist eine vergrößerte, partielle Querschnittsansicht des Perforationswerkzeugs 12, das eine Hohlladung 40 darin beinhaltet. Obwohl die Hohlladung 40 als tief penetrierende Ladung veranschaulicht ist, versteht es sich, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung auf andere Arten von Hohlladungen übertragbar sind, darunter Hohlladungen mit großem Loch oder gutem Loch. Eine Explosion der Hohlladung 40 kann zu einem Durchlass 44 führen, der sich durch das Innengehäuse 22, das Außengehäuse 20 und den Zement 24 und in die geologische Formation „G“ erstreckt. In anderen Ausführungsformen könnte ein Durchlass gebildet sein, der zum Beispiel nur bis zu dem Ringraum 26 penetriert.
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 Wellenstrukturen oder Aussparungen 52 dargestellt sind. Radial ausgerichtet auf jede der Aussparungen 52 ist eine jeweilige aus einer Vielzahl von Hohlladungen 40, wobei nur eine davon in 2 veranschaulicht ist. Ein Entladungsende 56 der Hohlladung 40 ist benachbart zu der Aussparung 52 angeordnet und ein Initiierungsende 58 der Hohlladung 40 ist benachbart zu einer Zündschnur 54 angeordnet, die sich durch das Perforationswerkzeug 12 erstreckt. Die Zündschnur 54 kann aus einem Sprengstrang konstruiert sein, wie zum Beispiel einem Primacord^®, der detoniert werden kann, um dadurch jede der Hohlladungen 40 in dem Perforationswerkzeug 12 zu detonieren. In einigen Ausführungsformen kann die Zündschnur 54 oder können Abschnitte davon durch einen Prozess zur additiven Herstellung konstruiert werden. Es versteht sich, dass andere Komponenten als die Zündkette in einem Perforationssystem, z. B. Verstärker, bidirektionale Verstärker, Detonatoren usw. ebenfalls durch einen Prozess zur additiven Herstellung konstruiert werden können.
Jede der Hohlladungen 40 ist längs und radial auf eine der Aussparungen 52 in dem Trägerkörper 50 ausgerichtet, wenn das Perforationswerkzeug 12 zusammengebaut ist. Die Hohlladungen 40 können in einem Spiralmuster angeordnet sein, sodass jede der Hohlladungen 40 auf ihrer eigenen Ebene oder Höhe angeordnet ist und individuell detoniert werden muss, sodass jeweils nur eine Hohlladung 40 gefeuert wird. Es versteht sich jedoch, dass alternative Anordnungen an Hohlladungen 40 verwendet werden können, darunter clusterartige Gestaltungen, wobei sich mehr als eine Hohlladung 40 auf der gleichen Ebene befindet und gleichzeitig detoniert wird, ohne von den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Nun unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet die Hohlladung 40 ein Gehäuse 60, eine Auskleidung 62 und ein Hauptlastsprengmaterial 64, das zwischen der Auskleidung 62 und dem Gehäuse 60 angeordnet ist. Ein ringförmiger Hohlraum 66, der einen länglichen Querschnitt aufweist, ist innerhalb des Hauptlastsprengmaterials 64 definiert. Der Hohlraum 66 kann einfach gebildet werden, während das Hauptlastsprengmaterial 64 durch dreidimensionales Drucken oder andere Prozesse zur additiven Herstellung konstruiert wird. Es ist schwierig, den Hohlraum 66 durch herkömmliche Prozesse zu bilden, wobei Pulversprengmaterialien in verschiedene Formen gedrückt, gegossen oder extrudiert werden. Der Hohlraum 66 ist als leer oder nur atmosphärische Gase enthaltend veranschaulicht. In anderen Ausführungsformen kann der Hohlraum 66 mit nichtexplosivem Feststoff gefüllt sein, einem Sprengstoff, der eine andere Dichte oder andere Eigenschaft aufweist, wodurch sich die Penetration des Durchlasses 44 in die geologische Formation „G“ (2) erhöhen und/oder sich eine Lochgröße erhöhen könnte, z. B. ein Durchmesser einer Öffnung, die durch das Innengehäuse 22, das Außengehäuse 20, den Zement 24 und in die geologische Formation „G“ gebildet ist. In anderen Ausführungsformen kann die Penetration und/oder die Lochgröße durch den Hohlraum 66 oder ein Material, das innerhalb des Hohlraums 66 angeordnet ist, reduziert werden. In anderen Ausführungsformen könnte eine erhöhte oder reduzierte Lochgröße gebildet sein, die sich zum Beispiel nur zu dem Ringraum 26 erstreckt.
