Компонент и способ, предназначенные для использования со взрывчатыми веществами

Компонент и способ, предназначенные для использования со взрывчатыми веществами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к компонентам и способам, предназначенным для использования со взрывчатыми веществами, например кумулятивными зарядами и другими типами взрывчатых веществ, применяемых при разработке и эксплуатации скважин.

Для того чтобы закончить создание скважины, одна или более зон горной породы, контактирующих со стволом скважины, перфорируются, чтобы позволить текучей среде из данных зон проходить в скважину для извлечения текучей среды на поверхность или позволить нагнетать жидкости в зоны горной породы. Перфорационная секция может опускаться в скважину, и один или более перфораторов могут активироваться для создания отверстий в обсадной колонне с последующим образованием перфораций в окружающей горной породе.

В типичном случае перфоратор включает несущий элемент, на котором установлены многочисленные кумулятивные заряды. Одним из типов кумулятивных зарядов является капсулированный кумулятивный заряд, который закрыт капсулой для защиты материала взрывчатого вещества от оказывающих коррозионное воздействие текучих сред и повышенных температур и давлений, существующих в стволе скважины. Другие типы кумулятивных зарядов включают некапсулированные заряды, которые помещены в закрытые контейнеры или полые держатели.

Если обратиться к Фиг.1, имеющий в общем коническую форму кумулятивный заряд 10 включает внешний кожух 12, который работает как защитная оболочка, созданная для сдерживания силы детонации происходящего взрыва в течение продолжительного времени, достаточного для создания перфорирующей струи. Обычные материалы, применяемые для внешнего кожуха 12, включают сталь или какой-либо другой металл. В случае капсулированного заряда внешний кожух 12 может являться частью корпуса капсулы, с передней стороны кожуха 12 к нему прикрепляется крышка (не показана) для удержания взрывчатого вещества 16 и имеющий в общем коническую форму вкладыш 20, изолированный от внутренней среды ствола скважины. Некапсулированный заряд может быть устроен так же, как показано на Фиг.1, при этом вкладыш 20 не закрывается.

Основной заряд 16 взрывчатого вещества содержится внутри внешнего кожуха 12 и размещен в промежутке между внутренней поверхностью внешнего кожуха 12 и внешней поверхностью вкладыша 20. Запальный стержень 14 представляет собой чувствительную область, которая обеспечивает детонационную связь между детонирующим шнуром 15 (прикрепленным к задней стороне кумулятивного заряда) и основным зарядом 16 взрывчатого вещества. Волна детонации, распространяющаяся по детонирующему шнуру 15, инициирует запальный стержень 14, когда проходит мимо него, запальный стержень 14, в свою очередь, инициирует детонацию основного заряда 16 взрывчатого вещества для создания волны детонации, которая распространяется через кумулятивный заряд 10. Под действием силы детонации основного заряда 16 взрывчатого вещества вкладыш 20 разрушается. Материал разрушенного вкладыша 20 образует перфорирующую струю, которая выбрасывается с передней стороны кумулятивного заряда 10, как показано стрелкой 22.

Диаметр и глубина пробиваемого тоннеля, созданного в горной породе скважины, определяются скоростью и геометрией перфорирующей струи в момент ее проникновения в горную породу. На симметрию и стабильность перфорирующей струи, которые являются важными факторами для создания длинного прямого пробиваемого тоннеля, могут оказывать негативное влияние ударные волны, возникающие при детонации соседних зарядов. Когда перфорирующая струя входит в окружающую жидкость, имеющуюся в стволе скважины, эта струя создает внутри жидкости полость. Ударные волны как от самого заряда, так и от окружающих его других зарядов могут разрушать данную полость, в результате чего жидкость может интерферировать со струей.

