專利名稱：具有含反應(yīng)物質(zhì)的外殼的射孔彈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種具有外殼的射孔彈，所述外殼包括反應(yīng)物質(zhì)。
技術(shù)背景為了完井以便從油藏中生產(chǎn)流體(如烴類)，或者將流體注入油藏，需要 在井內(nèi)的一個或多個區(qū)域進行射孔，從而在井筒與油藏之間建立流體連通。通常，射孔是通過將射孔^r管柱(perforating gun string)下入到井內(nèi)的所需層 段來完成的，所述射孔槍管柱具有一個或多個射孔槍。激發(fā)射孔槍管柱中的 所述一個或多個射孔槍，在任意周圍套管上形成開口并使射孔孔眼延伸至周 圍的地層。射孔槍一般包括彈架和安裝在彈架上的多個聚能射孔彈。彈架可以為密 封彈架，其容納有聚能射孔彈，并使聚能射孔彈免受外部井筒環(huán)境的影響。 可選擇地，該彈架可為帶形彈架，彈嚢式聚能射孔彈(capsule shaped charge) 安裝在該彈架上。彈囊式聚能射孔彈為這樣一種射孔彈其內(nèi)部部件受到密 封地保護而不受井筒環(huán)境的影響。所形成的射孔通道的爆炸性質(zhì)粉碎了地層沙粒。在每一射孔通道周圍可 形成滲透率低于原始地層基質(zhì)的一層"震動損壞區(qū)域"。射孔通道的形成過 程還可產(chǎn)生一充滿碎片的通道，其混合有聚能射孔彈碎片。通道內(nèi)疏松碎片 的量和損壞的程度可能會削弱生產(chǎn)井的生產(chǎn)能力或注入井的注入能力。已經(jīng)提出了各種解決與利用射孔槍形成射孔孔眼相關(guān)的損壞和碎片問 題的方法。然而，需要一種常規(guī)技術(shù)未提出的另外的方案。發(fā)明內(nèi)容通常，根據(jù)實施例，射孔彈包括由材料混合物(material blend)制成的外 殼，所述材料混合物包括反應(yīng)物質(zhì)，所述反應(yīng)物質(zhì)在射孔彈的裝藥爆炸期間 受到激發(fā)。根據(jù)一些實施例，射孔彈外殼的反應(yīng)物質(zhì)在受到激發(fā)時可以提供 各種益處。例如，由于反應(yīng)物質(zhì)的激發(fā)，在井筒段中可以產(chǎn)生壓力脈沖。
其它或可選擇的特征將從下面的描述、附圖和權(quán)利要求書中變得明顯。


圖1示出了根據(jù)一些實施例的具有射孔槍的工具管柱的示例，其中射孔 槍具有射孔彈。圖2示出了根據(jù)一實施例的非彈嚢式射孔彈。 圖3示出了根據(jù)另一實施例的彈嚢式射孔彈。
具體實施方式
在下面的描述中闡述了許多細節(jié)以有助于理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技據(jù)所描述的實施例可以做出許多改變或改進。正如這里所使用的，術(shù)語"上方"和"下方"、"上"和"下"、"上部" 和"下部"、"向上"和"向下'，，以及表示在一給定點或元件的上方或下方 的相對位置的其它類似術(shù)語，用在本說明書中以便更清晰地描述本發(fā)明的一 些實施例。然而，當(dāng)應(yīng)用于用在斜井或水平井中的設(shè)備或方法時，這些術(shù)語 按照情況可能指的是從左向右、從右向左、或?qū)堑年P(guān)系。圖1示出了已經(jīng)在井筒104中展開的工具管柱102，根據(jù)一些實施例， 該工具管柱包括射孔槍106,該射孔槍106具有彈架108，各種射孔彈IIO(例 如，聚能射孔彈或形成射孔射流的其它爆炸裝置)安裝在彈架108上。彈架 108可以是被設(shè)計成隨射孔彈110的引爆而粉碎的消耗性彈架。這種消耗性 彈架的示例為帶形彈架，例如由金屬帶制成的彈架。在一不同的實施中，不 是將射孔彈110安裝在帶形彈架上，而是該彈架可以是具有內(nèi)腔的密封殼體， 射孔彈位于該內(nèi)腔中，并且所述腔被密封而與井筒104中的外部井筒流體隔 離。如圖1所示，當(dāng)將射孔彈IIO安裝到彈架帶108以使射孔彈110暴露于 井筒流體時，射孔彈IIO是彈嚢式射孔彈，彈囊式射孔彈具有彈嚢(capsule) 以提供流體密封，從而保護射孔彈110的內(nèi)部部件使它們不受井筒流體的影 響?？蛇x擇地，在不同的實施中，如果射孔彈IIO設(shè)置在彈架殼體的密封腔 中，則該射孔彈可以是非彈嚢式射孔彈。在圖1的示例中，射孔彈110彈道學(xué)地(ballistically)連接到導(dǎo)爆線112。