Ein Verstärkungssprengstoff 68 kann an dem Initiierungsende 58 der Hohlladung 40 angeordnet sein und kann bedient werden, um das Koppeln des Hauptlastsprengmaterials 64 an die Zündschnur 54 zu vereinfachen (2). Der Verstärkungssprengstoff 68 ist ohne jegliche darin definierte Hohlräume veranschaulicht. In anderen Ausführungsformen (siehe z. B. 7) wird der Verstärkungssprengstoff 68 durch Prozesse zur dreidimensionalen Herstellung hergestellt, damit er Hohlräume oder andere darin definierte Strukturen beinhaltet.
Das Gehäuse 60 arbeitet, um die inneren Sprengmaterialien 64, 68 während der Handhabung und Aufbewahrung der Hohlladung 40 zu schützen und stellt eine Masse bereit, gegen die 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 durch eine Kleberaupe oder einen anderen mechanischen Mechanismus, der zwischen einem Auskleidungsrand 70 und dem Gehäuse 60 definiert ist, an dem Gehäuse 60 angebracht sein. Die Auskleidung 62 kann aus einem beliebigen geeigneten Material konstruiert sein, darunter metallischen Materialien, z. B. Messing, Kupfer, Stahl, Aluminium, Zink, Blei, Wolfram und Uran (oder Kombinationen aus diesen und anderen geeigneten Materialien). Die Auskleidung 62 ist im Allgemeinen parabel- oder kegelförmig, sodass eine Spitze 72 an einem innersten Ende einer externen Konkavität 74 der Hohlladung 40 definiert ist. Die Hohlladung 40 kann sich im Allgemeinen darauf verlassen, dass durch einen Kollaps der Auskleidung 62 ein Hochgeschwindigkeitsstrahl entwickelt wird, um während eines Perforationsereignisses Tunnel oder Durchlässe in die geologische Formation „G“ (1) zu erzeugen. Oft sind Hohlladungen 40 bereitgestellt, wobei zumindest ein Abschnitt der Auskleidung 62 aus einem dichten Material konstruiert ist, das in diesem Hochgeschwindigkeitsstrahl vorhanden ist. Die Energie, die dadurch auf das dichte Material übertragen wird, kann effektiver konzentriert werden, um tiefere Tunnel zu fördern.
4 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung 100, die ein Paar ringförmige Hohlräume 102, 104 veranschaulicht, die kreisförmige Querschnitte aufweisen, die in einem Hauptlastsprengmaterial 64 davon gebildet sind. Die Hohlräume 102, 104 umgeben eine Achse Ao der Hohlladung 100 und sind vollständig innerhalb des Hauptlastsprengmaterials 64 eingeschlossen. Ein erstes und ein zweites Flüssigkeitsmaterial 106, 108 können während des Prozesses zur additiven Herstellung in die Hohlräume eingefügt werden, um das Hauptlastsprengmaterial 64 zu bilden. Zum Beispiel kann das Hauptlastsprengmaterial abgeschieden werden (in das Gehäuse 60 oder als separates Pellet), bis das Hauptlastsprengmaterial eine Höhe „H₁“ erreicht, wobei ein erster Hohlraum 102 noch nicht geschlossen ist, und der Prozess zur additiven Herstellung kann pausiert werden. Die Flüssigkeit 106 kann hinzugefügt werden und danach kann der Prozess zur additiven Herstellung fortgesetzt werden, um die Flüssigkeit 106 innerhalb des Hohlraums 102 einzuschließen. Ebenso kann der Herstellungsprozess auf einer zweiten Höhe H₂ pausiert werden, um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit 108 dem Hohlraum 104 hinzugefügt wird. Die Flüssigkeiten 106, 108 können einzelnen Flüssigkeiten ähnlich sein, um verschiedene Penetrationseffekte zu erreichen. Obwohl die Hohlräume 102, 104 als mit den Flüssigkeiten 106, 108 gefüllt beschrieben sind, können die Hohlräume 102, 104 mit einem beliebigen Material gefüllt sein, das sich von dem Hauptlastsprengmaterial 64 unterscheidet.
