JP2010281195A - Perforating apparatus for enhanced performance in high pressure wellbore - Google Patents

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ジョン、エイチ.ヘールズ
John D Burleson
ジョン、ディー.バールソン
John P Rodgers
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    • E21B43/11Perforators; Permeators
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    • E21B43/117Shaped-charge perforators

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a perforating apparatus using shaped charges enabling enhanced performance in a high pressure and high temperature wellbore. <P>SOLUTION: The perforating apparatus 50 includes a carrier gun body 52 having a plurality of radially reduced sections 54. The radially reduced sections 54 have a nanocomposite outer layer 72. A charge holder 62 is positioned within the carrier gun body 52. A plurality of shaped charges 56 are supported by the charge holder 62. Each of the shaped charges 56 has an initiation end and a discharge end. The discharge ends of the shaped charges 56 are disposed proximally to the radially reduced sections 54 of the carrier gun body 52 such that the jets formed upon detonation of the shaped charges 56 travel through the radially reduced sections 54. The nanocomposite outer layers 72 of the radially reduced sections 54 enable enhanced performance of the perforating apparatus 50 in the high pressure and high temperature wellbore. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、概して、成形爆薬を用いて地下坑井に穿孔を行うための装置に関し、特に、高圧高温の坑井内での性能向上のための穿孔装置に関する。   The present invention relates generally to an apparatus for drilling underground wells using shaped explosives, and more particularly to a drilling apparatus for improving performance in high pressure and high temperature wells.

本発明の範囲を限定することなく、一例として成形爆薬穿孔装置を用いた炭化水素胚胎地下累層への穿孔に関して、本発明の背景を説明することとする。   Without limiting the scope of the present invention, as an example, the background of the present invention will be described with respect to drilling into a hydrocarbon embryo underground formation using a shaped explosive drilling device.

炭化水素胚胎地下累層を横切る地下坑井の部分を掘削した後、各々固有の長さの金属管同士が典型的に互いに取り付けられて、坑井内に配置されたケーシングストリングを形成する。このケーシングストリングは、坑井の完全性を増大させると共に、通路をもたらす。その通路を通じて、累層からの流体を外部へ産出させることができる。通常、ケーシングストリングは坑井の内部でセメントで固められる。ケーシングストリング内へ流体を産出させるためには、ケーシングストリング、セメント、および累層内への隔たりを貫通して、流体開口ないし貫通孔を形成しなければならない。   After excavating a portion of the underground well that traverses the hydrocarbon embryo underground formation, each unique length of metal tube is typically attached to each other to form a casing string disposed within the well. This casing string increases the integrity of the well and provides a passage. Through the passage, fluid from the formation can be produced to the outside. Usually the casing string is cemented inside the well. In order for fluid to be produced into the casing string, fluid openings or through holes must be formed through the casing string, cement, and the separation into the formation.

一般的に、これらの穿孔は、1つないし複数の穿孔ガンの内部に配置された一連の成形爆薬を爆発させることによって作り出される。それらの穿孔ガンは、ケーシングストリングの内部で、所望の累層に近接した位置に配置される。通常、穿孔ガンは、閉鎖され流体密で中空のキャリアガン体から形成される。このキャリアガン体は、坑井内へ搬入されたワイヤラインないし配管上を降下するように適合されている。中空のキャリアガン体の内部には、選択された空間的分布で成形爆薬を支持して定置する爆薬ホルダが配置されている。成形爆薬は、円錐形に押し込められた爆発性材料を内部に有している。成形爆薬を爆発させるのに用いられる起爆コードが、成形爆薬の後部に近接して配置されている。起爆コードは、穿孔ガンが坑井内に配置されているときに、電気的ないし機械的に作動させることができる。   Generally, these perforations are created by detonating a series of shaped explosives placed inside one or more perforation guns. These piercing guns are placed within the casing string and in close proximity to the desired formation. Typically, a perforated gun is formed from a closed, fluid tight and hollow carrier gun body. The carrier gun body is adapted to descend on the wire line or pipe carried into the well. An explosive holder is disposed within the hollow carrier gun body to support and place the shaped explosive with a selected spatial distribution. Molded explosives have explosive material inside that is pressed into a cone. An initiation cord used to detonate the shaped explosive is located proximate the rear of the shaped explosive. The detonation cord can be actuated electrically or mechanically when the drill gun is placed in the well.

そのような閉鎖された流体密型のキャリアガン体においては、成形爆薬の爆発で生み出される爆発ジェットが、中空のキャリアガン体を貫通してから、坑井のケーシング壁および近接した累層を貫通する。中空のキャリアガン体によって生ずる抵抗を減少させると共に、累層内への穿孔の貫通深さを増大させるために、穿孔ガン本体には、スカラップ、ないしは帯状部分のような他の半径方向薄化部分が設けられていてもよい。それらのスカラップや他の半径方向薄化部分は、爆発ジェットが貫いて通過する比較的薄い壁部分を残すものである。中空のキャリアガン体におけるスカラップは、爆薬ホルダによってガン体内に保持された成形爆薬の空間的分布に対応した空間的分布で配置されなければならない。   In such a closed fluid-tight carrier gun body, the explosive jet produced by the explosion of the shaped explosive penetrates through the hollow carrier gun body and then through the well casing wall and adjacent formation. To do. In order to reduce the resistance caused by the hollow carrier gun body and increase the penetration depth of the drilling into the formation, the drilling gun body has other radially thinned parts such as scallops or strips. May be provided. Those scallops and other radially thinned portions leave a relatively thin wall portion through which the explosion jet passes. The scallops in the hollow carrier gun body must be arranged in a spatial distribution corresponding to the spatial distribution of the shaped explosive held in the gun body by the explosive holder.

しかしながら、スカラップおよびその近傍においてキャリアガン体の厚さを減少させることが穿孔ガンの強度を制限してしまう、ということが見出されてきている。従って、ある程度高圧高温の坑井内で穿孔を行うためには、定められた外径の穿孔ガンは、増大された壁厚および/または減少されたスカラップ深さを有していなければならない。いずれの場合も、そのような穿孔ガンの性能は低下してしまう。具体的には、壁厚の増大されたキャリアガン体の使用は、当該キャリアガン体の内部の利用可能な容積を減少させ、このことは、より小さな成形爆薬の使用を余儀なくさせる。また、スカラップ深さの減少されたキャリアガン体の使用は、累層内への穿孔の貫通深さを制限してしまう。   However, it has been found that reducing the thickness of the carrier gun body at and near the scallop limits the strength of the perforation gun. Thus, in order to drill in a high pressure and high temperature well, a defined outer diameter drill gun must have an increased wall thickness and / or a reduced scallop depth. In either case, the performance of such a drill gun will be reduced. Specifically, the use of a carrier gun body with increased wall thickness reduces the available volume inside the carrier gun body, which necessitates the use of smaller shaped explosives. Also, the use of a carrier gun body with reduced scallop depth limits the penetration depth of the perforations into the formation.

