專利名稱：降低射孔槍內(nèi)壓力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進一個油藏地層和一個井眼之間的流體連通，特別是涉及在射孔作業(yè)中降低射孔槍內(nèi)的氣體壓力。
背景技術(shù)：
射孔是一種油藏完井作業(yè)，它實現(xiàn)一個地下地質(zhì)地層和一個井眼之間的流體連通，該流體連通反過來使得油藏與地面連通。其目的是有利于油藏地層與井眼之間的可控流動。
射孔作業(yè)是通過把一個射孔槍下入到井眼內(nèi)靠近目的油藏地層內(nèi)并點燃射孔彈來完成。射孔彈在幾微秒內(nèi)積累大量能量到油藏地層內(nèi)。
盡管成功地實現(xiàn)了油藏與井眼的連接，射孔事件可能破壞地層的局部孔隙結(jié)構(gòu)(滲透率)，因此破壞地層的生產(chǎn)率。對沖擊區(qū)域的破壞通常通過浪涌流來減輕，其中破壞的巖石被快速地“吸入”到井眼內(nèi)。浪涌流通常通過欠平衡射孔來實現(xiàn)，其中，井眼內(nèi)壓力小于油藏壓力。
然而，欠平衡射孔不總是有效的。最近發(fā)現(xiàn)，欠平衡射孔無效的一個原因是“欠平衡環(huán)境”，該“欠平衡環(huán)境”暫時性地變成過平衡，從而導致流體流動到油藏內(nèi)，從而阻止所需的清除浪涌流。這種“動態(tài)過平衡”歸因于高壓氣體，該高壓氣體可影響井眼壓力。換句話說，到目前為止，射孔槍一直是射孔環(huán)境中被忽視的一個因素。對射孔槍內(nèi)壓力進行精確考慮和控制對設(shè)計和進行一個有效的射孔作業(yè)是非常重要的。
因此，需要提供一種用于在一個射孔作業(yè)中控制射孔槍內(nèi)壓力的方法和系統(tǒng)。而且還需要提供一個用于在爆炸后降低射孔槍內(nèi)壓力的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述考慮和其它因素，本發(fā)明涉及通過降低射孔槍內(nèi)的爆炸后壓力來增強一個井眼與一個地層之間的流體連通。
本發(fā)明的一個目的就是快速最小化在射孔槍身內(nèi)產(chǎn)生的爆炸后壓力。爆炸后壓力的降低減少了爆炸后井眼壓力增加的趨勢。此外，較低的射孔槍壓力可以產(chǎn)生波動的流體流進入射孔槍內(nèi)，因此使得最初是過平衡的井眼快速變成欠平衡狀態(tài)。這些技術(shù)被稱為“動態(tài)欠平衡”。
在給定時間內(nèi)氣體內(nèi)的壓力是其溫度和摩爾密度(單位體積內(nèi)的氣體分子量)的確定性焓數(shù)。因此為了降低氣體壓力，必須使用一個機構(gòu)來降低氣體的溫度和/或摩爾密度。
射孔槍內(nèi)壓力的主要來源是聚能射孔彈的炸藥。炸藥的化學能的“有用部分”被轉(zhuǎn)化為噴射動能，噴射動能又移動目標物質(zhì)，因此形成所需射孔地道。另外的能量以動能形式積聚到聚能射孔彈的封閉殼內(nèi)。由于孔隙坍塌、沖擊加熱、塑性應(yīng)變和破裂原因倒是少量但是很重要的能量以熱量形式能夠進入到襯管和/或套管內(nèi)。殘余爆炸氣體能量表現(xiàn)為熱的、高壓氣體，某些氣體可以從射孔槍內(nèi)排出，對井眼進行“加壓”。需要降低這種殘余炸藥能量或者“廢棄能量”的壓力。該廢棄能量確實最終通過熱傳遞機構(gòu)散發(fā)掉，但是大部分能量在浪涌流相關(guān)的時標(十幾個毫秒)內(nèi)仍然存在。通常，射孔槍內(nèi)的這些殘余爆炸氣體擁有炸藥最初(任何熱傳遞之前的)化學能的30％。其余的70％中，約30％分配到襯管，40％分配到套管內(nèi)。
為了進行說明，這里“能量效率”定義為在爆炸氣體的殘余(廢棄)能量與炸藥最初未爆炸前的化學能的比值。常規(guī)的射孔聚能射孔彈的廢棄能量值約為30％。通過改變聚能射孔彈設(shè)計例如增加彈殼厚度、質(zhì)量、強度和/或展延性，這30％的廢棄能量可以稍微減少到約25％。本發(fā)明需要進一步降低廢棄能量，從而降低射孔槍內(nèi)爆炸后壓力。
在本發(fā)明的一個實施例中，通過利用一個快速作用能量吸熱器(heat sink)快速冷卻氣體來降低爆炸后壓力。冷卻直接導致減壓。
在本發(fā)明的第二實施例中，通過降低氣體的摩爾密度來降低爆炸氣體壓力。通過與氣態(tài)爆炸產(chǎn)物反應(yīng)形成固體化合物來降低爆炸氣體的摩爾密度。
