Устройство и способы для удаления фильтрационной корки из необсаженного ствола скважины

Устройство и способы для удаления фильтрационной корки из необсаженного ствола скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается в основном увеличения добычи углеводородов из подземных пластов, и в частности, системы для перфорирования в скважине с необсаженным стволом.

Для извлечения углеводородов (например нефти, природного газа) необходимо пробурить скважину под поверхностью земли для вхождения в контакт с углеводородным пластом. Таким образом углеводороды могут вытекать из пласта в ствол скважины и на поверхность. Извлечение углеводородов из подземного пласта известно как «добыча». В некоторых добычах в пробуренном стволе скважины устанавливают обсадную колонну для обеспечения монолитного трубопровода с целью извлечения углеводородов. В других добычах углеводороды извлекают из скважины, не закрепленной обсадными трубами, или скважины с «необсаженным стволом».

При добыче в скважине с необсаженным стволом одним ключевым параметром, который влияет на производительность добычи, является проницаемость пласта вдоль пути, который углеводород должен пройти, чтобы достичь ствола скважины. Иногда каменистая порода пласта имеет естественную низкую проницаемость, а иногда проницаемость снижается, например, во время бурения скважины. Когда бурят скважину, в стволе скважины обеспечивают циркуляцию бурового раствора для контакта с участком буровой головки по нескольким причинам, включая охлаждение буровой головки, вынос осколков породы из зоны бурения, и сохранение гидростатического давления на стенке пласта для предотвращения выхода во время бурения.

Буровой раствор является дорогостоящим, особенно ввиду огромных количеств, которые должны использоваться во время бурения. Кроме того, буровой раствор может быть потерян от утечек в пласт. Для предотвращения указанных потерь буровой раствор часто специально модифицируют, так что утекает небольшое количество и образует оболочку или «фильтрационную корку» на необсаженном стволе буровой скважины.

Когда бурение закончено и требуется добыча из пласта через необсаженный ствол скважины, тогда эта фильтрационная корка должна быть удалена для получения целевой продуктивности скважины. Методы, используемые для текущей очистки, включают применение химической обработки для растворения фильтрационной корки и закупорки пор околоствольной зоны и/или применение пескоструйной очистки вдоль ствола скважины для разрушения корки механическим способом. В длинной горизонтальной скважине, для ее заканчивания, эти процессы занимают большое количество времени. В результате, когда очищают сначала первую секцию, она становится доступной для обрабатывающей жидкости, поступающей в нее, при этом большинство секций остаются не заполненными обрабатывающей жидкостью. Эта неспособность равномерно очищать всю скважину является основной проблемой, с которой сталкивается нефтяная промышленность, при добыче из длинных скважин с необсаженным стволом. Вторым недостатком современной методики является неспособность подавать обрабатывающую жидкость глубоко в пласт за пределы закупоренных при бурении пор. Таким образом, максимальная очистка от фильтрационной корки не достигается даже в зонах, которые получают обрабатывающую жидкость. Вследствие сочетания этих двух проблем - неравномерности заполнения и неглубокого проникновения обрабатывающей жидкости - заканчивание ствола скважины часто не дает ожидаемых результатов.

Соответственно, в области бурения и заканчивания скважин существует потребность в надежной системе быстрого, эффективного и полного удаления фильтрационной корки из ствола скважины для начала эксплуатации скважины.

Известно устройство для удаления фильтрационной корки из скважины с необсаженным стволом, проходящее от поверхности скважины, которое содержит герметизирующий элемент, предназначенный для установки в скважине, образующий камеру, имеющую давление ниже давления в стволе скважины в выбранном интервале, и, по меньшей мере, одно отверстие, избирательно открываемое для обеспечения сообщения между камерой и интервалом ствола скважины и способное при его открытии обеспечить прохождение текучей среды в камеру и создать условия переходного отрицательного дифференциального давления в интервале ствола скважины для удаления фильтрационной корки из выбранного интервала скважины (см., например, заявку США 2002/0020535 от 21.02.2002 г.).

