本發(fā)明涉及用于給一個(gè)或多個(gè)井下工具點(diǎn)火的裝置和方法。更特別是，本發(fā)明是用于提高點(diǎn)火系統(tǒng)的可靠性的控制裝置和方法的領(lǐng)域，該點(diǎn)火系統(tǒng)用于給沖擊井下工具點(diǎn)火。

背景技術(shù)：

與完成油井或天然氣井相關(guān)的一種行動(dòng)是井套筒的穿孔。在該處理過(guò)程中，穿孔(例如通道或孔)形成于井的套筒中，以便能夠在井孔和烴生產(chǎn)地層之間流體連通，該烴生產(chǎn)地層由井橫貫。這些穿孔通常通過(guò)穿孔槍來(lái)形成，該穿孔槍裝載有成形裝藥。槍通過(guò)電線(xiàn)、滑線(xiàn)或盤(pán)管或者其它裝置而降低至井孔內(nèi)，直到它鄰近烴生產(chǎn)地層。然后，地面信號(hào)驅(qū)動(dòng)與穿孔槍相連的點(diǎn)火頭部，該點(diǎn)火頭部再使得成形裝藥引爆。由成形裝藥的爆炸形成的拋射體或射流使得套筒穿孔，從而允許地層流體從該地層穿過(guò)所述穿孔而流入至生產(chǎn)管柱內(nèi)，用于流向地面。

很多油井工具將高階(high-order)引爆包含為它們的操作的一部分。當(dāng)用于啟動(dòng)高階引爆的系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，修復(fù)和重新試圖進(jìn)行合適的井孔操作可能很昂貴并耗費(fèi)時(shí)間。本發(fā)明涉及用于提高用于產(chǎn)生高階引爆的裝置的可靠性的方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在多個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于引爆與井下工具相關(guān)聯(lián)連的爆炸體的裝置。該裝置可以包括多個(gè)點(diǎn)火頭部和漏斗件。各點(diǎn)火頭部可以包括啟動(dòng)爆炸體，該啟動(dòng)爆炸體在被引爆時(shí)產(chǎn)生高階輸入。漏斗件通過(guò)使用單個(gè)高階輸出而使得與井下工具相關(guān)聯(lián)的爆炸體被引爆。漏斗件有本體，該本體包括多個(gè)輸入開(kāi)口、單個(gè)輸出開(kāi)口以及使得該多個(gè)輸入開(kāi)口與該單個(gè)輸出開(kāi)口連接的流動(dòng)通路。各輸入開(kāi)口可以靠近相關(guān)聯(lián)的啟動(dòng)爆炸體，以便接收所產(chǎn)生的高階輸入。

在另一實(shí)施例中，裝置可以包括：多個(gè)并排的點(diǎn)火頭部，各點(diǎn)火頭部包括啟動(dòng)爆炸體，該啟動(dòng)爆炸體在引爆時(shí)產(chǎn)生高階輸入；以及漏斗件。該漏斗件可以包括：多個(gè)輸入開(kāi)口，各輸入開(kāi)口靠近相關(guān)聯(lián)的啟動(dòng)爆炸體，以便接收所產(chǎn)生的高階輸入，其中，各輸入開(kāi)口與相關(guān)聯(lián)的通道連通；接頭，該接頭使得該多個(gè)輸入開(kāi)口的相關(guān)聯(lián)的通道連接；單個(gè)輸出通道，該單個(gè)輸出通道有與接頭連接的第一端，及第二端；以及單個(gè)輸出開(kāi)口，該單個(gè)輸出開(kāi)口形成于該單個(gè)輸出通道的第二端處。

應(yīng)當(dāng)知道，已經(jīng)相當(dāng)廣義地概括了本發(fā)明的特定特征，以便可以更好地理解隨后的本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明，并可以了解對(duì)本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，還有本發(fā)明的附加特征，該附加特征將在后面介紹，且在一些情況下形成附加權(quán)利要求的主題。

附圖說(shuō)明

為了詳細(xì)理解本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖詳細(xì)介紹優(yōu)選實(shí)施例，附圖中，相同元件給出相同標(biāo)號(hào)，且附圖中：

圖1表示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的炸藥點(diǎn)火系統(tǒng)的側(cè)剖圖；

圖2表示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的炸藥點(diǎn)火系統(tǒng)的側(cè)剖圖；