本發(fā)明的另外一個實施例包括通過降低爆炸氣體的溫度和摩爾密度來降低射孔槍的爆炸后氣體壓力。一種方法就是組合使用一個快速作用吸熱器例如在第一實施例中的吸熱器和一種用于降低摩爾爆炸產(chǎn)物以形成固體化合物例如第二實施例中的化合物的反應(yīng)劑。另外一個方法就是利用廢棄能量做功。
因此，本發(fā)明提供一種用于降低射孔槍爆炸后壓力的裝置，該裝置包括一射孔槍，裝載至少一個射孔彈，其中射孔彈爆炸時產(chǎn)生加壓的爆炸氣體；和位于射孔槍近端的用于降低爆炸氣體壓力的機構(gòu)。爆炸氣體壓力根據(jù)需要在一定的時間框架內(nèi)降低，在該時間框架內(nèi)足以把井眼流體“抽吸”到射孔槍內(nèi)，以形成動態(tài)欠平衡狀態(tài)，從而使得流體浪涌流從油藏流動到井眼內(nèi)。
壓力降低機構(gòu)可以單獨包括吸熱器、反應(yīng)劑、物理壓縮機構(gòu)或者它們的組合，吸熱器用于降低爆炸氣體的溫度，反應(yīng)劑用于與反應(yīng)物氣體重新結(jié)合并降低爆炸氣體的摩爾密度，物理壓縮機構(gòu)利用爆炸氣體的廢棄能量做功以降低爆炸氣體的溫度和摩爾密度。
前面已經(jīng)簡要列舉了本發(fā)明的特點和技術(shù)優(yōu)點，是為了使得下面對本發(fā)明的詳細描述更加容易理解。本發(fā)明公開了用于借助于溫度降低和/或摩爾密度降低來降低射孔槍架中爆炸后的氣體壓力的方法和裝置，從而有利于來自地層的浪涌流。本發(fā)明的另外的特點和優(yōu)點將在后面進行描述，這些特點和優(yōu)點形成了本發(fā)明的技術(shù)方案的主題。


本發(fā)明的前述和其它特點最好通過參照下面對本發(fā)明的具體實施例的描述來理解，參照下列附圖進行描述圖1是使用各種吸熱器材料在一個密閉壓力取樣器試驗中的壓力取樣器聚能射孔彈爆炸后前20毫秒的曲線圖；圖2是使用各種吸熱器材料在一個密閉壓力取樣器試驗中的壓力取樣器聚能射孔彈爆炸后第1秒的曲線圖；圖3A是使用增加的吸熱器材料的本發(fā)明的一個射孔槍的一個實施例的部分剖面圖；圖3B是使用增加的吸熱器材料的本發(fā)明的一個射孔槍的一個實施例的部分剖面圖；圖3C是使用增加的吸熱器材料的本發(fā)明的一個射孔槍的一個實施例的部分剖面圖；圖4A是本發(fā)明的具有反應(yīng)劑的一個射孔槍的一個實施例的部分剖面圖；圖4B是本發(fā)明的具有反應(yīng)劑的一個射孔槍的一個實施例的部分剖面圖；圖4C是本發(fā)明的具有反應(yīng)劑的一個射孔槍的一個實施例的部分剖面圖；圖5A是本發(fā)明的具有機械壓縮段的一個射孔槍在射孔彈被爆炸的時間1的示意圖；圖5B是本發(fā)明的具有機械壓縮段的一個射孔槍在射孔彈被爆炸后幾個毫秒內(nèi)的時間2的示意圖；圖5C是一個曲線，描述在射孔彈爆炸到爆炸后幾個毫秒內(nèi)爆炸氣體的壓降和機械壓縮材料的壓力增加情況。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，在附圖中所描述的部件不一定按照一定比例，其中，類似或者相象的部件在幾個視圖中用同樣的附圖標記。
在本發(fā)明的一個實施例中，通過使用一個可以快速冷卻氣體的快速作用能量吸熱器來降低爆炸后壓力。冷卻直接導致減壓。冷卻的另外的優(yōu)點是可能從任何水蒸氣中凝結(jié)，眾所周知，水蒸氣中包括大量的爆炸氣體。凝結(jié)降低氣體密度并形成足夠的熱傳遞速率，從而顯著降低壓力。
有效的吸熱器必須具有兩個固有性質(zhì)快速吸熱(高熱傳導性)和較大的熱能量存儲容量。能量存儲容量可以表示為具體的熱容量和/或相變焓。表現(xiàn)出高熱傳導性、高熱容量和/或高相變焓的材料的例子包括鋼、銅、銀、鎳和水，但是不限于上述材料。
在這些金屬中，銅表現(xiàn)出高熱傳導性(快速熱量吸收)和熱容量(吸收的熱量的量)的最佳組合。在這里的討論中，所有材料性質(zhì)都被看做處于標準狀態(tài)。在所有常規(guī)材料中，水具有最大的熱傳導性，水比銀快40％，比銅快50％。水還具有很高容積比的熱容量，比鋼或者銅的熱容量高23％左右。另外，水具有很高熱量蒸發(fā)特性，為2.2kJ/g。就是這最后一個特性和射孔槍內(nèi)的氣體壓力通常高于水的沸點而保持低于金屬的沸點的事實使得水與其它金屬明顯分開。
