模块化枪系统的制作方法

模块化枪系统
1.相关申请
2.本技术要求2019年8月6日提交的美国临时申请no.62/883,504的优先权。


背景技术：

3.通常，当完成用于从地下储层生产流体、矿物或气体的地层下的井时，作为钻井、勘探和完井过程的一部分，会将几种类型的管件放置在井下。这些管件可以包括套管、导管、管线、内衬，和通过各种类型的管件向井下输送的装置。每口井都是独一无二的，因此可以出于多种目的将不同管件的组合下放到井中。
4.地表下或地层下的井穿过一个或多个地层。地层是包含一种或多种成分的岩石或地层体。地层被视为连续体。地层内可能存在碳氢化合物沉积物。通常，从地面位置钻一个井眼，打洞至目标地层中。完井设备将到位，包括套管、导管和其它需要的井下设备。用射孔枪对套管和地层进行射孔是本领域众所周知的方法，该方法用于从井眼进入地层内的碳氢化合物沉积物。
5.使用聚能装药(shaped charge)对地层进行爆炸射孔是一种众所周知的完成油井的方法。聚能装药是一种装置的技术术语，该装置当引爆时产生聚焦输出、高能量输出和/或高速射流。这在一定程度上是通过炸药的几何形状和相邻的内衬实现的。一般来说，聚能装药包括金属壳体，该金属壳体里面装有凹形炸药材料，该金属壳体内表面有一层薄金属内衬。许多材料用于内衬；一些比较常见的金属包括黄铜、铜、钨和铅。当炸药引爆时，内衬金属被压缩成超高热的超高压射流，可以穿透金属、混凝土和岩石。射孔装药通常成组使用。这些射孔装药组通常在称为射孔枪的组件中固定在一起。射孔枪有多种类型，如条形枪、弹座式射孔枪、端口塞枪和一次性空心托架枪。
6.射孔装药通常由引爆索在每个装药壳体顶部的起爆孔附近引爆。通常，引爆索终止于射孔枪的端部附近。在这种布置中，位于射孔枪一端的起爆器可以引爆枪中的所有射孔装药，并继续向枪的相对端部进行弹道转移。以这种方式，许多射孔枪可以首尾相连，用一个起爆器引爆所有射孔枪。
7.引爆索通常由发射头触发的起爆器引爆。发射头可以以多种方式驱动，包括但不限于电子、液压和机械方式。
8.一次性空心托架射孔枪通常由标准尺寸的钢管制成，该钢管的盒端部在每一端都具有内螺纹/母螺纹。具有公/外螺纹的销端适配器或接头穿过枪的一端或两端。这些接头可以将射孔枪连接在一起，将射孔枪连接到其它工具(如坐封工具和套环定位器)，并将发射头连接到射孔枪。接头通常装有电子、机械或弹道部件，用于激发或控制射孔枪和其它部件。
9.射孔枪通常具有圆柱形枪体和装药管，或装射孔装药的装载管。枪体通常由金属构成，并是圆柱形的。装药管可以形成为管、条或链。装药管将包含称为装药孔的切口，以容纳聚能装药。
10.一般来说，最好减少引入井眼的任何工具的总长度。在其它潜在的好处中，工具长
度的减少缩短了在压力下将工具引入井筒所需的润滑器的长度。此外，还需要缩短工具长度，以适应大斜度井或水平井中的转弯。通常还优选减少必须在井场进行的工具组装，因为井场通常是一个恶劣的环境，对现场工人有许多干扰和要求。
11.电起爆器常用于油气行业，用于起爆井下不同的高能装置。最常见的是使用50欧姆的电阻起爆器。其它起爆器和电子开关配置也很常见。
12.模块化或“即插即用”射孔枪系统近年来变得越来越流行，这是因为组装容易、效率提高和人为错误减少。大多数现有的即插即用系统要么(1)利用有线接入开关和/或引爆器，要么(2)需要起爆“弹药筒”，该“弹药筒”装有引爆器、开关、电触点和可能的压力舱壁。接线开关/引爆器选项不太理想，因为枪的组装者必须进行接线，这容易出现人为错误。起爆弹药筒选项不太理想，因为与标准引爆器相比，弹药筒可以是大型炸药装置，因此会占用用户设施的额外弹匣空间。需要一种模块化射孔系统，其中用户不需要导线连接，并且开关和压力舱壁预先组装在枪组件中，而不是在起爆弹药筒中。提议系统的引爆器没有导线，允许用户在现场进行简单的布置。


技术实现要素：

13.示例性实施例可包括射孔枪系统，该射孔枪系统具有带底端和顶端的圆柱形壳体、设置在圆柱形壳体内并具有相应的底端和顶端的预接线装载管组件、耦接到预接线装载管顶端和圆柱形壳体顶端的上端部配件，耦接到预接线装载管的底端和圆柱形壳体的底端的下端部配件，耦接到上端部配件的上部导电连接，耦接到底端部配件的下部导电连接，耦接到设置在上端部配件内的引爆器连接头插座的选择开关，以及导电耦接到选择开关并进一步设置在上端部配件内的引爆器。
