与石油井穿孔器相关的改进制造技术

提供在引爆后能够提供放热反应的石油和天然气井聚能射孔弹穿孔器，包括壳体（2）、高性能炸药（3）和反应性衬里（6），其中，高性能炸药位于反应性衬里和壳体之间。反应性衬里（6）由在切割喷流形成期间能够支持放热反应的反应性成分制成。所述成分是包括至少两种金属的挤压即压制颗粒成分，其中，一种金属作为球形颗粒存在，另一种金属作为非球形颗粒存在。还可以存在不能与反应性成分放热反应的至少一种其它金属，以大于衬里的10％w/w的量存在。为了有助于压实，还可以添加粘合剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与石油井穿孔器相关的改进
本专利技术涉及一种用于穿孔和破裂地下井完成的穿孔器的反应性聚能射孔弹衬里。本专利技术还涉及包括所述衬里的穿孔器和穿孔枪，以及使用这种装置的方法。
技术介绍
到目前为止，在套管井内进行完井时最显著的过程为在生产区（也称作地层）与井筒之间提供流动路径。通常，提供这种流动路径通过使用穿孔器完成，最初在套管上产生孔眼并之后经由水泥层穿入地层中。该过程通常被称为穿孔。通常，穿孔器采用聚能射孔弹的形式。在下文中，除非另有限定，任何涉及的穿孔器都应当指聚能射孔弹穿孔器。聚能射孔弹为一种高能设备，其由壳体构成，在壳体内设置有衬里，通常是金属衬里。该衬里提供了空腔的一个内表面，其余表面由壳体提供。所述空腔填充有炸药，当炸药被引爆时，其可使衬里材料破裂并以材料的高速喷流形式从套管喷出。这一喷流撞击在井套管上，从而产生孔眼，且喷流之后继续穿入地层本身，直至所述喷流的动能被地层内的材料克服为止。通常，在邻近地层的套管的特定区域内需要大量的穿孔。为此，通过钢丝绳、盘管或本领域技术人员所熟知的任意其它技术将所谓的穿孔枪布置在套管内。该枪实际上为用于多个穿孔器的托架，所述穿孔器具有相同或不同输出。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种反应性石油和天然气井聚能射孔弹穿孔器衬里，包括至少两种金属成分的反应性成分，其中，所述衬里是包括球形金属颗粒和非球形金属颗粒的压制颗粒成分。通过反应性，我们指的是在相关聚能射孔弹设备引爆后球形金属颗粒和非球形金属颗粒一起能够放热反应，以形成金属间化合物。存在放热的且可用于烟火应用的许多金属间合金反应。例如，铝和钯之间的合金反应释放327cals/g和铝/镍系统，从而产生化合物Ni-Al，释放329cals/g（2290cals/cm3）。相比而言，在引爆时，TNT给予大约2300cals/cm3的总能量释放，从而反应具有与TNT引爆类似的能量密度，但是当然没有气体释放。形成Ni-Al的热量是在293开氏度时大约17000cal/mol，且由于在两种不类似金属之间形成的新键。在常规聚能射孔弹中，能量通过喷流的高动能的直接撞击产生。另一方面，反应性喷流构成附加热能源，其可以用于施加到目标底层中（从而引起对岩层的更多损害，与不反应喷流相比）。岩层通常是多孔的，且在所述孔中包括烃（气体和液体）和/或水。在包括根据本专利技术的反应性衬里的聚能射孔弹中，通过喷流的直接撞击且还通过来自于放热反应成分的加热效果引起断口。该加热效果通过物理手段施加进一步损害，例如由于在石油和/或天然气完井中存在的流体的快速加热和伴随的膨胀。这增加流体的压力，从而引起岩层破裂。在完井中反应性成分和材料之间还可能存在一定程度的化学反应。增加的断口增加了石油和天然气流出岩层可用的总穿透深度和容积。要清楚的是，孔的深度和宽度的增加导致更大的孔容积和石油或天然气流动的伴随改进，即，流体可以流动的孔容积的更大表面面积。为了金属颗粒成分适合用于聚能射孔弹衬里，期望金属间反应可以在合适阈值下冲击引发。镍和铝粉末混合物的冲击引发化学反应的经验和理论研究表明，反应的阈值压力对于球形颗粒成分是大约14GPa。该压力在用于大多数聚能射孔弹应用中的现代炸药的冲击波中容易获得，从而Ni-Al可以用于聚能射孔弹衬里，以给予反应性高温喷流。喷流温度估计为2200开氏度。Pd-Al系统也适合用于聚能射孔弹衬里。然而，钯是昂贵的铂族金属，因而，镍-铝系统具有显著的经济优势。还期望从衬里获得可能的最大能量量，通过确保金属间反应完成，接近完成或者尽可能接近完成。成分金属的颗粒尺寸对得到的聚能射孔弹喷流的属性的影响也已知为获得良好性能的重要因素。微米和纳米尺寸铝和镍粉末均可商业获得，且其混合物经受快速的自维持的放热反应。这种类型的热Ni-Al喷流对一定范围的目标材料是高度反应性的；特别是水化硅酸盐被有利地攻击。尽管使用微米和亚微米颗粒，然而专利技术人已经发现，在一些衬里应用中，金属间反应并不总是完成。因而，金属间反应可用的能量并未完全提取，因而断口和损害不是最优。此外，在一些应用（最特别的是在较小聚能射孔弹的情况下）中，已经观察到增强的穿孔效果降低。这应当是因为在某些衬里/炸药射孔弹配置（例如，在较小聚能射孔弹中采用的配置）中，反应可能不会在贯穿衬里的可用容积内完成，这继而可能是因为特定几何形状导致衬里中的不一致性能。