除了上述的固有性質(zhì)外，物理結(jié)構(gòu)也非常重要。吸熱器與爆炸氣體的靠近程度、裸露表面區(qū)域和吸熱器材料的總量在很大程度上決定著能量傳遞的范圍和速率。已經(jīng)有試驗表明各種吸熱器在快速降低爆炸氣體壓力的效率。試驗是在封閉的壓力取樣器實驗內(nèi)進行，其中，在少量的炸藥在一個密閉的腔室內(nèi)爆炸后，記錄放出的氣體的壓力。在每一個試驗中，對一個不同的吸熱器試驗對象進行評估，而測量的氣體壓力作為能量吸收效率的一個指標。
圖1和2表示這些試驗的壓力數(shù)據(jù)。圖1用曲線表示爆炸后的前20毫秒。圖2用曲線表示爆炸后的整個第1秒。在每個測試中，炸藥爆炸的完成時間為大約10微秒，3～5毫秒后沖擊瞬變量開始衰減，并達到空間平衡。
參考圖1和2，4個曲線表示在4個不同的試驗中的壓力隨著時間的變化。
最上端的曲線1表示基準測試的結(jié)果，其中，沒有任何吸熱器加入。由于“封閉壓力取樣器”殼體本身作為一個吸熱器，試驗中的壓力衰減。這是一個基準，根據(jù)該基準對其它的吸熱器的效率進行評價。
在第二個試驗中，一種銅粉被引入到封閉壓力取樣器腔室內(nèi)。從上端數(shù)第2個曲線，曲線2，表示銅粉的壓力隨著時間的變化。在爆炸后的前5～10毫秒內(nèi)，銅粉有效地降低壓力。
在第三個試驗中，水被引入到封閉壓力取樣器腔室內(nèi)。測試水的容積等于在第二個試驗中使用的整個銅粉的容積。由于在測試的結(jié)構(gòu)的數(shù)量原因，水能比銅粉更有效地降低氣壓(曲線3)，特別是在前2～5毫秒內(nèi)能夠更有效地降低氣壓(曲線3)。
在第四個試驗中，微囊化水珠被引入到封閉壓力取樣器內(nèi)。這些水珠基本上是細的散劑，其中，每一個粉末顆粒是一個內(nèi)部充滿水的薄塑膠殼體。充填在粉末中的水量與在第三個試驗中的使用的水量相同。如圖所示，壓力隨時間變化的曲線4位于曲線3之上。
圖3A是本發(fā)明的一個射孔槍10的一個實施例的部分剖面圖。射孔槍10包括一形成射孔槍腔室18的射孔槍架12、多個射孔彈14、多個聚能射孔彈載體14a和射孔槍內(nèi)降壓器。在這個實施例中，降壓器是吸熱器16，放置在聚能射孔彈14附近，并位于射孔槍10內(nèi)。吸熱器(降溫器)16降低來自射孔彈14的爆炸氣體的溫度從而降低其壓力。
圖3A表示吸熱器材料16放置在射孔槍腔室18內(nèi)或者連接到聚能射孔彈載體12上，或者嵌入到聚能射孔彈載體12內(nèi)。應(yīng)該能夠預見，吸熱器16可以在射孔彈14和所形成的爆炸氣體(未示出，但是基本上充滿射孔槍腔室18)附近的多個位置上形成或者設(shè)置。用于設(shè)置吸熱器16的不同位置的例子在不同的視圖中進行說明，這些例子不是限制性的。
圖3B是本發(fā)明的一個射孔槍10的另外一個實施例的部分剖面圖，該射孔槍10具有另外的吸熱器16。在這個實施例中，吸熱器16包含在一蓋體20內(nèi)，蓋體20位于射孔彈14的前表面22近端。
圖3C是本發(fā)明的一個射孔槍10的另外一個實施例的部分剖面圖，該射孔槍10具有另外的吸熱器16。在這個實施例中，吸熱器16包含在射孔彈14的聚能射孔彈殼14a內(nèi)。
參考圖3A到3C，吸熱器可以由具有下列一個或者多個屬性的任何材料形成高熱容量(比熱容量和/或相變焓)，高熱傳導性，高表面積和高蒸發(fā)焓。吸熱器16材料包括(但是不限于)微細固體、粉末和單體材料包括水、銅或者其它合適材料。吸熱器材料16可以嵌入、放置到或者連接到聚能射孔彈殼14a、射孔槍架12、射孔槍腔室18、裝載管(未示出)或者射孔槍10的其它部分。
在本發(fā)明的另外一個實施例中，通過一個降壓器來降低爆炸后氣體壓力，該降壓器降低氣體的摩爾密度(摩爾密度降壓器)。該公開的目的，由于氣體溫度將等于普遍井眼的溫度，后面時段最終的平衡氣體壓力由其摩爾密度決定。因此，唯一可以降低后面時段壓力的方式就是降低摩爾密度。而且，對于本發(fā)明，假設(shè)系統(tǒng)的容積固定，因此摩爾密度的降低與氣體摩爾數(shù)或者分子數(shù)量的降低同步。
