外部定向内部校正的射孔枪的系统和方法版权的部分放弃
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技术领域
本发明一般涉及在石油和天然气开采中的定向射孔枪。具体地，本发明试图在期望的方
向上利用外部构件对射孔枪进行外部定向和利用枢轴机构进行内部校正。
背景技术
石油和天然气的开采过程通常包括准备、钻井、完成、生产和弃置等运作过程。
准备钻井现场涉及到要确保该现场能够被适当地利用，并且将要放置钻机和其他设备的
区域要被正确地分级。必须建造和维护钻井台及钻井道路，其包括在防渗层上铺开石头，以
防止任何溢漏的影响，但也要使任何雨水正常排出。
在石油和天然气井的钻井过程中，使用向下推动的钻头在钻柱的下端形成井。在钻井后，
井衬有套管柱。由此在套管柱和井之间形成环状区域。然后进行固井操作，以便用水泥填充
环状区域。水泥和套管的结合，加强了井并且便于对套管后面的用于生产烃的地层的某些区
域进行隔离。
井完成的第一步是创建最终套管和支撑石油和天然气的岩石之间的连接。有各种操作，
其中有必要在井内隔离特定区域。这通常是通过用塞子在一个给定点或复数个点临时封堵井
管来实现。
井套管中的隔离区内放置有枪串组件。枪串组件包括彼此耦接或者通过串联件或接头耦
接的复数个射孔枪。然后发射射孔枪，产生的孔穿过套管和水泥并进入到目标岩石中。这些
射孔连接支撑石油、天然气和油井的岩石。
射孔枪包括用于聚能射孔弹的输送件，诸如中空载体、管，以对准和支撑该聚能射孔弹
(射孔弹保持管)、射孔弹保持管端板、聚能射孔弹、引爆线和雷管。在斜井/水平井射孔的
应用中，有时希望在井内对射孔孔道的方向进行定向，使得更多射孔可以相对于斜井/水平井
在一个特定的方向上集中，或者向上、下、上和下、或者向一侧或向另一侧。
现有技术系统的外部定向综述(0100)
一般如在图1的系统图(0100)所示，现有技术中与射孔枪组件相关的系统包括横向钻
入井的井套管(0120)。枪串组件(GSA)包括复数个射孔枪(0101、0102)，其中爆震序列被
定位在烃断裂带。枪可以利用串联件(0104)彼此耦合。外部的方法，其中，当向井下泵送
枪或从井拔起时，来自射孔枪的翼片或突起(0103)导致组件的质心为使得射孔枪趋于在井
套管的下侧上和利用翼片定向到井的高侧。这种方法主要与缆绳泵下送射孔输送方法一起使
用。这种方法具有的优点是低成本的解决方案，但缺点是射孔弹的定向方式精度较低。如图
1b所示，向期望的方向的角度定向枪串。根据期望的定向，精度通常至多是+/-15度。将在
地层的优选断裂面开始和传递断裂。定向射孔系统可以用于更紧密地对准射孔孔道的平面和
优选断裂面。由于邻近井的流动路径中的弯曲，如图2a(0230)所示，优选断裂面和井中的
射孔之间的未对准会造成显著压降。一般如图2a(0230)和图2b(0240)所示，相对于射孔
弹的射孔方位示出优选断裂面(PFP)。以90度分相到PFP的射孔产生夹点导致压力损失和流
动路径高弯曲。图2c(0250)示出以0度和180度至优选断裂面的射孔，并且图2c(0260)
示出以90度分相至PFP的射孔。
烃断裂孔道具有某些最有效地开采油/气的优选定向，即是，当射孔沿着孔道对准时，油
/气流过射孔孔道，而没有流经可能成为产生高弯曲条件的约束性路径的备用路径。
因此，需要优于+/-15度的精度，以减少弯曲和提高井的性能。
现有技术系统的内部定向综述(0300)
一般如图3(0300)所示，允许枪的内部部件转动360度(0720)并进行加重，以在一
个优选的方向旋转。射孔弹壳可以是加重机构的一部分。这种方法具有更高精度的优点，但
会对整个枪组件增加显著成本，因为需要轴承和滚子以允许利用受限的可用力使内部结构旋
转。此外，轴承和滚动机构可能无法转动，原因在于它们会因摩擦而粘合或由于热膨胀而粘
合，或者原因在于枪可能由于井直度的变化而略微弯曲。在这种情况下，射孔弹可能以任何
