NO341509B1 - Perforeringssystem omfattende et energirikt materiale - Google Patents

Abstract

Et perforeringssystem, inkludert en rettet sprengladnings-sammenstilling omfattende et ladningshus, en fôring og et hovedlegeme av eksplosiv. Materialet i perforerings-systemkomponentene, inkludert kanonlegemet, ladningshuset og fôringen kan utgjøres av et energetisk materiale som brenner ved detonasjon av den rettede sprengladning. Materialet kan være et oksidasjonsmiddel, wolfram, sementpartikler, gummiblandinger, kompound-fibre, KEVLAR(r), stål, stållegeringer, sink og kombinasjoner av disse.

Description

PRIORITET

Denne søknad krever prioritet fra US foreløpig søknad med serienr.

60/809,004, innlevert 26. mai 2006 og patent med serienr.11/789,310, innlevert 24. april 2007.

TEKNISK OMRÅDE

Oppfinnelsen vedrører generelt området olje- og gassproduksjon. Mer spesifikt vedrører den foreliggende oppfinnelse et rettet sprengladningssystem og/eller kanonlegeme. Enda mer spesifikt vedrører den foreliggende oppfinnelse et perforeringskanonsystem som etter detonasjon av dens tilknyttede rettede sprengladninger minimerer brønnboringens kanonfragmenter som produseres under brønnperforeringer. Kanonsystemet kan også være designet til å forsvinne ved initiering, slik at man kvitter seg med operasjoner med opphenting av utstyr som er igjen nede i hullet.

BAKGRUNN

Perforeringssystemer brukes blant annet for det formål å lage hydrauliske kommunikasjonspassasjer, kalt perforeringer, i brønnboringer som bores gjennom jordformasjoner, slik at forhåndsbestemte soner av jordformasjonene kan forbindes hydraulisk til brønnboringen. Perforeringer er nødvendig fordi brønnboringer typisk kompletteres ved koaksial innsetting av et rør eller et fôringsrør i brønnboringen, og fôringsrøret holdes på plass i brønnboringen ved pumping av sement inn i det ringformede rom mellom brønnboringen og fôringsrøret. Det sementerte fôringsrør anordnes i brønnboringen for det spesifikke formål å isolere de forskjellige jordformasjoner som penetreres av brønnboringen hydraulisk fra hverandre. Som det er kjent, finnes det inne i disse formasjoner hydrokarbonholdige strata, så som reservoarer. Brønnboringene krysser typisk disse reservoarer.

Perforeringssystemer omfatter typisk én eller flere perforeringskanoner som er sammenbundet i streng, idet disse strenger av kanoner enkelte ganger kan overstige 304,8 m perforeringslengde. I perforeringskanonene er det inkludert rettede sprengladninger som typisk inkluderer et ladningshus, en fôring og en mengde av høyeksplosiv som er innsatt mellom fôringen og ladningshuset. Når høyeksplosivet detoneres, bringer kraften fra detonasjonen fôringen til å falle sammen, og støter den ut fra én ende av ladningen ved svært høy hastighet, i et mønster som kalles en "stråle". Strålen penetrerer fôringsrøret, sementen og et omfang av formasjonen.

På grunn av den høye kraft som forårsakes av eksplosivet, blir den rettede sprengladning og dens tilknyttede komponenter ofte brutt i stykker i mange fragmenter, hvorav enkelte kan forlate perforeringskanonen i fluidene inne i brønnboringen. Disse fragmenter kan tilstoppe så vel som å skade innretninger så som strupere og manifolder, hvilket begrenser strømmen av fluider gjennom disse innretninger og eventuelt hemmer mengden av hydrokarboner som produseres fra den bestemte brønnboring. Det finnes derfor et behov for en anordning og en fremgangsmåte for gjennomføring av perforeringsoperasjoner som i vesentlig grad kan redusere fragmentering som er forbundet med perforering og således minimerer rester som er igjen.

WO 2005/035939 A1 omtaler en rettet ladning som omfatter et ladningshus, en fôring og et hovedlegeme av eksplosiv anbrakt mellom ladningshuset og fôringen. Et energetisk materiale danner ladningshuset og fôringen, slik at ved detonasjon kan ladningshuset og fôringen forbrukes ved reaksjonen for å redusere sannsynligheten for dannelsen av fragmenter. For eksempel er det energetiske materialet en støkiometrisk blanding av minst to metaller som er i stand til ved aktivering å fremstille et mellommetallisk produkt og varme.

