Предпосылки к созданию изобретения
Эта заявка основывается на предварительной заявке США №60/286907, поданной 27 апреля 2001 г., предварительной заявке США №60/306938, поданной 20 июля 2001 г., предварительной заявке США №60/307086, поданной 20 июля 2001 г., предварительной заявке США №60/307087, поданной 20 июля 2001 г., предварительной заявке США №60/310970, поданной 8 августа 2001 г., предварительной заявке США №60/314200, поданной 22 августа 2001 г. и предварительной заявке США №60/..., поданной 23 января 2002 г.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области перфорирования. Конкретнее, изобретение относится к устройствам и способам как для ориентации перфорирующих устройств, так и для проверки их ориентации.
Породы, пройденные скважиной, особенно горизонтальной или сильно наклоненной скважинами, исследуют для определения наиболее полезной ориентации перфораций. Желаемая ориентация может быть выбрана исходя из возможности добычи песка, из существования сильного пластового давления и/или сдвигающего напряжения либо из расположения контрольных линий и/или другого скважинного оборудования и инструмента.
Уровень техники
Известен способ ориентации кумулятивных зарядов, при котором эксцентрично утяжеляют одну или большее число составных частей колонны перфораторов (патент США 5964294 от 12.10.1999).
Из патента США 5964294 известен ориентированный стреляющий перфоратор, прикрепленный к колонне перфораторов и содержащий: одну или большее число частей колонны перфораторов, содержащих: один или большее число кумулятивных зарядов, имеющих оболочку заряда, корпус заряда и зарядную трубку, при этом, по меньшей мере, одна или большее число составных частей колонны перфораторов эксцентрично утяжелены для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении.
Из патента США 5964294 известен жесткий центрирующий держатель для ориентации перфорирующих устройств.
Патент США 5964294, который является наиболее близким аналогом для группы изобретений данной заявки: способа ориентации кумулятивных зарядов, ориентированного стреляющего перфоратора и жесткого центрирующего держателя, не обеспечивает значительный ориентирующий крутящий момент и ориентацию предпочтительным образом, которые необходимы при указанных выше условиях. Из патента SU 224708 от 12.08.1968 известен способ размещения одной или большего числа скважинных составных частей и отображения из положения при единственном спуске в скважину, при котором используют обнаруживаемый материал в одной или большем числе скважинных составляющих частей, спускают один или большее число фокусированных детекторов и обнаруживают одним или большим числом фокусированных детекторов одну или большее число скважинных составных частей. Этот патент можно считать наиболее близким аналогом для способа размещения, заявленного в данной заявке, но решение, предложенное в данном патенте, не дает нужных результатов в скважинах с небольшим наклоном. Из публикации RU 95119863 от 27.10.1997 известно устройство для измерения ориентации кумулятивных зарядов при взрыве, содержащее проверочное устройство, сохраняемое неподвижно относительно ориентации кумулятивных зарядов, детонирующий шнур, который выполнен с возможностью взрыва кумулятивных зарядов. В патенте RU 2179235 от 10.02.2002 говорится о выполнении детонационного шнура с возможностью приведения в действие дополнительного устройства и устройство с таким детонационным шнуром. Но решения, представленные в этих публикациях, не позволяют после окончания операции перфорации получить фактическою ориентацию перфорации в скважине и проверять ориентацию перфораций во время взрыва.
Поэтому существует потребность в устройствах и способах для ориентации стреляющих перфораторов и для проверки того, что достигнута правильная ориентация.
Сущность изобретения
Поставленные задачи решаются благодаря тому, что предлагается способ ориентации кумулятивных зарядов, при котором эксцентрично утяжеляют одну или большее число составных частей колонны перфораторов для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении, при котором согласно изобретению одну или большее число составных частей колонны перфораторов эксцентрично утяжеляют удалением материала для изменения центра тяжести.
Желательно, чтобы одну или большее число составных частей колонны перфораторов выбирали из кумулятивных зарядов, зарядных трубок и корпусов перфораторов.
Желательно, чтобы в качестве одной или большего числа составных частей колонны перфораторов использовали поворотную зарядную трубку.
Поставленная задача решается тем, что в способе ориентации кумулятивных зарядов, при котором эксцентрично утяжеляют одну или большее число составных частей колонны перфораторов для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении, согласно изобретению в качестве одной или большего числа составных частей колонны перфораторов используют шарнирно-сочлененную зарядную трубку, имеющую множество отрезков, сцепленных друг с другом таким образом, что отдельные отрезки способны сгибаться, и при этом отсутствует расцепление.
Поставленная задача решается тем, что в способе, при котором эксцентрично утяжеляют одну или большее число составных частей колонны перфораторов для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении в котором согласно изобретению определяют неравномерность изгибающего момента в одной или большем числе составных частей колонны перфораторов и компенсируют неравномерность изгибающего момента.
Желательно, чтобы неравномерность изгибающего момента определяли изгибанием одной или большего числа составных частей колонны перфораторов под углом отклонения ствола скважины и измерением величины крутящего момента, необходимого для поворота одной или большего числа составных частей колонны перфораторов до желаемой ориентации при нахождении под углом отклонения.
Поставленная задача решается тем, что в ориентированном стреляющем перфораторе, прикрепленном к колонне перфораторов и содержащем одну или большее число составных частей колонны перфораторов, содержащих один или большее число кумулятивных зарядов, имеющих оболочку заряда, корпус заряда, и зарядную трубку, по меньшей мере, одна или большее число составных частей колонны перфораторов эксцентрично утяжелены для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении, причем согласно изобретению форма оболочки одного или большего числа кумулятивных зарядов изменена для смещения ее центра тяжести.
Поставленная задача решается тем, что в ориентированном стреляющем перфораторе, прикрепленном к колонне перфораторов и содержащем одну или большее число частей колонны перфораторов, включающих один или несколько кумулятивных зарядов, содержащих корпус заряда, корпус перфоратора, зарядную трубку, согласно изобретению по меньшей мере одна или несколько компонент стреляющего перфоратора эксцентрично утяжелены для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении, причем материал удаляется из корпуса перфоратора.
Желательно, чтобы вследствие удаления материала были образованы выемки на поверхности корпуса перфоратора.
Поставленная задача решается тем, что в ориентированном стреляющем перфораторе, прикрепленном к колонне перфораторов, содержащем одну или большее число частей колонны перфоратора, включающих один или более кумулятивных зарядов, имеющих корпус заряда, корпус перфоратора и зарядную трубку, согласно изобретению по меньшей мере одна или более компонент стреляющего перфоратора эксцентрично утяжеляются для ориентации кумулятивных зарядов в правильной ориентации, при этом из зарядной трубки удаляется материал.
Поставленная задача решается тем, что в ориентированном стреляющем перфораторе, прикрепленном к колонне перфораторов, содержащем одну или большее число частей колонны перфораторов, содержащих один или несколько кумулятивных зарядов, имеющих корпус заряда, корпус перфоратора и зарядную трубку, согласно изобретению зарядная трубка является поворотной эксцентрично утяжеленной зарядной трубкой и корпус перфоратора ориентируется относительно поворотной зарядной трубки одним или большим числом грузов, причем один или большее число грузов расположены снаружи корпуса перфоратора.
Желательно, чтобы один или большее число грузов были снабжены закругленными концами, выполненными с возможностью направления стреляющего перфоратора через искривления скважины.
Поставленная задача решается тем, что в ориентированном стреляющем перфораторе, прикрепленном к колонне перфораторов и содержащем одну или большее число частей колонны перфораторов, включающих один или более кумулятивных зарядов, имеющих корпус заряда, корпус перфоратора и зарядную трубку, по меньшей мере одна или несколько компонент стреляющего перфоратора эксцентрично утяжелены для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении, причем согласно изобретению зарядная трубка выполнена в виде шарнирно-сочлененной зарядной трубки, имеющей множество отрезков, сцепленных друг с другом таким образом, что отдельные отрезки способны сгибаться без расцепления.
Поставленная задача решается тем, что в ориентированном стреляющем перфораторе, прикрепленном к колонне перфораторов, содержащем одну или большее число частей колонны перфораторов, включающих один или несколько кумулятивных зарядов, имеющих корпус заряда, корпус перфоратора и зарядную трубку, одна или большее число частей колонны перфораторов эксцентрично утяжелены для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении, причем согласно изобретению корпус перфоратора, кроме того, содержит шарнирно-сочлененную утяжеленную прокладку, прикрепленную к колонне перфораторов и имеющую множество отрезков, сцепленных друг с другом таким образом, что отдельные отрезки способны сгибаться без расцепления.