従って、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能で、壁厚の増大されたキャリアガン体を必要としない穿孔装置に対する要求が生ずる。また、そのような穿孔装置であって、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能で、スカラップ深さの減少されたキャリアガン体を必要としないものに対する要求も生ずる。さらに、そのような穿孔装置であって、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を達成するように作動可能なものに対する要求が生ずる。   Accordingly, a need arises for a drilling apparatus that is operable for use in high pressure and high temperature wells and does not require a carrier gun body with increased wall thickness. There is also a need for such a drilling device that is operable for use in high pressure and high temperature wells and does not require a carrier gun body with reduced scallop depth. Furthermore, a need arises for such a drilling device that is operable to achieve improved drilling performance in high pressure and high temperature wells.

ここに開示された本発明は、高圧高温の坑井内での穿孔性能を向上させるための穿孔装置を備えている。本発明の穿孔装置は、壁厚の増大されたキャリアガン体を必要とすることなく、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能である。また、本発明の穿孔装置は、スカラップ深さの減少されたキャリアガン体を必要とすることなく、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能である。   The present invention disclosed herein includes a drilling device for improving drilling performance in a high pressure and high temperature well. The drilling device of the present invention is operable for use in high pressure and high temperature wells without the need for a carrier gun body with increased wall thickness. The drilling device of the present invention is also operable for use in high pressure and high temperature wells without the need for a carrier gun body with reduced scallop depth.

一態様において、本発明は、高圧高温の用途のための穿孔装置に向けられている。当該穿孔装置は、ナノコンポジット外側層を有する複数の半径方向薄化部分を有したキャリアガン体を含んでいる。キャリアガン体の内部に爆薬ホルダが配置されている。爆薬ホルダによって複数の成形爆薬が支持されている。成形爆薬は、それぞれ起爆端部と放出端部とを有すると共に、キャリアガン体の半径方向薄化部分の直近に放出端部が位置するように配置されている。   In one aspect, the present invention is directed to a drilling device for high pressure and high temperature applications. The perforating apparatus includes a carrier gun body having a plurality of radially thinned portions having a nanocomposite outer layer. An explosive holder is placed inside the carrier gun body. A plurality of shaped explosives are supported by the explosive holder. Each shaped explosive has an initiation end portion and a discharge end portion, and is arranged such that the discharge end portion is positioned in the immediate vicinity of the radially thinned portion of the carrier gun body.

一実施形態において、キャリアガン体の半径方向薄化部分は凹部である。もう一つの実施形態において、キャリアガン体の半径方向薄化部分は帯状部分である。ある種の実施形態において、ナノコンポジット外側層の使用は、キャリアガン体の半径方向薄化部分には限定されない。例えば、半径方向薄化部分の直近のキャリアガン体の一部が、ナノコンポジット外側層を有していてもよい。また、キャリアガン体の全体が、ナノコンポジット外側層を有していてもよい。これらに代えて、或いはこれらに加えて、キャリアガン体は、ナノコンポジット内側層を有していてもよく、或いは全体がナノコンポジット材料から形成されていてもよい。   In one embodiment, the radially thinned portion of the carrier gun body is a recess. In another embodiment, the radially thinned portion of the carrier gun body is a strip portion. In certain embodiments, the use of the nanocomposite outer layer is not limited to the radially thinned portion of the carrier gun body. For example, a portion of the carrier gun body immediately adjacent to the radially thinned portion may have a nanocomposite outer layer. The entire carrier gun body may have a nanocomposite outer layer. Instead of or in addition to these, the carrier gun body may have a nanocomposite inner layer, or the whole may be formed of a nanocomposite material.

一実施形態において、キャリアガン体の全部または一部を形成するナノコンポジット材料は、ナノ構造鉄基合金などのナノ構造合金とすることができる。この実施形態において、鉄基合金は金属ガラスから得られてもよい。また、この実施形態においては、鉄基合金の合金成分が、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択されてもよい。   In one embodiment, the nanocomposite material that forms all or part of the carrier gun body can be a nanostructured alloy, such as a nanostructured iron-based alloy. In this embodiment, the iron-based alloy may be obtained from metallic glass. In this embodiment, the alloy component of the iron-based alloy may be selected from the group consisting of boron, carbon, chromium, iron, manganese, molybdenum, nickel, niobium, silicon, tungsten, and vanadium.

一実施形態において、ナノコンポジット層は、溶射法によりキャリアガン体に施され得る。もう1つの実施形態において、ナノコンポジット層は、溶接法によりキャリアガン体に施され得る。ナノコンポジット層は、そのようにして(即ち、溶射または溶接によって)半径方向薄化部分に施され得る。追加的な実施形態において、ナノコンポジット層は、キャリアガン体の材料と一体であってもよい。   In one embodiment, the nanocomposite layer can be applied to the carrier gun body by thermal spraying. In another embodiment, the nanocomposite layer can be applied to the carrier gun body by a welding process. The nanocomposite layer can be applied to the radially thinned portion as such (ie, by thermal spraying or welding). In additional embodiments, the nanocomposite layer may be integral with the carrier gun body material.

もう一つの態様において、本発明は、高圧高温の用途のための穿孔装置に向けられている。当該穿孔装置は、少なくとも部分的にナノコンポジット材料から形成される外側表面を有したキャリアガン体を含んでいる。キャリアの内部に爆薬ホルダが配置され、爆薬ホルダによって複数の成形爆薬が支持されている。   In another aspect, the present invention is directed to a drilling device for high pressure and high temperature applications. The perforating apparatus includes a carrier gun body having an outer surface formed at least in part from a nanocomposite material. An explosive holder is disposed inside the carrier, and a plurality of shaped explosives are supported by the explosive holder.

本発明の特徴および利点のより完全な理解のために、次に添付図面と共に発明の詳細な説明を参照する。添付図面において、異なる図面における対応した符号は、対応した部分を指している。   For a more complete understanding of the features and advantages of the present invention, reference is now made to the detailed description of the invention along with the accompanying figures. In the accompanying drawings, corresponding reference numerals in different drawings indicate corresponding parts.

本発明の一実施形態による穿孔装置を作動させる海洋石油ガスプラットフォームの模式図である。1 is a schematic view of an offshore oil and gas platform for operating a drilling device according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による穿孔装置の部分破断図である。1 is a partially cutaway view of a drilling device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による穿孔装置の部分破断図である。1 is a partially cutaway view of a drilling device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。It is sectional drawing of the carrier gun body in the perforation apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。It is sectional drawing of the carrier gun body in the perforation apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。It is sectional drawing of the carrier gun body in the perforation apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。It is sectional drawing of the carrier gun body in the perforation apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。It is sectional drawing of the carrier gun body in the perforation apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。It is sectional drawing of the carrier gun body in the perforation apparatus by one Embodiment of this invention.

