RU2263769C2

RU2263769C2 - Способ и устройство для защиты взрывчатых веществ

Info

Publication number: RU2263769C2
Application number: RU2003101341/03A
Authority: RU
Inventors: Маниш КОТХАРИ (US); Маниш КОТХАРИ; Венбо ЯНГ (US); Венбо ЯНГ; Альфредо ФЕЙЯРД (US); Альфредо ФЕЙЯРД; Энтони Ф. ВЕНЕРУСО (US); Энтони Ф. Венерусо; Лоуренс А. БЕРМАНН (US); Лоуренс А. БЕРМАНН; Джек Ф. Мл. ЛЕНДС (US); Джек Ф. Мл. ЛЕНДС; Клод Д. ДЖОУНС (US); Клод Д. ДЖОУНС
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2005-11-10
Also published as: NO20025523D0; US6386296B1; CA2413531A1; MY127368A; CA2413531C; AU2001268382A1; DE10196366T5; GB0225345D0; WO2001098624A1; GB2379687A; DE10196366B4; GB2379687B

Abstract

Изобретение относится к области защиты взрывчатых веществ, используемых в скважинах. Обеспечивает уменьшение эффектов разложения взрывчатых веществ. Сущность изобретения: устройство содержит кожух перфоратора или кумулятивного заряда, взрывчатое вещество в кожухе и модуль, содержащий поглощающий материал и размещенный в кожухе вблизи взрывчатого вещества для поглощения агрессивной текучей среды. Взрывчатое вещество находится вне модуля. Стреляющий перфоратор для использования в стволе скважины содержит взрывчатый компонент, поглощающий материал, размещенный близко к взрывчатому компоненту, для поглощения агрессивной текучей среды и защиты этого взрывчатого компонента и модуль, содержащий поглощающий материал. Взрывчатый компонент размещен вне модуля. По способу защиты взрывчатого вещества в высокотемпературной окружающей среде размещают поглощающий материал, эффективный при температуре, превышающей 140 °F, близко к взрывчатому веществу для поглощения агрессивной текучей среды и защиты этого взрывчатого вещества. Поглощающий материал помещают внутрь кожуха перфоратора или кумулятивного заряда. Вводят в ствол скважины сборку, включающую взрывчатое вещество, кожух и поглощающий материал. Взрывчатое вещество находится снаружи кожуха. Инструмент для использования в стволе скважины содержит элемент для выполнения операции внутри скважины, взрывчатое вещество и один или более модулей, содержащих поглощающий материал, для поглощения агрессивной текучей среды. Каждый из одного или более модулей содержит контейнер, в котором размещен поглощающий материал. Контейнер содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из металлического сита, металлической сетки и пористого пластика. Устройство для использования в стволе скважины содержит защитный материал, способный взаимодействовать с агрессивной текучей средой, для уменьшения вредных эффектов, и контейнер, выполненный, по меньшей мере, частично из защитного материала, способного расплавляться при температуре в стволе скважины, раскрывая защитный материал. 5 н. и 30 з.п.ф-лы, 10 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к защите взрывчатых веществ, таких как взрывчатые вещества, используемые в окружающих средах скважин.

Одной операцией, которую проводят при заканчивании скважины, является создание перфорационных отверстий в пласте. Это обычно делают, опуская перфораторную колонну на желаемую глубину в стволе скважины и приводя эту перфораторную колонну в действие для подрыва кумулятивных зарядов. Кумулятивные заряды при подрыве создают перфорационные струи, которые образуют отверстия в окружающей обсадной колонне, а также продолжают эти отверстия в окружающий пласт.

Существуют различные типы стреляющих перфораторов. Стреляющий перфоратор одного типа включает в себя капсюльные кумулятивные заряды, устанавливаемые на колонне в различных конфигурациях. Капсюльные кумулятивные заряды защищены индивидуальными контейнерами или капсюлями от влияния жестких условий среды, окружающей ствол скважины. Стреляющий перфоратор другого типа включает в себя некапсюльные кумулятивные заряды, загруженные в герметично уплотненный корпус для защиты. Такие стреляющие перфораторы иногда называют корпусными перфораторами. Некапсюльные кумулятивные заряды таких корпусных перфораторов можно устанавливать в загрузочной трубе, которая заключена внутри корпуса, соединяя при этом каждый кумулятивный заряд с детонирующим шнуром. При активации в детонирующем шнуре возбуждается детонационная волна для подрыва кумулятивных зарядов. В корпусном перфораторе заряды выстреливаются сквозь корпус в пласт, окружающий обсадную колонну.

