Изобретение относится к устройству для воздействия на подземный пласт, которое содержит первую трубку, вторую трубку, горючее тело и распространитель воспламенения. Вторая трубка расположена во внутренней зоне первой трубки, и внутренняя зона второй трубки герметично закрыта от внутренней зоны первой трубки, по существу, для предотвращения движения текучих сред между внутренней зоной первой трубки и внутренней зоной второй трубки. Горючее тело сформировано из твердотельного ракетного топлива и расположено во внутренней зоне первой трубки снаружи внутренней зоны второй трубки. Распространитель воспламенения расположен во внутренней зоне второй трубки и, по существу, не имеет контакта с текучей средой, находящейся в окружающей среде снаружи стенки первой трубки.

[0001] Устройство для воздействия на подземный пласт, содержащее первую трубку, имеющую внутреннюю зону, открытый первый конец и стенку с некоторой длиной, включающую по меньшей мере одно отверстие вдоль длины стенки; вторую трубку, расположенную во внутренней зоне первой трубки и имеющую внутреннюю зону, герметично уплотненную от внутренней зоны первой трубки, по существу, для предотвращения перемещения текучей среды между внутренними зонами первой и второй трубок; первый соединительный элемент, соединенный с первым концом первой трубки и имеющий внутреннюю зону; горючее тело, расположенное во внутренней зоне первой трубки снаружи внутренней зоны второй трубки; распространитель воспламенения, расположенный во внутренней зоне второй трубки, проходящий от внутренней зоны второй трубки через первый открытый конец первой трубки, по существу, во внутреннюю зону первого соединительного элемента и, по существу, не имеющий контакта с текучей средой, находящейся в окружающей среде снаружи стенки первой трубки; первый герметизирующий узел, зацепляющийся со второй трубкой, по существу, для предотвращения перемещения текучей среды между внутренними зонами первой и второй трубок.

[0002] Устройство по п.1, в котором первая трубка изготовлена из материала и с конфигурацией, по существу, предотвращающих ее разложение или разрушение во время горения горючего тела.

[0003] Устройство по п.1, в котором вторая трубка изготовлена из материала и с конфигурацией, по существу, предотвращающих ее разложение или разрушение при воспламенении распространителя воспламенения.

[0004] Устройство по п.1, в котором горючее тело представляет собой топливный элемент.

[0005] Устройство по п.1, в котором распространитель воспламенения содержит детонационный шнур.

[0006] Устройство по п.1, в котором первая трубка имеет открытый второй конец и дополнительно имеются второй соединительный элемент, соединенный с первым концом первой трубки и расположенный последовательно между первой трубкой и первым соединительным элементом, третий соединительный элемент и четвертый соединительный элемент, соединенные со вторым концом первой трубки, причем третий соединительный элемент расположен последовательно между первой трубкой и четвертым соединительным элементом.

[0007] Устройство по п.1, дополнительно содержащее запальный узел, соединенный с распространителем воспламенения, и соединение, уплотненное от проникновения текучих сред и расположенное между запальным узлом и распространителем воспламенения.

[0008] Устройство по п.1, в котором вторая трубка имеет стенку, имеющую внешнюю поверхность, стенка первой трубки имеет внутреннюю поверхность, и внешняя поверхность стенки второй трубки и внутренняя поверхность стенки первой трубки ограничивают кольцеобразный объем, причем горючее тело представляет собой топливный элемент, имеющий продольный проход и расположенный во внутренней зоне первой трубки, и продольный проход вмещает вторую трубку так, что топливный элемент, по существу, не проходит за пределы упомянутого кольцеобразного объема.

[0009] Способ определения рабочих характеристик устройства для воздействия на пласт, содержащий следующие этапы:

[0010] Способ по п.9, дополнительно содержащий этапы фиксирования второго значения по меньшей мере одного параметра или изменения второго значения по меньшей мере одного параметра на третье значение по меньшей мере одного параметра в зависимости от данных второй серии испытаний.

[0011] Способ по п.9, в котором данные первой серии испытаний являются данными давления.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для воздействия на подземный пласт, проходимый буровой скважиной, и, в частности, к устройству, использующему горючее тело и систему воспламенения, и к способу для применения устройства для воздействия на подземный пласт и повышения эффективности перфорационных каналов, обеспечивающих движение текучих сред между буровой скважиной и пластом.

Предшествующий уровень техники изобретения

Целостность буровой скважины, проходящей подземный пласт, повышают соединением между собой отдельных участков длины металлических труб сравнительно большого диаметра, которые называются обсадными трубами, для формирования обсадной колонны, расположенной в буровой скважине. Обсадную колонну обычно цементируют в скважине и затем перфорируют в продуктивных интервалах скважины взрыванием в ней кумулятивных зарядов взрывчатого вещества. Получаемые перфорационные каналы проходят сквозь обсадные трубы и цемент на короткое расстояние в пласт. В дополнение к повышению целостности буровой скважины перфорированная обсадная колонна обеспечивает канал для подачи текучих сред через скважину на поверхность.

В некоторых случаях перфорационные работы желательно проводить при поддержке давления в скважине, превышающего пластовое давление. Повышенное гидростатическое давление в скважине обычно превышает давление разрыва пласта, которое вызывает гидравлический разрыв вблизи перфорационных каналов. Такое создание разрывов в пласте у перфорационных каналов обычно называют воздействием на пласт. Хотя перфорационные каналы часто проходят только на несколько дюймов в пласт, сеть разрывов может проходить в пласт на несколько футов. Такая сеть обеспечивает расширенный канал для прохождения текучих сред из пласта в скважину и может существенно увеличить продуктивность скважины.

В качестве альтернативной технологии воздействия на пласт для создания и распространения разрывов в подземном пласте вместо гидравлического разрыва пласта применяли газообразующие топлива. В соответствии с обычными технологиями воздействия на пласт топливами топливо воспламеняют локально для образования газа, который создает давление в продуктивном интервале скважины в связи с этапом перфорирования или после этапа перфорирования. Образующийся газ создает и распространяет разрывы в пласте в продуктивных интервалах скважины.

Обычное устройство для воздействия на пласт топливом состоит из массы топлива, отлитой из материала твердотельного ракетного топлива, и системы воспламенения, которая содержит запальный узел и распространитель воспламенения, подсоединенный к запальному узлу. Запальный узел обычно содержит детонатор, и распространитель воспламенения обычно представляет собой детонационный шнур. Распространитель воспламенения может содержать, при желании, тонкостенную алюминиевую или картонную гильзу вокруг детонационного шнура, которая облегчает размещение детонационного шнура в инструменте.

Как оказалось, проникание скважинных текучих сред в систему воспламенения, например в соединение между запальным узлом и распространителем воспламенения, может вредно сказаться на функционировании системы воспламенения. Даже если предусмотрена гильза для детонационного шнура, она имеет открытые концы и не обладает достаточной прочностью конструкции для эффективной герметизации системы воспламенения для противодействия проникновению текучих сред из окружающей среды. Общеизвестная технология для ослабления контакта между системой воспламенения и скважинными текучими средами заключается в обертывании соединения между запальным узлом и распространителем воспламенения непроницаемой лентой.

В любом случае вышеописанное устройство для воздействия на пласт топливом не является универсально пригодным для применения в буровых скважинах всех типов, так как оно не имеет достаточной механической прочности для сопротивления избыточным усилиям, встречающимся в буровых скважинах многих типов. Например, настоящее устройство для воздействия на пласт топливом, как правило, не пригодно к применению в буровых скважинах малого диаметра, в буровых скважинах, которые искривлены, и/или в буровых скважинах, в которых температура превышает приблизительно 275 °F из-за избыточных усилий в них.