本発明の様々な実施形態の製造および使用を以下で詳細に議論するが、本発明が、広く様々な特定内容に具体化することのできる多くの適用可能な発明概念をもたらすものである、ということを正しく認識すべきである。本明細書で議論する特定の実施形態は、本発明を製造および使用するための特定のやり方の単なる例示であって、本発明の範囲の境界を定めるものではない。   The manufacture and use of various embodiments of the present invention will be discussed in detail below, but the present invention provides many applicable inventive concepts that can be embodied in a wide variety of specific contexts. That should be recognized correctly. The specific embodiments discussed herein are merely illustrative of specific ways to make and use the invention and do not delimit the scope of the invention.

初めに図1を参照すると、本発明の穿孔装置は、模式的に図示されて全般的に符号10で表された海洋石油ガスプラットフォームより作動している。セミサブマージブル(半潜水型)プラットフォーム12が、海底16の下に位置する水中石油ガス層14の上に中心を合わせて置かれている。海中導管18が、プラットフォーム12のデッキ20から、噴出防止装置24を含んだ坑口設備22まで延びている。プラットフォーム12は、ワークストリング30などのパイプストリングを昇降させるための昇降装置26およびデリック(櫓)28を有している。   Referring initially to FIG. 1, the drilling apparatus of the present invention operates from an offshore oil and gas platform, schematically illustrated and generally designated 10. A semisubmersible platform 12 is centered on an underwater oil and gas layer 14 located below the seabed 16. An underwater conduit 18 extends from the deck 20 of the platform 12 to a wellhead facility 22 that includes a blowout prevention device 24. The platform 12 includes an elevating device 26 and a derrick 28 for elevating a pipe string such as the work string 30.

坑井32が、累層14を含む様々な地層を貫いて延びている。ケーシング34が、坑井32の内部でセメント36によって固められている。ワークストリング30は、高圧高温の坑井内での性能を向上させるように作動可能な成形爆薬穿孔装置38を含む、様々なツールを包含している。累層14を穿孔することが望まれるときには、成形爆薬穿孔装置38が累層14に近接して配置されるまで、ワークストリング30がケーシング34を通じて降下させられる。その後、各成形爆薬を爆発させることで成形爆薬穿孔装置38が点火される。それらの成形爆薬は、キャリアガン体40の内部に配置されると共に、キャリアガン体40の外側表面に形成された凹部42と整列させられている。本発明においては、少なくとも各凹部42の外側表面がナノコンポジット層を含んでいる。そのナノコンポジット層は、各凹部42の位置においてキャリアガン体40の強度を増大させる。ナノコンポジット外側層を用いることで、キャリアガン体40は各凹部42の位置で比較的薄い壁を有することができ、これにより高圧高温の坑井内での穿孔性能を向上させている。従って、爆発の直後に、成形爆薬のライナーが、凹部42を貫いて通過するジェットを形成し、互いに間隔を置いた一連の穿孔を形成する。それらの穿孔は、ケーシング34、セメント36、および累層14内への所望の深さまでを貫いて外方へ延びる。   Wells 32 extend through various formations including formation 14. A casing 34 is hardened by cement 36 inside the well 32. The work string 30 includes a variety of tools including a shaped explosive drilling device 38 operable to improve performance in high pressure and high temperature wells. When it is desired to drill the formation 14, the work string 30 is lowered through the casing 34 until the shaped explosive drilling device 38 is positioned proximate the formation 14. Thereafter, the shaped explosive punching device 38 is ignited by exploding each shaped explosive. These shaped explosives are arranged inside the carrier gun body 40 and aligned with a recess 42 formed on the outer surface of the carrier gun body 40. In the present invention, at least the outer surface of each recess 42 includes a nanocomposite layer. The nanocomposite layer increases the strength of the carrier gun body 40 at the position of each recess 42. By using the nanocomposite outer layer, the carrier gun body 40 can have a relatively thin wall at the position of each recess 42, thereby improving the drilling performance in the high pressure and high temperature well. Thus, immediately after the explosion, the shaped explosive liner forms a jet that passes through the recess 42 and forms a series of perforations spaced from each other. The perforations extend outward through the casing 34, cement 36, and the desired depth into the formation 14.

図1は垂直坑井を描いてはいるが、本発明の成形爆薬穿孔装置は、偏距坑井、傾斜坑井、水平坑井、マルチラテラル坑井などを含んだ他の形状を有する坑井での使用に対して等しく適切である、ということが当業者に理解されるべきである。従って、「上」、「下」、「上方」、「下方」などのような方向を示す用語の使用は、図示例への言及での便宜のために用いられるものである。また、図1は海洋作業を描いてはいるが、陸上作業での使用に対して等しく適切である、ということも当業者に理解されるべきである。   Although FIG. 1 depicts a vertical well, the shaped explosive drilling device of the present invention may have other shapes including eccentric wells, inclined wells, horizontal wells, multilateral wells, and the like. It should be understood by those skilled in the art that it is equally suitable for use with. Accordingly, the use of terms indicating directions such as “up”, “down”, “up”, “down”, etc. is used for convenience in referring to the illustrated examples. It should also be understood by those skilled in the art that although FIG. 1 depicts offshore operations, it is equally suitable for use on land.

次に図2を参照すると、そこには全般的に符号50で表す本発明の成形爆薬穿孔装置が描かれている。穿孔装置50は、円筒形スリーブで形成されたキャリアガン体52を含んでいる。その円筒形スリーブは、スカラップないし凹部54として描かれた複数の半径方向薄化領域を有している。各凹部54は、複数の成形爆薬56のそれぞれ1つずつと半径方向に整列させられている。各成形爆薬56は、外側ハウジング、例えばハウジング58と、ライナー、例えばライナー60とを含んでいる。各ハウジングとライナーとの間には、一定量の高性能爆薬が配置されている。   Referring now to FIG. 2, there is depicted a shaped explosive drilling device of the present invention, generally designated 50. The piercing device 50 includes a carrier gun body 52 formed of a cylindrical sleeve. The cylindrical sleeve has a plurality of radially thinned areas depicted as scallops or recesses 54. Each recess 54 is radially aligned with each one of the plurality of shaped explosives 56. Each shaped explosive 56 includes an outer housing, such as housing 58, and a liner, such as liner 60. A certain amount of high-performance explosive is placed between each housing and the liner.

