RU2613648C2

RU2613648C2 - Скважинный перфоратор с интегрированным инициирующим устройством

Info

Publication number: RU2613648C2
Application number: RU2015126872A
Authority: RU
Inventors: Рафаэль РОГМАН; Аллан ГОЛДБЕРГ; Винод ЧАККА; Педро ЭРНАНДЕС; Роман МУНЬОС; Ричард УОРНС; Хао ЛЮ; Маркос КАЛЬДЕРОН; Эдвард ХЭРРИГАН
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2017-03-21
Also published as: WO2014089194A1; US10077641B2; US20150330192A1; SA515360512B1; RU2015126872A; EP2929134A4; CA2892378C; EP2929134A1; EP2929134B1; CA2892378A1; CN104822898B; AR093789A1; CN104822898A

Abstract

Группа изобретений относится к области прострелочно-взрывных работ. Устройство для перфорации скважин содержит по меньшей мере один перфорационный заряд; инициирующее устройство, которое содержит баллистическую цепь, приспособленную для поджигания по меньшей мере одного перфорационного заряда, при этом баллистическая цепь содержит детонатор и детонаторный шнур; и баллистический перекрывающий затвор, расположенный между детонатором и детонаторным шнуром, причем баллистический перекрывающий затвор предотвращает воспламенение детонаторного шнура, и при этом баллистический перекрывающий затвор выполнен с возможностью удаления из позиции между детонатором и детонаторным шнуром при поступлении команды с поверхности. Обеспечивается предотвращение преждевременной детонации скважинного перфоратора, одновременно сокращается объем операций с электропроводкой, выполняемых на поверхности. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Система перфорации скважин используется для добычи углеводородов из подземных формаций. В таких прострелочно-взрывных работах для простреливания формации часто используют скважинный перфоратор. Скважинные перфораторы опускают в ствол скважины из каротажной установки, расположенной на поверхности, при этом расположенный на глубине скважинный перфоратор сохраняет кабельное соединение с поверхностью. Скважинные перфораторы содержат заряды взрывчатого вещества и инициирующее устройство. Инициирующее устройство предназначено для поджигания зарядов взрывчатого вещества после получения соответствующей команды с поверхности.

Заряды взрывчатого вещества могут быть взорваны ненамеренно радиочастотами, например такими, которые излучают мобильные телефоны. Такие радиочастоты интерферируют с инициирующим устройством или обтекают его, вызывая преждевременную или ненамеренную детонацию зарядов взрывчатого вещества. Кроме того, монтаж электропроводки, соединяющей инициирующее устройство со скважинным перфоратором, часто выполняют на поверхности около буровой площадки, а не на специально предназначенных для этого производственных мощностях. Исполнение электропроводки на поверхности буровой площадки увеличивает вероятность ошибки в этом процессе, связанной с человеческим фактором, причем этот процесс отнимает много времени и требует специального обучения. Наконец, ненамеренная детонация может быть спровоцирована блуждающими токами в каротажном кабеле или высоким напряжением, вызванным электростатическим разрядом (Electro Static Discharge, ESD) или освещением.

Следовательно, существует потребность в новых системах и способах, которые предотвращают преждевременную детонацию скважинного перфоратора, одновременно сокращая объем операций с электропроводкой, выполняемых на поверхности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Это описание сущности изобретения дано для того, чтобы представить выбор концепций, которые далее описаны в подробном описании. Это описание сущности изобретения не предназначено для выявления ключевых признаков или основных признаков заявленного предмета, а также не предназначено для применения в качестве помощи в определении объёма заявленного предмета.

В данном документе описано устройство для перфорации скважин. Устройство для перфорации скважин может содержать по меньшей мере один перфорационный заряд и инициирующее устройство. Инициирующее устройство может содержать баллистическую цепь, приспособленную для поджигания по меньшей мере одного перфорационного заряда. Баллистическая цепь может содержать детонатор и детонаторный шнур. Между детонатором и детонаторным шнуром может быть расположен перекрывающий затвор. Баллистический перекрывающий затвор может предотвращать поджигание детонаторного шнура.

Кроме того, описан скважинный перфоратор. Скважинный перфоратор может содержать загрузочную трубу. Загрузочная труба может содержать расположенное в ней инициирующее устройство. Инициирующее устройство может содержать детонатор и детонаторный шнур. По меньшей мере один перфорационный заряд может быть расположен внутри загрузочной трубы. Баллистический перекрывающий затвор может быть расположен между детонатором и детонаторным шнуром. Баллистический перекрывающий затвор может содержать металлический слой, примыкающий к слою термопластичного материала.

