DE112018007505T5

DE112018007505T5 - Ladungsprüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein

Info

Publication number: DE112018007505T5
Application number: DE112018007505.2T
Authority: DE
Inventors: John Douglas Manning; Brenden Michael GROVE
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2021-01-07
Also published as: WO2020027830A1; US20210018411A1; US11906480B2

Abstract

Hohlladungen, die in Bohrlochperforationsvorgängen verwendet werden, können mit einem Ladungsprüfsystem zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein geprüft werden. Das System beinhaltet eine Hohlladungsprüfkammer. Die Hohlladungsprüfkammer kann einen Lade- und Auswurfkolben und eine Kernprobenkammer beinhalten. Die Kernprobenkammer steht in mechanischer Verbindung mit dem Lade- und Auswurfkolben und ist dazu abgemessen, eine Kernprobe aufzunehmen. Die Hohlladungsprüfkammer beinhaltet auch einen Kernprobenspannungsapplikator, um die Kernprobe unter Spannung zu setzen. Ferner beinhaltet das System einen Auswurfmechanismus benachbart zur Hohlladungsprüfkammer, um eine Auswurfkraft am Lade- und Auswurfkolben bereitzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Vorrichtungen, die zum Prüfen von Hohlladungen von Untertage-Perforationskanonenbaugruppen verwendet werden. Genauer betrifft diese Offenbarung eine Prüfvorrichtung, die Kernproben während eines Prüfvorgangs der Hohlladungen unter Spannung setzt.
Allgemeiner Stand der Technik
In Ölfeldwartungsvorgängen werden Perforationskanonen zum Perforieren von Bohrlochfutterrohren, Zementummantelungen, einer Formation um das Bohrloch oder einer beliebigen Kombination davon verwendet. Die Perforation der Bohrlochkomponenten kann ein Öl- und Gasbohrloch zur Förderung vorbereiten. Beispielsweise können die Perforationskanonen verwendet werden, um eine Fluidverbindung zwischen einer Lagerstätte der Formation und dem Bohrloch zu erzielen. Außerdem können die Perforationskanonen zum Erzeugen von Perforationen in der Formation um das Bohrloch verwendet werden, die beim hydraulischen Frakturieren, Säuern oder anderen Bohrlochstimulationsaktivitäten verwendet werden.
Hohlladungen der Perforationskanonen können in einer Laborumgebung geprüft werden, um eine Effektivität der Hohlladungen zu bestimmen. Beispielsweise können die Hohlladungen benachbart zu einer Probe von zylindrischem Zement positioniert und entladen werden. Da die Zementprobe nicht unter Spannung steht (z. B. nicht wie die Formationsspannung unter Druck steht) und die Zementprobe nicht die gleiche Materialzusammensetzung wie eine Kernprobe aufweist, kann sich die Hohlladung in einer Prüfumgebung anders als in einer Untertageumgebung verhalten. Entsprechend können Prüfergebnisse für Hohlladungen aufgrund des tatsächlich in der Laborumgebung geprüften Materials fehlerhaft sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels eines Prüfsystems für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Querschnittansicht eines weiteren Beispiels eines Prüfsystems für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine Querschnittansicht einer Greiferbaugruppe eines Prüfsystems für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine Oberseitenansicht eines Betriebs der Greiferbaugruppe aus 3 gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine Querschnittansicht einer Basis eines Beispiels eines Prüfsystems für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein mit einem Auswurfmechanismus gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine Querschnittansicht eines Abschnitts eines Prüfsystems für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein Porenfluiddruckbeaufschlagungsmechanismus gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine schematische Darstellung eines Schnelldruckbeaufschlagungssystems eines Prüfsystems für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

Ausführliche Beschreibung
Bestimmte Aspekte und Beispiele der Offenbarung betreffen ein Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein mit erhöhter Prüfgenauigkeit durch das Prüfen von unter Spannung stehenden Kernproben und durch Bereitstellen eines Kernprobenauswurfmechanismus, was effiziente Systemrücksetzungen zwischen Prüfungen ermöglicht.
Ein Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein kann verwendet werden, um zu prüfen, wie eine Hohlladung einer Perforationskanone mit einer Formation um ein Bohrloch interagiert. In einigen Beispielen setzt ein Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein eine Kernprobe vor dem Prüfen des unter Spannung stehenden Gesteins unter Spannung. Ergebnisse des Prüfens der Kernproben im Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein können einen Hinweis darauf bereitstellen, wie wirksam eine mit der geprüften Hohlladung ausgerüstete Perforationskanone in dem Bohrloch sein wird.
Das Prüfsystem für perforierende Ladungen kann einen Kernprobenauswurfmechanismus und einen Schnellfreigabemechanismus beinhalten, die effiziente Systemrücksetzungen zwischen Prüfungen ermöglichen. In einigen Beispielen kann der Kernprobenauswurfmechanismus ein Hebesystem sein, das benachbart zu einer Hohlladungsprüfkammer angeordnet ist. Der Kernprobenauswurfmechanismus kann die Kernprobe oder die Kernprobenkammer zur einfachen Entfernung aus der Hohlladungsprüfkammer heben.
Außerdem kann der Schnellfreigabemechanismus in Verbindung mit dem Kernprobenauswurfmechanismus arbeiten. Beispielsweise kann der Schnellfreigabemechanismus die Hohlladungsprüfkammer vor dem Betrieb des Kernprobenauswurfmechanismus öffnen. Auf diese Weise kann der Schnellfreigabemechanismus Kraft aufheben, die die Kernprobe oder die Kernprobenkammer in einer Prüfposition hält.