成形爆薬56は、爆薬ホルダ62によってキャリアガン体52の内部に保持されている。爆薬ホルダ62は、外側爆薬ホルダスリーブ64と、内側爆薬ホルダスリーブ66とを含んでいる。この構成においては、外側チューブ64が成形爆薬56の放出端部を支持し、内側チューブ66が成形爆薬56の起爆端部を支持する。内側チューブ66の内部には、成形爆薬56を爆発させるのに用いる起爆コード(導爆線)70、例えばプリマコード(登録商標)が配置されている。図示の実施形態においては、成形爆薬56の起爆端部が穿孔装置50の縦軸線を横切って延びて、成形爆薬56のハウジング頂部に画成された開口を通じて、起爆コード70が成形爆薬56内の高性能爆薬に接続できるようにしている。   The shaped explosive 56 is held inside the carrier gun body 52 by an explosive holder 62. The explosive holder 62 includes an outer explosive holder sleeve 64 and an inner explosive holder sleeve 66. In this configuration, the outer tube 64 supports the discharge end of the shaped explosive 56 and the inner tube 66 supports the initiation end of the formed explosive 56. Inside the inner tube 66, an initiation cord (explosion wire) 70, for example, Prima cord (registered trademark) used to explode the shaped explosive 56 is disposed. In the illustrated embodiment, the initiation end of the shaped explosive 56 extends across the longitudinal axis of the drilling device 50 and the initiation cord 70 is disposed within the shaped explosive 56 through an opening defined in the top of the housing of the shaped explosive 56. It can be connected to high-performance explosives.

各成形爆薬56は、穿孔装置50が完全に組み立てられたとき、キャリアガン体52内で凹部54の1つと縦方向および半径方向に整列させられる。図示の実施形態において、成形爆薬56は螺旋状パターンで配置されている。その螺旋状パターンでの配置は、各成形爆薬56が、その独自のレベルないし高さに配置されると共に、一度に1つの成形爆薬だけが点火されるよう、個別に起爆されるべくあるように行われる。但し、本発明の原理から逸脱することなく、クラスター型のデザインを含めて、代替的な成形爆薬の配置を用いてもよい、ということが当業者に理解されるべきである。そのクラスター型のデザインにおいては、2つ以上の成形爆薬が、互いに同じレベルにあって同時に爆発させられる。以下で議論するように、穿孔装置50の各凹部54は、キャリアガン体52の強度を増大させるナノコンポジット外側層72を有しており、これにより穿孔装置50を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。   Each shaped explosive 56 is aligned longitudinally and radially with one of the recesses 54 within the carrier gun body 52 when the drilling device 50 is fully assembled. In the illustrated embodiment, the shaped explosives 56 are arranged in a spiral pattern. The arrangement in the spiral pattern is such that each shaped explosive 56 is placed at its own level or height and should be individually initiated so that only one shaped explosive is ignited at a time. Done. However, it should be understood by those skilled in the art that alternative shaped explosive arrangements may be used, including cluster-type designs, without departing from the principles of the present invention. In the clustered design, two or more shaped explosives are explosive at the same level and at the same time. As discussed below, each recess 54 of the drilling device 50 has a nanocomposite outer layer 72 that increases the strength of the carrier gun body 52 so that the drilling device 50 can be operated in a high pressure and high temperature well. I am doing so.

次に図3を参照すると、そこには全般的に符号100で表す本発明の成形爆薬穿孔装置が描かれている。穿孔装置100は、複数の成形爆薬102を含んでおり、そのうち3つが描かれている。成形爆薬102は、キャリアガン体106の内部に配置された爆薬ホルダ104の内側に取り付けられている。図示の実施形態において、爆薬ホルダ104は、1つないし複数の縦方向部分を含むことができる。各縦方向部分は、一対の支持体108によってキャリアガン体106内に回転自在に支持されているが、図2ではそのような支持体108が1つしか見えていない。各支持体108は、キャリアガン体106の内側に接触する転動要素ないし軸受110を含んでいる。また、キャリアガン体106の各端部における支持体108と、キャリアガン体106の各端部に取り付けられた装置114との間に、任意選択的なスラスト軸受112を配置してもよい。装置114は、2つのガン同士を互いに結合するのに用いるタンデム、ガンストリングへ終端接続させるのに用いるブルプラグ、ファイアリングヘッド、または、ガンストリング内でキャリアガン体106に取り付けることのできる他の如何なる型式の装置であってもよい。この構成においては、爆薬102がキャリアガン体106の内部で回転できるようになっている。   Referring now to FIG. 3, there is depicted a shaped explosive drilling device of the present invention, generally designated 100. The perforating apparatus 100 includes a plurality of shaped explosives 102, three of which are depicted. The shaped explosive 102 is attached to the inside of the explosive holder 104 disposed inside the carrier gun body 106. In the illustrated embodiment, the explosive holder 104 can include one or more longitudinal portions. Each longitudinal portion is rotatably supported in the carrier gun body 106 by a pair of supports 108, but only one such support 108 is visible in FIG. Each support 108 includes a rolling element or bearing 110 that contacts the inside of the carrier gun body 106. An optional thrust bearing 112 may also be placed between the support 108 at each end of the carrier gun body 106 and the device 114 attached to each end of the carrier gun body 106. The device 114 may be a tandem used to couple two guns together, a bull plug used to terminate the gun string, a firing head, or any other that can be attached to the carrier gun body 106 within the gun string. It may be a type of device. In this configuration, the explosive 102 can rotate inside the carrier gun body 106.

図示の実施形態においては、キャリアガン体106の内部で爆薬102を所望の向きへ回転させるのに重力が用いられる。具体的には、爆薬ホルダ104、成形爆薬102、および錘120を含む回転組立体118の重心を横方向に片寄らせることで、組立体118が、重力によって偏倚させられ、回転軸線の直下に重心の置かれる特定の位置へと回転する。   In the illustrated embodiment, gravity is used to rotate the explosive 102 in a desired orientation within the carrier gun body 106. Specifically, the center of gravity of the rotating assembly 118 including the explosive holder 104, the shaped explosive 102, and the weight 120 is laterally offset, so that the assembly 118 is biased by gravity and the center of gravity is directly below the rotation axis. Rotate to the specific position where the is placed.