随机方向发射，并导致井的性能比不需要定向的、已经利用常规螺旋分相射孔弹所实现的性
能要差。因此，需要防止用在传统轴承和滚子机构中的随机方向射孔。
对于一个泵向下选择点火的应用，全方位旋转(360°)防止使用通线以将随后的选择点
火开关连接到点火序列。旋转的内部部件会切断导线或者需要旋转接合，这两者都降低枪系
统的可靠性。因此，需要受限的内部运动枪，允许线被定位为没有夹点存在。
最后，这些系统所需的轴承和重量通常减少最大可能的射孔弹尺寸，并且需要的射孔弹
比在等效直径的传统系统中所使用射孔弹的克重量更低。
因此，需要最大化射孔弹尺寸以便实现最大的射孔效率。
此外，需要通过使用射孔枪的长度以最大化孔密度，从而最大化射孔弹的数量。
此外，需要射孔弹调整为在井套管中偏差或在射孔枪中笔直，以在射孔的期望方位上定
向射孔弹。
现有技术中的缺陷
如上详述的现有技术具有以下缺陷：
·现有技术中的系统不提供优于+/-15度的精度来减少弯曲和增加井性能。
·现有技术中的系统不提供防止在常规的轴承和辊子机构中使用的随机方向的射孔。
·现有技术中的系统不提供用于最大化射孔弹尺寸以便实现最大射孔效率。
·现有技术中的系统不提供用于通过使用射孔枪的长度最大化孔密度来最大化射孔弹的
数量。
·现有技术中的系统不提供用于调整到井套管中的偏差或射孔枪的直度以在用于射孔的
期望的方位上定向射孔弹。
·现有技术中的系统不提供可靠和简单的穿通线，使得能够利用外部或内部转体定向枪来
选择点火系统。
虽然一些现有技术可以教导这些问题中的几个问题的一些解决方案，但是利用受限的内
部校正来对射孔枪外部定向的核心问题还没有被现有技术解决。
发明目的
因此，本发明的目的是(尤其是)围绕现有技术的缺陷，实现以下目标:
·提供多于+/-15度的精度来减少弯曲和增加井性能。
·提供防止在常规的轴承和辊子机构中使用的随机方向的射孔。
·提供用于最大化射孔弹尺寸以便实现最大的射孔效率。
·提供用于通过使用射孔枪的长度最大化孔密度来最大化射孔弹的数量。
·提供用于调整到井套管中的偏差或射孔枪的直度以在用于射孔的期望的方位上定向射
孔弹。
·提供可靠和简单的穿通线，以使得能够利用外部或内部转体定向枪来选择点火系统。
虽然这些目标不应该被理解为限制本发明的教导，一般这些目标通过以下部分中讨论的
公开发明而部分或者全部实现。本领域技术人员毫无疑问能够选择如公开的本发明的方面以
实现任何上述目标的组合。
发明内容
系统综述
本发明在各种实施例中用下面的方式解决一个或复数个上述目标。本发明提供外部定向
内部校正系统，包括部署在井中的枪串组件(GSA)，具有外部突起构件(EPM)和内轴颈支座
(IPS)。EPM定向到井的高侧，使得GSA的质心将GSA定位在井表面的下侧。GSA的内部部件
从IPS摆动/转体，使得射孔弹朝着期望射孔方位定向。GSA内部的射孔弹在射孔的期望方向
上随引力向量和点更准确地运动。EPM的外部定向连同关于IPS的受限内部摆动提供对射孔
弹的准确定向，以用于射孔通过烃地层。
方法综述
本发明的系统可用在全部气体开采方法的场合，其中如先前描述的外部定向内部校正的
射孔枪系统是由具有下列步骤的方法来控制的：
(1)在井套管中连同EPM和IPS定位所述GSA；
(2)利用EPM在期望射孔方向上在粗略角度范围内粗略定向；
(3)利用IPS在期望射孔方向上在精细角度范围内精细校正；和
(4)利用GSA射孔到烃地层中。
本实施例和其他优选示例性实施例方法的整合，结合本文描述的各种优选示例性实施例
系统，被本发明的整个范围所预期。
附图说明
为了更全面理解本发明提供的优点，应该参考以下的详细描述和附图，其中：
图1所示为现有技术系统如何使用枪串组件来利用外部定向的翼片进行射孔的系统截面
概略图；
图1a所示为现有技术系统如何使用枪串组件以利用外部定向的翼片执行定向射孔的系
统端视图；