Описан также способ применения устройства для перфорации скважин. Способ может включать помещение инициирующего устройства в загрузочную трубу устройства для перфорации скважин. Инициирующее устройство может содержать детонатор и детонаторный шнур. Между детонатором и детонаторным шнуром может быть расположен баллистический перекрывающий затвор. Баллистический перекрывающий затвор может содержать металлический слой, примыкающий к слою термопластичного материала. Способ может также включать спуск устройства для перфорации скважин в ствол скважины и выполнение первой команды удаления баллистического прерывателя из позиции между детонатором и детонаторным шнуром. Способ может также включать выполнение второй команды инициирования устройства для перфорации скважин.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чтобы дать возможность подробно разобраться в перечисленных признаках, представлено более конкретное описание, кратко просуммированное выше, со ссылкой на один или более вариантов реализации изобретения, некоторые из которых проиллюстрированы приложенными графическими материалами. Тем не менее, следует отметить, что приложенные графические материалы представляют собой иллюстративные варианты реализации изобретения и, следовательно, не ограничивают его объем.

Фигура 1 иллюстрирует вид поперечного сечения иллюстративного устройства для перфорации скважин в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения.

Фигура 2 иллюстрирует вид сбоку в перспективе иллюстративной загрузочной трубы в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения.

Фигура 3 иллюстрирует вид в перспективе на разобранный вид другого иллюстративного устройства для перфорации скважин в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения.

Фигура 4 иллюстрирует вид сбоку в перспективе инициирующего устройства загрузочной трубы, проиллюстрированной на Фигуре 2, в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения.

Фигура 5 иллюстрирует вид сзади в перспективе загрузочной трубы, проиллюстрированной на Фигуре 2, в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения.

Фигура 6 иллюстрирует вид поперечного сечения иллюстративного держателя провода в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фигура 1 иллюстрирует вид поперечного сечения иллюстративного устройства для перфорации скважин 100 в соответствии с одним или более вариантов реализации изобретения. Устройство для перфорации скважин 100 может содержать корпус или каркас 102, который имеет первый или "верхний" торец 104 и второй или "нижний" торец 106. Использование терминов "верхний" и "нижний" не ограничивает ориентацию перфорирующего устройства, которое может быть помещено под любым углом относительно вертикальной плоскости внутри ствола скважины. Каркас 102 может иметь внутренний канал 108, сформированный для помещения загрузочной трубы 110. И каркас 102, и загрузочная труба 110 могут представлять собой трубчатые элементы, и загрузочная труба 110 может быть расположена продольно внутри каркаса 102. Загрузочная труба 110 может иметь первый или "верхний" торец 122 и второй или "нижний" торец 124. Верхний соединительный узел 126 может быть расположен на загрузочной трубе 110, например, на первом торце 122 или вблизи от него. Нижний соединительный узел 125 может быть расположен на загрузочной трубе 110, например, на втором торце 124 или вблизи от него. Верхний соединительный узел 126 и нижний соединительный узел 125 могут содержать один или более выдающихся элементов (не показаны) или особенностей рельефа, таких как шпонки, прутки или полости, которые могут входить в зацепление с соответствующими отверстиями, гнездами (не показаны) или выступами (не показаны), расположенными на каркасе 102. Устройство для перфорации скважин 100 может содержать узел инициирующего устройства 112. Узел инициирующего устройства 112 может содержать баллистический перекрывающий затвор 406 (см. Фигуру 4). Баллистический прерывающий затвор 406 может быть приспособлен для предотвращения детонации до подачи команды об открытии затвора. Узел инициирующего устройства может быть заменяемым в полевых условиях другими узлами инициирующего устройства, такими как узлы, защищенные от действия радиочастот (RF) (Radio Frequency Safe), или другими узлами инициирующего устройства.

В данном документе принято, что термины "верх" и "низ", "выше" и "ниже", "вверх" и "вниз", "вышестоящий" и "нижестоящий" и другие подобные термины используются просто для удобства описания пространственных ориентаций или пространственного взаимного расположения объектов относительно друг друга в вертикальном стволе скважины. Тем не менее,, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что применительно к оборудованию и способам его использования в стволах скважин, которые идут наклонно или горизонтально, подразумевается, что такие термины относятся к слева направо, справа налево или к другим вариантам пространственного взаимного расположения, как это будет уместно. Понятно также, что перфорирующее устройство может быть развернуто в обратном направлении, с обратными пространственными ориентациями и взаимным расположением, т.е. особенности, обозначенные как "вверх", будут ориентированы вниз, и особенности, обозначенные как "вниз", будут ориентированы вверх.

По-прежнему обращаясь к Фигуре 1, можно видеть, что устройство для перфорации скважин 100 может содержать одну или более переборок (две из них проиллюстрированы как 114, 116). Переборки 114, 116 могут быть соединены с торцами загрузочной трубы 110. Например, первая переборка 114 может быть соединена с первым торцом 122 загрузочной трубы 110, а вторая переборка 116 может быть соединена со вторым торцом 124 загрузочной трубы 110. Первая переборка 114 может быть расположена на первом торце 104 каркаса 102 или вблизи от него. Вторая переборка 116 также может быть расположена на втором торце 106 каркаса 102 или вблизи от него. Первая и вторая переборки 114, 116 могут изолировать загрузочную трубу 110 от флюидов, находящихся снаружи загрузочной трубы 110 (например, скважинных флюидов).