キャリアガン体106には、帯状部分122として描かれた半径方向薄化部分が設けられている。帯状部分122は、各爆薬102の外側を覆って、キャリアガン体106の回りを周方向に延びている。従って、キャリアガン体106の内部で各成形爆薬102が回転するとき、各成形爆薬102は、帯状部分122の1つを貫通して発射(爆発)する向きを保つ。上記で議論した穿孔装置50の凹部54と同様に、帯状部分122は、キャリアガン体106の強度を増大させるナノコンポジット外側層124を有しており、これにより穿孔装置100を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。   The carrier gun body 106 is provided with a radially thinned portion depicted as a band-like portion 122. The belt-like portion 122 covers the outside of each explosive 102 and extends around the carrier gun body 106 in the circumferential direction. Thus, as each shaped explosive 102 rotates within the carrier gun body 106, each shaped explosive 102 maintains its orientation of firing (exploding) through one of the strips 122. Similar to the recesses 54 of the drilling device 50 discussed above, the strip 122 has a nanocomposite outer layer 124 that increases the strength of the carrier gun body 106, thereby allowing the drilling device 100 to be placed in a high pressure and high temperature well. It can be operated with.

次に図4を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体(全般的に符号150で表す)の一部が断面で描かれている。キャリアガン体150は、複数の半径方向薄化領域152を含んでいる。それらの半径方向薄化領域152は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体150の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。各半径方向薄化領域152は、キャリアガン体150の強度を増大させるナノコンポジット外側層154を有しており、これによりキャリアガン体150を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。   Referring now to FIG. 4, there is depicted in section a portion of a carrier gun body (generally designated 150) in the drilling apparatus of the present invention. The carrier gun body 150 includes a plurality of radially thinned regions 152. These radially thinned regions 152 correspond to scallops, recesses, or strips as discussed above, or other configurations in which the wall of the carrier gun body 150 has some thin walls. It's okay. Each radially thinned region 152 has a nanocomposite outer layer 154 that increases the strength of the carrier gun body 150 so that a drilling device including the carrier gun body 150 can be operated in a high pressure and high temperature well. I have to.

ナノコンポジット外側層154は、キャリアガン体150の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有している。例えば、キャリアガン体150は通常の鋼鉄から形成されてもよいが、ナノコンポジット外側層154は、ナノ結晶粒鋼鉄を含むナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成される。本明細書で用いるとき、ナノ構造材料は、1から500ナノメートルの構造を有する材料、より好ましくは1から100ナノメートルの構造を有する材料を包含することとなる。   The nanocomposite outer layer 154 has a strength that is higher than the strength of the metal that forms the remainder of the carrier gun body 150. For example, the carrier gun body 150 may be formed from regular steel, while the nanocomposite outer layer 154 is formed from a nanostructured material having a nanosized structure, such as a nanocrystalline iron alloy including nanocrystalline steel. The As used herein, nanostructured materials will encompass materials having a structure of 1 to 500 nanometers, more preferably materials having a structure of 1 to 100 nanometers.

ナノコンポジット外側層154は、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択される合金成分を有した鉄基合金から形成され得る。一例では、合金成分の重量パーセントは、約0%から4%のホウ素、約0.1%から8%の炭素、約0.5%から21%のクロム、約55%から95%の鉄、約0%から3%のマンガン、約0.5%から8%のモリブデン、約0%から5%のニッケル、約0%から4%のニオブ、約0%から2%のケイ素、約0%から7%のタングステン、および約0%から4%のバナジウムである。   The nanocomposite outer layer 154 may be formed from an iron-based alloy having an alloy component selected from the group consisting of boron, carbon, chromium, iron, manganese, molybdenum, nickel, niobium, silicon, tungsten, and vanadium. In one example, the weight percentage of the alloy component is about 0% to 4% boron, about 0.1% to 8% carbon, about 0.5% to 21% chromium, about 55% to 95% iron, About 0% to 3% manganese, about 0.5% to 8% molybdenum, about 0% to 5% nickel, about 0% to 4% niobium, about 0% to 2% silicon, about 0% To 7% tungsten, and about 0% to 4% vanadium.

ナノコンポジット外側層154の材料は、単相過飽和固溶体の多相ナノスケール微細構造への分解を伴った固相転移における自己組織化現象を用いて形成できる。自己組織化した固相ナノ構造は、スピノーダル分解、共析変態、ガラス失透などを含む様々な技術を用いて調製することが可能である。或いは、ナノコンポジット外側層154の材料は、粉末金属のメカニカルアロイングを用いて形成してもよい。ナノコンポジット外側層154の材料は、ガラス失透プロセスを用いて形成することが好ましい。そのガラス失透プロセスにおいては、鉄基系の合金成分が金属ガラス状態で熱処理され、それから所望の多相ナノスケール結晶粒構造を有した材料へと失透(結晶化)させられる。   The material of the nanocomposite outer layer 154 can be formed using the self-organization phenomenon in the solid phase transition accompanied by the decomposition of the single-phase supersaturated solid solution into the multiphase nanoscale microstructure. Self-assembled solid phase nanostructures can be prepared using a variety of techniques including spinodal decomposition, eutectoid transformation, glass devitrification, and the like. Alternatively, the material of the nanocomposite outer layer 154 may be formed using powder metal mechanical alloying. The material of the nanocomposite outer layer 154 is preferably formed using a glass devitrification process. In the glass devitrification process, an iron-based alloy component is heat-treated in a metallic glass state, and then devitrified (crystallized) into a material having a desired multiphase nanoscale grain structure.

ナノコンポジット外側層154は、溶射法、溶接法、または他の適当な技術を含む様々な加工技術を用いて、キャリアガン体150に施され、ないしはキャリアガン体150上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット外側層154は、キャリアガン体150と一体に形成されてもよい。例えば、ナノコンポジット外側層154は、高速フレーム(HVOF)溶射法を用いてキャリアガン体150に施されてもよい。高速フレーム溶射法は、酸素と、1つないし複数の燃焼ガス、例えば水素、プロパン、プロピレン、ケロシンなどとの組み合わせを利用して、ナノコンポジット層を溶射するものである。また、ツインワイヤアーク溶射(TWAS)法を用いてもよい。ツインワイヤアーク溶射法においては、互いに電気的に反対に帯電された2本の金属ワイヤを一緒に送り出し、それらのワイヤ同士の交点に制御されたアークを発生させて、溶融金属を形成する。この溶融金属が、圧縮された空気やガスのジェットによって霧状にされてキャリアガン体150上へと吹き付けられ、ナノコンポジット層を形成する。   The nanocomposite outer layer 154 may be applied to or formed on the carrier gun body 150 using a variety of processing techniques including spraying, welding, or other suitable techniques. Alternatively, the nanocomposite outer layer 154 may be formed integrally with the carrier gun body 150. For example, the nanocomposite outer layer 154 may be applied to the carrier gun body 150 using a high speed flame (HVOF) spray process. The high-speed flame spraying method sprays a nanocomposite layer using a combination of oxygen and one or more combustion gases such as hydrogen, propane, propylene, kerosene and the like. Alternatively, a twin wire arc spraying (TWAS) method may be used. In the twin wire arc spraying method, two metal wires that are electrically charged opposite to each other are sent together, and a controlled arc is generated at the intersection of the wires to form a molten metal. The molten metal is atomized by a compressed air or gas jet and sprayed onto the carrier gun body 150 to form a nanocomposite layer.