Diese veranschaulichenden Beispiele werden aufgeführt, um den Leser mit dem allgemeinen hierin erörterten Gegenstand vertraut zu machen, und sollen den Umfang der offenbarten Konzepte nicht einschränken. Die folgenden Abschnitte beschreiben verschiedene weitere Merkmale und Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente verweisen, und es werden richtungsbezogene Beschreibungen zum Beschreiben der veranschaulichenden Aspekte verwendet, die jedoch wie die veranschaulichenden Aspekte nicht zum Einschränken der vorliegenden Offenbarung herangezogen werden sollten.
1 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels eines Prüfsystems 100 für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein gemäß einigen Aspekten. Das Prüfsystem 100 beinhaltet eine Hohlladungsprüfkammer 102. In der Hohlladungsprüfkammer 102 kann eine Kernprobenkammer 104 angeordnet sein.
Die Kernprobenkammer 104 beinhaltet eine Kernprobe 106, die in der Einschränkungshülse 108 angeordnet ist. Die Einschränkungshülse 108 kann aus einem nicht porösen und biegsamen Material (z. B. Gummi) hergestellt sein. Durch Druckfluid in einem Ringraum 110 kann Druck auf die Einschränkungshülse 108 ausgeübt werden, um die Kernprobe 106 unter Spannung zu setzen. Auf die Kernprobe 106 kann auch durch Laden eines Auswurfkolbens 112, der in mechanischer Verbindung mit der Kernprobenkammer 104 steht, Druck von dem Druckfluid in einer Druckkammer 114 ausgeübt werden. In einer Ausführungsform kann die Spannung, unter die die Kernprobe 106 gesetzt wird, ähnlich wie Formationsspannung einer Formation um ein Bohrloch sein. Entsprechend kann die unter Spannung stehende Kernprobe 106 in ähnlicher Weise wie die Formation um ein Bohrloch auf eine Hohlladung reagieren.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Kernprobe 106 einen Durchmesser von 7 Zoll aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der Durchmesser der Kernprobe 106 erhöht oder reduziert sein. Beispielsweise kann ein größerer Durchmesser als 7 Zoll verwendet werden, um eine größere Hohlladung zu prüfen. Auch kann aus verschiedenen Gründen ein kleinerer Durchmesser als 7 Zoll verwendet werden, darunter zum Senken der Prüfkosten, auf Grundlage von Materialverfügbarkeit usw. Ferner kann eine Länge der Kernprobe 106 auf Grundlage von Prüfparametern und Kosten variieren. Beispielsweise kann eine Kernprobe 106 24 oder 30 Zoll lang sein, und die Kernprobe 106 kann abhängig von einer Strecke, die die Hohlladung in der Kernprobe 106 austunneln soll, auch länger oder kürzer sein.
Eine Einhausungsplatte 118 kann benachbart zu einer Prüfposition 116 angeordnet sein. Es kann auch eine Zementplatte 120 zwischen der Einhausungsplatte 118 und der Kernprobe 106 angeordnet sein. Die Einhausungsplatte 118, die aus Stahl hergestellt sein kann, die Zementplatte 120 und die Kernprobe 106 können die Schichten darstellen, durch die die geprüfte Hohlladung untertage in einem Bohrloch als Teil einer Perforationskanone dringt. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Einhausungsplatte 118 und die Zementplatte 120 durch einen Arbeitsplattenhalter 122 aus Stahl und eine Arbeitsplatte 124 aus Zement ersetzt werden. Die Kombination des Arbeitsplattenhalters 122 und der Arbeitsplatte 124 stellen eine ähnliche Struktur wie die Einhausungsplatte 118 und die Zementplatte 120 bereit, um von der Hohlladung durchdrungen zu werden. In anderen Ausführungsformen kann der Arbeitsplattenhalter 122 ein kreisförmiges Loch um eine Achse 126 beinhalten und die Arbeitsplatte 124 kann eine Stahlschicht und eine Zementschicht beinhalten. In einer solchen Ausführungsform stellt der Arbeitsplatte 124 eine ähnliche Struktur wie die Einhausungsplatte 118 und die Zementplatte 120 bereit, um von der Hohlladung durchdrungen zu werden.
Die Prüfposition 116 kann einen Abschnitt des Prüfsystems 100 darstellen, in dem eine Ladungsunterbaugruppe 128 während der Prüfung angeordnet wird. An der Prüfposition 116 kann eine beliebige Ladungsunterbaugruppe verwendet werden. Beispielsweise kann die Ladungsunterbaugruppe 128 eine Sprengkapsel, ein Stück Sprengschnur, eine Hohlladung und eine beliebige Konfiguration von Kanonenrohren, Bogenplatten und Distanzscheiben beinhalten, je nachdem, wie die Hohlladungen in dem Prüfsystem 100 geprüft werden.
Das Prüfsystem 100 kann einen Kernprobenspannungsapplikator 130 beinhalten. Der Spannungsapplikator 130 kann eine Druckfluidpumpe sein, die Druckfluid an einen Einlass 132 der Hohlladungsprüfkammer 102 bereitstellt. Druckfluid kann über Durchlassöffnungen 134 vom Einlass 132 zu einer Druckkammer 114 und zum Ringraum 110 fließen. Das Druckfluid übt Druck auf die Einschränkungshülse 108 und den Lade- und Auswurfkolben 112 aus. Die Einschränkungshülse 108 und der Lade- und Auswurfkolben 112 wiederum stellen Druck für die Kernprobe 106 bereit, um die Kernprobe 106 zum Prüfen unter Spannung zu setzen. Das Druckfluid kann bei bis zu 12.000 Pfund pro Quadratzoll (psi) oder mehr wirken. Ein Entlüftungsloch 136 in Fluidverbindung mit der Kernprobe 106 kann einen Weg für überschüssige Fluide (z. B. einen Luftspalt zwischen der Kernprobe 106 und der Einschränkungshülse 108 oder Porenfluid, das aus Porenräumen in der Kernprobe 106 gepresst wird) bereitstellen, damit es aus der unter Spannung stehenden Kernprobenkammer 104 austreten kann.