Известен способ регулирования условий отрицательного дифференциального давления в скважине с необсаженным стволом, содержащий следующие операции: определение целевых условий переходного отрицательного дифференциального давления в перфорируемом интервале скважины, определение конфигурации стреляющего перфоратора на основе целевых условий переходного отрицательного дифференциального давления, разработку конфигурации стреляющего перфоратора в соответствии с целевыми условиями переходного отрицательного дифференциального давления, создание, по существу, целевых условий переходного отрицательного дифференциального давления в перфорируемом интервале скважины при детонации стреляющего перфоратора (см., например, заявку США 2002/0020535 от 21.02.2002 г.).

Известен способ создания условий переходного отрицательного дифференциального давления в заданном интервале ствола скважины, содержащий спуск инструмента гидравлического удара в скважину с необсаженным стволом к заданному интервалу ствола скважины и приведение его в действие для создания условий переходного отрицательного дифференциального давления в заданном интервале ствола скважины (см., например, заявку США 2002/0020535 от 21.02.2002 г.).

Вышеуказанные устройство и способы не обеспечивают эффективного создания условий переходного отрицательного дифференциального давления в заданном интервале ствола скважины и, следовательно, эффективного удаления фильтрационной корки из ствола скважины.

Целями настоящего изобретения являются эффективное удаление фильтрационной корки из целевого продуктивного интервала ствола скважины перфорированием интервала буровой скважины посредством взрыва кумулятивных зарядов в условиях мгновенного отрицательного дифференциального давления, облегчение прохождения перфорационных каналов через повреждения от бурения, перфорирование необсаженного ствола буровой скважины для преодоления неоднородности продуктивного пласта для выполнения посредством взрыва большего количества перфорационных отверстий в секциях скважины с низкой проницаемостью и меньшего количества перфорационных отверстий в секциях скважины с высокой проницаемостью, облегчение добычи в пластах с естественным разломом продуктивного пласта соединением ветвей разлома.

Указанные цели достигаются тем, что устройство для удаления фильтрационной корки из скважины с необсаженным стволом, проходящее от поверхности скважины, содержит герметизирующий элемент, предназначенный для установки в скважине, образующий камеру, имеющую давление ниже давления в стволе скважины в выбранном интервале, и, по меньшей мере, одно отверстие, избирательно открываемое для обеспечения сообщения между камерой и интервалом ствола скважины и способное при его открытии обеспечить прохождение текучей среды в камеру и создать условия переходного отрицательного дифференциального давления в интервале ствола скважины для удаления фильтрационной корки из выбранного интервала скважины. Согласно изобретению герметизирующий элемент и, по меньшей мере, одно отверстие конфигурированы на основе условий переходного отрицательного дифференциального давления, определенного в соответствии с эмпирическими данными или имитационным моделированием, выполняемым программным обеспечением для характеристик интервала скважины, в котором создаются указанные условия.

Герметизирующим элементом может быть корпус перфоратора, удерживающий, по меньшей мере, один заряд взрывчатого вещества, и, по меньшей мере, одно отверстие в корпусе перфоратора способно открываться посредством детонации, по меньшей мере, одного заряда взрывчатого вещества.

Каждое отверстие может содержать клапан.

Каждое отверстие может содержать преграждающий текучую среду элемент, предназначенный для разрыва посредством силы взрыва, и имеется взрывчатый элемент, расположенный вблизи преграждающего текучую среду элемента.

Устройство может дополнительно содержать стреляющий перфоратор, имеющий герметизирующий элемент и заряд взрывчатого вещества, активируемый для открытия, по меньшей мере, одного отверстия, и несущую линию для подвешивания стреляющего перфоратора в необсаженном стволе скважины таким образом, что заряд взрывчатого вещества распложен вблизи выбранного интервала ствола скважины.

Заряд взрывчатого вещества стреляющего перфоратора может быть предназначен для создания перфорационных отверстий в выбранном интервале ствола скважины, разрыхления фильтрационной корки, образующейся в необсаженном стволе скважины, проникновения в пласт, расположенный под выбранным интервалом ствола скважины, и увеличения радиуса ствола скважины за пределы любого повреждения от бурения.

