專利名稱：具有密封的點火系統(tǒng)的增產(chǎn)裝置的制作方法
具有密封的點火系統(tǒng)的增產(chǎn)裝置技術(shù)領(lǐng)域本申請涉及一種用于使地下地層增產(chǎn)的方法和裝置，所述地下地 層由井筒所穿過，尤其是，本發(fā)明涉及一種使用燃燒體和點火系統(tǒng)的 裝置，以及一種使用所述裝置使地下地層增產(chǎn)并增強射孔孔眼有效性 的方法，所述射孔孔眼在井筒與地層之間提供流體連通。
背景技術(shù)：
通過將各種長度的較大直徑的金屬管(稱作套管)連接在一起使 得穿透地下地層的井筒的完整性得到加強，從而形成井筒內(nèi)的套管柱。 通常用水泥將所述套管柱膠結(jié)在井筒表面并在隨后通過點燃其內(nèi)的聚 能炸藥在井筒的開采段進行射孔。所形成的射孔孔眼穿過套管和水泥 一小段距離進入地層。除了增加井筒的完整性，已射孔的套管柱提供 了用于使流體穿過井筒而被開采到地面的管道。在特定情況下，需要在使井筒壓力保持在相對于地層壓力的過平 衡狀態(tài)的情況下進行射孔作業(yè)。過平衡的井筒壓力常常會超過地層的 破裂壓力，所述破裂壓力會在射孔孔眼附近引起水力壓裂。這種在射 孔孔眼處的地層內(nèi)蓄意產(chǎn)生裂縫的方式通常被稱作增產(chǎn)措施，射孔孔 眼一般僅可延伸入地層幾英寸，而裂縫網(wǎng)可延伸入地層幾英尺。所述 裂縫網(wǎng)提供了使流體從地層進入井筒的增大了的流道并可顯著地增加 井的產(chǎn)能。作為替代的增產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)生氣體的推進劑己被用于替換水力壓裂 以在地下地層內(nèi)產(chǎn)生并延伸裂縫。根據(jù)常規(guī)的推進劑增產(chǎn)技術(shù)，推進 劑被就地點燃以產(chǎn)生氣體，所述氣體在進行射孔工藝時或之后使井筒 的開采段增壓。所產(chǎn)生的氣體在井筒的開采段處的地層內(nèi)產(chǎn)生并延伸 裂縫。 常規(guī)的推進式增產(chǎn)裝置包括推進體和點火系統(tǒng)，所迷推進體由固 體火箭推進劑材料鑄造而成，所述點火系統(tǒng)包括啟動器組件和連接到 啟動器組件上的點火傳播器。啟動器組件通常包括雷管，點火傳播器 通常是雷管導(dǎo)火索。點火傳播器選擇地包括設(shè)置在雷管導(dǎo)火索周圍的 薄壁鋁制套筒或硬紙板套筒，該套筒有助于將雷管導(dǎo)火索放置在所述 裝置內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將井筒流體引入點火系統(tǒng)(例如引入啟動器組件與點 火傳播器之間的連接件)可降低點火系統(tǒng)的功能。即使提供一種用于 雷管導(dǎo)火索的套筒，所述套筒的端部敞口，并且所述套筒缺乏使點火 系統(tǒng)有效密封以阻止周圍環(huán)境中的流體進入其內(nèi)的足夠的結(jié)構(gòu)完整 性。 一種用于降低點火系統(tǒng)與井筒流體之間接觸的普通技術(shù)為將啟動 器組件與點火傳播器之間的連接纏繞在抵抗流體的帶子上。在任何情況下，上述的推進式增產(chǎn)裝置不是普遍地適于用在所有 類型的井筒內(nèi)，這是因為所述裝置缺乏承受在許多種類型的井筒內(nèi)所 遇到的過大力的足夠的機械強度。例如，由于存在過大的力，該推進 式增產(chǎn)裝置一般不適于用在小直徑井筒、傾斜井筒和/或溫度超過約275EF的井筒中。通過將推進體插入到可重復(fù)利用的金屬托架中可增加上述推進式 增產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)完整性，所述托架在放置入井筒內(nèi)和隨后點燃推進劑 的期間支承著推進體?？蛇x擇地是，推進體的尺寸可膨脹并緊緊裝配 在支承推進體的可重復(fù)利用的金屬托架周圍。美國專利US6， 082， 450 公開了一種這樣的推進式增產(chǎn)裝置，其中推進體內(nèi)部可重復(fù)利用的金 屬托架支承著推進體，該篇專利被這里引用作為參考。US6， 082， 450 專利中的推進式增產(chǎn)裝置能夠用于變直徑和方位的井筒內(nèi)。受到支承 的推進式增產(chǎn)裝置一般提供一種可重復(fù)利用的、可靠的推進劑燃燒， 在點燃推進劑時所述燃燒以不連續(xù)的或可控的方式進行。盡管其具有有益的性能特征，US6, 082， 450專利中的推進式增產(chǎn)裝置并不能完全密封所述裝置內(nèi)部以阻止井筒流體。所述裝置可以 使井簡流體流入或滲入所述裝置內(nèi)部，從而所述流體接觸點火系統(tǒng)。
像其它現(xiàn)有的裝置一樣，依靠帶子的纏繞來使點火系統(tǒng)與井筒流體之 間的接觸最小。不幸地是，所述帶子的纏繞并不能總使點火系統(tǒng)同井 筒流體完全隔離。當(dāng)帶子的纏繞不能令人滿意地保護點火系統(tǒng)以阻止 井筒流體時，雷管導(dǎo)火索正確地傳播推進劑爆炸的能力就會打折扣， 這將降低推進劑燃燒的重復(fù)性和可靠性，因而降低推進式增產(chǎn)裝置的 總體性能。因此，需要推進式增產(chǎn)裝置保持點火系統(tǒng)在大范圍的井筒 環(huán)境中足夠干燥。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于地下地層的增產(chǎn)裝置，該 增產(chǎn)裝置利用由點火系統(tǒng)點燃的燃燒材料，如推進劑，其中所述裝置 保持點火系統(tǒng)與井筒流體基本流體隔離。本發(fā)明的另一目的在于提供 一種用于地下地層的增產(chǎn)裝置，該增產(chǎn)裝置利用由點火系統(tǒng)點燃的燃 燒材料，其中所述燃燒材料處于固體燃燒體的形式，該燃燒體保持在 固定架上，該固定架也將點火傳播器支承在裝置中。本發(fā)明的又一目 的在于提供這樣一種增產(chǎn)裝置，其中通過合適地確定所述裝置的特定 物理參數(shù)來精心控制燃燒材料的點燃，以便獲得燃燒材料的大致可靠 的和可重復(fù)的燃燒。根據(jù)下述的本發(fā)明可實現(xiàn)這些目的和其它目的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為 一種用于使地下地層增產(chǎn)的裝置。所述裝置包括第 一管、 燃燒體和點火傳播器。第 一管包括第 一管內(nèi)部和具有一定長度的第一 管壁。優(yōu)選的第一管還包括敞口的第一和第二端部。第一管壁在第一 管壁長度上具有至少一個孔眼。優(yōu)選的孔眼為敞口的孔眼，其允許第 一管內(nèi)部和周圍環(huán)境之間流體連通，所述周圍環(huán)境在第 一管壁的外部。 優(yōu)選第 一管的材料和結(jié)構(gòu)使得在點燃燃燒體或燃燒體燃燒期間第 一管 基本不會分解或分裂。第二管位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并具有第二管內(nèi)部、具有一定長度的 第二管壁、第一敞口端部和第二敞口端部。第二管內(nèi)部與第一管內(nèi)部 密封隔離以基本防止第一管內(nèi)部與第二管內(nèi)部之間的流體連通。優(yōu)選
第二管的材料和結(jié)構(gòu)使得在點燃點火傳播器期間第二管大致分解或分 裂。燃燒體優(yōu)選為一種可燃材料，其從由推進劑、炸藥和固體形式的 聚能炸藥構(gòu)成的組中選擇。燃燒體位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并在第二內(nèi)部 的外部。點火傳播器優(yōu)選包括雷管導(dǎo)火索，雷管導(dǎo)火索位于第二管內(nèi) 部。點火傳播器基本上不與周圍環(huán)境內(nèi)的流體接觸，所述周圍環(huán)境在 第一管壁的外部。一種優(yōu)選的裝置還包括第一連接器部件、第二連接器部件、第一 密封組件和第二密封組件。第一連接器部件連接到第一管的第一端部 并具有第 一連接器內(nèi)部。第二連接器部件連接到第 一管的第二端部并具有第二連接器內(nèi)部，以便第一管串聯(lián)地(serially)位于第一和第二 連接器部件之間。第一密封組件接合第二管，以便基本防止第一管內(nèi) 部與第一連接器內(nèi)部之間的流體連通。第二密封組件接合第二管，以 便基本防止第 一管內(nèi)部與第二連接器內(nèi)部之間的流體連通。 一種優(yōu)選 的點火傳播器從第 一管內(nèi)部延伸到第 一和第二連接器內(nèi)部，并類似地 從第二管內(nèi)部延伸到第一和第二連接器內(nèi)部。所述優(yōu)選的裝置還包括第三連接器部件，該第三連接器部件具有 第三連接器內(nèi)部。第三連接器部件將第二連接器部件連接到第一管的 笫二端部，并串聯(lián)地定位在第一管與第二連接器部件之間。第二管位 于第三連接器內(nèi)部內(nèi)。一種替換的優(yōu)選裝置包括第一連接器部件、第二連接器部件、第 三連接器部件和第四連接器部件。第一和第二連接器部件連接到第一 管的第一端部，第二連接器部件串聯(lián)地位于第一管和第一連接器部件 之間。第三和第四連接器部件連接到第一管的第二端部，并且第三連 接器部件串聯(lián)地位于第一管和第四連接器部件之間。第一、第二、第三和第四連接器部件分別具有第一、第二、第三和第四連接器內(nèi)部。所述替換的優(yōu)選裝置還包括第一密封組件和第二密封組件，第一 密封組件接合第二管以便基本防止第 一管內(nèi)部與第 一連接器內(nèi)部之間 的流體連通，第二密封組件接合第二管以便基本防止第 一管內(nèi)部與第