Поставленная задача решается тем, что в ориентированном стреляющем перфораторе, прикрепленном к колонне перфораторов, содержащем множество стреляющих перфораторов, прикрепленных друг к другу при помощи жесткого центрирующего держателя, каждый перфоратор имеет одну или большее число частей колонны перфораторов, включающих один или большее число кумулятивных зарядов, имеющих оболочку, оболочку перфоратора и зарядную трубку, по меньшей мере один или большее число частей колонны перфораторов эксцентрично утяжелены для ориентации кумулятивных зарядов в желаемом направлении, при этом согласно изобретению жесткий центрирующий держатель выполнен с возможностью устранения несоосности, являющейся результатом допусков на обработку и зазоров, которые существуют во множестве стреляющих перфораторов.
Поставленная задача решается тем, что в способе размещения одной или большего числа скважинных составных частей и отображения их положения при единственном спуске в скважину, при котором используют обнаруживаемый материал в одной или большем числе скважинных составных частей, спускают один или большее число фокусированных детекторов в соединении с гироскопом, обнаруживают одним или большим числом фокусированных детекторов одну или большее число скважинных составных частей и согласно изобретению отображают положение относительно стационарного положения в обсадной трубе с обнаруженными одной или большим числом скважинных составных частей, отображение осуществляют гироскопом, причем одной или большим числом скважинных составных частей являются контрольные линии.
Поставленная задача решается тем, что в способ размещения одной или большего числа скважинных составных частей и отображения их положения при единственном спуске в скважину, при котором используют обнаруживаемый материал в одной или большем числе скважинных составных частей, спускают один или большее число фокусированных детекторов и обнаруживают одним или большим числом фокусированных детекторов одну или большее число скважинных составных частей при помощи одного или большего числа фокусированных детекторов и согласно изобретению отображают положение относительно стационарного положения в обсадной трубе с обнаруженными одной или большим числом скважинных составляющих частей, отображение осуществляют посредством гироскопа, причем обнаруженным материалом является охлаждающая жидкость, используемая прокачиванием жидкости через одну или большее число скважинных составных частей, а одним или большим числом фокусированных детекторов являются приборы для теплового детектирования.
Поставленная задача решается тем, что в способе размещения одной или большего числа скважинных составных частей и отображения их положения при единственном спуске, при котором используют обнаруживаемый материал в одном или большем числе скважинных составных частей, спускают один или большее число фокусированных детекторов в соединении с гироскопом, определяют одну или большее число скважинных составных частей и согласно изобретению отображают положение относительно стационарного положения в обсадной трубе с обнаруженными одной или большим числом скважинных составляющих частей, отображения осуществляют при помощи гироскопа, причем обнаруживаемым материалом является преобразователь типа смарт-карты, используемый в одной или большем числе скважинных составных частей.
Поставленная задача решается тем, что в способе размещения одной или большего числа скважинных составных частей и отображения их положения при единственном спуске, при котором используют обнаруженный материал в одном или большем числе скважинных составных частей, спускают один или большее число фокусированных детекторов в соединении с гироскопом, обнаруживают одним или большим числом фокусированных детекторов одну или большее число скважинных составных частей при помощи одного или большего числа фокусированных детекторов, и согласно изобретению, отображают положение относительно стационарного положения в обсадной трубе с обнаруженными одной или большим числом скважинных составных частей, отображение осуществляют гироскопом, причем обнаруживаемым материалом является электронная метка, используемая в одной или большем числе скважинных составных частей.
Поставленная задача решается тем, что в способе размещения одной или большего числа скважинных составных частей и отображения их положения при единственном спуске, при котором используют обнаруженный материал в одном или большем числе скважинных составных частей, спускают один или большее число фокусированных детекторов в соединении с гироскопом, обнаруживают одним или большим числом фокусированных детекторов одну или большее число скважинных составных частей при помощи одного или большего числа фокусированных детекторов и согласно изобретению отображают положение относительно стационарного положения в обсадной трубе с обнаруженными одной или большим числом скважинных составных частей, отображение осуществляют гироскопом, причем обнаруживаемым материалом является магнитная метка, используемая в одной или большем числе скважинных составных частей, и одним большим числом фокусированных детекторов являются магнетроны.
Поставленная задача решается тем, что в способе размещения одной или большего числа скважинных составных частей и отображения их положения при единственном спуске, при котором используют обнаруженный материал в одном или большем числе скважинных составных частей, спускают один или большее число фокусированных детекторов в соединении с гироскопом, обнаруживают одним или большим числом фокусированных детекторов одну или большее число скважинных составных частей при помощи одного или большего числа фокусированных детекторов и согласно изобретению, отображают положение относительно стационарного положения в обсадной трубе с обнаруженными одной или большим числом скважинных составных частей, отображение осуществляют гироскопом, причем одним или большим числом фокусированных детекторов являются приборы для регистрации отраженного ультразвукового сигнала, которые обнаруживают изменения в акустическом сопротивлении вокруг одной или большего числа скважинных составных частей. Поставленная задача решается тем, что жесткий центрирующий держатель согласно изобретению содержит: переходную муфту, имеющую поясок с витками резьбы и отверстиями под установочные винты, поясное кольцо, которое навинчивается на резьбу пояска и фиксируется установочными винтами, пружинное упорное кольцо, которое установлено на муфте вблизи поясного кольца, и стопорное кольцо, имеющее множество выступающих стопорных лапок для жесткого соединения со скважинными составными частями и шпоночных канавок для жесткого соединения с суживающимися шпонками переходной муфты.
Желательно, чтобы жесткое соединение между суживающимися шпонками и шпоночными канавками устраняло производственные допуски.
Желательно, чтобы жесткое соединение между лапками и скважинными составными частями устраняло производственные допуски.
Желательно, чтобы жесткий центрирующий держатель содержал пружинное упорное кольцо для скрепления стопорного кольца с переходной муфтой при жестком соединении. Желательно, чтобы множество скважинных составных частей являлось стреляющими перфораторами. Желательно, чтобы множество скважинных составных частей было выбрано из скважинных инструментов и скважинного оборудования.
Желательно, чтобы скважинные составные части были выбраны из стреляющих перфораторов, скважинных инструментов и скважинного оборудования.
Поставленная задача решается тем в устройстве для измерения ориентации кумулятивных зарядов при взрыве, что согласно изобретению проверочное устройство приводится в действие детонацией детонирующего шнура, проверочное устройство может быть использовано на обоих концах стационарной колонны перфораторов и сохраняется неподвижно относительно ориентации кумулятивных зарядов.
Желательно, чтобы проверочное устройство содержало: вспомогательный заряд, жестко закрепленный в проверочном устройстве относительно ориентации кумулятивных зарядов, и проверочную пластину, эксцентрично утяжеленную для поддержания проверочной пластины под углом относительно ориентации кумулятивных зарядов и выполненную с возможностью восприятия выброса вспомогательного заряда.
Желательно, чтобы проверочное устройство содержало: вспомогательный заряд, расположенный в поворотной опоре, противовес для смещения поворотной опоры в направлении относительно ориентации кумулятивных зарядов и наружный корпус, выполненный с возможностью восприятия выброса вспомогательного заряда.
Желательно, чтобы проверочное устройство содержало: наружный корпус, вал в наружном корпусе для приема через себя детонирующего шнура, одну или большее число направляющих для поддержания вала в центре наружного корпуса и для обеспечения возможности свободного вращения вала и противовес для смещения вала в направлении относительно ориентации кумулятивного заряда, так что при детонации детонирующего шнура повышается давление внутри вала для его фиксации внутри одной или большего числа направляющих для поддержания вала в смещенном направлении.
Желательно, чтобы проверочное устройство содержало: наружный корпус, поворотный и проверочный груз, эксцентрично утяжеленный в направлении относительно ориентации кумулятивных зарядов, вмещающий в себя закаленную пику и имеющий центральное отверстие для приема детонирующего шнура, и закаленную пику, помещенную в проверочный груз и выполненную с возможностью выстреливания в наружный корпус при увеличении давления в центральном отверстии, вызванном детонацией детонирующего шнура.
