本公开设计用于地下射孔的装置和方法。
背景技术：
碳氢化合物(比如油和气)产自与地层中的一个或多个油气层相交的套管井筒。这些碳氢化合物通过套管井筒中的射孔流入井筒中。除了套管之外，还有多种井筒管可以用在井筒中。这些管包括衬里(liner)、生产油管、钻探管。在一些情况下，可能需要分割井筒管的一部分。例如，钻探管可能在井筒中卡住。将钻探管移除可能需要将钻探管切成两段。在另一个示例中，在油井报废时可能需要切割管。
本公开满足了对在油井建造、完成、维修和/或停运期间可能发生的地下操作中使用的射孔器的持续需求。
技术实现要素：
在一些方案中，本公开提供一种用于给井筒中的井筒管射孔的射孔器。所述射孔器可以包括：圆筒形的壳体，所述壳体具有在第一端部处的隔板、在第二端部处的敞开嘴部和内部容积；设置在内部容积中的爆炸性物质；和覆盖壳体的敞开嘴部的帽，帽具有由分隔环限定的盘段，分隔环具有围绕盘段的强度减小区域，其中，帽的外周缘形成用于接收敞开嘴部的边缘的座部。
在一些方案中，本公开提供一种用于给井筒中的井筒管射孔的射孔工具。所述射孔工具可以包括：连接到工作管柱的弹架；和固定在沿工作管柱设置的弹架中的射孔器。所述射孔器可以包括：圆筒形的壳体，所述壳体具有在第一端部处的隔板、在第二端部处的敞开嘴部和内部容积，其中，第一端部包括从其突出的柱体，柱体具有槽；设置在内部容积中的爆炸性物质；和覆盖壳体的敞开嘴部的金属的帽，帽具有由分隔环限定的盘段，分隔环具有围绕盘段的结构上弱化的区域。导爆索可以被接收在柱体的槽中。
在一些方案中，本公开还提供一种用于给井筒中的井筒管射孔的方法。所述方法可以包括如下步骤：通过连接被连接至工作管柱的弹架，沿着工作管柱设置导爆索，以及在弹架中固定射孔器，来形成工作管柱。所述方法还可以包括如下步骤：将工作管柱传送到井筒内；将射孔器定位在井筒管中；和通过引爆导爆索来点燃聚能射孔弹。
需要理解的是，以大的广度总结了本发明的特定特征，从而可以更好地理解下文的具体描述，并且可以理解本发明对本领域所做的贡献。当然，本发明的其他特征将在下文描述并且在一些情况下构成附属权利要求的主题。
附图说明
为了更好理解本公开，结合附图在下文具体描述，其中相同的元件具有相同的附图标记，其中：
图1示出根据本公开一个实施例的射孔器的等距侧剖视图；
图2是图1的射孔器的等距视图；
图3示出使用图1的射孔器的油井工具的示意侧视图；和
图4示出可以使用根据本公开的射孔器的油井。
具体实施方式
本公开涉及关于地下活动(诸如套管射孔，套管移除，完成，移除井筒管的打捞作用)的装置和方法。本公开适于不同形式的实施例。这些将在附图中示出，并且在此将在本公开的详细具体实施例中描述，需要理解的是，本公开应被视为技术方案的原理的示例，而不意在限制在此示出和描述的技术方案。
参见图1和图2，以剖视图示出根据本公开的聚能射孔弹10的一个实施例。聚能射孔弹10被设计成产生大直径的发射物，用于刺入、切割和/或分割井筒结构。聚能射孔弹10可以包括壳体12和盖14。壳体12可以形成为具有嘴部18的圆筒形本体16，且嘴部由盖14覆盖。一定数量的爆炸性物质(未示出)可以放置在壳体12的内部容积52内，比如rdx、hmx和hns。
盖14被构造成产生大直径的射孔器，所述射孔器作为刺入、分割、切割或射孔进入邻近结构的发射物。在一个实施例中，盖14包括由分隔环22限定的盘段20。盖14的外周缘24可以包括唇部26，壳体12的边缘位于所述唇部中。盖14具有面部28，所述面部由限定盘段20的表面和限定外周缘24的表面形成。面部28可以被构造成接触待切割的井筒结构，或者具有与相邻表面分开的预定支柱或间隔件。
盘段20包含形成射孔器的材料。盖14和/或盘段20可以由粉末状金属混合物形成，所述粉末状金属混合物在高压下被压缩以形成所需形状的固体。可以在混合物中包括高密度金属，以从爆炸力实现所需的效果。使用的通用高密度金属包括铜和钨，但是也可以使用其他高密度金属。金属的混合物通常包含各种其他延性金属，所述延性金属在基体内进行组合以作为粘结材料。其他粘结金属包括镍、铅、银、金、锌、铁、锡、锑、钽、钴、青铜、钼和铀。
