NO337040B1 - Perforeringskanonenhet og fremgangsmåte for å installere en perforeringskanon - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse relaterer seg til perforeringskanoner for bruk i hydrokarbonbrønner og mer spesielt til en enhet av tettede eller forseglede konnektorer og perforeringskanoner som tillater at perforeringskanoner kan håndteres av automatisk pipehåndteringsapparat.

Kompletteringen av olje og gassbrønner med kanonperforering er vel kjent på området. En arbeidsstreng innbefattende en eller flere perforeringskanoner blir senket inn i en brønnforing sementert inn i brønnboringen. Perforeringskanonene blir posisjonert tilstøtende til formasjonen som skal perforeres. Perforeringskanonene blir avfyrt for å trenge gjennom foringen og sementen og danner perforeringer inn i den produserende formasjonen for gjenvinning av de ønskede fluidene. Disse perforeringskanonene anvender typisk formede ladninger for å danne perforeringene.

Det er typisk at et avfyringshode blir posisjonert ved toppen av strengen av kanoner og blir forbundet med den øverste kanonen til en streng av kanoner. En tidsdomeneavfyrer (TDF) blir posisjonert mellom tilstøtende par av kanoner. Når avfyringshodet er utløst, blir den øverste kanonen avfyrt, og tidsdomeneavfyrerne forårsaker så at resten av strengen av kanoner blir avfyrt sekvensielt fra topp til bunn. I enkelte anledninger er avfyringssekvensen fra bunn til topp.

Det er en iboende risiko ved håndtering av de eksplosive komponentene som må sammenmonteres for å danne en perforeringskanon. Selv etter at kanonene er montert, er det en risiko med håndtering av de kompletterte kanonene. De sammensatte kanonene blir typisk forbundet med en borestreng for plassering i borehullet. I økende grad demotiverer eller forbyr sikkerhetsregler den manuelle håndteringen av perforeringskanoner på borerigger på grunn av risikoene som er involvert. Som et resultat er det et behov for apparat og fremgangsmåter som tillater at perforeringskanoner kan håndteres automatisk på borerigger.

Annen kjent teknikk vises i EP 0728913 A2.

En utførelse i den foreliggende beskrivelsen tilveiebringer en perforeringskanonenhet som har eksterne dimensjoner som korresponderer med dimensjonene til standard borerørskjøtkoblinger, og er tilpasset for håndtering av automatiske borerørhåndteringssystemer. En eller flere konvensjonelle perforeringskanoner blir sammensatt eller montert med to tette eller forseglede subenheter som har gjengede rørskjøtkoblinger.

I en utførelse bærer det indre av hver tettet subenhet et toveis eksplosiv for å overføre en detonasjon til eller fra perforeringskanonen.

Perforeringskanonenheten i henhold til den foreliggende beskrivelsen er sammenmontert i en borestreng med konvensjonelt borerørhåndteringsutstyr. Multiple enheter kan være forbundet slik som standard borerørskjøter. Når kanonene blir avfyrt, kobler den eksplosive overføringsbanen detonasjonen til suksessive kanoner for å avfyre hele strengen.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i patentkravene angitte trekkene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegningene der

Fig. 1 er en generalisert illustrasjon av et borehull i jorden med en rørstreng som bærer en perforeringskanonenhet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 2 er et tverrsnitt av en øvre tettet konnektor og en del av en perforeringskanon i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 3 er et tverrsnitt av et nedre tettet konnektor og en del av en perforeringskanon i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