Um den Druck des Druckfluids in der Hohlladungsprüfkammer 102 beizubehalten, ist die Hohlladungsprüfkammer 102 an beiden Enden verschlossen. Beispielsweise beinhaltet ein Nichtprüfungsende 138 des Prüfsystems 100 eine Umschließung 140 und eine Sicherungsmutter 142. Die Umschließung 140 kann fluiddruckdichte Dichtungen mit der Einschränkungshülse 108 und der Prüfkammer 102 bilden, wenn die Sicherungsmutter 142 an der Prüfkammer 102 befestigt ist. Ein Prüfungsende 144 des Prüfsystems 100 beinhaltet einen Haltering 146 und eine Sicherungsmutter 148. Der Haltering 146 kann fluiddruckdichte Dichtungen zwischen der Prüfkammer 102, der Einschränkungshülse 108 und der Einhausungsplatte 118 oder dem Arbeitsplattenhalter 122 bilden, wenn die Sicherungsmutter 148 an der Prüfkammer 102 befestigt ist.
Wenn zudem die Sicherungsmutter 148 von der Prüfkammer 102 entfernt wird (z. B. wenn das Prüfsystem 100 zurückgesetzt wird), kann eine dünne Halteplatte 150, die zwischen der Einschränkungshülse 108 und der Prüfkammer 102 angeordnet ist, Fluid im Ringraum 110 und in der Druckkammer 114 halten. Auf diese Weise kann die Kernprobe 106 entfernt und ersetzt werden, ohne das Fluid im Ringraum 110 und in der Druckkammer 114 abzulassen. In einer solchen Ausführungsform kann die Einschränkungshülse 108 in der Hohlladungsprüfkammer 102 während des Einführens und Entfernens der Kernprobe 106 fixiert bleiben. Das Vermeiden des Ablassens des Fluids kann die Effizienz beim Zurücksetzen des Prüfsystems 100 erhöhen, indem die anfängliche Füllzeit im Zusammenhang mit dem Füllen des Ringraums 110 und der Druckkammer 114 beim Ersetzen der Kernprobe 106 eliminiert wird.
Bezug nehmend auf 2 wird eine Querschnittansicht eines Beispiels eines Prüfsystems 200 für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein dargestellt. Das Prüfsystem 200 beinhaltet die Hohlladungsprüfkammer 102. Ebenso wie bei dem Prüfsystem 100 kann in der Hohlladungsprüfkammer 102 eine Kernprobenkammer 104 angeordnet sein.
Die Kernprobenkammer 104 beinhaltet eine Kernprobe 106, die in der Einschränkungshülse 108 angeordnet ist. Die Einschränkungshülse 108 kann aus einem nicht porösen und biegsamen Material (z. B. Gummi) hergestellt sein. Durch Druckfluid in einem Ringraum 110 kann Druck auf die Einschränkungshülse 108 ausgeübt werden, um die Kernprobe 106 unter Spannung zu setzen. Es kann auch ein Lade- und Auswurfkolben 112 auf die Kernprobe 106 angewandt werden. In einem oder mehreren Beispielen kann der Lade- und Auswurfkolben 112 eine stationäre Komponente (z. B. ein fest angeordneter Kolben oder eine Endplatte) sein, die keine Auswurfkraft oder Druck an der Kernprobe 106 bereitstellt (z. B. ist ein Auswurfmechanismus nicht an den Lade- und Auswurfkolben 112 gekoppelt). In einem solchen Beispiel stellt der Lade- und Auswurfkolben 112 eine stationäre Stütze für die Kernprobe 106 bereit, wenn die Kernprobe 106 im Prüfsystem 200 eingeschlossen ist. In einer Ausführungsform kann die Spannung, unter die die Kernprobe 106 gesetzt wird, ähnlich wie Formationsspannung einer Formation um ein Bohrloch sein. Entsprechend kann die unter Spannung stehende Kernprobe 106 in ähnlicher Weise wie die Formation um ein Bohrloch auf eine Hohlladung reagieren.
Ein Arbeitsplattenhalter 218 kann benachbart zu einer Prüfposition 216 angeordnet sein. Der Arbeitsplattenhalter 218 hält eine Einhausungsarbeitsplatte 220 und eine Zementarbeitsplatte 222. Die Einhausungsarbeitsplatte 220, die aus Stahl hergestellt sein kann, die Zementarbeitsplatte 222 und die Kernprobe 106 können die Schichten darstellen, durch die die geprüfte Hohlladung untertage in einem Bohrloch als Teil einer Perforationskanone dringt. In einer oder mehreren Ausführungsformen Einhausungsarbeitsplatte 220 und die Zementarbeitsplatte 222 kann durch Einhausungs- und Zementplatten ersetzt werden, wie oben unter Bezugnahme auf 1 erörtert wurde. Andere Formen und Größen der Einhausungsarbeitsplatte 220 und der Zementarbeitsplatte 222 innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung sind vorgesehen.
Die Prüfposition 216 kann einen Abschnitt des Prüfsystems 200 darstellen, in dem eine Ladungsunterbaugruppe 128 während der Prüfung angeordnet wird. Ebenso wie bei dem Prüfsystem 100 kann an der Prüfposition 216 eine beliebige Ladungsunterbaugruppe verwendet werden. Die Ladungsunterbaugruppe 128 kann eine Sprengkapsel, ein Stück Sprengschnur, eine Hohlladung und eine beliebige Konfiguration von Kanonenrohren, Bogenplatten und Distanzscheiben beinhalten, je nachdem, wie die Hohlladungen in dem Prüfsystem 200 geprüft werden.