對于位于具有無限快速熱傳遞的射孔槍系統(tǒng)來說，其中，爆炸氣體瞬間冷卻到普遍井眼的溫度，如果氣體的摩爾密度高，壓力還可以是非理想地高。而在實踐中，熱傳遞是有限的，本實施例可以在短時間內(nèi)增加氣體的溫度，因此足以產(chǎn)生一個凈壓力增加。然而，隨著足夠快速的熱傳遞，本發(fā)明在所關(guān)注的時標內(nèi)降低射孔槍內(nèi)的壓力。本發(fā)明的實施例也可以用于非射孔應(yīng)用中來降低后面時段壓力。
通常，理想的炸藥(CHNO)分解主要產(chǎn)生下列分子種類N2，H2O，CO2，CO和C。除C之外所有分子都是氣體，C通常是固體石墨(炭黑)。還有其它痕量氣體種類存在，但是這些分子包括爆炸產(chǎn)品氣體的絕大部分。對于后面的氣體分子數(shù)量計算，假定N2和H2O分別約為40％，而CO2和CO構(gòu)成其余的20％。
該實施例公開了通過使得組成原子與其它反應(yīng)物重新結(jié)合，從而產(chǎn)生下面種類的固體化合物(許多是公知的陶瓷材料)中的一種或者多種氮化物、氧化物、氫氧化物和氫化物，來減少主要的氣體種類的數(shù)量。位于容積固定的系統(tǒng)，本實施例的結(jié)果是降低爆炸氣體的摩爾密度。
氧化物。下列反應(yīng)劑形成比CO、CO2或者H2O(每一個化合物對應(yīng)的最佳化合物用圓括號表示)更穩(wěn)定的氧化物Al(Al2O3)、B(B2O3)、Ba(BaO)、Ca(CaO)、Fe(Fe3O4)、K(K2O)、Li(Li2O)、Mg(MgO)、Mn(MnO)、Mo(MoO2)、Na(Na2O)、Si(SiO2)、Sn(SnO2)、Ta(Ta2O5)、Ti(TiO)、V(V2O3)、WO2)、Zn(ZnO)、Zr(ZrO2)。將CO和CO2還原成C(固體)將降低整個氣體摩爾密度大約20％。
氫氧化物和氫化物。幾個上述元素也可以形成氫氧化物，和/或它們的組合物形成氧化物。鈉和鈣產(chǎn)生的氧化物比基本的氧化物更穩(wěn)定K2B4O7，KOH，Na2B4O7和NaOH。其它的元素例如象Al、Ba、Ca、Fe、Li、Mg、Sn、Zn形成的氫氧化物沒有它們的氧化物穩(wěn)定(但是仍然比水穩(wěn)定)。
下列的反應(yīng)劑形成氫化物；它們都沒有H2O穩(wěn)定，因此它們形成在前面的還原成H2或者氣體方式(如上所述)之后(每一個化合物對應(yīng)的最佳化合物用圓括號表示)。Al(AlH3)、Ca(CaH2)，Li(LiH)，Mg(MgH2)，K(KH)，Na(NaH)，Ta(Ta2H)，Ti(TiH2)，Zr(ZrH2)。消耗所有的氧和氫將降低整個氣體摩爾密度的大約60％。
氮化物。下列反應(yīng)劑形成穩(wěn)定的氮化物(每一個化合物對應(yīng)的最佳化合物用圓括號表示)Al(AlN)，B(BN)，Ca(Ca3N2)，Li(Li3N)，Mg(Mg3N2)，Si(Si3N4)，Ta(TaN)，Ti(TiN)，V(VN)，Zr(Zrn)。消耗所有的氧和氫將降低整個氣體摩爾密度的大約40％。
從上面的列舉，我們可以確定形成穩(wěn)定的氮化物、氧化物和氫氧化物或者氫化物的化合物種類。這些化合物理論上基本上消耗所有的爆炸氣體種類AL，Ca，Li，Mg，Ta，Ti和Zr?？赡苄纬傻幕衔锕_在表1中。
表1

化合物的形成焓(formation enthalpy)基本上正比于吉布斯自由能，因此吉布斯函數(shù)(穩(wěn)定性)的量值表示了放熱量(和伴隨的短期壓力上升)的量值。更準確地說，產(chǎn)物和反應(yīng)劑的形成焓之間的差值表示凈放熱量。理想的反應(yīng)劑24是一種產(chǎn)生最小放熱量的反應(yīng)劑，其需要少量的反應(yīng)劑(來減少對爆炸性能的影響)，并提供所必須的激活能。
因此，本發(fā)明包括放置多個反應(yīng)劑24在射孔彈l4的爆炸氣體附近(近端)，包括在未爆炸的射孔彈14內(nèi)嵌入一個或者多個下述的反應(yīng)劑。作為反應(yīng)劑24的材料包括但不限于Al，Ca，Li，Mg，Ta，Ti和Zr。
應(yīng)該能夠理解，反應(yīng)劑24的量可根據(jù)作業(yè)動力學、所需的摩爾密度降低量和降低對爆炸性能的影響的要求而變化。使用反應(yīng)劑降低爆炸氣體的摩爾密度的本發(fā)明的實施例表示在圖4A～4C中。