14.替代实施例可包括使设置在预接线装载管内的上端部配件容纳选择开关，其中该端部配件包含部分，以通过将自动分流模块引爆器导电连接到选择开关的配套插座，并将自动分流模块引爆器固定在引爆索附近，从而接收自动分流模块引爆器。其可以包括自动分流引爆器的装置。其可以包括将挡板耦接到圆柱形壳体的底端。预接线装载管可以进一步包括绝缘导线和耦接到下端的压力舱壁，该导线终止于上端的选择开关。选择开关可以接地到装载管。装载管可以导电连接到挡板。其可以包括将聚能装药安装到装载管中，其中聚能装药通过固定在聚能装药的锁定装置保持就位。其可以包括用引爆索锁定装置将引爆索耦接到聚能装药的背部。引爆索可以终止于与端部配件整合的引爆索孔。引爆器可以以端部对端部的配置相邻定位该引爆索。引爆器可具有自动分流特征，该自动分流特征在插入配套插座之前不会非分流。选择开关可以有与非分流插座附接的带状尾纤。连接到开关的插座可以附接到引爆器的端部，脱离该引爆器的分流器。
15.示例性实施例可包括预接线聚能装药装载管组件，该预接线聚能装药装载管组件具有带底端和顶端的圆柱形壳体、耦接到预接线装载管顶端和圆柱形壳体顶端的上端部配件、耦接到预接线装载管底端和圆柱形壳体底端的下端部配件、耦接到上端部配件的上部导电连接，耦接到底端部配件的下部导电连接，耦接到设置在上端部配件内的引爆器连接头插座的选择开关，以及导电耦接到选择开关并进一步设置在该上端部配件内的引爆器。
16.示例性实施例可包括一种井眼射孔的方法，包括将预接线的第一端部配件与聚能装药装载管的第一端耦接，将压力舱壁耦接在第一端部配件和聚能装药装载管的第一端，
将预接线的第二端部配件与聚能装药装载管的第二端耦接，其中第二端部配件将装载管置于中央位置和定向，并包括选择开关、馈通触点和孔，以将无线引爆器从外端插入，并引爆索插入内端，并用绝缘导线预接线装载管，其中导线终止于第二端部配件中的选择开关和第一端部配件中的压力舱壁。
17.替代实施例可以包括使用射孔枪体内的第一端部配件将装载管置于中央位置。其可以包括将布置在装载管内的预安装绝缘导线导电接触到相邻的压力舱壁触点。其可以包括将挡板预安装在枪托架的销端中。其可以包括将选择开关接地到聚能装药装载管。其可以包括将聚能装药插入聚能装药装载管。其可以包括将聚能装药锁定就位在聚能装药装载管内。其可以包括通过固定在聚能装药上的锁定特征，将引爆索插入设置在聚能装药装载管内的每个聚能装药的背部。其可以包括将引爆索的终端插入端部配件。其可以包括从射孔枪组件的外部将无线引爆器插入端部配件中，使得引爆器的炸药装载端在端部对端部位置相邻引爆索。无线引爆器可以具有自动分流特征，该自动分流特征在插入匹配容器之前不会非分流。选择开关可以有与非分流插座(un-shunting receptacle)附接的带状尾纤(ribbon pigtail)。其可以包括插入无线引爆器，其中连接到开关的连接头插座连接到引爆器的端部，脱离该引爆器的分流器。其可以包括将装载的射孔模块化枪组件拧在一起，其中顶部触点与相邻枪组件的底部触点导电接触。其可以包括对射孔枪销端的外径进行型锻(swaging)和螺纹加工。其可以包括将逐销串联接头(pin by pin tandem sub)安装到具有逐盒枪体(box by box gun body)的射孔枪组件的盒端部中。其可以包括选择性地启动射孔枪的引爆器。其可以包括预装配耦接到选择开关的弹簧承载的顶部接触导线。其可以包括将选择开关的直通导线连接到装载管的绝缘导线。选择开关的输出导线可以是绝缘带或绝缘导线，该绝缘带或绝缘导线的端部固定有引爆器连接头插座。其可以包括将引爆索穿过端部配件的内端，并将引爆器从外端插入，使得引爆器在枪体的水平轴线上相邻引爆索。其可以包括重叠引爆索和引爆器，形成并排炸药耦接。其可以包括将压力舱壁安装到枪托架销端的挡板中。其可以包括将压力舱壁耦接到逐销串联接头中，其中串联接头插入枪托架的第一端中。其可以包括将压力舱壁耦接到枪托架的第二端。其可以包括通过将连接头端朝上的方式，将无线电引爆器插入端部配件引爆器孔来布置射孔枪。其可以包括将选择开关附接到预接线装载管，并将引爆器连接头插座穿过接线连接到上端部配件。替代实施例可以包括将绝缘导线连接到下端部配件内的开关，其中引爆器连接头插座线延伸装载管的长度，并且插座端穿过上端部配件。