Устройство для перфорации скважин 100 может содержать один или более амортизаторов (два из них проиллюстрированы как 118, 120). Амортизаторы 118, 120 могут блокировать инициирующее устройство от перфорационной ударной волны и/или компенсировать любое осевое или радиальное движение конца загрузочной трубы 110, произведенное для того, чтобы обеспечить надлежащее соединение со второй загрузочной трубой 110 или с другим устройством. Амортизаторы 118, 120 могут быть соединены с первым торцом 122 и/или со вторым торцом 124 загрузочной трубы 110. Амортизаторы 118, 120 могут представлять собой или содержать уплотнительное кольцо или фланец и могут быть расположены в любом месте между первой и второй переборками 114, 116 и загрузочной трубой 110. Например, первый амортизатор 118 может быть расположен между первой переборкой 114 и первым торцом 122 загрузочной трубы 110, а второй амортизатор 120 может быть расположен между второй переборкой 116 и вторым торцом 124 загрузочной трубы 110. Первый амортизатор 118 может находиться в прямом контакте с первой переборкой 114 и загрузочной трубой 110, а второй амортизатор 120 может находиться в прямом контакте со второй переборкой 116 и загрузочной трубой 110.

Первая и вторая переборки 114, 116 могут содержать один или более центраторов 128 для центрирования и согласования загрузочной трубы 110 с каркасом 102 и/или примыкающей загрузочной трубой 110. Один или более центраторов 128 могут содержать один или более выдающихся элементов (не показаны) и один или более соответствующих пазов или канавок (не показаны). Один или более выдающихся элементов могут быть расположены на переборках 114, 116, а соответствующие пазы или канавки могут быть расположены на загрузочной трубе 110. В другом варианте реализации изобретения один или более выдающихся элементов могут быть расположены на загрузочной трубе 110, а соответствующие пазы или канавки могут быть расположены на переборках 114, 116. Центрирующие элементы могут включать кольцевые или опорно-центрирующие элементы, поддерживаемые внутренней стенкой каркаса. Первая и вторая переборки 114, 116 могут также содержать один или более коаксиальных каналов, приспособленных для пропуска коаксиального кабеля, такого как силовой кабель, или любых других проводов через первую и вторую переборки 114, 116 при сохранении изоляции от жидкости загрузочной трубы 110 и пространства между каркасом 102 и загрузочной трубой 110. Например, первая и вторая переборки 114, 116 могут содержать уплотнитель 130, который заполняет зазор между переборкой 114 или 116 и проходящим через нее коаксиальным кабелем. Уплотнитель 130 может быть расположен в кольцевом пространстве (не показано) между переборкой 114 или 116 для сохранения изоляции загрузочной трубы 110 от жидкости.

Загрузочная труба 110 может содержать один или более держателей капсул для заряда 132 (шесть из них по меньшей мере частично проиллюстрированы на Фигуре 1). Держатели капсул для заряда 132 могут содержать перфорационные заряды (не показаны), которые могут быть направленными наружу в радиальном и/или тангенциальном направлении, например, для простреливания обсадной колонны и/или формирования соответствующих перфорационных каналов в прилегающей породе. Держатели капсул для заряда 132 могут быть расположены по фазовой схеме (винтовая или спиральная фазовая схема, винтовая фазовая схема с пропущенной дугой, плоская фазовая схема и т. п.) в зависимости от целей перфорации. Загрузочная труба 110 может содержать один или более пазов для детонаторного шнура 134. Пазы для детонаторного шнура 134 могут быть приспособлены к приему детонаторного шнура для соединения с выводами запала перфорационных зарядов, расположенными в держателях капсул для заряда 132. Пазы для детонаторного шнура 134 могут быть расположены таким же образом, как и держатели капсул для заряда 132. Например, пазы для детонаторного шнура 134 могут быть расположены по фазовой схеме, такой как винтовая или спиральная фазовая схема, винтовая фазовая схема с пропущенной дугой, плоская фазовая схема. Загрузочная труба 110 может также содержать одно или более отверстий для держателей электропроводов 136 или других крепежных элементов. Другие крепежные элементы могут включать крепежные детали или клеи, сформированные из, помещенные на, или пропущенные через загрузочную трубу 110. Отверстия для держателей электропровода или элементы 136 могут быть расположены таким же образом, как и держатели капсул для заряда 132 и пазы для детонаторного шнура 134. Например, отверстия-держатели электропровода или элементы 136 могут быть расположены по фазовой схеме, такой как винтовая или спиральная фазовая схема, винтовая фазовая схема с пропущенной дугой, плоская фазовая схема. Отверстия для держателей электропровода или элементы 136 могут удерживать держатели проводов и направлять провода по надлежащему пути через загрузочную трубу 110. Такое размещение может защищать провода от защемления зарядами и может предотвращать их разрушение, вызванное ударной волной, поскольку обеспечивает компенсацию натяжения.