Чтобы снизить взаимное влияние зарядов, между кумулятивными зарядами в перфораторе требуется наличие некоторого предварительно определенного интервала. В обычно используемых системах производительность перфоратора снижается по мере увеличения плотности распределения срабатывающих зарядов (при превышении некоторого критического значения этой плотности) и по мере увеличения зазора между перфоратором и обсадной колонной (объема воды или другой жидкости, через который перфорирующая струя должна пройти). Снижение производительности в типичном случае больше для систем перфорации с капсулированными зарядами из-за непосредственного контактирования кожуха взрывающегося заряда с имеющейся в стволе скважины текучей средой. Причиной ухудшения производительности может быть взаимодействие во время образования струи между ударным воздействием, созданным взрывчатым веществом в имеющейся в стволе скважины текучей среде, и либо перфорирующей струей, либо самим перфоратором.

Другой проблемой, связанной с системой перфорации и другими типами систем на основе взрывчатых веществ, является возможность повреждения внутрискважинного оборудования. Например, ударным воздействием, возникшим в результате взрыва, могут повреждаться сам перфоратор, обсадная колонна и другие компоненты.

Другим типом интерференции является интерференция от "предварительного ударного воздействия", при которой волна детонации, распространяющаяся по детонирующему шнуру (например, детонирующему шнуру 15 на Фиг.1), влияет на работу кумулятивного заряда. Ветвь детонирующего шнура 15 может быть прикреплена к множеству кумулятивных зарядов, которые установлены на несущем элементе перфоратора. Для направленного перфоратора, например перфоратора с относительным расположением зарядов под углом 0°, ветвь детонирующего шнура 15 проходит в основном по прямой линии. Кумулятивные заряды могут также устанавливаться с относительным размещением под углом, например по спирали или другой схеме с изменением относительного угла. В случае размещения кумулятивных зарядов по спирали детонирующий шнур проходит в общем по винтовому пути. При некоторых других схемах с относительным угловым размещением, например, при размещении с поворотом на ±45°, детонирующий шнур 15 может проходить, изгибаясь по довольно извилистому пути и пересекая задние поверхности зарядов. При всех подобных размещениях детонирующий шнур 15 пересекает значительные по длине участки задних поверхностей внешних кожухов 12 кумулятивных зарядов 10.

Как показано на Фиг.1, детонирующий шнур 15 контактирует со значительной по площади частью задней поверхности кумулятивного заряда 10 или находится от нее в непосредственной близости. Волна детонации распространяется по детонирующему шнуру 15 с высокой скоростью, в типичном случае составляющей приблизительно 6-8 км/с. Волна детонации передает энергию в запальный стержень 14 для детонации кумулятивного заряда 10. Однако волна детонации также передает части внешнего кожуха 12, которая контактирует или находится в непосредственной близости от детонирующего шнура, характеризующееся высоким давлением ударное воздействие, называемое предварительным ударным воздействием. Предварительное ударное воздействие может также передаваться от детонирующего шнура внешнему кожуху 12 через жидкость (например, имеющуюся в стволе скважины воду). Так как внешний кожух 12 в типичном случае изготовлен из металла, например стали, которая является материалом, имеющим высокую способность передачи ударного воздействия, то ударное воздействие, передаваемое во взрывчатое вещество 16, может быть очень значительным.

Таким образом, незадолго перед тем, как энергия инициирования детонирующего шнура 15 достигает запального стержня 14, через внешний кожух 12 на взрывчатое вещество 16 может быть оказано предварительное ударное воздействие. Распространяющаяся через внешний кожух 12 и взрывчатое вещество 16 волна предварительного ударного воздействия может интерферировать с фронтом волны инициирования взрывчатого вещества 16, поступающей от запального стержня 14. Это может вызвать асимметрию результирующего разрушения вкладыша 20 кумулятивного заряда. Возможные негативные эффекты подобной интерференции с предварительным ударным воздействием могут включать одно или более из следующего: перфорирующая струя может иметь искривленный (а не прямой) кончик, и поперечное сечение струи может в общем по форме представлять собой эллипс, а не окружность. Подобные негативные эффекты могут уменьшать глубину проникновения перфорирующей струи, созданной кумулятивным зарядом.

В некоторых более серьезных ситуациях, в частности при использовании инертных взрывчатых веществ, имеющих относительно низкую скорость детонации, может возникнуть ошибочный подрыв, обусловленный тем, что волна предварительного ударного воздействия достигла взрывчатого вещества 16 через внешний кожух 12 ранее основного фронта инициирования, проходящего через запальный стержень 14. В этом случае волна предварительного ударного воздействия уплотняет взрывчатое вещество 16 до того, как его достигнет основной фронт инициирования, что может вызвать ошибочный подрыв.