Das Prüfsystem 200 kann einen Kernprobenspannungsapplikator 130 beinhalten. Der Spannungsapplikator 130 kann eine Druckfluidpumpe sein, die Druckfluid an einen Einlass 232 der Hohlladungsprüfkammer 102 bereitstellt. Druckfluid kann vom Einlass 232 zum Ringraum 110 fließen. In einigen Ausführungsformen kann das Druckfluid auch Druck am Lade- und Auswurfkolben 112 bereitstellen, um weiteren Druck an der Kernprobe 106 bereitzustellen. Das Druckfluid übt Druck auf die Einschränkungshülse 108 und den Lade- und Auswurfkolben 112 aus und die Einschränkungshülse 108 und der Lade- und Auswurfkolben 112 stellen Druck an der Kernprobe 106 bereit, um die Kernprobe 106 während des Prüfens unter Spannung zu setzen. Das Druckfluid kann bei bis zu 12.000 Pfund pro Quadratzoll (psi) oder mehr wirken. Ein Entlüftungsloch 236 in Fluidverbindung mit der Kernprobe 106 kann einen Weg für überschüssige Fluide (z. B. einen Luftspalt zwischen der Kernprobe 106 und der Einschränkungshülse 108 oder Porenfluid, das aus einem Porenraum in der Kernprobe 106 gepresst wird) bereitstellen, damit es aus der unter Spannung stehenden Kernprobenkammer 104 austreten kann.
Um den Druck des Druckfluids in der Hohlladungsprüfkammer 102 des Prüfsystems 200 beizubehalten, ist die Hohlladungsprüfkammer 102 an beiden Enden verschlossen. Beispielsweise beinhaltet ein Nichtprüfungsende 238 des Prüfsystems 200 eine Behälterkappe 240. Ein Paar wulstförmige Verbindungen 242 (z. B. ein O-Ring oder ein beliebiger anderer Dichtungsmechanismus) kann zwischen der Behälterkappe 240 und der Kernkammer 102 angeordnet sein, um eine fluiddruckdichte Dichtung zwischen der Behälterkappe 240 und der Kernkammer 102 beizubehalten. Ein Prüfungsende 244 des Prüfsystems 200 beinhaltet eine Behälterkappe 246, die an ein Joch 248 gekoppelt ist. Die Behälterkappe 246 kann mithilfe der wulstförmigen Verbindungen 250 eine fluiddruckdichte Abdichtung an der Prüfkammer 102 bilden, derart, dass das Druckfluid im Ringraum 110 gehalten wird. Außerdem hält die Behälterkappe 246 eine Abdichtung am Arbeitsplattenhalter 218 und der Einschränkungshülse 108 aufrecht. Zum Beibehalten der Abdichtung an der Prüfkammer 102, dem Arbeitsplattenhalter 218 und der Einschränkungshülse 108 wird das Joch 248 durch Hydraulikzylinder 252 gesteuert. Die Hydraulikzylinder 252 senken das Joch 248 und die Behälterkappe 246 in eine Prüfposition, wie dargestellt, mit einer Kraft, die die luftdichten Abdichtungen beibehält, um das Druckfluid im Ringraum 110 zu halten. Die Kombination des Jochs 248, der Behälterkappe 246 und der Hydraulikzylinder 252 kann als hydraulisches Joch bezeichnet werden. Wenn das Prüfen einer Hohlladung einer bestimmten Form abgeschlossen ist oder wenn eine anfängliche Kernprobe 106 in das Prüfsystem 200 geladen wird, heben die Hydraulikzylinder 252 das Joch 248 und die Behälterkappe 246 an, derart, dass eine neue Kernprobe 106 im Prüfsystem 200 angeordnet werden kann.
In einer Ausführungsform ist die Kernprobenkammer 104 aus der Hohlladungsprüfkammer 102 entfernbar. Beispielsweise kann die Kernprobenkammer 104 die Kernprobe 106, die Einschränkungshülse 108 und den Lade- und Auswurfkolben 112 beinhalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Kernprobenkammer 104 auch den Arbeitsplattenhalter 218, die Einhausungsarbeitsplatte 220 und die Zementarbeitsplatte 222 beinhalten. Andere Konfigurationen der Kernprobenkammer 104 sind ebenfalls vorgesehen. Die Kernprobenkammer 104 kann für eine vom Prüfsystem 200 entfernte Prüfung montiert werden. Nach Abschluss der Prüfung einer Hohlladung kann die Kernprobenkammer 104 in der Hohlladungsprüfkammer 102 somit entfernt und zum anschließenden Prüfen durch eine vormontierte und ungeprüfte Kernprobenkammer 104 ersetzt werden. In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Abschnitt des Jochs 248 von einem oder allen Hydraulikzylindern 252 gelöst werden, derart, dass das Joch 248 in eine Position bewegbar ist, die das Laden oder Entladen der Kernprobenkammer 104 nicht behindert. In anderen Ausführungsformen kann das Joch 248 in eine Position ausreichend weit über der Hohlladungsprüfkammer 102 angehoben werden, derart, dass das Joch 248 das Laden oder Entladen der Kernprobenkammer 104 nicht behindert.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Kernprobenkammer 104 am Nichtprüfungsende 238 des Prüfsystems 200 beladen und entladen werden. Das Joch 248 kann beispielsweise an die Behälterkappe 240 gekoppelt sein, und die Kernprobenkammer 104 und/oder die Kernprobe 106 können vom Nichtprüfungsende 238 aus in das Prüfsystem 200 geladen werden, wenn das Joch und die Behälterkappe 240 von dem Nichtprüfungsende 238 weg bewegt sind. In einer solchen Ausführungsform kann die Behälterkappe 246 stationär sein, wenn die Kernprobenkammer 104 und/oder die Kernprobe 106 entfernt und ersetzt werden.