Прочность конструкции вышеописанного устройства для воздействия на пласт топливом можно повысить размещением массы топлива в металлическом корпусе многоразового применения, который служит опорой для массы топлива во время установки в буровой скважине и последующего воспламенения топлива. В альтернативном варианте масса топлива может быть увеличенной в размере и установлена по окружности металлического корпуса многоразового применения, который служит опорой для массы топлива. В патенте США 6082450, который включен в настоящее описание путем ссылки, предлагается устройство для воздействия на пласт топливом, в котором металлический корпус многоразового применения, внутренний относительно массы топлива, служит опорой для массы топлива. Устройство для воздействия на пласт топливом в соответствии с патентом США 6082450 обеспечивает преимущество использования в буровых скважинах разных диаметров и с разной ориентацией. Закрепленное устройство для воздействия на пласт топливом обычно обеспечивает точно повторяющееся и надежное сгорание топлива в дискретной или регулируемой схеме расположения при воспламенении топлива.

Несмотря на выгодные рабочие характеристики, устройство для воздействия на пласт топливом в соответствии с патентом США 6082450 не полностью уплотняет внутреннюю часть инструмента от скважинных текучих сред. Устройство допускает протекание или просачивание скважинных текучих сред во внутреннюю часть инструмента, где они могут контактировать с системой воспламенения. Как в других существующих устройствах, чтобы свести к минимуму контакт между системой воспламенения и скважинными текучими средами, полагаются на обертывание лентой.

К сожалению, обертывание лентой не всегда надлежаще изолирует систему воспламенения от скважинных текучих сред. Когда обертывание лентой не достаточно защищает систему воспламенения от скважинных текучих сред, способность детонационного шнура правильно распространять детонацию топлива нарушается, что вредит точному повторению и надежности сгорания топлива и соответственно снижает общую эффективность устройства для воздействия на пласт топливом. По существу, требуется устройство для воздействия на пласт топливом, который поддерживает систему воспламенения в достаточно сухом состоянии в широком диапазоне условий буровых скважин.

В патенте США 5005641 раскрыто устройство для воздействия на подземный пласт, содержащее первую трубку, имеющую внутреннюю зону, открытый первый конец и стенку с некоторой длиной, включающую по меньшей мере одно отверстие вдоль длины стенки, и вторую трубку, расположенную во внутренней зоне первой трубки и имеющую внутреннюю зону, герметично уплотненную от внутренней зоны первой трубки, по существу, для предотвращения перемещения текучей среды между внутренними зонами первой и второй трубок. Устройство содержит горючее тело, расположенное во внутренней зоне первой трубки снаружи внутренней зоны второй трубки, и распространитель воспламенения, расположенный во внутренней зоне второй трубки, проходящий от внутренней зоны второй трубки через первый открытый конец первой трубки, по существу, во внутреннюю зону первого соединительного элемента и, по существу, не имеющий контакта с текучей средой, находящейся в окружающей среде снаружи стенки первой трубки.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для воздействия на подземный пласт, использующего горючий материал, например топливо, воспламеняемый системой воспламенения, которое поддерживает систему воспламенения в состоянии, по существу, непроницаемой изоляции от скважинных флюидов. Другой целью настоящего изобретения является создание устройства для воздействия на подземный пласт, использующего горючий материал, воспламеняемый системой воспламенения, при этом, горючий материал находится в форме твердотельного горючего тела, удерживаемого на опорной раме, которая также служит опорой для распространителя воспламенения, внутри устройства. Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для воздействия на пласт, в котором воспламенение горючего материала тщательно регулируется надлежаще заданными некоторыми физическими параметрами устройства для обеспечения, по существу, надежного и точно повторяющегося сгорания горючего материала.

Данные и другие цели достигаются в соответствии с нижеописанным изобретением.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создано устройство для воздействия на подземный пласт, содержащее первую трубку, имеющую внутреннюю зону, открытый первый конец и стенку с некоторой длиной, включающую по меньшей мере одно отверстие вдоль длины стенки, вторую трубку, расположенную во внутренней зоне первой трубки и имеющую внутреннюю зону, герметично уплотненную от внутренней зоны первой трубки, по существу, для предотвращения перемещения текучей среды между внутренними зонами первой и второй трубок, первый соединительный элемент, соединенный с первым концом первой трубки и имеющий внутреннюю зону, горючее тело, расположенное во внутренней зоне первой трубки снаружи внутренней зоны второй трубки, распространитель воспламенения, расположенный во внутренней зоне второй трубки, проходящий от внутренней зоны второй трубки через первый открытый конец первой трубки, по существу, во внутреннюю зону первого соединительного элемента и, по существу, не имеющий контакта с текучей средой, находящейся в окружающей среде снаружи стенки первой трубки, первый герметизирующий узел, зацепляющийся со второй трубкой, по существу, для предотвращения перемещения текучей среды между внутренними зонами первой и второй трубок.

Первая трубка может быть изготовлена из материала и с конфигурацией, по существу, предотвращающих ее разложение или разрушение во время горения горючего тела.

Вторая трубка может быть изготовлена из материала и с конфигурацией, по существу, предотвращающих ее разложение или разрушение при воспламенении распространителя воспламенения.

Горючее тело может представлять собой топливный элемент.

Распространитель воспламенения может содержать детонационный шнур.

Первая трубка может иметь открытый второй конец, и дополнительно имеются второй соединительный элемент, соединенный с первым концом первой трубки и расположенный последовательно между первой трубкой и первым соединительным элементом, третий соединительный элемент и четвертый соединительный элемент, соединенные со вторым концом первой трубки, причем третий соединительный элемент расположен последовательно между первой трубкой и четвертым соединительным элементом.

Устройство может дополнительно содержать запальный узел, соединенный с распространителем воспламенения, и соединение, уплотненное от проникновения текучих сред и расположенное между запальным узлом и распространителем воспламенения.

Вторая трубка может иметь стенку, имеющую внешнюю поверхность, стенка первой трубки имеет внутреннюю поверхность, и внешняя поверхность стенки второй трубки и внутренняя поверхность стенки первой трубки ограничивают кольцеобразный объем, причем горючее тело представляет собой топливный элемент, имеющий продольный проход и расположенный во внутренней зоне первой трубки, и продольный проход вмещает вторую трубку так, что топливный элемент, по существу, не проходит за пределы упомянутого кольцеобразного объема.

Согласно изобретению создан способ определения рабочих характеристик устройства для воздействия на пласт, содержащий следующие этапы:

выбор первого значения по меньшей мере одного параметра устройства для воздействия на пласт, содержащего первую трубку, имеющую внутреннюю зону и стенку с некоторой длиной, включающей множество отверстий вдоль длины стенки, вторую трубку, расположенную во внутренней зоне первой трубки и имеющую внутреннюю зону и стенку с некоторой длиной, горючее тело, расположенное во внутренней зоне первой трубки снаружи внутренней зоны второй трубки, и распространитель воспламенения, расположенный во внутренней зоне второй трубки, причем по меньшей мере один параметр выбран из группы, состоящей из соотношения геометрических характеристик второй трубки и горючего тела, толщины распространителя воспламенения, плотности распространителя воспламенения, заряда взрывчатого вещества распространителя воспламенения, состава материала второй трубки и толщины стенки второй трубки, диаметра внутренней зоны второй трубки, размера отверстий, количества отверстий и схемы расположения отверстий вдоль длины стенки первой трубки;

расположение множества мониторов технологических условий в стволе скважины;

расположение устройства для воздействия на пласт в стволе скважины;

выполнение первой серии испытаний устройства для воздействия на пласт, содержащей воспламенение горючего тела распространителем воспламенения и сжигание воспламененного горючего тела, с образованием газообразных продуктов горения;

получение данных первой серии испытаний, относящихся к газообразным продуктам горения, с использованием мониторов технологических условий;

изменение первого значения по меньшей мере одного параметра на второе значение по меньшей мере одного параметра в зависимости от данных первой серии испытаний;

выполнение второй пробной серии испытаний устройства для воздействия на пласт, которая является, по существу, такой же, как первая серия испытаний;

получение данных второй серии испытаний, относящихся к газообразным продуктам горения, с использованием мониторов технологических условий.

Способ может дополнительно содержать этапы фиксирования второго значения по меньшей мере одного параметра или изменения второго значения по меньшей мере одного параметра на третье значение по меньшей мере одного параметра в зависимости от данных второй серии испытаний.

В способе данные первой серии испытаний могут быть данными давления.