Желательно, чтобы проверочное устройство содержало: корпус, выполненный с возможностью приема через себя детонирующего шнура, и один или большее число шариков, вращающихся в корпусе, смещенных в направлении относительно ориентации кумулятивных зарядов и выполненных с возможностью выдавливания углубления на корпусе при увеличении давления в корпусе, вызванном детонацией детонирующего шнура.
Желательно, чтобы проверочное устройство содержало: несущую опору, выполненную с возможностью приема через себя детонирующего шнура и имеющую, по крайней мере, один радиальный канал, простирающийся через нее, эксцентрический груз, установленный на несущей опоре таким образом, что груз смещен в направлении относительно ориентации кумулятивных зарядов, и шрапнель, которая проходит через, по меньшей мере, один радиальный канал и ударяет об эксцентрический груз при детонации детонирующего шнура.
Желательно, чтобы проверочное устройство содержало: несущую опору, выполненную с возможностью приема через себя детонирующего шнура и имеющую, по меньшей мере, один радиальный канал, простирающийся через нее, эксцентрический груз, имеющий одно или большее число радиальных каналов и установленный на несущей опоре таким образом, что груз смещен в направлении относительно ориентации кумулятивных зарядов, а одно или большее число радиальных каналов находятся вровень с, по меньшей мере, одним радиальным каналом в несущей опоре, и при детонации детонирующего шнура эксцентрический груз фиксируется при ориентации с несущей опорой.
Перечень фигур
фиг.1 - вид в разрезе обычного стреляющего перфоратора согласно предшествующему уровню техники,
фиг.2 - вид в разрезе одного варианта осуществления настоящего изобретения, имеющего видоизмененную форму кумулятивного заряда,
фиг.3 - вид в разрезе другого варианта осуществления настоящего изобретения, имеющего видоизмененную форму кумулятивного заряда,
фиг.4 - вид в разрезе другого варианта осуществления настоящего изобретения, имеющего видоизмененную зарядную трубку,
фиг.5 - вид в разрезе другого варианта осуществления настоящего изобретения, имеющего видоизмененную зарядную трубку,
фиг.6 - вид в разрезе другого варианта осуществления настоящего изобретения, имеющего видоизмененный корпус перфоратора,
фиг.7 - вид в разрезе другого варианта осуществления настоящего изобретения, имеющего видоизмененные корпус перфоратора и зарядную трубку,
фиг.8 - вид в разрезе другого варианта осуществления настоящего изобретения, имеющего видоизмененные кумулятивный заряд и зарядную трубку,
фиг.9 иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, имеющий утяжеленную поворотную зарядную трубку,
фиг.10 иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, имеющий поворотную зарядную трубку и нижние грузы,
фиг.11 иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, в котором зарядная трубка утяжелена вокруг кумулятив-зарядов,
фиг.12 - вид в разрезе варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.11,
фиг.13 - перспективный вид ориентирующего груза на фиг.11 и 12,
фиг.14 - перспективный вид варианта выполнения шарнирно-сочлененной утяжеленной прокладки согласно настоящему изобретению,
фиг.15 - вид сверху варианта выполнения шарнирно-сочлененной утяжеленной прокладки согласно настоящему изобретению,
фиг.16 - вид сбоку варианта выполнения шарнирно-сочлененной утяжеленной прокладки согласно настоящему изобретению,
фиг.17 - перспективный вид варианта выполнения крышки шарнирно-сочлененной утяжеленной прокладки,
фиг.18А-18С - виды сверху, сбоку и с торца варианта выполнения фасонного груза шарнирно-сочлененной утяжеленной прокладки,
фиг.19 - вид сверху варианта выполнения шарнирно-сочлененной зарядной трубки согласно настоящему изобретению,
фиг.20 - вид сверху варианта выполнения шарнирно-сочлененной зарядной трубки согласно настоящему изобретению,
фиг.21 - перспективный вид варианта выполнения шарнирно-сочлененной зарядной трубки согласно настоящему изобретению,
фиг.22 - перспективный вид устройства для измерения "характеристики крутящего момента при наличии изгиба",
фиг.23 - график зависимости между крутящим моментом и углом поворота,
фиг.24 - перспективный вид варианта выполнения жесткого центрирующего держателя согласно настоящему изобретению,
фиг.25 - перспективный вид варианта выполнения переходной муфты жесткого центрирующего держателя,
фиг.26 - перспективный вид варианта выполнения поясного кольца жесткого центрирующего держателя,
фиг.27 - вид сбоку варианта выполнения поясного кольца жесткого центрирующего держателя,
фиг.28 - перспективный вид варианта выполнения пружинного кольца жесткого центрирующего держателя,
фиг.29 - вид сбоку альтернативного варианта выполнения пружинного кольца жесткого центрирующего держателя,
фиг.30 - вид сверху альтернативного варианта выполнения пружинного кольца жесткого центрирующего держателя,
фиг.31 - перспективный вид с разрезом альтернативного варианта выполнения пружинного кольца,
фиг.32 - перспективный вид варианта выполнения стопорного кольца жесткого центрирующего держателя,
фиг.33 - схематический вид сверху типичного взаимного расположения обсадной трубы и контрольной линии, показывающий относительную опору и направление перфорирования,
фиг.34 - вид сбоку варианта выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению,
фиг.35 - увеличенный вид сбоку проверочного устройства, показанного на фиг.34,
фиг.36 - вид в разрезе проверочного устройства, показанного на фиг.34,
фиг.37 иллюстрирует другой вариант выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению,
фиг.38 иллюстрирует другой вариант выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению,
фиг.39 иллюстрирует другой вариант выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению,
фиг.40 иллюстрирует другой вариант выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению,
фиг.41 иллюстрирует другой вариант выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению,
фиг.42 иллюстрирует другой вариант выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению,
фиг.43 иллюстрирует другой вариант выполнения проверочного устройства согласно настоящему изобретению.
Однако необходимо отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления этого изобретения и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничивающие его пределы, и к изобретению могут относиться другие, в равной степени эффективные варианты его осуществления.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг.1 показан обычный стреляющий перфоратор. Обычный стреляющий перфоратор, обозначенный в целом позицией 1, содержит кумулятивный заряд 10, зарядную трубку 12, корпус 14 перфоратора и детонирующий шнур 16. Показанный перфоратор 1, кроме того, содержит выемку 18, вырезанную на корпусе 14 перфоратора и расположенную вровень с кумулятивным зарядом 10. Хотя показанный обычный стреляющий перфоратор 1 является перфоратором 1 с выемкой, важно отметить, что настоящее изобретение в равной степени применимо к перфораторам с гладкими стенками.
На фиг.2 показан один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором изменена конфигурация оболочки с кумулятивным зарядом 10, так что распределение веса обеспечивает достаточный крутящий момент для ориентации перфоратора 1. Как показано на фиг.2, оболочка с кумулятивным зарядом 10 содержит дополнительный материал 10а, находящийся на задней стороне или снизу оболочки с кумулятивным зарядом 10 и обеспечивающий образование эксцентрического груза, смещающего центр тяжести от оси перфоратора. Такое выполнение заставляет заряд 10 ориентироваться для простреливания в верхнем направлении. Необходимо отметить, что дополнительный материал/груз 10а может быть выполнен за одно целое с кумулятивным зарядом 10 или добавлен к нему как отдельная составная часть, например, привинчиванием груза к кумулятивному заряду 10.
На фиг.3 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором изменена конфигурация оболочки с кумулятивным зарядом 10. В примере на фиг.3 дополнительный материал 10а расположен спереди или у расширенной части оболочки с зарядом 10. Такое выполнение заставляет заряд 10 ориентироваться в нижнем направлении. Как обсуждалось со ссылкой на фиг.2, дополнительный материал/груз 10а может быть выполнен за одно целое с кумулятивным зарядом 10 или добавлен к нему как отдельная составная часть.
Необходимо отметить, что в альтернативных вариантах осуществления изобретения оболочка с зарядом 10 может быть дополнительно установлена таким образом, чтобы центр тяжести был еще более отдален от оси вращения.
Видоизменение множества зарядов 10 способом, описанным со ссылкой на фиг.2 или 3, увеличивает эффект эксцентричности, который может обеспечить значительный ориентирующий крутящий момент. Например, изменяя конфигурацию задней стороны оболочки заряда PJ2906, изготавливаемого "Шлумбергер текнолоджи корпорейшн", можно к каждому заряду добавить 48 грамм дополнительного материала. У 200-футового перфоратора создается дополнительный крутящий момент в 68 дюйм-фунт. Эта иллюстративная величина крутящего момента соответствует 40%-ному увеличению по сравнению с 7-футовой утяжеленной прокладки в сходном перфораторе, если в качестве материала груза используется сталь. Кроме того, перфоратор, в котором используется видоизмененный кумулятивный заряд 10 согласно настоящему изобретению, обеспечивает лучшее использование пространства и его экономию.