附图说明
18.为了彻底理解本发明，结合附图，参考以下优选实施例的详细描述，在附图的几幅图中，附图标记表示相同或相似的元件。简而言之：
19.图1示出了模块化枪系统横截面的示例性实施例。
20.图2示出了模块化枪系统横截面端部的示例性实施例的特写。
21.图3示出了模块化枪系统横截面的一端的示例性实施例。
22.图4示出了耦接在一起的两个模块化射孔枪的示例性实施例。
23.图5示出了示例性实施例的耦接的特写，其中两个模块化射孔枪耦接在一起。
24.图6示出了耦接在一起的两个模块化射孔枪的示例性实施例。
具体实施方式
25.在以下描述中，为了简洁、清楚和举例，使用了某些术语。这并不意味着不必要的限制，并且这些术语仅用于描述目的，并旨在被广泛地解释。这里描述的不同装置、系统和方法步骤可以单独使用或者与其它装置、系统和方法步骤结合使用。预期在所附加权利要求的范围内，各种等同物、替代物和修改是可能的。
26.诸如助推器的术语可能包括装有次级高爆炸药的小金属管，该高爆炸药压接在引爆索的端部。爆炸部件设计成在射孔枪或其它炸药装置之间提供可靠的爆炸传递，通常用作辅助炸药以确保引爆。
27.引爆索是包裹在柔性壳体中的含有高爆材料的绳索，用于将引爆器连接到主高爆炸药上，如聚能装药。这提供了非常快速的起爆顺序，可以用来同时发射多个聚能装药。
28.引爆器或起爆装置可包括含有一级高爆材料的装置，该高爆材料用于引发爆炸顺序，包括一个或多个聚能装药。两种常见类型可能包括导电引爆器和撞击引爆器。引爆器可称为起爆器。导电引爆器有引信材料，当施加高电压引爆一级高爆炸药时，该引信材料会燃烧。撞击引爆器在由撞针引爆的密封容器中装有磨料和一级高爆炸药。撞针的冲击力足以激发弹道顺序，该弹道顺序然后传输到引爆索。
29.示例性实施例可以包括模块化射孔枪系统，其中选择开关体现在射孔枪的装载管组件的端部配件中。顶端或底端部配件被设计成容纳选择开关、馈通触点(feed through contact)和孔，以便从一端插入引爆器，从另一端插入引爆索。相对端部配件设计为连接到包含馈通触点的压力舱壁。地面通过装药管连接到端部配件、舱壁和枪体。装载管预接线，并终止于一端的压力舱壁馈通触点和另一端的选择开关。枪托架通过销装入盒中，枪托架的底部具有型锻的螺纹端。或者，其可以有一个细肩销到销串联接头。
30.图1中示出了示例实施例。示例性实施例包括射孔枪组件10。该射孔枪组件10的圆柱形主体(在这种情况下，为枪托架11)具有下端32和上端33。挡板12中设置有压力舱壁底部触点17，并进一步耦接到圆柱形主体11的下端32。
31.装药管14装载有聚能装药18，并设置在枪托架11内，与枪托架11耦接。在该示例性实施例中，装药管14是预接线的。挡板12相邻底端部配件13，该底端部配件13耦接到装药管14的下端34。装药管也称为装载管。装药管14具有位于下端34附近的装载管切口29和位于上端35附近的装载管切口28。装药管14具有位于下端34附近的底端部配件13和位于上端35附近的顶端部配件15。聚能装药18的锁定装置可以包括位于聚能装药18上的片30。引爆器导火索锁定装置可以包括位于聚能装药18端部的保持配件31。选择开关20通过耦接到接地螺钉62的接地导线61接地到圆柱形主体。导电导体60用于通过射孔枪10发送信号，并被预接线到装药管14中。导电导体60与圆柱形主体11绝缘，圆柱形主体11是导电的并用作接地。引爆索40耦接到每个聚能装药18上。来自选择开关20的接地导线61通过紧固件62耦接到壳体枪托架11。