3 ist eine Querschnittansicht einer Greiferbaugruppe 300 eines Prüfsystems 100 Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein gemäß einigen Aspekten. Um eine größerer Effizienz beim Entfernen der Kernprobe 106 bereitzustellen. Die Greiferbaugruppe 300 kann durch Aufsetzen um einen Flansch 302 des Prüfsystems 100 herum an das Prüfsystem 100 gekoppelt sein. Eine Lippe 304 der Greiferbaugruppe 300 kann über dem Haltering 146 angeordnet sein, um die Kernprobe 106, die Einhausungsplatte 118 und die Zementplatte 120 während des Betriebs des Prüfsystems 100 in einer Prüfposition zu halten.
Die Greiferbaugruppe 300 kann vom Prüfsystem 100 entfernt werden, um die Kernprobe 106, die Einhausungsplatte 118 und die Zementplatte 120 zu ersetzen. Das Entfernen der Greiferbaugruppe 300 schließt eine Bewegung der Greiferbaugruppe 300 weg von einer Achse 306 des Prüfsystems 100 ein. Diese Bewegung der Greiferbaugruppe 300 ist durch Richtungspfeile 308 angegeben.
4 ist eine Ansicht eines Betriebs der Greiferbaugruppe 300 gemäß einigen Aspekten von oben. Wie dargestellt, beinhaltet die Greiferbaugruppe 300 einen ersten Abschnitt 402A und einen zweiten Abschnitt 402B. Der erste und zweite Abschnitt 402A und 402B sind durch Fugen 404 getrennt. In einer Ausführungsform trennen die Fugen 404 den ersten und zweiten Abschnitt 402A und 402B wie in der Greiferbaugruppe 300A gezeigt. In einer weiteren Ausführungsform verbindet ein Scharnier 406 eine Fuge 404A, derart, dass die beiden Abschnitte 402A und 402B am Scharnier 406 gekoppelt sind, wie bei der Greiferbaugruppe 300B. Entsprechend öffnet sich die Greiferbaugruppe 300B durch Schwenken um das Scharnier 406. In einer beliebigen Ausführungsform können die Abschnitte 402A und 402B während eines Prüfvorgangs einer Hohlladung durch Bänder oder andere Befestiger an den Fugen 404 zusammengehalten werden.
5 ist eine Querschnittansicht einer Basis (z. B. eines Nichtprüfungsendes 138/238) eines Beispiels eines Prüfsystems 100/200 für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein mit einem Auswurfmechanismus 500 gemäß einigen Aspekten. Der Auswurfmechanismus 500 beinhaltet ein Gehäuse 502 und ein Stellglied 504. Der Auswurfmechanismus 500 kann benachbart zu dem Prüfsystem 100/200 angeordnet sein und das Stellglied 504 kann mechanisch an den Lade- und Auswurfkolben 112 des Prüfsystems 100/200 gekoppelt sein.
Das Stellglied 504 beinhaltet einen Kolben 506, der durch eine Ausfahrpumpe 508 und eine Einfahrpumpe 510 bewegbar ist. Obwohl das Stellglied 504 mit der Ausfahrpumpe 508 und der Einfahrpumpe 510 dargestellt ist, können andere Ausführungsformen eine einzelne Pumpe und Ventile beinhalten, die das Ausfahren und Einfahren des Stellglieds 504 durchführen. Im dargestellten Beispiel leitet die Ausfahrpumpe 508 ein Fluid in eine Kammer 512, um das Stellglied 504 in eine Richtung hin zum Prüfsystem 100/200 zu drücken. Durch Drücken des Stellglieds 504 zum Prüfsystem 100/200 werden die Kernprobe 106, die Kernprobenkammer 104 oder beide während des Zurücksetzens des Prüfsystems 100/200 zwischen Hohlladungsprüfungen zu einer Öffnung des Prüfsystems 100/200 gedrückt. Auf diese Weise stellt der Auswurfmechanismus 500 eine Auswurfkraft an der Kernprobe 106, der Kernprobenkammer 104 oder beiden bereit.
Die Einfahrpumpe 510 leitet Fluid in eine Kammer 514, um das Stellglied 504 in eine Richtung weg vom Prüfsystem 100/200 zu drücken. Durch Wegdrücken des Stellglieds 504 vom Prüfsystem 100/200 wird wieder eine neue Kernprobe 106 oder Kernprobenkammer 104 in eine Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer 102 gebracht. Obwohl der Auswurfmechanismus 500 als Mechanismus beschrieben ist, der Fluiddruckdifferenzen für die Bewegung nutzt (z. B. ein Hydrauliksystem oder ein Pneumatiksystem), sind im Umfang der Offenbarung auch andere Auswurfmechanismen vorgesehen. Beispielsweise kann der Auswurfmechanismus 500 auch durch einen Motor oder beliebige andere mechanische oder elektrische Stellglieder angetrieben werden.
In der dargestellten Ausführungsform kann der Lade- und Auswurfkolben 112 Führungsmechanismen 516 beinhalten, die die Kernprobenkammer 104 in der Hohlladungsprüfkammer 102 führen, wenn die Kernprobenkammer 104 ausgefahren und eingefahren wird. Beispielsweise stellen die Führungsmechanismen 516 eine Selbstführungswirkung am Lade- und Auswurfkolben 112 bereit, derart, dass der Lade- und Auswurfkolben 112 in einer zentralen Ausrichtung in Bezug auf die Hohlladungsprüfkammer 102 gehalten wird.