图1b所示为现有技术系统如何利用外部定向的翼片以一角度定向至优选定向的系统端
视图；
图2a所示为优选断裂面(PFP)和射孔方位之间的关系；
图2b所示为优选断裂面(PFP)和射孔方位之间的关系；
图2c所示为以0度和180度到优选断裂面(PFP)的射孔方位；
图3所示为现有技术系统如何使用枪串组件以执行利用旋转360度的内部滚珠轴承机构
的定向射孔的系统端视图；
图4所示为根据本发明的优选实施例的描绘安装在翼片接头上的外部突起构件(EPM)结
合内轴颈支座(IPS)以执行定向射孔的示例性系统侧视图；
图4a所示为根据本发明的优选实施例的描绘安装在射孔枪上的外部突起构件(EPM)的
示例性系统侧视图；
图5所示为根据本发明的优选实施例的内轴颈支座(IPS)执行定向射孔的示例性系统截
面图；
图5a所示为根据本发明的优选实施例的内轴颈支座(IPS)执行定向射孔的示例性系统
的截面图；
图5b所示为根据本发明的优选实施例的聚能射孔弹执行定向射孔的示例性系统截面图；
图6所示为根据本发明的优选实施例的内轴颈支座(IPS)执行定向射孔的示例性透视图；
图7、7a、7b、7c、7d所示为根据本发明的优选实施例的利用滚珠轴承座圈的受限内部
旋转执行定向射孔的截面图；
图8所示为根据本发明的优选实施例的利用滚珠轴承座圈的受限内部旋转执行定向射孔
的透视图；
图9a所示为根据本发明的优选实施例的安装在枪串组件上的外部突起构件(EPM)结合
内轴颈支座(IPS)和外部定向重块以执行定向射孔的端视图；
图9b所示为根据本发明的优选实施例的描绘安装在a枪串组件的接头上的外部突起构件
(EPM)结合内轴颈支座(IPS)以执行定向射孔的截面图；
图9c所示为根据本发明的优选实施例的安装在枪串组件上的外部突起构件(EPM)结合
内轴颈支座(IPS)以执行定向射孔的展开截面图；
图10所示为根据本发明的当前实施例的示例性第二内轴颈支座(SIPS)系统横截图；
图11所示为在一些优选示例性发明实施例中的利用外部突起构件(EPM)结合内轴颈支
座(IPS)的优选示例性定向井射孔方法的详细流程图；
图12a、12b、12c、12d、12e所示为根据优选示例性实施例在射孔定向枪中使用的旋转
孔口面凹部设计的不同视图；
图13a、13b、13c、13d、13e所示为根据优选示例性实施例在射孔定向枪中使用的偏心
切口凹部设计的不同视图；
图14a、14b、14c、14d、14e所示为根据优选示例性实施例在射孔定向枪中使用的旋转
的配准凹部设计的不同视图。
具体实施方式
尽管本发明容许很多不同形式的实施例，其在附图中已示出的并且其中将在本发明的详
细优选实施例中进行描述，但是理解为本公开应被视为本发明的原理的范例，而并不意于将
本发明的广泛方面限制为例示的实施例。
本申请的许多创新教导将特别参考当前优选实施例进行描述，其中这些创新教导有利地
应用到外部定向射孔枪系统和方法的具体问题上。然而，应该理解，本实施例仅是本文的创
新教导的许多有利用途的一个例子。一般地，在本申请的说明书中进行的陈述不一定限制各
种要求保护的发明中的任一个。而且，一些陈述可以应用于某些创造性特征，但不适用于其
他。
利用外部突起构件(EPM)结合内轴颈支座(IPS)定向井射孔的优选示例性系统框图
(0400)
本发明一般可以更详细地如图4(0400)所示，其中枪串组件(GSA)(0420)连同集成
的外部突起构件(EPM)(0405)被部署在井套管(0401)内。在已经分离用于射孔的阶段后，
射孔枪串组件(GSA)(0420)可以被部署并定位在分离的阶段中。GSA(0420)可以包括通过
串联件或接头或传递件彼此机械耦接的一串射孔枪。例如，射孔枪(0406)可以经由诸如串
联件、传递件、接头或翼片接头(0408)的连接元件耦接至射孔枪(0407)。在典型的GSA中，
复数个射孔枪可以以级联模式耦接。根据一个优选示例性实施例，外部突起构件(EPM)(0405)