Загрузочная труба 110 может содержать вырезанный сегмент 138. Вырезанный сегмент 138 может быть расположен вблизи от узла инициирующего устройства 112, чтобы обеспечивать доступ к этому узлу 112. Вырезанный сегмент 138 дает возможность осуществлять визуальную инспекцию или контроль состояния баллистического перекрывающего затвора 406 (см. Фигуру 4). Вырезанный сегмент 138 также дает возможность удалять и/или устанавливать узел инициирующего устройства 112 или его детали. Например, вырезанный сегмент 138 может также давать возможность удалять узел инициирующего устройства 112 и устанавливать другой узел инициирующего устройства, такой как инициирующее устройство, защищенное от действия радиочастот (RF).

Комплектующие детали скважинного перфоратора 100 могут быть выполнены из любого материала. Например, одна или более комплектующих деталей скважинного перфоратора 100 может быть изготовлена из металлов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, никель, никелевые сплавы, железо, алюминий, вольфрам, керамик, пластмасс, композитных материалов, стекла и т.п. Одна или более комплектующих деталей скважинного перфоратора 100 может также быть изготовлена из одного или более термопластичных материалов, таких как полимеры, эластомеры, каучуки и т.п.

Термопластичный материал может содержать по меньшей мере один полимер, выбранный из группы, в которую входят полибутилен, полиэтилен, полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен средней плотности (MDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полипропилен (PP), изотактический полипропилен (iPP), полипропилен с высокой степенью кристалличности (HCPP), сополимеры этилен-пропилен (EP), терполимеры этилен-пропилен-бутилен (EPB), сополимер пропилен-бутилен (PB), этиленовый эластомер, пластомер на основе этилена, пропиленовый эластомер, стирольные полимеры, стирольные сополимеры, PEEK, Ryton®, которые поставляет Chevron Phillips company, Noryl®, который поставляет Saudi Basic Industries Corporation, Zenite® и Zytel®, которые поставляет E. I. du Pont de Nemours and Company, полиимид, нейлон, высокотемпературный нейлон, полистирол и их комбинации или смеси.

Амортизаторы 118, 120 и/или переборки 114, 116 можно производить из эластомерного материала. Эластомерный материал может содержать природный каучук, мономеры диена с сопряженными двойными связями, алифатические мономеры диена с сопряженными двойными связями, силоксановый каучук и т. п. Мономер диена с сопряженными двойными связями может быть выбран из группы, в которую входят 1,3-бутадиен, 2-метил-1,3 -бутадиен, 2 хлор-1,3 бутадиен, 2-метил-1,3-бутадиен и 2 хлор-l,3-бутадиен. Алифатический мономер диена с сопряженными двойными связями может содержать диены от C₄ до C₉, такие как мономеры бутадиена. Амортизаторы могут быть изготовлены из любых пластиков, эластомеров или металлов, описанных выше, или из любой их комбинации.

Фигура 2 иллюстрирует вид сбоку в перспективе на загрузочную трубу 110 в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Загрузочная труба 110 может быть изготовлена из металлов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, никель, никелевые сплавы, железо, алюминий, вольфрам, картон, целлюлоза, стирофом, пенополистирол, пластики, композитные материалы, керамики, гипс и т.п. Для обеспечения коррозионной стойкости, на металлические поверхности загрузочной трубы 110 может быть нанесено фосфатное покрытие. Держатели капсул для заряда 132 проиллюстрированы содержащими перфорационные заряды 202. Перфорационные заряды 202 могут быть расположены по фазовой схеме (винтовая или спиральная фазовая схема, винтовая фазовая схема с пропущенной дугой, плоская фазовая и т.п.) в зависимости от целей перфорации.

Верхний соединительный узел 126 проиллюстрирован с одним или более выступами или приливами 226, которые могут входить в зацепление с соответствующими отверстиями или углублениями (не показаны), расположенными на каркасе 102 (см. Фигуру 1). Как проиллюстрировано, загрузочная труба 110 может также содержать нижний соединительный узел 228. Нижний соединительный узел 228 может быть приспособлен для соединения или прикрепления загрузочной трубы 110 к каркасу 102 и/или к примыкающей загрузочной трубе 110. Загрузочная труба 110 проиллюстрирована содержащей узел инициирующего устройства 112. Узел инициирующего устройства 112 можно видеть через вырезанный сегмент 138 загрузочной трубы 110. Пользователь (не показан) может также получить доступ к узлу инициирующего устройства 112, который содержится в загрузочной трубе 110.

