EA031765B1

EA031765B1 - Блок инициирования на месторождении, содержащий промежуточный заряд

Info

Publication number: EA031765B1
Application number: EA201790775A
Authority: EA
Inventors: Бенджамин О. Поттер; Шон М. Гиртс; Мэттью К. Клэй
Original assignee: Оуэн Ойл Тулз Лп
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US10066919B2; MX2017006006A; CA2964386A1; EP3194712B1; AU2016274506B2; CA2964386C; WO2016200803A1; EP3194712A1; EA201790775A1; CN107002485B; CN107002485A; AU2016274506A1; US20160363428A1

Abstract

Предложенный блок инициирования для соединения детонатора с детонационным шнуром может иметь корпус, имеющий первый торец; второй торец, противоположный первому торцу; первую камеру, проходящую между противоположными торцами и через корпус, при этом первая камера сформирована с помощью первого отверстия, расположенного последовательно со вторым отверстием, второе отверстие сформировано для установки детонатора рядом со вторым торцом; вторую камеру, проходящую между противоположными торцами и через корпус, при этом вторая камера параллельна первой камере, вторая камера сформирована комплементарной к детонационному шнуру; канал, обеспечивающий сообщение между первой камерой и второй камерой; промежуточный заряд, установленный в первом отверстии и расположенный вблизи первого торца, причем промежуточный заряд расположен вдоль канала; и отверстие, сформированное в корпусе, которое обеспечивает сообщение между наружной стороной корпуса и частью камеры между промежуточным зарядом и детонатором.

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам и способам соединения детонаторов с детонационными шнурами.

Уровень техники

Для запуска управляемой последовательности детонаций в скважинных операциях часто используют детонаторы. Электрические детонаторы работают за счет пропускания тока через детонационный резистор, который вырабатывает тепло при подаче тока. Когда в детонационном резисторе образуется достаточное количество тепла, тепло вызывает запуск механизма срабатывания окружающего заряда взрывчатого вещества, что служит в качестве первой детонации в последовательности. Полученный взрыв запускает последующие детонации за счет зажигания детонационного шнура, что вызывает реакцию дополнительных зарядов взрывчатого вещества. Настоящее изобретение решает проблему необходимости в надежном соединении детонаторов со шнурами детонаторов.

Сущность изобретения

В аспектах настоящего изобретения предложен блок инициирования для соединения детонатора с детонационным шнуром. Блок инициирования может иметь корпус, содержащий первый торец; второй торец, противоположный первому торцу; первую камеру, проходящую между противоположными торцами и через корпус, при этом первая камера сформирована с помощью первого отверстия, расположенного последовательно со вторым отверстием, второе отверстие сформировано для установки детонатора рядом со вторым торцом; вторую камеру, проходящую между противоположными торцами и через корпус, при этом вторая камера параллельна первой камере, вторая камера сформирована комплементарной к детонационному шнуру; канал, обеспечивающий сообщение между первой камерой и второй камерой; промежуточный заряд, установленный в первом отверстии и расположенный вблизи первого торца, причем промежуточный заряд расположен вдоль канала; и отверстие, сформированное в корпусе, которое обеспечивает сообщение между наружной стороной корпуса и частью камеры между промежуточным зарядом и детонатором.

В другом аспекте в настоящем изобретении предложено устройство для использования в стволе скважины. Устройство может содержать спусковую колонну, скважинный инструмент и блок инициирования. Скважинный инструмент имеет непроницаемое для текучей среды внутреннее пространство, детонационный шнур и детонатор. Блок инициирования расположен внутри непроницаемого для текучей среды внутреннего пространства. Блок инициирования может иметь корпус, содержащий первый торец; второй торец, противоположный первому торцу; первую камеру, проходящую между противоположными торцами и через корпус, при этом первая камера сформирована с помощью первого отверстия, расположенного последовательно со вторым отверстием, второе отверстие служит для установки детонатора рядом со вторым торцом; вторую камеру, проходящую между противоположными торцами и через корпус, при этом вторая камера параллельна первой камере, вторая камера служит для размещения детонационного шнура; канал, выполненный в стенке, разделяющей первую камеру и вторую камеру, при этом канал только обеспечивает сообщение внутри корпуса между первой камерой и второй камерой; промежуточный заряд, установленный в первом отверстии и расположенный вблизи первого торца, причем промежуточный заряд расположен вдоль канала; и отверстие, сформированное в корпусе, которое обеспечивает соединение по потоку между наружной стороной корпуса и частью первой камеры между промежуточным зарядом и детонатором.