Надежность скважинных стреляющих перфораторов зависит от механических свойств и рабочих характеристик многих компонентов и материалов, которые подвергаются воздействию неблагоприятных условий (например, высоких температур, механического удара и вибрации, и т.д.). Негативное влияние на взрывчатые компоненты также могут оказывать вода или ее пар и другие агрессивные газы или жидкости, которые образуются в самих перфораторах. Типичные взрывчатые компоненты в стреляющем перфораторе включают в себя кумулятивные заряды и детонирующие шнуры. Как показано на фиг.1, кумулятивный заряд 10 в типичном случае включает в себя основной заряд 16 взрывчатого вещества и металлическую облицовку 20, причем и заряд, и облицовка заключены во внешнем корпусе 12. К тыльной стороне основного заряда 16 взрывчатого вещества подсоединен запальный заряд 14, который баллистически связан с детонирующим шнуром 24. Детонационная волна, распространяющаяся по детонирующему шнуру 24, переносит энергию к запальному заряду 14, который в свою очередь инициирует основной заряд 16 взрывчатого вещества. Детонация основного заряда взрывчатого вещества вызывает смятие облицовки с образованием перфорационной струи.

Ниже приведены примеры повреждения, которое может быть причинено взрывчатым компонентам в агрессивной окружающей среде. Может быть повреждена внешняя оболочка детонирующего шнура, что может увеличить вероятность обрыва детонирующего шнура, вследствие чего в перфораторах не происходит подрыв зарядов. Повреждение внешней оболочки детонирующего шнура может также нанести ущерб безопасности. Детонирующий шнур может быть случайно защемлен, что может заставить его инициировать подрыв.

Агрессивная окружающая среда также лишает чувствительности взрывоопасные вещества в детонирующих шнурах, кумулятивных зарядах или другим компонентах, что может привести к отсутствию подрыва в стреляющем перфораторе. Если перфораторную колонну опускают на некоторую желаемую глубину, но по какой-то причине не могут привести перфоратор в действие, то произошел холостой прогон. Эта ситуация требует вытащить перфораторную колонну из ствола скважины и заменить ее новой перфораторной колонной, что обуславливает затраты времени и денег. Попытка извлечения перфоратора, в котором не произошел подрыв, из ствола скважины также может оказаться рискованной операцией.

Кроме того, для взрывчатого вещества имеется некоторый диапазон времени и температуры, в котором это взрывчатое вещество является термостойким. Если взрывчатое вещество оказалось вне этого диапазона, то это взрывчатое вещество начинает разлагаться, загораться или автоматически детонировать. Присутствие водяного пара воздействует как катализатор, который дополнительно увеличивает скорость разложения взрывчатого вещества. Другие продукты разложения также могут воздействовать как катализаторы, что проявляется в ускорении разложения.

Например, в стреляющем перфораторе, раскрытом в SU 110540, для защиты кумулятивных зарядов используют стеклянный сосуд Дьюара, в котором размещают указанные кумулятивные заряды. Однако при этом обеспечивается защита зарядов только от повышенной температуры в стволе скважины, в то время как вода или ее пар и другие агрессивные газы или жидкости, которые образуются в самом сосуде Дьюара, продолжают оказывать негативное влияние на взрывчатые компоненты.

Таким образом, существует потребность в способе и устройстве для защиты взрывчатых веществ в агрессивной окружающей среде и для уменьшения эффектов разложения взрывчатых веществ, которые могут возникать внутри ствола скважины или на поверхности.

Сущность изобретения

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предлагается устройство, включающее в себя кожух, причем кожух является либо кожухом перфоратора, либо кожухом кумулятивного заряда; взрывчатое вещество в кожухе и материал, размещенный в кожухе вблизи взрывчатого вещества, для удаления агрессивной жидкости с целью защиты взрывчатого вещества.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается стреляющий перфоратор для использования в стволе скважины, содержащий взрывчатый компонент, поглощающий материал, размещенный близко к взрывчатому компоненту, для поглощения агрессивной текучей среды для защиты этого взрывчатого компонента и модуль, содержащий поглощающий материал, причем взрывчатый компонент размещен вне модуля.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ защиты взрывчатого вещества в высокотемпературной окружающей среде, заключающийся в том, что размещают поглощающий материал, эффективный при температуре, превышающей 140°F, близко к взрывчатому веществу для поглощения агрессивной текучей среды для защиты этого взрывчатого вещества, при этом размещение поглощающего материала заключается в том, что поглощающий материал помещают внутрь кожуха, причем взрывчатое вещество находится снаружи кожуха, и вводят сборку, включающую в себя взрывчатое вещество, кожух и поглощающий материал в ствол скважины.

Другие конкретные варианты осуществления и признаки станут очевидными из нижеследующего описания, из чертежей, а также из формулы изобретения.