На фиг.4 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором для обеспечения необходимого крутящего момента видоизменена зарядная трубка 12. Например, зарядная трубка 12 может иметь больше материала на одной своей стороне, чем на другой. Как показано на фиг.4, зарядная трубка 12 имеет больше материала 12а на нижней стороне (т.е. на стороне, которая предназначена быть низом во время простреливания). В соответствии с этим зарядная трубка 12 имеет эксцентрическое уравновешивание масс, при котором центр тяжести смещен от оси вращения. Таким образом, сила тяжести будет вызывать поворот зарядной трубки 12 и ее ориентацию предпочтительным образом.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5, у зарядной трубки 12 удален материал 12в с одной стороны кумулятивного заряда 10, чтобы обеспечить иную ориентацию, чем в варианте на фиг.4. В варианте на фиг.5 центр тяжести зарядной трубки 12 смещен от оси вращения, что приводит к ориентации кумулятивных зарядов 10 в горизонтальном направлении.
На фиг.6 показан вариант осуществления настоящего изобретения, где корпус 14 перфоратора видоизменен подобным образом. С одной стороны корпуса 14 перфоратора могут быть выполнены выемки или утонченные части 18, так что сам корпус 14 будет обеспечивать некоторую степень предпочтительной ориентации. На фиг.6 корпус 14 перфоратора на своей верхней части имеет многочисленные выемки 18. Таким образом, корпус имеет центр тяжести, который смещен от оси вращения, и сила тяжести будет вызывать поворот корпуса 14 перфоратора и его ориентацию предпочтительным образом.
Конструктивные особенности, описанные со ссылкой на фиг.2-6, могут быть объединены для улучшения ориентации или применены в отдельности. Например, как показано на фиг.7, в перфораторе 1 могут применяться видоизмененный корпус 14 перфоратора и видоизмененная зарядная трубка 12 с обычными зарядами 10. В другом примере, показанном на фиг.8, видоизмененные заряды 10 сочетаются с видоизмененной зарядной трубкой 12 и обычным корпусом 14 перфоратора. Как предполагается, вышеприведенные примеры являются иллюстративными и неограничительными в отношении возможных сочетаний, находящихся в пределах настоящего изобретения.
Перфоратор 1 согласно настоящему изобретению может содержать заряды 10, из которых одни видоизменены, а другие не видоизменены или являются обычными. Согласно одному из многих возможных примеров заряды 10 перфоратора 1, ориентированные в первом направлении, являются эксцентрическими и видоизмененного типа (т.е. имеющими центр тяжести, который смещен от оси вращения), тогда как заряды, ориентированные в другом направлении, являются зарядами обычного типа. В другом варианте осуществления изобретения в перфораторе 1 использованы заряды 10, ориентированные со смещением по фазе 0-180°.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.9, предлагается стреляющий перфоратор 1 с кумулятивными зарядами 10, установленными в зарядной трубке 12, которая поворачивается внутри корпуса 14 перфоратора. В дополнение к кумулятивным зарядам 10 зарядная трубка 12 несет груз 20, который вызывает вращение поворотной зарядной трубки 12 до желаемой ориентации (вниз на фиг.9).
В приведенном примере использованным грузом 20 является полукруглый груз. Однако в пределах настоящего изобретения находятся и другие варианты выполнения. Кроме того, груз 20 может быть из любого числа типов и конфигураций, например, в виде грузов типа полого сосуда, заполненного высокоплотным веществом, или в виде полутвердых металлических стержней.
В случае использования стреляющих перфораторов с гладкими стенками не требуется никакой дополнительной выверки, так как корпус 14 перфоратора имеет равномерную толщину по своей окружности. Аналогично этому в случае использования стреляющего перфоратора 1, имеющего механически обработанные пазы, простирающиеся по окружности корпуса 14 перфоратора и расположенные у каждого интервала с кумулятивным зарядом, не требуется никакой дополнительной выверки перфоратора 1.
В случае использования стреляющих перфораторов 1 с выемками, показанных на фиг.9, корпус 14 перфоратора необходимо ориентировать для выверки с кумулятивными зарядами 10, так чтобы кумулятивные заряды 10 стреляли через выемки 18. В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.10, обеспечивается ориентация корпуса 14 перфоратора. Как показано, корпус 14 перфоратора опущен в скважину 22 на рабочей колонне штанг 24. Между корпусом 14 перфоратора и рабочей колонной штанг 24 закреплен вертлюг 26, чтобы корпус 14 мог при необходимости поворачиваться. К нижней стороне корпуса 14 прикреплен один или большее число грузов, заставляющих корпус 14 поворачиваться таким образом, чтобы выемки 18 оказывались обращенными вниз.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.10, используют средний груз 28 и нижний груз 30. Средний груз 28 имеет резьбу на верхнем конце и резьбу внизу для приема дополнительных грузов. Нижний груз 30 имеет закругленный нижний конец 30а для способствования направлению колонны штанг 24 в верхние части колонны труб и вокруг угла в сильно отклоненных или горизонтальных скважинах. Так как средние грузы 28 и нижние грузы 30 находятся в условиях скважины, то они могут быть изготовлены из термообработанной стали, чтобы выдерживать спуск в скважину и подъем из нее.
Необходимо учесть, что вариант, показанный на фиг.10, служит в качестве одного примера многочисленных сочетаний грузов, которые могут быть использованы с настоящим изобретением. Например, в зависимости от веса, необходимого для ориентации, может быть использовано множество средних грузов 28. Кроме того, в зависимости от случая применения могут не потребоваться никакие средние грузы 28.
На фиг.11 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором зарядная трубка 12 утяжелена вокруг кумулятивных зарядов 10. Стреляющий перфоратор 1 является перфоратором с гладкими стенками 1, содержащим в себе поворотную зарядную трубку 12. Однако этот вариант может быть также использован со стационарной зарядной трубкой 12, когда поворачивается весь стреляющий перфоратор 1. Посредством окружения части кумулятивного заряда 12 ориентирующим грузом 32 устраняется необходимость в дополнительной длине, добавляемой к колонне.
На фиг.12 и 13 показан вариант выполнения стреляющего перфоратора 1 с зарядной трубкой 12, утяжеленной вокруг кумулятивных зарядов 10. На фиг.12 показан вид в разрезе стреляющего перфоратора 1, а на фиг.13 - перспективный вид ориентирующего груза 32. Как показано, ориентирующий груз 32 имеет фасонную форму и расположен таким образом, что зарядная трубка 12 и кумулятивный заряд 10 ориентированы в горизонтальной плоскости. Вырезы 32а в ориентирующем грузе 32 соответствуют схеме расположения кумулятивных зарядов 10, так что ориентирующий груз 32 не создает помехи ни зарядам 10, ни детонирующему шнуру 16.
Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует использование ориентирующего груза 32 при перфорировании в горизонтальной плоскости, необходимо учитывать, что ориентирующий груз 32 может быть выполнен для обеспечения ориентации в любой желаемой плоскости.
В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.14-18, используется шарнирно-сочлененная утяжеленная прокладка 40 для обеспечения правильной ориентации стреляющего перфоратора на всем протяжении извилистой траектории ствола скважины. Как показано, шарнирно-сочлененная утяжеленная прокладка 40 содержит полукруглую прокладочную трубку 42, которая развернута в полом корпусе 14 перфоратора (показанном пунктирными линиями на фиг.1). Однако в альтернативных вариантах осуществления изобретения шарнирно-сочлененная утяжеленная прокладка 40 может принимать любое число форм.
Прокладочная трубка 42 содержит множество зигзагообразных, похожих на головоломку разрезов 44, расположенных с интервалом по ее длине. Разрезы 44 простираются по окружности трубки 42 таким образом, что они разрезают прокладочную трубку 42 на отдельные отрезки 46 без возможности их отделения друг от друга. Разрезы 44 позволяют прокладочной трубке 42 немного изгибаться в месте расположения каждого разреза 44, не вызывая потерю прокладочной трубкой 42 своих структурных свойств и главного назначения (т.е. ориентирования колонны перфораторов в правильном направлении). Отрезки 46 на каждом конце прокладочной трубки 42 прикреплены к центрирующим пластинам 48, которые используются для соединения шарнирно-сочлененной утяжеленной прокладки 40 с корпусом 14 перфоратора или с колонной перфораторов.
