專利名稱:裝料夾持器的制作方法
概括來說，本發(fā)明是屬于鉆井方面的，例如石油工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行鉆井，特別是關(guān)于鉆槍部件的發(fā)明，鉆槍內(nèi)有用以鉆鑿井孔殼體和巖層的成型裝料器。
使用成型裝料器對殼體和周圍產(chǎn)生的巖層進(jìn)行鉆孔，不需要將彈丸、大量碎片和渣滓投入鉆井，在巖層中就能產(chǎn)生長形似管狀的孔，但成型炸藥噴射的穿透性主要依賴于成型炸藥的投射，所謂投射的定義為成型炸藥錐體底面與最近的較大障礙物之間的距離。投射可穿過裝料噴咀、鉆槍部件的內(nèi)壁或部件槍口內(nèi)的襯套。所有上述的技術(shù)問題都已是公知的了，並在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域：
里廣泛采用。近年來石油工業(yè)朝著“高密度”鉆孔方向發(fā)展，這種鉆孔包括復(fù)式裝料組，並將這些裝料組排列在鉆槍部件內(nèi)，使在每一吋巖層間產(chǎn)生12個或更多個孔眼。裝料組通常是相對于它鄰近的上面或下面的一個裝料組旋轉(zhuǎn)，以便邊轉(zhuǎn)動邊位移地進(jìn)行鉆孔。這種工藝使殼體減弱的可能性降低，並且被認(rèn)為，它對于巖層的形成來說，提供了較好的流體流。然而，裝料組使每個成型炸藥的投射大大降低，因之降低了穿透巖層的能力，大大削弱了裝料組的優(yōu)點(diǎn)和鉆出大量孔眼的優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，這種工藝的總有效投射，一般來說，限制在工時之內(nèi)，或者更小些。
與降低投射有關(guān)的問題，美國J.B.Shore在1969年2月25日的專利No.3429384中已明確說明了，專利中詳細(xì)公開了降低投射和在管狀裝料部件內(nèi)使用大尺寸的成型炸藥有關(guān)，並指出，投射增加幾分之一吋，鉆孔深度就會增加百分之二十左右。在公開的專利中，采用管狀鉆孔槍部件，部件外面加工成凹槽，其中心基本上呈向外的波紋形，用置于部件內(nèi)的成型刀具加工而成。最終的形狀使得投射的增加量等于波紋的深度，而機(jī)械加工的凹槽使部件壁被減薄的現(xiàn)象減少了向外擠壓作用和毛刺厚度，毛刺是在燃燒時，波紋附近的成型炸藥造成的。修補(bǔ)時，上述中后面的現(xiàn)象會使部件不容易粘附在管線上。但是，美國專利中公開的裝料器形狀和方法是具有許多固有的缺點(diǎn)。第一，用波紋達(dá)到形成凸槽的方法需要進(jìn)行精密壓力加工使之達(dá)到預(yù)定的深度，隨后使用成型刀具，這就要求精確定位。第二，由于部件壁的壓縮強(qiáng)度下降，在點(diǎn)火時，部件有破壞的可能性。同時，碎片有可能堵塞井孔，所以，對于在一個水平面上有3、4個甚至5個成型裝料部件組來說，減小壁厚是不可能實(shí)現(xiàn)的。此外，為達(dá)到最大效能，在部件內(nèi)的成型裝料器與每個波紋都需要精確的對中。
在美國專利申請序號為No.491624中，公開了另外一種鉆槍部件，專利中提出了提供合適的投射這個問題。此專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明人。專利中所述的部件包括管狀底座，其中有外部為管狀的套筒。內(nèi)底座有槍口，它通過壁延伸，其形狀與置于部件里邊的成型炸藥形狀一致。套筒可用很多方法固定在底座上，這些方法包括焊接、軟焊、銅焊或粘附。但不僅限于這幾種方法。換句話說，套筒可以壓配到底座內(nèi)，或者滑配后再用機(jī)械裝置使套筒夾持在部件的任一端的適當(dāng)位置。這種類型的結(jié)構(gòu)在高密度鉆孔中產(chǎn)生的投射比用上述方法有所增加，但增加的絕對量是很小的。最典型的只增加十分之幾吋。