Фигура 3 иллюстрирует вид в перспективе на разобранный вид другого иллюстративного устройства для перфорации скважин 300 в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения. Устройство для перфорации скважин 300 может содержать каркас 302, загрузочную трубу 310, узел инициирующего устройства 312, дополнительный узел инициирующего устройства 313, переборки 314, 316 и уплотнители 330, как указано в приведенном выше описании Фигур 1 и 2. По меньшей мере загрузочная труба 310 и/или каркас 302 могут быть изготовлены из любого термопластичного материала, как описано в данном документе. Например, загрузочная труба 310 может быть полностью изготовлена или сформована из термопластичного материала.

Устройство для перфорации скважин 300 может также содержать верхний переходник 320, который соединяется с верхней переборкой 314, и верхнюю головку 322, которая соединяется с верхним переходником 320. Устройство для перфорации скважин 300 может также содержать нижний переходник 324, который соединяется с верхней переборкой 316, заглушку и трубу 326, которые соединяются с нижним переходником 324, и крышку для транспортировки 328, которая соединяется с заглушкой и трубой 326. Эти детали могут предотвращать затопление скважинного перфоратора 300 после детонации перфорационных зарядов, затопление каркаса 302, тем самым предохраняя устройство для перфорации скважин 300 от воздействия коррозионно-агрессивных скважинных жидкостей. Верхний переходник 320, верхняя головка 322, нижний переходник 324, заглушка и труба 326 и крышка для транспортировки 326 могут соединять устройство для перфорации скважин 300 с системой транспортировки (не показана), при помощи которой устройство для перфорации скважин 300 можно опускать в скважину, такой как каротажный кабель, тросовый канат, гибкая труба или бурильная труба. Верхний переходник 320, верхняя головка 322, нижний переходник 324, заглушка и труба 326 и крышка для транспортировки 326 могут также соединять одно или более устройств для перфорации скважин 300 в серии или с другими системами, предназначенными для зондирования, активации и/или конструктивных назначений.

Фигура 4 иллюстрирует вид сбоку в перспективе узла инициирующего 112 устройства загрузочной трубы 110, проиллюстрированной на Фигуре 2, в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения. Узел инициирующего устройства 112 может содержать один или более детонаторов 402, один или более детонаторных шнуров 404, один или более баллистических перекрывающих затворов 406, один или более коннекторов со смещением изоляции ("IDC") 410 и один или более фиксирующих держателей 412. Детонатор 402 и детонаторный шнур 404 могут составлять баллистическую цепь инициирующего устройства 112. Детонатор 402 может представлять собой или включать первичный источник зажигания, который инициирует зажигание детонаторного шнура 404. Детонаторный шнур 404 может включать запал и может быть функционально связан с детонатором 402. Детонатор 402 может запускать детонационную волну на детонаторный шнур 404, и детонационная волна может распространяться на один или более последующих детонаторных шнуров 404 к перфорационным зарядам 202, чтобы вызвать воспламенение зарядов 202. Ненамеренное или преждевременное поджигание или активацию детонаторного шнура 404 может предотвращать баллистический перекрывающий затвор 406. Например, ненамеренное поджигание детонаторного шнура 404 может быть предотвращено до тех пор, пока не будет подана конкретная команда для открытия затвора 406.

Баллистический перекрывающий затвор 406 может содержать один или более слоев металлического материала, который располагают с примыканием к одному или более слоям термопластичного материала. Баллистический перекрывающий затвор 406 может также содержать один или более слоев металлического материала, расположенного между двумя или более слоями термопластичного материала. Металлический материал может содержать любой металлический материал, как описано в данном документе, и термопластичный материал может содержать любой термопластичный материал, как описано в данном документе. Баллистический перекрывающий затвор 406 может быть помещен между детонатором 402 и детонаторным шнуром 404 до подачи конкретной команды на открытие затвора 406. Когда затвор 406 находится между детонатором 402 и детонаторным шнуром 404, баллистический перекрывающий затвор 406 может предотвращать передачу сигнала или заряда от детонатора 402 к детонаторному шнуру 404. Баллистический перекрывающий затвор 406 может быть сдвинут или "открыт" путем смещения в сторону от детонатора 402 и/или детонаторного шнура 404. Баллистический перекрывающий затвор 406 может быть соединен с пружиной (не показана). Например, баллистический перекрывающий затвор 406 может быть подпружиненным. Конкретный сигнал может активировать подпружиненный затвор 406, перемещая затвор 406 из положения между детонатором 402 и детонаторным шнуром 404. Подпружиненный затвор 406 можно активировать поджиганием огнепроводного шнура, что приведет к освобождению пружины, которое вызовет смещение затвора 406. Когда баллистический перекрывающий затвор 406 смещен, сигнал или заряд может быть передан от детонатора 402 к детонаторному шнуру 404, что приведет к детонации перфорационных зарядов 202. Например, может быть удален термопластичный слой(и) баллистического перекрывающего затвора 406, при этом металлический(е) слой(и) останется(нутся) на месте. Металлический слой даст возможность ударной волне пройти от детонатора 402 к детонаторному шнуру 404, что вызовет зажигание перфорационных зарядов 202. Металлический слой затвора 406 может быть удален так же, как и термопластичный слой, что откроет возможность прямой передачи ударной волны от детонатора 402 к детонаторному шнуру 402 через воздушный зазор (не показан), что приведет к детонации перфорационных зарядов 202.