В каждом отрезке 46 имеется соответственно профилированный груз 50 (лучше всего показан на фиг.18A-18C). Грузы 50 ориентируют прокладку 40 и, таким образом, колонну перфораторов в желаемом направлении. В показанном варианте осуществления изобретения, в котором прокладочная трубка 42 имеет полукруглую форму, груз 50 также может иметь полукруглую форму, что дает возможность плотно вставлять его в каждый отрезок 46. Однако в пределах изобретения находится любое число форм и видов грузов. Кроме того, каждый отрезок 46 может на каждом из своих концов иметь торцевую пластину 56 для предотвращения перемещения в осевом направлении грузов 50 в прокладочной трубке 42.
Как показано на фиг.14, 15 и 17, к каждому отрезку 46 прикреплена крышка 52, закрывающая и закрепляющая груз 50 в нем. Крышку можно соединять с ее соответствующим отрезком 46, используя, например, лапки 54, защелкиваемые для сцепления с отрезком 46. Кроме того, каждая крышка 52 имеет частично вырезанные лепестки 58, которые могут быть отогнуты от крышки 52. Каждый лепесток 58 имеет сквозное отверстие 60 с размером, позволяющим принимать детонирующий шнур (не показан). Когда собрана колонна перфораторов, можно отогнуть лепестки 58, так чтобы они выступали от крышки 52, и пропустить детонирующий шнур через каждое отверстие 60 для закрепления детонирующего шнура в прокладке 40.
Шарнирно-сочлененная утяжеленная прокладка 40 не имеет направленно предпочтительную жесткость при изгибе. Она имеет одинаковую жесткость, или сопротивление изгибу, или изгибающий момент инерции во всех направлениях. Хотя к колонне перфораторов все же будет прилагаться гравитационный корректирующий крутящий момент, когда колонна перфораторов не будет ориентирована в желаемом направлении, шарнирно-сочлененная утяжеленная прокладка 40 не будет поворачивать перфораторы из предполагаемого, гравитационно предпочтительного направления, когда прокладочное устройство будет изогнуто в непрямом стволе скважины (т.е. когда изгиб не находится в плоскости 6 или 12 часов).
Таким образом, благодаря изготовлению прокладочной трубки 42 этим способом отрезки 46 остаются жесткими, тогда как вся прокладочная трубка 42 способна без сопротивления изгибаться в любом направлении. Количество и длина отрезков 46 и ширина разрезов 44 могут быть выбраны для обеспечения подходящего радиуса изгиба. Таким образом, перфоратор может быть пропущен через изогнутый ствол скважины без опасения того, что прокладочная трубка 42 будет стремиться неправильно ориентировать колонну перфораторов.
На фиг.19-21 показан вариант выполнения шарнирно-сочлененной зарядной трубки 70, которая воплощает в себе основные особенности вышеописанной шарнирно-сочлененной утяжеленной прокладки 40. Шарнирно-сочлененная зарядная трубка 70, которая развернута в полом корпусе 14 перфоратора (показан пунктирными линиями на фиг.19), содержит множество зигзагообразных, похожих на головоломку разрезов 72, расположенных с интервалом по ее длине. Разрезы 72 простираются по окружности зарядной трубки 70 таким образом, что они разрезают зарядную трубку 70 на отдельные отрезки 74 без возможности их отделения друг от друга. Разрезы 72 позволяют зарядной трубке 70 немного изгибаться в месте расположения каждого разреза 72, не вызывая потери зарядной трубкой 70 своих структурных свойств и главного назначения (т.е. удерживать кумулятивные заряды в их правильном положении внутри корпуса 14 перфоратора). Отрезки 74 на каждом конце зарядной трубки 70 прикреплены к торцевым пластинам 76, которые используются для соединения шарнирно-сочлененной зарядной трубки 70 с колонной перфораторов.
Каждый отрезок 74 может содержать множество отверстий 78 для приема кумулятивных зарядов (не показаны). Кроме того, могут иметься лепестки 80, способствующие закреплению кумулятивных зарядов на месте. Напротив каждого отверстия 78 может также иметься противолежащее отверстие 82 для приема заднего конца соответствующего кумулятивного заряда.
Благодаря изготовлению зарядной трубки 70 таким образом отдельные отрезки 74 остаются жесткими, тогда как вся зарядная трубка 70 способна без сопротивления изгибаться в любом направлении. Количество и длина отрезков 74 и ширина разрезов 72 могут быть выбраны для обеспечения подходящего радиуса изгиба. Таким образом, перфоратор может быть пропущен через изогнутый ствол скважины без опасения того, что зарядная трубка 70 будет стремиться неправильно ориентировать колонну перфораторов.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения предлагается способ компенсации неравномерности изгибающего момента в составных частях колонны перфораторов (т.е. в корпусах перфораторов, прокладках перфораторов и утяжеленных корпусах). В этом варианте осуществления изобретения отрезок материала составной части перфоратора изогнут с кривизной, похожей на кривизну, которая может наблюдаться у изогнутого ствола скважины. В то время как материал изогнут, его поворачивают вокруг его продольной оси. Величину крутящего момента, необходимого для осуществления поворотов, измеряют в зависимости от угла поворота между "нулем отсчета" и 360°. Такие измерения выполняют, используя устройство для определения "характеристики крутящего момента при наличии изгиба", показанного на фиг.22.
На фиг.23 показан график зависимости между необходимым крутящим моментом и углом поворота. Это график показывает, что на составные части колонны перфораторов будет оказывать влияние неравномерный изгибающий момент инерции. "Статическое" положение или исходное положение характеризуется тем местом, где график зависимости между крутящим моментом и углом поворота пересекает значение крутящего момента, равное нулю. Используя эти данные, определяют "оптимальное угловое положение". Это оптимальное угловое положение, называемое "нулевым углом при крутящем моменте при наличии изгиба", является углом, при котором составная часть будет активно ориентироваться вдоль внутренней изогнутой поверхности обсадной трубы изогнутого ствола скважины.
Зная заранее траекторию ствола скважины и "угол изгиба", можно использовать корпусы перфораторов, прокладки перфораторов и утяжеленные прокладочные корпусы, которые будут активно ориентировать колонну перфораторов в желаемом направлении. Корпусы перфораторов, прокладки перфораторов и утяжеленные прокладочные корпусы, которые являются известными или намечаемыми для размещения на изогнутом участке, могут быть изготовлены так, чтобы иметь нулевой угол при крутящем моменте при наличии изгиба, совпадающий с углом изгиба изогнутого ствола скважины.
Величина предусмотренного или имеющегося крутящего момента при активной ориентации может быть определена также из полученных характеристик материала при испытаниях для установления характеристики крутящего момента при изогнутом материале. Эта величина будет варьироваться в зависимости от отдельной части материала, степени изгиба и длины изогнутой части ствола скважины. Чем длиннее изогнутая часть ствола скважины, тем больше имеющийся активный ориентирующий крутящий момент. Чем больше угол изгиба в стволе скважины, тем больше имеющийся активный ориентирующий крутящий момент. Наконец, чем больше величина крутящего момента, необходимого для поворота части материала на один оборот, как она определена при испытаниях для установления характеристик крутящего момента при изогнутом материале, тем больше имеющийся активный ориентирующий крутящий момент.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения предлагается жесткий центрирующий держатель, который устраняет несоосность в последующих колоннах перфораторов, которая существует вследствие допусков на обработку и зазоров. Другими словами, жесткий центрирующий держатель 90, показанный на фиг.24-32, обеспечивает, что дополнительные колонны перфораторов, прикрепленные к первой ориентированной колонне перфораторов, сохраняют ориентацию первой колонны перфораторов.
Отсылаем к фиг.24, где жесткий центрирующий держатель 90 содержит переходную муфту 92, поясное кольцо 94, пружинное упорное кольцо 96 и стопорное кольцо 98. Как показано, жесткий центрирующий держатель 90 соединен как со вторым жестким центрирующим держателем 100, так и со скважинным инструментом 102, как, например, с дополнительным корпусом стреляющего перфоратора. Жесткий центрирующий держатель 90 может быть успешно использован для соединения с любым количеством составных частей скважинной колонны, инструментов и частей скважинного оборудования.