與現(xiàn)有技術(shù)相反，本發(fā)明高密度鉆孔槍能獲得大幅度增加投射的效果。本發(fā)明包括多邊成型裝料夾持器和朝向管狀部件的中心軸向噴咀的相互位置固定的。部件內(nèi)裝有噴槍。炸藥底部安置在接近部件的內(nèi)壁，炸藥點(diǎn)火裝置同樣也安置在部件壁附近。垂直排列的、相隔距離基本上相等的成型裝料器布置在多邊部件的每一邊，在相鄰邊上，一排排裝料器交錯排列，這樣，不致妨礙每個裝料器點(diǎn)火，炸藥超過噴槍中心線進(jìn)到部件壁內(nèi)的槍口，并通過殼體進(jìn)到后面的巖層。為了避免炸藥起爆引起的碎屑造成的破壞，裝料噴咀緊密地靠近所裝的炸藥。不僅裝料起爆裝置在夾持器外部，而且噴咀還是從夾持器內(nèi)部噴射。每批炸藥噴射要穿過在裝料器咀處的并與其軸向成直線安置的槍桶或噴管。
很容易看出，本發(fā)明所述的鉆孔槍可使有效投射增加數(shù)英寸，并且由于裝料器之間的垂直距離小于裝料器的寬度或直徑，所以提供了加大裝料器密度的可能性，因此加大了鉆孔密度。因為本發(fā)明的鉆孔方式，不是在以炸藥寬度相隔的分散的平面上進(jìn)行，而是交錯的分布，故可以鉆出間隔更均勻一致的孔眼。
只要一個在此技術(shù)領(lǐng)域：
中有一般技藝者，參考以下說明及附圖便能對本發(fā)明的方法及器具更加了解，其中圖1，管狀裝料器部件的縱剖面圖，其中包括安裝在井孔殼體內(nèi)的鉆槍的最佳實(shí)施例。
圖2，本發(fā)明的鉆孔槍最佳實(shí)施例的橫剖面圖。槍安置在井孔內(nèi)的管狀裝料器部件里。
圖35，3A，3B和3C為三組裝料夾持器的平面布置圖，利用本發(fā)明中的鉆孔槍的最佳實(shí)施例，將裝料夾持器邊靠邊地安排。
參照附圖中的圖1，本發(fā)明中的最佳實(shí)施例鉆孔噴槍10位于管狀裝料部位2里，裝料部件有噴口4，它是使內(nèi)壁厚度減小形成的。裝料部件2在鉆井孔殼體6中是懸掛著的。部件2和殼體6之間形成環(huán)狀空間8。為解決開采問題或為清理危險的廢料，用水、蒸汽或CO2進(jìn)行噴射操作，殼體也可能被穿透、石油、氣體或水形成的組成物(在圖中未畫出)圍繞在殼體6周圍。這種狀況雖然是比較典型的，可是不能把本發(fā)明僅限于在上述類型的油井中采用。
成型裝料器40在夾持器12的各個邊上呈豎行排列，并帶有現(xiàn)有技術(shù)中常用的起爆裝置。如到爆線42，引爆線用彈性固定夾44固緊。在圖1的截面圖中很容易看到噴管46是固定在每個成型裝料器40的噴咀上。噴管46穿過噴管口80延伸，80是由裝料夾持器側(cè)邊連接的相鄰空腔組成的。每個噴管的噴咀48位于噴槍口4的附近。
圖2是通過裝料夾持器口的橫截面圖，其中包括裝料器40，引爆線42，固定夾44，以及噴管46，它們都各自安裝在應(yīng)有的位置上。每條引爆線42都有一個屏蔽層50，它把爆芯52包復(fù)起來。屏蔽層50可以由任何一種合適的材料制成，可以是民龍，熱塑性橡膠(TPR)，鉛，鋁，塑料，矽，玻璃纖維，卡夫拉，聚丙烯或者鋼材，它們可以采用擠壓、纏繞、編條或編織的方法成型。爆芯52可以是任一種爆炸材料，但最好采用70粒/英尺的RDX。每個成型裝料器40都包括底座60，底座的底部都有小孔62，孔內(nèi)安置開始引爆成型炸藥66的傳爆藥64。