Настоящее изобретение более понятно из чертежей и нижеследующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 изображает схематичный вид устройства для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением, расположенного в скважине, проходящей через подземный пласт.

Фиг. 2 - продольный разрез модуля для воздействия на пласт, применяемого в устройстве для воздействия на пласт, показанном на фиг. 1.

Фиг. 3 - поперечное сечение модуля для воздействия на пласт, показанного на фиг. 2.

Фиг. 4 - местный вид с частным продольным разрезом переходной муфты, вмещающей запальный узел, применяемый в устройстве для воздействия на пласт, показанном на фиг. 1.

Фиг. 5 - местный вид с частным продольным разрезом альтернативного запального узла, применяемого в устройстве для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 6 - продольный разрез альтернативного варианта осуществления модуля для воздействия на пласт, применяемого в устройстве для воздействия на пласт, показанном на фиг. 1.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

На фиг. 1 показана буровая скважина 10, проходящая от поверхности 12 земли сквозь землю 14 в подземный пласт 16. Для наглядности скважина 10 является, по существу, вертикальной скважиной. Однако настоящее изобретение применимо, в частности, в скважинах, которые отклоняются от вертикали, включая горизонтальные скважины и другие скважины, имеющие большой угол отклонения от вертикали. Забой скважины 10 имеет обсадную трубу 18, которая расположена по ее длине и закреплена цементом 20.

В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1, обеспечен каротажный кабель 22, и кабельная головка 24 закреплена на конце кабеля 22. Каротажный зонд 26, переходная муфта 28 и устройство для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением соединены торец к торцу последовательно с кабельной головкой 24 любыми подходящими средствами, например на крепежной резьбе. Примерный каротажный зонд 26 представляет собой локатор муфт. Для наглядности устройство для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением, показанное на фиг. 1, содержит два модуля 30а, 30b для воздействия на пласт, соединенных торец к торцу последовательно. Однако приведенный вариант нельзя толковать как ограничивающее объем изобретения. Устройство для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением включает в себя, по существу, любое устройство для воздействия на пласт, содержащее по меньшей мере один модуль 30а для воздействия на пласт и, выборочно, содержащее любое число дополнительных модулей 30b, 30c, 30d и т.д. для воздействия на пласт (не показаны), которые соединены торец к торцу последовательно с первым модулем 30а. В настоящем варианте осуществления устройство для воздействия на пласт дополнительно содержит непроницаемую для текучей среды головку 32, которая присоединена к оконечному модулю 30b для воздействия на пласт в последовательности 30а, 30b любым подходящим средством, например на крепежной резьбе, и которой заканчивается инструмент для воздействия на пласт. В альтернативном варианте концом устройства для воздействия на пласт может быть оконечный модуль 30b в последовательности, который соединен непроницаемым для текучей среды способом с другим скважинным инструментом или другим скважинным устройством (не показанным).

В любом случае каротажный кабель 22, содержащий кабельную головку 24, каротажный зонд 26, переходную муфту 28 и устройство для воздействия на пласт, последовательно присоединенные к кабелю, опускают в скважину 10, пока устройство для воздействия на пласт не достигнет глубины подземного пласта 16. При необходимости, можно применить любое подходящее средство, например паркер и насосно-компрессорные трубы (не показанные), для изоляции участков буровой 10 выше и ниже устройства для воздействия на пласт друг от друга. В соответствии с непоказанными альтернативными вариантами осуществления, входящими в компетенцию квалифицированного специалиста, возможно альтернативное расположение и закрепление устройства для воздействия на пласт в скважине 10 посредством троса для работ в скважине, гибких насосно-компрессорных труб малого диаметра, насосно-компрессорной колонны или любого другого подходящего средства. Альтернативные опорное средство и устройство для воздействия на пласт опускают в скважину 10, пока оно не достигнет глубины подземного пласта 16, по существу, таким же образом, как показано на фиг. 1. Изоляцию скважины можно аналогично выполнять любым подходящим средством, при необходимости.

На фиг. 2 и 3 показаны описанные далее детали модуля для воздействия на пласт, применимого в устройстве для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением. Модуль 30 для воздействия, показанный на фиг. 2 и 3, в общем соотносится с модулями 30а и 30b для воздействия на пласт, обозначенными позициями, в той мере, в которой модули 30а и 30b являются, по существу, идентичными один другому и модулю 30. Относительные понятия «верхний » и «нижний » применяются в нижеследующем описании для различения между собой разных элементов модуля 30, но не подлежат толкованию в смысле ограничения объема изобретения. Понятия «верхний » и «нижний » характеризуют относительное расположение данного элемента модуля 30 как положение либо над, либо под другим элементом модуля 30, когда модуль 30 опускают в вертикальную скважину 10.

Модуль 30 для воздействия на пласт содержит корпус 34, верхний соединительный элемент 36, первый нижний соединительный элемент 38, второй нижний соединительный элемент 40 и изоляционный элемент 42. Корпус 34 и изоляционный элемент 42 предпочтительно имеют, каждый, трубчатую конфигурацию в виде полого цилиндра, который открыт на обоих концах. Изоляционный элемент 42 имеет внешний диаметр, существенно меньший, чем внутренний диаметр корпуса 34. Изоляционный элемент 42 и корпус 34 продольно совмещены друг с другом, и изоляционный элемент расположен в корпусе 34, предпочтительно концентрично, для ограничения кольцеобразного объема 44 корпуса, который проходит от внутренней поверхности корпуса 34 и внешней поверхности изоляционного элемента 42. По существу, корпус 34 является оболочкой, которая отделяет кольцеобразный объем 44 корпуса от окружающей среды 46, внешней относительно корпуса 34. Когда модуль 30 находится в скважине 10, как показано на фиг. 1, окружающая среда 46 является буровой скважиной 10, которая обычно содержит пластовые текучие среды.

Корпус 34 предпочтительно изготовлен из металла высокой прочности, например высококачественной стали, которая допускает многократное использование, т.е. не поддается существенному разрушению или повреждению во время нормальной эксплуатации инструмента для воздействия на пласт. Верхний и нижний концы 48, 50 корпуса 34 открыты и снабжены, каждый, подходящим средством соединения с верхним соединительным элементом 36 и первым нижним соединительным элементом 38 соответственно. В частности, верхний конец 48 корпуса 34 снабжен верхней внутренней крепежной резьбой 51, которая согласованно соединена с наружной крепежной резьбой 52 на нижнем конце 53 верхнего соединительного элемента 36. Нижний конец 50 корпуса 34 снабжен нижней внутренней крепежной резьбой 54, которая согласованно соединена с верхней наружной крепежной резьбой 55 на верхнем конце 56 первого нижнего соединительного элемента 38. Дополнительно обеспечены установочные винты 57 для дополнительного закрепления соединения между корпусом 34 и верхним и первым нижним соединительными элементами 36, 38 соответственно. На пересечении корпуса 34 и верхнего и первого нижнего соединительных элементов 36, 38 соответственно для обеспечения между ними непроницаемого для текучей среды уплотнения расположены кольцевые уплотнения 58.

Хотя корпус 34 является предпочтительно, по существу, прямым и имеет, по существу, одинаковое круглое поперечное сечение по всей его длине, корпус 34 может быть в альтернативном варианте равномерно сужающимся или, иначе, расширенным или суженным по меньшей мере в одном месте по его длине, или может иметь альтернативную конфигурацию в поперечном сечении, например квадратную или овальную. Подобные альтернативные конфигурации корпуса 34 можно выбирать в зависимости от данной буровой скважины и/или применения, что будет очевидно квалифицированному специалисту. В любом случае длина корпуса 34 обычно составляет приблизительно до 20 футов или более и диаметр поперечного сечения корпуса 34 обычно составляет приблизительно до 4 дюймов или более. Примерные размеры корпуса 34 составляют около 21 фута в длину, около 2,875 дюймов по внешнему диаметру, около 2,35 дюймов по внутреннему диаметру при толщине стенки около 0,2625 дюймов.