圖3A-D示意表示了根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)通路的側(cè)視圖；以及

圖4示意表示了用于在井孔中使用一個(gè)或多個(gè)井下工具來(lái)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)預(yù)定任務(wù)的地面設(shè)備的正視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及用于提供冗余點(diǎn)火系統(tǒng)的裝置和方法，該冗余點(diǎn)火系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)井下工具。本發(fā)明容易有不同形式的實(shí)施例。在圖中表示和在本文中詳細(xì)介紹了本發(fā)明的特定實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明的說(shuō)明將認(rèn)為是本發(fā)明的原理的解釋說(shuō)明，而并不是為了將本發(fā)明限制于這里所示和所述的實(shí)施例。

首先參考圖1，圖中以剖視圖示意表示了根據(jù)本發(fā)明制成的點(diǎn)火組件100的一個(gè)非限定實(shí)施例。點(diǎn)火組件100可以包括多個(gè)點(diǎn)火頭部120、多個(gè)啟動(dòng)爆炸體140和漏斗件160。這些部件可以固定在外殼180內(nèi)。外殼180可以由一個(gè)或多個(gè)管形部件來(lái)形成?？梢酝ㄟ^(guò)使用敲擊工具、壓力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電信號(hào)或者任意其它已知的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火頭部120。點(diǎn)火頭部220可以并排布置，以方便同時(shí)驅(qū)動(dòng)。點(diǎn)火頭部200可以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，或者可以共用相同的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。各點(diǎn)火頭部120分別使用合適的密封件而密封在外殼的空腔內(nèi)。因此，啟動(dòng)爆炸體140的高階在終止于漏斗件160之前相互隔離。漏斗件160可以通過(guò)使用輔助爆炸體182和導(dǎo)爆線(xiàn)184而與相鄰的井下工具進(jìn)行能量連接。

漏斗件160包括本體162和流動(dòng)通路164。流動(dòng)通路164有多個(gè)進(jìn)口通道166、168，這些進(jìn)口通道166、168分別與形成于本體162中的開(kāi)口170、172連通，該本體162可以是柱形部件。開(kāi)口170、172靠近啟動(dòng)爆炸體140。進(jìn)口通道166、168終止于接頭174處，該接頭174有單個(gè)出口通道176。該單個(gè)出口通道176與形成于本體162中的開(kāi)口178連通，該開(kāi)口178靠近輔助爆炸體182。因此，啟動(dòng)爆炸體140的高階輸出分別通過(guò)開(kāi)口170、172而進(jìn)入本體162，但是在接頭174處合并，并作為單個(gè)高階輸出而從開(kāi)口178離開(kāi)。該單個(gè)高階輸出可以用于使得輔助爆炸體182引爆。

外殼180可以包括螺紋連接部181，以便與相鄰結(jié)構(gòu)例如附屬件或殼體連接。外殼180可以提供液體密封的內(nèi)部，用于點(diǎn)火頭部120、啟動(dòng)爆炸體140和漏斗件160。還有，漏斗件160可以使用保持環(huán)190而保持在外殼180內(nèi)。

下面參考圖2，圖中以剖視圖示意表示了根據(jù)本發(fā)明制成的點(diǎn)火組件200的另一非限定實(shí)施例。點(diǎn)火組件200可以包括多個(gè)點(diǎn)火頭部220、多個(gè)高階爆炸材料240和漏斗件260。這些部件可以固定在外殼280內(nèi)。可以使用點(diǎn)火信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火頭部220，通過(guò)使用敲擊工具、壓力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電信號(hào)或者任意其它已知的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)提供該點(diǎn)火信號(hào)。點(diǎn)火頭部220可以并排布置，以方便通過(guò)使用相同的點(diǎn)火信號(hào)而同時(shí)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)的意思是相互在10秒內(nèi)、相互在1秒內(nèi)、相互在幾分之一秒內(nèi)。點(diǎn)火頭部200可以被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，或者可以共用相同的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。漏斗件260可以通過(guò)使用輔助爆炸體282和導(dǎo)爆線(xiàn)284而與相鄰的井下工具進(jìn)行能量連接。