Die Führungsmechanismen 516 können um einen Umfang des Lade- und Auswurfkolbens 112 angeordnet sein, derart, dass auch Zwischenräume 518 um den Umfang angeordnet sind, um einen Fluss von Druckfluid vom Spannungsapplikator 130 in den Ringraum 110 zwischen der Kernprobenkammer 104 und der Hohlladungsprüfkammer 102 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform können auch Durchgangsöffnungen 520 im Lade- und Auswurfkolben 112 gebildet sein, um den Fluss von Druckfluid in den Ringraum 110 zu ermöglichen. Andere Anordnungen von Führungsmechanismen 516, Zwischenräumen 518 und Durchgangsöffnungen 520, die eine Stabilisierung der Kernprobenkammer 104 während des Ausfahrens und Einfahrens bereitstellen und zugleich einen Fluss von Druckfluid um die Führungsmechanismen 516 ermöglichen, sind ebenfalls vorgesehen.
6 ist eine Querschnittansicht eines Abschnitts eines Prüfsystems 100/200 für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein mit einem Porenfluiddruckbeaufschlagungsmechanismus 600 gemäß einigen Aspekten. Der Porenfluiddruckbeaufschlagungsmechanismus 600 beinhaltet eine Druckleitung 602, die Druckfluid von einer Pumpe 604 aufnimmt. Der Druck des Druckfluids kann durch einen Druckmesser 606 überwacht werden, und der Druckbeaufschlagungsmechanismus 600 kann ein Schnellentleerungsventil 608 und eine Entlüftungsöffnung 610 beinhalten, um Druck in der Druckleitung 602 zu entlasten, wenn das Prüfsystem 100/200 einen Prüfvorgang an einer Kernprobe 106 abgeschlossen hat.
Die Druckleitung 602 kann in eine Öffnung 612 im Haltering 146 verlaufen. Die Öffnung 612 kann mit einer Öffnung 614 des Arbeitsplattenhalters 122 in Fluidverbindung stehen und die Öffnung 614 stellt das Druckfluid an die Kernprobe 106 bereit. Durch Bereitstellen des Druckfluids an die Kernprobe 106 stellt der Porenfluiddruckbeaufschlagungsmechanismus 600 eine Druckbeaufschlagung von Fluid in den Poren der Kernprobe 106 bereit. Ferner kann das an die Kernprobe 106 bereitgestellte Druckfluid ein Fluid sein, das mit dem Fluid in den Poren der Kernprobe 106 übereinstimmt. Beispielsweise kann das Druckfluid Öl, Stickstoff, Wasser oder ein beliebiges anderes Porenfluid sein, das in einer Formation um ein Bohrloch vorliegen kann. Die Druckbeaufschlagung der Poren der Kernprobe 106 kann weitere Genauigkeit für die Hohlladungsprüfung bereitstellen, indem der zusätzliche Umgebungsfaktor (d. h. Porendruck) einer unter Spannung stehenden Formation berücksichtigt wird.
7 ist eine schematische Darstellung eines Schnelldruckbeaufschlagungssystems 700 eines Prüfsystems 100/200 für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein gemäß einigen Aspekten. Das Schnelldruckbeaufschlagungssystem 700, das als Spannungsapplikator 130 verwendet werden kann, stellt einen Mechanismus zur wirksamen Druckbeaufschlagung der Hohlladungsprüfkammer 102 bereit, um die Kernprobe 106 unter Spannung zu setzen. Während des Betriebs kann die Hohlladungsprüfkammer 102 abgedichtet sein, und Ventile 702 und 704 können geöffnet werden, um einen Schnelldruckbeaufschlagungsprozess einzuleiten. Eine Pumpe 706, die eine Niederdruckpumpe sein kann, beginnt zu pumpen, um die Hohlladungsprüfkammer 102 mit einem Einschränkungsfluid (z. B. Wasser) aus einem Einschränkungsfluidbehälter 708 zu füllen. Während das Einschränkungsfluid die Hohlladungsprüfkammer 102 füllt, wird durch das Ventil 704 Luft aus dem System abgelassen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Hohlladungsprüfkammer 102 bereits vor Prüfvorgängen von Hohlladungen mit Einschränkungsfluid gefüllt sein. In diesen Ausführungsformen kann die Pumpe 706 ausgeschaltet bleiben, bis weiteres Einschränkungsfluid in der Hohlladungsprüfkammer 102 benötigt wird.
Wenn die Hohlladungsprüfkammer 102 gefüllt ist, werden die Ventile 702 und 704 geschlossen, um einen Einschränkungsfluidpegel in der Hohlladungsprüfkammer 102 beizubehalten. Außerdem beendet die Pumpe 706 das Pumpen des Einschränkungsfluids aus dem Einschränkungsfluidbehälter 708. Um das Einschränkungsfluid in der Hohlladungsprüfkammer 102 auf einen Druck zu bringen, der die Kernprobe 106 unter Spannung setzen soll, wird mittels eines Regelkreises 714 Druckluft 710 oder eine andere Niederdruckflüssigkeit an einen Druckverstärker 712 bereitgestellt. Die Anwendung von verstärktem Druck vom Druckverstärker 712 auf eine Hochdruckleitung 716 ermöglicht die Steuerung des Einschränkungsfluiddrucks in der Hohlladungsprüfkammer 102. In einem Beispiel trennt ein Kolben oder eine Membran im Druckverstärker 712 die Druckluft 710 oder andere Niederdruckflüssigkeit vom Einschränkungsfluid in der Hochdruckleitung 716. Beispielsweise kann ein Druckmesser 718 überwacht werden, und der Regelkreis 714 kann auf Grundlage von Messwerten des Druckmessers 718 eingestellt werden, um einen gewünschten Einschränkungsfluiddruck in der Hohlladungsprüfkammer 102 beizubehalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Einstellung des Regelkreises 714 automatisch durch eine Rechenvorrichtung durchgeführt werden, die den Druckmesser 718 überwacht.