Корпус 34 имеет по меньшей мере одно сформированное в нем отверстие 60. В случае нескольких отверстий 60 они могут быть либо равномерно, либо случайно разнесены вдоль корпуса 34. Отверстия 60 могут проходить только вдоль участка длины корпуса 34 или могут проходить, по существу, по всей длине корпуса 34. Ниже описаны альтернативные варианты осуществления отверстий, которые все могут применяться в настоящем изобретении. Хотя для каждого варианта осуществления описано только одно отверстие, следует понимать, что описание единичных отверстий применимо также к нескольким отверстиям.

Термин «отверстие » в контексте настоящего описания обычно обозначает либо «сквозное отверстие », либо «разрывное отверстие ». Сквозное отверстие 60 является предпочтительным и показано на фиг. 2 и 3. Сквозное отверстие 60 образовано в данном случае как проход, например отверстие, вырез или что-то подобное, который проходит сквозь всю толщину стенки корпуса 34 и допускает движение текучих сред между кольцеобразным объемом 44 корпуса и окружающей средой 46. Отверстие 60 имеет в общем кольцевую внешнюю конфигурацию для наглядности. Однако отверстие 60 может иметь, по существу, любую другую подходящую внешнюю конфигурацию. Например, оно может иметь внешнюю конфигурацию звезды, креста или чего-то подобного, что очевидно квалифицированному специалисту.

Разрывное отверстие (не показанное) определяется в настоящем описании как относительно небольшая секция корпуса 34, которая в сочетании с остальным корпусом 34 первоначально сплошь замыкает кольцеобразный объем 44 корпуса и обеспечивает для кольцеобразного объема 44 корпуса непроницаемую для текучей среды изоляцию от окружающей среды 46. Однако разрывное отверстие разрывается при воспламенении нижеописанного горючего тела, чтобы обеспечивать проход, проходящий сквозь всю толщину стенки корпуса 34 и допускающий движение текучих сред между кольцеобразным объемом 44 корпуса и окружающей средой 46.

Разрывное отверстие и остальной корпус 34 можно изготавливать за одно целое из общего сплошного материала, например вышеупомянутой высококачественной стали. Толщина разрывного отверстия, по существу, уменьшена относительно остального корпуса 34. В результате разрывное отверстие уменьшенной толщины легко взламывается при воспламенении горючего тела. Однако толщина остального корпуса 34 достаточна, чтобы выдерживать силу сгорания горючего тела без вскрытия. В альтернативном варианте разрывное отверстие сначала изготавливают как проход сквозь корпус 34. Однако в проходе закрепляют с возможностью съема пробку, сформированную из такого же материала, что и корпус 34, или другого материала, для селективного уплотнения прохода. Пробка легко выбивается из отверстия при воспламенении горючего тела, тогда как остальной корпус 34 выдерживает силу сгорания горючего тела без вскрытия.

Изоляционный элемент 42 предпочтительно целиком замыкает внутреннюю зону 62 изоляционного элемента по всей длине изоляционного элемента 42, т.е. по всей длине изоляционного элемента 42 не имеет отверстий. По существу, изоляционный элемент 42 не допускает движения текучих сред между кольцеобразным объемом 44 корпуса и внутренней зоной 62 по всей длине изоляционного элемента 42. Однако изоляционный элемент 42 имеет верхний и нижний концы 64, 66, которые открыты.

Изоляционный элемент 42 предпочтительно изготовлен из однородного материала, имеющего равномерную толщину стенки по всей его длине. Материал и толщину стенки изоляционного элемента 42 предпочтительно выбирают так, чтобы изоляционный элемент 42 обладал достаточной прочностью конструкции, чтобы выдерживать внешнее давление окружающей среды 46 без разрыва или иного создания возможности движения текучих сред между кольцеобразным объемом 44 корпуса и внутренней зоной 62. Однако материал и толщину стенки изоляционного элемента 42 выбирают так, чтобы изоляционный элемент 42 легко разрывался, или иначе взламывался, или отделялся при детонации распространителя воспламенения, например взрывчатого вещества, расположенного во внутренней зоне 62. Следовательно, например, материал изоляционного элемента 42 может быть ломким металлом, пластиком или композитом. Предпочтительный изоляционный элемент 42 изготовлен для трубки такого типа, которая известна в технике как «трубопровод управления ».

Изоляционный элемент 42 может равномерно сужаться или в ином случае расширяться или суживаться по меньшей мере в одном месте по ее длине. Однако изоляционный элемент 42 является предпочтительно, по существу, прямым, по существу, с равномерным поперечным сечением по всей его длине. Диаметр поперечного сечения изоляционного элемента 42 предпочтительно меньше чем приблизительно 1 дюйм. Примерные размеры изоляционного элемента 42 составляют около 0,375 дюймов по внешнему диаметру, около 0,277 дюймов по внутреннему диаметру при толщине стенки около 0,049 дюймов. Длина изоляционного элемента 42 предпочтительно, по меньшей мере, равна длине корпуса 34, так что изоляционный элемент 42 непрерывно проходит от приблизительно верхнего конца 48 корпуса 34 до приблизительно нижнего конца 50 корпуса 34. Длина изоляционного элемента 42 в более предпочтительном варианте, по существу, больше длины корпуса 34, так что верхний конец 64 изоляционного элемента 42 проходит, по существу, вверх за верхний конец 48 корпуса 34, и/или нижний конец 64 изоляционного элемента 42 проходит, по существу, вниз за нижний конец 50 корпуса 34.

Распространитель воспламенения расположен во внутренней зоне 62 изоляционного элемента 42. Распространитель воспламенения предпочтительно представляет собой компонент(ы) системы воспламенения, примеры которой более полно описаны ниже. Распространитель воспламенения предпочтительно содержит взрывчатое вещество и непрерывно продолжается, по существу, по всей длине внутренней зоны 62. Предпочтительный распространитель воспламенения содержит участок 68 детонационного шнура, например, участок 40-жильного детонационного шнура, который содержит взрывчатое вещество. Участок 68 детонационного шнура проходит в открытый верхний или нижний конец 64 или 66 изоляционного элемента 42 и проходит от верхнего конца 64 к нижнему концу 66, по существу, по всей длине внутренней зоны 62. Участок 68 детонационного шнура предпочтительно имеет в сечении диаметр, приблизительно равный или немного меньший, чем внутренний диаметр изоляционного элемента 42, чтобы создать возможность сцепления по точной посадке участка 68 детонационного шнура с внутренней поверхностью изоляционного элемента 42. Хотя участок 68 детонационного шнура можно физически прикрепить к внутренней поверхности изоляционного элемента 42 любым подходящим средством, участок 68 детонационного шнура предпочтительно подвешивают в незакрепленном состоянии во внутренней зоне 62. Хотя и не показано, распространитель воспламенения в альтернативном варианте может содержать легковоспламеняющийся материал или шнур. Например, распространитель воспламенения в альтернативном варианте может использовать черный порох вместо детонационного шнура для воспламенения горючего тела, как описано ниже, в модуле 30 для воздействия на пласт.

Горючее тело расположено внутри кольцеобразного объема 44 корпуса между внутренней поверхностью корпуса 34 и внешней поверхностью изоляционного элемента 42. Горючее тело предпочтительно является горючим материалом, сформированным в виде твердого тела. Горючий материал выбран из группы, состоящей из топлив, взрывчатых веществ и кумулятивных зарядов. Горючее тело предпочтительно представляет собой твердотельное ракетное топливо, сформированное в виде одного или более топливных элементов 70, имеющих, каждый, трубчатую конфигурацию полого цилиндра с открытыми концами. Каждый топливный элемент 70 имеет продольный проход 72, предпочтительно концентричный с центральной продольной осью топливного элемента 70, и продолжающийся по всей длине оси. Топливный элемент 70 предпочтительно полностью охватывает продольный проход 72 по всей его длине, но имеет верхний и нижний концы 74, 76, которые являются открытыми. Изоляционный элемент 42 предпочтительно выполняет функцию опорной рамы для топливного элемента 70. В частности, изоляционный элемент 42 проходит по длине продольного прохода 72 и наружу из открытого верхнего и нижнего концов 74, 76 топливного элемента 70 и тем самым служит опорой для топливного элемента 70, при удерживании топливного элемента 70 в кольцевом зацеплении, с возможностью сдвига, с внешней поверхностью изоляционного элемента 42.