圖4A是本發(fā)明的具有作為射孔槍內(nèi)降壓器的反應(yīng)劑24的一個射孔槍10的一個實施例的部分剖面圖。如圖4A所示，反應(yīng)劑24靠近射孔彈14放置。反應(yīng)劑24可以定位在腔室18內(nèi)，連接或者嵌入到射孔槍架12內(nèi)或者放置在射孔彈14爆炸產(chǎn)生的爆炸氣體附近近端的其它位置。放置反應(yīng)劑24的不同位置的例子表示在各個附圖中，但是這些位置不限于這些例子。
圖4B是本發(fā)明的具有作為射孔槍內(nèi)降壓器的反應(yīng)劑24的一個射孔槍10的另外一個實施例的部分剖面圖。圖4B說明反應(yīng)劑24包括在射孔彈14的殼體14a中。
圖4C是本發(fā)明的具有作為射孔槍內(nèi)降壓器的反應(yīng)劑24的一個射孔槍10的另外一個實施例的部分剖面圖。圖4C說明反應(yīng)劑24嵌入在射孔彈14中。
在本發(fā)明的另外一個實施例中，射孔槍10可以同時包括用于降低爆炸后射孔槍壓力的溫度和摩爾密度的機構(gòu)。作為一個例子，圖3和圖4中的技術(shù)特征可以組合起來。一個例子表示在圖4A中。應(yīng)該能夠意識到，吸熱器材料16和反應(yīng)劑24可以包括在本發(fā)明的射孔槍10內(nèi)，以降低射孔作業(yè)的爆炸后壓力。
爆炸后壓力也可以通過機械裝置來降低，這些方法還沒有被意識到。
當理想氣體等焓膨脹(亦即“扼流”-理想的例子是膨脹成真空)時，氣體不做功，爆炸后和爆炸前具有基本上相同的能量。如果氣體的比熱容量恒定，該膨脹就是等溫的。
從理想氣體定律，P＝R×(n/V)×T，這種膨脹只能通過降低摩爾密度來降低壓力，P2＝P1(V1/V2)。這里，n是恒量，V是變量，剛好與圖4A、4B和4C中描述的實施例相反。
但是，當一個膨脹氣體開始做功，它在做功的同時釋放能量到周圍環(huán)境。能量守恒定律控制膨脹氣體冷卻。當理想氣體等焓膨脹時，它的壓力按照下述公式下降P2＝P1×(V1/V2)^γ，其中，γ是絕熱指數(shù)(對于空氣或者許多其它氣體大約為1.4)。因此，等焓膨脹比等溫膨脹產(chǎn)生更顯著的壓降。
一個有效的“做功”膨脹不一定是等溫或者甚至絕熱的，因為可能發(fā)生其它可逆過程。實際上，在爆炸氣體26的最初膨脹過程中確實發(fā)生這種過程(套管或者襯管等的沖擊熱量、塑性流動或者孔隙坍塌)。本發(fā)明和實施例注意借助于PdV(施加的壓力乘以體積改變)做功把氣體的勢能(熱能)轉(zhuǎn)化為動能。這種動能然后或者同時借助于任何機構(gòu)例如象粘性加熱、塑性應(yīng)變或者孔隙坍塌來發(fā)散?；蛘呖蛇x擇地，在聚能射孔彈1 4爆炸后已經(jīng)經(jīng)過足夠時間(數(shù)十毫秒)后，能量可以釋放到爆炸氣體內(nèi)，以實現(xiàn)降低射孔槍壓力的優(yōu)點。
圖5A是包括一個降壓器的本發(fā)明的射孔槍10的示意圖，該降壓器是一個壓縮段28。參考附圖5A和5B，射孔槍10包括一個射孔槍架12和一個射孔槍腔室18。射孔槍腔室18與壓縮段28包圍形成的一個壓縮腔室36功能性連接。一個壓縮隔板34可密封地分隔射孔槍腔室18和壓縮腔室36。壓縮隔板34可以移動到壓縮腔室36內(nèi)。壓縮隔板34可以象膜片那樣可滑動移動和/或變形。壓縮腔室36包括一可壓縮材料30例如可壓縮氣體或者例如象彈簧或者氣體活塞類型裝置的材料?？蓧嚎s材料30必須在它所存在的井眼環(huán)境中是可壓縮的，并且必須在射孔彈爆炸后的幾毫秒內(nèi)是可壓縮的?？蓧嚎s材料30可以包括一機械裝置例如彈簧、一可壓縮流體例如氣體或者液體或者可壓縮固體。
圖5A表示在射孔彈(圖3、4)爆炸后幾毫秒內(nèi)或時間1(t1)處的射孔槍10。爆炸氣體26已經(jīng)充滿射孔槍腔室18。
圖5B表示在射孔彈爆炸后幾毫秒內(nèi)，即時間2(t2)處的射孔槍10。爆炸氣體26已經(jīng)克服和壓縮可壓縮材料30來膨脹做功，因此消耗爆炸氣體26內(nèi)的廢棄能量，降低爆炸氣體26的摩爾密度和溫度，從而降低壓力。
圖5C用曲線說明在有關(guān)的“t1”到“t2”時間內(nèi)，射孔槍內(nèi)爆炸氣體爆炸后壓力的降低情況和可壓縮材料的壓力增加的情況。
參考圖1到5，描述了一種降低射孔槍10的爆炸后氣體26的壓力的方法。一個射孔槍10具有射孔彈14和用于降低射孔彈14所形成的爆炸氣體26的壓力的壓力降低機構(gòu)。