Перечень фигур чертежей

На фиг.1 изображен обычный кумулятивный заряд.

На фиг.2 изображен конкретный вариант осуществления колонны для заканчивания скважины, имеющей перфораторную колонну с многочисленными перфораторами, соединенными посредством переходников.

На фиг.3 изображен корпусной перфоратор, используемый внутри перфораторной колонны, показанной на фиг.2.

На фиг.4 изображены компоненты, находящиеся внутри корпусного перфоратора, включающего в себя модуль, содержащий поглощающий материал, в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления.

На фиг.5 изображены компоненты, находящиеся внутри переходника, включающего в себя модуль, содержащий поглощающий материал, в соответствии с конкретным вариантом осуществления.

На фиг.6 изображен модуль, содержащий поглощающий материал в соответствии с конкретным вариантом осуществления, используемый в корпусном перфораторе или переходнике, показанном на фиг.4 или 5.

На фиг.7 изображены графики, отображающие скорости разложения взрывчатого вещества при повышении температуры.

На фиг.8 и 9 изображены другие конкретные варианты осуществления взрывчатых компонентов, имеющих поглощающий материал.

На фиг.10 изображен модуль, имеющий контейнер и поглощающий материал, причем контейнер, по меньшей мере, частично выполнен из материала, имеющего относительно низкую температуру плавления.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В нижеследующем описании охарактеризованы многочисленные подробности, позволяющее понять настоящее изобретение. Вместе с тем, специалистам в данной области техники будет ясно, что настоящее изобретение можно осуществить и без этих подробностей, а также что возможны многочисленные изменения и модификации описываемых конкретных вариантов осуществления.

В том смысле, в каком они употребляются в данном описании, термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «вверху» и «внизу», а также другие аналогичные термины, обозначающие относительные положения выше или ниже некоторой заданной точки или элемента, используются в этом описании для более ясной характеристики нескольких конкретных вариантов осуществления изобретения. Вместе с тем, когда они употребляются применительно к оборудованию и способам, предназначенным для использования в скважинах, которые являются наклонными или горизонтальными, такие термины могут относиться к взаиморасположению, рассматриваемому в направлении слева направо, справа налево или к другому взаиморасположению в соответствии с контекстом.

Обращаясь к фиг.2, отмечаем, что здесь изображена возможная колонна для заканчивания скважины, находящаяся в стволе 101 скважины. Ствол 101 скважины может быть облицован обсадной колонной 100, а внутри обсадной колонны 100 может быть расположена колонна 102 насосно-компрессорных труб, назначением которой является создание канала для подвода текучих сред скважины к устьевому оборудованию 106. Кольцевую область между колонной 102 насосно-компрессорных труб и обсадной колонной 100 изолирует пакер 108. По колонне 102 труб можно опускать перфораторную колонну 110, которая может быть прикреплена к поддерживающему приспособлению 104 (например, в форме проволочного каната, гладкого троса или сматываемой трубы), до достижения целевой глубины в стволе 101 скважины.

Для достижения желаемой глубины перфораторная колонна 110 может включать в себя многочисленные перфораторы 112.

Возможная длина каждого перфоратора 112 может достигать 20 футов. Чтобы получить перфораторную колонну длиной в несколько сотен футов или более, несколько перфораторов соединяют друг с другом переходниками 114. Каждый из переходников 114 содержит баллистический передающий компонент, который может быть выполнен в форме донорного и рецепторного промежуточных взрывчатых веществ-детонаторов. Баллистическая передача происходит от одного перфоратора к другому, когда имеет место скачок детонационной волны от донорного промежуточного детонатора к рецепторному промежуточному детонатору. На конце рецепторного промежуточного детонатора находится детонирующий шнур, по которому происходит передача волны и с помощью которого осуществляется подрыв зарядов в следующем перфораторе 112.

Обращаясь к фиг.3, отмечаем, что каждый перфоратор 112 может быть корпусным стреляющим перфоратором, который включает в себя корпус 212, имеющий внутреннюю камеру 215 для заключения в ней загрузочной трубы 214, которая обеспечивает кожух для взрывчатых компонентов стреляющего перфоратора 112. Корпус 212 закупорен, чтобы защитить компоненты, находящиеся внутри этого корпуса, от окружающей среды ствола скважины. Загрузочная труба 214 включает в себя некоторое количество отверстий 217, близко к которым могут быть установлены кумулятивные заряды 216. В изображенном конкретном варианте осуществления загрузочная труба 214 включает в себя кумулятивные заряды 216, расположенные в спиральной компоновке, для осуществления перфорации во множестве направлений. В альтернативных конкретных вариантах осуществления можно использовать другие фазирующие конфигурации.