Из вышеизложенного очевидно, что топливный элемент 70 имеет внешний диаметр, не превышающий внутренний диаметр корпуса 34, но, по существу, превышающий внешний диаметр изоляционного элемента 42. При желании, внешний диаметр топливного элемента 70 может быть, по существу, меньше, чем внутренний диаметр корпуса 34, так что между внешней поверхностью топливного элемента 70 и внутренней поверхностью корпуса 34 сохраняется зазор. Продольный проход 72 топливного элемента 70 имеет в сечении диаметр, приблизительно равный или больший, чем внешний диаметр изоляционного элемента 42, чтобы допускать зацепление, с возможностью скольжения, внутренней поверхности топливного элемента 70 с внешней поверхностью изоляционного элемента 42. Топливный элемент 70 конструктивно выполнен так, что диаметр продольного прохода 72, по существу, приближается к внешнему диаметру изоляционного элемента 42, если на практике требуется сцепление по точной посадке топливного элемента 70 с изоляционным элементом 42. В альтернативном варианте топливный элемент 70 конструктивно выполнен так, что диаметр продольного прохода 72, по существу, отходит от внешнего диаметра изоляционного элемента 42, если на практике требуется сцепление по свободной посадке топливного элемента 70 с изоляционным элементом 42.

Количество топлива в топливном элементе 70 зависит от длины топливного элемента 70, диаметра продольного прохода 72 и внешнего диаметра топливного элемента 70. Диаметр продольного прохода 72 фиксирует положение внутренней поверхности топливного элемента 70, и внешний диаметр топливного элемента 70 фиксирует положение внешней поверхности топливного элемента 70. Внутренняя и внешняя поверхности топливного элемента 70, соответственно, ограничивают кольцеобразный объем 78 топлива, который отражает количество топлива в топливном элементе 70. Топливный элемент 70 конструктивно выполняют с уменьшенным диаметром продольного прохода 72 и/или увеличенным внешним диаметром топливного элемента 70 при данной длине, если на практике требуется увеличение количества топлива в топливном элементе 70. Напротив, топливный элемент 70 конструктивно выполняют с увеличенным диаметром продольного прохода 72 и/или уменьшенным внешним диаметром топливного элемента 70 при данной длине, если на практике требуется уменьшение количества топлива в топливном элементе 70.

Длина топливного элемента 70 обычно составляет приблизительно до 2 футов или более, и диаметр поперечного сечения топливного элемента 70 обычно составляет приблизительно до 2 дюймов или более. Примерные размеры топливного элемента 70 составляют около 2 футов в длину, около 2,25 дюймов по внешнему диаметру при диаметре продольного отверстия около 0,4375 дюймов. Хотя длина топливного элемента 70 может быть, по существу, равной длине корпуса 34 и/или изоляционного элемента 42, очевидно, что длина топливного элемента 70 в альтернативном варианте может быть, по существу, меньше, чем длина корпуса 34 или изоляционного элемента 42. В таких случаях в рамках настоящего изобретения внутри кольцеобразного объема 44 корпуса устанавливают множество топливных элементов 70. В частности, топливные элементы 70 удерживаются последовательно на изоляционном элементе 42 вышеописанным образом.

Топливные элементы 70 можно стыковать торец к торцу последовательно по длине изоляционного элемента 42, пока число состыкованных топливных элементов 70 не становится достаточным, чтобы топливные элементы 70 заняли, по существу, всю длину изоляционного элемента 42 внутри кольцеобразного объема 44 корпуса. В данном случае внешняя поверхность изоляционного элемента 42 внутри кольцеобразного объема 44 корпуса полностью покрыта топливными элементами 70. В альтернативном варианте на изоляционном элементе 42 может быть последовательно установлено меньшее число топливных элементов 70 или такое же число топливных элементов 70, но каждый короче в длину, при этом число топливных элементов 70 меньше, чем требуется, чтобы занять, по существу, всю длину кольцеобразного объема 44 корпуса. В данном случае на внешней поверхности изоляционного элемента 42 внутри кольцеобразного объема 44 корпуса имеются промежутки, которые не закрыты топливными элементами 70. При желании, топливные элементы 70 могут быть закреплены любыми подходящими средствами в конкретных местах на изоляционном элементе 42 (например, совмещено с отверстием 60 на корпусе 34) для предотвращения скользящего смещения топливных элементов 70 относительно корпуса 34 во время эксплуатации модуля 30 для воздействия на пласт.

Топливные элементы 70, показанные на фиг. 2 и 3 и описанные выше как предпочтительно, в основном, трубчатые элементы по конфигурации, называются в настоящем описании «стержневыми шашками твердого ракетного топлива ». В рамках настоящего изобретения топливный(ые) элемент(ы) 70 могут иметь подходящую конфигурацию, отличающуюся от конфигурации стержневых шашек твердого ракетного топлива. Например, топливный(ые) элемент(ы) могут быть выполнены по конфигурации в виде спиральной, линейной или криволинейной стержневой шашки или, в общем, кольцевидной шашки. При использовании, в общем, менее предпочтительных альтернативных конфигураций топливного(ых) элемента(ов), возможно, потребуется закреплять топливный(ые) элемент(ы) альтернативной конфигурации к внешней поверхности изоляционного элемента 42 путем формования материала топливного элемента на изоляционном элементе или любым другим подходящим средством. Как и в случае с предпочтительной трубчатой конфигурацией, по меньшей мере один топливный элемент альтернативной конфигурации может продолжаться по всей длине внешней поверхности изоляционного элемента 42 внутри кольцеобразного объема 44 корпуса или может продолжаться вдоль только его участка. Кроме того, по меньшей мере один топливный элемент альтернативной конфигурации может продолжаться по всей окружности внешней поверхности изоляционного элемента 42 внутри кольцеобразного объема 44 корпуса или только вокруг его участка. Независимо от конфигурации топливных элементов топливные элементы предпочтительно располагают на изоляционном элементе 42 так, чтобы, по меньшей мере, участок по меньшей мере одного отверстия 60 корпуса 34 совмещался с топливным элементом 70.

Каждый топливный элемент 70 предпочтительно изготовлен из водоотталкивающего или водостойкого топливного материала, который физически не изменяется под действием гидростатических давлений, обычно имеющих место в скважине 10 во время операций заканчивания или добычи. Топливный материал предпочтительно является химически неактивным или инертным по отношению ко всем текучим средам, в частности, таким, которые обычно встречаются в скважине 10. Предпочтительным топливным материалом является эпоксидный состав или пластик, содержащий включенный в него окислитель, например материал, выпускаемый на рынок компанией НТН Technical Services, Inc., Coeur d'Alene, Idaho и Owen Oil Tools, Inc., Fort Worth, Texas. Такой топливный материал нуждается в двух независимых условиях для воспламенения. Топливный материал должен находиться под относительно высоким давлением, например по меньшей мере около 500 фунт/дюйм, и распространитель воспламенения должен поджигаться. Топливный элемент 70 предпочтительно изготавливают отливкой или нагнетанием эпоксидного или пластикового топливного материала, содержащего окислитель, в пресс-форму (не показанную) и выдерживанием для отверждения в пресс-форме при окружающей или повышенной температуре, пока топливный материал не отверждается по форме пресс-формы.

Как упоминалось выше, верхний конец 48 корпуса 34 соединен на резьбе с нижним концом 53 верхнего соединительного элемента 36 и нижний конец 48 корпуса 34 соединен на резьбе с верхним концом 56 первого соединительного элемента 38. Верхний соединительный элемент 36 снабжен также внутренней крепежной резьбой 80 на его верхнем конце 82, и первый нижний соединительный элемент 38 снабжен также нижней наружной крепежной резьбой 84 на его нижнем конце 86. Второй нижний соединительный элемент 40 снабжен внутренней крепежной резьбой 88 на его верхнем конце 90 и внутренней крепежной резьбой 92 на его нижнем конце 94. Внутренняя крепежная резьба 88 второго нижнего соединительного элемента 40 согласованно соединяется с нижней наружной крепежной резьбой 84 первого нижнего соединительного элемента 38 для обеспечения резьбового соединения верхнего конца 90 второго нижнего соединительного элемента 40 с нижним концом 86 первого нижнего соединительного элемента 38. На пересечении первого и второго нижних соединительных элементов 38, 40, для обеспечения между ними непроницаемого для текучих сред уплотнения, также расположены кольцевые уплотнения 58. В результате первый нижний соединительный элемент 38 расположен последовательно между корпусом 34 и вторым нижним соединительным элементом 40.