Узел инициирующего устройства 112 может содержать монтажную плату (не показана). Монтажная плата может взаимодействовать с компьютером, находящимся на поверхности (не показан). Монтажная плата может также по команде связывать детонатор 402 с силовым кабелем. Монтажная плата может также регистрировать диагностическую информацию, когда детонаторный кабель находится под напряжением в течение зажигания детонатора 402. Монтажная плата может также передавать на поверхность информацию относительно статуса скважинного перфоратора 100, такую как положение затвора 406 и состояние механизма освобождения затвора 406, статус детонатора 402 и другую информацию, такую как температура или ускорение скважинного перфоратора 100. Монтажная плата может иметь конструкцию, защищенную от действия радиочастот (RF). В конструкции, защищенной от действия радиочастот (RF), узел инициирующего устройства 112 может быть защищен от несанкционированного воспламенения, обусловленного радиочастотными сигналами, электростатическим разрядом (ESD) или блуждающими токами. Монтажная плата может быть соединена с детонатором 402 через коннекторы со смещением изоляции ("IDC") 410. Монтажная плата может также быть соединена с силовым кабелем через IDC 410. Коннекторы IDC 410 для связи монтажной платы с детонатором 402 могут быть расположены вблизи вырезанного сегмента 138. Дополнительный вырезанный сегмент 414 может быть расположен вблизи коннекторов IDC 410, которые используются для связи монтажной платы с силовым кабелем. Вырезанный сегмент 138 и дополнительный вырезанный сегмент 414 могут обеспечивать доступ, который дает возможность пользователю соединять или отсоединять IDC 410 от монтажной платы, детонатора 402 и/или силового кабеля. Монтажная плата может также быть соединена с силовым кабелем и другими перфорационными системами через универсальные коннекторы, такие как соединитель-гнездо типа RCA.

Узел инициирующего устройства 112 может быть по меньшей мере частично выполнен из термопластичного материала, как описано в данном документе. Один или более удерживающих фиксаторов 412 могут быть образованы из или расположены на узле инициирующего устройства 112. Удерживающим фиксаторам 412 можно придать размер или форму, которые согласуются с соответствующими отверстиями или углублениями в загрузочной трубе 110, чтобы обеспечить точное положение инициирующего устройства 112 в загрузочной трубе 110. Удерживающие фиксаторы 412 дают возможность быстро удалять и/или вставлять инициирующее устройство 112 в и/или из загрузочной трубы 110. Удерживающие фиксаторы 412 могут также использоваться для изоляции монтажной платы от перфорационного удара, или для регулировки зазоров, связанных с допусками, между узлами загрузочной трубы или каркаса.

Фигура 5 иллюстрирует вид сзади в перспективе загрузочной трубы 110, проиллюстрированной на Фигуре 2 в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения. На фигуре проиллюстрировано, что нижняя переборка 116 протягивается от нижнего торца 106 загрузочной трубы 110. На фигуре проиллюстрировано, что нижняя переборка 116 может приближаться к вырезанному сегменту 138 и дополнительному вырезанному сегменту 414. Конец силового кабеля 502 может выдаваться наружу или проходить через нижнюю переборку 116. Силовой кабель 502 может проходить через внутреннюю часть загрузочной трубы 110. Например, силовой кабель 502 может удерживаться на месте держателями провода 504, которые по меньшей мере частично расположены в отверстиях для держателя электропровода 136. Таким образом, держатели провода 504 могут быть расположены по фазовой схеме, такой как винтовая или спиральная фазовая схема, винтовая фазовая схема с пропущенной дугой, плоская фазовая схема, задавая силовому кабелю 502 надлежащий путь через загрузочную трубу 110. Такое размещение силового кабеля 502 в загрузочной трубе 110 может быть выполнено предварительно перед транспортировкой к прискважинной поверхности.

Фигура 6 иллюстрирует вид поперечного сечения иллюстративного держателя провода 602 в соответствии с одним или более из описанных вариантов реализации изобретения. Держатель провода 602 может содержать часть головки 608 и часть шпонки 604. Часть головки 608 может иметь внутренний канал 606, выполненный таким образом, что он может удерживать провод или кабель. Например, по меньшей мере часть силового кабеля 502 может удерживаться внутренним каналом 606. Часть шпонки 604 может быть вставлена в соответствующее отверстие держателя электропровода 136 в загрузочной трубе 110. Часть шпонки 604 может зажимать на месте держатель провода после того, как конец части шпонки 604 задвинут в отверстие 136. Единожды зажатая на месте часть шпонки 604 может упираться или останавливаться вблизи от внутренней стенки каркаса 102. Проводка силового кабеля 502 может быть полностью завершена за пределами площадки, перед доставкой на буровую площадку. Соответственно, пользователи могут избежать операций выполнения проводки в загрузочной трубе 110, поскольку загрузочная труба 110 может оказываться на буровой площадке уже с "предварительно выполненной проводкой".