Детонирующий шнур 220 проходит сквозь верхнюю перегородку 222 корпуса 212 перфоратора и верхнюю часть камеры 215 корпуса в загрузочную трубу 214. Детонирующий шнур 220 пропущен в загрузочную трубу 214 для соединения с кумулятивными зарядами 216. Примеры взрывчатых веществ, которые можно использовать в различных взрывчатых компонентах (например, кумулятивных зарядах 216, детонирующем шнуре 220), включают в себя RDX (гексоген), NMX (оксоген), HNS, ТАТВ и др.

Обнаружено, что присутствие агрессивных газов (включая водяной пар или другие газы) или других агрессивных текучих сред в каждом стреляющем перфораторе 112 или переходнике 114 создает проблемы, особенно - при высоких температурах (например, превышающих примерно 100°С). Влага, улавливаемая в корпусе 212 (например, во время сборки) или переходнике 114, образует водяной пар. Кроме того, во время сборки возможно улавливание загрязняющих веществ, а различные компоненты в стреляющем перфораторе, включая взрывчатые компоненты, могут выделять другие агрессивные газы. Водяной пар наряду с другими газами может образовывать агрессивную окружающую среду внутри перфоратора 112 или переходника 114. Агрессивная окружающая среда может вызывать коробление, охрупчивание или потерю прочности некоторых компонентов. Например, агрессивная окружающая среда может приводить к повреждению внешней защитной оболочки детонирующего шнура 220, в результате чего возможен его обрыв или несрабатывание, что приводит к стрельбе (подрыву зарядов) из перфоратора 112. Кроме того, если внешняя оболочка детонирующего шнура 220 повреждена, наносится ущерб безопасности, поскольку возможно защемление детонирующего шнура 220, приводящее к подрыву зарядов.

Кроме того, для взрывчатых веществ имеются некоторые диапазоны времени и температуры, в которых эти взрывчатые вещества является термостойкими. Если они оказываются вне этого диапазона, то эти взрывчатые вещества могут начать разлагаться, выгорать или автоматически детонировать. Разложение взрывчатых веществ приводит к образованию продуктов (называемых выделяемыми газами), которые могут включать в себя агрессивные газы. Присутствие водяного пара и других газов воздействует как катализатор, что проявляется в ускорении разложения взрывчатого вещества. Ввиду этого разложения возможно снижение надежности, работоспособности и стойкости взрывчатых компонентов.

В том смысле, в каком он употребляется в данном описании, термин «агрессивный газ» относится к любой форме газа, которая может ухудшить или снизить структурную целостность, химическую целостность или стойкость или иную характеристику взрывчатого компонента. Термин «агрессивная текучая среда» относится к любому газу или жидкости, которые оказывают такое же воздействие.

В соответствии с некоторыми конкретными вариантами осуществления изобретения вблизи взрывчатых веществ в инструментах возможно размещение материалов для удаления агрессивных текучих сред с целью защиты взрывчатых веществ. Под удалением понимается поглощение, улавливание, вступление в реакцию и любые другие взаимодействия с агрессивными текучими средами для уменьшения их воздействия на взрывчатые вещества даже при повышенных температурах. В том смысле, в каком он употребляется в данном описании, термин «взрывчатые вещества» также может относиться к метательным взрывчатым веществам, используемым в различных приложениях. Защитные материалы могут реагировать с агрессивными текучими средами, ослабляя их негативное воздействие на взрывчатые вещества. Защитные материалы также могут предотвращать или замедлять реакцию агрессивных текучих сред с взрывчатыми веществами, так что взрывчатые вещества смогут поддерживать свою целостность, несмотря на присутствие агрессивных текучих сред.

В одном конкретном варианте осуществления компоненты, имеющие поглощающие материалы, можно размещать внутри стреляющего перфоратора 112 или переходника 114 (или любого другого инструмента, содержащего взрывчатые компоненты) для поглощения водяного пара и других агрессивных газов, которые могут присутствовать. Поглощающие материалы также могут оказаться способными поглощать жидкости, а не только газы. В нижеследующем изложении речь пойдет об осуществлении защиты взрывчатых веществ с использованием поглощающих материалов; вместе с тем, в дополнительных конкретных вариантах осуществления могут быть применены формы защитных материалов, отличные от рассмотренных выше.

Поглощающие материалы эффективны при относительно высоких температурах (например, превышающих примерно 140°F). Некоторые поглощающие материалы способны эффективно работать даже при более высоких температурах, например, превышающих 200°F и доходящих до 600°F или еще более высоких. Цеолит (рассматриваемый ниже) представляет собой один пример поглощающего материала, который эффективен при высоких температурах. В отличие от этого влагопоглощающие вещества, используемые в приложениях, реализуемых на поверхности, обычно эффективны при комнатной или близкой к ней температуре, но становятся неэффективными, если температура растет. Кроме того, типичные влагопоглощающие вещества, применяемые на поверхности, предназначены для поглощения водяного пара.