Некоторые обычно используемые способы снижения нежелательного предварительного ударного воздействия могут включать следующие. Между внешним кожухом и детонирующим шнуром может обеспечиваться разделительный зазор. Другим решением является предоставление более длинного запального стержня 14. Для увеличения длины пути, который волна предварительного ударного воздействия должна пройти, прежде чем она достигнет взрывчатого вещества 16 кумулятивного заряда, можно, кроме того, увеличить толщину внешнего кожуха 12. Следующее решение заключается в уменьшении количества взрывчатого вещества в детонирующем шнуре для снижения уровня предварительного ударного воздействия. Еще одним способом является применение детонирующего шнура с обычными пластиковыми оболочками стандартной толщины вместо металлических оболочек. Хотя такие решения уменьшают до некоторой степени эффекты ударного воздействия, в некоторых случаях они могут оказаться недостаточными. Например, если кумулятивные заряды выстреливают в жидкость, что является обычным случаем для ствола скважины, эффект предварительного ударного воздействия усиливается, так как степень передачи ударного воздействия между детонирующим шнуром и кумулятивным зарядом возрастает. Степень передачи ударного воздействия в жидкости выше из-за инерционности и массы жидкости.

Другой проблемой, связанной с использованием взрывчатых веществ во внутрискважинном оборудовании, является конструктивная целостность перфоратора и закрепленных на нем порций взрывчатого вещества. Для подачи в ствол скважины порции взрывчатого вещества, например кумулятивные заряды, помещаются в несущие элементы перфоратора или прикрепляются к ним. Несущие элементы перфоратора могут включать ленты, держатели и т.п., предназначенные для удерживания капсулированных кумулятивных зарядов. Так как капсулированные заряды в типичном случае являются открытыми, по мере продвижения перфоратора внутрь скважины он может повреждаться, когда кумулятивные заряды задевают за другие внутрискважинные конструкции. Применение полого носителя может обеспечить защиту кумулятивных зарядов и несущего элемента перфоратора, но при этом полый носитель увеличивает внешний диаметр перфоратора и может снизить производительность перфоратора, которая измеряется глубиной пробивки или диаметром пробиваемого отверстия.

Следовательно, по-прежнему существует необходимость в усовершенствованных способах и устройствах для преодоления ограничений, существующих для обычно используемых инструментов, которые содержат взрывчатые вещества.

Общее описание изобретения

Если говорить в общем, в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения взрывное устройство, предназначенное для использования в стволе скважины, содержит множество порций взрывчатого вещества и один или более ударогасящих элементов, расположенных в непосредственной близости от множества порций взрывчатого вещества, для создания препятствия распространению во внутренней среде ствола скважины ударной волны, вызванной детонацией порций взрывчатого вещества.

Другие отличительные особенности и варианты реализации настоящего изобретения станут очевидны из последующего описания, рисунков и пунктов приложенной Формулы изобретения.

Краткое описание рисунков

На Фиг.1 изображен обычно используемый кумулятивный заряд.

На Фиг.2 изображен один из вариантов перфорационной секции, расположенной в стволе скважины и включающей перфорационную систему, соответствующую одному из нескольких вариантов реализации настоящего изобретения.

На Фиг.3А-3В в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения изображена перфорационная система, включающая капсулу, образованную из пористого материала и предназначенную для размещения внутри нее кумулятивных зарядов, прикрепленных к несущему держателю и установленных на плоской ленте.

На Фиг.3С в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения изображена перфорационная система, подобная перфорационной системе, показанной на Фиг.3А-3В, в которой плоская лента отсутствует.

На Фиг.4А-4В изображена перфорационная система с полым носителем, соответствующая следующему варианту реализации настоящего изобретения, которая включает загружаемую трубу с установленными в ней кумулятивными зарядами, при этом загружаемая труба наполнена пористым материалом.