炸藥也可以是RDX，或者是用于這種裝料器的其它炸藥，其中包括環(huán)三甲撐三硝胺，六氫1.3，5-三硝基-5-三氮雜苯，三次甲基三硝基胺，六素精，T4。一般認(rèn)為最好為RDX，HMX;或稱為HNS的2、2′，4、4′，6、6′六硝基均二苯代乙烯，但是不僅限于以上所述的炸藥。若鉆線在高溫(500°F以上)的井內(nèi)使用，則可用稱為PYX-化合物。此外和上述的炸藥同時，還需使用石臘聚合物或硬脂酸鹽粘接劑，例如RDX和硬脂酸鈣粘接劑，一般稱為CH6。裝料器40內(nèi)有裝料襯里68，襯里68和底座60之間裝上炸藥66，裝料器40的口70是打開的。每個裝料器40的外殼70呈圓柱形，并具有圓周溝槽，溝槽內(nèi)放入彈性擋環(huán)74。
噴咀管46上有收集從裝料器40噴射出來的炸藥的入口端82和對著槍口4發(fā)射炸藥的出口端84。噴管46可由金屬或其它適宜的材料做成，例如玻璃纖維或高強(qiáng)度塑料(由編織的卡夫爾纖維鑄成模型)。入口端82延伸到外徑72中去。裝料器40用彈性固定夾44卡在噴咀管46中，固定夾的一端插到裝料夾持器12的小孔74內(nèi)。貼近裝料器40的料咀70從噴咀管46的頸部向下，在88處內(nèi)壁90的直徑減小，相等直徑的內(nèi)壁一直延伸到出口端84，壁90的直徑限定了噴射孔92的尺寸。雖然上面只敘述了單個裝料器和噴管的結(jié)構(gòu)，而噴槍內(nèi)的其它裝料器40和噴管46基本上與上述相同。
現(xiàn)在參照圖12和3A-3C，最佳實(shí)施例中的噴槍10包括一個三邊為等邊三角形橫截面的裝料夾持器12。夾持器的三個面14，14′和14″最好是壓制的金屬板條。從圖3S中的3A、3B和3C容易看出，裝料夾持器12的中心平面14上，在小孔16的周圍有一排均勻等距的空隙。在垂直方向沿各邊有大致等距排列的空槽18?？詹?8與邊20大致平行，邊20延伸到橢圓形底22中去。每兩個空槽之間有兩個螺栓孔24，14面上的所有螺栓孔在垂直方向成一直線安排。從圖2中可看到。析線26是彎曲的，14面的外邊是與在平面內(nèi)相同邊上14面的邊成30°角的兩段彎曲線。
很明顯，14′和14″面上的相對尺寸和裝料器小孔之間的距離、空槽、螺栓孔以及曲線都與14面上的相同。因此，這些相同的特征就不必詳述了。但是，重要的是要注意裝料小孔16與符號小孔16′和16″是相對交錯排列的?？梢钥闯?，每個孔在垂直方向與相鄰的后一個孔相隔的距離等于每兩個螺栓孔的中心距。例如，14，14′和14″面上的最下邊的小孔16，16′和16″，小孔16和16′間的垂直距離X等于小孔16和16″中心的垂直距離Y，而X和Y都等于Z值。Z為兩個螺栓孔24之間的中心距(也是24′和24″的中心距)。換言之，裝料器在垂直方向上是圍繞夾持器12沿著螺旋線上升的方式排列的。
側(cè)面凹槽18、18′和18″和小孔16、16′和16″不同，它們沿側(cè)邊交錯或偏離地排列，使這些凹槽與最鄰近邊上的凹槽在同一平面內(nèi)沿一直線排列。這樣，將板條14，14′和14″裝配在一起組成夾持器12時，相鄰?qiáng)A持器邊上的每一對凹槽相對連接邊上的第三個夾持器來說都構(gòu)成一個噴管口80。噴口80與小孔(16、16′或16″)同心。這一點(diǎn)，在圖3S的3A、3B、3C中很容易看到。14′面上的最下邊小孔16′的中心落在14面上左邊的最下邊凹槽18的同一平面上，并落在14″面右邊最下邊的凹槽18″的平面上。在14、14′、14″面共同裝配在一起組成夾持器12時，凹槽18和18″形成噴口。