Nun unter Bezugnahme auf 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung 110 veranschaulicht, die einen ringförmigen Hohlraum 112 aufweist, der einen hexagonalen Querschnitt aufweist. Obwohl ein hexagonaler Querschnitt veranschaulicht ist, werden in anderen Ausführungsformen andere regelmäßige oder unregelmäßige polygonale Querschnitte in Betracht gezogen. Der Hohlraum 112 weist flache Seiten auf, die sich an scharfen Scheitelpunkten treffen. Solche Merkmale können dazu dienen, die Kraft einer Explosion in eine gewünschte Richtung zu lenken, während das Sprengmaterial 64 von dem Zündungsende 58 zu dem Entladungsende 56 der Hohlladung 110 detoniert wird.
6 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung 120, die einen ringförmigen Hohlraum 122 veranschaulicht, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der innerhalb des Hauptlastsprengmaterials 64 gebildet ist. Der Hohlraum 122 kann einfach erzeugt werden, sodass er eine beliebige symmetrische oder nichtsymmetrische Form aufweist, indem der Hauptlastsprengstoff 64 durch Prozesse zur additiven Herstellung gebildet wird. In anderen Ausführungsformen können Hohlräume innerhalb einer Hohlladung gebildet sein, die nicht zwingend ringförmig sind. Hohlräume oder Taschen aus diversen Materialien können in den energetischen Materialien oder anderen Komponenten einer Hohlladung gebildet werden, die alternative Geometrien wie zum Beispiel Würfel, Kugeln, Pyramiden usw. aufweisen.
Nun unter Bezugnahme auf 7 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung 130 veranschaulicht, die eine Vielzahl von Hohlräumen 132 beinhaltet, die in dem Verstärkungssprengstoff 68 gebildet ist. Die Hohlräume 132 können sich durch den Verstärkungssprengstoff 68 erstrecken und eine Außenfläche des Verstärkungssprengstoffes 68 benachbart zu dem Gehäuse 60 schneiden. In anderen Ausführungsformen können die Hohlräume 132 vollständig innerhalb des Verstärkungssprengstoffes 68 eingeschlossen sein.
Die Hohlräume 66, 102, 104, 112, 122, 132, die in 3-7 veranschaulicht sind, stellen ein paar nicht einschränkende Beispiele für die Formen und Konfigurationen für Hohlräume dar, die gebildet werden könnten, indem ein Sprengstoff 64, 68 für eine Hohlladung mit einem Prozess zur additiven Herstellung gemäß Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung produziert wird. Die Hohlräume 66, 102, 104, 112, 122, 132 könnten leer sein und auch Bereiche darstellen, in denen nichtexplosives Material innerhalb der Sprengstoffe 64, 68 hinzugefügt werden könnte. Zusätzlich könnte auch ein Sprengmaterial mit einer anderen Dichte oder einer anderen Eigenschaft in diesen Hohlräumen 66, 102, 104, 112, 122, 132 abgeschieden werden, ohne von den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung 140, die eine erste und eine zweite einzelne Materialschicht 64a, 64b veranschaulicht, die in einem Hauptlastsprengstoff 64 gebildet sind. Die zwei einzelnen Materialschichten 64a, 64b können unterschiedliche oder einzelne Dichten oder andere Eigenschaften aufweisen, die einen gewünschten Penetrationseffekt erzeugen könnten. In einigen Ausführungsformen können die erste Materialschicht 64a und der Verstärkungssprengstoff 68 durch einen Prozess zur additiven Herstellung direkt in dem Gehäuse 60 abgeschieden werden und kann die zweite Materialschicht auf der Auskleidung 62 abgeschieden werden. Dann kann die Auskleidung 62 an dem Gehäuse 60 befestigt werden, um den Hauptlastsprengstoff 64 fertigzustellen. In anderen Ausführungsformen können beide Materialschichten 64a, 64b als separates Pellet oder zusammen auf einem oder dem anderen von der Auskleidung 62 oder dem Gehäuse 60 produziert werden.