На Фиг.5 изображена перфорационная система, соответствующая еще одному варианту реализации настоящего изобретения, которая включает несущую трубу, содержащую кумулятивные заряды, и пористый материал.

На Фиг.6 изображена часть перфорационной системы, в которой кумулятивный заряд обернут или покрыт ударогасящим слоем.

На Фиг.7 изображена перфорационная система, соответствующая следующему варианту реализации настоящего изобретения, которая включает ударогасящие барьеры, расположенные между кумулятивными зарядами.

На Фиг.8А изображена перфорационная система, соответствующая другому варианту реализации настоящего изобретения, которая включает ленту и кумулятивные заряды, смонтированные на ленте и размещенные в несущих трубах, прикрепленных к ленте.

На Фиг.8В-8D изображен стержень, изготовленный из ударогасящего материала, который можно использовать совместно с перфорационной системой, показанной на Фиг.8А, стержень имеет полости и канавки для размещения кумулятивных зарядов и детонирующего шнура.

На Фиг.8Е-8F изображена проставка, состоящая, по меньшей мере, частично из ударогасящего материала.

На Фиг.8С-8I в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения изображен держатель, соединенный с двумя закрываемыми крышками зарядами.

На Фиг.9А-9В в соответствии с последующим вариантом реализации настоящего изобретения изображена перфорационная секция, включающая конструкцию бухтового трубопровода, предназначенную для подачи пористой жидкости в пробиваемый в процессе перфорации интервал.

На Фиг.9С изображена подача пористой жидкости через бухтовый трубопровод, показанный на Фиг.9А-9В.

На Фиг.90 в соответствии со следующим вариантом реализации настоящего изобретения изображена подача пористой жидкости в пробиваемый в процессе перфорации интервал как составная часть операции цементирования.

На Фиг.10 в соответствии с еще одним вариантом реализации настоящего изобретения изображена перфорационная секция, содержащая перфоратор и устройство подачи пузырьков.

На Фиг.11, 12 и 13А-13В изображены варианты узлов кумулятивных зарядов с противоударными барьерами в соответствии с первым типом конструкции.

На Фиг.14А и 14В изображены варианты узла кумулятивного заряда с противоударным барьером в соответствии со вторым типом конструкции.

На Фиг.15 изображен вариант узла кумулятивного заряда с противоударным барьером в соответствии с третьим типом конструкции.

Подробное описание изобретения

В последующем описании, чтобы сделать понятным настоящее изобретение, приведены многочисленные подробности. Однако специалистам в данной области будет понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без использования данных подробностей, а также что возможно осуществление многочисленных вариаций или модификаций описанных вариантов реализации.

В том виде, как они здесь применяются, слова и словосочетания "вверх" и "вниз", "верхний" и "нижний", "в направлении вверх" и "в направлении вниз", "ниже" и "выше" и другие им подобные, указывающие относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, используются в этом описании для более четкого представления некоторых вариантов реализации настоящего изобретения. Однако в применении к оборудованию или способам, предназначенным для использования в скважинах, являющихся наклонными или горизонтальными, или в применении к оборудованию или способам, которые в скважине используются в условиях наклонной или горизонтальной ориентации, подобные слова и словосочетания могут обозначать "слева направо", "справа налево" или другие взаимосвязи, в зависимости от того, что подразумевается.

В соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения ударогасящие материалы используются для снижения интерференции, связанной с детонацией порций взрывчатых веществ, например кумулятивных зарядов, в перфораторах. Снижение интерференции достигается путем создания препятствия распространению ударной волны во внутренней среде ствола скважины, которое обусловлено детонацией порций взрывчатых веществ. В других вариантах реализации настоящего изобретения ударогасящие материалы могут применяться в других типах инструментов, содержащих взрывчатые вещества, таких как резаки для трубопровода, обсадной колонны, бурильной колонны, утяжелителя бура или тому подобного. Взрывчатые вещества могут также использоваться в рабочих органах, регулирующих устройствах и других внутрискважинных устройствах.