На фиг.25 показан перспективный вид варианта выполнения переходной муфты 92 жесткого центрирующего держателя 90. В показанном варианте оба конца 104, 106 переходной муфты 92 могут быть использованы для жесткого центрирования примыкающих составных частей. В альтернативных вариантах один конец переходной муфты 92 может быть выполнен за одно целое с одной из примыкающих составных частей или может быть стандартным образом прикреплен к примыкающей составной части, например, винтами.
Переходная муфта 92 имеет поясок 108, снабженный витками резьбы 110. Вблизи витков резьбы 110 расположено множество отверстий 112 под установочные винты. Эти отверстия 112 расположены по окружности переходной муфты 92. Кроме того, поверхность 114 переходной муфты имеет множество суживающихся шпонок 116, которые выступают от поверхности 114 переходной муфты. Суживающиеся шпонки 116 имеют скошенные края 118. В показанном варианте суживающиеся шпонки 116 имеют прямоугольную форму. Однако в альтернативных вариантах суживающиеся шпонки 116 могут принимать любое число правильных и неправильных форм.
Отсылаем к фиг.26 и 27, на которых поясное кольцо 94 показано на перспективном виде и на виде сбоку. По внутреннему диаметру поясного кольца 94 выполнено множество шпоночных канавок 122, которые соответствуют суживающимся шпонкам 116 переходной муфты 92 и расположены вровень с ними. Шпоночные канавки 122 обеспечивают возможность того, что суживающиеся шпонки 116 без помех пропускают поясное кольцо 94 в любом направлении. Кроме того, внутри поясного кольца 94 имеются витки резьбы 120, которые могут сопрягаться с витками резьбы 110 на пояске 108 переходной муфты. По окружности поясного кольца 94 расположено множество пазов 124.
Отсылаем к фиг.28, на которой показан перспективный вид варианта выполнения пружинного упорного кольца 96. Пружинное упорное кольцо 96 - это обычная пружина, как, например, волнистая пружина, которая имеет ряд шпоночных канавок 126, расположенных по ее внутреннему диаметру и обеспечивающих возможность беспрепятственного прохождения пружины 96 над суживающимися шпонками 116 переходной муфты. На фиг.29-31 показан альтернативный вариант выполнения пружины 96.
На фиг.32 показан перспективный вид варианта выполнения стопорного кольца 98. Стопорное кольцо 98 имеет множество стопорных лапок 128, которые выступают от стопорного кольца 98 в осевом направлении. Стопорные лапки 128 ограничены скошенными поверхностями 130. Стопорные лапки 128 выполнены с такими размерами и формой, чтобы входить в зацепление с соответствующими сужающимися пазами на концах корпусов перфораторов, прокладок, других переходных муфт и других скважинных составных частей. На внутренней поверхности стопорных лапок 128 расположены шпоночные канавки 132, имеющие скошенные боковые стороны 134. Шпоночные канавки 132 выполнены с такими размерами и формой, чтобы всегда существовал натяг между сужающимися шпонками 116 и шпоночными канавками 132 при перемещении стопорного кольца 98 по сужающимся шпонкам 116. Таким образом, стопорное кольцо 98 должно деформироваться для посадки на переходную муфту 92, тем самым устраняя весь зазор между ними.
При работе устройства вначале перемещают поясное кольцо 94 вдоль переходной муфты 92 в направлении к снабженному резьбой пояску 108. Поясное кольцо 94 выполнено с возможностью пропуска суживающимися шпонками 116 посредством выравнивания шпоночных канавок 132 с суживающимися шпонками 116. После прохождения суживающихся шпонок 116 поясное кольцо навинчивают на витки резьбы 110 пояска 108. Затем перемещают пружинное упорное кольцо 96 на переходную муфту и устанавливают его вблизи поясного кольца 94.
После размещения пружинного упорного кольца 96 на переходной муфте 92 перемещают стопорное кольцо 98 на переходную муфту 92, так чтобы углубление 132 под шпонки входило в зацепление с суживающимися шпонками 116. Как указывалось выше, существует натяг между суживающимися шпонками 116 и углублениями 132 под шпонки, так что стопорное кольцо 98 должно деформироваться для посадки на переходную муфту. Такая деформация устраняет любой зазор между ними.
После того как стопорное кольцо 98 установлено на суживающиеся шпонки 116, стопорное кольцо 98 удерживается на месте поясным кольцом 94 и пружинным упорным кольцом 96. Поясное кольцо 94 свинчивают с витков резьбы 116 пояска 108 переходной муфты до тех пор, пока пружинное упорное кольцо 96 не будет действовать на стопорное кольцо 98 с желаемой силой. После того как достигнута желаемая сила, вставляют установочные винты через пазы 124 поясного кольца 94 в отверстия 112 под установочные винты в переходной муфте. Установочные винты сохраняют положение поясного кольца 94, которое, в свою очередь, сохраняет силу, прилагаемую пружинным упорным кольцом 96 к стопорному кольцу 98. Пружинное упорное кольцо 96 действует для удержания стопорного кольца 98 на месте, а также действует для амортизации сил, создаваемых любым осевым перемещением стопорного кольца 98 по направлению к поясному кольцу 94. Такое осевое перемещение может происходить во время проведения операций в скважине.
В альтернативном варианте поясное кольцо 94 свинчивают с витков резьбы 116 на пояске 108 переходной муфты до тех пор, пора поясное кольцо 94 не войдет в соприкосновение со стопорным кольцом 98. Таким образом, не требуется пружинное упорное кольцо 96. Однако любое осевое перемещение или осевые силы, действующие на стопорное кольцо 98, должны выдерживаться установочными винтами и/или витками резьбы 110 на поясном кольце 94.
После того как стопорное кольцо 98 закреплено на месте над суживающимися шпонками 116, можно прикреплять сопрягаемую составную часть (корпус перфоратора, прокладку, переходную муфту и т.д.). Как показано на фиг.24, сопрягаемая составная часть (100 или 102) имеет суживающиеся пазы 136, 138, которые входят в зацепление со стопорными лапками 128 на стопорном кольце 98. Суживающиеся пазы 136, 138 имеют скошенные поверхности, которые облегчают скрепление со скошенными поверхностями 130 стопорных лапок 128.
Стопорное кольцо 98 жестко центрируют и закрепляют как взаимодействием между шпоночными канавками 132 и суживающимися шпонками 116, так и действием поясного кольца 94. Сопрягаемую составную часть (корпус перфоратора, прокладку, переходную муфту и т.д.) жестко центрируют и закрепляют посредством зацепления со стопорными лапками 128 на стопорном кольце 98. Следовательно, устраняются производственные допуски и жестко центрируется соединение. Повторение соединения этого типа по всей собранной колонне приводит к тому, что собранная колонна не имеет постепенного "смещения" соосности.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения предлагаются система и способ для обнаружения контрольных линий (акустических, электрических, ядерных, термических, магнитных и т.д.), основанные на обнаружении различных материалов, содержащихся в них. Как показано на фиг.33, обнаруживая контрольную линию 140 датчиком и одновременно отображая ее положение по сравнению со стационарным положением в обсадной трубе 142 (например, относительное направление (ОН) к верхней стенке или нижней стенке скважины), получают информацию, необходимую для размещения стреляющих перфораторов 1 в желаемом направлении. Как показано на фигуре, контрольную линию 140 отображают по сравнению с относительным направлением к верхней стенке, и стреляющий перфоратор 1 ориентируют и взрывают в направлении (показанном стрелкой), которое позволяет избежать какой-либо помехи со стороны контрольной линии 140.
Важно отметить, что система и способ в равной степени применимы к скважинным датчикам, управляющим устройствам, скважинному оборудованию и скважинным инструментам, которые могут быть повреждены или затронуты при нахождении на или вблизи пути струи кумулятивного заряда. Однако для облегчения обсуждения изобретение будет обсуждаться со ссылкой на контрольные линии.