Заряд взрывчатого вещества стреляющего перфоратора может быть предназначен для разрыва герметизирующего элемента для создания условий переходного отрицательного дифференциального давления.

Заряд взрывчатого вещества стреляющего перфоратора может быть дополнительно предназначен для создания перфорационных отверстий в выбранном интервале ствола скважины, для разрыхления фильтрационной корки, образующейся на стволе скважины.

Герметизирующий элемент может быть первым герметизирующим элементом, расположенным над или под и вблизи стреляющего перфоратора, образующим камеру низкого давления, и, по меньшей мере, одно отверстие первого герметизирующего элемента, при его открытии, обеспечивает прохождение текучей среды в камеру для создания условия переходного отрицательного дифференциального давления в выбранном интервале ствола скважины.

Устройство может дополнительно содержать второй герметизирующий элемент, расположенный напротив первого герметизирующего элемента и вблизи стреляющего перфоратора, образующий камеру низкого давления и имеющий, по меньшей мере, одно отверстие, избирательно открываемое зарядом взрывчатого вещества стреляющего перфоратора для обеспечения сообщения между камерой и выбранным интервалом необсаженного ствола скважины, которое при открытии обеспечивает прохождение текучей среды в камеру и создает условия переходного отрицательного дифференциального давления в выбранном интервале ствола скважины.

Согласно изобретению создан способ удаления фильтрационной корки из скважины с необсаженным стволом, содержащий следующие операции:

определение целевых условий переходного отрицательного дифференциального давления в перфорируемом интервале скважины на основе, по меньшей мере, одного заданного критерия для удаления фильтрационной корки из ствола скважины;

определение конфигурации стреляющего перфоратора на основе целевых условий переходного отрицательного дифференциального давления;

разработка конфигурации стреляющего перфоратора в соответствии с целевыми условиями переходного отрицательного дифференциального давления;

создание, по существу, целевых условий переходного отрицательного дифференциального давления в перфорируемом интервале скважины при детонации стреляющего перфоратора для удаления фильтрационной корки.

Способ может дополнительно содержать разрушение фильтрационной корки в перфорируемом интервале скважины и удаление разрушенной фильтрационной корки из ствола скважины в перфорируемом интервале посредством создания условий переходного отрицательного дифференциального давления.

Разработка конфигурации стреляющего перфоратора может содержать, по меньшей мере, одну стадию, выбранную из группы, состоящей из определения размера стреляющего перфоратора, определения плотности перфорации стреляющего перфоратора, определения типа заряда взрывчатого вещества стреляющего перфоратора, определения контура фазировки заряда взрывчатого вещества стреляющего перфоратора, определения ориентации стреляющего перфоратора, определения типа текучей среды, нагнетаемой в скважину, и определения способа транспортировки для установки стреляющего перфоратора в скважине.

Согласно изобретению в другом варианте осуществления способ удаления фильтрационной корки из скважины с необсаженным стволом содержит следующие стадии:

разработка конфигурации инструмента гидравлического удара на основе условий переходного отрицательного дифференциального давления, определенного в соответствии с эмпирическими данными или имитационным моделированием, выполняемым программным обеспечением для характеристик интервала скважины, в котором создаются указанные условия;

спуск инструмента гидравлического удара в скважину с необсаженным стволом к заданному интервалу ствола скважины и приведение его в действие для создания условий переходного отрицательного дифференциального давления в заданном интервале ствола скважины;

удаление фильтрационной корки из заданного интервала ствола скважины.