四連接器內(nèi)部之間的流體連通。 一種優(yōu)選的點火傳播器從第 一管內(nèi)部 延伸到第一、第二、第三和第四連接器內(nèi)部，并類似地從第二管內(nèi)部 延伸到第一和第四連接器內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，所述裝置包括第一管、第二管、第一燃 燒體和點火傳播器。第一管具有第一管內(nèi)部和第一管壁。第一管壁具 有內(nèi)表面、外表面、 一定長度和在第一管壁長度上的至少一個孔眼。 第二管位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并具有第二管內(nèi)部和第二管壁。第二管壁 具有內(nèi)表面、外表面和一定長度。第二管壁的外表面和第一管壁的內(nèi) 表面限定了一個環(huán)空。優(yōu)選的第二管內(nèi)部同第一管內(nèi)部密封隔離，以 基本防止第一管內(nèi)部與第二管內(nèi)部之間流體連通。優(yōu)選的點火傳播器 包括雷管導(dǎo)火索，該雷管導(dǎo)火索位于第二管內(nèi)部內(nèi)，其與周圍環(huán)境內(nèi) 的流體基本不接觸，所述周圍環(huán)境在第一管壁的外部。第一燃燒體優(yōu)選為由固體推進劑構(gòu)成的第一推進部件，所述推進 部件具有縱向開口和部件壁。所述部件壁具有內(nèi)表面、外表面和一定 長度。第一燃燒體位于第一管內(nèi)部，并且第一燃燒體的縱向開口容納 第二管，優(yōu)選可滑動地容納第二管。第一燃燒體基本上不伸出所述環(huán) 空。優(yōu)選的第一燃燒體的部件壁的長度充分地小于第二管壁的長度。 點火傳播器位于第二管內(nèi)部內(nèi)。一種優(yōu)選的裝置還包括第一燃燒體的部件壁的外表面與第一管壁 的內(nèi)表面之間的空隙。所述優(yōu)選的裝置進一步包括第二燃燒體，該第 二燃燒體具有縱向開口和部件壁。第二燃燒體的部件壁具有內(nèi)表面、 外表面和一定長度。優(yōu)選的第二燃燒體的部件壁的長度大致等于第一 燃燒體的部件壁的長度。第二燃燒體位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并且第二燃 燒體的縱向開口容納第二管，優(yōu)選可滑動地容納第二管，以便第二燃 燒體安裝在大致相鄰于第一燃燒體的第二管上。所述優(yōu)選的裝置還包括第二燃燒體的部件壁的外表面與第一管壁 的內(nèi)表面之間的空隙。所述優(yōu)選的裝置進一步包括第三燃燒體，該第 三燃燒體具有縱向開口和部件壁。第三燃燒體的部件壁具有內(nèi)表面、外表面和一定長度。第三燃燒體位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并且第三燃燒體 的縱向開口容納第二管，以便第三燃燒體安裝在大致相鄰于第一或第 二燃燒體的第二管上。本發(fā)明的另一特征為一種用于使地下地層增產(chǎn)的方法，該地層由 與所述地層流體連通的井筒所穿透。所述方法包括將增產(chǎn)裝置在地下 地層附近定位在井筒內(nèi)。所述增產(chǎn)裝置包括第一管、第二管、燃燒體 和點火傳播器。第一管具有第一管內(nèi)部、具有一定長度的第一管壁和在第一管壁長度上的至少一個孔眼。所述第二管位于第一管內(nèi)部內(nèi)。 第二管具有第二管內(nèi)部和具有一定長度的第二管壁。燃燒體位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并在第二管內(nèi)部的外部。點火傳播器位于第二管內(nèi)部內(nèi)。所述的方法還包括通過點火傳播器點燃燃燒體，并以可控的燃燒 速度使點燃的燃燒體燃燒。燃燒的燃燒體形成了燃燒氣體，該燃燒氣 體擴展了地層與井筒之間的流體連通。通過確定增產(chǎn)裝置的一個或多 個參數(shù)的數(shù)值來確定可控的燃燒速度，所述的參數(shù)從由第二管和燃燒 體的相對幾何形狀、點火傳播器的密度、點火傳播器的爆炸荷載、第 二管的材料組分和第二管壁的厚度、以及第二管內(nèi)部的直徑所構(gòu)成的 組中選擇。本發(fā)明的另一特征為一種限定增產(chǎn)裝置的操作性能的方法。所述 方法包括選擇增產(chǎn)裝置的一個或多個參數(shù)的第一數(shù)值。所述增產(chǎn)裝置 包括第一管、第二管、第一燃燒體和點火傳播器。第一管具有第一管 內(nèi)部、具有一定長度的第一管壁、在第一管壁長度上的至少一個孔眼。 第二管位于第一管內(nèi)部內(nèi)。笫二管具有第二管內(nèi)部和具有一定長度的 第二管壁。燃燒體位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并在第二管內(nèi)部的外部。點火 傳播器位于第二管內(nèi)部內(nèi)。所述一個或多個參數(shù)從由第二管和燃燒體 的相對幾何形狀、點火傳播器的厚度、點火傳播器的密度、點火傳播 器的爆炸荷載、第二管的材料組分和第二管壁的厚度、第二管內(nèi)部的 直徑、孔眼的尺寸、孔眼的數(shù)量和沿第一管壁長度的孔眼排列方式所 構(gòu)成的組中選擇。所述方法還包括將多個過程情況監(jiān)測器定位在井筒內(nèi)，將增產(chǎn)裝 置定位在井筒內(nèi)并進行增產(chǎn)裝置的第一次試運行。第一次試運行包括
利用點火傳播器點燃燃燒體并使點燃的燃燒體燃燒，從而形成燃燒氣 體。利用過程情況監(jiān)測器獲得與燃燒氣體相關(guān)的第 一次試運行數(shù)據(jù)(優(yōu) 選壓力數(shù)據(jù))。響應(yīng)于第一次試運行數(shù)據(jù)將一個或多個參數(shù)的第一數(shù) 值改變?yōu)橐粋€或多個參數(shù)的第二數(shù)值。進行第二次試運行，笫二次試 運行與第一次試運行基本相同，利用過程情況監(jiān)測器獲得與燃燒氣體相關(guān)的第二次試運行數(shù)據(jù)。 一種優(yōu)選的方法還包括確定一個或多個參 數(shù)的第二數(shù)值，或者響應(yīng)于第二次試運行數(shù)據(jù)將一個或多個參數(shù)的第 二數(shù)值改變?yōu)橐粋€或多個參數(shù)的第三數(shù)值。根據(jù)附圖和下面的詳細(xì)描述可以進一步理解本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明增產(chǎn)裝置的概念性視圖，所述增產(chǎn)裝置定位在穿透地層的井筒內(nèi)；圖2為用于圖l所示增產(chǎn)裝置的增產(chǎn)模塊的縱向剖面圖；圖3為圖2所示增產(chǎn)模塊的橫向剖面視圖；圖4為適配接頭的局部切開縱向剖面視圖，所述適配接頭裝有啟 動器組件，該啟動器組件可用于圖l所示的增產(chǎn)裝置；圖5為替換的啟動器組件的局部切開縱向剖面視圖，該啟動器組 件可用于本發(fā)明的增產(chǎn)裝置；圖6為增產(chǎn)模塊的替換實施例的縱向剖面圖，該增產(chǎn)模塊可用于圖l所示增產(chǎn)裝置。
具體實施方式