或いは、ナノコンポジット外側層154は、様々な溶接法を用いてキャリアガン体150に施され、ないしはキャリアガン体150上に形成されてもよい。例えば、プラズマ粉体肉盛アーク溶接(PTAW)法は、プラズマを利用して、原料粉体を溶融させ、ナノコンポジット材料の十分に稠密で冶金的に結合された溶接層をキャリアガン体150上に形成するものである。また、ガスメタルアーク溶接(GMAW)法は、共に溶接トーチを通じて供給される連続消耗ワイヤ電極および遮蔽ガスを、ワイヤ電極とキャリアガン体150の表面との間に電気アークが伝わるようにして利用し、ワイヤを溶融させてナノコンポジット層を形成するものである。同様に、オープンアーク溶接(OAW)法は、溶接トーチを通じて供給される連続消耗ワイヤ電極を利用し、そしてワイヤ電極とキャリアガン体150との間に伝わる電気アークがワイヤを溶融させてナノコンポジット層を形成するものである。   Alternatively, the nanocomposite outer layer 154 may be applied to or formed on the carrier gun body 150 using various welding methods. For example, the plasma powder overlay arc welding (PTAW) method uses plasma to melt the raw material powder and form a sufficiently dense and metallurgically bonded weld layer of the nanocomposite material on the carrier gun body 150. Is formed. Further, the gas metal arc welding (GMAW) method uses a continuous consumable wire electrode and a shielding gas both supplied through a welding torch so that an electric arc is transmitted between the wire electrode and the surface of the carrier gun body 150. The nanocomposite layer is formed by melting the wire. Similarly, the open arc welding (OAW) method utilizes a continuous consumable wire electrode supplied through a welding torch, and an electric arc transmitted between the wire electrode and the carrier gun body 150 melts the wire to cause a nanocomposite layer. Is formed.

キャリアガン体150の半径方向薄化領域152においてナノコンポジット外側層154を用いることは、半径方向薄化領域152でのキャリアガン体150の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット外側層154は、キャリアガン体150の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体150の残存力を増大させる。   Using the nanocomposite outer layer 154 in the radial thinned region 152 of the carrier gun body 150 increases the strength of the carrier gun body 150 in the radial thinned region 152, thereby drilling in a high pressure and high temperature well. Improve performance. The nanocomposite outer layer 154 also increases the residual force of the carrier gun body 150 after a drilling event by minimizing the expansion, cracking, catastrophic rupture or splitting of the carrier gun body 150.

次に図5を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体(全般的に符号160で表す)の一部が断面で描かれている。キャリアガン体160は、複数の半径方向薄化領域162を含んでいる。それらの半径方向薄化領域162は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体160の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。各半径方向薄化領域162に加えて、各半径方向薄化領域162の直近の領域も、キャリアガン体160の強度を増大させるナノコンポジット外側層164を有しており、これによりキャリアガン体160を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。   Referring now to FIG. 5, a portion of a carrier gun body (generally indicated at 160) in the drilling apparatus of the present invention is depicted in cross section. The carrier gun body 160 includes a plurality of radially thinned regions 162. These radially thinned regions 162 correspond to scallops, recesses, or strips as discussed above, or other configurations in which the wall of the carrier gun body 160 has some thin walls. It's okay. In addition to each radial thinned region 162, the region immediately adjacent to each radial thinned region 162 also has a nanocomposite outer layer 164 that increases the strength of the carrier gun body 160, thereby causing the carrier gun body 160. Can be operated in a high pressure and high temperature well.

上記で議論したナノコンポジット外側層154と同様、ナノコンポジット外側層164は、キャリアガン体160の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット外側層164は、溶射法や溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体160に施され、ないしはキャリアガン体160上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット外側層164は、キャリアガン体160と一体に形成されてもよい。   Similar to the nanocomposite outer layer 154 discussed above, the nanocomposite outer layer 164 has a strength that is higher than the strength of the metal that forms the remainder of the carrier gun body 160, and the nanograin iron alloy discussed above. And can be formed from a nanostructured material having a nanosized structure. Nanocomposite outer layer 164 may be applied to or formed on carrier gun body 160 using a variety of processes such as those discussed above, including thermal spraying and welding. Alternatively, the nanocomposite outer layer 164 may be formed integrally with the carrier gun body 160.

キャリアガン体160の半径方向薄化領域162およびその周囲にナノコンポジット外側層164を用いることは、キャリアガン体160の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット外側層164は、キャリアガン体160の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体160の残存力を増大させる。   The use of the nanocomposite outer layer 164 around the radially thinned region 162 of the carrier gun body 160 and its surroundings can increase the strength of the carrier gun body 160, thereby improving the drilling performance in a high pressure and high temperature well. And The nanocomposite outer layer 164 also increases the residual force of the carrier gun body 160 after a drilling event by minimizing the expansion, cracking, catastrophic rupture or splitting of the carrier gun body 160.

次に図6を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体(全般的に符号170で表す)の一部が断面で描かれている。キャリアガン体170は、複数の半径方向薄化領域172を含んでいる。それらの半径方向薄化領域172は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体170の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。キャリアガン体170の外側表面は、キャリアガン体170の強度を増大させるナノコンポジット外側層174を有しており、これによりキャリアガン体170を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。   Referring now to FIG. 6, there is depicted in section a portion of a carrier gun body (generally designated 170) in the drilling device of the present invention. The carrier gun body 170 includes a plurality of radially thinned regions 172. These radially thinned regions 172 correspond to scallops, recesses, or strips as discussed above, or other configurations in which the wall of the carrier gun body 170 has some thin walls. It's okay. The outer surface of the carrier gun body 170 has a nanocomposite outer layer 174 that increases the strength of the carrier gun body 170 so that a drilling device including the carrier gun body 170 can be operated in a high pressure and high temperature well. I have to.

上記で議論したナノコンポジット外側層154,164と同様、ナノコンポジット外側層174は、キャリアガン体170の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット外側層174は、溶射法および溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体170に施され、ないしはキャリアガン体170上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット外側層174は、キャリアガン体170と一体に形成されてもよい。   Similar to the nanocomposite outer layers 154 and 164 discussed above, the nanocomposite outer layer 174 has a strength that is higher than the strength of the metal that forms the remainder of the carrier gun body 170, and the nanocrystal grains discussed above. It can be formed from a nanostructured material having a nanosized structure, such as an iron alloy. Nanocomposite outer layer 174 may be applied to or formed on carrier gun body 170 using a variety of processes such as those discussed above, including spraying and welding. Alternatively, the nanocomposite outer layer 174 may be formed integrally with the carrier gun body 170.