Под поглощением понимается связывание или улавливание газов, растворов или жидкостей в твердых телах или жидкостях. За счет использования компонентов, имеющих поглощающий агент, можно поглощать агрессивные газы или жидкости, тем самым уменьшая количество таких газов настолько, что вероятность повреждения взрывчатых компонентов в перфораторе 112 и переходнике 114 уменьшается. Примеры поглощающих агентов включают в себя глинозем, активированный уголь, алюмосиликат кальция, фарфор на основе монтмориллонитовой глины, силикагель, семейство молекулярных сит (ультрафильтров) на основе органосиликатов или органоалюмосиликатов, или металлосиликатные молекулярные сита, такие как алюмофосфаты. Выбор поглощающего материала можно проводить исходя из целевых газов или жидкостей, которые предстоит поглощать. Некоторые материалы обладают лучшей способностью поглощать определенные газы или жидкости, чем другие материалы. Для разных целевых газов или жидкостей варьируют размер пор и химическую структуру разных поглощающих материалов.

В одном конкретном варианте осуществления выбираемый поглощающий материал может включать в себя некоторый тип молекулярного сита, содержащего высокотемпературное влагопоглощающее вещество, называемое цеолитом. Цеолит состоит из алюмосиликата натрия и обладает способностью поглощать молекулы воды, а также молекулы других типов, имеющие увеличенные диаметры, например, молекулы ароматических углеводородов с разветвленными цепями. Одна формула состава цеолита имеет вид Na₈₆(AlO₂)₈₆(SiO₂)₁₀₆]·Н₂О. Номинальный размер пор в случае цеолита составляет приблизительно 10 ангстрем. Поры в цеолите улавливают молекулы, имеющие меньшие диаметры. Цеолит поставляется в форме порошка, гранул или шариков. Компонент, включающий в себя цеолит, можно назвать «влагопоглощающим модулем»; вместе с тем, в дополнительных конкретных вариантах осуществления можно применять другие модули или компоненты, включающие в себя поглощающие материалы других типов (или комбинации поглощающих материалов).

Поглощающий материал предназначен для удаления значительного количества агрессивной текучей среды из заданной окружающей среды, например, заключенной внутри кожуха или контейнера. «Значительное» количество - это количество, удаление которого является эффективным для защиты взрывчатого вещества от порчи или для продления срока годности взрывчатого вещества.

Обращаясь к фиг.4, отмечаем, что внутри полого корпуса 212 находится один или более влагопоглощающих модулей 302, которые могут быть выполнены в форме мешочка, коробки или могут иметь другие конфигурации. Влагопоглощающий модуль 302 может быть размещен внутри корпуса 212 близко к взрывчатым компонентам, находящимся в перфораторе, который включает в себя кумулятивные заряды 216 и детонирующий шнур 220. Как показано на фиг.4, могут быть предусмотрены кольцевые уплотнения 304 круглого поперечного сечения для герметичного закупоривания взрывчатых компонентов внутри полого корпуса 212. Один или более влагопоглощающих модулей 302 уменьшают количество агрессивных газов, которые могут образовываться в полом корпусе 212.

Обращаясь к фиг.5, отмечаем, что один или более модулей, обозначенных позицией 402, размещены внутри кожуха 404 переходника 114. Переходник может включать в себя донорное промежуточное взрывчатое вещество-детонатор 406 и рецепторное промежуточное взрывчатое вещество-детонатор 410. Донорное промежуточное взрывчатое вещество-детонатор 406 баллистически связано с первым детонирующим шнуром 408, тогда как рецепторное промежуточное взрывчатое вещество-детонатор 410 баллистически связано со вторым детонирующим шнуром 412. Детонационная волна, проходящая по первому детонирующему шнуру 408, передается в донорное промежуточное взрывчатое вещество- детонатор 406, которое инициирует передачу детонации через зазор 416 в рецепторное промежуточное взрывчатое вещество-детонатор 410. Инициирование рецепторного промежуточного взрывчатого вещества-детонатора 410 вызывает инициирование детонирующего шнура 412. Кожух 404 переходника может быть закупорен так же, как корпус 212 перфоратора. Для предотвращения образования агрессивных газов или жидкостей внутри кожуха 404 переходника в этом кожухе 404 переходника можно разместить один или более влагопоглощающих модулей 402.