I den foreliggende oppfinnelsen skal uttrykkene "øvre", "oppover", "opphulls", "nedre","over", "under", "nedihulls" og lignende slik det benyttes her bety i forhold til bunnen eller lengste utstrekning målt fra overflatelokaliseringen av brønnboringen selv om deler av denne kan avvike fra vertikalretningen eller kan være horisontal. Disse uttrykkene er ment å beskrive den relative posisjonen til en perforeringskanon i den vertikale posisjonen som normalt brukes for å montere kononen inn i eller som del av en borestreng for å senkes inn i et borehull. Borehull er normalt hovedsakelig vertikale ved deres overflatelokalisering. Arbeidsstrenger og borestrenger blir normalt forbundet skjøt for skjøt eller seksjon for seksjon med borehulloverflatelokaliseringen ettersom de blir senket inn i borehullet. Mens perforeringskanoner kan bli senket inn i et borehull på en streng av borerør, må det forstås at perforeringskanonenheter ikke er designet til å motstå dreiemomentet som normalt opptrer under boreoperasjoner og vil ikke være tilstede under boreoperasjoner. Disse uttrykkene blir brukt fordi det er hensiktsmessig ved beskrivelsen av oppfinnelsen og er ikke ment å være begrensende.

Fig. 1 illustrerer et borehull 10 som passerer gjennom en jordformasjon 12, hvorfra det kan være ønskelig å produsere fluider. Borehullet 10 er foret med en foring eller foringsrør 14 som er satt i borehullet 10 med sement 16. To perforeringskanoner 18 og 20 er vist posisjonert i borehullet 10 innenfor sonen 12 ved forberedelse for danning av perforeringer gjennom foringen 14 og sementen 16 for å tillate fluider å strømme fra formasjonen 12 inn i foringen 14.

En perforeringskanonenhet 22 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen innbefatter perforeringskanonen 18. Den innbefatter også en øvre tettet eller forseglet konnektor 24 og en nedre tettet eller forseglet konnektor 26. Den øvre konnektoren 24 innbefatter en borerørbokskobling 28 som har en indre avsmalende gjenge. De eksterne dimensjonene til koblingen 28 ligger innenfor toleransene for en standard bokskobling for standard borerør. Som et resultat, er verktøy designet for håndtering av standard borerør i stand til å håndtere kanonenheten 22 som om denne var en borerørskjøt.

Den nedre tette konnektoren 26 innbefatter en borerørsplintkobling som har en ekstern avsmalende gjenge, ikke vist på denne figuren. De eksterne dimensjonene til denne koblingen, spesielt den øvre delen, ligger innenfor toleransene for en standard splintkobling til standard borerør. Som et resultat, kan standard boreutstyr, for eksempel et jernboreassistentelement gripe koblingen 26 for å danne eller bryte en gjenget skjøt.

Enheten 22 blir nedhengt i borehullet 10 med en borestreng innbefattende en rørskjøt 30 som kan innbefatte en avfyrings enhet og detonator for kanonmodulene 18 og 20. Den nedre enden av skjøten 30 innbefatter en standard splintkobling forbundet med den øvre tette konnektoren 24. En annen seksjon av borerør 32 kan ha en øvre bokskobling forbundet med en nedre tett konnektor 26. En nedre splintkobling 36 av skjøt 32 kan være forbundet til en øvre tett konnektor 38 som danner del av en andre perforeringskanonenhet i samsvar med den foreliggende beskrivelsen innbefattende perforeringskanonen 20. Seksjonen 32 kan innbefatte en detonasjonstreng som løper fra ende til ende for å overføre tenning mellom kanonmoduler 18 og 20.

Fig. 2 viser en tverrsnittsillustrasjon av den øvre, tette konnektoren 24 og en del av perforeringskanonen 18 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Som beskrevet ovenfor, er mesteparten av de eksterne dimensjonene og formen til den øvre konnektoren 24 ekvivalente med standard borerør eller verktøyskjøter. Hovedlegemet 40 til en konnektor 24 kan for eksempel være en sylinder som har en nominell ytre diameter på 8.9 cm (3,5 tomme), som blir brukt i standard 8.9 cm (3,5 tomme) borerør.

I denne utførelsen har hovedlegemet 40 en lengde på omtrent 33,0 cm (13 tommer). Ved den øvre enden av legemet 40 er det en ekstern ytre del 28 som har en ekstern nominell diameter på omtrent 10,2 cm (4,75 tomme). Som illustrert, har den øvre delen 28 en standard avsmalnende indre gjenge 42 som er komplementær med standard borerørsplintkoblinger. På den nedre enden av legemet 40 er det en annen endedel 44 tilpasset for kobling til en standard perforeringskanonmodul 18 gjengede hunende. Delen 44 innbefatter en rett seksjon 46 som har eksterne trapesgjenger komplementære med indre trapesgjenger 48 på den øvre enden av kanonmodulen 18. Delen 44 har to spor 50 hvori det bæres O-ringer 52 for å danne en fluidtett forsegling med kanonen 18.