Более подробно вышеописанные изобретения раскрыты в последующем описании со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает вариант реализации устройства для удаления фильтрационной корки со стреляющим перфоратором, установленного в скважине с необсаженным стволом, согласно варианту реализации изобретения;

фиг.2, 3А и 3В изображают варианты реализации устройства для удаления фильтрационной корки со стреляющим перфоратором;

фиг.4А-4С - варианты реализации корпуса перфоратора, каждый из которых включает загрузочную трубу, в которой установлены кумулятивные заряды и которая заполнена пористым материалом;

фиг.5А-5В - устройство со стреляющим перфоратором согласно варианту настоящего изобретения, включающее несущую трубу, содержащую кумулятивные заряды и пористый материал;

фиг.6 изображает вариант реализации устройства со стреляющим перфоратором для увеличения переходного отрицательного дифференциального давления в скважине с необсаженным стволом;

фиг.7А-7D изображают различные варианты реализации стреляющих перфораторов, имеющих пористые элементы, используемые в настоящем изобретении;

фиг.8 изображает вариант реализации герметизированной камеры, предназначенной для установки в скважине с необсаженным стволом;

фиг.9 изображает вариант реализации перфорирующей системы согласно настоящему изобретению, имеющий колонну стреляющего перфоратора и множество герметизированных камер;

фиг.10 - вариант реализации колонны стреляющего перфоратора, соединенную с анкерным устройством для избирательного освобождения колонны стреляющего перфоратора;

фиг.11 - вариант реализации колонны стреляющего перфоратора, имеющий множество отверстий, срабатывающих от взрыва;

фиг.12А-12В изображают варианты реализации камеры низкого давления, срабатывающей от клапана, согласно настоящему изобретению.

Следует заметить, однако, что прилагаемые чертежи показывают только типичные варианты реализации настоящего изобретения и поэтому не следует считать, что они ограничивают его объем, поскольку в изобретении могут быть осуществлены одинаково эффективные варианты реализации.

В последующем описании многочисленные детали изложены для обеспечения понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области будет понятно, что настоящее изобретение может быть использовано без этих деталей и возможны многочисленные варианты и модификации описанных вариантов реализации изобретения.

В описании и прилагаемой формуле изобретения выражения: «соединяют», «соединение», «соединенный», «в соединении с» и «соединяющий» означают «в прямом соединении с» или «в соединении посредством другого элемента» и выражение «устройство» означает «один элемент» или «более одного элемента». Используемые здесь выражения «вверху» и «внизу», «верхний» и «нижний», «вверх» и «вниз», «перед» и «за», «над» и «под» и другие выражения, указывающие на положения выше или ниже относительно данного места или положения, используются в этом описании, чтобы более ясно изложить некоторые варианты реализации изобретения. Однако в применении к оборудованию и способам, используемым в скважинах с отклонением или горизонтальных, такие термины могут означать слева направо, справа налево или другие соотношения.

В основном созданы инструменты, системы и способы для перфорирования в законченных бурением скважинах с необсаженным стволом с целью максимального увеличения эффективности очистки ствола буровой скважины и фильтрационных каналов (путем разрыхления и/или удаления фильтрационной корки, образующейся на необсаженном стволе буровой скважины, проникновения в лежащий ниже пласт и увеличения эффективного радиуса нефтяной скважины за пределы любого повреждения от бурения), соединения естественных разломов пласта и/или обеспечения технологии применения бурового раствора в условиях сложной породы, лежащей под поверхностью. Система перфорирования скважины, не закрепленной обсадными трубами, настоящего изобретения может быть использована для любых пластов, несущих углеводороды любой литологии. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения буровая скважина с необсаженным стволом может быть перфорирована для удаления фильтрационной корки в условиях отрицательного дифференциального давления, избыточного гидростатического давления или почти уравновешенного давления в скважине.