先參看圖l，井筒IO從地面12穿過土層14而延伸入地下地層16。為了示出的目的，井筒IO為基本垂直的井筒。然而，本發(fā)明在偏離垂直方向的井筒中具有特定的用途，所述偏離垂直方向的井筒包括水平 井筒和其它相對于垂直方向具有大的傾斜角度的井筒。井筒io的表面具有沿其長度設(shè)置的套管18，所述套管通過水泥20被固定到所述表面。 根據(jù)圖1所示的實施例，其設(shè)置有鋼纜22，并且電纜頭24固定 到鋼纜22的端部。測井儀器26、適配接頭(adaptor sub) 28和本發(fā) 明的增產(chǎn)裝置由電纜頭24通過任意合適的方式(如螺紋)依次首尾連 接。 一種典型的測井儀器26為接箍測井儀器。為了示出的目的，圖l 所示的本發(fā)明的增產(chǎn)裝置具有兩個增產(chǎn)模塊30a， 30b，這兩個模塊依 次首尾連接。然而，這一示出并不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的 增產(chǎn)裝置大致包括具有至少一個增產(chǎn)模塊30a的任意增產(chǎn)裝置，并且 任選具有任意數(shù)量的另外增產(chǎn)模塊30b, 30c， 30d等(未示出)，這 些另外的增產(chǎn)模塊與第 一增產(chǎn)模塊30a依次首尾連接。在該實施例中， 所述增產(chǎn)裝置還包括流體密封蓋32，所述密封蓋通過任意合適的方式 (如螺紋)連接到系列模塊30a, 30b中的最后一個增產(chǎn)模塊30b上， 并且其終止了所述增產(chǎn)裝置?？蛇x擇地是，所述增產(chǎn)裝置的終端可為 系列模塊的最后增產(chǎn)模塊30b，其可以流體密封的方式與其它井下裝 置或其它井下設(shè)備(未示出)連接。在任意情況下，鋼纜22具有依次連接到其上的電纜頭24、測井 儀器26、適配接頭28和增產(chǎn)裝置，在所述增產(chǎn)裝置位于地下地層16 的特定深度之前將所述鋼纜下入井筒10中。如果需要，任意合適的裝 置(如封隔器和油管(未示出))可用于在增產(chǎn)裝置的上方和下方使 井筒IO的幾個部分相互隔離。根據(jù)可替換的實施例(未示出)，本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠通過鋼絲、撓性管、油管柱或任意其它合適的方式將 增產(chǎn)裝置選擇地定位并支承在井筒10內(nèi)。在增產(chǎn)裝置處于地下地層的 特定深度之前，將可替換的支承裝置和增產(chǎn)裝置以大致與圖l所示相 同的方式下入到井筒10中。同樣，如果需要，可通過任意合適的裝置 來影響井筒隔離。參看圖2和3，其中示出了并在下面進行描述的用于本發(fā)明的增 產(chǎn)裝置的增產(chǎn)模塊的細(xì)節(jié)。圖2和3的增產(chǎn)模塊被標(biāo)記為30，其一般 適用于圖1所標(biāo)記的增產(chǎn)模塊30a和30b,只要增產(chǎn)模塊30a和30b 彼此基本相同并與圖2和3中的增產(chǎn)模塊30基本相同。下面的描述中 所應(yīng)用的術(shù)語"上部"和"下部"用于相互區(qū)別才莫塊30的各個元件，但是
不用于限制本發(fā)明的范圍。術(shù)語"上部"和"下部"描述了增產(chǎn)模塊30的 給定元件的相對位置，當(dāng)將所述模塊30下入到垂直井筒10中時，要 么在模塊30的另一元件的上方要么在其下方。增產(chǎn)模塊30包括托架34、上部連接器部件36、第一下部連接器 部件38、第二下部連接器部件40和隔離部件42。托架34和隔離部件 42中的每一個優(yōu)選具有特征為中空筒的管狀結(jié)構(gòu)，該管狀結(jié)構(gòu)的兩端 為開口。隔離部件42的外徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于托架34的內(nèi)徑。隔離部件42和 托架34在縱向上相互對齊，并且所述隔離部件位于托架34內(nèi)，優(yōu)選 同心地位于托架34內(nèi)，以便限定托架環(huán)空44,所述托架環(huán)空44從托 架34的內(nèi)表面和隔離部件42的外表面延伸。同樣，托架34為使托架 環(huán)空44同托架34外部的周圍環(huán)境46隔開的殼體。當(dāng)增產(chǎn)模塊30位 于井筒10內(nèi)時，如圖1所示，所述周圍環(huán)境46為井筒10，其內(nèi)通常 含有地層流體。托架34優(yōu)選由高完整性的金屬(high-integrity metal)制成，如 高質(zhì)鋼，其可重復(fù)利用，也就是其可在增產(chǎn)裝置的通常作業(yè)中抵抗大 部分的破壞和毀損。托架34的上端和下端48， 50都是敞開的，并且 每一個都分別具有與上部連接器部件36和第一下部連接器部件38連 接的合適裝置。尤其是，托架34的上端48具有上部陰螺紋51，該上 部陰螺紋與上部連接器部件36的下端53上的陽螺紋52協(xié)同接合。托 架34的下端50具有下部陰螺紋54，該下部陰螺紋與第一下部連接器 部件38上端56上的上部陽螺紋55協(xié)同接合。另外，固定螺釘57用 于進一步確保托架34分別與上部和第一下部連接器部件36， 38之間 的連接。O形環(huán)58位于托架34分別與上部和第一下部連接器部件36， 38的交接處，以便在它們之間提供流體密封。雖然托架34優(yōu)選基本是直的并沿其整個長度具有基本一致的圓 形橫截面，但是，托架34可交替地均勻逐漸變細(xì)或者在其長度的一個 或多個位置膨脹或收縮，或者可具有交替的橫截面結(jié)構(gòu)，如正方形或 橢圓形。根據(jù)給定井筒的特征和/或應(yīng)用，可選擇托架34的這種交替 結(jié)構(gòu)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。在任意情況下，托架 34的長度通?？蛇_到約20英尺或更高，并且托架34的橫截面直徑通 常可達到約4英寸或更高。托架34的典型尺寸為約21英尺的長度、 約2.875英寸的外徑、約2.35英寸的內(nèi)徑和0.2625英寸的壁厚。托架34中具有一個或多個孔眼60。在具有多個孔眼60的情況下， 孔眼60可沿托架34均勻或隨意間隔設(shè)置。孑L目艮60僅僅沿著托架34 的一部分長度延伸或基本沿著托架34的整個長度延伸。孔眼的可替換 實施例在下面描述，所有這些實施例都可用在本發(fā)明中。雖然對于每 一實施例僅僅描述了一個孔眼，但是，應(yīng)當(dāng)理解，對于一個孔眼的描 述同樣可用于多個孔眼。這里應(yīng)用的術(shù)語"孔眼(aperture)"—般指的是"敞口孑L目艮(open aperture)"或"可-皮裂的孔眼(rapturable aperture)"。優(yōu)選敞口孔 目艮60，如圖2和3所示。敞口孔眼60在這里,皮限定為敞口的，如孔、 口或類似的形式，所述孔眼60完全穿過托架34的壁厚并允許在托架 環(huán)空44與周圍環(huán)境46之間流體連通。為了示出的目的，孔眼60—般 具有環(huán)形的外圍結(jié)構(gòu)。然而，孔眼60可基本具有任意其它合適的外圍 結(jié)構(gòu)。例如，孔眼60具有如星形、十字形等的外圍結(jié)構(gòu)，這對本領(lǐng)域 技術(shù)人員來說是顯而易見的?？善屏训目籽?未示出)在這里被限定為托架34的相對較小的一 段，其與托架34的其它部分相關(guān)聯(lián)，開始連續(xù)關(guān)閉托架環(huán)空44并使 托架環(huán)空44同周圍環(huán)境46流體隔離。然而，可破裂的孔眼在點燃燃 燒體時破裂，這在后面進行描述，以便提供完全穿過托架34的壁厚而 延伸的開口 ，并且能夠在托架環(huán)空44與周圍環(huán)境46之間建立流體連 通?？善屏训目籽酆屯屑?4的其它部分能夠整體由一種普通的連續(xù) 材料(如上述的高質(zhì)鋼)制成?？善屏训目籽鄣暮穸认鄬τ谕屑?4的 其它部分大大降低。因此，降低了厚度的可破裂的孔眼在點燃燃燒體 時易于破開。然而，托架34的其它部分的厚度足以承受燃燒體的燃燒 力而不會破開。可選擇地是，可破裂的孔眼開始就被制作為穿過托架 34的開口。然而，由與托架34相同或不同的材料制成的塞子可移除
地固定在開口上，以便選擇性地密封所述開口。在點燃燃燒體時，所述塞子易于從開口中吹出，而托架34的其它部分承受燃燒體的點燃力 而不會;皮開。在隔離部件42的整個長度上，隔離部件42優(yōu)選完全包圍隔離部 件內(nèi)部62，即隔離部件42的整個長度上是沒有孔眼的。同樣，在隔 離部件42的整個長度上，隔離部件42防止了托架環(huán)空44與內(nèi)部62 之間的流體連通。然而，隔離部件42具有敞口的上端和下端64， 66。隔離部件42優(yōu)選由在整個長度上壁厚均勻的均勻材料制成?？蓛?yōu) 選地是，選擇隔離部件42的材料和壁厚，以便隔離部件42具有承受 周圍環(huán)境46的圍壓的足夠結(jié)構(gòu)完整性而不致破裂，或者允許在托架環(huán) 空44與內(nèi)部62之間建立流體連通。然而，選擇所述隔離部件42的材 料和壁厚，以便在點燃傳播器(如炸藥)爆炸時隔離部件42易于破裂 或破開或分離，所述傳播器位于內(nèi)部62內(nèi)。因此，例如，隔離部件 42的材料為易碎的金屬、塑料或復(fù)合材料。 一種優(yōu)選的隔離部件42 由 一 種本領(lǐng)域稱作"控制線"的管制成。隔離部件42可均勻地逐漸變細(xì)或者在其長度上的一個或多個位 置膨脹或收縮。然而，隔離部件42優(yōu)選基本上是直的，沿其整個長度 具有基本一致的橫截面。隔離部件42的橫截面直徑優(yōu)選小于約1英寸。 隔離部件42的典型尺寸為約0.375英寸的外徑、約0.277英寸的內(nèi)徑 和約0.049英寸的壁厚。隔離部件42的長度優(yōu)選至少約等于托架34 的長度，以便隔離部件42從托架34的上端48附近連續(xù)延伸到托架 34的下端50附近。隔離部件42的長度更加優(yōu)選為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于托架34 的長度，以便隔離部件42的上端64大致向上延伸經(jīng)過托架34的上端 48和/或隔離部件42的下端66大致向下延伸經(jīng)過托架34的下端50。點火傳播器定位在隔離部件42的內(nèi)部62。點火傳播器優(yōu)選為點 火系統(tǒng)的部件，其示例在下面進行描述。點火傳播器優(yōu)選包括炸藥并 在內(nèi)部62的整個長度上大致連續(xù)延伸。 一種優(yōu)選的點火傳播器包括雷 管導(dǎo)火索段68，例如，具有炸藥的40格令(grain)的雷管導(dǎo)火索段。 雷管導(dǎo)火索段68被擰入隔離部件42的敞口的上端或下端64， 66，并