В одном варианте выполнения системы и способа для обнаружения контрольных линий 140 (и других составных частей) отображают контрольную линию 140 и индексируют перфоратор 1 во время одного и того же спуска-подъема в скважине. В этом варианте используют фокусированный детектор (детекторы) для определения положения контрольной линии 140, а в соединении с детектором (детекторами) используют гироскоп для отображения положения контрольной линии 140 относительно нижней или верхней стенки обсадной трубы 142. После того, как это определено, спускают в скважину колонну перфораторов с инклинометром/инструментом для определения относительного направления (проводной инклинометр для использования при перфорировании) и гироскопом. Это делается для проверки того, что инклинометр/инструмент для определения относительного направления согласуется с гироскопом (необходимым для скважин с небольшими наклонениями). Во время стадии простреливания спускают перфораторы 1 и инклинометр/инструмент для определения относительного направления (удален гироскоп) при расположении перфоратора 1 в желаемом направлении простреливания. Используют инклинометр/инструмент для определения относительного направления для проверки того, что перфоратор 1 расположен в желаемом направлении, и взрывают перфораторы 1. Перфораторы 1 могут быть ориентированы любым из вышеописанных способов. Кроме того, перфораторы могут быть установлены в заданное положение любыми обычными пассивными средствами (проводным ориентированным перфорирующим инструментом: утяжеленным пружинным позиционирующим устройством) или активными средствами (скважинным двигателем проводной перфорирующей платформой).
Фокусированный детектор (детекторы) выбран на основании того, что контрольные линии 140 (или другие составные части) изготовлены из него или содержатся в нем. В одном варианте выполнения способа и системы используют радиационное детектирование. В этом варианте используют прибор, регистрирующий гамма-лучи, для обнаружения контрольной линии 140 или любого компонента в контрольной линии 140, которая или который содержит радиоактивный индикатор (кобальт-60, цезий и т.д.). Таким же образом прибор, регистрирующий гамма-лучи, может быть использован для обнаружения радиоактивной метки, помещенной на кронштейны, которые крепят контрольную линию 140 к обсадной трубе/подъемной трубе. Прибор, регистрирующий гамма-лучи, может быть также использован для обнаружения радиоактивной жидкости, введенной в контрольную линию 140.
В другом варианте выполнения системы и способа обнаружения контрольных линий 140 используют детектор (детекторы) для акустического детектирования. Можно использовать ультразвуковые устройства, если контрольная линия 140 имеет значительное отличие в акустическом сопротивлении от окружающей среды (цемента, корки бурового раствора на стенках скважины, породы, гравийной набивки и т.д.).
В еще одном варианте выполнения системы и способа обнаружения контрольных линий 140 используют фокусированный детектор (детекторы) для теплового детектирования. В этом варианте устройства для теплового детектирования (эксплуатационная платформа, манометрический температурный зонд) могут быть использованы для обнаружения охлаждающей жидкости, которая закачена в контрольную линию 140.
В еще одном варианте выполнения системы и способа для обнаружения контрольных линий 140 используют электрическое детектирование. В этом варианте контрольная линия 140 обнаруживается там, где связь по сигналу наведенной ЭДС на стороне обсадной трубы 142 с контрольной линией отличается от той, которая имеется на противоположной стороне. С другой стороны, на обсадной трубе 142 или контрольной линии 140 могут быть ориентированы и обнаружены преобразователи типа смарт-карты или другие электронные метки.
В другом варианте системы и способа для обнаружения контрольных линий 140 используют магнитное детектирование, можно использовать магнетометр, когда магнитная метка помещена на контрольной линии, кронштейнах для крепления контрольной линии или обсадной трубе 142.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения используют устройство и способ для проверки того, что достигнута правильная ориентация стреляющего перфоратора 1. Как показано на фиг.34-36, проверочное устройство 200 помещено в корпус 14 перфоратора и прикреплено к зарядной трубке 12. Необходимо отметить, что в альтернативных вариантах не обязательно, чтобы проверочное устройство 200 было прикреплено к зарядной трубке 12, пока проверочное устройство 200 прикреплено к колонне перфораторов под постоянным углом относительно ориентации кумулятивных зарядов 10.
Проверочное устройство 200 снабжено вспомогательным зарядом (небольшим кумулятивным зарядом) 202, который инициируется тем же самым детонирующим шнуром 16, который инициирует основные кумулятивные заряды 10. При детонации вспомогательный заряд 202 выстреливает в проверочную пластину 204 для предоставления доказательства об ориентации перфоратора 1 во время взрыва. Это доказательство предоставляется без пробивания корпуса 14 перфоратора и риска повреждения скважины или ее составных частей.
В показанном варианте проверочная пластина 204 выполнена в виде полукруглой пластины, помещенной в хорошо отполированную направляющую 206. Проверочная пластина 204 имеет одно или большее число колесиков 204а, которые дают возможность пластине 204 поворачиваться в направляющей 206 вокруг центральной оси перфоратора 1. Из-за своего собственного веса проверочная пластина 204 всегда будет на нижней стороне скважины. Вспомогательный заряд 202 расположен для выстреливания прямо вниз относительно правильной ориентации зарядной трубки 12 и основных зарядов 10 (под углом 0, 90, 180 градусов или под любым другим углом отклонения), когда правильно ориентирован. Таким образом, если ориентация зарядной трубки 12 будет правильной, то тогда вспомогательный заряд 202 будет всегда выстреливать прямо через центр проверочной пластины 204. Если заряды 10 неправильно ориентированы, то тогда степень смещения можно измерить по выстрелу в проверочную пластину 204.
Необходимо отметить, что в альтернативных вариантах проверочная пластина 204 может быть изготовлена полностью простирающейся вокруг вспомогательного заряда 202 и по-прежнему направляемой силой тяжести для регистрации незначительных и больших отклонений.
В другом варианте выполнения проверочного устройства 200, показанного на фиг.37, вспомогательный заряд 202 расположен во вращающейся опоре 208, помещенной в зарядной трубке 12. Опора 208 имеет на себе противовес 210, который смещает опору 208 таким образом, чтобы груз 210 был ориентирован к нижнему положению. В показанном варианте вспомогательный заряд 202 обращен противоположно противовесу 210, так что вспомогательный заряд всегда ориентирован в верхнем направлении (хотя в других вариантах он мог быть ориентирован в других направлениях).
Детонирующий шнур 16 прикреплен к вспомогательному заряду 202 с возможностью приведения в действие, так что детонация детонирующего шнура вызывает взрыв вспомогательного заряда 202. При детонации взрывается вспомогательный заряд 202, образуя отметку на зарядной трубке 12, которая может быть проверена для определения ориентации перфораций. Ориентация опять проверяется без необходимости в пробивании корпуса 14 перфоратора вспомогательным зарядом 202.
На фиг.38 показан другой вариант проверки того, что достигнута правильная ориентация стреляющего перфоратора 1. В этом варианте проверочное устройство 200 прикреплено к зарядной трубке 12 (не показана), помещено в зарядную трубку 12 или прикреплено к колонне перфораторов неподвижно относительно кумулятивных зарядов (не показаны). Проверочное устройство 200 может быть расположено в пространстве, защищенном от повреждения при взрыве кумулятивных зарядов (не показаны), как, например, в распорных втулках, регуляторах давления, вертлюгах и т.д.
Проверочное устройство 200 имеет верхнюю центрирующую пластину 212 и нижнюю центрирующую пластину 214, жестко скрепленные с наружным корпусом 216. Верхняя центрирующая пластина 212 и нижняя центрирующая пластина 214 снабжены каждая центрированной направляющей 212а, 214а для приема центрального вала 218. Направляющие 212а, 214а позволяют центральному валу 218 свободно вращаться на обоих концах. К центральному валу 218 жестко прикреплен противовес 210, который всегда расположен в нижней части проверочного устройства 200 под действием силы тяжести.
Детонирующий шнур 16 проходит через центральный вал 218. При детонации детонирующего шнура 16 для взрывания кумулятивных зарядов (не показаны) быстро повышается давление внутри центрального вала 218, что вызывает расширение центрального вала 218 и его фиксацию в верхней и нижней направляющих 212а, 214а. Таким образом, центральный вал 218 фиксируется в положении, в котором он был во время взрывания кумулятивных зарядов. После извлечения колонны перфораторов можно проверить положение центрального вала 218 в проверочном устройстве 200 для определения ориентации колонны перфораторов во время взрыва.
Необходимо отметить, что требуется только расширение центрального вала 218 для его фиксации в одной из направляющих 212а, 214а. Например, нижняя направляющая может быть изготовлена из пластмассы и использоваться только для целей направления, а не для целей фиксации. Кроме того, необходимо отметить, что направляющие 212а, 214а могут содержать неровные поверхности, чтобы механически фиксировать центральный вал 218, а не удерживать его в фиксированном положении только посредством трения.