可以被安装/附连到接头(0408)，以在朝向井管内表面的向上方向上外部定向该枪。在GSA
(0420)被泵入井套管(0401)之后，GSA(0420)由于作为EPM(0405)定向的结果的向上
的重力和点而定位在套管的底表面上。根据一个优选示例性实施例，EPM(0405)定向GSA
(0420)，使得在射孔弹保持管(CHT)内的射孔弹(0404)在优选/期望射孔/射孔方位的+/-20
度(粗略角度范围)内粗略地对准。根据一个优选示例性实施例，EPM(0405)可以被成形为
符合翼片接头(0408)的外表面。例如，EPM(0405)可以是细长形、圆锥形或楔形或符合该
翼片接头(0408)的外表面的任何其它形状。根据另一优选示例性实施例，EPM(0405)还可
以安装在射孔枪(0406、0407)的外表面上，如图4a中示出的。根据又一优选示例性实施例，
EPM在期望射孔方位的30+/-15度内粗略定向GSA。根据另一优选示例性实施例，EPM在期望
射孔方位的+/-12.5度内粗略定向GSA。根据最优选示例性实施例，EPM在期望射孔方位的
+/-12.5度内粗略定向GSA。
图4a(0410)示出安装在井套管(0411)内的GSA(0420)。GSA(0420)可以包括通过
串联件(0416)或传递件彼此机械耦接的枪串(0412，0413)。EPM(0415)和EPM(0425)
分别安装在射孔枪(0412)和射孔枪(0413)上。这种布置可以使EPM放置在射孔枪的任一
端，在中部或在串联件(0416)的附近。根据需要，GSA布置的重量分布可以将EPM均匀地
或随机地间隔开。例如，EPM(0415)可以附接在射孔枪(0412)的更轻的终端，以便平衡枪
的重量，并帮助准确定向GSA。同样，EPM(0425)可以附接到射孔枪(0413)的中部。这种
配置可以不将EPM之间的间距限制成串联件之间的间距，如图4(0400)所示。
根据又一优选示例性实施例，EPM(0415)和EPM(0425)可以略为角度偏移，以使得能
够更准确地到达优选的方位。可以用偏移来解释在枪定向中的偏差。例如，可以在EPM(0415)
和EPM(0425)之间使用1到2度的角度偏移。
优选示例性内部枢轴系统实施例(0500)
一般如图5(0500)所示，射孔枪(0501)包括载有能量射孔弹(0507、0508)的射孔
弹架管(CHT)(0509)。应当注意，示出了2个射孔弹仅用于例示目的，而不被解释为一种限
制。本领域技术人员将理解，可以在射孔枪中使用任何数量的射孔弹。射孔弹架管由包括固
定端板(0502)和摆动/可动端板(0503)的2部分端板支撑。可以利用对准销(0505)将固
定端板(0502)机械地对准到枪筒。摆动端板(0503)可以围绕比射孔弹架管的重心高的内
轴颈支座(IPS)(0506)旋转。根据一个示例性实施例，IPS在优选射孔方位的+/-5度内定
向射孔弹架管和射孔弹。根据一个示例性实施例，内轴颈支座在受限弧内、在射孔枪中旋转
复数个能量射孔弹，使得在所述期望射孔方位上在更精细角度范围内对准复数个能量射孔弹。
聚能射孔弹可以射穿通过凹部(0504)。受限弧可以在+/-5度的范围内。根据另一示例性实
施例，更精细角度范围可以在+/-5度内。IPS(0506)可以是枢轴销，其一端附连/焊接到固
定端板(0502)的内表面，而另一端用于利用摆动端板(0503)悬挂CHT。根据一个示例性
实施例，IPS(0506)可操作地集成到射孔弹架管的端板。根据另一示例性实施例，IPS(0506)
可操作地直接集成到射孔弹架管。IPS(0506)还可以集成到诸如射孔弹(0511)或枢转射孔
弹夹的其他枪部件。IPS(0506)可以在EPM的方向上自身定向，以精细校正EPM的粗略定向。
应注意到，IPS(0506)可以利用诸如旋钮、钩、搭扣、桩钉等元件附接到/焊接到固定端板