В некоторых случаях желательно снизить условия местного давления для увеличения переходного отрицательного дифференциального давления во время перфорирования. Обработка фильтрационной корки, а также удаление разрушений от перфорирования и осколков зарядов и породы из перфорированных каналов могут быть выполнены увеличением перепада местного давления (т.е. увеличением местного переходного отрицательного дифференциального давления). Могут использоваться различные способы и механизмы для достижения и регулирования условий переходного отрицательного дифференциального давления, при котором следует выполнять перфорирование. Например, в одном варианте реализации может быть выбран стреляющий перфоратор с особым герметизированным корпусом перфоратора и загрузкой заряда, предназначенный для спуска в буровую скважину с необсаженным стволом и создания динамического отрицательного дифференциального давления. Таким образом может быть достигнуто быстрое удаление фильтрационной корки из буровой скважины. Кумулятивные заряды могут быть выбраны так, чтобы простреливать как корпус стреляющего перфоратора, так и пласт, или в качестве альтернативы, чтобы пробивать корпус перфоратора. Герметизированный корпус перфоратора включает внутренний канал, герметизированный под особым давлением, ниже давления окружающего ствола скважины. После того как корпус пробит, между окружающим стволом буровой скважины и открытой внутренней полостью корпуса перфоратора образуется разность давлений, которая создает условия переходного отрицательного дифференциального давления. Эта разность давлений создает временный гидравлический удар, который способствует быстрому удалению фильтрационной корки из ствола буровой скважины. В другом варианте реализации, если не требуется проникновение через пласт, тогда вместо стреляющего перфоратора может быть использован скважинный инструмент гидравлического удара для создания условий переходного отрицательного дифференциального давления.

В работе оператор скважины определяет целевые условия переходного отрицательного дифференциального давления, которые необходимы в интервале буровой скважины с необсаженным стволом, относительно давления буровой скважины (которое устанавливается давлением продуктивного пласта). Целевые условия переходного отрицательного дифференциального давления могут быть определены одним из нескольких способов, например на основе эмпирических данных предыдущих операций в скважинах, или имитационным моделированием, выполняемым программным обеспечением.

На основании целевого переходного отрицательного дифференциального давления конструируют инструментальную колонну (т.е. колонну стреляющего перфоратора). Например, размер перфоратора, плотность перфорации, тип заряда, фазировка, ориентация, масса взрывчатого вещества, тип раствора (например, медленно гидролизованные кислотные растворы, поверхностно-активные вещества, взаимные растворители, хелатообразующие жидкости, или жидкости, получившие вязкость с помощью загустителя) и способ переноса могут быть разработаны надлежащим образом для достижения целевых условий переходного отрицательного дифференциального давления. Подходящая конструкция может быть оснащена на эмпирических данных предыдущих операций или на основе программного моделирования и имитационного моделирования. Определение конструкции, подходящей для использования, может происходить с помощью программного обеспечения, которое можно выполнить в системе, например системе компьютера. Программное обеспечение можно выполнить на одном или нескольких процессах в системе. Для достижения оптимального результата могут быть выполнены различные другие конструкции. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения при заканчивании неоднородного продуктивного пласта (т.е. продуктивного пласта, имеющего меняющиеся степени проницаемости в разных зонах) загрузка зарядов может быть большей против зон с низкой проницаемостью для увеличения площади сечения потока после перфорирования, чтобы преодолеть преобладающий поток, проходящий через зону высокой проницаемости. В других вариантах реализации изобретения перфорирование может быть ориентировано по сетке трещин продуктивного пласта таким образом, чтобы перфорационные отверстия соединяли ветви естественного разлома.

После получения подходящей конструкции в интервал необсаженного ствола скважины опускают инструментальную колонну, где она приводится в действие для детонации взрывчатых веществ, находящихся в колонне. В результате приведения в действие колонны достигаются по существу целевые условия (например 70%) переходного отрицательного дифференциального давления. Таким образом достигается проникновение через фильтрационную корку и пласт и/или быстрое удаление фильтрационной корки.

Ниже даны различные варианты реализации стреляющего перфоратора и/или других инструментов, используемых в системах и способах настоящего изобретения для издания условий переходного отрицательного дифференциального давления в необсаженном стволе скважины, способствующих быстрому удалению фильтрационной корки.