Верхний соединительный элемент 36, первый нижний соединительный элемент 38 и второй нижний соединительный элемент 40 изготовлены предпочтительно, по существу, из такого же или аналогичного материала для многократного применения, что и корпус 34, и каждый элемент 36, 38, 40 предпочтительно имеет, по существу, трубчатую или открытую с концов полую цилиндрическую конфигурацию. Верхний соединительный элемент 36 имеет продольный проход 96, предпочтительно концентричный центральной продольной оси верхнего соединительного элемента 36 и проходящий по всей длине оси. Верхний соединительный элемент 36 предпочтительно полностью охватывает продольный проход 96 по всей его длине. Однако продольный проход 96 имеет верхний и нижний участки 98, 100 на верхнем и нижнем концах 82, 53 соответственно верхнего соединительного элемента 36, которые открыты и которые имеют расширенный диаметр по отношению к промежуточному участку 102 продольного прохода 96. Верхний вспомогательный фитинг 104, имеющий трубчатую конфигурацию с продольным проходом 106, удерживается на резьбе или иным методом в расширенном верхнем участке 98 продольного прохода 96. Верхняя поддерживающая уплотнение вставка 108, аналогично имеющая трубчатую конфигурацию с продольным проходом 110, который содержит уплотнительное посадочное место, удерживается на резьбе в расширенном нижнем участке 100 продольного прохода 96. На пересечении верхней поддерживающей уплотнение вставки 108 и верхнего соединительного элемента 36, для обеспечения между ними непроницаемого уплотнения, расположены кольцевые уплотнения 58.

Верхний герметизирующий узел 112, имеющий продольный проход 114 посажен и удерживается на резьбе в продольном проходе 110 верхней поддерживающей уплотнение вставки 108 на ее нижнем конце 116. Верхний герметизирующий узел 112 представляет собой предпочтительно обычный фитинг с торцевым непроницаемым уплотнением, например из фитингов, выпускаемых на рынок компанией Swagelock Company, Solon, Ohio. Верхняя поддерживающая уплотнение вставка 108 и верхний герметизирующий узел 112 предпочтительно изготовлены, по существу, из такого же или аналогичного материала для многократного применения, что и корпус 34, тогда как верхний вспомогательный фитинг 104 может быть изготовлен из ломкого или в ином случае вспененного пластика.

Первый нижний соединительный элемент 38 имеет продольный проход 118 аналогично верхнему соединительному элементу 36. Продольный проход 118 продолжается по длине его центральной продольной оси и имеет расширенные верхний и нижний участки 120, 122 и промежуточный участок 124. Нижняя поддерживающая уплотнение вставка 126, по существу, идентичная верхней поддерживающей уплотнение вставки 108, имеющая продольный проход 128, который содержит уплотнительное посадочное место, удерживается на резьбе в расширенном нижнем участке 122 продольного прохода 118. Нижний уплотнительный узел 130, по существу, идентичный верхнему уплотнительному узлу 112, имеет продольный проход 132 и посажен и удерживается на резьбе в продольном проходе 128 нижней поддерживающей уплотнение вставки 126 на ее нижнем конце 134. Второй нижний соединительный элемент 40 имеет продольный проход 136, продолжающийся по длине его центральной продольной оси, который имеет расширенные верхний и нижний участки 138, 140 и промежуточный участок 142. Нижний вспомогательный фитинг 144, по существу, идентичный верхнему вспомогательному фитингу 104, имеет продольный проход 146 и удерживается на резьбе или иным методом в расширенном нижнем участке 140 продольного прохода 136.

Соединенные между собой верхний соединительный элемент 36, первый нижний соединительный элемент 38, второй нижний соединительный элемент 40 и корпус 34 взаимодействуют между собой для поддержки требуемого положения изоляционного элемента 42 (и, соответственно, связанных с ним участка 68 детонационного шнура и топливных элементов 70) внутри корпуса 34. В частности, изоляционный элемент 42 расположен последовательно (в нисходящем порядке) в продольном проходе 110 верхней поддерживающей уплотнение вставки 108, продольном проходе 114 верхнего уплотняющего узла 112, продольном(ых) проходе(ах) 72 топливного(ых) элемента(ов) 70, продольном проходе 118 первого нижнего соединительного элемента 38, продольном проходе 128 нижней поддерживающей уплотнение вставки 126 и продольном проходе 132 нижнего уплотняющего узла 130. Верхний и нижний уплотняющие узлы 112, 130 плотно прижаты к изоляционному элементу 42 и к верхней и нижней поддерживающим уплотнение вставкам 108, 126 соответственно, чтобы поддерживать с возможностью фиксации вышеописанное положение изоляционного элемента 42 и обеспечивать непроницаемое уплотнение между кольцеобразным объемом 44 корпуса и продольными проходами 96, 136 верхнего и второго нижнего соединительных элементов 36, 40 соответственно.

Участок 68 детонационного шнура проходит вдоль всей длины внутренней зоны 62 изоляционного элемента, который обеспечивает непроницаемую для текучей среды изоляцию участка 68 детонационного шнура от окружающей среды 46. Верхний конец 148 участка 68 детонационного шнура продолжается вверх за верхний конец 64 изоляционного элемента 42 через продольный проход 96 верхнего соединительного элемента 36 и в продольный проход 106 верхнего вспомогательного фитинга 104, где участок 68 детонационного шнура больше не заключен в изоляционном элементе 42. Верхний промежуточный заряд 150, который является дополнительным компонентом распространителя воспламенения, предпочтительно содержащим более мощное взрывчатое вещество, чем участок 68 детонационного шнура, расположен в продольном проходе 106 верхнего вспомогательного фитинга 104 и находится в сцеплении с верхним концом 148 участка 68 детонационного шнура. Верхний уплотняющий узел 112 предотвращает проникновение флюидов в продольные проходы 96, 106 и сохраняет участок 68 детонационного шнура, верхний вспомогательный фитинг 104 и их соединение, по существу, избавленными от контакта с флюидами и сухими внутри.

Нижний конец 152 участка 68 детонационного шнура продолжается вниз за нижний конец 66 изоляционного элемента 42 через продольный проход 136 второго нижнего соединительного элемента 40 и в продольный проход 146 нижнего вспомогательного фитинга 144, где участок 68 детонационного шнура также больше не заключен в изоляционном элементе 42. Нижний промежуточный заряд 154, по существу, идентичный верхнему промежуточному заряду 150, который также является дополнительным компонентом распространителя воспламенения, расположен в продольном проходе 146 нижнего вспомогательного фитинга 144 и находится в сцеплении с нижним концом 152 участка 68 детонационного шнура. Нижний уплотняющий узел 130 предотвращает проникновение флюидов в продольные проходы 136, 146 и сохраняет участок 68 детонационного шнура, нижний вспомогательный фитинг 144 и их соединение, по существу, избавленными от контакта с текучими средами и сухими внутри.