(0502)。根据一个优选示例性实施例，IPS(0506)可以是支架，其允许沿弧的受限旋转运
动可以被限制为30度。在另一优选示例性实施例中，IPS(0506)可以通过允许受限旋转/
转体运动的吊架而悬挂。在内部定向的机构的发生故障的情况下，受限运动将定向角约束在
防止随机射孔方位的约束性弧内。根据一个优选示例性实施例，外部突起构件通过IPS(0506)
和内部校正的组合，使得在优选方向的+/-5度内精确地定向射孔弹。现有技术系统并不提供
实现准确地定向射孔枪而不使用轴承/重块机构的外部定向元件与内部校正的组合。根据一个
优选示例性实施例，轴承和重块不要求利用IPS内部校正，并因此可以使用最大可能的射孔
弹尺寸。另外，通过使用射孔枪的整个长度，本优选示例性实施例最大化射孔弹和孔密度的
数目。IPS(0506)和EPM可以由例如金属的材料制成，其能够抵抗井体和井流体的温度和压
力条件。例如，该材料可以是钢、铝、合成物、塑料等。
图5a(0510)一般所示为射孔枪的端部视图，其示出限制射孔弹架管和射孔弹的旋转的
枢轴(0506)。图5b(0520)一般所示为围绕枢轴旋转的能量射孔弹(0507)的横截面。
根据一个优选示例性实施例，内轴颈支座(IPS)成形为支架。根据另一优选示例性实施
例，内轴颈支座成形为吊架。
图6所示为射孔枪的透视图，示出限制射孔弹架管和能量射孔弹的旋转的枢轴(0506)。
优选示例性内部轴承座圈的系统实施例(0700-0800)
一般如图7(0700)，图中示出了包括载有能量射孔弹(0707，0708)的射孔弹架管(CHT)
(0703)的射孔枪(0701)。射孔弹架管(0703)经由轴承座圈系统(0704)机械耦接到枪(0701)。
CHT(0703)可以利用对准销(0705)机械地对准到枪筒。在轴承座圈系统(0704)中的销(0731)
限制CHT(0703)的旋转/转体，并因此限制能量射孔弹(0707、0708)的旋转。根据一个优
选示例性实施例，销(0731)充当内轴颈支座，其可以集成到端板并配置有附接到射孔枪中
的射孔弹架管的轴承座圈。销(0731)在受限弧(0711)内限制所述射孔弹架管的旋转，并
在期望射孔方位在精细角度范围内定向能量射孔弹(0707、0708)。应当注意，示出的2个射
孔弹仅用于例示目的，而不被解释为一种限制。本领域技术人员将理解，可以在射孔枪中使
用任何数量的射孔弹。根据一个示例性实施例，销(0731)将限制射孔弹架管的旋转程度，
并因此使射孔弹限制在+/-5度内(精细的角度范围)。偏心重块(0702)还可以用于在优选
射孔方向上定向能量射孔弹。现有技术中具有轴承轨迹内旋转的系统能够实现360度的运动，
但优选实施例利用枢轴销(0731)限制运动。内部射孔弹架管的精细角行程通过外部突起构
件组合粗角外部定向使得能量射孔弹能够在期望射孔方位准确地定位在+/-5度内。图8
(0800)示出具有内部轴承座圈系统的射孔枪的透视图，其由于如图7C所示的销(0731)的
约束在受限弧内旋转。
结合内轴颈支座(IPS)的外部突起构件(EPM)的优选实施例(0900-0920)
一般如图9a(0900)所示，在井套管(0901)中的射孔枪串组件(0902)的横截面端视
图。外部突起构件(EPM)(0903)可以安装在枪串组件(0902)上，使得当部署在井套管(0901)
中时，在期望射孔定向的+/-20度内粗略地使枪对准。在图9B(0910)中进一步示出枪串组
件(GSA)的横截面，其中，复数个射孔枪(0914、0915、0916)被部署到井套管(0901)中。
外部突起构件(0911、0912)可以连同外部定向重块(EOM)(0917)安装在枪串组件上。可
以单独使用外部定向重块(0917)，以便粗略定向射孔枪，而不使用EPM(0911、0912)。应
当指出，外部定向重块(0917)可以集成到GSA的大管塞(趾端)或GSA的跟端。根据一个