Den øvre konnektoren 24 har et sentralt hulrom 54 som strekker seg fra dens nedre ende i delen 44 nærmest til bunnen av boksgjengen 42 i den øvre enden av konnektoren 24. Hulrommet 54 er lukket ved dets øvre ende av en tynn vegg 56 som danner del av bunnen til bokskoblingen 42.

En eksplosiv anordning 58 er anordnet i hushulrommet 54 og er tilpasset til å tilveiebringe en eksplosiv overføring i hvilke som helst retning mellom den øvre enden av konnektoren 24 og perforeringskanalen 18. Anordningen 58 kan omfatte en innsats 60 som holdes i den øvre enden av hulrommet 54 av en holdeinnretning, slik som friksjonsinngrepet til en O-ring. En forsterkerladning 64 er anordnet på den nedre enden av innsatsen 58. Forsterkeren 64 har et metallisk parti 66 som er krympet rundt en nedre ende av en lengde av detonasjonsstrengen 68. En detonasjonsstrenginitiator 70 har et metallisk parti 72 som er krympet rundt den øvre enden av detonasjonsstrengen 68. Detonasjonsstrengen 68 bæres løst inne i hulrommet 54 og holdes på plass av forbindelse med forsterkerladningene ved dens ender. Detonasjonsstrenginitiator 70 innbefatter også en kraftladning 74. En formet ladning 76 som har et konisk hulrom 78 er anordnet tilstøtende til ladningen 74. Hulrommet 78 til den formede ladningen 76 er rettet mot veggen 56 som lukker den øvre enden av hulrommet 54. Ved detonasjon vil ladningen 76 perforere veggen 56 for å kunne overføre tenning til anordninger forbundet over konnektoren 24. Alternativt kan en detonator eller annen tenningsoverføringsanordning over konnektoren 24 ha en tilsvarende formet ladning som kan perforere veggen 56 for å tenne den formede ladningen 76 og resten av anordningen 58 for å overføre tenning til perforeringskanonen 18.

Perforeringskanonen 18 er forbundet med den nedre enden av øvre konnektor 24 ved hjelp av den gjengede skjøten 46,48. En fluidtett forsegling for skjøten er tilveiebragt av O-ringene 52. En forsterker 80 er posisjonert i kanon 18 tilstøtende til forsterkeren 64 i den nedre enden av den øvre konnektoren 24. Forsterkeren 80 er forbundet med en detonasjonsstreng 82, som er koblet til perforeringsladninger, fortrinnsvis formede ladninger i kanonen 18. Det er ingen tetninger eller metallvegger som skiller forsterkladningene 60 og 80. Ved tenning av en ladning vil tenningen bli overført til den andre ladningen.

Fig. 3 tilveiebringer en tverrsnittsillustrasjon av den nedre forseglede eller tette konnektoren 26 og en nedre del av perforeringskanonen 18 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Den nedre konnektoren 26 har eksterne dimensjoner som er ekvivalente med standard borerør eller verktøykoblinger. Av grunner som vil være åpenbare har den nedre konnektoren 26 ikke et delparti som har den nominelle borerørdiameteren. Isteden har den et øvre knekkparti 84 som har en nominell diameter på 10,2 cm (4,75 tommer) som korresponderer med standard

borerørsplintkoblingsknekker. Under knekken 84 er det en avsmalende gjengesplintkobling 86. Knekken 84 og koblingen 86 har dimensjoner som korresponderer med standard borerør eller verktøyskjøt, splintkoblinger. Over knekken 84 er det en rett gjenget seksjon 85 tilpasset for å danne en forseglet eller tett forbindelse mellom en hunende av perforeringskanon 18. Seksjonen 85 har en trapesgjenget seksjon 90 og O-ringseksjon 92 for å danne en forseglet gjenget forbindelse med den nedre enden av kanonen 18.