漏斗件260包括本體262、流動(dòng)通路264和啟動(dòng)器290。流動(dòng)通路264有多個(gè)進(jìn)口通道266、268，這些進(jìn)口通道266、268分別與形成于本體262中的開(kāi)口270、272連通。開(kāi)口270、272靠近高階爆炸材料240。進(jìn)口通道266、268終止于接頭274處，該接頭274有單個(gè)出口通道276。該單個(gè)出口通道276與本體262中的開(kāi)口278連通，該開(kāi)口278靠近啟動(dòng)器290。啟動(dòng)器290可以固定在形成于本體262中的凹口孔292或其它類(lèi)似空腔內(nèi)。啟動(dòng)器290可以包括高階炸藥，該高階炸藥在被引爆時(shí)產(chǎn)生高階輸出。該高階輸出被導(dǎo)向輔助爆炸體282。

因此，啟動(dòng)爆炸體240的高階輸出分別通過(guò)開(kāi)口270、272而進(jìn)入本體262，在接頭274處合并，并作為單個(gè)高階輸出而從開(kāi)口278離開(kāi)。該單個(gè)高階輸出可以用于使得啟動(dòng)器290引爆。啟動(dòng)器290響應(yīng)地產(chǎn)生高階輸出，該高階輸出使得輔助爆炸體282引爆，這再使得導(dǎo)爆線(xiàn)284引爆。

下面參考圖3A-D，圖中表示了漏斗件160的不同實(shí)施例，該漏斗件160用于使得兩個(gè)或更多的高階輸入合并成單個(gè)高階輸出。

圖3A表示了根據(jù)本發(fā)明的漏斗件160的一個(gè)可選實(shí)施例。漏斗件160包括流動(dòng)通路300，該流動(dòng)通路300有多個(gè)通道302。各通道302有分開(kāi)的開(kāi)口304，用于接收高階輸入。不過(guò)，通道302與公共開(kāi)口306連通，高階輸入通過(guò)該公共開(kāi)口306而離開(kāi)。通道302可以為大致直線(xiàn)形(線(xiàn)性)，并且相互不平行，或者有軸線(xiàn)308，該軸線(xiàn)308大致與沖擊波的傳播方向?qū)R。如圖所示，通道302在它們的整個(gè)長(zhǎng)度上并不平行，但也可以是在各自長(zhǎng)度的主要部分上并不平行(即超過(guò)50％)。

圖3B表示了根據(jù)本發(fā)明的漏斗件160的另一可選實(shí)施例。漏斗件160包括流動(dòng)通路310，該流動(dòng)通路310有多個(gè)通道312。各通道312與分開(kāi)的開(kāi)口314連通，用于接收高階輸入。通道312在接頭316處相交，該接頭316與出口通道318連接。出口通道與開(kāi)口319連通，高階輸入通過(guò)該開(kāi)口319離開(kāi)。通道312為彎曲形(非線(xiàn)性)。另外，出口通道318的直徑尺寸比通道312的直徑更大(即至少大百分之二十)。

圖3C表示了根據(jù)本發(fā)明的漏斗件160的另一可選實(shí)施例。漏斗件160包括流動(dòng)通路320，該流動(dòng)通路320有多個(gè)通道322。各通道322與分開(kāi)的開(kāi)口324連通，用于接收高階輸入。通道322在接頭326處相交，該接頭326與出口通道328連接。出口通道與開(kāi)口329連通，高階輸入通過(guò)該開(kāi)口329離開(kāi)。通道322為線(xiàn)性，并形成“V”形。

圖3D表示了根據(jù)本發(fā)明的漏斗件160的另一可選實(shí)施例。漏斗件160包括流動(dòng)通路330，該流動(dòng)通路330有三個(gè)通道332。各通道332與分開(kāi)的開(kāi)口334連通，用于接收高階輸入。通道332在接頭336處相交，該接頭336與出口通道338連接。出口通道與開(kāi)口339連通，高階輸入通過(guò)該開(kāi)口339離開(kāi)。應(yīng)當(dāng)知道，實(shí)施例也可以使用四個(gè)或更多通道332。

下面將結(jié)合圖1和4介紹使用點(diǎn)火系統(tǒng)100的一種示例模式。為了清楚起見(jiàn)，將參考穿孔槍來(lái)介紹點(diǎn)火系統(tǒng)100。不過(guò)應(yīng)當(dāng)知道，點(diǎn)火系統(tǒng)100并不局限于這樣使用。