优选示例性实施例，可以结合EPM(0911、0912)使用外部定向重块(0917)，以在期望定向
射孔的+/-15度内定向GSA。根据另一优选示例性实施例，在具有或不具有外部突起构件的情
况下，外部定向重块(0917)可以主要用于在期望射孔方位的+/-15度内定向GSA。可以选择
EOM(0917)的重量，使得在期望射孔方位的+/-15度内定向GSA。包括内轴颈支座的射孔枪
(0916)的详细视图进一步如图9C(0920)所示。
一般如图9c(0920)所示，射孔枪(0921)可以部署到井套管(0923)中。射孔枪(0921)
可以包括可操作地集成到枪部件的内轴颈支座(IPS)(0924)，诸如射孔弹架管、射孔弹架管
中的端板、射孔弹和/或支撑射孔弹壳的射孔弹夹。外部突起构件(EPM)(0922)可以在耦接
位置安装在枪串组件上，使得在期望射孔方位(0927)的+/-20度内粗略地对准该射孔枪。
根据一个优选示例性实施例，外部突起构件(0927)在粗略角度范围内对准能量射孔弹(0928)，
而内轴颈支座在到期望射孔方位(0927)的精细角度范围内进一步精细地对准能量射孔弹
(0928)。在一个优选示例性实施例中，粗略角度范围处于到达期望射孔方位+/-20度的范围
内，而精细角度范围处于到达期望射孔方位+/-5度的范围内。第二内轴颈支座(SIPS)(0925)
还可以集成到射孔枪(0921)中。SIPS(0925)可以是夹子、支架、吊架或悬挂到引爆线(0929)
的导线，或射孔枪(0921)中的射孔弹架管。SIPS(0925)可以使得射孔弹壳和射孔弹能够
正交地且纵向地旋转至井套管(0923)。SIPS(0925)可以进一步在到期望射孔方位的精细角
度范围内定向射孔弹。精确的角形角可以在到达期望射孔方位+/-5度的范围内。此外，第二
内轴颈支座(0925)还可以正交地定向，以校正井套管本身的缺陷。根据一个优选示例性实
施例，外部突起构件、内轴颈支座和第二内轴颈支座的组合能使复数个能量射孔弹定向到期
望射孔方位(0927)的+/-5度范围内。根据又一优选示例性实施例，外部突起构件、外部定
向重块、内轴颈支座和第二内轴颈支座的组合能使复数个能量射孔弹定向到期望射孔方位
(0927)的+/-5度范围内。根据另一优选示例性实施例，外部定向重块、内轴颈支座和第二
内轴颈支座的组合能使复数个能量射孔弹定向到期望射孔方位(0927)的+/-5度范围内。
具有第二内轴颈支座(IPS)的定向井射孔的优选示例性系统框图(1000)
一般如上述图4(0400)中所述，内轴颈支座可以是旋转/自旋/扭转的转体元件，以允
许射孔弹的纵向和正交运动，如图10(1000)所示。应当注意，示出了2个射孔弹仅用于例
示目的，而不被解释为一种限制。本领域技术人员将理解，可以在射孔枪中使用任何数量的
射孔弹。在钻井之后，套管(1001)水平安装在井内。射孔弹可以定向为在到优选射孔方位
的零度进行射孔。井中的缺陷导致套管与水平面稍微成角度/偏移。因此，枪串组件可以稍微
远离优选断裂方向进行定向。图10(1000)示出枪串组件，包括可以与EPM集成的射孔枪(1002)
和悬挂到引爆线(1003)的第二内轴颈支座SIPS(1004)。GSA可以通过缆线或盘状配管射孔
(TCP)部署到套管(1001)中。IPS(1004)可以利用诸如线的悬挂构件在一端附接到引爆
线，并在另一端附接到支撑射孔弹(1008、1009)的射孔弹壳夹持器(1007)。悬挂在引爆线
上的IPS(1004)可以实现射孔弹(1008、1009)都在纵向(沿套管的长度)和正交(垂直
于套管)轴的受限弧运动。射孔弹在两个方向的受限运动允许射孔弹为套管定向在井内的缺
陷进行调整。根据一个优选示例性实施例，当都在正交和纵向方向调整时，射孔弹可以准确
地定向到优选定向以用于导致更高射孔效率的射孔。精度可以处于到达优选射孔方位+/-5度