Как показано на фиг.1, согласно одному варианту реализации изобретения, стреляющий перфоратор 10 (один перфоратор или колонну перфораторов) располагают в буровой скважине 20 с необсаженным стволом (т.е. не закрепленным обсадными трубами), имеющей продуктивный пласт 22, покрытый фильтрационной коркой 24. В другом варианте реализации изобретения стреляющий перфоратор предназначен для спуска через лифтовую колонну (не показана). Стреляющий перфоратор 10 может включать герметизированный корпус 12 перфоратора (или другую герметизированную камеру) и один или несколько кумулятивных зарядов 14, расположенных в нем. Корпус 12 перфоратора может быть закреплен на переходнике 30, который в свою очередь соединен с несущей линией 40, для подвешивания и транспортировки стреляющего перфоратора 10 в необсаженный ствол скважины 20. Несущая линия 40 может включать (но не ограничиваясь этим) стальной канат для работы в скважине, трос для спуска эксплуатационного оборудования в шахту, силовую линию, бурильную трубу или спиральную трубу. Корпус 12 герметично уплотнен для создания перепада давлений, в котором внутреннее давление корпуса меньше, чем давление окружающего необсаженного ствола скважины.

В работе (фигура 2) стреляющий перфоратор 10 опускается на несущей линии 40 через ствол скважины 20 и устанавливается вблизи пласта 22. Для облегчения удаления фильтрационной корки 24 стреляющий перфоратор 10 поджигают. В одном варианте реализации стреляющий перфоратор 10 выполнен с кумулятивными зарядами 14 (или другими взрывчатыми зарядами) для проникновения через герметизированный корпус 12 перфоратора и в окружающий пласт 22 (как показано на фигуре 3А). В другом варианте реализации стреляющий перфоратор 10 выполнен с кумулятивными зарядами 14 (или другими взрывчатыми зарядами) для проникновения только в герметизированный корпус 12 перфоратора, а не в окружающий пласт 22 (как показано на фигуре 3В). В обоих вариантах реализации, когда корпус 12 разрывается, перепад переходного отрицательного дифференциального давления между окружающим стволом скважины и полостью внутри корпуса перфоратора вызывает гидравлический удар, который разрушает или каким-то иным образом удаляет фильтрационную корку из ствола скважины 20.

Другой вариант реализации настоящего изобретения включает систему стреляющего перфоратора, обеспеченную пористым материалом, чтобы после поджога системы перфоратора герметизированная полость пористого материала подвергалась давлению ствола скважины, чтобы в режиме переходного давления снизить давление ствола скважины, увеличивая условия местного отрицательного дифференциального давления. С самого начала пористый материал (например, пористое твердое вещество) содержит уплотненные полости, которые содержат газ, легкие жидкости или вакуум. При детонации взрывчатых веществ пористый материал разрушается или разрывается, так что полости открываются в ствол скважины. Это эффективно создает новую полость, в которую могут втекать текучие среды ствола скважины, что создает местный переходный перепад давления. В результате увеличиваются условия переходного отрицательного дифференциального давления благодаря использованию пористого материала, что способствует удалению фильтрационной корки в необсаженном стволе скважины.

Например, как показано на фигурах 2А-2В, вариант реализации системы 100А стреляющего перфоратора включает узкую длинную полосу 102, к которой крепится множество кумулятивных зарядов 106 в виде капсул. Детонирующий шнур 103 соединен с каждым из кумулятивных зарядов 106. Кумулятивные заряды 106 установлены в соответствующих опорных кольцах 104 опорного кронштейна 105. Опорный кронштейн 105 может быть скручен для обеспечения нужной фазировки (например, спираль 45°, спираль 60°, трехфазная и т.д.). В качестве альтернативы, опорный кронштейн 105 может быть расположен без фазировки (т.е. 0° фазировки). В другом устройстве полоса 102 может отсутствовать, при этом опорный кронштейн 505 обеспечивает главную опору для капсульных зарядов 106.

В одном варианте реализации несущая полоса 102, опорный кронштейн 105, опорные кольца 104, детонирующий шнур 103 и капсульные заряды 106 заключены в пористый материал 110. Один вариант пористого материала включает пористое твердое вещество, например пористый цемент. Пример пористого цемента включает LITECRETE®. Пористый цемент образуется смешением цемента с полыми структурами, такими как микросферы, заполненные газом (например, воздухом), или другими видами наполненных газом или вакуумом шариков или оболочек. Микросферы в основном представляют собой тонкостенные стеклянные оболочки с относительно большим содержанием воздуха.