В некоторых других аспектах в настоящем изобретении предложен способ активации скважинного инструмента в стволе скважины. Способ может включать в себя соединение скважинного инструмента с блоком инициирования, со спусковой колонной; перемещение скважинного инструмента через ствол скважины, используя спусковую колонну; и передачу электрического сигнала воспламенения к детонатору скважинного инструмента.

Вышеупомянутые примеры некоторых характеристик изобретения были обобщены довольно широко с тем, чтобы их последующие подробное описание было более понятным и чтобы можно было оценить вклад в данную отрасль. Существуют, конечно, дополнительные признаки изобретения, которые будут описаны ниже и составят предмет изобретения прилагаемых пунктов формулы.

Краткое описание графических материалов

Для детального понимания настоящего изобретения должны быть сделаны ссылки на следующее подробное описание предпочтительного варианта осуществления, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые элементы имеют одинаковую нумерацию, где:

на фиг. 1 приведен вид в изометрии одного варианта реализации блока инициирования в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 приведен схематический вид разреза по фиг. 1 варианта реализации;

фиг. 3 схематически иллюстрирует вертикальную проекцию оборудования на поверхности, приспособленного для выполнения одной или больше предварительно установленных задач в стволе скважины с использованием одного или больше скважинных инструментов.

- 1 031765

Осуществление изобретения

В настоящем изобретении предложен блок инициирования, обеспечивающий беспрепятственное соединение между детонатором и шнуром детонатора. Настоящее изобретение допускает варианты реализации различных видов. Конкретные варианты реализации настоящего изобретения показаны на чертежах и будут описаны подробно с пониманием того, что настоящее изобретение следует рассматривать в качестве иллюстрации принципов изобретения, и не ограничивается проиллюстрированными и описанными примерами.

На фиг. 1 показан 100 инициирования, который баллистически связывает детонатор 102 с детонационным шнуром 104. Детонатор 102 может быть активирован с использованием электрического сигнала, передаваемого с помощью соответствующей проводки. Блок 100 инициирования может содержать продолговатый корпус 110, внутри которого расположена часть конца 106 детонационного шнура 104. Корпус 110 имеет первый торец 112, через который через корпус 110 введен детонационный шнур 104, и второй торец 114, через которую в корпусе 110 размещен детонатор 102. Используемый здесь термин торец означает наружную поверхность. Торцы 112, 114 могут быть геометрически параллельны, так как лежат вдоль параллельных плоскостей, и могут считаться противоположными, так как они находятся на противоположных сторонах корпуса 110.

На фиг. 2 блок 100 инициирования показан, как размещенный во внутреннем объеме 49 скважинного инструмента 50 (фиг. 3). Внутренний объем 49 рассчитан на то, чтобы не содержать скважинных флюидов, т. е. чтобы быть непроницаемым для текучей среды. Корпус 110 содержит первую камеру 116, в которой расположен детонатор 102 (фиг. 1), и вторую камеру 118, которая вмещает отрезок детонационного шнура 104. Камеры 116, 118 могут быть выполнены в виде цилиндрических отверстий или каналов, проходящих геометрически параллельно, частично или полностью через корпус 110. Канал 119, выполненный в стенке 121 и расположенный вблизи первого торца 112, обеспечивает неограниченное сообщение баллистической энергии между двумя камерами 116, 118. За исключением канала 119, две камеры 116, 118 физически изолированы друг от друга посредством стенки 121. То есть, корпус 110 не имеет каких-либо других внутренних каналов или отверстий, соединяющих две камеры 116, 118, через которые может неограниченно перетекать энергия. Корпус 110 может быть выполнен в виде продолговатого тела, такого как цилиндрическое или прямоугольное тело.

