NO973097L

NO973097L - Perforeringskanon for brönnrör

Info

Publication number: NO973097L
Application number: NO973097A
Authority: NO
Inventors: Charles A Dieman; Daniel A Toro; Thomas C Tseka; James E Fritz; Scot P Riley; Craig J Boucher; Steven L Renfro
Original assignee: Ensign Bickford Co
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 1997-09-26
Also published as: CA2209686A1; MX9705659A; EP0808446A4; EP0808446A1; NO973097D0; AR000704A1; WO1996023192A1; CA2209686C; BR9606791A; US5477785A

Description

Oppfinnelsens felt

Den foreliggende oppfinnelse vedrører olje- og gassproduk-sjonsanordninger og spesielt perforeringskanoner brukt for å perforere brønnrør i olje og naturgassbrønner.

Relatert teknikk

Generelt kan olje og gass bli utvunnet fra jorden ved å bore en brønn i en passende jordformasjon. Et brønnrør eller en brønnrørsforing av metall blir innført vertikalt i brønnen til en dybde hvor oljen eller gassen befinner seg, og betong blir innført i det ringformede rommet mellom utsiden av røret og brønnen. Når det er ønskelig å la olje eller gas stømme inn i røret for utvinning, føres en perforeringskanon ned i brønnrøret til den dybde man ønsker å gjenvinne olje eller gass fra.Perforeringskanonen omfatter vanligvis en lukket metallsylinder som inneholder en tennmekanisme (kretser og styring for å initiere eksplo-sivene som er inneholdt i perforeringskanonen) og et antall penetrerende og formede ladninger som avfyres for å horisontalt perforere brønnrøret, som tillater olje og gas å strømme inn i røret og opp til overflaten for oppsamling. Den lukkede metallsylinder av perforeringskanonen tjener før avfyring til å beskytte de eksplosive og formede ladninger og tennmekanismen mot varme, trykk og skade fra vann eller andre forurensninger i brønnrøret.

I en tidligere kjent alternativ utførelse er et antall innlukkede og formede ladninger hengt opp ved hjelp av metallkjettinger på innsiden av brønnrøret i forskjellige passende posisjoner. De formede ladningene blir vanligvis avfyrt ved å bruke en avfyrende signaloverføringsledning som strekker seg til overflaten av brønnen. De eksplosive og formede ladningene penetrerer i begge tilfeller brønn-røret og den herdede betong som omslutter det horisontalt og danner åpninger i den omsluttende jord for å muliggjøre strømmen av naturgass eller olje.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedring av en perforeringskanon for brønnrør og omfatter en støtte-konstruksjon, minst en eksplosiv penetrator og en tennmekanisme som er operativt forbundet med minst en eksplosiv penetrator. Støttekonstruksjonen er dimensjonert og utformet for å sidestilles den minst ene eksplosive penetrator i penetrerende forhold med det indre av brønnrøret. Forbe-dringen omfatter at støttestukturen omfatter et pulveriserbart materiale hvormed støttekonstruksjonen disintegreres til ikke-hindrende fragmenter etter at kanonen er avfyrt.

Ved et aspekt av oppfinnelse omfatter det pulveriserbare materialet et fenolmateriale.

Ved et annet aspekt av oppfinnelsen kan støtte-konstruks jonen omfatte et tettningsmiddel som er dimensjonert og utformet for å på en glidbar måte å samvirke med det indre av røret.

Ved enda et annet aspekt av oppfinnelsen kan støtte-konstruks jonen være perforert, og tennmekanismen og den eksplosive penetrator kan omfatte beskyttende kapslinger.

Støttekonstruksjonen kan eventuelt omfatte et antall se-kvensielt koblede deler. Hver del kan ha en generelt sylinderisk utførelse med to ender, og minst en tapp i en ende og et tapphull i den andre ende. Tapphullet kan dimensjoneres og utformes for å oppta en tapp dimensjonert og utformet lik den nevnte minst ene tapp.

Fortrinnsvis utgør tennmekanismen en autonom tennmekanisme.

Kortfattet beskrivelse av tegningsfigurene

Fig. 1 er et partielt lengdesnitt av en perforeringskanon ifølge den foreliggende oppfinnelse, plassert i et brønn-rør, Fig. 2 er et skjematisk planriss av en del av perforeringskanonen i fig. 1, men en halvdel av støttekonstruksjonen fjernet, og Fig. 3 er et partielt lengdesnitt av en eksplosiv penetrator til perforeringskanonen i fig. 1 .