且基本在內(nèi)部62的整個長度上從上端64延伸到下端66。雷管導(dǎo)火索 段68優(yōu)選具有約等于或略小于隔離部件42的內(nèi)徑的截面直徑，以便 使雷管導(dǎo)火索段68與隔離部件42的內(nèi)表面緊密配合。雖然通過任意 合適的方式可將雷管導(dǎo)火索段68物理地粘結(jié)到隔離部件42的內(nèi)表面 上，但是，雷管導(dǎo)火索段68優(yōu)選非固定地懸掛在內(nèi)部62內(nèi)。盡管未 示出，但是，點火傳播器可選擇地具有一種爆燃材料或索。例如，點 火傳播器可選擇性地應(yīng)用黑色火藥而不使用雷管導(dǎo)火索來點燃增產(chǎn)模 塊30內(nèi)的燃燒體，這在后面進行描述。燃燒體位于托架34的內(nèi)表面與隔離部件42的外表面之間的托架 環(huán)空44內(nèi)。燃燒體優(yōu)選為固體結(jié)構(gòu)的可燃材料。所述可燃材料從由推 進劑、炸藥和聚能炸藥構(gòu)成的組中選擇。燃燒體優(yōu)選為形成為一個或 多個推進部件70的固體推進劑，每一推進部件具有端部敞口的中空筒 形管狀結(jié)構(gòu)。每一推進部件70具有縱向的開口 72，所述開口優(yōu)選與 推進部件70的中心縱向軸線同心并在所述軸線的整個長度上延伸。推 進部件70優(yōu)選在其整個長度上完全包圍縱向開口 72，但具有敞口的 上端和下端74, 76。隔離部件42優(yōu)選用作用于推進部件70的固定架。 特別是，隔離部件42在縱向開口 72的長度上延伸并伸出推進部件70 的敞口的上端和下端74， 76，從而在保持推進部件70與隔離部件42 的外表面可滑動的環(huán)形結(jié)合時支承推進部件70。由上可看出，推進部件70具有不大于托架34內(nèi)徑的外徑，但是 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隔離部件42的外徑。如果需要，推進部件70的外徑可遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于托架34的內(nèi)徑，以便在推進部件70的外表面與托架34的內(nèi)表面 之間保持間隙。推進部件70的縱向開口 70具有約等于或大于隔離部 件42外徑的橫截面直徑，以便使推進部件70的內(nèi)表面與隔離部件42 的外表面可滑動地接合。構(gòu)造推進部件70，以便如果操作者需要推進 部件70與隔離部件42緊密接合，縱向開口 72的直徑則可基本接近隔 離部件42的外徑?？蛇x擇地是，構(gòu)造推進部件70，以便如果操作者 需要推進部件70與隔離部件42松散接合，縱向開口 72的直徑則可基 本不同于隔離部件42的外徑。
推進部件70內(nèi)的推進劑的量為推進部件70的長度、縱向開口 72 的直徑和推進部件70的外徑的函數(shù)?？v向開口 72的直徑確定了推進 部件70的內(nèi)表面的位置，并且推進部件70的外徑確定了推進部件70 的外表面的位置。推進部件70的內(nèi)表面和外表面相應(yīng)地限定了推進劑 環(huán)空78，該環(huán)空代表推進部件70內(nèi)推進劑的量。如果操作者需要增 加推進部件70內(nèi)推進劑的量，推進部件70被構(gòu)造成具有減小直徑的 縱向開口 72，和/或?qū)τ诮o定長度的推進部件70的外徑增加。反之， 如果操作者需要降低推進部件70內(nèi)推進劑的量，推進部件70被構(gòu)造 成具有增加直徑的縱向開口 72，和/或?qū)τ诮o定長度的推進部件70的 外徑減小。推進部件70的長度通常會達到約2英尺或更高，并且推進部件 70的橫截面直徑通常會達到約2英寸或更高。推進部件70的典型尺 寸為約2英尺的長度、約2.25英寸的外徑和約0.4375英寸的縱向開口 直徑。雖然推進部件70的長度可大致等于托架34和/或隔離部件42 的長度，但是推進部件70的長度顯然能夠選擇性地遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于托架34 或隔離部件42的長度。在這種情況下，將多個推進部件70定位在托 架環(huán)空44內(nèi)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別是，推進部件70以上述的方式 依次保持在隔離部件42上。推進部件70可沿著隔離部件42的長度依次首尾堆疊，直到堆疊 的推進部件70的數(shù)量足以基本占據(jù)隔離部件42的整個長度，所述隔 離部件42在具有推進部件70的托架環(huán)空44內(nèi)。在這種情況下，托架 環(huán)空44內(nèi)隔離部件42的外表面完全由推進部件70所覆蓋?？蛇x擇地 是，較少數(shù)量的推進部件70或相同數(shù)量的推進部件70可依次設(shè)置在 隔離部件42上，但是每一推進部件70具有較短的長度，其中推進部 件70的數(shù)量小于基本占據(jù)托架環(huán)空44整個長度所需的數(shù)量。在該情 況下，托架環(huán)空44內(nèi)隔離部件42的外表面上具有未由推進部件70覆 蓋的空間。如果需要，推進部件70可通過任意合適的裝置固定在隔離 部件42的特定位置上(例如與托架34上的孔眼60對齊)，以在增產(chǎn) 模塊30作業(yè)期間防止推進部件70相對于托架34滑移。
圖2和3所示的推進部件70 —般優(yōu)選為管狀結(jié)構(gòu)，其在這里被稱 作"推進劑棒(propellant stick)"。在本發(fā)明的范圍內(nèi)除了推進劑棒 結(jié)構(gòu)之外，推進部件還可具有其它合適的結(jié)構(gòu)。例如，推進部件的結(jié) 構(gòu)可為螺旋形、線形或曲線形條帶，或者一般為環(huán)形的圏。當(dāng)使用一 般不太優(yōu)選的推進部件的交替構(gòu)造時，有必要通過將推進劑材料模制 在隔離部件42的外表面上或通過任意其它合適的方式，而將交替構(gòu)造 的推進部件固定到隔離部件42的外表面上。在使用優(yōu)選的管形結(jié)構(gòu) 時， 一個或多個交替結(jié)構(gòu)的推進部件可在托架環(huán)空44內(nèi)的隔離部件 42外表面的整個長度上延伸，或者僅在其一部分長度上延伸。此外， 一個或多個交替構(gòu)造的推進部件可圍繞托架環(huán)空44內(nèi)的隔離部件42 外表面的整個圓周延伸，或者僅圍繞其一部分圓周延伸。無論推進部 件的構(gòu)造如何，推進部件優(yōu)選被定位在隔離部件42上，以便托架34 的至少一個孔眼60的至少一部分與推進部件70對齊。每一推進部件70優(yōu)選由憎水或防水推進劑材料制成，該種材料在完井或開采作業(yè)期間不受井筒10內(nèi)的流體靜壓力的物理影響。所述推進劑材料優(yōu)選對于幾乎所有流體，尤其是對于在井筒10內(nèi)通常遇到的流體，表現(xiàn)為非活性或惰性。 一種優(yōu)選的推進劑材料為其內(nèi)合成有氧化劑的固化環(huán)氧樹脂或塑料，如可由Coeur d，Alene Idaho的HTHTechical Service公司和Fort Worth, Texas的Owen Oil Tools公司商業(yè)獲得的推進劑材料。所述推進劑材料必須承受較高的壓力，如至少約500psi的壓力，并且點火傳播器必須被點燃。推進部件70優(yōu)選通 過將其內(nèi)合成有氧化劑的環(huán)氧樹脂或塑料推進劑材料澆入或注入模具(未示出)中制成，并在推進劑材料固化成模具的形狀之前允許在環(huán)境 溫度或升高了的溫度下在模具中進行固化。