На фиг.39 показан еще один вариант выполнения проверочного устройства 200. В этом варианте проверочное устройство 200 снова закреплено в корпусе 14 перфораторов неподвижно относительно ориентации кумулятивных зарядов. Наружный корпус 216 проверочного устройства 200 опять прикреплен к верхней центрирующей пластине (не показана). Внутри наружного корпуса 216 расположен проверочный груз 220, удерживаемый на месте двумя роликовыми подшипниками 222. Проверочный груз 220 снабжен закаленной пикой 221 и выполнен с такой формой, что он будет под действием силы тяжести предпочтительно ориентироваться к нижней стороне проверочного устройства 220 при обращении пики 221 в верхнем направлении. Детонирующий шнур (не показан) проходит через центральное просверленное отверстие 224 в проверочном грузе 220.
При детонации детонирующего шнура быстро повышается давление в просверленном отверстии 224, что вызывает проталкивание пики 221 вверх. Во время взрыва закаленная пика 221 ударяется о внутреннюю поверхность наружного корпуса 216 и делает углубление на ней. После окончания операции перфорирования извлекают и проверяют наружный корпус для определения фактической ориентации перфорации в скважине.
На фиг.40 показан другой вариант выполнения проверочного устройства 200. Проверочное устройство 200 снова закреплено в колонне перфораторов неподвижно относительно ориентации кумулятивных зарядов. В этом варианте проверочное устройство 200 содержит два диска 226 с зазором 228 между ними. Между дисками 226 по окружности расположена втулка 230. Диски 226 и втулка 230 фиксированы относительно наружного корпуса 216 посредством, например, винтов 231 или шпилек 232.
Механизм для действия пикой 234 снабжен трубкой 236, двумя подшипниками 238, втулкой 240, цилиндром 242 и пикой 244. Трубка 236 расположена в центральных отверстиях 246, выполненных через диски 226. Подшипники 238 установлены на трубке 236 с каждой стороны втулки 240, при этом трубка 236 проходит также через центральное отверстие 248 во втулке 240. Подшипники 238 делают возможным вращение втулки 240. Цилиндр 242 простирается от втулки 240 и находится в сообщении с центральным отверстием 248. Пика 244 расположена в цилиндре 242 и первоначально может удерживаться на месте посредством срезного штифта 250. Механизм для действия пикой 234 утяжелен, например, включением в него цилиндра 242 и пики 244, так что цилиндр 242 и пика 244 под действием силы тяжести ориентированы к нижней стороне колонны перфораторов.
Детонирующий шнур 16 (показан пунктирными линиями) проходит через центральные отверстия 246 в дисках 226 и через внутреннюю полость трубки 236. При детонации детонирующего шнура 16 разрушается трубка 236 и срезается штифт 250, что вызывает проталкивание пики 244 вниз и выдавливание углубления на внутренней поверхности втулки 230. После операции перфорирования расположение углубления может быть использовано для определения фактической ориентации перфораций.
На фиг.41 показан еще один вариант выполнения проверочного устройства 200. В этом варианте шарик (или противовес) 252 помещен в корпус 254 и может вращаться в нем, так чтобы шарик 252 оставался на нижней стороне корпуса 254. Детонирующий шнур 16 простирается через корпус 254, так что шарик 252 расположен между детонирующим шнуром 16 и внутренней стенкой 256 корпуса 254.
При детонации детонирующего шнура 16 увеличение давления в корпусе 254 вызывает образование шариком 252 углубления на внутренней стенке 256 корпуса 254. Корпус 254 расположен неподвижно относительно кумулятивных зарядов, так что углубление используют для проверки ориентации перфораций во время взрыва.
В альтернативных вариантах корпус 254 содержит многочисленные шарики 252. Кроме того, необходимо отметить, что, используя корпус 254, имеющий закругленную форму в осевом направлении, можно определить ориентацию колонны перфораторов по многим осям. Другими словами, шарик (шарики) 252 вращаются к нижней стороне корпуса 254, что дает возможность определить угол перфораторов в продольном направлении, а также угловую ориентацию.
На фиг.42 показан еще один вариант выполнения проверочного устройства 200. В этом варианте эксцентрический груз 260 установлен на несущей опоре 262, имеющей опорную поверхность 264. Эксцентрический груз 260 поворачивается, так что утяжеленная сторона остается в самом нижнем положении. Несущая опора 262 имеет, по крайней мере, один радиальный канал 266, простирающийся через нее. Детонирующий шнур 16 простирается по центральной оси несущей опоры 262. Соосная трубка 268 окружает детонирующий шнур 16.
При детонации детонирующего шнура 16 соосная трубка 268 образует шрапнель, которая проходит через один или большее число радиальных каналов 266 в несущей опоре 262 и ударяется о внутреннюю опорную поверхность эксцентрического груза 260. Зная ориентацию одного или большего числа каналов 266 относительно ориентации кумулятивных зарядов, можно посредством проверки эксцентрического груза 260 определить ориентацию перфораций.
В варианте, альтернативном тому, что показан на фиг.42, детонация вызывает расширительную фиксацию относительного положения эксцентрического груза 260 и несущей опоры 262. На фиг.43 показан один примерный вариант, в котором применяется способ фиксации посредством расширения. В этом варианте эксцентрический груз 260 имеет один или большее число радиальных каналов 270, которые находятся вровень с одним или большим числом радиальных каналов 266 в несущей опоре 262. Когда перфораторы выстреливают при правильной ориентации и груз 260 сцепляется с несущей опорой 262, один или большее число каналов 266, 270 расположены соосно. Ориентация может быть проверена простым вставлением шпильки в соосные каналы 266, 270 или другим способом проверки каналов 266, 270.
Необходимо отметить, что проверочные устройства 200 могут быть использованы на обоих концах стационарной колонны перфораторов. Таким образом, может быть проверена ориентация на обоих концах колонны перфораторов. Кроме того, необходимо отметить, что вышеописанные варианты выполнения проверочного устройства 200 являются иллюстративными и, как предполагается, не ограничивают пределы настоящего изобретения. Описанные отличительные признаки могут быть объединены и модифицированы и оставаться в пределах настоящего изобретения. В качестве одного примера закаленная пика 221 на фиг.39 может быть использована для прокалывания цилиндрической втулки и тем самым для скрепления втулки с наружным корпусом 216 и фиксации их относительных положений.
Хотя вышеизложенное направлено на предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, могут быть придуманы другие и дополнительные варианты осуществления изобретения, не выходя за его основные пределы, которые определены в нижеследующей формуле изобретения. Явно выраженное намерение заявителя - это не требовать применения раздела 35, § 112, абзаца 6 Свода законов США в отношении каких-либо ограничений любого из пунктов приведенной формулы изобретения, за исключением тех, при которых в пункте формулы специально используется слово "средство" вместе со связанным с ним функцией.
Изобретение относится к области перфорирования. Обеспечивает возможность ориентирования перфораторов в скважине и проверку их ориентации. Сущность изобретения: по способу ориентации кумулятивных зарядов одну или большее число составных частей колонны перфораторов утяжеляют, при этом в одной или большем числе составных частей частично удаляют материал для изменения центра тяжести. Ориентированный стреляющий перфоратор содержит один или большее число кумулятивных зарядов, имеющих оболочку, корпус заряда и зарядную трубку. При этом одна или больше составных частей перфоратора эксцентрично утяжелены, а у других одной или больше составных частей эксцентрично удален материал. По способу размещения скважинных составных частей спускают один или больше фокусированных детекторов. Обнаруживают одну или больше скважинных составных частей. Отображают гироскопом их положение. Жесткий центрирующий держатель содержит переходную муфту, поясное кольцо, пружинное упорное кольцо и стопорное кольцо. Устройство для измерения ориентации кумулятивных зарядов содержит детонирующий шнур и проверочное устройство, выполненное с возможностью приведения в действие детонацией детонирующего шнура. Проверочное устройство выполнено с возможностью использования на обоих концах колоны перфораторов. 18 с. и 18 з.п. ф-лы, 43 ил.
| US 5964294 А, 12.10.1999 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАННОЙ ПЕРФОРАЦИИ БУРОВЫХ СКВАЖИН | 1965 |
|
SU224708A1 |
| RU 95119863 А, 27.10.1997 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАММА-ГАММА-КАРОТАЖА НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН | 1993 |
|
RU2073896C1 |
| ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС | 1996 |
|
RU2112877C1 |
| US 4410051 А, 18.10.1983. | |||