Den nedre konnektoren 26 har et indre hulrom 94 som strekker seg fra en øvre ende av den gjengede seksjonen 85 til en tynn vegg 96 ved den nedre ende av splintkoblingen 86. Inne i hulrommet 94 bæres en eksplosiv anordning 96 som kan være hovedsakelig identisk med den eksplosive anordningen 58 båret inne i den øvre konnektoren 24. Detonasjonsstrengen 98 i nedre konnektorer 26 er noe kortere enn strengen 68, siden den nedre konnektoren 26 kan være kortere enn den øvre konnektoren 24.

Den nedre enden av kanonen 18 bærer en forsterkerladning 100 posisjonert motstående til den eksplosive anordningen 96 i den nedre konnektoren 26. Den innbefatter også den andre enden av detonasjonsstreng 82. Ladningen 100 er tilstøtende til anordningen 96 i den nedre konnektoren. Det er ingen tetninger eller metallvegger som separerer ladningene 96 og 100. Ved tenning av en av ladningene vil tenningen bli overført til den andre ladningen.

I denne utførelsen har konnektorene 24,26 hver en gjenget hanseksjon 46,85 tilpasset for gjenget kobling til en gjenget hunende av en perforeringskanonenhet. Dette arrangementet foretrekkes siden de fleste vanlige kanonenheter har gjengede hunkoblinger på begge ender. Det er åpenbart at gjengene til konnektorene 24,26 tilpasset for tilkobling til perforeringskanonen kan være tilveiebragt med en gjenget hunkobling dersom det er behov for perforeringskanoner som kan ha en gjenget hankobling, eller som kan sammensettes med en tandemkobler.

Den foreliggende beskrivelsen tillater trygg håndtering av perforeringskanoner på borerigger. Den tillater kanonene å monteres i arbeidsstrenger og senkes inn i et borehull automatisk slik at arbeidere ikke blir eksponert for skader fra utilsiktet tenning av kanonene. Enheten av perforeringskanonen 18 med en øvre konnektor 24 og en nedre konnektor 26 kan bli utført i et kontrollert miljø eller omgivelser i en bygning i avstand fra boreriggen. Dersom det er ønskelig kan flere enn en kanon 18 bli forbundet i en kanonenhet med en øvre konnektor 24 og en nedre konnektor 26.1 noen utførelser kan en konvensjonell tandemkanonkonnektor bli brukt for mekanisk og eksplosivt å koble suksessive kanoner. I ethvert tilfelle er den komplette enheten fullstendig tett eller forseglet. Dvs. at alle eksplosive komponenter er innkapslet i metallhus. De øvre og nedre endene er tettet eller forseglet ved hjelp av veggene 56 og 96 i øvre og nedre konnektorer 24 og 26. Dette reduserer sjansen for utilsiktet tenning som et resultat av utilsiktet mekanisk kontakt, flamme eller elektrisk gnist. Den komplette enheten kan trykktestes i fabrikken for å undersøke om det er fluidlekkasjer. Det er ikke noe behov for å åpne den komplette kanonenheten etter testing. Dette hjelper til med å unngå ødeleggelse på grunn av lekkasje av borefluider når kanonen 18 blir posisjonert i et borehull.