Либо в корпусе 212 перфоратора, либо в кожухе 404 переходника соответствующие влагопоглощающие модули 302, 402 можно размещать «вблизи» взрывчатых компонентов. В том смысле, в каком они употребляются в данном описании, термины «вблизи» или «близко» относятся к расстоянию между влагопоглощающим модулем (или компонентом, включающим в себя поглощающий материал) и взрывчатого компонентом, для защиты которого предназначен влагопоглощающий модуль, которое позволяет влагопоглощающему веществу оставаться эффективным. Таким образом, как показано на фиг.4, влагопоглощающий модуль 302 может находиться на одном конце полого корпуса 212, но при этом обеспечивать эффективную защиту для кумулятивного заряда и части детонирующего шнура, располагающихся на другом конце полого корпуса 212. Таким образом, влагопоглощающий модуль 302 находится «близко» к взрывчатому компоненту или «вблизи» него, если этот влагопоглощающий модуль способен решать возложенную на него задачу поглощения агрессивных газов или жидкостей для защиты взрывчатого компонента.

Вместо использования модулей, содержащих поглощающий материал, в других конкретных вариантах осуществления возможно наличие поглощающих материалов, смешанных с взрывчатым веществом, таким как кумулятивный заряд 700, показанный на фиг.8. Поглощающий материал 702, который может быть в форме порошка или гранул, смешан с взрывчаткой 704. В еще одном конкретном варианте осуществления слой 802 поглощающего материала в кумулятивном заряде 800 может находиться между взрывчатым веществом 804 и контейнером 806. В других конкретных вариантах осуществления слой поглощающего материала может быть сформирован на внутренней поверхности кожуха или контейнера, в котором находится взрывчатое вещество. Кроме того, взрывчатое вещество может быть сплавлено с поглощающим материалом.

Обращаясь к фиг.6, отмечаем, что здесь изображен один конкретный вариант осуществления влагопоглощающего модуля 302, 402. Влагопоглощающий модуль включает в себя пакет 502, в котором находится контейнер 504, который содержит химически поглощающий агент 506, который может присутствовать в форме гранул, порошка или шариков. Поглощающий агент 506 в форме гранул, порошка или шариков может быть обернут оберткой или чехлом 508. Обертку или чехол 508 можно изготовить, например, из тефлона. Крышку 507 вводят через отверстие контейнера 504.

Для защиты контейнера 504 и поглощающего агента 506 во время транспортировки и хранения контейнер 504 может быть закупорен внутри внешнего пакета 502. Внешний пакет 502 может быть изготовлен из алюминированной или иным образом металлизированной пластиковой пленки. Пленка может быть изготовлена из термопластичного материала, такого как алюминированный полипропилен, полиэтилен и др. Эта пленка защищает поглощающий материал 506 от преждевременного воздействия атмосферы, поскольку тонкий слой металла является, по существу, непроницаемым для газов.

Тело модуля 504 может быть сформировано из металлического сита или сетки, например, металлического сита или сетки, которые можно найти в дуршлаге или чайном ситечке. Это тело также может быть выполнено из высокотемпературного пористого пластика или жесткого пластика, такого как полиэфирэфиркетон ПЭЭК (от Victrex Pie) или полифениленсульфид марки RITON^® (от Phillips Petroleum Company), а в этом материале могут быть выполнены отверстия. Можно использовать контейнер любого другого типа, который включает в себя одно или более отверстий.

Во время установки в перфораторную систему внешний пакет 502 открывают, а контейнер 504 извлекают для размещения его внутри перфораторной системы (полого корпуса или переходника). Время установки не является критическим параметром ввиду присутствия обертки 508. Когда сборку перфоратора скрепляют винтами, вставная крышка 507 с набором острий может пробивать обертку 508, раскрывая влагопоглощающее вещество 506. В альтернативном варианте чехол или обертку 508 можно отслаивать, чтобы раскрыть влагопоглощающий агент. Чехол или обертку 508 также можно расплавлять или испарять при заранее определенной температуре.

Описаны способ и устройство для защиты взрывчатых компонентов в различных инструментах, таких как инструменты для использования в стволах скважин. Например, эти инструменты могут включать в себя перфораторные колонны, которые содержат уплотненные камеры, в которых могут образовываться агрессивные газы (такие как водяной пар и другие газы) или жидкости. Это может происходить, например, в капсюльных кумулятивных зарядах, уплотненных полых корпусах перфораторов или в переходниках, соединяющих перфораторы. В каждом стреляющем перфораторе типичные взрывчатые компоненты включают в себя кумулятивные заряды и детонирующие шнуры. В переходниках взрывчатые компоненты могут включать в себя промежуточные взрывчатые вещества-детонаторы, такие как донорные и рецепторные промежуточные детонаторы. Образование агрессивных газов может вызвать порчу взрывчатых компонентов или снижение их работоспособности или надежности, что может привести к несрабатыванию. Присутствие агрессивных газов также может создать опасность, поскольку некоторые их компоненты могут оказаться более подверженными случайной детонации. Например, возможно защемление детонирующего шнура с поврежденной оболочкой, в результате чего может произойти инициирование детонирующего шнура. Поглощающий материал, размещенный внутри инструментов, содержащих взрывчатые компоненты, уменьшает количество образующегося агрессивного газа. Кроме того, путем поглощения водяного пара и других газов можно уменьшить скорость разложения даже при относительно высоких температурах. Это продлевает период стойкости взрывчатых веществ.