キャリアガン体170のナノコンポジット外側層174を用いることは、キャリアガン体170の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット外側層174は、キャリアガン体170の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体170の残存力を増大させる。   Using the nanocomposite outer layer 174 of the carrier gun body 170 increases the strength of the carrier gun body 170, thereby improving the perforation performance in a high pressure and high temperature well. The nanocomposite outer layer 174 also increases the residual force of the carrier gun body 170 after a drilling event by minimizing the expansion, cracking, catastrophic rupture or splitting of the carrier gun body 170.

次に図7を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体(全般的に符号180で表す)の一部が断面で描かれている。キャリアガン体180は、複数の半径方向薄化領域182を含んでいる。それらの半径方向薄化領域182は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体180の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。キャリアガン体180の内側表面は、キャリアガン体180の強度を増大させるナノコンポジット層184を有しており、これによりキャリアガン体180を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。   Referring now to FIG. 7, there is depicted in section a portion of a carrier gun body (generally indicated at 180) in the drilling device of the present invention. The carrier gun body 180 includes a plurality of radially thinned regions 182. These radially thinned regions 182 correspond to scallops, recesses, or strips as discussed above, or other configurations in which the wall of the carrier gun body 180 has some thin walls. It's okay. The inner surface of the carrier gun body 180 has a nanocomposite layer 184 that increases the strength of the carrier gun body 180 so that the drilling device including the carrier gun body 180 can operate in a high pressure and high temperature well. ing.

上記で議論したナノコンポジット外側層154,164,174と同様、ナノコンポジット内側層184は、キャリアガン体180の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット内側層184は、溶射法および溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体180に施され、ないしはキャリアガン体180上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット内側層184は、キャリアガン体180と一体に形成されてもよい。   Similar to the nanocomposite outer layers 154, 164, 174 discussed above, the nanocomposite inner layer 184 has a strength that is higher than the strength of the metal that forms the remainder of the carrier gun body 180, and the nanocomposites discussed above. It can be formed from a nanostructured material having a nanosized structure, such as a grain iron alloy. The nanocomposite inner layer 184 can be applied to or formed on the carrier gun body 180 using a variety of processes such as those discussed above, including thermal spraying and welding. Alternatively, the nanocomposite inner layer 184 may be formed integrally with the carrier gun body 180.

キャリアガン体180のナノコンポジット内側層184を用いることは、キャリアガン体180の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット内側層184は、キャリアガン体180の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体180の残存力を増大させる。   Using the nanocomposite inner layer 184 of the carrier gun body 180 increases the strength of the carrier gun body 180, thereby improving the perforation performance in a high pressure and high temperature well. The nanocomposite inner layer 184 also increases the residual force of the carrier gun body 180 after a drilling event by minimizing the expansion, cracking, catastrophic rupture or splitting of the carrier gun body 180.

次に図8を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体(全般的に符号190で表す)の一部が断面で描かれている。キャリアガン体190は、複数の半径方向薄化領域192を含んでいる。それらの半径方向薄化領域192は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体190の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。各半径方向薄化領域192はナノコンポジット外側層194を有し、キャリアガン体190の内側表面はナノコンポジット層196を有している。ナノコンポジット外側層194およびナノコンポジット層196は、キャリアガン体190の強度を増大させ、これによりキャリアガン体190を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。   Referring now to FIG. 8, there is depicted in section a portion of a carrier gun body (generally designated 190) in the drilling apparatus of the present invention. The carrier gun body 190 includes a plurality of radially thinned regions 192. These radially thinned regions 192 correspond to scallops, recesses, or strips as discussed above, or other configurations where the wall of the carrier gun body 190 has some thin walls. It's okay. Each radially thinned region 192 has a nanocomposite outer layer 194 and the inner surface of the carrier gun body 190 has a nanocomposite layer 196. The nanocomposite outer layer 194 and nanocomposite layer 196 increase the strength of the carrier gun body 190 so that the drilling device including the carrier gun body 190 can be operated in a high pressure and high temperature well.

上記で議論したナノコンポジット外側層と同様、ナノコンポジット層194,196は、キャリアガン体190の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット層194,196は、溶射法および溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体190に施され、ないしはキャリアガン体190上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット層194,196は、キャリアガン体190と一体に形成されてもよい。   Similar to the nanocomposite outer layer discussed above, the nanocomposite layers 194, 196 have a strength higher than that of the metal forming the remainder of the carrier gun body 190, and the nanocrystalline iron alloy discussed above. And can be formed from a nanostructured material having a nanosized structure. The nanocomposite layers 194, 196 may be applied to or formed on the carrier gun body 190 using a variety of processes as discussed above, including spraying and welding methods. Alternatively, the nanocomposite layers 194 and 196 may be formed integrally with the carrier gun body 190.

キャリアガン体190のナノコンポジット層194,196を用いることは、キャリアガン体190の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット層194,196は、キャリアガン体190の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体190の残存力を増大させる。   The use of the nanocomposite layers 194, 196 of the carrier gun body 190 increases the strength of the carrier gun body 190, thereby improving the perforation performance in a high pressure and high temperature well. Also, the nanocomposite layers 194, 196 increase the residual force of the carrier gun body 190 after a drilling event by minimizing the expansion, cracking, catastrophic breakage, or splitting of the carrier gun body 190.

次に図9を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体(全般的に符号200で表す)の一部が断面で描かれている。キャリアガン体200は、ナノコンポジット材料202から形成されている。そのナノコンポジット材料202は、通常の材料から形成された同様の寸法のキャリアガン体よりも高い強度を有している。これにより、キャリアガン体200を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。上記で議論したナノコンポジット層と同様、ナノコンポジット材料202は、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。穿孔性能の向上に加えて、ナノコンポジット材料202から形成されたキャリアガン体200は、キャリアガン体200の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体200の残存力を増大させる。   Referring now to FIG. 9, there is depicted in section a portion of a carrier gun body (generally designated 200) in the drilling device of the present invention. The carrier gun body 200 is formed from a nanocomposite material 202. The nanocomposite material 202 has a higher strength than a similarly sized carrier gun body formed from a normal material. Thereby, the perforation apparatus including the carrier gun body 200 can be operated in a high pressure and high temperature well. Similar to the nanocomposite layer discussed above, the nanocomposite material 202 can be formed from a nanostructured material having a nano-sized structure, such as the nanocrystalline iron alloy discussed above. In addition to improving the drilling performance, the carrier gun body 200 formed from the nanocomposite material 202 can minimize the expansion, cracking, catastrophic rupture, or splitting of the carrier gun body 200 after the drilling event. The remaining power of the carrier gun body 200 is increased.