В одном варианте реализации первая камера 116 образована двумя последовательно выровненными отверстиями 120, 122. Отверстие 120 может быть по диаметру меньше, чем отверстие 122, чтобы формировать плечики 124. Кроме того, для уплотнения отверстия 120 на первом торце 112 может быть использован запорный элемент, такой как пробка 126. Второе отверстие 122 выполнено с размерами и формой, служащими для размещения детонатора 102 рядом со вторым торцом 114. Плечики 124 могут действовать как посадочное место, обеспечивающее перемещение детонатора 102 только на заданное расстояние в камере 116. По приведенным выше причинам, чтобы обеспечивать соединение по потоку между первой камерой 116 и наружной частью корпуса 110, в корпусе 110 может быть выполнено отверстие 128. Например, отверстие 128 проходит от наружной поверхности корпуса 110 и оканчивается у первой камеры 116. Вторая камера 118 имеет профиль, выбранный так, чтобы быть комплементарным детонационному шнуру 104. Таким образом, для детонационных шнуров 104 с круглой формой поперечного сечения камера 118 может иметь аналогичную форму и размеры. Вторая камера 118 может проходить полностью через корпус 110, так что конец 106 детонационного шнура 104 выступает из корпуса 110.

В одном варианте размещения блок 100 инициатора может содержать промежуточный заряд 130 для создания выхода высокого уровня для детонации детонационного шнура 104. Промежуточный заряд 130 может быть выполнен из энергетического материала, который активируется энергией, выделяемой детонатором 102. Иллюстративные энергетические материалы включают в себя, помимо прочего, RDX (cyclotrimethylenetrinitramine (циклотриметилентринитрамин) или hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (гексагидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазин)), HMX (cyclotetramethylenetetranitramine (циклотетраметилентетранитрамин) или 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7тетраазациклооктан)), TATB (triaminotrinitrobenzene (триаминотринитробензол)), HNS (hexanitrostilbene (гексанитростильбен)), и другие подобные материалы, которые имеют состав для создания выхода высокого уровня (т.е. тепловой энергии и ударных волн). В некоторых вариантах размещения промежуточный заряд 130 установлен в полости 132, образованной на конце отверстия 120. Пробка 126 и плечики 134 закрепляют промежуточный заряд 130 в отверстии 120 и предотвращают его перемещение в осевом направлении. Такая установка обеспечивает избирательную и направленную детонацию детонационного шнура 104. При необходимости в отверстии 120 может быть установлен второй промежуточный заряд 133. Отверстие 128 выполнено между промежуточным зарядом 130 и необязательным вторым промежуточным зарядом 133.

Избирательная детонация обеспечивается благодаря установке промежуточного заряда 130 в меньшем отверстии 120 первой камеры 116 и рядом с первым торцом 112. Отверстие 128 выполнено между промежуточным зарядом 130 и детонатором 102 таким образом, что жидкость снаружи корпуса 110, при ее наличии, может заполнять камеру 116 и образовывать столб жидкости между промежуточным зарядом 130 и детонатором 102 (и необязательным вторым промежуточным зарядом 133). Это может проис

- 2 031765 ходить, если оболочка или другая конструкция, которая вмещает блок 100 инициатора, испытывает утечку и допускает поступление окружающих скважинных флюидов. В таких случаях столб жидкости образует физический барьер, который блокирует энергию, выделяемую детонатором 102, из-за активации промежуточного заряда 130 или детонационного шнура 104. Когда столб жидкости находится в камере 116, блок 100 инициатора может считаться разобщенным по текучей среде.

Прямую детонацию детонационного шнура 104 осуществляют благодаря установке промежуточного заряда 130 вдоль канала 119. Таким образом, никакие твердые материалы не отделяют промежуточный заряд 130 от части детонационного шнура 104 внутри камеры 118. В некоторых вариантах реализации канал 119 не проходит в осевом направлении за промежуточный заряд 130. В таких вариантах реализации промежуточный заряд 130 полностью закрывает канал 119. Такая установка обеспечивает передачу выхода высокого уровня промежуточного заряда 130 без препятствий и столкновение с детонационным шнуром 104. Следует заметить, что, поскольку камеры 116, 118 расположены параллельно, выход высокого уровня проходит в радиальном/поперечном направлении от отверстия 120 к детонационному шнуру 104.