參考圖4，圖中表示了井結(jié)構(gòu)和/或烴生產(chǎn)設(shè)備400，其位于所關(guān)注的地層上面。根據(jù)本發(fā)明制成的點(diǎn)火系統(tǒng)100與井下工具404連接，用于在井孔405中執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的井下任務(wù)。設(shè)備400能夠包括已知的裝備和結(jié)構(gòu)，例如在地面408處的平臺(tái)406、鉆塔410、井頭412以及有套筒或無(wú)套筒的管道/管414。工作管柱416從鉆塔410懸掛在井孔405內(nèi)。工作管柱416能夠包括鉆管、盤(pán)管、電線(xiàn)、滑線(xiàn)、或者任意其它已知的傳送裝置。工作管柱416能夠包括遙測(cè)線(xiàn)或者其它信號(hào)/電傳輸介質(zhì)，其建立從地面至井下工具404(該井下工具404與工作管柱416的端部連接)的單向或雙向遙測(cè)通信。為了清楚，圖中表示了具有地面控制器(例如電源)418的遙測(cè)系統(tǒng)，該地面控制器418用于通過(guò)布置在工作管柱416中的電纜或信號(hào)傳輸線(xiàn)420來(lái)發(fā)送電信號(hào)。

在一種使用模式中，點(diǎn)火系統(tǒng)100包含在工具404內(nèi)。工具404可以包括井工具12，使用高階引爆來(lái)點(diǎn)火或以其它方式驅(qū)動(dòng)所述井工具12。如前所述，用于給該點(diǎn)火系統(tǒng)100點(diǎn)火的信號(hào)可以是壓力變化、沖擊、時(shí)間延遲、電信號(hào)或者任意其它合適的驅(qū)動(dòng)方法。通常，所有的點(diǎn)火頭部120都通過(guò)信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)，并將沖擊它們的相關(guān)聯(lián)的啟動(dòng)爆炸體140。通過(guò)沖擊，啟動(dòng)爆炸體140各自進(jìn)行高階引爆。這些引爆引起沖擊波，以便分別進(jìn)入開(kāi)口170、172。沖擊波沿它們的相應(yīng)通道166、168傳播，在接頭174處組合，然后作為合并的沖擊波而沿單個(gè)出口通道176傳播。合并的沖擊波從單個(gè)出口通道176離開(kāi)，并引爆高階爆炸材料182。

當(dāng)一個(gè)點(diǎn)火頭部120不能被驅(qū)動(dòng)時(shí)，剩余的有功能的點(diǎn)火頭部120進(jìn)行沖擊并且使得相關(guān)聯(lián)的啟動(dòng)爆炸體140引爆。這種引爆引起沖擊波，以便進(jìn)入任一開(kāi)口170或172。沖擊波沿相應(yīng)通道166或168傳播，并通過(guò)接頭174而進(jìn)入單個(gè)出口通道176。沖擊波從單個(gè)出口通道176離開(kāi)，并引爆高階爆炸材料182。因此，盡管并不是全部的點(diǎn)火頭部120都起作用，但是也獲得成功的點(diǎn)火事件。

如上所述，高階引爆是產(chǎn)生高幅值壓力波(即沖擊波)和熱能的引爆。同樣，高階炸藥是配制成在引爆時(shí)產(chǎn)生高階引爆的炸藥。在點(diǎn)火頭部組件中，當(dāng)撞針沖擊和引爆一引爆器時(shí)，產(chǎn)生高階引爆，其包括高階炸藥。主爆炸體和輔助爆炸體以及啟動(dòng)器可以使用一種或多種高級(jí)炸藥。示例的高級(jí)炸藥包括但不局限于：RDX(六邊形，Cyclotrimethylenetrinltramine)、HMX(八邊形，Cyclotetramethylenetetranitramine)、HNS和PYX。