При помощи каната или другой системы в скважину можно опустить любое количество скважинных перфораторов 100. Например, 2, 3, 4, 5, 7, 9 или более скважинных перфораторов можно расположить сериями и опустить в одну и ту же скважину за один прием. Например, первая переборка 114 первого или нижнего скважинного перфоратора (не показан) может быть сопряжена или соединена со второй переборкой 116 примыкающего второго или верхнего скважинного перфоратора (не показан). Силовые кабели 502 каждого скважинного перфоратора могут быть соединены и образовывают при этом цепочку силовых кабелей.

В процессе эксплуатации скважинный перфоратор 100 может быть собран за пределами площадки путем соединения или интегрирования силовых кабелей 502 и/или электропроводки внутри загрузочной трубы 110. Силовые кабели 502 и/или электропровода могут быть размещены с применением держателей проводов 602, как проиллюстрировано на Фигуре 6. Чтобы выполнить загрузочные трубы 110 с предварительной разводкой, держатели проводов 602, содержащие силовые кабели 502 и/или электропроводку, можно продевать через внутреннюю часть загрузочной трубы 110 и затем проталкивать или иным образом вставлять в соответствующие отверстия для держателей проводов 136. Затем эти загрузочные трубы 110 с предварительной разводкой можно доставлять на буровую площадку, где пользователь может в полевых условиях вставить одно или более инициирующих устройств 112 в загрузочную трубу 110. Инициирующее устройство 112 можно вставлять внутрь загрузочной трубы через ее открытый торец или через вырезанный сегмент 138. Затем стопорные шпонки 412 инициирующего устройства 112 могут сопрягаться с соответствующими отверстиями или углублениями в загрузочной трубе 110, обеспечивая точную фиксацию положения инициирующего устройства 112 в загрузочной трубе 110. После установки инициирующего устройства 112 в загрузочную трубу 110 коннекторы IDC 410 можно вставить в монтажную плату (не показана) узла инициирующего устройства 112, чтобы соединить предварительно уложенный силовой кабель 502 с узлом инициирующего устройства 112. Затем пользователь может вставить коннекторы IDC 410 в детонатор 402 и в монтажную плату, чтобы соединить монтажную плату с детонатором 402. Затем пользователь может, если потребуется, вставить загрузочную трубу 110 в каркас 102. Затем загрузочную трубу 110 можно соединить с системой электропроводки (не показана) и опустить вглубь скважины (не показана). После того как загрузочная труба 110 опущена в скважину на глубину, на которой запланирована перфорация, пользователь может выбрать команду для открытия баллистического прерывателя 406, по которой будет отпущен затвор, находящийся между детонатором 402 и детонаторным шнуром 404. Затем пользователь может выбрать команду, по которой сигнал или заряд может быть передан от детонатора 402 к детонаторному шнуру 404, что приведет к детонации перфорационных зарядов 202 и, следовательно, к перфорации по меньшей мере части подземной формации. Способ может также включать наличие выбираемой пользователем одной команды, которая приводит к открытию баллистического прерывателя 406, освобождению затвора, находящегося между детонатором 402 и детонаторным шнуром 404, а после этого детонатор 402 воспламеняется и активирует всю перфорационную цепь после заранее заданной задержки.

Определенные варианты реализации изобретения и особенности были описаны с использованием системы численных верхних пределов и системы численных нижних пределов. Следует понимать, что рассматриваются диапазоны от любого нижнего предела до любого верхнего предела, если не указано иное. Определенные нижние пределы, верхние пределы и диапазоны встречаются в одном или более пунктаах представленной ниже формулы изобретения. Все численные значения являются "около" или "приблизительно" соответствующими указанному значению и учитывают ошибку эксперимента и погрешности, которых может ожидать специалист в данной области техники.

Различные термины были определены выше. В тех случаях, когда термин, использованный в формуле изобретения, не был определен выше, ему следует придавать самое широкое толкование, которое используют специалисты в данной области техники, как это отражено по меньшей мере в одной печатной публикации или выданном патенте. Кроме того, все патенты, процедуры испытаний и другие документы, которые цитировались в данной заявке, полностью включены посредством ссылки в той мере, в которой такое раскрытие не является несовместимым с данной заявкой, и для любой юрисдикции, в которой такое включение разрешено.

Хотя вышеизложенное ориентировано на варианты реализации настоящего изобретения, другие и дальнейшие варианты реализации изобретения могут быть предложены без выхода за пределы его основного объема, а объем изобретения определен приведенной ниже формулой.