换句话说，在衬里的某些区域，激活阈值可能未超过且金属间反应可能未发生。上述激活阈值可简单地指代激活压力（更具体地，冲击压力），但是激活阈值更可能指代多个因素的组合，例如压力、变形和/或热力因素。更一般地，激活阈值指代施加给系统的总能量，且可以认为是激活能量。当然，技术人员将认识到，在使用中，聚能射孔弹衬里的物理和化学性能复杂，且本专利技术并不旨在受到激活阈值的任何阐述的限制。在本专利技术中，衬里的反应性成分包括具有不同形态的金属颗粒。更具体地，衬里包括具有球形金属颗粒和非球形金属颗粒的压制成分。使用球形和非球形颗粒（尤其是球形和片状颗粒）的混合物的一个优势在于，与仅仅包括球形金属颗粒的混合物相比，启动金属间反应所需的激活能量或外部施加压力减小。另一个优势在于，金属间反应更可能完成，因而，衬里的放热能量输出增加。又一个优势在于，反应性衬里的材料通常被耗尽，从而在刚刚形成的孔中没有留下衬里材料嵌片。（在非反应性衬里的情况下，留下的嵌片可形成对从完井的石油和/或天然气流的又一个障碍）。为了清楚，压制颗粒成分是包括已经被压制的球形金属颗粒和非球形金属颗粒（即，球形和非球形颗粒已经被压制在一起）的颗粒成分。将理解的是，压制过程可以引起成分颗粒的一些变形，从而球形金属颗粒例如变得稍微非球形。然而，非球形颗粒的纵横比仍然大于球形颗粒。颗粒可以具有压制金属衬里的颗粒的任何常用尺寸，例如微米、亚微米或甚至纳米尺寸粉末，只要非球形金属颗粒具有比球形金属颗粒更大的纵横比。在非球形颗粒的情况下，一个或多个尺寸可具有与一个或多个其它尺寸不同的尺寸量级。通过说明的方式，非球形颗粒可以是具有100×50微米量级（比如）的平面尺寸的片，但是厚度可以是纳米度量（比如大约1nm）。术语“纵横比”指的是其较长或最长尺寸与其较短或最短尺寸的比。术语“球形颗粒”指的是通过标准制造方法生产为球形或接近球形颗粒的颗粒。这可以包括例如扁球体。优选地，球形颗粒具有的直径小于非球形金属颗粒的平均最长尺寸。在优选配置中，球形颗粒具有的平均直径为50微米或更小，更优选25微米或更小，最优选在5微米至20微米的范围内。优选地，非球形金属颗粒的平均最长尺寸为球形颗粒的直径的至少两倍。优选地，非球形金属选自片状、杆形或椭球形颗粒，更优选为片状颗粒。在优选配置中，非球形颗粒是片状颗粒，且具有的纵横比优选小于500：1，更优选小于300：1，具有的纵横比更优选在10：1至300：1的范围内，具有的纵横比最优选在50：1至200：1的范围内。优选地，非球形金属颗粒具有小于300微米的平均最长尺寸，更优选在2微米至50微米范围内的平均最长尺寸。技术人员将认识到，术语“片”通常指的是平坦的薄材料件。在本专利技术中，片可以具有任何便利的规则或不规则形状，优选为规则形状，例如方形、矩形、圆盘、椭圆或叶形。矩形或方形片最优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.29 GB 1012716.51.一种反应性石油和天然气井聚能射孔弹穿孔器衬里，包括至少两种金属的反应性成分，其中，所述衬里是包括球形金属颗粒和非球形金属颗粒的压制颗粒成分，所述球形金属颗粒和非球形金属颗粒之间能够完成金属间反应，从而在刚刚形成的孔中没有留下所述球形金属颗粒和非球形金属颗粒的嵌片。2.根据权利要求1所述的衬里，其中，所述至少两种金属被选择，使得其在聚能射孔弹衬里激活后产生电子化合物。3.根据权利要求2所述的衬里，其中，所述电子化合物是具有3/2电子-原子比的Hume-Rothery化合物。4.根据权利要求1至3中任一项所述的衬里，其中，所述至少两种金属中更具延展性的金属选择为球形颗粒。5.根据权利要求1至3中任一项所述的衬里，其中，球形金属颗粒是铝。6.根据权利要求1至3中任一项所述的衬里，其中，非球形颗粒选自周期表类别中的族VIIIA、VIIA和IIB。7.根据权利要求1至3中任一项所述的衬里，其中，非球形颗粒选自Ce、Fe、Co、Li、Mg、Mo、Ni、Nb、Pb、Pd、Ta、Ti、Zn或Zr。8.根据权利要求1至3中任一项所述的衬里，其中，非球形颗粒选自片状、杆形或椭球形颗粒。9.根据权利要求8所述的衬里，其中，非球形颗粒具有大于2：1的纵横比。10.根据权利要求9所述的衬里，其中，至少一种非球形颗粒具有10：1至200：1的范围内的纵横比。11.根据权利要求1至3中任一项所述的衬里，其中，衬里还包括至少一种其它金属颗粒，其与所述至少两种金属是基本上惰性的，且所述其它金属以大于衬里的10％w/w的量存在。12.根据权利要求11所述的衬里，其中，所述至少一种其它金属以衬里的40％至95％w/w的范围存在。13.根据权利要求11所述的衬里，其中，所述至少一种其它金属选自铜、钨、其混合物、或其合金。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：PD丘奇，RP克拉里奇，PJ古尔德，RG汤斯利，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：
国别省市：