降壓器可以包括一個用于降低爆炸氣體16的溫度的吸熱器16和/或一個用于降低爆炸氣體16的摩爾密度的反應(yīng)劑24和/或一個壓縮段28，使得爆炸氣體做功，由此降低射孔槍10的溫度和增加射孔槍的容積以降低摩爾密度。
吸熱器16設(shè)置成鄰接于射孔彈14。吸熱器16可以包括但是不限于微細固體、粉末、單體材料包括水、銅或者其它合適材料。
理想的反應(yīng)劑24是一種產(chǎn)生最小放熱量的反應(yīng)劑，需要少量的反應(yīng)劑(來減少對爆炸性能的影響)，從而避免所必須的激活能。反應(yīng)劑24可以單獨地包括AL，Ca，Li，Mg，Ta，Ti和Zr或者它們的組合，但是不限于這些反應(yīng)劑或者其組合。
從前面對本發(fā)明的具體實施例的詳細描述，顯而易見已經(jīng)公開了一個在射孔作業(yè)中控制動態(tài)壓力瞬變量的新穎的系統(tǒng)。盡管本發(fā)明的具體的實施例已經(jīng)以某種具體的形式公開，這只是為了描述本發(fā)明的各個技術(shù)特征和方面，并不是對本發(fā)明的限制。例如，應(yīng)該能夠意識到，射孔槍內(nèi)壓力包括在射孔槍內(nèi)形成的壓力和在射孔槍附近的壓力。設(shè)置在射孔槍內(nèi)或連接到射孔槍上的參照物包括射孔槍管柱的一部分或者與射孔槍功能性連接，從而使得設(shè)置在射孔槍內(nèi)的物體是射孔槍的一個延長段或形成為射孔槍架的一部分。應(yīng)該能夠想到，對所公開的實施例可以作出各種替換、修改和/或改進，包括但是不限于能夠想到的各種結(jié)構(gòu)變化，而不偏離所附技術(shù)方案所定義的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于降低射孔槍爆炸后壓力的裝置，該裝置包括射孔槍，裝載至少一個射孔彈，其中該射孔彈在爆炸時產(chǎn)生加壓的爆炸氣體；和降壓器，其與射孔槍功能性連接，該降壓器適合于降低爆炸氣體的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍的近端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中，所述降壓器是射孔槍的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中，所述降壓器包括一吸熱器，適用于快速降低爆炸氣體的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述吸熱器具有高熱傳導性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述吸熱器具有較大的熱容量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述吸熱器包括銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述吸熱器包括水。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述吸熱器包括微囊化水珠。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中，所述降壓器具有反應(yīng)劑，該反應(yīng)劑適合于與爆炸氣體重新結(jié)合，以降低爆炸氣體的摩爾密度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述裝置，其中，所述反應(yīng)劑從下列物質(zhì)組成的組中選擇Al，Ca，Li，Mg，Ta，Ti，Zr和它們的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中，所述降壓器包括一個壓力壓縮段，該壓力壓縮段與射孔槍功能性連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述裝置，其中，所述壓縮段包括一個可壓縮材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述裝置，其中，所述可壓縮材料是彈簧。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述裝置，其中，所述可壓縮材料是固體。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述裝置，其中，所述可壓縮材料是流體。