由上述可知，已經(jīng)公開(kāi)的發(fā)明包括用于使得與井下工具相關(guān)聯(lián)的爆炸體引爆的裝置。該裝置可以包括多個(gè)點(diǎn)火頭部以及漏斗件。各點(diǎn)火頭部可以包括啟動(dòng)爆炸體，該啟動(dòng)爆炸體在被引爆時(shí)產(chǎn)生高階輸入。漏斗件通過(guò)使用單個(gè)高階輸出而引爆與井下工具相關(guān)聯(lián)的爆炸體。漏斗件有本體，該本體包括多個(gè)輸入開(kāi)口、單個(gè)輸出開(kāi)口以及使得該多個(gè)輸入開(kāi)口與該單個(gè)輸出開(kāi)口連接的流動(dòng)通路。各輸入開(kāi)口可以定位得靠近相關(guān)聯(lián)的啟動(dòng)爆炸體，以便接收所產(chǎn)生的高階輸入。在實(shí)施例中，流動(dòng)通路可以包括：多個(gè)進(jìn)口通道，各進(jìn)口通道與一個(gè)輸入開(kāi)口連通；單個(gè)出口通道，該出口通道與單個(gè)輸出開(kāi)口連通；以及接頭，該接頭使得該多個(gè)進(jìn)口通道與單個(gè)出口通道連接。在實(shí)施例中，裝置可以包括啟動(dòng)器，該啟動(dòng)器位于漏斗件中，并與該單個(gè)輸出開(kāi)口相鄰。啟動(dòng)器可以使用高階引爆來(lái)使得與井下工具相關(guān)聯(lián)的爆炸體被引爆。

由上述可知，已經(jīng)公開(kāi)的發(fā)明還包括一種裝置，該裝置可以包括多個(gè)并排的點(diǎn)火頭部，各點(diǎn)火頭部包括啟動(dòng)爆炸體，該啟動(dòng)爆炸體在被引爆時(shí)產(chǎn)生高階輸入，以及漏斗件。漏斗件可以包括：多個(gè)輸入開(kāi)口，各輸入開(kāi)口靠近相關(guān)聯(lián)的啟動(dòng)爆炸體，以便接收所產(chǎn)生的高階輸入，其中，各輸入開(kāi)口與相關(guān)聯(lián)的通道連通；接頭，該接頭使得該多個(gè)輸入開(kāi)口的相關(guān)聯(lián)的通道連接；單個(gè)輸出通道，該單個(gè)輸出通道有與接頭連接的第一端，以及第二端；以及單個(gè)輸出開(kāi)口，該單個(gè)輸出開(kāi)口形成于該單個(gè)輸出通道的第二端處。在實(shí)施例中，與該多個(gè)輸入開(kāi)口相關(guān)聯(lián)的通道可以在各個(gè)相關(guān)聯(lián)通道的長(zhǎng)度的主要部分上相互并不平行。在實(shí)施例中，該單個(gè)出口通道的直徑尺寸比與該多個(gè)輸入開(kāi)口相關(guān)聯(lián)的通道的直徑大至少百分之二十。還有，裝置可以包括外殼，該外殼有密封內(nèi)部，該多個(gè)點(diǎn)火頭部和漏斗件布置在該密封內(nèi)部中。外殼可以設(shè)置成使得啟動(dòng)爆炸體的高階輸出在進(jìn)入漏斗件之前相互隔離。并排的點(diǎn)火頭部可以設(shè)置成由相同點(diǎn)火信號(hào)來(lái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)。在結(jié)構(gòu)中，井下工具還可以包括導(dǎo)爆線(xiàn)，該導(dǎo)爆線(xiàn)通過(guò)爆炸體來(lái)引爆。在實(shí)施例中，裝置可以包括啟動(dòng)器，該啟動(dòng)器位于該單個(gè)輸出開(kāi)口附近，啟動(dòng)器包括高階炸藥，該高階炸藥在通過(guò)高階引爆而被引爆時(shí)產(chǎn)生高階輸出，高階炸藥的高階輸出用于使得爆炸體被引爆。

由上述可知，已經(jīng)公開(kāi)的發(fā)明還包括多個(gè)實(shí)施例，其中，與該多個(gè)輸入開(kāi)口相關(guān)聯(lián)的通道可以在各相關(guān)聯(lián)通道的長(zhǎng)度的主要部分上相互并不平行，其中，多個(gè)并排的點(diǎn)火頭部設(shè)置成由相同點(diǎn)火信號(hào)來(lái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，且裝置還可以包括外殼，該外殼有密封內(nèi)部，該多個(gè)點(diǎn)火頭部和漏斗件布置在該密封內(nèi)部中，外殼設(shè)置成使得啟動(dòng)爆炸體的高階輸出在它進(jìn)入漏斗件之前相互隔離。

前述說(shuō)明涉及本發(fā)明的特定實(shí)施例，是為了示例和解釋的目的。不過(guò)顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行多種變化和改變。下面的實(shí)施例將解釋為包含所有這些變化和改變。