的范围内。根据一个优选示例性实施例，利用EPM的射孔枪的外部定向连同转体IPS(1004)
的内部校正提供在优选/期望射孔的+/-5度内的准确射孔定向。IPS(1004)、悬挂构件和EPM
可以由例如金属的材料制成，其能够抵抗井体和井流体的温度和压力条件。例如，该材料可
以是钢、铝。
具有外部突起构件(EPM)结合内轴颈支座(IPS)的定向井射孔的优选示例性流程图实
施例(1100)
一般如图11(1100)的流程图所示，利用结合内轴颈支座(IPS)方法的外部突起构件
(EPM)的优选示例性定向井射孔可以按照以下步骤进行一般描述：
(1)在井套管(1101)中连同EPM和IPS定位所述GSA；
(2)利用EPM在期望射孔方位上在粗角度范围(1102)内粗略定向；
(3)利用IPS在期望射孔方位上在精细角度范围(1103)内精细校正；和
(4)利用GSA射孔至烃地层(1104)中。
优选示例性系统的旋转孔口面凹部设计(1200-1450)
聚能能量射孔弹射孔通过射孔枪外侧上的凹部，使产生的毛刺基本上不突出越过射孔枪
的外径。当射孔枪被拉出造成择优侵蚀点时，在外侧上的毛刺划伤套管的内部或沿着路径招
致约束。射孔枪在外表面上配置有带状凹部设计，使得利用内轴颈支座对聚能射孔弹的方位
内部校正后，聚能射孔弹射孔通过带状凹部，而不通过射孔枪的厚部分。根据一个示例性实
施例，在利用IPS在期望射孔方位上定向射孔弹后，一直围绕射孔枪的带/孔道能使射孔弹射
孔通过凹部。
旋转孔口面凹部设计(1200–1250)
如图12a(1210)、图12b(1220)、图12c(1230)、图12d(1240)和图12e(1250)所
示，可以在射孔枪(1207)的外表面上沿着路径切割旋转的孔口面凹部(1205、1206)。在图
12c(1230)中示出凹部(1205)的端视图。图12c(1230)中的凹部(1205)的横截面进一
步在图12E(1250)中示出。在图12d(1240)中示出旋转孔口面凹部(1205、1206)的透视
图。如图12e(1250)所示，旋转孔口面凹部(细长形凹部)可以配置有各种角度(1203)、
宽度(1201、1202)和厚度(1204)。根据一个优选示例性实施例，角度范围是从0度至180
度。根据一个更优选示例性实施例，其角度可以是45度。根据另一优选示例性实施例，这些
面的宽度范围是从0.25英寸至2英寸。根据一个更优选示例性实施例，其宽度可以是1.25
英寸。根据另一优选示例性实施例，这些面的厚度范围是从0.05英寸至0.75英寸。根据一
个更优选示例性实施例，其厚度可以是0.125英寸。
偏心切口凹部设计(1300-1350)
如图13a(1310)、图13b(1320)、图13c(1330)、图13d(1340)和图13e(1350)所
示，可以沿射孔枪(1307)的外表面上的路径偏心切割偏心切口凹部(1305、1306)。在图
13c(1330)中示出凹部(1305)的端视图。在图13C(1330)中的凹部(1305)的横截面在
图13E(1350)中进一步示出。在图12D(1340)中示出偏心切口凹部(1305、1306)的透视
图。如图13E(1350)中示出，偏心切口凹部可以配置有各种角度(1303)、宽度(1301、1302)
和厚度(1304)。根据一个优选示例性实施例，角度范围是从0度至180度。根据一个更优选
示例性实施例，其角度可以是45度。根据另一优选示例性实施例，这些面的宽度范围是从
0.25英寸至2英寸。根据一个更优选示例性实施例，其宽度可以是1.25英寸。根据另一优
选示例性实施例，这些面的厚度范围是从0.05英寸至0.75英寸。根据一个更优选示例性实
施例，其厚度可以是0.125英寸。
旋转的配准凹部设计(1400–1450)
如图14a(1410)、图12b(1420)、图12c(1430)、图12d(1440)和图14e(1450)中