如上所述，托架34的上端48螺紋連接到上部連接器部件36的下 端53上，并且托架34的下端48螺紋連接到第一下部連接器部件38 的上端56上。上部連接器部件36還在其上端82上具有陰螺紋80， 并且第一下部連接器部件38在其下端86上具有下部陽螺紋84。第二 下部連接器部件40在其上端90上具有陰螺紋88并在其下端94上具 有陽螺紋92。第二下部連接器部件40的陰螺紋88與第一下部連接器 部件38的下部陽螺紋84協(xié)同接合，以便使第二下部連接器部件40的 上端卯與第一下部連接器部件38的下端86螺紋連接。O形環(huán)58也 定位在第一和第二下部連接器部件38, 40的交接處以在它們之間提供 流體密封。因此，第一下部連接器部件38串聯(lián)地定位在托架34和第 二下部連接器部件40之間。上部連接器部件36、第一下部連接器部件38和第二下部連接器 部件40都優(yōu)選由同托架34基本相同或類似的可重復(fù)利用材料制成， 并且每一部件36, 38， 40優(yōu)選具有大致管狀或端部敞開的中空筒狀結(jié) 構(gòu)。上部連接器部件36具有縱向開口 96，該開口優(yōu)選與上部連接器 部件36的中心縱向軸線同心并在所述軸線的整個長度上延伸。上部連 接器部件36優(yōu)選在其整個長度上完全包圍縱向開口 96。然而，縱向 開口 96分別在上部連接器部件36的上端和下端82， 53處具有上段和 下段98, 100，所述上段和下段是敞口的并具有相對于縱向開口 96的 中間段102脹大的直徑。上部助爆件(booster fitting ) 104具有包括 縱向開口 106的管狀結(jié)構(gòu)，并且所述助爆件螺紋連接或以其他方式保 持在縱向開口 96的脹大的上段98內(nèi)。上部密封保持插入件108同樣 包括具有縱向開口 110的管狀結(jié)構(gòu)，其包括密封座，所述上部密封保 持插入件108可螺紋連接地保持在縱向開口 96的脹大的下段100內(nèi)。 O形環(huán)58定位在上部密封保持插入件108與上部連接器部件36的交 接處以在它們之間提供流體密封。上部密封組件112具有縱向開口 114，該上部密封組件112座落 在并螺紋連接地保持在上部密封保持插入件108下端116的縱向開口 110內(nèi)。上部密封組件112優(yōu)選為常規(guī)的流體面密封件，如可由Solon， Ohio的Swagelock Company商業(yè)獲得的密封件。上部密封保持插入 件108和上部密封組件112優(yōu)選由與托架34大致相同或類似的可重復(fù) 利用的材料制成，而上部助爆件104可由易碎的或以其他方式可消耗 的塑料制成。類似于上部連接器部件36，第一下部連接器部件38具有縱向開 口 118?？v向開口 118在其中心縱向軸線上延伸并具有脹大的上段和 下段120， 122和中間段124。下部密封保持插入件126基本上與上部 密封保持插入件108相同，其具有縱向開口 128,該縱向開口 128包 括密封座，所述下部密封保持插入件126螺紋連接地保持在縱向開口 118的脹大的下段122內(nèi)。下部密封組件130基本上與上部密封組件 112相同，所述下部密封組件130具有縱向開口 132并座落在和螺紋 連接地保持在下部密封保持插入件126下端134的縱向開口 128內(nèi)。 第二下部連接器部件40具有在其中心縱向軸線延伸的縱向開口 136， 該縱向開口具有脹大的上段和下段138， 140和中間段142。下部助爆 件144基本上與上部助爆件104相同，所述下部助爆件144具有縱向 開口 146并螺紋連接地保持在或以其它方式保持在縱向開口 136的脹 大的下段140內(nèi)。相互連接的上部連接器部件36、第一下部連接器部件38、第二下 部連接器部件40和托架34互相配合，以便在托架34內(nèi)使隔離部件 42 (和相應(yīng)的相關(guān)雷管導(dǎo)火索段68和推進部件70)保持在所需的位 置。特別是，隔離部件42順序地定位(以降序)在上部密封保持插入 件108的縱向開口 110、上部密封組件112的縱向開口 114、推進部件 70的縱向開口 72、第一下部連接器部件38的縱向開口 118、下部密 封保持插入件126的縱向開口 128、下部密封組件130的縱向開口 132 內(nèi)。上部和下部密封組件112， 130被分別固定密封到隔離部件42、 上部和下部密封保持插入件108， 126上，以便使隔離部件42可固定 地保持在上述位置并分別在托架環(huán)空44與上部和第二下部連接器部 件36， 40的縱向開口96， 136之間提供流體密封。雷管導(dǎo)火索段68在隔離部件內(nèi)部62的整個長度上延伸，所述隔 離部件內(nèi)部62使雷管導(dǎo)火索段68同周圍環(huán)境46保持流體隔離。雷管 導(dǎo)火索段68的上端148向上延伸經(jīng)過隔離部件42的上端64、穿過上 部連接器部件36的縱向開口 96并伸入上部助爆件104的縱向開口 106，雷管導(dǎo)火索段68在這里不再由隔離部件42所包圍。上部助爆傳 送件(upper booster transfer ) l50為點火傳播器的另外部件，其優(yōu)選 比雷管導(dǎo)火索段68含有更加高質(zhì)的炸藥，所述上部助爆傳送件150定 位在上部助爆件104的縱向開口 106內(nèi)，并由雷管導(dǎo)火索段68的上端 148接合。上部密封組件112防止了流體侵入縱向開口 96， 106并保 持了雷管導(dǎo)火索段68、上部助爆件104以及它們的連接基本不與流體 接觸從而保持其內(nèi)的干燥。雷管導(dǎo)火索段68的下端152向下延伸經(jīng)過隔離部件42的下端66， 穿過第二下部連接件40的縱向開口 136并伸入下部助爆件144的縱向 開口 146,雷管導(dǎo)火索段68在這里同樣也不再由隔離部件42所包圍。 下部助爆傳送件154基本上與上部助爆傳送件150相同，其同樣為點 火傳播器的另外部件，所述下部助爆傳送件154定位在下部助推助爆 件144的縱向開口 146內(nèi)，并由雷管導(dǎo)火索段68的下端152接合。下 部密封組件130防止了流體侵入縱向開口 136， 146并保持了雷管導(dǎo)火 索段68、下部助爆件144和它們的連接基本不與流體接觸從而保持其 內(nèi)的干燥。顯然，優(yōu)選與上述的增產(chǎn)模塊30基本相同的另外增產(chǎn)模塊能夠與 增產(chǎn)模塊30的端部82或94螺紋地接合，以便提供圖1中的增產(chǎn)裝置， 該增產(chǎn)裝置具有多個依次連接的增產(chǎn)模塊30。特別是，增產(chǎn)模塊30 上端82上的陰螺紋80與相鄰的增產(chǎn)模塊30下端94上的陽螺紋92接 合。O形環(huán)58定位在增產(chǎn)模塊30.的上部連接器部件36和相鄰的增產(chǎn) 模塊30的第二下部連接器部件40的交接處，以便在它們之間提供流 體密封并防止流體侵入縱向開口 96， 106， 136， 146。當(dāng)兩個增產(chǎn)才莫 塊30首尾螺紋連接完成時，上部增產(chǎn)模塊(如圖1中的增產(chǎn)模塊30a) 的下部助爆傳送件154優(yōu)選接合下部增產(chǎn)模塊(如圖2中的增產(chǎn)模塊 30b)的上部助爆傳送件150。如果增產(chǎn)模塊30為增產(chǎn)裝置的唯一模塊，或者增產(chǎn)模塊30定位 在多個依次連接的增產(chǎn)模塊30的下終端，那么，增產(chǎn)模塊30的下端 94僅用圖1所示的螺紋流體密封蓋32密封，或者以流體密封的方式 連接到另一井下裝置或其它井下設(shè)備(未示出)。如果增產(chǎn)模塊30為 增產(chǎn)裝置的唯一模塊，或者增產(chǎn)模塊30定位在多個依次連接的增產(chǎn)模 塊30的上終端，那么，增產(chǎn)模塊30的上端82以流體密封的方式僅連 接到另一井下裝置，如圖1所示的適配接頭28。除了 一個或多個增產(chǎn)模塊30之外，本發(fā)明的增產(chǎn)裝置優(yōu)選還包括 用于啟動點燃點火傳播器的啟動器組件，即雷管導(dǎo)火索段68和助爆傳 送件150、 154,它們定位在每一增產(chǎn)模塊30內(nèi)。啟動器組件和點火 傳播器一起在這里稱作點燃系統(tǒng)。參看圖4，典型的啟動器組件在圖 中示出并在后面進行描述，其不用于限制本發(fā)明的范圍。該示例的啟 動器組件為裝在圖l所示適配接頭28內(nèi)的電雷管400。電纜402具有 兩個端部， 一個端部(未示出)連接到電纜頭24(同樣在圖1中示出)。 電纜402的另一端連接到電雷管400。雷管400通過地線404接到金 屬適配接頭28上，所述地線404通過任意合適的裝置(如螺紋406) 固連到適配接頭28上。