OFFENTLIGGJØRING AV OPPFINNELSEN

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en rettet sprengladning, omfattende:

- ladningshus;

- en fôring; og

- et hovedlegeme av eksplosiv anordnet mellom ladningshuset og fôringen, - et energetisk materiale som danner ladningshuset og fôringen, og

- det energetiske materialet er valgt fra listen bestående av et drivmiddel, et oksidasjonsmiddel og en kombinasjon av disse, ammoniumperklorat og kaliumperklorat eller en kombinasjon av disse, slik at når det energetiske materialet er initiert, forandrer tilstanden av energetiske materialet fra et fast materiale til en vesentlig dampfasesammensetning

kjennetegnet ved at

- wolfram- og sementpartikler er tilført det energetiske materialet.

Foretrukne utførelsesformer av den rette sprengladning er videre utdypet i kravene 2 til og med 4.

En perforeringssammenstilling, omfattende minst én perforeringskanon som har en rettet sprengladning omfattende et ladningshus, en fôring og et hovedlegeme av eksplosiv. Komponentene i perforeringskanonen kan utgjøres av energetisk materiale som går i oppløsning ved detonasjon av den rettede sprengladning. De individuelle komponenter inkluderer perforeringskanoner (dvs. hus og kanonrør), rettede sprengladninger, rettet sprengladningshus og rettede sprengladnings-fôringer. Materialet kan være et oksidasjonsmiddel, wolfram, wolframlegeringer, magnesium, magnesiumlegeringer, sementpartikler, gummiblandinger, kompound-fibre, KEVLAR®, stål, stållegeringer, sink og kombinasjoner av disse.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 viser et perspektiv-tverrsnittsriss av en utførelse av en ladningsbærer. Fig. 2 illustrerer et delvis tverrsnittsriss av en utførelse av et perforeringssystem.

MODUS/MODI FOR UTFØRELSE AV OPPFINNELSEN

Med henvisning til tegningene som her fremlegges, viser fig.1 et tverrsnittsriss av en utførelse av den foreliggende oppfinnelse i et utseende fra siden. Som vist, er denne utførelse en rettet sprengladning 10 som omfatter et ladningshus 1, en fôring 5, eksplosiv 2, en tenner 4 og en valgfri tildekning 6. I en utførelse, kan materialet i ladningshuset 1 og fôringen 5 omfatte et reaktivt energetisk materiale som forandrer sin tilstand fra et fast materiale til en sammensetning som hovedsakelig er i dampfase. Reaksjonen i det energetiske materiale (dvs. dets tilstandsforandring) kan fremkalles etter aktivering av den rettede sprengladning 10. Initiering av reaksjonen i det energetiske materialet kan utføres ved aktiveringen av den rettede sprengladning 10, eller ved hjelp av en separat initieringshendelse. Det bør imidlertid skje etter aktivering av den rettede sprengladning 10. Det skal påpekes at det energetiske materiale kan ha sin tilstandforandring samtidig med aktivering av den rettede sprengladning 10 eller ved et tidspunkt etter dette. Effekten av den rettede sprengladnings detonasjon produserer temperatur- og trykkforandringer som i sin tur kan initiere den reaktive tilstandsforandring i materialet.

Materialet kan omfatte et eksotermisk reaktivt materiale så som et oksidasjonsmiddel eller drivmiddel. Eksempler på slike eksotermiske reaktive materialer inkluderer blant andre ammonium perklorat og kalium perklorat, så vel som kombinasjoner av slike forbindelser. Reaksjonen i materialet på grunn av den rettede sprengladnings detonasjon fordamper virksomt det energetiske materiale etter den rettede sprengladnings detonasjon, hvilket eliminerer tilstedeværelsen av rester fra komponenter av den rettede sprengladning 10 etter eksplosjonen.