Очевидно, что дополнительные модули для воздействия на пласт, которые предпочтительно, по существу, идентичны вышеописанному модулю 30 для воздействия на пласт, можно соединять на резьбе с любым концом 82 или 94 модуля 30 для воздействия на пласт для создания инструмента для воздействия на пласт, показанного на фиг. 1, содержащего множество модулей 30 для воздействия на пласт, соединенных последовательно. В частности, внутренняя крепежная резьба 80 на верхнем конце 82 модуля 30 для воздействия на пласт соединяется с внутренней крепежной резьбой 92 на нижнем конце 94 примыкающего модуля 30 для воздействия на пласт. На пересечении верхнего соединительного элемента 36 модуля 30 для воздействия на пласт и второго нижнего соединительного элемента 40 примыкающего модуля 30 для воздействия на пласт, для обеспечения между ними непроницаемого для текучей среды уплотнения и предотвращения проникновения текучих сред в продольные проходы 96, 106, 136, 146 расположены кольцевые уплотнения 58. По выполнении резьбового соединения торец к торцу двух модулей 30 для воздействия на пласт нижний промежуточный заряд 154 верхнего модуля для воздействия на пласт (например, модуля 30а для воздействия на пласт, показанного на фиг. 1) предпочтительно сцепляется с верхним промежуточным зарядом 150 нижнего модуля для воздействия на пласт (например, модуля 30b для воздействия на пласт, показанного на фиг. 2).

Если модуль 30 для воздействия на пласт является единственным модулем инструмента для воздействия на пласт или модуль 30 для воздействия на пласт расположен на нижней оконечности множества последовательно соединенных модулей 30 для воздействия на пласт, то нижний конец 94 модуля 30 для воздействия на пласт просто уплотняется резьбовой непроницаемой для текучей среды головкой 32, показанной на фиг. 1, или непроницаемым образом присоединяется к другому скважинному инструменту или другому скважинному устройству (не показанному). Если модуль 30 является единственным модулем инструмента для воздействия на пласт или модуль 30 расположен на верхней оконечности множества последовательно соединенных модулей 30, то верхний конец 82 модуля 30 просто непроницаемым образом присоединяется к другому скважинному инструменту, например переходной муфте 28, показанной на фиг. 1.

В дополнение по меньшей мере к одному модулю 30 устройство для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит запальный узел для инициирования воспламенения распространителя воспламенения, т.е. участка 68 детонационного шнура и промежуточных зарядов 150, 154, расположенных в каждом модуле 30 для воздействия на пласт. Запальный узел и распространитель воспламенения, в сочетании, именуются в настоящем описании системой воспламенения. На фиг. 4 показан и ниже описан примерный запальный узел, который нельзя считать ограничивающим объем изобретения. Запальный узел в настоящем примере представляет собой электродетонатор 400, помещенный в переходнуй муфту 28, показанную на фиг. 1. Электрический кабель 402 имеет два конца, один из которых (не показанный) подключен к кабельной головке 24 (также показанной на фиг. 1). Другой конец электрического кабеля 402 подключен к электродетонатору 400. Электродетонатор 400 заземлен к металлической переходной муфте 28 проводом заземления 404, который крепится к переходной муфте 28 любым подходящим средством, например винтом 406. Запальный участок 408 детонационного шнура прикреплен к детонатору 400 и продолжается в примыкающий модуль 30 для воздействия на пласт, показанный на фиг. 1 и 2, где запальный участок 408 детонационного шнура находится в сцеплении с верхним промежуточным зарядом 150 распространителя воспламенения. Внутренняя крепежная резьба 80 на верхнем конце 82 примыкающего модуля 30 для воздействия на пласт сопрягается на резьбе непроницаемым для текучей среды образом с внутренней крепежной резьбой 410 переходной муфты 28.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящее изобретение предлагает способ приведения в действие вышеописанного инструмента для воздействия на пласт. Как показано на фиг. 1 и 4, инструмент для воздействия на пласт готов к работе сразу после того, как его надлежащим образом установили в скважине 10. Приведение в действие инициируется пропусканием электрического тока от подходящего источника тока на поверхности 12 по каротажному кабелю 22 и электрическому кабелю 402 для воспламенения электродетонатора 400. Электродетонатор 400, в свою очередь, воспламеняет запальный участок 408 детонационного шнура в переходной муфте 28 и промежуточные заряды 150, 154 и участок 68 детонационного шнура в примыкающем модуле 30 для воздействия на пласт. Температура и давление, получаемые от воспламенения участка 68 детонационного шнура, заключенного в изоляционный элемент 42 примыкающего модуля 30 для воздействия на пласт, легко раздробляют изоляционный элемент 42 и воспламеняют по меньшей мере один топливный элемент 70 в модуле 30, смежном с изоляционным элементом 42. Каждый воспламененный топливный элемент 70 выгорает с контролируемой скоростью горения.

Сжатый газ, образуемый при сгорании каждого топливного элемента 70, выходит через отверстие 60 корпуса 34 и поступает в подземный пласт 16 через перфорационные каналы, образованные в обсадной трубе 18 и, тем самым, очищает перфорационные каналы от любых остатков породы. Давление топливных газов воздействует также на пласт 16 путем распространения связи пласта 16 со скважиной 10, в частности путем разрыва пласта 16. Модуль 70 для воздействия на пласт обычно не повреждается сколько-нибудь значительно во время срабатывания. Соответственно модуль 70 можно извлечь из буровой скважины 10 посредством каротажного кабеля 22, отремонтировать, при необходимости, и повторно использовать.

В качестве альтернативного запального узла в вышеописанной системе воспламенения можно применить ударный детонатор. Ударный детонатор является предпочтительным для применения в настоящем инструменте для воздействия на пласт, когда инструмент опускают в скважину на трубах, например обычных насосно-компрессорных трубах или гибких насосно-компрессорных трубах. На фиг. 5 показан альтернативный запальный узел с ударным детонатором, который содержит корпусную обойму 510 с воздушным клапаном, допускающую присоединение к концу насосно-компрессорных труб 511 или каротажного кабеля (не показанного). Воздушный клапан 512 прикреплен с соединительному штоку 514 внутри корпусной обоймы 510 с воздушным клапаном и герметично закрывает проход 516 для текучих сред. Соединительный стержень 514 находится в контакте с поршнем 518. Кольцевая камера 520 между поршнем 518 и внутренней стенкой корпусной обоймы 510 с воздушным клапаном заполнена воздухом при атмосферном давлении. Смежно с низом поршня 518, в срезном наборе 524 установлены срезные штифты 522, и от низа поршня 518 проходит вниз боек 526 взрывателя. Стопорная шайба 528 соединяет корпусную обойму 510 с воздушным клапаном и последовательно соединенную муфту 530. Ударный детонатор 532 установлен в головке 534 взрывателя со стопорной шайбой 528, которая присоединена к корпусной обойме 510 с воздушным клапаном и может крепиться к последовательно соединенной муфте 530. Последовательно соединенная муфта 530 присоединена к модулю 30 для воздействия на пласт. Переходник 536 воспламенения в верхней части последовательно соединенной муфты 530 находится в контакте с запальным участком 538 детонационного шнура, проходящим по центральному каналу 540 и в вышеописанный модуль 30 для воздействия на пласт.

При приложении достаточного гидравлического давления к верху поршня 518 воздушный клапан 512 и поршень 518 одновременно перемещаются вниз, при этом открывается проход 516 для текучих сред, и боек 526 взрывателя приводится в контакт с ударным детонатором 532. Воспламенение ударного детонатора 532 вызывает вторичную детонацию в переходнике 536 воспламенения, который, в свою очередь, воспламеняет запальный участок 538 детонационного шнура. Запальный участок 538 детонационного шнура прогорает в соседний модуль 30 для воздействия на пласт и воспламеняет промежуточные заряды и участок детонационного шнура, соответственно воспламеняющие топливный(ые) элемент(ы) 70 в упомянутом модуле.

Хотя и не показано, в рамках настоящего изобретения возможны варианты с исключением по меньшей мере одного промежуточного заряда 150, 154 из распространителя воспламенения модуля(ей) 30 для воздействия на пласт. Когда промежуточные заряды 150 или 154 отсутствуют, соседний участок 68, 408 или 538 детонационного шнура просто продолжен, чтобы занять свободное место в продольном проходе 106 или 146, получающееся в результате отсутствия промежуточного заряда 150 или 154. Таким образом, например, если примыкающие нижний и верхний промежуточные заряды 154, 150 убраны из места стыковки двух последовательно соединенных модулей (например, 30а и 30b) для воздействия на пласт, то участок 68 детонационного шнура верхнего модуля 30а для воздействия на пласт удлиняют так, чтобы он непрерывно продолжался вниз также через примыкающий нижний модуль 30b для воздействия на пласт. Участок 68 детонационного шнура можно удлинять, по существу, в любой степени так, чтобы он непрерывно продолжался через любое число модулей 30, в зависимости от числа отсутствующих промежуточных зарядов. Аналогично, если исключен верхний промежуточный заряд 150 из модуля 30, в котором упомянутый участок соединен с запальным узлом, то запальный участок 408 или 538 детонационного шнура запального узла удлиняют так, чтобы упомянутый участок непрерывно продолжался вниз через примыкающий модуль 30 и тем самым заменял участок 68 детонационного шнура модуля 30 для воздействия на пласт.