啟動器雷管導(dǎo)火索段408固定到雷管400上并 伸入圖1和2所示的相鄰增產(chǎn)模塊30，啟動器雷管導(dǎo)火索段408在這 里接合點火傳播器的上部助爆傳送件150。相鄰的增產(chǎn)模塊30的上端 82處的陰螺紋80以流體密封的方式與適配接頭28的陽螺紋410螺紋 接合。根據(jù)可選擇的實施例，本發(fā)明為一種用于操作上述增產(chǎn)裝置的方 法。參看圖1和4， 一旦增產(chǎn)裝置適宜地定位在井筒10中就可對其進 行操作了。從地面12上的合適電源經(jīng)過鋼纜22和電纜402傳輸電流 以便點燃雷管400，這樣就可以開始作業(yè)了。雷管400反過來又點燃 適配接頭28和助爆傳送件150、 154內(nèi)的啟動器雷管導(dǎo)火索段408以 及相鄰增產(chǎn)模塊30內(nèi)的雷管導(dǎo)火索段68。由點燃包圍在相鄰增產(chǎn)模 塊30的隔離部件42內(nèi)的雷管導(dǎo)火索段68所產(chǎn)生的溫度和壓力易于使 隔離部件42分解，并會點燃與隔離部件42相鄰的增產(chǎn)模塊30內(nèi)的一 個或多個推進部件70。每一被點燃的推進部件70以可控的燃燒速度 燃燒。燃燒每一推進部件70而產(chǎn)生的高壓氣體排出托架34的孔眼60并 通過套管18上的射孔孔眼進入地下地層16，從而清除射孔孔眼內(nèi)任 意殘余的碎屑。通過擴展地層16與井筒10的連通性，尤其是通過壓
裂地層16，推進劑氣體的壓力也使地層16增產(chǎn)。增產(chǎn)模塊70不會在 作業(yè)期間受到任何顯著的損壞。因此，增產(chǎn)模塊70可以通過鋼纜22 從井筒10中取出，如果必要還可重新整修并進行再次利用。
撞擊雷管可用作上述點燃系統(tǒng)內(nèi)的替換啟動器組件。撞擊雷管優(yōu) 選用于該增產(chǎn)裝置中，通過管子(如常規(guī)的油管柱或撓性管)將所述 增產(chǎn)裝置下入到井筒內(nèi)。參看圖5，替換的啟動器組件具有撞擊雷管， 該啟動器組件包括能夠固連到油管柱511或鋼纜(未示出)端部上的 開孔外殼510。開孔512固連到開孔外殼510內(nèi)的連接桿514上，并 密封流體通道516。連接桿514與活塞518接觸?；钊?18與開孔外 殼510的內(nèi)壁之間的環(huán)形腔520充滿壓力為大氣壓的空氣。在活塞518 底部的附近，剪切銷釘522安裝在剪切套(shear set) 524內(nèi)，并且撞 針(firing pin ) 526由活塞518的底部向下延伸。保持器528連接開 孔外殼510和串聯(lián)接頭530。撞擊雷管532通過保持器528安裝在發(fā) 火頭534內(nèi)，所述保持器528固連到開孔外殼510上并能夠固連到串 聯(lián)接頭530上。串聯(lián)接頭530固連到增產(chǎn)模塊60。串聯(lián)接頭530頂部 的點火傳送件536與啟動器雷管導(dǎo)火索段538接觸，如上所述，啟動 器雷管導(dǎo)火索段538穿過中心通道540并進入增產(chǎn)模塊30。
當(dāng)向活塞518的頂部施加足夠的液壓力時，開孔512和活塞518 同時向下移動，打開流體通道516并使撞針526接觸撞擊雷管532。 撞擊雷管532的點燃在點火傳送件536內(nèi)產(chǎn)生二級爆炸，這又接著點 燃啟動器雷管導(dǎo)火索段538。啟動器雷管導(dǎo)火索段538延伸入相鄰的 增產(chǎn)模塊30內(nèi)并點燃助爆傳送件和雷管導(dǎo)火索段，從而點燃其內(nèi)的推 進部件70。
雖然未示出，省卻增產(chǎn)模塊30的點火傳播器中的一個或多個助爆 傳送件150， 154在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在省卻助爆傳送件150或154的 情況下，相鄰的雷管導(dǎo)火索段68， 408或538僅僅延伸以占據(jù)縱向開 口 106或146內(nèi)的空隙，該空隙是由缺省助爆傳送件150或154而產(chǎn) 生的。因此，例如，如果相鄰的下部和上部助爆傳送件154、 1S0被從 兩個串聯(lián)的增產(chǎn)模塊(如30a和30b)中移除，上部增產(chǎn)模塊30a的
雷管導(dǎo)火索段68就會延長，以便連續(xù)向下延伸并同樣穿過相鄰的下部 增產(chǎn)模塊30b。根據(jù)所省卻的助爆傳送件的數(shù)量，雷管導(dǎo)火索段68能 夠大致以任意程度延長，以便其連續(xù)穿過任意數(shù)量的增產(chǎn)模塊30。同 樣，如果上部助爆傳送件150被從增產(chǎn)模塊30中移除，該增產(chǎn)模塊連 接到啟動器組件上，那么啟動器組件的啟動器雷管導(dǎo)火索段408或538 就會延長，以便其連續(xù)向下延伸并穿過相鄰的增產(chǎn)模塊30，替代增產(chǎn) 模塊30的雷管導(dǎo)火索段68。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)，推進部件70的燃 燒速度為該增產(chǎn)裝置的物理參數(shù)數(shù)量的函數(shù)。例如，推進部件70的燃 燒速度為隔離部件42和推進部件70的相對幾何形狀的函數(shù)。影響推 進部件70的燃燒速度的其它參數(shù)為雷管導(dǎo)火索段68的厚度、密度和 爆炸荷載，隔離部件42的材料和壁厚，以及隔離部件42的內(nèi)部62的 直徑。因此，本發(fā)明的一個方面就是通過正確地選擇上述推進部件、 隔離部件和雷管導(dǎo)火索段參數(shù)的數(shù)值以設(shè)定推進部件70的燃燒速度。
在點火傳播器爆炸時有利于隔離部件42和相應(yīng)的推進部件70分 解成較小的碎片的情況一般有利于推進部件70以較快的速度燃燒，而 有利于隔離部件42和相應(yīng)的推進部件70分解成較大的碎塊的情況一 般有利于推進部件70以較慢的速度燃燒。因此，雷管導(dǎo)火索段68的 厚度、密度和/或爆炸荷栽的增加會使推進部件70的燃燒速度增加。
il擇i有較高J度的材料用于J離部件42或-增加隔離^件42的曰壁厚 會降低推進部件70的燃燒速度。選擇隔離部件42和推進部件70的相 對幾何形狀以便使推進部件70與隔離部件42緊密接合，這將增加推 進部件70的燃燒速度，而選擇隔離部件42和推進部件70的相對幾何 形狀以便使推進部件70與隔離部件42松散接合，這將降低推進部件 70的燃燒速度。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可理解，通過選擇孔眼60的尺寸、孔眼60 的數(shù)量和孔眼60在托架34上的排列方式，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)可控制 高壓燃燒氣體從托架中的排出和相應(yīng)地控制燃燒氣體進入地下地層16
的壓力。因此，本發(fā)明的一個方面是通過正確地選擇上述孔眼參數(shù)的 數(shù)值來設(shè)定燃燒氣體從增產(chǎn)裝置中排出的速度。
一般來說，降低孔眼
60的尺寸和/或數(shù)量會降低氣體的排出速度，并增加排出托架34的燃 燒氣體的壓力?？蛇x擇孔眼60在托架34上的排列方式，以便根據(jù)所 選擇的特定排列方式增加或降低氣體的排出速度，這對本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說同樣是可理解的。
根據(jù)另一替換實施例，本發(fā)明為一種用于優(yōu)化上述增產(chǎn)裝置操作 或限定上述增產(chǎn)裝置操作性能的方法。根據(jù)該實施例，由操作者選擇 適于一個或多個用于增產(chǎn)裝置的上述推進部件、隔離部件、雷管導(dǎo)火 索段和孔眼的參數(shù)的數(shù)值，優(yōu)選利用使用特定模擬軟件的計算機進行 選擇。所述數(shù)值優(yōu)選根據(jù)模擬軟件的預(yù)測進行選擇以便獲得所需的結(jié) 果。用于監(jiān)測壓力或其它過程情況的多個高速儀表(未示出)定位在 井筒10和/或增產(chǎn)裝置內(nèi)的選擇位置處。如上所述，增產(chǎn)裝置在井筒 IO內(nèi)進行第一次試運行，并從所述儀表采集第一次試運行數(shù)據(jù)，如燃 燒氣體壓力。對第一次試運行數(shù)據(jù)進行分析以便確定第一次試運行的 第一真實結(jié)果是否與所需的結(jié)果匹配或接近。如果不匹配或接近，或