В типичном случае перфоратор активируется в имеющихся в стволе скважины жидкостях (таких как вода), что усиливает эффекты интерференции и ударного воздействия, которые снижают производительность кумулятивных зарядов. Эффекты ударного воздействия и интерференции включают интерферирование одной перфорирующей струи с другой перфорирующей струей, влияние ударного воздействия от взрыва заряда на перфорирующую струю, влияние ударного воздействия от взрыва заряда на образование струи в другом заряде, влияние ударного воздействия от инициирования детонирующего шнура на образование струи в заряде и интерферирование ударного воздействия от инициирования детонирующего шнура с перфорирующей струей.

Чтобы снизить эффекты ударного воздействия и интерференции, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения может использоваться размещенный в непосредственной близости от порций взрывчатого вещества, например кумулятивных зарядов, ударогасящий материал. В том виде, как он здесь применяется, термин "ударогасящий материал" обозначает любой материал (твердое вещество, газ, жидкость), который поглощает, демпфирует, ослабляет, блокирует, уменьшает, рассеивает, устраняет, перенаправляет, отражает, отклоняет, задерживает, изолирует, гасит или иным образом уменьшает эффекты ударного воздействия, оказываемые одной порцией взрывчатого вещества на любые окружающие конструкции, включая другую порцию взрывчатого вещества или любой другой компонент. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения гашение ударного воздействия осуществляется путем преобразования кинетической энергии в тепловую или другую внутреннюю энергию (например, энергию фазового превращения).

Примеры ударогасящих материалов включают такие пористые материалы, как пористые твердые вещества или жидкости. Пористый материал представляет собой любой материал, частично заполненный сжимаемыми элементами или сжимаемым объемом (например, вакуумом, газом или другим материалом). В том виде, как этот термин здесь применяется, "сжимаемый объем" может представлять собой любой объем, заполненный сжимаемым материалом или вакуумом. Ударогасящая характеристика пористого материала связана с его прочностью, плотностью и пористостью. Чтобы достичь требуемых характеристик сопротивления ударному воздействию, материал должен иметь высокую плотность и значительное объемное содержание (например, приблизительно 2%-90%) сильно сжимаемого материала (газ, вакуум, твердое вещество, жидкость), распределенного в ударогасящем материале. По одному из вариантов сжимаемый материал может распределяться по ударогасящему материалу равномерно.

Пористые жидкости включают аэрированные жидкости, являющиеся жидкостями, в которых одновременно с жидкой фазой существует газовая фаза. Пористые жидкости могут также представлять собой жидкости на основе афронов или жидкости, содержащие полые сферы или другие оболочки, которые наполнены газом или вакуумом. В ином случае пористый материал может также представлять собой твердое вещество, например цемент, смешанный с полыми микросферами (например, LITECRETE™, предлагаемый компанией Schlumberger Technology Corporation), или с другими полыми сферами или оболочками; эпоксидную смолу, смешанную с полыми сферами или оболочками, ячеистый материал и любое другое твердое вещество, определенный процент которого составляет сжимаемый объем. Что касается пористых материалов, удовлетворительные ударогасящие характеристики могут демонстрироваться материалами, имеющими пористость приблизительно более 2%. Другие примерные диапазоны пористости включают значения пористости приблизительно более 5%, 10%, 20%, 30%, вплоть до приблизительно 90%. В других вариантах вместо сжимаемых объемов, заполняющих поры пористого твердого вещества, может применяться материал, характеризующийся изменением фазы (называемый "материалом с изменяемой фазой"). Примеры материалов с изменяемой фазой включают висмут и графит.

Пористый материал работает как ударогасящий элемент, имеющий более низкую скорость распространения звука по сравнению с типичными имеющимися в стволе скважины жидкостями. Ударогасящий элемент защищает другие порции взрывчатого вещества от ударных волн, возникающих при детонации какой-либо порции взрывчатого вещества. Таким образом, при уменьшенных эффектах интерференции и ударного воздействия производительность порций взрывчатого вещества может быть повышена даже при высоких плотностях распределения срабатывающих зарядов и больших зазорах перфоратор - обсадная колонна. Другим преимуществом использования ударогасящего элемента является то, что может быть снижена степень повреждения внутрискважинного оборудования. Например, ударогасящим элементом может быть поглощено достаточное количество энергии ударного воздействия, в результате чего ударные волны могут быть ослаблены и задержаны, что обусловливает меньшее повреждение оборудования для перфорации, обсадной колонны и другого оборудования. В случае уменьшения амплитуды ударных волн может быть снижена вероятность образования кольцевых микрозазоров (кольцевой микрозазор обсадная колонна / цемент, кольцевой микрозазор цемент / горная порода).