Wenn die Hohlladungsprüfkammer 102 den gewünschten Druck des Einschränkungsfluids erreicht und beibehält, findet ein Prüfvorgang einer Hohlladung statt (z. B. wird eine auf die Kernprobe 106 gerichtete Hohlladung gesprengt). Nach Abschluss der Prüfung der Hohlladung wird das Einschränkungsfluid in der Hochdruckleitung 716 abgelassen, um den Druck des Einschränkungsfluids in der Hohlladungsprüfkammer 102 zu entlasten. Nach der Druckentlastung des Einschränkungsfluids können die Kernprobe 106 und/oder die Kernprobenkammer 104 entfernt und für eine anschließende Hohlladungsprüfung ersetzt werden.
In einigen Aspekten werden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Prüfen von unter Spannung stehenden Hohlladungen gemäß einem oder mehreren der folgenden Beispiele bereitgestellt:
Im nachstehend verwendeten Sinne ist eine Bezugnahme auf eine Reihe von Beispielen als Bezugnahme auf jedes dieser Beispiele getrennt voneinander zu verstehen (z. B. ist „Beispiele 1-4“ als „Beispiele 1, 2, 3 oder 4“ zu verstehen).
Beispiel 1 ist ein Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein, wobei das System umfasst: eine Hohlladungsprüfkammer, umfassend: einen Lade- und Auswurfkolben; eine Kernprobenkammer in mechanischer Verbindung mit dem Lade- und Auswurfkolben und Größe zum Aufnehmen einer Kernprobe; und einen Kernprobenspannungsapplikator zum Ausüben von Spannung auf die Kernprobe; und einen Auswurfmechanismus benachbart zur Hohlladungsprüfkammer, um eine Auswurfkraft am Lade- und Auswurfkolben bereitzustellen.
Beispiel 2 ist das System des Beispiels 1, ferner umfassend: ein hydraulisches Joch zum Halten der Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer.
Beispiel 3 ist das System der Beispiele 1-2, wobei das hydraulische Joch umfasst: ein Joch; eine Behälterkappe, die an das Joch gekoppelt ist, um eine Dichtung über der Kernprobenkammer zu bilden; und wenigstens einen Hydraulikzylinder, der an das Joch gekoppelt ist, um Druck bereitzustellen, um die entfernbare Kernprobenkammer in der Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer zu halten.
Beispiel 4 ist das System der Beispiele 1-3, umfassend: eine Greiferbaugruppe, um die Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer zu halten.
Beispiel 5 ist das System der Beispiel 4, wobei die Greiferbaugruppe zwei Greiferabschnitte umfasst, die durch ein Scharnier gekoppelt sind.
Beispiel 6 ist das System der Beispiele 1-5, wobei die Kernprobenkammer eine Einschränkungshülse umfasst, die fest in der Hohlladungsprüfkammer angeordnet bleibt, während die Kernprobe eingeführt und entfernt wird.
Beispiel 7 ist das System der Beispiele 1-6, wobei der Auswurfmechanismus den Lade- und Auswurfkolben unter Verwendung von Fluiddruckdifferenzen von einem Hydrauliksystem oder einem Pneumatiksystem ausfährt und einfährt.
Beispiel 8 ist das System der Beispiele 1-7, wobei die Kernprobenkammer aus der Hohlladungsprüfkammer entfernbar ist.
Beispiel 9 ist das System der Beispiele 1-8, wobei der Kernprobenspannungsapplikator die Hohlladungsprüfkammer mit einem Fluid füllt und das Fluid mit einem Druckverstärker mit Druck beaufschlagt.
Beispiel 10 ist das System der Beispiele 1-9, wobei der Lade- und Auswurfkolben einen Führungsmechanismus zum Führen des Lade- und Auswurfkolbens an einem Innendurchmesser der Hohlladungsprüfkammer umfasst.
Beispiel 11 ist das System der Beispiele 1-10, ferner umfassend: einen Porenfluiddruckbeaufschlagungsmechanismus zum Beaufschlagen von Fluid in den Poren der Kernprobe mit Druck.
Beispiel 12 ist eine Prüfvorrichtung für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein, umfassend: eine Hohlladungsprüfkammer; eine entfernbare Kernprobenkammer, die in der Hohlladungsprüfkammer positionierbar ist und dazu abgemessen ist, eine Kernprobe aufzunehmen; einen Kernprobenspannungsapplikator zum Ausüben von Spannung auf die Kernprobe; und ein hydraulisches Joch zum Halten der entfernbaren Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer.
Beispiel 13 ist die Vorrichtung von Beispiel 12, wobei das hydraulische Joch umfasst: ein Joch; eine Behälterkappe, die an das Joch gekoppelt ist, um eine Dichtung über der entfernbaren Kernprobenkammer zu bilden; und wenigstens einen Hydraulikzylinder, der an das Joch gekoppelt ist, um Druck bereitzustellen, um die entfernbare Kernprobenkammer in der Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer zu halten.
Beispiel 14 ist die Vorrichtung der Beispiele 12-13, umfassend: einen Auswurfmechanismus zum Bereitstellen einer Auswurfkraft an der Kernprobenkammer, um die entfernbare Kernprobenkammer in eine Richtung hin zum hydraulischen Joch zu drücken.
Beispiel 15 ist die Vorrichtung des Beispiels 14, wobei der Auswurfmechanismus benachbart zur Hohlladungsprüfkammer positioniert ist.
Beispiel 16 ist die Vorrichtung der Beispiele 12-15, wobei der Kernprobenspannungsapplikator die Hohlladungsprüfkammer mit einem Fluid füllt und das Fluid mit einem Druckverstärker mit Druck beaufschlagt.
Beispiel 17 ist die Vorrichtung der Beispiele 12-16, wobei der Kernprobenspannungsapplikator einen Druck von bis zu 12.000 psi auf die Kernprobe ausübt.