Nun ist unter Bezugnahme auf 9 eine seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hohlladung 150 veranschaulicht, die eine Vielzahl von einzelnen Materialschichten 64c, 64d und 64e veranschaulicht, die in einem Hauptlastsprengstoff 64 gebildet ist. Die einzelnen Materialschichten 64c, 64d und 64e sind senkrecht zu einer Achse A₁ der Hohlladung 150 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann der Hauptlastsprengstoff 68 in das Gehäuse 60 3D-gedruckt werden und dann können die einzelnen Materialschichten 64c, 64d und 64e auf das Verstärkungsmaterial 3D-gedruckt werden.
10 ist eine schematische Ansicht eines Vorgangs 200 zum Planen, Konstruieren und Entladen einer Hohlladung 40 gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Anfangs bei Schritt 202 beginnt der Vorgang 200, indem eine Sprengstoffkonfiguration bestimmt wird, die einen gewünschten Penetrationseffekt erzeugt. Die Sprengstoffkonfiguration kann eine Form aus Hauptlastsprengstoff 64 und/oder Verstärkungssprengstoff 68 beinhalten, die beliebige Hohlräume und/oder Dichtegradienten in den Sprengstoffen 64, 68 beinhaltet, um den gewünschten Penetrationseffekt in einem Bohrloch 16 zu produzieren. Die Sprengstoffkonfiguration kann empirisch bestimmt werden, z. B. durch Testen von tatsächlichen Probesprengstoffkonfigurationen und/oder durch Simulieren eines Perforationsereignisses in Computermodellumgebung unter Verwendung von CAD-Daten. Zwischenwerte können basierend auf dem empirischen oder simulierten Testen interpoliert und/oder geschätzt werden.
Als nächstes können bei Schritt 204 ein Gehäuse 60 und eine Auskleidung 62 bereitgestellt werden, um die Sprengstoffkonfiguration zu unterstützen, in Bezug auf die bestimmt wird, dass sie den gewünschten Penetrationseffekt oder die gewünschte Lochgröße produziert. Das Gehäuse 60 und die Auskleidung 62 können in einigen Ausführungsformen konventionelle oder kommerziell erhältliche Komponenten sein und in anderen Ausführungsformen können das Gehäuse 60 oder die Auskleidung 62 unter Anwendungen von Prozessen zur additiven Herstellung produziert werden, sodass sie z. B. Hohlräume oder Dichtegradienten darin beinhalten.
Bei Schritt 206 werden die Sprengmaterialien 64, 68 durch einen Prozess zur additiven Herstellung wie zum Beispiel dreidimensionalem Drucken unter Verwendung von 3D-Druckmaschinen, -prozessen und -verfahren abgeschieden. Es sind verschiedene Techniken entwickelt worden, um 3D-Drucker zu verwenden, um Prototypen zu erzeugen und Produkte unter Verwendung von 3D-Gestaltungsdaten herzustellen. Siehe zum Beispiel Informationen, die verfügbar sind auf den Websites der Z Corporation (www.zcorp.com); Pro Metal, einer Abteilung der XI Company (www.prometal.com); EOS GmbH (www.eos.info); 3-D Systems, Inc. (www.3-Dsystems.com); und Stratasys, Inc. (www. stratasys. com und www.dimensionprint.ing.com).
Die dreidimensionalen Komponenten, die die Hohlladungen 40, 100, 110, 120, 130, 140, 150 bilden, andere energetische Materialien und andere Komponenten, die hierin offenbart sind, können direkt unter Verwendung eines 3D-Druckers in Kombination mit 3D-Designdaten hergestellt werden. 3D-Drucken ist im Allgemeinen ein Prozess zum Herstellen eines dreidimensionalen Gegenstands anhand von digitalen Designdaten. 3D-Drucken unterscheidet sich von herkömmlicher Verarbeitung und unterscheidet sich auch von herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von Verbundkomponenten. Ein Verfahren zum 3D-Drucken umfasst das Herstellen von dreidimensionalen Gegenständen aus Computerdesignmodellen unter Anwendung eines Materialabscheidungsprozesses, zum Beispiel extrusionsbasierter Schichtbildung. Systeme zur extrusionsbasierten geschichteten Abscheidung (alternativ als Fused-Deposition-Modellsysteme (FDM-Systeme) bezeichnet) können verwendet werden, um 3D-Gegenstände aus CAD oder anderen Computerdesignmodellen auf Schicht-um-Schicht-Weise zu bilden, indem fließbare Materialien wie zum Beispiel ein thermoplastisches Material vermischt mit Sprengpulver extrudiert werden. Informationen bezüglich solcher 3D-Herstellungsprozesse können sich auf der Website von Stratasys befinden.