18.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍的近端。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍的近端。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍的近端。
21.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求11所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述裝置，其中，所述降壓器設(shè)置在射孔槍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述降壓器是射孔槍的一部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求11所述裝置，其中，所述降壓器是射孔槍的一部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述裝置，其中，所述降壓器是射孔槍的一部分。
27.一種用于降低射孔槍爆炸后的壓力的裝置，該裝置包括射孔槍，裝載至少一個射孔彈，其中該射孔彈爆炸后產(chǎn)生加壓的爆炸氣體；降溫器，其與射孔槍功能性連接，該降溫器適用于降低爆炸氣體的溫度；以及摩爾密度降低器，其與射孔槍功能性連接，該摩爾密度降低器適用于降低爆炸氣體的摩爾密度。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述設(shè)備，其中，所述降溫器設(shè)置在射孔槍的近端。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述降溫器設(shè)置在射孔槍內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述降溫器是射孔槍的一部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述摩爾密度降低器設(shè)置在射孔槍的近端。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述摩爾密度降低器設(shè)置在射孔槍內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述摩爾密度降低器是射孔槍的一部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述降溫器包括吸熱器，其適用于快速降低爆炸氣體的溫度。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述裝置，其中，所述吸熱器具有高熱傳導性。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述裝置，其中，所述吸熱器具有大的熱容量。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述裝置，其中，所述吸熱器包括銅。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述裝置，其中，吸熱器包括水。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述裝置，其中，吸熱器包括微囊化水珠。
40.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述摩爾密度降低器是反應(yīng)劑，該反應(yīng)劑適用于與爆炸氣體重新組合以形成固體。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述裝置，其中，所述摩爾密度降低器是反應(yīng)劑，該反應(yīng)劑適用于與爆炸氣體重新結(jié)合以形成固體。