Beispiel 18 ist ein Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein, umfassend: eine Hohlladungsprüfkammer; eine Kernprobenkammer die in der Hohlladungsprüfkammer positionierbar ist und dazu abgemessen ist, eine Kernprobe aufzunehmen; einen Kernprobenspannungsapplikator zum Ausüben von Spannung auf die Kernprobe; ein hydraulisches Joch zum Halten der entfernbaren Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer; eine Lade- und Auswurfkolben in mechanischer Verbindung mit der Kernprobenkammer; und einen Auswurfmechanismus benachbart zur Hohlladungsprüfkammer, um eine Auswurfkraft am Lade- und Auswurfkolben bereitzustellen.
Beispiel 19 ist das System des Beispiels 18, wobei die Kernprobenkammer aus der Hohlladungsprüfkammer entfernbar ist.
Beispiel 20 ist das System der Beispiele 18-19, wobei die Kernprobenkammer eine Gummieinschränkungshülse umfasst.
Die vorstehende Beschreibung bestimmter Beispiele einschließlich der dargestellten Beispiele wurde nur zur Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt und ist nicht als erschöpfend oder die Offenbarung auf die genauen offenbarten Formen einschränkend aufzufassen. Der Fachmann wird zu zahlreiche Modifikationen, Anpassungen und Verwendungen gelangen, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein, wobei das System umfasst: eine Hohlladungsprüfkammer, umfassend: einen Lade- und Auswurfkolben; eine Kernprobenkammer in mechanischer Verbindung mit dem Lade- und Auswurfkolben und Größe zum Aufnehmen einer Kernprobe; und einen Kernprobenspannungsapplikator zum Ausüben von Spannung auf die Kernprobe; und einen Auswurfmechanismus benachbart zur Hohlladungsprüfkammer, um eine Auswurfkraft am Lade- und Auswurfkolben bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein hydraulisches Joch zum Halten der Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer.
System nach Anspruch 2, wobei das hydraulische Joch umfasst: ein Joch; eine Behälterkappe, die an das Joch gekoppelt ist, um eine Dichtung über der Kernprobenkammer zu bilden; und wenigstens einen Hydraulikzylinder, der an das Joch gekoppelt ist, um Druck bereitzustellen, um die entfernbare Kernprobenkammer in der Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer zu halten.
System nach Anspruch 1, umfassend: eine Greiferbaugruppe, um die Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer zu halten.
System nach Anspruch 4, wobei die Greiferbaugruppe zwei Greiferabschnitte umfasst, die durch ein Scharnier gekoppelt sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Kernprobenkammer eine Einschränkungshülse umfasst, die fest in der Hohlladungsprüfkammer angeordnet bleibt, während die Kernprobe eingeführt und entfernt wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Auswurfmechanismus den Lade- und Auswurfkolben unter Verwendung von Fluiddruckdifferenzen von einem Hydrauliksystem oder einem Pneumatiksystem ausfährt und einfährt.
System nach Anspruch 1, wobei die Kernprobenkammer aus der Hohlladungsprüfkammer entfernbar ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Kernprobenspannungsapplikator die Hohlladungsprüfkammer mit einem Fluid füllt und das Fluid mit einem Druckverstärker mit Druck beaufschlagt.
System nach Anspruch 1, wobei der Lade- und Auswurfkolben einen Führungsmechanismus zum Führen des Lade- und Auswurfkolbens an einem Innendurchmesser der Hohlladungsprüfkammer umfasst.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Porenfluiddruckbeaufschlagungsmechanismus zum Beaufschlagen von Fluid in den Poren der Kernprobe mit Druck.
Prüfvorrichtung für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein, umfassend: eine Hohlladungsprüfkammer; eine entfernbare Kernprobenkammer, die in der Hohlladungsprüfkammer positionierbar ist und dazu abgemessen ist, eine Kernprobe aufzunehmen; einen Kernprobenspannungsapplikator zum Ausüben von Spannung auf die Kernprobe; und ein hydraulisches Joch zum Halten der entfernbaren Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das hydraulische Joch umfasst: ein Joch; eine Behälterkappe, die an das Joch gekoppelt ist, um eine Dichtung über der entfernbaren Kernprobenkammer zu bilden; und wenigstens einen Hydraulikzylinder, der an das Joch gekoppelt ist, um Druck bereitzustellen, um die entfernbare Kernprobenkammer in der Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, umfassend: einen Auswurfmechanismus zum Bereitstellen einer Auswurfkraft an der Kernprobenkammer, um die entfernbare Kernprobenkammer in eine Richtung hin zum hydraulischen Joch zu drücken.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Auswurfmechanismus benachbart zur Hohlladungsprüfkammer positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Kernprobenspannungsapplikator die Hohlladungsprüfkammer mit einem Fluid füllt und das Fluid mit einem Druckverstärker mit Druck beaufschlagt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Kernprobenspannungsapplikator einen Druck von bis zu 12.000 psi auf die Kernprobe ausübt.
Prüfsystem für Ladungen zum Perforieren von unter Spannung stehendem Gestein, umfassend: eine Hohlladungsprüfkammer; eine Kernprobenkammer, die in der Hohlladungsprüfkammer positionierbar ist und dazu abgemessen ist, eine Kernprobe aufzunehmen; einen Kernprobenspannungsapplikator zum Ausüben von Spannung auf die Kernprobe; ein hydraulisches Joch zum Halten der entfernbaren Kernprobenkammer in einer Prüfposition in der Hohlladungsprüfkammer; einen Lade- und Auswurfkolben in mechanischer Verbindung mit der Kernprobenkammer; und einen Auswurfmechanismus benachbart zur Hohlladungsprüfkammer, um eine Auswurfkraft am Lade- und Auswurfkolben bereitzustellen.
System nach Anspruch 18, wobei die Kernprobenkammer aus der Hohlladungsprüfkammer entfernbar ist.
System nach Anspruch 18, wobei die Kernprobenkammer eine Gummieinschränkungshülse umfasst.