В соответствии с другими вариантами реализации данного изобретения для снижения уровня ударного воздействия (называемого "предварительным ударным воздействием"), передающегося от детонирующего шнура к взрывчатому веществу, например, взрывчатому веществу в кумулятивном заряде (который может представлять собой либо капсулированный, либо некапсулированный заряд), размещается противоударный барьер. Такой противоударный барьер может быть создан из любого материала, имеющего пониженную способность передачи ударной волны, чтобы обеспечить изоляцию, поглощение, ослабление, демпфирование, блокирование, гашение, снижение, рассеивание, устранение, перенаправление, отклонение, отражение ударного воздействия и/или обеспечить достаточную временную задержку для возможности образования симметричной струи. Такие материалы могут включать пластик, каучук, керамику, превращенный в порошок металл или другой материал, висмут, пористый материал (например, один из описанных выше), свинец, дерево, пористый металл, синтактовый пеноматериал, золообразное вещество или другие материалы, обладающие низкой способностью передачи ударного воздействия (то есть материалы, которые обеспечивают изоляцию, поглощение, ослабление, демпфирование, блокирование, гашение, снижение, рассеивание, устранение, перенаправление, отклонение, отражение ударного воздействия и/или задержку его передачи).

Если обратиться к Фиг.2, перфорационная секция 50 размещена в стволе скважины. Перфорационная секция 50 сконструирована таким образом, чтобы проходить через трубопровод 52, который размещен в стволе 54 скважины, в котором установлена обсадная колонна 55. Перфорационная секция 50 включает перфорационную систему 56, которая может соответствовать различным вариантам реализации настоящего изобретения. Перфорационная система 56 может крепиться к адаптеру 58, который, в свою очередь, присоединяется к поддерживающей линии 60, предназначенной для удерживания перфорационной секции 50 в стволе 54 скважины. Поддерживающая линия 60 в качестве примеров может представлять собой провод, ленту или бухтовый трубопровод. Ниже описаны несколько вариантов перфорационной системы 56. Каждый из перфораторов защищен ударогасящим материалом. Даже если изображенные перфораторы включают кумулятивные заряды, установленные под углом друг к другу, такое относительное угловое расположение не является необходимым условием эффективности ударогасящего материала. Фактически ударогасящий материал эффективен при любом типе размещения кумулятивных зарядов.

Если обратиться к Фиг.3А-3В, перфорационная система 56А, соответствующая одному из вариантов реализации настоящего изобретения, включает плоскую ленту 502, к которой крепятся многочисленные капсулированные кумулятивные заряды 506. Детонирующий шнур 503 соединен с каждым из кумулятивных зарядов 506. Кумулятивные заряды 506 установлены в соответствующих опорных кольцах 504 опорного держателя 505. Опорный держатель 505 может поворачиваться, чтобы обеспечить размещение под требуемым углом (например, по спирали с относительным углом 45°, по спирали с относительным углом 60°, размещение под тремя относительными углами и т.д.). В ином случае опорный держатель 505 может быть приспособлен для прямолинейной схемы размещения (например, относительный угол составляет 0°). В другом варианте конструкции плоская лента 502 может отсутствовать, при этом опорный держатель 505 будет обеспечивать основную опору для капсулированных зарядов 506).

В одном из вариантов несущая лента 502, опорный держатель 505, опорные кольца 504, детонирующий шнур 503 и капсулированные заряды 506 помещены в ударогасящий материал 510. Один из примеров ударогасящего материала включает пористое твердое вещество, например пористый цемент. Пример пористого цемента включает LITECRETE™. Пористый цемент изготавливается путем смешивания цемента с полыми структурами, такими как наполненные газом (например, воздухом) микросферы или другие типы наполненных газом или вакуумом сфер или оболочек. Микросферы в основном представляют собой тонкостенные стеклянные оболочки с относительно большим объемом воздуха внутри.