裝料器小孔16、16′和16″在垂直方向上相對螺栓孔的偏移位置，上面已討論過了。很清楚，這樣敘述僅是為了方便。從以上談到的噴口是由相鄰的凹槽形成的這個問題中，可以說明，在垂直方向上，裝料小孔的最小間隔受成型炸藥的高度限制，炸藥穿過噴口80噴射，不應(yīng)受到任何阻礙。它還受到噴管46的外壁90的外經(jīng)的限制，炸藥是通過90內(nèi)孔穿過噴管口的。上述的最小間隔在圖3S的3A-3C中已表示。從中清楚看出，邊上的每一組凹槽，在垂直方向上同一個夾持器對邊上的下一個稍高的凹槽偏離的距離等于凹槽的垂直高度H，同時也等于X、Y和Z。
對照附圖1，用六角頭螺栓和螺母30穿過螺栓孔24、24′、24″，將夾持器裝配起來。圖1中的14″面是面對讀者的，側(cè)面14也可以看到，而14′面則在視圖的后面，是看不見的。其它的緊固裝置也可以采用，例如板金屬螺釘或鉚釘。側(cè)面也可采用點(diǎn)焊或釬焊連接，粘附連接，也可用接頭把14、14′和14″固定在一起。另外，裝料夾持器口由單片金屬板制成，按需要將金屬板折成最后的形狀。夾持器12可由金屬或其它材料擠壓成型，沖出全部所需的小孔，擠壓后進(jìn)行切削或機(jī)加工。在現(xiàn)有技術(shù)中所采用的上述工藝和其它工業(yè)方法，在本發(fā)明制造夾持器的工藝中也采用了。
很清楚，鉆孔噴槍的發(fā)明是具備新穎性和創(chuàng)造性的?，F(xiàn)有技術(shù)中投射被限制在很小的范圍內(nèi)，約2吋甚至比2吋還小。而本發(fā)明超過現(xiàn)有技術(shù)的投射值，可增到幾吋或百分之幾百吋。例如外徑為7- 1/4 吋時的裝料器，其厚度為 1/2 時，裝料深度(底到咀)為1-3/4時，引爆線為7/32吋，引爆線和裝料器內(nèi)壁之間距為1/8吋，此時，根據(jù)本發(fā)明，其有效投射為4.15時。相反，相同的裝料器是圍繞引爆線軸線的中心布置，則投射僅為1.25左右。因此，本發(fā)明使有效投射增加23%以上。在使用小直徑的裝料器的情況下，增加的的相對有效投射就更大。例如使裝料器內(nèi)徑減少到1吋時，每個裝料組的投射降低到 1/2 吋到3/4吋。本發(fā)明的噴槍投射降低到3.15吋左右時，它比裝料組的投射大320%左右。
再有，本發(fā)明中的垂直裝料空間小于炸藥的寬度或直徑，所需的最小垂直距離只要滿足炸藥噴射能立刻通過上、下噴咀的間隙而不受任何阻礙就可以了。
本發(fā)明雖闡述了最佳實(shí)施例，但并不限于此。如前所述，裝料夾持器的外形可以有各種各樣。通過在夾持器中采用擋板以收集噴射碎屑的方法，可以取消噴管。另外，采用螺旋纏繞引爆線，后引爆管型引爆系統(tǒng)，或?qū)㈦娧b料引爆系統(tǒng)接入本發(fā)明的裝置中。還可以使用許多其它尺寸和形狀的成型裝料底座，炸藥和引線，包括螺旋曲線型引線。此外，發(fā)明還可以采用其它特殊的底座、炸藥和引線材料。最后，本發(fā)明中的鉆孔槍不只是在裝料部件里邊工作。噴管可封接在示出口端，以便投射自由流體。在裝料器底座和噴管的入口端放O型密封環(huán)。以上這樣或那樣的修改，增加或取消，對一個普通技術(shù)人員來說，是顯而易見的，并且，也不需要脫離本發(fā)明的主題和保護(hù)范圍就可以做到。
權(quán)利要求
1.用于井孔的鉆孔槍，包括大體上與鉆孔槍縱軸線同心的裝料夾持器裝置；安置在上述夾持器裝置中用來起爆噴射的成型裝料部件，噴射軌跡大致與上述的縱軸線交叉；以及炸藥起爆裝置
2.權(quán)利要求
1中的鉆孔槍，在上述的成型裝料部件中，有多個成型裝料器。
3.權(quán)利要求
2中的鉆孔槍，每個裝料器的噴射軌跡的方向大致落在相對于中心軸線的徑向平面內(nèi)。
4.權(quán)利要求