Die Sprengmaterialien 64, 68 können als separates Pellet unabhängig von dem Gehäuse 60 und der Auskleidung 62 abgeschieden werden (Schritt 206a), direkt auf eines oder beide von dem Gehäuse 60 und der Auskleidung 62 abgeschieden werden (Schritt 206b) oder Kombinationen aus beidem. Die Hohlräume 66, 102, 104, 112, 122, 132 können durch Unterbrechungen in geeigneten Schichten gebildet werden und der Prozess zur additiven Herstellung kann pausiert werden, um die Hinzufügung von Flüssigkeiten, z. B. der Flüssigkeiten 106, 108 (4), nichtexplosiven Materialien oder anderen Komponenten nach Bedarf zu ermöglichen, um die Sprengkonfiguration zu produzieren, die in Schritt 202 bestimmt wird.
Als nächsten werden die Sprengmaterialien 64, 68 bei Schritt 208 zwischen dem Gehäuse und der Auskleidung befestigt, um die Sprengladungen 40, 100, 110, 120, 130, 140, 150 zu bilden. Zum Beispiel kann die Auskleidung 62 durch eine Kleberaupe oder einen anderen mechanischen Mechanismus an dem Gehäuse 60 angebracht werden. Die resultierenden Hohlladungen 40, 100, 110, 120, 130, 140, 150 können dann in ein Bohrloch 16 zu einer unterirdischen Stelle benachbart zu einem Zielringhohlraum oder einer geologischen Formation „G“ abgesenkt werden (Schritt 210). Die Hohlladungen 40, 100, 110, 120, 130, 140, 150 können dann in dem Bohrloch 16 detoniert werden, um einen beliebigen Zielringraum 26 und/oder eine beliebige geologische Formation „G“ zu penetrieren.
Die nachfolgend beschriebenen Aspekte der Offenbarung sind bereitgestellt, um eine Auswahl an Konzepten, die vorstehend detaillierter beschrieben sind, auf vereinfachte Weise zu beschreiben. Es ist weder beabsichtigt, dass dieser Abschnitt zentrale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifiziert, noch ist beabsichtigt, dass er als Hilfsmittel bei der Bestimmung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands herangezogen wird. In einem Aspekt ist die Offenbarung auf eine Hohlladung gerichtet, die bedienbar ist, um eine Perforation in einem Bohrloch zu bilden. Die Hohlladung beinhaltet ein Gehäuse, zumindest einen Sprengstoff, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und eine Auskleidung, die an das Gehäuse gekoppelt ist und den Sprengstoff im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses einschließt. Der zumindest eine Sprengstoff wird durch einen Prozess zur additiven Herstellung gebildet.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet der zumindest eine Sprengstoff einen darin definierten Innenhohlraum. Der Innenhohlraum kann zumindest eines aus der Gruppe umfassen, die aus einer Ringform, einem länglichen Querschnitt, einem polygonalen Querschnitt und einem unregelmäßigen Querschnitt besteht. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Innenhohlraum zumindest eines aus der Gruppe, die aus atmosphärischen Gasen, Flüssigkeiten und nichtexplosiven Materialien, die darin angeordnet sind, besteht. In einigen Ausführungsformen ist der Innenhohlraum in einem Verstärkungssprengstoff definiert, der an einem Zündungsende der Hohlladung gebildet ist.