者操作者希望獲得不同于第一真實結(jié)果的結(jié)果，那么操作者就會改變 增產(chǎn)裝置的所選擇的參數(shù)數(shù)值和/或模擬軟件的預(yù)測函數(shù)。進行第二次 試運行并對第二次試運行數(shù)據(jù)進行分析，以便確定第二真實數(shù)據(jù)是否 與所需的結(jié)果匹配或接近。可進行任意次數(shù)的試運行，改變所選擇參 數(shù)的數(shù)值和/或模擬軟件的預(yù)測函數(shù)，直到獲得所需的結(jié)果為止。
參考圖6，其中示出了標(biāo)記為600的替換的增產(chǎn)模塊的細(xì)節(jié)，這 在后面進行描述，該增產(chǎn)^^莫塊可用于本發(fā)明的增產(chǎn)裝置。與上述增產(chǎn) 模塊30相同的增產(chǎn)模塊600的元件由相同的參考標(biāo)記標(biāo)識。除了第二 上部連接器部件602依次定位在增產(chǎn)模塊600的上部連接器部件36與 托架34之間之外，增產(chǎn)模塊600基本上與增產(chǎn)模塊30相同。第二上 部連接器部件602基本上與兩個增產(chǎn)模塊600和30的第一下部連接器 部件38相同。增產(chǎn)模塊600的操作基本與增產(chǎn)模塊30的操作相同。
如上所述，本增產(chǎn)裝置可與油管或鋼纜一起使用。超越鋼纜的增
加了強度的油管提供特定的優(yōu)點。例如，使用油管來將所述裝置傳送
到井筒中使得可以使用更長的增產(chǎn)模塊和/或更大數(shù)量的增產(chǎn)模塊來
依次固定連接在一起，從而通過一次將管柱下入到井筒中進行更長時
間間隔的增產(chǎn)。油管的使用還可與封隔器一同使用，以便封隔與地層
的一個或多個間隔相鄰的一個或多個井筒部分?？墒褂迷撗b置來限制 井筒其它部分的壓力，例如，已經(jīng)完成井筒的一個或多個區(qū)的地方。
此外，如果井筒具有偏離垂直方向的高傾斜角度或者是水平的，所述
油管可用于將所述裝置推入井筒中。
盡管托架34和增產(chǎn)裝置的其它部件在上面進行了描述，這些部件 優(yōu)選由高完整性的并可重復(fù)利用的金屬制成，但是由不能重復(fù)利用的 材料(即在通常的作業(yè)期間(也就是在推進部件70爆炸時)基本完全 破碎或分解的材料)來制造這些部件也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。典型的 材料包括聚酯纖維、環(huán)氧化合物等。
雖然已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的前述優(yōu)選實施例，但是可以理解， 可對上述實施例進行替換和改進(如所建議的和其它實施例)都落在 本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于使地下地層增產(chǎn)的裝置，其包括第一管，其包括第一管內(nèi)部和具有一定長度的第一管壁，所述第一管壁具有在所述第一管壁所述長度上的至少一個孔眼；第二管，其位于所述第一管內(nèi)部內(nèi)，所述第二管具有第二管內(nèi)部、具有一定長度的第二管壁、第一敞口端和第二敞口端，其中所述第二管內(nèi)部與第一管內(nèi)部密封隔離以基本防止所述第一管內(nèi)部與所述第二管內(nèi)部之間的流體連通；燃燒體，其位于所述第一管內(nèi)部內(nèi)，并在所述第二內(nèi)部的外部；以及點火傳播器，其位于所述第二管內(nèi)部，并且基本上不與周圍環(huán)境內(nèi)的流體接觸，所述周圍環(huán)境在所述第一管壁的外部。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述孔眼為敞口的孔 眼，其允許所述第一管內(nèi)部和所述外部周圍環(huán)境之間流體連通。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一管具有敞口 的第一端部，所述裝置還包括第一連接器部件，該第一連接器部件連 接到所述第一管的所述第一端部并具有第一連接器內(nèi)部。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器由所 述第一管內(nèi)部延伸到所述第一連接器內(nèi)部內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于還包括第一密封組件， 所述第 一密封組件接合第二管，以便基本防止所述第一管內(nèi)部與所述 第 一連接器內(nèi)部之間的流體連通。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器從所 述第二管內(nèi)部延伸到所述第 一連接器內(nèi)部內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述第一管具有敞口 的第二端部，所述裝置還包括第二連接器部件，該第二連接器部件連 接到所述第一管的所述第二端部并具有第二連接器內(nèi)部，其中所述第 一管串聯(lián)地定位在所述第 一和第二連接器部件之間。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器從所 述第一管內(nèi)部延伸到所述第二連接器內(nèi)部內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于還包括第二密封組件， 該第二密封組件接合所述第二管，以便基本防止所述第一管內(nèi)部與所 述第二連接器內(nèi)部之間的流體連通。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器從 所述第二管內(nèi)部延伸到所述第二連接器內(nèi)部內(nèi)。
11. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于還包括第三連接器 部件，該第三連接器部件具有第三連接器內(nèi)部，所述第三連接器部件 將所述第二連接器部件連接到所述第一管的所述第二端部，并且所述 笫三連接器部件串聯(lián)地定位在所述第一管與所述第二連接器部件之 間，另外，所述第二管位于所述第三連接器內(nèi)部內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述第一管具有敞 口的第一端部和敞口的第二端部，所述裝置還包括連接到所述第一管 的所述第一端部的第一連接器部件和第二連接器部件以及連接到所述 第一管的所述第二端部的第三連接器部件和第四連接器部件，所述第 二連接器部件串聯(lián)地定位在所述第一管與所述第一連接器部件之間， 所述第三連接器部件串聯(lián)地定位在所述第一管與所述第四連接器部件之間，其中所述第一連接器部件具有第一連接器內(nèi)部，所述第二連接 器部件具有第二連接器內(nèi)部，所述第三連接器部件具有第三連接器內(nèi)部，并且所述第四連接器部件具有第四連接器內(nèi)部。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器從 所述第一管內(nèi)部延伸到所述第一、第二、第三和第四連接器內(nèi)部內(nèi)。
14. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于還包括第一密封組 件和第二密封組件，所述第一密封組件接合所述第二管以便基本防止 所述第 一管內(nèi)部與所述第 一連接器內(nèi)部之間的流體連通，所述第二密 封組件接合所述第二管以便基本防止所述第一管內(nèi)部與所述第四連接 器內(nèi)部之間的流體連通。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器從 所述第二管內(nèi)部延伸到所述第 一和第四連接器內(nèi)部內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述第一管的材料 和結(jié)構(gòu)使得在所述燃燒體燃燒期間所述第 一管基本不會分解或分裂。
17. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述第二管的材料 和結(jié)構(gòu)使得在點燃所述點火傳播器時所述第二管大致分解或分裂。
18. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述燃燒體為推進 部件。
19. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器包 括雷管導(dǎo)火索。
20. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述點火傳播器包 括助爆傳送件。
21. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于還包括連接到所述 點火傳播器上的啟動器組件以及所述啟動器組件與所述點火傳播器之 間的流體密封連接。