Чтобы обеспечить конструкционную опору для капсулы 510, она помещается в гильзу 512. Гильза 512 изготовлена из любого типа материала, который способен обеспечивать конструкционную опору, например пластика, металла, эластомера и т.д. Гильза 512, кроме того, сконструирована таким образом, чтобы защищать капсулу 510 по мере того, как перфорационная система 56А продвигается в ствол скважины и задевает за другие внутрискважинные конструкции. В ином случае вместо отдельной гильзы на внешнюю поверхность капсулы 510 может наноситься покрытие. По мере его нанесения покрытие сцепляется с капсулой. Покрытие может быть изготовлено из материала, выбранного с целью снизить проникновение текучей среды. Материал может, кроме того, иметь низкий коэффициент трения.

В других вариантах для обеспечения более высоких номинальных давлений капсула 510 может изготавливаться с использованием другого типа материала. Например, может применяться рассчитанный на повышенные номинальные давления цемент с микросферами S60, производимый 3М Corporation. В качестве альтернативы капсула 510 может представлять собой эпоксидную смолу (например, полиуретан), смешанную с микросферами или другими типами наполненных газом или вакуумом сфер или оболочек. В еще одном варианте капсула 510 может иметь несколько слоев. Например, один слой может быть образован из пористого цемента, в то время как другой слой может быть образован из пористой эпоксидной смолы или другого пористого твердого вещества. В ином случае капсула 510 может представлять собой материал на основе жидкости или геля, при этом гильза 512 является для нее герметичным контейнером.

В некоторых вариантах ударогасящий материал представляет собой композит, включающий полый наполнитель (для обеспечения пористости), тяжелый порошок (для обеспечения плотности) и связку/матрицу. Связка/матрица может представлять собой жидкость, твердое вещество или гель. Примеры твердых материалов для связки/матрицы включают полимер (например, литой термореактопласт, такой как эпоксидная смола, каучук и т.п., или термопластик, изготавливаемый литьем под давлением), керамику с химическим типом связи (например, состав на основе цемента), металл или эластомер с высокой степенью сжимаемости. Материалы связки/матрицы, не являющиеся твердыми веществами, включают гель (который обладает большей степенью сжатия при ударном воздействии, чем твердое вещество) или жидкость. Полый наполнитель для ударогасящего материала может представлять собой мелкий порошок, каждая частица которого имеет внешнюю оболочку, окружающую некоторый объем газа или вакуума. По одному примерному варианту полый наполнитель может занимать приблизительно до 60% общего объема состава, при этом в каждой частице полого наполнителя 70%-80% объема занимает воздух. Оболочка частицы полого наполнителя является непроницаемой и имеет высокую прочность для предотвращения ее разрушения в условиях типичных для ствола скважины давлений (в одном из примеров приблизительно порядка 10.000 фунт-сил на кв. дюйм (psi - pound-force per square inch). Альтернативой использованию полых наполнителей является создание и сохранение стабильных воздушных пузырьков непосредственно в матрице посредством перемешивания, применения поверхностно-активных веществ и т.п.

В одном примерном варианте тяжелый порошок - наполнитель может занимать до 50% от общего объема состава, при этом порошок состоит из металла, такого как медь, железо, вольфрам или любого другого материала с высокой плотностью. В ином случае тяжелым наполнителем может быть песок. В других вариантах тяжелый порошок может занимать приблизительно до 10%, 25% или 40% от общего объема состава. Форма частиц имеющего высокую плотность порошка выбирается таким образом, чтобы создать правильную реологию смеси для получения однородного (свободного от расслоений) окончательного состава.

Использование песка в качестве тяжелого наполнителя вместо металла предоставляет одно или несколько преимуществ. Например, песок хорошо известен специалистам по эксплуатации, и поэтому с ним легче работать. Кроме того, при увеличении объема песка снижается объем связки/матрицы, что снижает после детонации количество отходов, состоящих из связки/матрицы.