導(dǎo)爆線112連接到發(fā)火頭(firing head)114。當(dāng)受到激發(fā)時，發(fā)火頭114引爆 導(dǎo)爆線112,導(dǎo)爆線112接著又引爆射孔彈110。在不同的實施中，導(dǎo)爆線112可由將發(fā)火頭114連接到射孔彈的一根或 多根電線所替代。發(fā)火頭114向所述一根或多根電線發(fā)送電信號，以激發(fā)射 孔彈。例如，射孔彈可與電激發(fā)起爆器(例如，電箔起爆器或EFI)相關(guān)聯(lián)， 這使得受到電信號的激發(fā)時啟動引爆器或炸藥，以引爆相應(yīng)的射孔彈。射孔槍106由運送線116運送，運送線116可以是鋼絲繩、滑線(slickline)、 盤管、生產(chǎn)油管等。根據(jù)一些實施例，每個射孔彈110具有外殼，該外殼由 包括反應(yīng)物質(zhì)的材料混合物制成。反應(yīng)物質(zhì)指的是在射孔彈裝藥爆炸期間與 爆轟氣體、井筒流體反應(yīng)和/或與另一反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)的物質(zhì)。射孔彈外殼中的 反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)可以產(chǎn)生壓力脈沖，該壓力脈沖所持續(xù)的時間可以比射孔彈 的裝藥爆炸時間長一些(例如，長一個或兩個數(shù)量級)。在一些實施例中，射孔彈外殼的材料混合物可以為包括反應(yīng)物質(zhì)以及使 外殼的密度和強度增強的非反應(yīng)物質(zhì)的粉末材料。在不同的實施例中，外殼 的材料混合物可以是致密的材料混合物，而不是粉末材料混合物。(射孔彈或射孔槍所處的井筒段)產(chǎn)生動態(tài)過平衡條件，該動態(tài)過平衡條件是 特定的井筒段獲得高于周圍油藏(或者至少周圍油藏的近井筒區(qū)域)壓力的壓 力條件。在井筒段產(chǎn)生動態(tài)過平衡條件具有許多潛在應(yīng)用，包括向射孔通道 中注入一種或多種目標(biāo)流體、產(chǎn)生瞬時過平衡條件、使射孔通道破裂等。在一些示例中，可被注入到射孔通道中的所述一種或多種目標(biāo)流體包括 處理液，例如力d固液(consolidation fluid),該加固液可用于加固射孔通道或油 藏的近井筒區(qū)域，以防止地層移動或細顆粒的移動。 一種示例類型的加固液 包括嵌有微嚢(micro-capsule)的環(huán)氧樹脂流體，其中所述微嚢具有容納硬化 劑或催化劑流體的內(nèi)腔。 一種不同類型的處理液可以是后沖洗液。另一種類 型的處理液可以是酸，例如HC1，用于處理碳酸鹽油藏。進行酸處理有助于 去除或降低射孔損害。又一種類型的處理液可以是富有支撐劑的壓裂液，支 撐劑包括與壓裂液混合的顆粒，其在壓裂作業(yè)中用于使裂縫保持張開。圖2示出了具有外殼200的射孔彈110的示例。外殼200限定了用于接 收主裝藥204的內(nèi)腔202。此外，襯管206設(shè)置在外殼202內(nèi)，該襯管206 通常具有大致圓錐形形狀。襯管206的圓錐形形狀提供了更深的射孔孔眼。
可選擇地，襯管206可具有不同的形狀，例如大致碗形，這將允許產(chǎn)生更大 的孔眼。主裝藥204設(shè)置在襯管206與外殼200內(nèi)側(cè)之間。在一些實施例中，外殼200可以利用壓實技術(shù)由粉末材料制成，所述粉 末材料既包括用于密度和濕強度(green strength)(指的是外殼在不扭曲的情況 下承受處理的能力)的非反應(yīng)物質(zhì)，又包括反應(yīng)物質(zhì)，所述反應(yīng)物質(zhì)在射孔 彈爆炸期間由爆轟氣體、井筒流體激發(fā)和/或與另 一反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)。用于形成外殼200的壓實技術(shù)包括混合非反應(yīng)物質(zhì)和反應(yīng)物質(zhì)，并壓實 混合物以形成外殼200。在另一實施中，可以利用其它制造^l支術(shù)來制造外殼 200,例如注4莫技術(shù)或其它技術(shù)。反應(yīng)物質(zhì)可僅包括一種物質(zhì)，或者包括多種反應(yīng)物質(zhì)的組合?？捎迷谕?