Квалифицированному специалисту очевидно из применения принципов, изложенных в настоящем описании, что скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70 является функцией ряда физических параметров настоящего инструмента для воздействия на пласт. Например, скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70 является функцией соотношения геометрических характеристик изоляционного элемента 42 и топливного(ых) элемента(ов) 70. Другими параметрами, которые влияют на скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70, являются толщина, плотность и заряд взрывчатого вещества участка 68 детонационного шнура, материала и толщины стенки изоляционного элемента 42 и диаметра внутренней зоны 62 изоляционного элемента 42. Соответственно одним из аспектов настоящего изобретения является установка скорости горения топливного(ых) элемента(ов) 70 соответствующим подбором значений для вышеупомянутых параметров топливных элементов, изоляционного элемента и участка детонационного шнура.

Условия, которые поддерживают раздробление изоляционного элемента 42 и, соответственно, раздробление топливного(ых) элемента(ов) 70 на сравнительно мелкие фрагменты при детонации распространителя воспламенения, как правило, благоприятствуют относительно более высокой скорости горения топливного(ых) элемента(ов) 70, тогда как условия, которые поддерживают раздробление изоляционного элемента 42 и, соответственно, раздробление топливного(ых) элемента(ов) 70 на сравнительно более крупные фрагменты, как правило, благоприятствуют относительно меньшей скорости горения топливного(ых) элемента(ов) 70. Следовательно, увеличение толщины, плотности и/или заряда взрывчатого вещества участка 68 детонационного шнура повышает скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70. Увеличение диаметра внутренней зоны изоляционного элемента 42 также повышает скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70. Выбор относительно высокопрочного материала для изоляционного элемента 42 или увеличение толщины стенки изоляционного элемента 42 снижает скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70. Выбор такого соотношения геометрических характеристик изоляционного элемента 42 и топливного(ых) элемента(ов) 70, при котором получают зацепление по точной посадке топливного элемента 70 с изоляционным элементом 42, повышает скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70, тогда как выбор такого соотношения геометрических характеристик изоляционного элемента 42 и топливного(ых) элемента(ов) 70, при котором получают зацепление по свободной посадке топливного элемента 70 с изоляционным элементом 42, снижает скорость горения топливного(ых) элемента(ов) 70.

Кроме того, в компетенцию квалифицированного специалиста, применяющего принципы, изложенные в настоящем описании, входит регулирование выпуска сжатых газообразных продуктов сгорания из корпуса и, соответственно, регулирование давления, при котором газообразные продукты сгорания внедряются в подземный пласт 16, посредством подбора размера отверстия (отверстий) 60, количества отверстий 60 и схемы их расположения на корпусе 34. Соответственно одним из аспектов настоящего изобретения является установка скорости выпуска газообразных продуктов сгорания из инструмента для воздействия на пласт посредством соответствующего подбора значений вышеупомянутых параметров отверстий. В общем, уменьшение размеров и/или количества отверстий 60 снижает скорость выпуска газов и повышает давление газообразных продуктов сгорания, истекающих из корпуса 34. Схему расположения отверстий 60 на корпусе 34 можно подбирать для повышения либо снижения скорости выпуска газов, в зависимости от конкретной выбранной схемы расположения, что может быть очевидно квалифицированному специалисту.

В соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления настоящее изобретение предлагает способ оптимизации приведения в действие или, в ином случае, задания рабочих характеристик вышеописанного инструмента для воздействия на пласт. В соответствии с данным вариантом осуществления значение по меньшей мере одного из вышеупомянутых параметров топливного элемента, изоляционного элемента, участка детонационного шнура и отверстий инструмента для воздействия на пласт подбирается специалистом-практиком предпочтительно с использованием компьютерного специализированного программного обеспечения для моделирования. Значения предпочтительно подбирают на основе прогноза, выдаваемого программным обеспечением для моделирования, для достижения требуемого результата. Множество быстродействующих датчиков (не показанных) для контроля давления или других технологических условий расположено в назначенных местах в скважине 10 и/или устройстве для воздействия на пласт. Инструмент для воздействия на пласт приводят в действие в скважине 10, как описано выше, в ходе первой пробной серии испытаний с одновременным сбором данных, касающихся первой пробной серии испытаний, из датчиков, например, давления газообразных продуктов сгорания. Данные первой пробной серии испытаний анализируют, чтобы определить для первого фактического результата первой пробной серии испытаний, согласуется или приближается он к искомому результату. Если нет или если в ином случае специалист-практик желает обеспечить результат, отличающийся от первого фактического результата, то специалист-практик изменяет значения параметров, выбранных для инструмента для воздействия на пласт и/или прогностических функций программного обеспечения для моделирования. Выполняют вторую пробную серию испытаний и анализируют данные второй пробной серии испытаний, чтобы определить, согласуется или приближается второй фактический результат к искомому результату. Выполняют любое число пробных серий испытаний с модификацией значений выбранных параметров и/или прогностических функций программного обеспечения для моделирования, пока не достигается искомый результат.

На фиг. 6 показаны описанные ниже детали альтернативного модуля 600 для воздействия на пласт, который применим в устройстве для воздействия на пласт в соответствии с настоящим изобретением. Элементы модуля 600, которые являются общими с вышеописанным модулем 30 для воздействия на пласт, обозначены одинаковыми позициями. Модуль 600, по существу, аналогичен модулю 30, за исключением того, что между верхним соединительным элементом 36 и корпусом 34 модуля 600 последовательно расположен второй верхний соединительный элемент 602. Элемент 602, по существу, идентичен первому нижнему соединительному элементу 38 обоих модулей 600 и 30. Работа модуля 600, по существу, идентична работе модуля 30.

Как отмечено выше, настоящее устройство для воздействия на пласт можно применять с насосно-компрессорными трубами или каротажным кабелем. Более высокая прочность насосно-компрессорных труб по сравнению с каротажным кабелем обеспечивает некоторые преимущества. Например, применение насосно-компрессорных труб для транспортировки инструмента в буровую скважину позволяет применять более длинные модули для воздействия на пласт и/или большее число модулей для воздействия на пласт, скрепленных между собой последовательно, что допускает воздействие на более длинный промежуток за одно опускание в скважину. Применение насосно-компрессорных труб сочетается также с применением пакеров для изоляции по меньшей мере одного участка скважины, смежного по меньшей мере с одним промежутком пласта. Настоящее устройство можно применять, когда желательно ограничивать давление на другом участке скважины, например когда по меньшей мере одна зона в буровой скважине уже закончена. Кроме того, если скважина отклоняется под большим углом от вертикали или является горизонтальной, для проталкивания устройства в скважину можно применять насосно-компрессорные трубы.

Хотя вышеописанные корпус 34 и другие компоненты устройства для воздействия на пласт предпочтительно изготовлены из высокопрочного металла, который допускает многократное использование, в рамках настоящего изобретения существует альтернативный вариант изготовления данных компонентов из материала, который не допускает многократного использования (т.е. материала, который, по существу, полностью разрушается или разлагается при нормальной эксплуатации, а именно при детонации топливного(ых) элемента(ов) 70). Примерные материалы включают в себя композиты на основе полиэфирных волокон, эпоксидных соединений и т.п.

Выше описаны и представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения. Однако понятно, что возможно выполнение альтернативных им вариантов и внесение в них изменений, например, таких, которые предложены, и других, не выходящих за пределы объема изобретения.