図示の実施形態に関して本発明を説明してきたが、この説明は限定的な意味に解釈されることを意図するものではない。本発明の他の実施形態はもちろん、図示の実施形態の様々な変形例や組み合わせも、当該説明を参照することにより当業者に明らかとなるであろう。従って、添付した特許請求の範囲は、そのような変形例ないし実施形態の如何なるものをも包含する、ということを意図するものである。   While this invention has been described with reference to illustrative embodiments, this description is not intended to be construed in a limiting sense. Various modifications and combinations of the illustrated embodiments as well as other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art upon reference to the description. Accordingly, the appended claims are intended to cover any such modifications or embodiments.

Claims (26)

複数の半径方向薄化部分を有し、前記半径方向薄化部分がナノコンポジット外側層を有しているキャリアガン体と、
前記キャリアガン体の内部に配置された爆薬ホルダと、
前記爆薬ホルダによって支持された複数の成形爆薬と、
を備え、
前記成形爆薬はそれぞれ起爆端部と放出端部とを有しており、前記放出端部が、前記キャリアガン体の前記半径方向薄化部分の直近に配置されている、穿孔装置。
A carrier gun body having a plurality of radially thinned portions, wherein the radially thinned portions have nanocomposite outer layers;
An explosive holder disposed inside the carrier gun body;
A plurality of shaped explosives supported by the explosive holder;
With
Each of the shaped explosives has an initiation end portion and a discharge end portion, and the discharge end portion is disposed in the vicinity of the radially thinned portion of the carrier gun body.
前記半径方向薄化部分は凹部をさらに含んでいる、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 1, wherein the radially thinned portion further includes a recess. 前記半径方向薄化部分は帯状部分をさらに含んでいる、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 1, wherein the radially thinned portion further includes a band-shaped portion. 前記半径方向薄化部分の直近の前記キャリアガン体の少なくとも一部が、ナノコンポジット外側層をさらに備えている、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus of claim 1, wherein at least a portion of the carrier gun body proximate to the radially thinned portion further comprises a nanocomposite outer layer. 前記キャリアガン体は、ナノコンポジット外側層をさらに備えている、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 1, wherein the carrier gun body further comprises a nanocomposite outer layer. 前記キャリアガン体は、ナノコンポジット内側層をさらに備えている、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 1, wherein the carrier gun body further includes a nanocomposite inner layer. 前記半径方向薄化部分の前記ナノコンポジット外側層は、ナノ構造合金をさらに含んで成る、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus of claim 1, wherein the nanocomposite outer layer of the radially thinned portion further comprises a nanostructured alloy. 前記半径方向薄化部分の前記ナノコンポジット外側層は、鉄基合金をさらに含んで成る、請求項1記載の穿孔装置。   The drilling device of claim 1, wherein the nanocomposite outer layer of the radially thinned portion further comprises an iron-based alloy. 前記鉄基合金は金属ガラスから得られる、請求項8記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 8, wherein the iron-based alloy is obtained from metallic glass. 前記鉄基合金の合金成分が、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択される、請求項8記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 8, wherein the alloy component of the iron-based alloy is selected from the group consisting of boron, carbon, chromium, iron, manganese, molybdenum, nickel, niobium, silicon, tungsten, and vanadium. 前記ナノコンポジット外側層は、溶射法により前記半径方向薄化部分に施される、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 1, wherein the nanocomposite outer layer is applied to the radially thinned portion by a thermal spraying method. 前記ナノコンポジット外側層は、溶接法により前記半径方向薄化部分に施される、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 1, wherein the nanocomposite outer layer is applied to the radially thinned portion by a welding method. 前記ナノコンポジット外側層は、前記キャリアガン体の材料と一体である、請求項1記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 1, wherein the nanocomposite outer layer is integral with the material of the carrier gun body. 表面を有し、前記表面が少なくとも部分的にナノコンポジット材料から形成されているキャリアガン体と、
前記キャリアの内部に配置された爆薬ホルダと、
前記爆薬ホルダによって支持された複数の成形爆薬と、
を備えた穿孔装置。
A carrier gun body having a surface, wherein the surface is at least partially formed from a nanocomposite material;
An explosive holder disposed inside the carrier;
A plurality of shaped explosives supported by the explosive holder;
Drilling device with
前記キャリアガン体は複数の半径方向薄化部分を有しており、前記ナノコンポジット材料は、前記キャリアガン体における前記半径方向薄化部分の外側表面を形成している、請求項14記載の穿孔装置。   The perforation of claim 14, wherein the carrier gun body has a plurality of radially thinned portions and the nanocomposite material forms an outer surface of the radially thinned portion of the carrier gun body. apparatus. 前記ナノコンポジット材料は、前記半径方向薄化部分の直近の前記キャリアガン体の少なくとも一部の外側表面を形成している、請求項15記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 15, wherein the nanocomposite material forms an outer surface of at least a portion of the carrier gun body proximate to the radially thinned portion. 前記キャリアガン体の前記表面は、外側表面をさらに含む、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 14, wherein the surface of the carrier gun body further includes an outer surface. 前記キャリアガン体の前記表面は、内側表面をさらに含む、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 14, wherein the surface of the carrier gun body further includes an inner surface. 前記キャリアガン体は、全体がナノコンポジット材料から形成されている、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 14, wherein the carrier gun body is entirely formed of a nanocomposite material. 前記ナノコンポジット材料は、ナノ構造合金をさらに含む、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus of claim 14, wherein the nanocomposite material further comprises a nanostructured alloy. 前記ナノコンポジット材料は、鉄基合金をさらに含む、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 14, wherein the nanocomposite material further comprises an iron-based alloy. 前記鉄基合金は金属ガラスから得られる、請求項21記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 21, wherein the iron-based alloy is obtained from metallic glass. 前記鉄基合金の合金成分は、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択される、請求項21記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 21, wherein the alloy component of the iron-based alloy is selected from the group consisting of boron, carbon, chromium, iron, manganese, molybdenum, nickel, niobium, silicon, tungsten, and vanadium. 前記ナノコンポジット材料は、溶射法により前記キャリアガン体に施される、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 14, wherein the nanocomposite material is applied to the carrier gun body by a thermal spraying method. 前記ナノコンポジット材料は、溶接法により前記キャリアガン体に施される、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 14, wherein the nanocomposite material is applied to the carrier gun body by a welding method. 前記ナノコンポジット材料は、前記キャリアガン体の材料と一体である、請求項14記載の穿孔装置。   The perforating apparatus according to claim 14, wherein the nanocomposite material is integral with the material of the carrier gun body.
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