3中的鉆孔槍，所有的徑向平面都不是交叉的。
5.權(quán)利要求
4的鉆孔槍，所說的多個成型裝料器安置在夾持器內(nèi)，圍繞中心線成三行垂直排列，各行相隔約120度角。
6.權(quán)利要求
5的鉆孔槍，將徑向平面內(nèi)的一行成型裝料器，安置在最近的一行成型裝料器的上方，並且在最近的另一行成型裝料器的下方。
7.權(quán)利要求
6的鉆孔槍，從大致垂直安置的成行的成型裝料器中噴射出的軌跡，在夾持器交叉布置以后，是從另兩行垂直的裝料器之間通過。
8.權(quán)利要求
6的鉆孔槍，還包括與各個成型裝料器相連系的噴管，噴管為噴射軌跡周圍的阻擋層。
9.權(quán)利要求
6中的鉆孔槍，還包括圍繞在夾持器周圍的大致呈管形的部件。
10.權(quán)利要求
9中的鉆孔槍，成型裝料器安置在最靠近上述管形部件的內(nèi)壁里。
11.權(quán)利要求
6的鉆孔槍，炸藥起爆裝置包括有大致與相鄰成型裝料行垂直的引爆線。
12.權(quán)利要求
6的鉆孔槍，起爆裝置包括被夾持器包住的單根引爆線，引爆線從夾持器中最上端的成型裝料器延伸到下部徑向平面上的成型裝料器。
13.權(quán)利要求
2的鉆孔槍，許多裝料器的安排形成一個模型，因此，裝料器噴射的軌跡都落在互不相交的徑向平面上，並且都與中心線相交。
14.用于井孔的鉆槍，包括大致為管形的部件;多個成型裝料器，每個裝料器都有噴咀和底部，並且和裝料器中間軸線大致對稱分布。裝料夾持器具有中心軸線，夾持器引導(dǎo)成型裝料器朝向該軸線。炸藥起爆裝置。
15.權(quán)利要求
14中的鉆孔槍，成型裝料器的軸線安排在與夾持器軸線不相交的各個徑向平面內(nèi)。
16.權(quán)利要求
15的鉆孔槍，夾持器內(nèi)的各個裝料器，以相隔等距的三行垂直排列，接近管形部件的內(nèi)圓。在垂直的行列上，每個裝料器位于與另一行徑向平面內(nèi)的鄰近裝料器的上方或下方。
17.權(quán)利要求
16的鉆孔槍，還包括和每個成型裝料咀相連的噴管，噴管從裝料器咀沿裝料器軸線延伸，穿過夾持器軸線到管狀部件的內(nèi)壁。
18.鉆穿井孔壁的方法，包括至少有一個成型裝料器;井孔里至少安排一個成型裝料器;至少有一個成型裝料器穿過井孔的中心軸線，以及至少一個成型裝料器的點(diǎn)火裝置。
19.權(quán)利要求
18中所述的方法，還包括多個成型裝料器;所有的成型裝料器都在井孔中;每個成型裝料器都在通過井孔中心軸線的不相交的徑向平面內(nèi);以及多個成型裝料器的點(diǎn)火裝置。
20.權(quán)利要求
19所述的方法，還包括所述的成型裝料器，安排在井孔內(nèi)的三行等距的垂直行上，而各豎行上的裝料器安置在最近一行的成型裝料器的上方，又在另一最近的一行成型裝料器的下方。所有豎行上的成型裝料器都在另兩豎行上的成型裝料器之間。
專利摘要
本發(fā)明包括一個高密度鉆孔槍，槍內(nèi)的成型裝料器是定向安置的。因此，從裝料器噴嘴噴射的方向和槍的軸線交叉。成型裝料器以小于裝料器直徑的距離，在垂直方向上被隔開；這個距離，對每個裝料器發(fā)出的噴射來說，不會受到其它最鄰近的裝料器發(fā)出的噴射的阻礙，為達(dá)到這個目的，這么大的距離已經(jīng)足夠了。
文檔編號E21B43/117GK85101675SQ85101675
公開日1987年1月31日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者戴維·瓊·雷德 申請人:噴嘴研究中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan