[发明专利]恒定入口孔射孔枪系统和方法

说明书

一种聚能射孔弹包括壳体、位于壳体内的药形罩、以及填充在壳体内的炸药。药形罩被成形为具有围绕顶点的100°至120°的包角、半径和宽高比，使得由炸药形成的射流在井套管中形成入口孔。射流在含烃地层中形成射孔坑道，其中射流的直径、入口孔直径以及射孔坑道的宽度和长度基本上是恒定的，并且不受以下设计和环境因素变化的影响，例如井套管的厚度和组成、射孔弹在射孔枪中的位置、射孔枪在井套管中的位置、井套管中的水隙和含烃地层的类型。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月15日提交的美国实用专利申请第15/352,191号的优先权，该美国实用专利申请要求2016年10月13日提交的美国临时申请第62/407,896号的优先权，这些申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及一种在石油和天然气工业中用于对井套管和地下含烃地层进行爆炸射孔的射孔枪，并且更具体地涉及一种用于形成恒定入口孔直径和恒定宽度射孔坑道的改进设备。

背景技术

在完井过程中，枪串组件位于井套管中的隔离区域中。枪串组件包括通过串联部件或子部件彼此连接的多个射孔枪。然后射孔枪射击，形成穿过套管和水泥并射入目标岩石的孔。这些射孔将储存石油和天然气的岩石与井眼连接。在完成石油井和/或天然气井的过程中，通常用爆炸性射孔弹对含烃地层进行射孔以允许烃流入井眼。这些射孔弹被装在射孔枪中，并且通常是在选定的方向上形成爆炸性的穿透射流的成形射孔弹。

如图1(0100)所示，在套管(0120)中具有3个簇、每个簇6个井眼或6个射孔的射孔系统，在使用该射孔系统射孔后，可使用压裂流体进行处理。插塞(0110)可以朝向井套管的趾端定位，以隔离出分段。簇(0101)可朝向趾端定位，簇(0103)朝向跟端定位，并且簇(0102)位于簇(0101)和簇(0103)之间。每个簇可包括3个射孔弹。在部署射孔枪系统并井被射孔后，在井套管中形成入口孔，并且炸药形成穿透到含烃地层中的射流。入口孔的直径还取决于几个因素，例如聚能炸药中的药形罩、炸药类型、套管的厚度和材料、套管中的水隙、射孔枪的居中、簇中的炸药数量和分段中的簇数量。当用一组特定参数确定入口孔的尺寸时，可以进一步进行分段设计。参数化设计意味着一次改变一件事并评估结果。参数可以根据不同的簇、分段或井变化。固定变量可以是固定的，期望的变量可以改变。评估结果以确定是否有因果关系。然而，如果有几个因素发生变化，结果似乎是随机的，并且可以得出表明这种变化没有效果的结论。另外，分段设计取决于射孔质量，该射孔质量包括入口孔尺寸和射孔坑道形状、长度和宽度。由于决定入口孔尺寸的因素的数量，入口孔直径(EHD)的变化很大，并且因此分段的设计变得不可预测。例如，以0.3英寸为目标的入口孔可能具有+-0.15英寸的变化，并且所得到的入口孔直径可能是0.15英寸或0.45英寸。如果入口孔直径是较小的直径，例如0.15英寸，则形成的处理可能会导致含烃地层中出现非预期和弱的压裂。目前的设计被用于较大的入口孔直径，以解决由于影响EHD的上述因素而导致的大的变化。由于EHD的变化导致的重大且不可预测的设计导致不可预测的成本、不可靠的结果和显着的成本。因此，需要一种药形罩设计，其形成的入口孔的直径不受以下设计和环境因素的影响，例如井套管的厚度、井套管的组成、炸药在射孔枪中的位置、射孔枪在井套管中的位置、井套管中的水隙或所述含烃地层的类型。图1(0100)示出了各种射孔弹的EHD变化。例如，簇(0103)中的EHD(0131)显着小于簇(0102)中的EHD(0121)。类似地，射孔坑道的穿透长度和宽度也随着上述设计和环境因素而变化。例如，簇(0103)中的射孔坑道(0113)可以比簇(0102)中的射孔坑道(0112)长。射孔坑道的长度和宽度的大的变化进一步导致有效处理含烃地层的显着设计挑战。因此，需要设计一种聚能射孔弹，其包括填充有炸药的药形罩，使得所形成的射孔坑道的长度和宽度的变化小于7.5％。