32.顶端部配件15包括选择开关20、无线引爆器21、引爆索孔19和顶部触点16。图2示出了顶端部配件15的更近视图。接地接线头25允许选择开关20接地到装药管14。选择开关20通过引爆器连接头容器24连接到无线引爆器21。引爆器连接头容器24具有自动分流功能，由此无线引爆器21被分流，直到插入正确的连接头。引爆索40缠绕在装药管14的外部，通过连接头31连接到所有聚能装药18，并穿过装载管切口28进入位于无线引爆器21附近的
引爆索孔19，而终止于装药管14内。引爆索40可以与无线引爆器21端对端配置或并排配置。
33.射孔枪组件10的下端32在图3中示出，包括耦接到下端32并位于下端部配件13附近的挡板12。压力舱壁底部触点17耦接到绝缘导线27。装载管14包括聚能装药18，该聚能装药18具有用于锁定到装载管14中的锁定片30。聚能装药18具有引爆索锁定夹31，该引爆索锁定夹31耦接到沿着装载管14的外侧缠绕的引爆索40。
34.图4和图5示出了两个射孔枪，下部枪100和上部枪200，描绘了枪对枪连接的特写。两个射孔枪100和200被类似地配置，并该示例性实施例示出了枪是如何耦接在一起的。射孔枪100具有位于圆柱形主体111内的装药管114。装药管114包含聚能装药150，该聚能装药150耦接到引爆索140和上端部配件123。上端部配件123包含选择开关120，该选择开关120耦接到无线引爆器121，该无线引爆器121进一步位于相邻引爆索孔119。上部触点116耦接到射孔枪200的压力舱壁底部触点217。压力舱壁底部触点217设置在底端部配件213内，并耦接到底端部配件213。射孔枪200还包含位于圆柱形主体211内的装药管214，该装药管214包含与引爆索240耦接的射孔装药250。射孔枪200还具有上配件223，该上配件223包含耦接到无线引爆器221的选择开关220，该无线引爆器221进一步相邻于引爆索孔219。上部连接头216耦接到可能的第三射孔枪的压力舱壁底部触点。导电导体160用于通过射孔枪100发送信号，并被预接线到装药管中。导电导体160与圆柱形主体111绝缘，该圆柱形主体111是导电的并用作接地。选择开关120通过耦接到接地螺钉162的接地导线161接地到圆柱形主体。导电导体260用于通过射孔枪200发送信号，并被预接线到装药管中。导电导体260与圆柱形主体211绝缘，该圆柱形主体211是导电的并用作接地。选择开关220通过耦接到接地螺钉262的接地导线261，接地到圆柱形主体。
35.图6中示出了两个射孔枪，下部枪100和上部枪200，描绘了枪对枪连接的特写。两个射孔枪100和200被类似地配置，并该示例性实施例示出了枪是如何耦接在一起的。射孔枪100具有位于圆柱形主体111内的装药管114。装药管114包含聚能装药150，该聚能装药150耦接到引爆索140和上端部配件123。上端部配件123包含耦接到无线引爆器121的选择开关120，该无线引爆器121进一步相邻于引爆索孔119。导电触点170将导电导体160与上触点116导电耦接。接地弹簧172将选择开关120导电接地到接地凹槽171中的圆柱形主体111。上触点116耦接到射孔枪200的压力舱壁底部触点217。压力舱壁底部触点217设置在底端部配件213内，并耦接到底端部配件213。射孔枪200还包含位于圆柱形主体211内的装药管214，该装药管214包含与引爆索240耦接的射孔装药250。射孔枪200还具有上配件223，该上配件223包含耦接到无线引爆器221的选择开关220，该无线引爆器221进一步相邻于引爆索孔219。导电导体160用于通过射孔枪100发送信号，并被预接线到装药管中。导电导体160与圆柱形主体111绝缘。导电导体260用于通过射孔枪200发送信号，并被预接线到装药管中。导电导体260与圆柱形主体211绝缘，该圆柱形主体211是导电的并用作接地。导电触点270将导电导体260与上触点216导电耦接。接地弹簧272将选择开关220导电接地到接地凹槽271中的圆柱形主体211。在该示例性实施例中，引爆索140耦接到引爆索孔119，该引爆索孔119相对于无引爆索引爆器121处于并排配置。在该示例性实施例中，引爆索240耦接到引爆索孔219，该引爆索孔219相对于无线引爆器221处于并排配置。