22. —種用于使地下地層增產(chǎn)的裝置，其包括第一管，其包括笫一管內(nèi)部和第一管壁，所述第一管壁具有內(nèi)表 面、外表面和一定長度，所述第一管壁具有在所述第一管壁所述長度 上的至少一個孔眼；第二管，其位于所述第一管內(nèi)部內(nèi)，并具有第二管內(nèi)部和第二管 壁，所述第二管壁具有內(nèi)表面、外表面和一定長度，所述第二管壁的 所述外表面和所述第一管壁的所述內(nèi)表面限定了一個環(huán)空；推進部件，其具有縱向開口和部件壁，所述部件壁具有內(nèi)表面、 外表面和一定長度，所迷推進部件位于所述第一管內(nèi)部內(nèi)，所述縱向 開口容納所述第二管，其中所述推進部件基本不會延伸超出所述環(huán)空； 以及點火傳播器，其位于所述第二管內(nèi)部內(nèi)。
23. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于還包括所述部件壁 的外表面與所述第一管壁的內(nèi)表面之間的空隙。
24. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于所迷縱向開口可滑 動地容納所述第二管。
25. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于所述推進部件的部 件壁的所述長度充分地低于所述第二管壁的長度。
26. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于所述推進部件為第 一推進部件，所述裝置還包括第二推進部件，該第二推進部件具有縱 向開口和部件壁，所述第二推進部件的部件壁具有內(nèi)表面、外表面和一定長度，所述第二推進部件位于所述第一管內(nèi)部內(nèi)，所述第二推進 部件的縱向開口容納所述第二管，以便所述第二推進部件與所述第一 推進部件大致相鄰地安裝在所述第二管上。
27. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于所述第一推進部件 的部件壁的長度基本上等于所述第二推進部件的部件壁的長度。
28. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于還包括所述第二推 進部件的部件壁的外表面與所述第一管壁的內(nèi)表面之間的空隙。
29. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于所述第二推進部件 的縱向開口可滑動地容納所述第二管。
30. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于其包括第三推進部 件，該第三推進部件具有縱向開口和部件壁，所述第三推進部件的部 件壁具有內(nèi)表面、外表面和一定長度，所述第三推進部件位于所述第 一管內(nèi)部內(nèi)，所述第三推進部件的縱向開口容納所述第二管，以便所 述第三推進部件與所述第 一或第二推進部件大致相鄰地安裝在所述第 二管上。
31. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于所述第二管內(nèi)部同 所述第一管內(nèi)部密封隔離，以便基本上防止所述第 一管內(nèi)部與所述第 二管內(nèi)部之間的流體連通，位于所述第二管內(nèi)部內(nèi)的所述點火傳播器 基本上不與周圍環(huán)境內(nèi)的流體接觸，所述周圍環(huán)境在所述第 一管壁的 外部。
32. —種用于使地下地層增產(chǎn)的方法，所述地層由井筒穿透，所 述井筒與地層流體連通，所述方法包括將增產(chǎn)裝置在地下地層附近定位在井筒內(nèi)，所述增產(chǎn)裝置包括第一管，其具有第一管內(nèi)部、具有一定長度的第一管壁，所述第 一管壁在第一管壁的所述長度上具有至少一個孔眼，第二管，其位于第一管內(nèi)部內(nèi)，所述第二管具有第二管內(nèi)部和具 有一定長度的第二管壁，燃燒體，其位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并在所述第二管內(nèi)部的外部，點火傳播器，其位于第二管內(nèi)部內(nèi)；利用所述點火傳播器點燃所述燃燒體；以及以可控的燃燒速度使所述點燃的燃燒體燃燒，從而形成燃燒氣體， 該燃燒氣體擴展了所述地層與所述井筒之間的流體連通，通過確定所 述增產(chǎn)裝置的一個或多個參數(shù)的數(shù)值來確定所述可控的燃燒速度，所 述的參數(shù)從由所述第二管和所述燃燒體的相對幾何形狀、所述點火傳 播器的厚度、所述點火傳播器的密度、所述點火傳播器的爆炸荷載、 所述第二管的材料組分、所述第二管壁的厚度、以及所述第二管內(nèi)部 的直徑所構(gòu)成的組中選擇。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于所述燃燒體為推進 部件。
34. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于所述點火傳播器包 括雷管導(dǎo)火索。
35. —種用于限定增產(chǎn)裝置的操作性能的方法，其包括 選擇增產(chǎn)裝置的一個或多個參數(shù)的第一數(shù)值，所述增產(chǎn)裝置包括， 第一管，其具有第一管內(nèi)部和具有一定長度的第一管壁，所迷第一管壁具有在所述第 一管壁的所述長度上的多個孔眼，第二管，其位于所迷第一管內(nèi)部內(nèi)，所述第二管具有第二管內(nèi)部和具有一定長度的第二管壁，燃燒體，其位于所述第一管內(nèi)部內(nèi)，并在所述第二管內(nèi)部的外部， 點火傳播器，其位于所述第二管內(nèi)部內(nèi)，其中所述一個或多個參數(shù)從由所述第二管和所述燃燒體的相對幾 何形狀、所述點火傳播器的厚度、所述點火傳播器的密度、所述點火 傳播器的爆炸荷載、所述第二管的材料組分、所述第二管壁的厚度、所述第二管內(nèi)部的直徑、所述孔眼的尺寸、所述孔眼的數(shù)量和沿所述第一管壁長度上的所述孔眼排列方式所構(gòu)成的組中選擇； 將多個過程情況監(jiān)測器定位在井筒內(nèi)； 將所述增產(chǎn)裝置定位在井筒內(nèi)；進行所述增產(chǎn)裝置的第一次試運行，其中所述第一次試運行包括 利用所述點火傳播器點燃所述燃燒體并使所述點燃的燃燒體燃燒，從 而形成燃燒氣體；利用所述過程情況監(jiān)測器獲得與所述燃燒氣體相關(guān)的第一次試運 行數(shù)據(jù)；響應(yīng)于所述第 一次試運行數(shù)據(jù)將一個或多個參數(shù)的所述第 一數(shù)值 改變?yōu)樗鲆粋€或多個參數(shù)的第二數(shù)值；進行所述增產(chǎn)裝置的第二次試運行，其中所述第二次試運行與所 述第一次試運行基本相同；以及利用所述過程情況監(jiān)測器獲得與所述燃燒氣體相關(guān)的第二次試運 行數(shù)據(jù)。
36. 如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于還包括確定所述一 個或多個參數(shù)的所述第二數(shù)值，或者響應(yīng)于所述第二次試運行數(shù)據(jù)將 所述一個或多個參數(shù)的所述第二數(shù)值改變?yōu)樗鲆粋€或多個參數(shù)的第 三數(shù)值。
37. 如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于所迷第一次試運行 數(shù)據(jù)為壓力數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于使地下地層增產(chǎn)的方法包括第一管、第二管、燃燒體和點火傳播器。所述第二管位于第一管內(nèi)部內(nèi)，并且第二管內(nèi)部同第一管內(nèi)部密封隔離以基本防止第一管內(nèi)部與第二管內(nèi)部之間的流體連通。所述燃燒體由固體推進劑構(gòu)成，位于第一管內(nèi)部內(nèi)并在第二管內(nèi)部的外部。點火傳播器位于第二管內(nèi)部內(nèi)，并且基本上不與和周圍環(huán)境內(nèi)的流體接觸，所述周圍環(huán)境在第一管壁的外部。
文檔編號E21B21/00GK101166886SQ200680014050
公開日2008年4月23日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者D·S·韋森, J·P·黑尼, K·R·喬治, P·M·斯奈德 申請人:馬拉索恩石油公司