Пористый цемент является одним вариантом пористого твердого вещества, содержащего уплотненную полость. Когда структуры, наполненные скрытым в них газом или вакуумом, разрушаются под воздействием детонации кумулятивных зарядов 106, в ствол скважины добавляется дополнительный объем, что приводит к временному снижению давления.

Для обеспечения конструкционной опоры герметика 110 вокруг него расположена гильза 112. Гильза 112 выполнена из любого типа материала, способного обеспечить конструкционную опору, например из пластика, металла, эластомера и т.д. Гильза 112 также предназначена для защиты герметика 110, поскольку систему 100А стреляющего перфоратора спускают в ствол скважины и она сталкивается с другими конструкциями в забое скважины. В качестве альтернативы вместо отдельной гильзы к наружной поверхности герметика 110 может быть добавлено покрытие. Покрытие при нанесении прилипает к герметизирующему элементу. Покрытие может быть выполнено из материала, обеспечивающего уменьшение проникновения жидкости. Материал также может иметь незначительное трение.

В следующих вариантах реализации для получения более высоких номинальных значений давления герметик 110 может быть выполнен с использованием другого типа материала. Например, может быть использован цемент с более высокой номинальной характеристикой, с микросферами S60, выпускаемыми фирмой 3М Corporation. В качестве альтернативы герметик 110 может быть выполнен из эпоксидного материала (например, полиуретана), смешанного с микросферами или другими типами шариков или оболочек, заполненных газом или вакуумом. В еще одном примере реализации герметик 110 может иметь много слоев. Например, один слой может быть выполнен из пористого цемента, а другой слой может быть выполнен из пористого эпоксидного материала или другого пористого твердого вещества. К тому же, герметик 110 может быть материалом на основе жидкости или геля, при этом гильза 112 обеспечивает уплотненный контейнер для герметика 110.

В некоторых вариантах реализации пористым материалом является композиционный материал, включающий полый материал наполнителя (для пористости), тяжелый порошок (для плотности) и связующее вещество/матрицу, которым может быть жидкость, твердое вещество или гель. Примеры твердых материалов связующего/матрицы включают полимер (например, поддающийся отливке термоотверждающийся эпоксидный материал, каучук или термопласт, поддающийся литью под давлением), химически связанный керамический материал (например, соединение на основе цемента), металл или сжимаемый эластомер. Нетвердый материал связующего/матрицы включает гель (который обладает большей сжимаемостью от удара, чем твердый материал) или жидкость. Полый наполнитель для противоударного материала может быть мелкозернистым порошком, при этом каждая частица включает наружную оболочку, окружающую объем газа или вакуума. В одном варианте реализации полый наполнитель может включать до 60% общего объема соединения, при этом каждая частица полого наполнителя включает от 70 до 80 объемн.% воздуха. Оболочка полого наполнителя непроницаема и очень прочна, чтобы предотвратить разрушение при обычных давлениях в стволе скважины (порядка около 10 килофунтов на кв. дюйм в одном примере). Альтернативным решением использования полых наполнителей является получение и сохранение устойчивых воздушных пузырей непосредственно внутри матрицы путем смешения, использования поверхностно-активных веществ и т.д.

В одном варианте реализации тяжелый порошок наполнителя может составлять до 50 объемн.% общего объема соединения, при этом порошком является металл, например медь, железо, вольфрам или другой материал, обладающий высокой плотностью. В качестве альтернативы тяжелым наполнителем может быть песок. В других вариантах реализации тяжелый порошок может составлять до 10%, 25% или 40% (объемн.) общего объема соединения. Форма частиц порошка, обладающего высокой плотностью, выбрана так, чтобы получать правильную реологию смеси для достижения равномерной структуры конечного соединения (без расслоения).

Использование песка в качестве тяжелого наполнителя вместо металла обеспечивает одно или несколько преимуществ. Например, песок более знаком для работающего персонала и поэтому является более подходящим для работы материалом. К тому же, при увеличении объема песка объем матрицы/связующего вещества уменьшается, что снижает количество осколков, образующихся из материала матрицы/связующего после взрыва.