36.本说明书中使用的无线引爆器被定义为在安装前预接线的引爆器，不需要现场任何接线即可运行。这种无线功能使引爆器可以有效地成为即插即用装置，通过将该装置插
入射孔枪，为该装置的运行建立必要的导电连接。
37.示例性实施例公开了一种模块化枪系统，该系统是由钢制装载管组成的销设计的盒子，该装载管的每一端预安装有端部配件。一个端部配件使装载管置于中央位置和定向，并包含选择开关、馈通触点和孔，以将无线引爆器从外端插入，并将引爆索插入内端。
38.装载管预接线为绝缘导线，该绝缘导线终止于一个端部配件中的选择开关和相对端部的压力舱壁。相对端部配件使装载管置于中央位置，并提供从装载管上预安装的绝缘导线到相邻端部配件的压力舱壁触点的导电接触。压力舱壁预安装到在枪托架的销端中的挡板。选择开关接地到装载管，该装载管导电连接到挡板，该挡板拧入枪托架。
39.装药被插入装载管，并通过固定在聚能装药上的锁定特征保持就位。引爆索通过固定在聚能装药上的锁定特征插入到每个装药的背部。引爆索终止于端部配件中的引爆索孔。无线引爆器从枪组件的外部插入到端部配件中，使得引爆器的炸药装载端在端部对端部位置与引爆索相邻。无线引爆器具有自动分流特征，该自动分流特征在插入配套插座之前不会非分流。
40.选择开关有带非分流插座的带状尾纤。插入无线引爆器后，连接到开关的连接头插座连接到引爆器的端部，脱离引爆器的分流器。装载和布置的模块化枪组件被拧在一起，使得顶部触点与相邻枪组件的底部触点导电接触。通过对枪的一端的外径进行型锻和螺纹加工，实现了盒的销枪配置(box by pin gun configuration)。或者，销端实现为通过将逐销串联接头安装到逐盒枪体的一个盒端部。
41.端部配件通过模具或机加工方法有目的地设计成容纳选择开关，该选择开关设计成选择性地启动射孔枪的引爆器。端部配件预装配有接线到选择开关的输入端的弹簧承载顶部触点。端部配件被预先组装，使得选择开关的直通导线连接到预安装在装载管上的绝缘导线。端部配件是预先组装好的，使得选择开关的输出线是绝缘带或导线，其端部固定有引爆器连接头插座。端部配件通过模具或机械加工方法有目的地设计成将引爆索穿过内端，并将引爆器从外端插入，使得引爆器在枪体的水平轴线上与引爆索相邻。可选地，端部配件被设计成使得引爆索和引爆器彼此重叠，使得引爆索和引爆器的端部并排。
42.压力舱壁预安装在枪托架的销端的挡板中。或者，压力舱壁被预安装到插入枪托架一端的逐销串联接头中。或者，压力舱壁预安装在装药管端部配件的端部。枪组件布置为以连接头端朝上的方式，将无线电引爆器插入端部配件引爆器孔中，随后将附接到端部配件的连接头插座附接到引爆器的外端中。
43.选择开关连接到或包含在预接线装载管内，并且带有引爆器连接头插座的导线穿过上端部配件。选择开关包含在下端部配件内，其中绝缘导线连接到同一下端部配件内的开关，并且引爆器连接头插座线延伸装载管的长度，以及该插座端穿过上端部配件。
44.虽然已经根据详细阐述的实施例描述了本发明，但是应当理解，这仅仅是示例性的，并本发明不必局限于此。例如，诸如上部和下部或顶部和底部的术语可以分别替换为井口和井下。顶部和底部可以分别是左侧和右侧。井口和井下可以在图中分别显示为左侧和右侧，或者分别显示为顶部和底部。通常，井下工具最初以垂直方向进入钻孔，但是由于一些钻孔以水平方向结束，工具的方向可能会改变。在这种情况下，相对而言，井下、下部或底部通常是工具管柱中在被称为井口、上部或顶部的部件之前进入钻孔的部件。第一壳体和第二壳体可以分别是顶部壳体和底部壳体。在如本文所述的枪串中，第一枪可以是井上枪
或井下枪，与第二枪相同，井上或井下参考可以互换，因为它们仅用于描述各种部件的位置关系。像井眼、钻孔、井、井筒、油井和其它替代物这样的术语可以用作同义词。工具串、工具、射孔枪串、枪串或井下工具等术语以及其它替代术语可以用作同义词。基于本公开，替代实施例和操作技术对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。因此，可以在不背离要求保护的发明的精神的情况下，对本发明进行修改。