In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen umfasst der zumindest eine Sprengstoff eine Vielzahl von einzelnen Materialschichten, die einen Dichtegradienten innerhalb des Gehäuses der Hohlladung definieren. Die Vielzahl von einzelnen Materialschichten kann benachbart zu der Auskleidung angeordnet sein und eine zweite aus der Vielzahl von einzelnen Materialschichten ist benachbart zu dem Gehäuse angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Offenbarung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Hohlladung gerichtet. Das Verfahren beinhaltet (a) Bereitstellen eines Gehäuses und einer Auskleidung, (b) Abscheiden von zumindest einem Sprengmaterial durch einen Prozess zur additiven Herstellung, und (c) Koppeln der Auskleidung, die an das Gehäuse gekoppelt ist, um den zumindest einen Sprengstoff im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses einzuschließen.
In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen wird das zumindest eine Sprengmaterial direkt auf zumindest eines von der Auskleidung und dem Gehäuse in dem Prozess zur additiven Herstellung abgeschieden. Alternativ kann das zumindest eine Sprengmaterial als Pellet separat von der Auskleidung und dem Gehäuse in dem Prozess zur additiven Herstellung abgeschieden werden.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Bilden von zumindest einem Hohlraum in dem zumindest einen Sprengmaterial in dem Prozess zur additiven Herstellung. Das Verfahren kann ferner das Pausieren des Prozesses zur additiven Herstellung, wenn der zumindest eine Hohlraum offen ist, das Füllen des zumindest einen Hohlraums mit einem Material, das sich von dem zumindest einen Sprengmaterial unterscheidet, und das Wiederaufnehmen des Prozesses zur additiven Herstellung beinhalten, um das Material, das sich von dem zumindest einen Sprengmaterial unterscheidet, innerhalb des zumindest einen Hohlraums einzuschließen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Bilden eines Dichtegradienten in dem zumindest einen Sprengmaterial durch den Prozess zur additiven Herstellung. Das Verfahren kann ferner das Bilden von einzelnen Materialschichten in dem zumindest einen Sprengstoff beinhalten, um den Dichtegradienten zu definieren. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Bilden der einzelnen Materialschichten senkrecht zu einer Achse der Hohlladung beinhalten. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Abscheiden einer ersten der einzelnen Materialschichten auf der Auskleidung und einer zweiten der einzelnen Materialschichten auf dem Gehäuse durch den Prozess zur additiven Herstellung. In einigen Ausführungsformen ist der Prozess zur additiven Herstellung ein Prozess des dreidimensionalen Druckens.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Offenbarung auf ein Perforationswerkzeugsystem zum Bilden einer Perforation in einem Bohrloch gerichtet. Das Perforationswerkzeug beinhaltet einen Trägerkörper, der aus einer zylindrischen Hülse konstruiert ist, und eine Vielzahl von Hohlladungen, die innerhalb des Trägerkörpers angeordnet ist. Jede der Hohlladungen weist ein Gehäuse, eine Auskleidung und zumindest einen Sprengstoff auf, der durch einen Prozess zur additiven Herstellung gebildet und durch das Gehäuse und die Auskleidung im Wesentlichen eingeschlossen ist.
In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet das Perforationswerkzeugsystem ferner eine Zündschnur, die sich durch den Trägerkörper erstreckt und an jede der Hohlladungen gekoppelt ist. Zumindest ein Abschnitt der Zündschnur kann durch einen Prozess zur additiven Herstellung konstruiert werden. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Perforationswerkzeugsystem ferner ein Fördermittel, das an den Trägerkörper gekoppelt ist, wobei das Fördermittel bedienbar ist, um den Trägerkörper in ein Bohrloch abzusenken.
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.
Während verschiedene Beispiele detailliert veranschaulicht worden sind, ist die Offenbarung nicht auf die gezeigten Beispiele begrenzt. Ein Fachmann kann Modifikationen und Anpassungen an den vorstehenden Beispielen vornehmen. Solche Modifikationen und Anpassungen liegen im Umfang der Offenbarung.

Claims

Hohlladung, die bedienbar ist, um eine Perforation in einem Bohrloch zu bilden, wobei die Hohlladung Folgendes umfasst: ein Gehäuse; zumindest einen Sprengstoff, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei der zumindest eine Sprengstoff durch einen Prozess zur additiven Herstellung gebildet ist; und eine Auskleidung, die an das Gehäuse gekoppelt ist und den zumindest einen Sprengstoff im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses einschließt.
Hohlladung nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Sprengstoff einen darin definierten Innenhohlraum beinhaltet.