42.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中，所述降溫器和摩爾密度降低器包括一壓力壓縮段，該壓力壓縮段與一射孔槍腔室功能性連接。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述裝置，其中，所述壓縮段包括可壓縮材料。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述裝置，其中，所述降溫器和摩爾密度降低器包括一壓力壓縮段，該壓力壓縮段與一射孔槍腔室功能性連接。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述裝置，其中，所述降溫器和摩爾密度降低器包括一壓力壓縮段，該壓力壓縮段與一射孔槍腔室功能性連接。
46.一種降低一射孔槍的爆炸后的壓力的方法，包括如下步驟提供一個具有射孔彈的射孔槍；使射孔彈爆炸，產(chǎn)生加壓的爆炸氣體；以及降低射孔槍近端的爆炸氣體壓力，以產(chǎn)生一個來自油藏地層的浪涌流。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述方法，其中，爆炸氣體壓力是通過快速降低爆炸氣體的溫度來降低的。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述方法，其中，爆炸氣體壓力是通過降低爆炸氣體的摩爾密度來降低的。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述方法，其中，爆炸氣體壓力是通過降低爆炸氣體的摩爾密度來降低的。
50.根據(jù)權(quán)利要求46所述方法，其中，降低爆炸氣體壓力的步驟包括提供吸熱器，該吸熱器與射孔槍功能性連接，適用于降低爆炸氣體的溫度。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述方法，其中，降低爆炸氣體壓力的步驟包括提供一壓縮段，該壓縮段與射孔槍功能性連接，用于降低爆炸氣體的壓力。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述方法，其中，降低爆炸氣體壓力的步驟包括提供一反應(yīng)劑，該反應(yīng)劑適用于與爆炸氣體重新結(jié)合以形成固體。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述方法，其中，所述吸熱器包括銅。
54.根據(jù)權(quán)利要求50所述方法，其中，所述吸熱器包括水。
55.根據(jù)權(quán)利要求51所述方法，其中，所述壓縮段包括彈簧。
56.根據(jù)權(quán)利要求51所述方法，其中，所述壓縮段包括可壓縮流體。
57.根據(jù)權(quán)利要求51所述方法，其中，所述壓縮段包括可壓縮固體。
58.根據(jù)權(quán)利要求51所述方法，其中，所述反應(yīng)劑從下列物質(zhì)組成的組中選擇Al，Ca，Li，Mg，Ta，Ti，Zr和它們的組合。
全文摘要
一種用于降低射孔槍爆炸后壓力的裝置，該裝置包括一個射孔槍，裝載至少一個射孔彈，其中射孔彈爆炸時產(chǎn)生加壓的爆炸氣體；和一個降低射孔槍近端的爆炸氣體壓力的機構(gòu)。爆炸氣體壓力根據(jù)需要在一時間范圍內(nèi)降低，在該時間范圍內(nèi)足以形成一個動態(tài)欠平衡狀態(tài)，以便于流體浪涌流從油藏流動到井眼中。壓力降低機構(gòu)可以單獨包括吸熱器、反應(yīng)劑或者物理壓縮機構(gòu)或者它們的組合，吸熱器用于降低爆炸氣體的溫度，反應(yīng)劑用于與反應(yīng)物氣體重新結(jié)合以降低爆炸氣體的摩爾密度，物理壓縮機構(gòu)利用爆炸氣體的廢棄能量做功，同時降低氣體溫度和爆炸氣體的摩爾密度。
文檔編號E21B43/119GK1690358SQ20051006690
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者B·M·格洛芙, L·A·比爾曼, I·C·瓦爾頓, P·克尼斯爾, A·T·沃娜 申請人:施盧默格控股有限公司