Detaljert beskrivelse og foretrukkene utførelser av oppfinnelsen

Et problem ved avfyring av konvensjonelle perforeringskanoner er at metallsylinderen eller opphengskjettingen brytes opp til fragmenter som kan tette igjen perforeringene dannet av kanonen på innsiden av brønnrøret. Den foreliggende oppfinnelse skaffer en perforeringskanon som omfatter, i stedet for en metal sylinder eller opphengs-kjetting, en pulveriserbar støttekonstruksjon for de formede ladningene som ved avfyring blir stort sett pulverisert eller som på annen måte stort sett disintegreres til fragmenter som er for små til å hindre strømningen av olje eller gas inn i eller gjennom brønnrøret.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter en sylinderisk perforeringskanon en pulveriserbar sylinder som tjener som en støttekonstruksjon som inneholder eksplosive penetratorer, og til hvilken tennmekanismen tilsluttes for å styre avfyringen av de eksplosive penetratorer. I en utførelse er den sylinderiske støttekonstruksjon perforert, dvs den tillater tilgang av grunnvann og andre væsker i brønnrøret, og derfor omfatter de eksplosive penetratorer og tennmekanismen beskyttende kapslinger som forsegler de formede ladningene og tennmekanismekretsene. Fortrinnsvis omfatter kapslingen for de eksplosive penetratorer og tennmekanismekretsene pulveriserbare materialer.

Da tennmakanismen og de formete ladningene må beskyttes mot varme, trykk og skade fra vann eller andre forurensninger i brønnrøret før avføring, må det pulveriserbare materialet i kapslingene for disse komponentene danne en hydraulisk forsegling rundt komponentene og må være i stand til å motstå trykkene som kan være vanlige i brønnrøret før avfyring, f.eks. trykk opp til omtrent 22,000 psi (137 MPa). Av denne grunn er det pulveriserbare materialet brukt for kapslingen fortrinnsvis et keramisk materiale, f.eks aluminumsoksid.

Da støttekonstruksjonen ikke er lukket, trenger den ikke å ha den stukturelle styrke til kapslingene til de eksplosive penetratorer og tennmekanismeanordningen. Dermed er det noe mer fleksibelt med hensyn til valg av støttekonstruk-sjonsmaterialer. Som et alternativ til keramiske materialer kan det benyttes et syntetisk, fornettet fenolmateriale benyttes, som kan trykkstøpes til sammensettbare deler som beskrevet nedenfor. Et passende fenolmateriale er kommer-sielt tilgjenglig under handelsbetegnelsen "DUREZ 13856 AF black phenolic", som forhandles av Occidental Chemical Corporation.

En perforeringskanon ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 1, der perforeringskanonen 10 sees plassert på innsiden av brønnrøret 12. En generelt sylindrisk støttekonstruksjon 14 har en vertikalt orientert (i fig. 1) langsgående akse, og omfatter et antall deler 14a, 14b, osv, som er festet sammen etter hverandre. Hver del har en generelt sylindrisk utforming og perforeringene 16a, 16b, osv for å eksponere innsiden av støttekontruk-sjonen 14 og de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv, som er montert i brønnrøret 12. Hver eksplosive penetrator 18a, 18b, osv omfatter en formet ladning som sender ut en retningsbestemt eksposjon ved detonering og er plassert slik at den formede ladning rettes mot brønnrøret 12 gjennom de respektive perforeringene 16a, 16b, osv i støtte-konstruks jon 14. Perforeringskanoner omfatter typisk 10 til 20 eksplosive penetratorer.

Perforeringskanonen 10 omfatter også en tennmekanismeanord- ning 20 som er festet til toppen av støttekonstruksjonen 14. Tennmekanismeanordningen 20 omfatter en elektronisk tennmekanismekrets og en liten detonerende ladning som kan avfyres av kretsen ved et passende tidspunkt. Et mildt detonerende båndlunte (ikke vist i fig. 1) overfører den initierende eksplosjon fra tennmekanismen av de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv slik at når tennmekanismen sender ut et avfyringssignal, vil de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv detonere og perforere brønnrøret 12. De formede ladningene på innsiden av de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv er tilstrekklig kraftige til ikke bare å perforere brønnrøret 12, men også den rundtliggende betongkappe og de rundtliggede jordformasjonene, for å tillate olje eller gas å stømme inn i brønnrøret 12.