殼200中的反應(yīng)物質(zhì)的示例包括鈦(Ti)、鎳-鋁(Ni-Al)、鈦合金(例如，鈦鐵、 鈦硅、鈦鎳、鈦鋁、鈦銅等)、混合有其它金屬粉末(例如，鎂、鎢、銅、鉛、 錫、鋅、金、銀、鋼、鉭等)的鈦粉末、混合有其它金屬粉末的鈦合金粉末、 以及任何其它反應(yīng)物質(zhì)。非反應(yīng)物質(zhì)的示例包括鎢、銅、鉛、鉍、錫等。為了增加粉末材料外殼200的濕強度，可在外殼200的外表面上施加高 溫環(huán)氧樹脂涂層，或者可選擇地，可使外殼200浸漬有高溫環(huán)氧樹脂。在一 些實施中，環(huán)氧樹脂還可含有燃料和/或氧化劑以幫助外殼200解裂。如圖2所示，外殼200后部的開口 208允許設(shè)置炸藥部210,該炸藥部 210彈道學(xué)地聯(lián)接到導(dǎo)爆線112，以允許在導(dǎo)爆線112中引爆，從而使炸藥 部210爆炸，接著又使主裝藥204爆炸。主裝藥204的爆炸使襯管206倒塌 從而形成射孔射流，所述射孔射流遠離射孔彈IIO延伸。射孔射流指向其中 將形成相應(yīng)射孔通道的結(jié)構(gòu)(例如，套管和/或周圍地層)。在主裝藥204爆炸期間，外殼200內(nèi)的反應(yīng)物質(zhì)與爆炸環(huán)境反應(yīng)，以激 發(fā)反應(yīng)物質(zhì)，從而產(chǎn)生增加壓力的氣體或熱量。因此，反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)或激 發(fā)可以產(chǎn)生壓力脈沖，所述壓力脈沖持續(xù)得比射孔彈110的裝藥爆炸長。如上所述，壓力脈沖在井筒段中產(chǎn)生了動態(tài)過平衡條件，該動態(tài)過平衡 條件可用于各種目的，包括流體注入、產(chǎn)生瞬時過平衡、以及壓裂等。圖3示出了射孔彈的可選擇實施例，該射孔彈用標(biāo)記IIOA表示。除了 蓋300設(shè)置在射孔彈110A中以與外殼200可密封地接合之外，射孔彈110A 在結(jié)構(gòu)上與圖2中的射孔彈110相同，其中蓋300使射孔彈的內(nèi)部部件(襯管 和炸藥)免受外部井筒環(huán)境的影響。
有效地，蓋300和外殼200形成彈嚢，該彈嚢可密封地限定密封內(nèi)腔， 該密封內(nèi)腔容納射孔彈的內(nèi)部部件。射孔彈110A是彈嚢式射孔彈，而圖2 中的射孔彈110是非彈嚢式射孔彈。于反應(yīng)物質(zhì)的激發(fā)有助于進一步降低與射孔彈相關(guān)聯(lián)的碎片。反應(yīng)物質(zhì)的 激發(fā)有助于進一步解裂外殼。盡管已經(jīng)結(jié)合有限數(shù)量的實施例對本發(fā)明進行了公開，但是受益于本公 開的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，根據(jù)這一公開能夠做出許多改進和變型。所 附權(quán)利要求書旨在覆蓋落在本發(fā)明的真實精神和范圍之內(nèi)的這些改進和變 型。
權(quán)利要求
1. 一種射孔彈，包括由包括反應(yīng)物質(zhì)的材料混合物制成的外殼，所述反應(yīng)物質(zhì)在射孔彈的裝藥爆炸期間受到激發(fā)；容納在所述外殼中的裝藥；以及容納在所述外殼中的襯管，所述襯管響應(yīng)于所述裝藥的爆炸而倒塌。
2. 如權(quán)利要求1所述的射孔彈，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)在射孔彈的裝藥爆 炸期間被激發(fā)時在井筒段中產(chǎn)生壓力脈沖。
3. 如權(quán)利要求2所述的射孔彈，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)在受到激發(fā)時產(chǎn)生 動態(tài)過平衡條件。
4. 如權(quán)利要求1所述的射孔彈，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)由爆轟氣體、井筒 流體和另 一反應(yīng)物質(zhì)中選出的至少 一個激發(fā)。
5. 如權(quán)利要求1所述的射孔彈，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)包括粉末反應(yīng)物質(zhì)。
6. 如權(quán)利要求1所述的射孔彈，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)為從下列物質(zhì)中選 出的至少一種鈦、鈦合金、混合有另一金屬的鈥、混合有另一金屬的鈦合 金和鎳-鋁。
7. 如權(quán)利要求1所述的射孔彈，其中，所述外殼的材料混合物包括與所 述反應(yīng)物質(zhì)混合的非反應(yīng)物質(zhì)。
8. 如權(quán)利要求7所述的射孔彈，其中，所述非反應(yīng)物質(zhì)從鎢、銅、錫、 鉛和鉍中選出。
9. 如權(quán)利要求7所述的射孔彈，其中，所述非反應(yīng)物質(zhì)為外殼提供增強 的密度和強度。
10. 如權(quán)利要求7所述的射孔彈，其中，非反應(yīng)物質(zhì)和反應(yīng)物質(zhì)被壓實 以形成外殼。
11. 如權(quán)利要求1所述的射孔彈，其中，所述材料混合物包括粉末材料 混合物。
12. —種射孔槍，包括 彈架；以及安裝到所述彈架的至少一個射孔彈，其中所述至少一個射孔彈包括 由包括反應(yīng)物質(zhì)的材料混合物制成的外殼，所述反應(yīng)物質(zhì)在由射孔 彈產(chǎn)生的裝藥爆炸環(huán)境中受到激發(fā)；容納在所述外殼中的裝藥；以及容納在所述外殼中的襯管，所述襯管響應(yīng)于所述裝藥的爆炸而倒塌。
13. 如權(quán)利要求12所述的射孔槍，其中，所述材料混合物還包括與反應(yīng) 物質(zhì)混合的非反應(yīng)物質(zhì)，所述非反應(yīng)物質(zhì)用于提供密度和濕強度。
14. 如權(quán)利要求12所述的射孔槍，其中，所述至少一個射孔彈包括至少 一個彈嚢式射孔彈。
15. 如權(quán)利要求12所述的射孔槍，其中，所述至少一個射孔彈包括至少 一個非彈嚢式射孔彈。
16. 如權(quán)利要求12所述的射孔槍，其中，所述彈架包括彈架帶。
17. 如權(quán)利要求12所述的射孔槍，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)由從爆轟氣體和 井筒流體中選出的至少一個的激發(fā)。
18. 如權(quán)利要求12所述的射孔槍，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)包括從下述物質(zhì) 中選出的至少一種鈦、鈦合金、混合有另一金屬的鈦、混合有另一金屬的 鈦合金和鎳-鋁。
19. 一種用在井筒中的方法，包括將射孔工具下入到井筒中，其中，所述射孔工具包括至少一個射孔彈， 所述射孔彈包括容納裝藥的外殼，其中，所述外殼由包括反應(yīng)物質(zhì)的材料混 合物制成；以及激發(fā)所述至少一個射孔彈，其中，所述至少一個射孔彈的反應(yīng)物質(zhì)在所 述至少 一個射孔彈爆炸期間受到激發(fā)，以產(chǎn)生相應(yīng)的壓力脈沖。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述壓力脈沖使得在井筒段中產(chǎn) 生動態(tài)過平衡條件。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括在存在動態(tài)過平衡條件的情況下執(zhí)行下述至少一種作業(yè)流體注入、產(chǎn) 生瞬時過平衡和壓裂。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述反應(yīng)物質(zhì)包括從下述物質(zhì)中 選出的至少一種鈦、鈦合金、混合有另一金屬的鈦、混合有另一金屬的鈦 合金和鎳-鉛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有含反應(yīng)物質(zhì)的外殼的射孔彈。射孔彈包括由材料混合物制成的外殼，所述材料混合物包括反應(yīng)物質(zhì)，該反應(yīng)物質(zhì)在射孔彈的裝藥爆炸期間受到激發(fā)。外殼中容納有裝藥和襯管，并且，襯管響應(yīng)于裝藥的爆炸而倒塌。
文檔編號E21B43/119GK101397900SQ20081009595
公開日2009年4月1日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者勞倫斯·A·貝爾曼, 理查德·T·卡米納里 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司