В некоторых вариантах реализации баллистическое прерывающее устройство (не показано) может быть введено в отверстие 128, чтобы предотвращать инициирование промежуточного заряда при условии случайной детонации детонатора. Баллистическое прерывающее устройство (не показано) может быть телом остаточной массы и прочности, чтобы действовать как щит для промежуточного заряда 130. Использование баллистического прерывающего устройства (не показано) может позволить транспортирование собранного перфоратора в определенных ситуациях.

На фиг. 3, показана конструкция скважины и/или установки 10 для добычи углеводородов, расположенной над представляющей интерес подземной формацией 12. Установка 10 может содержать известное оборудование и конструкции, такие как буровая установка 16, устье скважины 18, и обсаженная или не обсаженная труба/гибкие трубы 20. Спусковая колонна 22 подвешена в стволе скважины 14 от буровой установки 16. Спусковая колонна 22 может содержать бурильную колонну, гибкие трубы, проволочный канат, трос для работ в скважине или какие-либо другие известные средства перемещения. Спусковая колонна 22 может содержать линии телеметрии или другие среды передачи сигнала/мощности, которые обеспечивают возможность односторонней или двусторонней телеметрической связи. Система телеметрии может иметь контроллер на поверхности (например, источник энергии) 24, приспособленный для передачи электрических сигналов по кабелю или линии 26 передачи сигналов, расположенной в спусковой колонне 22. Для выполнения одной или больше задач в стволе скважины 14, спусковая колонна 22 может содержать скважинный инструмент 50, который приводится в действие с помощью детонации высокого уровня. Во многих случаях скважинный инструмент 50 имеет внутренний объем, который уплотнен, чтобы не пропускать жидкости. Наличие текучих сред, проникающих в скважинный инструмент 50, обычно относится к нежелательной ситуации, и может потребовать прекращения запланированной операции.

Обычно скважинный инструмент 50 перемещается с помощью спусковой колонны 22 вдоль различных участков ствола скважины 14, пока не будет достигнута требуемая заданная глубина. Ствол скважины 14 может иметь сложную геометрию, которая включает в себя один или больше вертикальных участков 30 и один или больше наклонных участков 32. Часто ствол скважины 14 имеет столб текучей среды, который может состоять из буровых растворов и/или флюидов из формации.

На фиг. 1-3 в одном, не имеющем ограничительного характера режиме эксплуатации скважинный инструмент 50 представляет собой скважинный перфоратор, который собран на поверхности с использованием блока 100 инициатора, детонатор 102, детонационный шнур 104, и другие известные компоненты, которые не показаны, такие как кумулятивные заряды, зарядный канал/участок, несущий картер и т.п. В некоторых вариантах реализации промежуточный заряд 130 может быть предварительно установлен в корпусе 110.

В соответствующий момент выполнение соединения между детонатором 102 и детонационным шнуром 104 может быть выполнено путем введения вначале детонационного шнура 104 через камеру 118 и закупоривание конца 106 детонационного шнура с помощью концевого уплотнения 140 детонационного шнура. Затем детонатор 102 может быть введен в отверстие 122 до упора в плечики 124. Остальная часть скважинного перфоратора может быть собрана и готова для развертывания в скважине.

После того как скважинный инструмент 50 установлен на заданной глубине, к детонатору 102 передается электрический сигнал воспламенения. Детонатор 102 выделяет тепловую энергию и ударные волны, которые проходят через отверстие 120 и приводят в действие промежуточный заряд 130. После введения в действие промежуточный заряд 130 создает детонацию высокого уровня. Тепловая энергия и ударные волны, связанные с детонацией, проходят через отверстие 119 и детонируют часть детонационного шнура 104 в камере 118. Затем детонационный шнур 104 передает детонацию к кумулятивным зарядам (не показано) или другому, приводимому в действие детонацией устройству.

Если скважинные жидкости протекли в скважинный инструмент 50, эти жидкости будут течь через отверстие 128 и заполнять пространство в камере 116 между детонатором 102 и взрывчатым промежуточным зарядом 130. Эта жидкость препятствует достижению энергией, выделяемой детонатором 102,

- 3 031765 промежуточного заряда 130 и детонационного шнура 104. Таким образом, приведение в действие промежуточного заряда 130 и воспламенение скважинного инструмента 50, например скважинного перфоратора, предотвращается.