Hohlladung nach Anspruch 2, wobei der Innenhohlraum zumindest eines aus der Gruppe umfasst, die aus einer Ringform, einem länglichen Querschnitt, einem polygonalen Querschnitt und einem unregelmäßigen Querschnitt besteht.
Hohlladung nach Anspruch 3, wobei der Innenhohlraum zumindest eines aus der Gruppe beinhaltet, die aus atmosphärischen Gasen, Flüssigkeiten und nichtexplosiven Materialien, die darin angeordnet sind, besteht.
Hohlladung nach Anspruch 2, wobei der Innenhohlraum in einem Verstärkungssprengstoff definiert ist, der an einem Zündungsende der Hohlladung gebildet ist.
Hohlladung nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Sprengstoff eine Vielzahl von einzelnen Materialschichten umfasst, die einen Dichtegradienten innerhalb des Gehäuses der Hohlladung definieren.
Hohlladung nach Anspruch 6, wobei eine erste aus der Vielzahl von einzelnen Materialschichten benachbart zu der Auskleidung angeordnet ist und eine zweite aus der Vielzahl von einzelnen Materialschichten benachbart zu dem Gehäuse angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Hohlladung, um eine Perforation in einem Bohrloch zu produzieren, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Ladung und einer Auskleidung; Abscheiden von zumindest einem Sprengmaterial durch einen Prozess zur additiven Herstellung; und Koppeln der Auskleidung an das Gehäuse, um den zumindest einen Sprengstoff im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses einzuschließen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zumindest eine Sprengmaterial direkt auf zumindest eines von der Auskleidung und dem Gehäuse in dem Prozess zur additiven Herstellung abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zumindest eine Sprengmaterial als Pellet separat von der Auskleidung und dem Gehäuse in dem Prozess zur additiven Herstellung abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Bilden von zumindest einem Hohlraum in dem zumindest einen Sprengmaterial in dem Prozess zur additiven Herstellung.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Pausieren des Prozesses zur additiven Herstellung, wenn der zumindest eine Hohlraum offen ist, das Füllen des zumindest einen Hohlraums mit einem Material, das sich von dem zumindest einen Sprengmaterial unterscheidet, und das Wiederaufnehmen des Prozesses zur additiven Herstellung, um das Material, das sich von dem zumindest einen Sprengmaterial unterscheidet, innerhalb des zumindest einen Hohlraums einzuschließen.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Bilden eines Dichtegradienten in dem zumindest einen Sprengmaterial durch den Prozess zur additiven Herstellung.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend das Bilden von einzelnen Materialschichten in dem zumindest einen Sprengstoff, um den Dichtegradienten zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend das Bilden der einzelnen Materialschichten senkrecht zu einer Achse der Hohlladung.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend das Abscheiden einer ersten der einzelnen Materialschichten auf der Auskleidung und einer zweiten der einzelnen Materialschichten auf dem Gehäuse durch den Prozess zur additiven Herstellung.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Prozess zur additiven Herstellung ein Prozess zum dreidimensionalen Drucken ist.
Perforationswerkzeugsystem zum Bilden einer Perforation in einem Bohrloch, wobei das Perforationswerkzeug Folgendes umfasst: einen Trägerkörper, der aus einer zylindrischen Hülse konstruiert ist; eine Vielzahl von Hohlladungen, die innerhalb des Trägerkörpers angeordnet ist, wobei jede der Hohlladungen ein Gehäuse, eine Auskleidung und zumindest einen Sprengstoff aufweist, der durch einen Prozess zur additiven Herstellung gebildet und durch das Gehäuse und die Auskleidung im Wesentlichen eingeschlossen ist.
Perforationswerkzeugsystem nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Zündschnur, die sich durch den Trägerkörper erstreckt und an jede der Hohlladungen gekoppelt ist, wobei zumindest ein Abschnitt der Zündschnur durch einen Prozess zur additiven Herstellung konstruiert ist.
Perforationswerkzeugsystem nach Anspruch 18, ferner umfassend ein Fördermittel, das an den Trägerkörper gekoppelt ist, wobei das Fördermittel bedienbar ist, um den Trägerkörper in ein Bohrloch abzusenken.