В некоторых примерах объемная плотность поглощающего ударное воздействие материала изменяется в диапазоне от приблизительно 0,5 г/см³ до приблизительно 10 г/см³, при этом пористость состава изменяется в диапазоне приблизительно от 2% до 90%.

Может быть эффективным применение пористого материала с более низкой плотностью (приблизительно менее 1 г/см³), если имеется значительный объем данного материала (например, в случае, если обсадная колонна полностью заполняется данным материалом). Пористый материал с более высокой плотностью (приблизительно более 1,2 г/см³) применяется, когда объем ударогасящего материала ограничивается (например, когда он используется только в окрестностях заряда/перфоратора). Требуемые результаты наблюдаются в случае использования состава на основе либо цемента, либо эпоксидной смолы, в котором объем ударогасящего материала ограничивается окрестностями заряда/перфоратора (как показано на Фиг.3А-3В) и плотность ударогасящего материала составляет приблизительно 1,3 г/см³, а его пористость составляет приблизительно 30%-33%.

Другие примерные пористые твердые вещества включают материал с плотностью 10 г/см³ и пористостью 40%, такой как порошок вольфрама, смешанный с полыми микросферами в объемном соотношении 50/50. Другой примерный состав включает по объему 53% эпоксидной смолы с низкой вязкостью, 42% полых стеклянных сфер и 5% порошка меди. Плотность состава равняется приблизительно 1,3 г/см³ и пористость - приблизительно 33%. Другой состав включает по объему приблизительно 39% воды, 21% цемента Lehigh класса Н, 40% стеклянных сфер и микродобавки для оптимизации реологии и скорости отверждения. Плотность этого состава равна приблизительно 1,3 г/см³ и пористость приблизительно 30%.

Чтобы создать капсулу 510, пористый материал (в форме жидкости или суспензии) может заливаться вокруг несущей ленты 502, находящейся внутри гильзы 512. Пористому материалу затем дают затвердеть. В случае пористого цемента цемент в форме порошка может смешиваться с водой и другими добавками для создания цементного раствора. Во время перемешивания цемента к смеси добавляются микросферы. Смесь, еще находящуюся в форме суспензии, затем заливают внутрь гильзы 512 и дают ей затвердеть. Оборудованием, используемым для создания требуемой смеси, может быть любое обычно используемое оборудование для перемешивания цемента. Для увеличения прочности капсулы может также добавляться волокно (например, стекловолокно, углеродное волокно и т.д.).

Кроме того, капсула 510 может быть изготовлена путем предварительного формования. Например, капсула может быть разделена на две секции с формованием соответствующих рельефов на внутренних поверхностях этих двух секций для размещения перфоратора либо одного или нескольких зарядов. Затем между двумя секциями может устанавливаться перфоратор с последующим скреплением двух секций вместе для образования капсулы 510, показанной на Фиг.3В.

Другой отличительной особенностью капсулы 510, не зависящей от характеристики поглощения энергии, является ее способность обеспечить конструкционную опору для капсулированных зарядов 506. В соответствии с этой другой отличительной особенностью перфорационная система 56А может представлять собой также формованный перфоратор, в котором капсула 510 обеспечивает достаточную конструкционную опору, в результате чего традиционные металлические опоры могут быть устранены или их составляющая может быть уменьшена. Например, одной из функций плоской ленты 502 во многих перфорационных системах является обеспечение основной опоры для капсулированных зарядов. Плоская лента 502 является жестким металлическим элементом. Чтобы установить на плоской ленте 502 капсулированные заряды, например заряды 506, показанные на Фиг.3А-3В, по заранее определенной схеме с относительным угловым расположением, могут использоваться различные монтажные механизмы, например монтажные зажимы болты или удлиненный держатель, такой как держатель 505, показанный на Фиг.3А-3В. В некоторых случаях монтажные механизмы не могут обеспечить достаточной жесткости конструкции при креплении капсулированных зарядов к ленте 502. Капсула 510 увеличивает конструктивную целостность перфорационной системы 56А за счет более жесткого фиксирования капсулированных зарядов 506 относительно ленты 502.

Дополнительной проблемой, связанной с внутрискважинными операциями перфорирования, является количество отходов, имеющееся в стволе скважины после