Hver del 14a, 14b, osv av støttekonstruksjon 14 deles langs dets langsgående akse i to halvdeler. Fig. 1 viser en støttekonstruksjon i hvilken par med eksplosive penetratorer er fordelt i vekslende retninger, to til høyre (som antydet i fig. 1), og to til venstre. I en alternativ utførelse kan de eksplosive penetratorer veksle enkeltvis. En del av støttekonstruksjonen som viser denne vekslende utførelse er vist i fig. 2 der del 14a<1>er vist med en fjernet halvdel for å avdekke innsiden av delen. Som det fremgår av fig. 2, er det i det indre av hver del et antall oppstivende og posisjonerende ribber 22 som er dimensjonert og utformet for å gi stukturell styrke til støttekonstruk-sjonen, for å danne posisjonerende seter som kan oppta de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv og for å danne en bane som en detonerende båndlunten 24 kan strekkes gjennom i delen. Bladfjærer 26 montert i del 14a<1>holder båndlunte 24 i et detonerende overførings forhold til de eksplosive penetratorene. Som dat kan sees i fig. 2, er de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv orientert slik at eksplosjonene rettes gjennom perforeringene 16a, 16b, osv med en vinkel på omtrent 60° i forhold til den langsgående akse av støt-tekonstruks jonen .

Når de eksplosive penetratorer og båndlunter er plassert i setene og banen definert av ribbene 22, er den andre halvdel av delen satt på plass. Et metallbånd klemmes inn i et spor 28 rundt delen for å holde de to halvdelene sammen.

På den ene ende danner del 14a' tre tapper 30, og på den andre ende danner den tre tapphull 32 som er dimensjonert og utformet for å motta de tilsvarende utformede tappene som kan festes med et passende klebemiddel.

Penetrerende eksplosiv 18a vises i skjematisk lengdesnitt i fig. 3. Den penetrerende eksplosiv 18a omfatter en hoved-ladning 38 formet av en kapsling 39 og en eksplosiv tenn-sats 40 plassert på innsiden av en kapsling som omfatter et hus 42 og et deksel 44. Huset 42 danner en luntespalte 46 som innen hvilken båndlunte 24 (fig. 2) er plassert og fastholdt av en bladfjær 26. Når båndlunten 24 detonerer, penetrerer støtet huset 42 for å initiere tennsatsen 40 som i sin tur detonerer den formede ladning 38. Båndlunten detoneres av tennmekanismeanordningen 20 som beskrevet nedenfor. Tennmekanismeanordningen 20 (fig. 1) omfatter en avfyringskrets og en initierende eksplosiv ladning plassert på innsiden av de pulveriserbare hus. Huset omfatter tapper som muliggjør montering av tennmekanismeanordningen 20 til støttekonstruksjon 14 ved å føre tappene inn i tapphullene til den første del av støttekonstruksjonen. Båndlunten 24 plasseres mot tennmekanismehuset i et deton-eringsoverførende forhold til det initierende eksplosiv i tennmekanismehuset, på en måte som tilsvarer posisjonen av båndlunten 24 og tennsatsen 40, som vist i fig. 3. Når tennmekanismekretsen avfyrer den initierende ladning, overføres det initierende signal til båndlunten 24 og så til den eksplosive penetrator i kanonen.

For å lette riktig plassering av perforeringskanon 10 i brønnrøret 12, bærer støttekonstruksjon 14 minst en tett-ingsring 34 (fig. 1). Mens støttekonstruksjonen 14 og tennmekanismeanordningen 20 er dimensjonert og utformet for lett å passe i brønnrøret 12 uten å inngripe med den indre overflate av røret, slutter tettingsringer 34 perforeringskanonen 10 og er dimensjonert og utformet for å inngripe på en glidbar måte med innsiden av brønnrøret. Tettingsringene 34 kan f.eks. bestå av et syntetisk poly-mermateriale slik som Teflon™ polytetrafluoretylen, over-flettet med rustfritt stål, og de bidrar til å sentrere perforeringskanonen 10 på innsiden av brønnrøret 12 og danne en i hvert fall delvis tetting derimellom. Tettingen tillater operatoren å posisjonere perforeringskanonen 10 på innsiden av brønnrøret 12 ved å pumpe et væskemedium inn i brønnrøret 12 etter at perforeringskanonen 10 innføres røret. Ved å kontrollere trykket i væsken i brønnrøret 12 over perforeringskanonen 10, kan posisjonen av perforeringskanonen 10 styres.Brønnrøret kan i en typisk utførel-se ha en indre diameter på 4.55 til 4.67 tommer (11.60 til 11.90 cm), mens støttekonstruksjonen 14 i tennmekanismeanordningen 20 kan ha diametere på 4.25 tommer (10.80 cm), noe som gir et gap som dekkes av tettingsringene.