Den komplette kanonenheten med øvre og nedre konnektorer 24,26 kan transporteres til borestedet slik som andre rørformede enheter. Den kan håndteres med samme rørhåndteringsutstyr som benyttes for å håndtere borerør, verktøysammenføyninger, etc. Når det er tid for å installere kanonen eller kanonene i et borehull for avfyring, blir kanonenheten automatisk løftet i posisjon på boreriggen uten behov for menneskekontakt eller eksponering. Automatiske elevatorer er designet til å gripe den øvre enden av borerørskjøter med foringer eller hylser tilformet til å passe til den øvre eksterne knekken til den øvre koblingen og en lengde av skjøten under knekken. Den øvre konnektoren 24 delseksjonen 40 har fortrinnsvis en lengde som er tilstrekkelig til å gripes på denne måten av konvensjonelt elevatorutstyr. Den beskrevne utførelseslengde på omtrent 33,0 cm (13 tommer) ble valgt basert på dimensjonene til slikt elevatorutstyr. De ytre diameterne til knekkene 28 og 84 har standard diametere som jernboreassistentverktøy er designet til å gripe for å danne gjengede skjøter ettersom rør blir kjørt inn i borehullet eller bryte disse skjøtene når rør blir fjernet fra borehullet. Som illustrert på fig. 1, kan to kanonenheter 18 og 20 være separert av en avstandsseksjon 32. Seksjonen 32 vil normalt være en tenningskoblingsladning. Seksjonen 32 kan være laget av en konvensjonell tenningskoblingsanordning mellom en konnektor 24 og en nedre konnektor 26 i samsvar med den foreliggende beskrivelsen. Dette arrangementet tillater at tenningskoblingsskjøten 32 også kan håndteres og monteres inn i rørstrengen fullstendig med automatisk utstyr på boreriggen.

Mens den foreliggende oppfinnelsen har blitt illustrert og beskrevet med hensyn på et bestemt spesifikt apparat og fremgangsmåter for drift, er det åpenbart at forskjellige endringer kan utføres innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelsen slik den er definert i de medfølgende kravene.

Claims (7)

1. Perforeringskanonenhet (22),karakterisert vedat den omfatter en øvre konnektor (24) som har en borerørkobling (28) på en øvre ende og har en nedre ende som er gjenget for å passe inn med en perforeringskanon (18), en perforeringskanonmodul (18) som har en første ende som er gjenget til den nedre enden av den øvre konnektoren (24), og en nedre konnektor (26) som har en borerørkobling på en nedre ende og har en øvre ende som er gjenget til en andre ende av perforeringskanonmodulen (18).

2. Perforeringskanonenhet ifølge krav 1,karakterisertved at de gjengede forbindelsene mellom den øvre konnektoren (24) og perforeringskanonen (18) og mellom den nedre konnektoren (26) og perforeringskanonen (20) hver omfatter en fluidtett pakning eller forsegling.

3. Perforeringskanonenhet ifølge krav 1,karakterisertv e d at den øvre konnektor (24) som har et lineært parti mellom den øvre og nedre enden, den øvre enden og det lineære partiet har eksterne dimensjoner som er ekvivalente med standard borerør tilpasset håndtering med automatisk borerørhåndteringsutstyr, den øvre enden av den øvre konnektoren (24) har et gjenget parti tilpasset for gjenget forbindelse med borerørkoblingen (28).

4. Apparat ifølge krav 3,karakterisert vedat den øvre konnektoren (24) videre omfatter et hulrom (54) som strekker seg fra en åpning i den nedre enden til en nedre side av en tetningsvegg (56) i den øvre enden.

5. Apparat ifølge krav 4,karakterisert vedat den øvre konnektoren (24) videre omfatter en eksplosiv anordning (58) båret i hulrommet (54) og som strekker seg fra åpningen til tetnings veggen (56).

6. Fremgangsmåte for å installere en perforeringskanon i en arbeidsstreng på en borerigg,karakterisert vedat den omfatter: å danne en første perforeringskanonenhet (22) på et sted forskjellig fra boreriggen, ved å montere en øvre konnektor (24) og en nedre konnektor (26) til motstående ender av en perforeringskanon (18), hvilke konnektorer (24, 26) har en kobling tilpasset for forbindelse til standard borerørkoblinger, transportere den første enheten (22) til en borerigg og bruke automatisk rørhåndteringsutstyr for å forbinde den første enheten (22) inn i en arbeidsstreng.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor de øvre (24) og nedre (26) konnektorene danner fluidtette forseglinger med perforeringskanonen (18),karakterisert vedat den videre omfatter å lekkasjeteste enheten på et sted forskjellig fra boreriggen.