Обращаясь к фиг.7, отмечаем, что графики 600 и 602 иллюстрируют уменьшение скорости разложения в случае использования цеолита. График 600 отображает скорость разложения в отсутствие цеолита по мере увеличения температуры. График 602 отображает скорость разложения в присутствии цеолита по мере увеличения температуры.

Другие скважинные инструменты, которые могут содержать взрывчатые вещества, включают в себя детонирующие головки, установочные инструменты, в которых взрывчатый элемент используется для активации, разрушаемые запальные свечи, в которых взрывчатое вещество используется в качестве заглушки запальной свечи, инструменты с метательными взрывчатыми веществами и т.д.

Обращаясь к фиг.10, отмечаем, что активируемый температурой модуль 900 включает в себя контейнер 904, содержащий поглощающий материал 902. К контейнеру 904 прикреплена крышка 906, вследствие чего образовалась герметично уплотненная камера. Крышка 906 выполнена из материала, имеющего относительно низкую температуру плавления, который расплавляется при заранее заданной температуре (такой как температуры внутри скважин). В одном конкретном варианте осуществления крышка может быть выполнена из эвтектического материала. Преимущество эвтектического материала заключается в том, что по достижении своей температуры плавления он относительно быстро переходит в жидкое состояние, избегая «кашеобразного» состояния, в котором присутствует смесь твердого вещества и жидкости. Еще одно преимущество эвтектического материала заключается в том, что можно достичь низкой температуры плавления.

Чтобы активизировать функции поглощающего материала во время работы, увеличивают температуру модуля 900, например, путем продвижения инструмента вниз по скважине, так что крышка 906 расплавляется, а поглощающий материал подвергается воздействию атмосферы. Модуль 900 можно разместить близко к взрывчатому веществу. В альтернативном конкретном варианте осуществления весь контейнер может быть выполнен из материала, имеющего низкую температуру плавления.

Хотя при рассмотрении вышеописанных конкретных вариантов осуществления упомянуты инструменты для использования в стволах скважин, способы и устройства, соответствующие дополнительным конкретным вариантам осуществления, можно применять вместе с инструментами для использования на поверхности. Например, такие инструменты для использования на поверхности могут включать в себя инструменты, используемые при горных работах и могущие включать в себя взрывчатые компоненты. Взрывчатые вещества также могут присутствовать в сейсмических приборах, таких как аппаратура для генерирования сейсмических волн в подповерхностные пласты Земли с целью регистрации этих сейсмических волн. В дополнительных конкретных вариантах осуществления возможны и другие приложения. Каждый из этих инструментов, независимо от того, предназначен он для использования на поверхности или внутри скважины, включает в себя элемент, предназначенный для выполнения заранее определенной операции либо на поверхности, либо внутри скважины.

Хотя изобретение описано применительно к ограниченному количеству конкретных вариантов осуществления, для специалистов в данной области техники будут очевидны многочисленные модификации и изменения этих вариантов. Предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и изменения, как находящиеся в рамках объема притязаний изобретения.

Claims

1. Устройство для защиты взрывчатых веществ, содержащее кожух, причем указанный кожух является либо кожухом перфоратора, либо кожухом кумулятивного заряда; взрывчатое вещество в кожухе и модуль, содержащий поглощающий материал, размещенный в кожухе вблизи взрывчатого вещества, для поглощения агрессивной текучей среды, причем взрывчатое вещество находится вне модуля.

2. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал приспособлен для удаления агрессивной текучей среды изнутри кожуха.

3. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал приспособлен для поглощения водяного пара.

4. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал выбран из группы, состоящей из глинозема, активированного угля, алюмосиликата кальция, фарфора на основе монтмориллонитовой глины, силикагеля, молекулярного сита и металлосиликатного молекулярного сита.

5. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал содержит молекулярное сито.

6. Устройство по п.5, в котором молекулярное сито выполнено на основе органосиликата или органоалюмосиликата.

7. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал содержит металлосиликатное молекулярное сито.

8. Устройство по п.1, в котором металлосиликатное молекулярное сито содержит алюмофосфат.

9. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал содержит влагопоглощающее вещество.

10. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал содержит алюмосиликат натрия.

11. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал содержит цеолит.

12. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал выбран из многочисленных материалов для избирательного поглощения заранее определенной агрессивной текучей среды.

13. Устройство по п.1, в котором кожух содержит переходник для соединения многочисленных перфораторов и в котором взрывчатое вещество содержит одно или более промежуточных взрывчатых веществ-детонаторов.

14. Устройство по п.1, содержащее капсюльный кумулятивный заряд.

15. Устройство по п.1, в котором поглощающий материал приспособлен для поглощения агрессивного газа, выделяемого модулем и/или взрывчатым веществом в кожухе.

16. Устройство по п.1, в котором взрывчатое вещество является частью взрывчатого компонента, выбранного из группы, состоящей из кумулятивного заряда, детонирующего шнура и промежуточного взрывчатого вещества-детонатора.

17. Устройство по п.1, в котором кожух закупорен для предохранения от влияния окружающей среды снаружи кожуха.

18. Стреляющий перфоратор для использования в стволе скважины, содержащий взрывчатый компонент, поглощающий материал, размещенный близко к взрывчатому компоненту, для поглощения агрессивной текучей среды и защиты этого взрывчатого компонента и модуль, содержащий поглощающий материал, причем взрывчатый компонент размещен вне модуля.

19. Стреляющий перфоратор по п.18, в котором взрывчатый компонент содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из кумулятивного заряда, детонирующего шнура и промежуточного взрывчатого вещества-детонатора.

20. Стреляющий перфоратор по п.19, дополнительно содержащий многочисленные перфораторы и детонирующие шнуры в этих перфораторах, причем взрывчатый компонент содержит одно или более промежуточных взрывчатых веществ-детонаторов, баллистически связывающих детонирующие шнуры.

21. Стреляющий перфоратор по п.18, в котором поглощающий материал содержит влагопоглощающее вещество.

22. Стреляющий перфоратор по п.18, в котором поглощающий материал выбран из группы, состоящей из глинозема, активированного угля, алюмосиликата кальция, фарфора на основе монтмориллонитовой глины, силикагеля, молекулярного сита и металлосиликатного молекулярного сита.

23. Способ защиты взрывчатого вещества в высокотемпературной окружающей среде, заключающийся в том, что размещают поглощающий материал, эффективный при температуре, превышающей 140 °F, близко к взрывчатому веществу для поглощения агрессивной текучей среды для защиты этого взрывчатого вещества, при этом размещение поглощающего материала заключается в том, что поглощающий материал помещают внутрь кожуха, причем взрывчатое вещество находится снаружи кожуха, и вводят сборку, включающую в себя указанное взрывчатое вещество, указанный кожух и указанный поглощающий материал в ствол скважины.

24. Способ по п.23, при котором размещение поглощающего материала заключается в том, что размещают поглощающий материал, выбранный из группы, состоящей из глинозема, активированного угля, алюмосиликата кальция, фарфора на основе монтмориллонитовой глины, силикагеля, молекулярного сита и металлосиликатного молекулярного сита.

25. Способ по п.23, дополнительно включающий в себя извлечение контейнера из уплотненного пакета перед размещением контейнера.

26. Способ по п.23, при котором дополнительно осуществляют пробивку чехла вокруг поглощающего материала.

27. Способ по п.26, при котором выбирают поглощающий материал, эффективный при температуре, превышающей 200 °F.

28. Инструмент для использования в стволе скважины, содержащий элемент для выполнения операции внутри скважины, взрывчатое вещество и один или более модулей, содержащих поглощающий материал, для поглощения агрессивной текучей среды, причем каждый из одного или более модулей содержит контейнер, в котором размещают поглощающий материал, при этом контейнер содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из металлического сита, металлической сетки и пористого пластика.

29. Инструмент по п.28, в котором контейнер содержит одно или более отверстий.

30. Инструмент по п.28, дополнительно содержащий пакет, в котором сначала может храниться контейнер, причем пакет изготовлен из материала, не проницаемого для газа.

31. Инструмент по п.30, в котором материал пакета содержит металлизированную пластиковую пленку.

32. Инструмент по п.28, в котором один или более модулей содержат чехол для поглощающего материала.

33. Инструмент по п.32, в котором поглощающий материал присутствует в форме гранул, порошка или шариков.

34. Устройство для использования в стволе скважины, содержащее защитный материал, способный взаимодействовать с агрессивной текучей средой, для уменьшения вредных эффектов и контейнер, выполненный, по меньшей мере, частично из первого материала, способного расплавляться при температуре в стволе скважины, раскрывая защитный материал.

35. Устройство по п.34, в котором первый материал содержит эвтектический материал.