Приведенное описание относится к конкретным вариантам реализации настоящего изобретения с целью иллюстрации и пояснения. Однако специалисту в данной области должно быть очевидно, что возможны многие модификации и изменения в изложенном выше варианте реализации, без отступления от объема изобретения. Таким образом, предполагается, что нижеследующая формула изобретения будет интерпретироваться для охвата всех таких модификаций и изменений.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Скважинная система, содержащая спусковую колонну;

скважинный инструмент, перемещаемый с помощью спусковой колонны и имеющий непроницаемое для текучей среды внутреннее пространство, детонационный шнур и детонатор; и блок инициирования, расположенный внутри непроницаемого для текучей среды пространства и содержащий корпус, имеющий первый торец;

второй торец, противоположный первому торцу;

первую камеру, проходящую между противоположными торцами и в корпусе и образованную первым отверстием, последовательно расположенным со вторым отверстием, в которое детонатор посажен с примыканием ко второму торцу;

вторую камеру, проходящую между противоположными торцами и в корпусе, при этом вторая камера параллельна первой камере и вторая камера вмещает детонационный шнур;

канал, выполненный в стенке, разделяющей первую камеру и вторую камеру, и обеспечивающий единственное сообщение между первой камерой и второй камерой внутри корпуса;

промежуточный заряд, установленный в первом отверстии и расположенный вблизи первого торца, при этом промежуточный заряд расположен вдоль канала; и отверстие, выполненное в корпусе и обеспечивающее соединение по потоку между наружной частью корпуса и частью первой камеры между промежуточным зарядом и детонатором.
2. Система по п.1, в которой детонационный шнур проходит через первый торец корпуса и конец детонационного шнура выступает из второго торца корпуса.
3. Система по п.1, в которой детонатор выполнен с возможностью приведения в действие с использованием электрического сигнала.
4. Система по п.1, в которой промежуточный заряд отделен от детонатора зазором, выполненным с возможностью образования столба жидкости, отделяющего промежуточный заряд от детонатора, с использованием любой жидкости, текущей через указанное отверстие.
5. Система по п.1, в которой корпус является продолговатым.
6. Блок инициирования для соединения детонатора с детонационным шнуром, содержащий корпус, имеющий первый торец;

второй торец, противоположный первому торцу;

первую камеру, проходящую между противоположными торцами и в корпусе и образованную первым отверстием, последовательно расположенным со вторым отверстием, в которое посажен детонатор с примыканием ко второму торцу;

вторую камеру, проходящую между противоположными торцами и в корпусе, при этом вторая камера параллельна первой камере и вмещает детонационный шнур;

канал, выполненный в стенке, разделяющей первую камеру и вторую камеру, и обеспечивающий единственное сообщение между первой камерой и второй камерой внутри корпуса;

промежуточный заряд, размещенный в первом отверстии и расположенный вблизи первого торца и вдоль канала; и отверстие, выполненное в корпусе и обеспечивающее соединение по потоку между наружной частью корпуса и частью первой камеры между промежуточным зарядом и детонатором.
7. Блок инициирования по п.6, в котором первая и вторая камеры представляют собой цилиндрические отверстия, геометрически параллельные, и в котором канал передает энергию в направлении, поперечном цилиндрическим отверстиям.
8. Блок инициирования по п.6, в котором промежуточный заряд и детонатор разделены зазором, выполненным с возможностью образования столба жидкости, сформированного из жидкости, текущей через указанное отверстие.
9. Блок инициирования по п.6, в котором вторая камера полностью проходит через корпус.
10. Блок инициирования по п.6, в котором отверстие проходит от наружной поверхности корпуса и оканчивается у первой камеры.

- 4 031765
11. Способ приведения в действие скважинного инструмента в стволе скважины с помощью блока инициирования по п.6, согласно которому создают скважинный инструмент, имеющий непроницаемое для текучей среды внутреннее пространство, детонационный шнур и детонатор;

размещают внутри непроницаемого для текучей среды пространства указанный блок инициирования;

соединяют скважинный инструмент со спусковой колонной;

перемещают скважинный инструмент через ствол скважины с использованием спусковой колонны; передают на детонатор электрический сигнал воспламенения.

Соединен с зарядами