Additiver kan valgfritt inkluderes med det energetiske materiale, idet disse inkluderer wolfram, magnesium, sementpartikler, gummiblandinger, kompoundfibre, KEVLAR®, stål, stållegeringer, sink og kombinasjoner av disse. Slike additiver kan desensibilisere det energetiske materiale for å forebygge en ikke-planlagt reaksjon i materialet. I tillegg kan desensibiliserende additiver senke reaksjonshastigheten til tilstandsforandringen i det energetiske materiale, hvilket reduserer lokal trykkoppbygging under fordamping. Disse additiver kan også øke fastheten av det energetiske materiale. Desensibilisering av materialet kan være særlig nyttig når sluttproduktet (dvs. fôringen eller ladningshuset) utsettes for en omgivelse som kan fremme tidlig initiering av materialet, så som et kraftig støt og/eller vibrasjon, eller en hendelse som introduserer svært høy temperatur og/eller trykk på materialet. Fasthet av materialet er viktig når det energetiske materiale brukes til å danne den rettede sprengladnings hus 1.

For det nåværende brukes oksidasjonsmidler i produksjonen av underjordiske hydrokarboner for å danne trykk i en hydrokarbonproduserende brønnboring. En slik økning i trykk kan være nyttig for stimulering av et hydrokarbonholdig reservoar som krysses av brønnboringen. Disse oksidasjonsmidler er vanligvis i form av et rør som er ubeskyttet mot brønnboringen og avfyres med en ballistisk virkning som bryter opp materialet og brenner, hvilket danner trykk i brønnboringen.

Det vises nå til fig.2, hvor en ytterligere utførelse av innretningen som her offentliggjøres er tilveiebrakt. Fig.2 tilveiebringer et perforeringssystem 20 som ved hjelp av vaierledning 15 er anordnet i en brønnboring 17, hvor brønnboringen 17 krysser en underjordisk formasjon 9. Det skal imidlertid påpekes at perforeringssystemet 20 ikke er begrenset til å være anordnet i en vaierledning, det kan også utplasseres på rør, så som rørtransportert perforering, eller en hvilken som helst annen nå kjent eller senere utviklet måte for utplassering og/eller styring av et perforeringssystem. Fremgangsmåten til operasjon er dessuten ikke begrenset til en bestemt måte, og kan inkludere avfyring under trykk så vel som avfyringshoder. Som vist omfatter perforeringssystemet 20 individuelle perforeringskanoner 22 som er sammenstilt til en kanonstreng. Aperturer 26 er tildannet på legemet av kanonene 22 for mottak av rettede sprengladninger deri, så som den rettede sprengladning ifølge den foreliggende offentliggjøring. Detonasjon av de rettede sprengladninger kan initieres fra overflaten 7 ved hjelp av et signal via vaierledningen 15, til sist til de rettede sprengladninger. Ved detonasjon av de rettede sprengladninger dannes stråler 24 som strekker seg inn i formasjonen 9. I tillegg til den rettede sprengladning og fôringen, kan andre elementer av perforeringssystemet 20 utgjøres av det energetiske materiale som forandrer form etter detonasjon av de rettede sprengladninger. De andre elementer i perforeringssystemet 20 som kan være dannet av det energetiske materiale inkluderer kanonlegemet, eventuelle forbindelsesrørdeler som forbinder tilgrensende kanonlegemer, kanonrør og eventuelt annet materiale som kan utgjøre en komponent i et perforeringssystem.

Den foreliggende oppfinnelse som her beskrives, er derfor godt tilpasset til å utføre hensiktene og oppnå formålene og fordelene som er nevnt, så vel som andre som er iboende deri. Selv om en for det inneværende foretrukket utførelse av oppfinnelsen har blitt gitt med henblikk på offentliggjøring, finnes det tallrike forandringer i detaljene i prosedyrene for å oppnå de ønskede resultater. For eksempel, er den oppfinnelse som her beskrives anvendbar på enhver rettet sprengladnings-fasing, så vel som enhver tetthet av rettede sprengladninger. Oppfinnelsen kan dessuten benyttes med enhver størrelse av perforeringskanon. Det skal også påpekes at den anordning som her offentliggjøres ikke er begrenset til en rettet sprengladning til bruk sammen med en perforeringskanon, men også kan inkludere enhver type av ballistisk rettet sprengladning � så som de rettede sprengladninger som brukes innen våpen- og ordinans-relatert teknologi. Disse og andre lignende modifikasjoner vil med letthet foreslå seg selv for de som har fagkunnskap innen teknikken, og der er meningen at de skal omfanges av den foreliggende oppfinnelses idé slik den her offentliggjøres og omfanget av de vedføyde krav.