Claims

1. Устройство для перфорации скважин, содержащее:

по меньшей мере один перфорационный заряд;

инициирующее устройство, которое содержит баллистическую цепь, приспособленную для поджигания по меньшей мере одного перфорационного заряда, при этом баллистическая цепь содержит детонатор и детонаторный шнур; и

баллистический перекрывающий затвор, расположенный между детонатором и детонаторным шнуром, причем баллистический перекрывающий затвор предотвращает воспламенение детонаторного шнура, и при этом баллистический перекрывающий затвор выполнен с возможностью удаления из позиции между детонатором и детонаторным шнуром при поступлении команды с поверхности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что баллистический перекрывающий затвор содержит металлический слой, примыкающий к слою термопластичного материала.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что баллистический перекрывающий затвор предотвращает случайное поджигание по меньшей мере одного перфорационного заряда, при этом удаление баллистического перекрывающего затвора подготавливает к пуску баллистическую цепь для поджигания по меньшей мере одного перфорационного заряда.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что инициирующее устройство содержит монтажную плату, приспособленную для осуществления связи с детонатором через один или более коннекторов со смещением изоляции.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что инициирующее устройство находится внутри загрузочной трубы, которая содержит вырезанный сегмент, расположенный рядом с инициирующим устройством, при этом вырезанный сегмент обеспечивает пользователю доступ к инициирующему устройству.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что инициирующее устройство имеет один или более стопорных выступов, приспособленных для сопряжения с соответствующими отверстиями, расположенными в загрузочной трубе.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что удаление баллистического перекрывающего затвора соединяет детонатор с детонаторным шнуром.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что баллистический перекрывающий затвор соединен с пружиной, причем пружина активируется сгоранием запала, что приводит к выталкиванию пружиной затвора из позиции между детонатором и детонаторным шнуром.

9. Скважинный перфоратор, содержащий:

загрузочную трубу с расположенным внутри нее инициирующим устройством, при этом инициирующее устройство содержит детонатор и детонаторный шнур;

по меньшей мере один перфорационный заряд, расположенный внутри загрузочной трубы; и

баллистический перекрывающий затвор, расположенный между детонатором и детонаторным шнуром, причем баллистический перекрывающий затвор содержит металлический слой, примыкающий к слою термопластичного материала, и при этом баллистический перекрывающий затвор выполнен с возможностью удаления из позиции между детонатором и детонаторным шнуром при поступлении команды с поверхности.

10. Скважинный перфоратор по п. 9, отличающийся тем, что инициирующее устройство содержит монтажную плату, приспособленную для осуществления связи с детонатором через один или более коннекторов со смещением изоляции.

11. Скважинный перфоратор по п. 9, дополнительно содержащий коаксиальный кабель, расположенный внутри загрузочной трубы, при этом коаксиальный кабель приспособлен для осуществления связи с монтажной платой инициирующего устройства через один или более коннекторов со смещением изоляции.

12. Скважинный перфоратор по п. 11, отличающийся тем, что коаксиальный кабель соединен с одним или более держателями провода, приспособленными для сопряжения с одним или более отверстиями для держателей провода, расположенными на поверхности загрузочной трубы.

13. Скважинный перфоратор по п. 9, отличающийся тем, что баллистический перекрывающий затвор соединен с пружиной, причем пружина активируется сгоранием запала, что приводит к выталкиванию пружиной затвора из позиции между детонатором и детонаторным шнуром.

14. Способ применения устройства для перфорации скважин, в котором:

осуществляют закладку инициирующего устройства в загрузочную трубу скважинного перфоратора, при этом инициирующее устройство содержит:

детонатор и детонаторный шнур; и

баллистический перекрывающий затвор, расположенный между детонатором и детонаторным шнуром, при этом баллистический перекрывающий затвор содержит металлический слой, примыкающий к слою термопластичного материала;

спускают скважинный перфоратор в скважину;

выполняют первую команду удаления баллистического перекрывающего затвора из позиции между детонатором и детонаторным шнуром; и

выполняют вторую команду запуска скважинного перфоратора.

15. Способ по п. 14, в котором дополнительно соединяют коаксиальный кабель с монтажной платой инициирующего устройства вставкой одного или более коннекторов со смещением изоляции в монтажную плату перед спуском скважинного перфоратора, при этом коаксиальный кабель помещают внутрь загрузочной трубы перед помещением в загрузочную трубу инициирующего устройства.

16. Способ по п. 14, в котором дополнительно соединяют детонатор с монтажной платой инициирующего устройства вставкой одного или более коннекторов со смещением изоляции в монтажную плату перед спуском скважинного перфоратора.

17. Способ по п. 14, в котором выполнение первой команды посылает сигнал с площадки на поверхности находящемуся на глубине скважинному перфоратору.

18. Способ по п. 17, в котором сигнал активирует пружину, в результате чего пружина выталкивает затвор из позиции между детонатором и детонаторным шнуром.