В некоторых вариантах объемная плотность смягчающего удар материала составляет приблизительно от 0,5 г/см³ (граммов на кубический сантиметр) до 10 м/см³ с пористостью соединения в пределах приблизительно от 2% до 90%.

Другие варианты твердых пористых материалов включают 10 г/см³ 40%-ного пористого материала, такого как вольфрамовый порошок, смешанный с полыми микросферами (50 объемн.% каждого). Другое соединение примера включает 53 объемн.% эпоксидного материала с низкой вязкостью, 42 оъемн.% полых стеклянных шариков и 5 объемн.% медного порошка. Плотность соединения составляет приблизительно 1,3 г/см³ и пористость составляет приблизительно 33%. Другое соединение включает приблизительно 39 объем.% воды, 21 объем.% цемента марки Lehigh Class H, 40 объемн.% стеклянных шариков и небольшие добавки для оптимизации реологии и скорости отверждения. Плотность этого соединения составляет около 1,3 г/см³ и пористость составляет приблизительно 30%.

Для образования герметика 110 пористый материал (в виде жидкости или суспензии) может заливаться вокруг несущей полосы 102, находящейся внутри гильзы 112. Затем пористому материалу дают возможность затвердеть. В случае использования пористого цемента цемент в виде порошка может быть смешан с водой и другими добавками для образования цементного теста. В процессе перемешивания цемента в смесь добавляют микросферы. Смесь, все еще в виде жидкого цементного теста, затем заливают внутрь гильзы 112 и оставляют затвердевать. Используемым оборудованием для создания нужного состава может быть любое обычное оборудование для перемешивания цемента. Для увеличения прочности герметика 110 также могут быть добавлены волокна (например стекловолокно, углеродное волокно и т.д.).

Герметик 110 может также быть сформован заранее. Например, герметизирующий элемент может быть разделен на две секции с формованными во внутренней поверхности соответствующими контурами для приема перфоратора и одного или нескольких зарядов. Перфоратор затем может быть помещен между двумя секциями, которые скреплены между собой для обеспечения герметика 110, показанного на фигуре 4В. В еще одном варианте реализации изобретения пористый материал может быть расположен между двумя зарядами и загружаться при загрузке зарядов.

В другом варианте реализации, как показано на фигуре 4С, узкая длинная полоса 102 отсутствует, при этом необходимую опору обеспечивает опорный кронштейн 105 и герметик 110.

На фигурах 5А-5В, показывающих другой вариант реализации изобретения, вместо несущей полосы 102, показанной на фигурах 4А и 4В, использован полый корпус перфоратора 100В для создания условий переходного отрицательного дифференциального давления в необсаженном стволе скважины, чтобы облегчить удаление фильтрационной корки. В полом корпусе перфоратора 100В установлена загрузочная трубка 120, расположенная внутри полого корпуса 122. Загрузочная трубка 120 обеспечивает отверстия 124, через которые можно наблюдать кумулятивные заряды 126. Кумулятивные заряды 126 могут не быть в виде капсул, поскольку кумулятивные заряды защищены от окружающей среды полым корпусом 122, который обычно герметизирован. После установки кумулятивных зарядов 126 внутри загрузочной трубки 120 при сборке пористый материал (например, пористый цемент), который изначально находится в виде жидкости или суспензии, может заливаться через верхнее или нижнее отверстие 130 загрузочной трубки. Материалу затем дают время на отверждение для обеспечения материала пористого наполнителя 125 внутри загрузочной трубки 120. Фигура 5В показывает поперечное сечение перфоратора 100В.

Пористый материал наполнителя может также заполнять внутреннюю полость корпуса 122 для обеспечения большего объема. Помимо ухудшения условий местного переходного отрицательного дифференциального давления дополнительным преимуществом пористого материала является то, что он поглощает энергию, что уменьшает столкновение между зарядами. Кроме того, пористый материал может обеспечивать конструкционную опору для корпуса, так что может быть исполь