For å innføre kanonen i brønnen, monteres denne i en anord-ning som er kjent som en kabelkjøringssluse 36, vist i fig. 1, som er montert på jordoverflaten ved toppen av brønnen. Kabelkjøringsslusen omfatter en pumpemekanisme som danner et trykk over perforeringskanonen for å tvinge perforeringskanonen ned i brønnen mot grunnvannstrykket som kan være tilstede. Da trykket i grunnvannet er en funksjon av dybden av brønnen, kan kanonen posisjoneres ved ønsket dybde ved å styre trykket dannet av kabelkjøringsslusen 36.

Under bruk posisjoneres perforeringskanonen 10 i kabel-kjøringsslusen 36, og om nødvendig armeres tennmekanismekretsen. Kabelkjøringsslusen 36 driver perforeringskanonen 10 ned i brønnrøret 12 til en ønsket dybde bestemt av trykket påført av kabelkjøringsslusen 36 over tettingsringene 34. Tennmekanismeanordningen 20 er utformet for å detonere båndlunten 24 når perforeringskanonen har nådd den ønskede dybde, og kan derfor omfatte et dypdefølende organ som f.eks. en trykkbryter. Dermed er det intet behov for en bølgeline for å forbinde tennmekanismen til en initier-ingsanordning på jordoverflaten ved brønnen, dvs tennmekanismen er autonom. Båndlunten 24 detonerer i sin tur de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv, som perforerer brønnrøret 10 og den omsluttende betong og de omsluttende jordformasjoner. Når de eksplosive penetratorer 18a, 18b, osv detoneres, disintegreres støttekonstruksjonen 14 til fragmenter som er for små til å hindre strømningen av olje og gass fra de omsluttende jordformasjoner inn i og gjennom brønnrøret 12.

Ved å tilveiebringe en perforeringskanon som omfatter en pulveriserbar støttekonstruksjon, unngår den foreliggende oppfinnelse behovet for lange opphengskjettinger for å holde de eksplosive penetratorer i brønnrøret og man unngår igjentetting av brønnrøret av fragmenter fra den sylind-riske foring av metall. En pulveriserbar støttekonstruk-sjon for bruk i den foreliggende oppfinnnelse kan lett og billig tilvirkes, og den resulterende støttekonstruksjon, som kan tilvirkes i langsgående halvdeler som beskrevet ovenfor, tillater enkel sammenstilling av en perforeringskanon som omfatter ethvert antall ønskede segmenter.

Mens oppfinnelsen er blitt beskrevet i detalj med henvis-ning til en spesiell utførelse, vil mange variasjoner av den beskrevene utførelse fremstå for fagmannen som leser og forstår den foreliggende beskrivelse. De påfølgende pat-entkrav er ment å skulle omfatter disse variasjonene.

Claims

1. Perforeringskanon for brønnrør, omfattende en støtte-konstruks jon, minst en eksplosiv penetrator og en tennmekanisme som er operativt forbundet med minst et pene-trerbart eksplosiv, idet støttekonstruksjonen er dimensjonert og utformet til å bringe nevnte minst ene eksplosive penetrator i perforerende forhold til innsiden av brønn-røret , karakterisert ved at støttekonstruksjonen omfatter et pulveriserbart materiale, hvorved støttekonstruksjonen disintegreres til ikke-hindrende fragmenter idet kanonen avfyres.

2. Perforeringskanon ifølge krav 1, karakterisert ved at det pulveriserbare materiale omfatter et fenolmateriale.

3. Perforeringskanon ifølge krav 1, karakterisert ved at støttekonstruksjonen omfatter et forseglende middel som er dimensjonert og utformet til å inngripe glidende med innsiden av røret.

4. Perforeringskanon ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at støttekonstruksjonen er perforert, og at tennmekanismen og den eksplosive penetrator omfatter pulveriserbare beskyt-telseskapslinger.

5. Perforeringskanon ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at støttekonstruksjonen omfatter et antall deler koblet etter hverandre.

6. Perforeringskanon ifølge krav 5, karakterisert ved at hver del har en generelt sylinderisk utforming, som har to ender og som omfatter minst en tapp i en ende og et tapphull i den andre ende, der tapphullet er dimensjonert og utformet for å oppta en tapp som er dimensjonert og utformet slik som nevnte minst ene tapp.

7. Perforeringskanon ifølge krav 1, karakterisert ved at tennmekanismen utgjør en autonom tennmekanisme.