盘段20可以为大体平坦和圆形的，但是也可以使用其他几何形状(比如方形或三角形)。如本文所使用那样，术语“平坦”用于与锥形相对。然而，在一些实施例中，平坦盘段20可以使用凹拱或凸拱以提供压力完善性。分隔环22是盖14的由结构弱化或强度减小区域24限定的部分，这允许在壳体12内的爆炸物(未示出)引爆时将盘段20和盖14分离开。在盖14为一体成型体的实施例中，多种机制可以用于形成分隔环22。例如，沟槽可以形成在盖14内。替换地，如图所示，折叠部可以形成在盖14内。折叠部或沟槽可以呈“v”形、“u”形、正弦曲线形、方形、三角形、或者具有适于弱化区域24的弯边或直边的任何其他形状。在一些实施例中，分隔环22可以具有在制造盖14时壁厚减小的区段。在其他一些实施例中，可以用化学方法处理分隔环22处的材料以减小强度。在其他一些实施例中，盖14可以是两个或更多个分开部件的组装件，例如，盘段20可以是分开的元件。
参见图3，示出设置在井筒42中的射孔工具40的一部分。射孔工具40包括聚能射孔弹10，所述聚能射孔弹固定在弹架60中并且定位成与井筒管44紧密接触。弹架可以是管、条带、板、或形状设计成和构造成指向聚能射孔弹10从而盘段20能够径向向外朝井筒管44行进的其他结构。紧密接触意味着至少一部分面部28(图2)与井筒管44物理接触。在实施例中，期望面部28与井筒管44的表面平行。因此，盘段20的大部分具有与井筒管44的表面平行的表面，或者简单点，盘段20与井筒管44基本平行。当按所需定位时，适合的点火系统可以用于引爆聚能射孔弹10。例如，在一个非限制性实施例中，导爆索46可以用于引爆聚能射孔弹10内的爆炸性物质(未示出)。在引爆时，盘段22沿着间隔环22从盖14断开，并且被推到井筒管44的表面上。一旦离开盖14，盘段20就作为切割穿过井筒管44的射孔器。
在一个非限制性的布置方案中，射孔工具40可以被构造成使得聚能射孔弹10与井筒流体物理接触。但是，壳体12内的爆炸性物质与先前所述的液体和气体隔离开。在这种实施例中，弹架60可以是不包封弹架60的条带或框架。另外，导爆索46可以在压力管47中绝缘，所述压力管保护导爆索46的能量物质不暴露于周围井筒环境(比如钻井流体、流体压力、温度、地层流体、气体等)。因此，导爆索46的爆炸性物质和聚能射孔弹10不和井筒中的流体(比如液体，诸如钻井流体、水、卤水、液态碳氢化合物，或者气体，诸如天然气等)物理接触。起爆器(未示出)可以用于引爆导爆索46，所述导爆索随后点燃聚能射孔弹10。
本公开的教示可以与各种聚能射孔弹构造相结合。如图1所示，壳体12可以被构造成封装的聚能射孔弹。也就是说，壳体12可以包括未射孔的隔板50。“未射孔”意味着没有开口或通路穿过壳体12。形成在隔板50处的柱体54可以包括用于接收导爆索46和/或增压材料(未示出)的通道56。然而，通道56可以是“盲孔”，其不延伸并且不与内部52连通。另外，外周缘24和壳体12的接合还可以是液密的。因此，聚能射孔弹10的内部容积52可以与周围井筒条件液压隔离开。然而，也可以使用具有与壳体12内部连通的通道、通路或孔的常规壳体。
参照图4，示出定位在关注位置102的地下地层上的油井结构和/或油气回收设施100。设施100可以包括诸如钻探设备106、井口108、壳体或其他井筒管44的已知设备和结构。工作管柱112从钻探设备106悬挂在井筒104内。工作管柱112可以包括钻探管、盘管、钢索、钢丝或任何其他已知的传送装置。工作管柱112可以包括建立单向或双向遥测通信的遥测管线或其他信号/电力传输媒介。遥测系统可以具有地面控制器(比如电源)114，所述地面控制器适于通过设置在工作管柱112中的线缆或信号传输管线116传输电信号。为了射孔或分割井筒104中的设备，工作管柱112可以包括作为射孔工具122的井下工具120，所述射孔工具包括根据本公开的一个或多个聚能射孔弹。
在一种使用模式中，射孔工具122被定位在一个位置56处，使得聚能射孔弹(图1)的至少一部分面部28(图2)与井筒管44物理接触。井筒管144可以是套管、衬里、钻探管柱、生产油管等。在一些实施例中，定位工具124可以用于将射孔工具122定位在井筒管44内。定位工具122可以包括能接触相邻结构并推动射孔工具122的聚能射孔弹10(图1)与井筒管44进行接触的臂部、叶片或其他可延展元件。定位工具122可以使用金属弹簧、可膨胀封隔器、囊状物、液压流体或其他机构来将可延展元件偏压到延展位置。接下来，来自控制器114的点火信号用于引爆聚能射孔弹10。在引爆时，盘段20(图2)以先前描述的方式切割通过井筒管44。
上文的描述涉及本发明的特定实施例，用于描述和解释。然而，显而易见的是，本领域技术人员可以在不偏离本发明的范围的情况下对上述实施例进行修改和变化。应该理解是，下文的权利要求被解释为包含所有这些修改和变化。