所示，可以沿着射孔枪(1407)的外表面上的路径切割旋转的配准凹部(1405、1406)。在图
14c(1430)中示出凹部(1405)的端视图。在图14c(1430)中的凹部(1405)的横截面在
图14e(1450)中进一步示出。在图14d(1440)中示出偏心切口凹部(1405、1406)的透视
图。如图14e(1450)所示，旋转的配准凹部可以配置有各种角度(1403)、宽度(1401、1402)
和厚度(1404)。根据一个优选示例性实施例，角度范围是从0度至180度。根据一个更优选
示例性实施例，其角度可以是45度。根据另一优选示例性实施例，这些面的宽度范围是从
0.25英寸至2英寸。根据一个更优选示例性实施例，其宽度可以是1.25英寸。根据另一优
选示例性实施例，这些面的厚度范围是从0.05英寸至0.75。根据一个更优选示例性实施例，
其厚度可以是0.125英寸。
系统概述
本发明的系统预期一种定向射孔的基本主旨的各种变化，但可以概括为外部定向内部校
正的射孔枪系统，包括：
(a)外部突起构件(EPM)；和
(b)内轴颈支座(IPS)；
其中
射孔枪是枪串组件的至少一部分，该枪串组件包括复数个射孔枪；
外部突起构件被配置为安装在枪串组件上；
外部突起构件被配置为在期望射孔方位上在粗略角度范围内外部地对准射孔枪；
内轴颈支座可操作地集成到射孔枪的内部部件；和
内轴颈支座被配置为在射孔枪中在受限弧内旋转复数个能量射孔弹，使得在期望射孔方
位上在更精细角度范围内对准复数个能量射孔弹。
这种一般的系统概述可以通过本文描述的各种元件来扩充，以产生与此整体设计描述一
致的各种发明实施例。
方法概述
本发明的方法预期实现的基本主旨的各种变化，但可以概括为外部定向内部校正的射孔
枪方法，其中，所述方法执行在外部定向内部校正的射孔枪系统上，该系统包括：
(a)外部突起构件(EPM)；和
(b)内轴颈支座(IPS)；
其中
射孔枪是枪串组件的至少一部分，枪串组件包括复数个射孔枪；
外部突起构件被配置为安装在枪串组件(GSA)上；
外部突起构件被配置为在期望射孔方位上在粗略角度范围内外部地对准射孔枪；
内轴颈支座可操作地集成到射孔枪的内部部件；和
内轴颈支座被配置为在射孔枪中在受限弧内旋转复数个能量射孔弹，使得在期望射孔方
位上在更精细角度范围内对准复数个能量射孔弹；
其中，所述方法包括以下步骤：
(1)在井套管中连同EPM和IPS定位所述GSA；
(2)利用EPM在期望射孔方位上在粗略角度范围内粗略定向；
(3)利用IPS在期望射孔方位上在精细角度范围内精细校正；
(4)利用GSA向烃地层中射孔。
这种一般的方法概述可以通过本文描述的各种元件来扩充，以产生与此整体设计描述一
致的各种发明实施例。
系统/方法的变化
在本发明预期石油和天然气开采的基本主旨中的各种变化。先前介绍的例子并不代表可
能用途的整个范围。它们意于引用几乎无限的可能性中的几个。
这种基本系统和方法可以通过各种辅助实施例来扩充，包括但不限于：
·一个实施例，其中内轴颈支座是集成到端板的枢轴销；端板附接到在射孔枪中的射孔弹
架管；枢轴销在受限弧内限制射孔弹架管的旋转。
·一个实施例，其中内轴颈支座是集成到端板的销；端板配置有附接到在射孔枪中的射孔
弹架管的轴承座圈；销在受限弧内限制射孔弹架管的旋转。
·一个实施例，其中内轴颈支座机械地附接到射孔枪中的射孔弹架管。
·一个实施例，其中内轴颈支座机械地附接到引爆线；该引爆线紧固到在射孔枪中的射孔
弹架管。
·一个实施例，其中内轴颈支座机械地附接到射孔弹夹；该射孔弹夹悬挂到紧固到射孔枪
中的射孔弹架管的引爆线。
·一个实施例，其中内轴颈支座机械地附接到射孔弹壳；该射孔弹壳悬挂到紧固到射孔枪
中的射孔弹架管的引爆线。
·一个实施例，EPM被配置为安装在射孔枪的复数个耦接元件位置。
·一个实施例，EPM被配置为安装在射孔枪上。
·一个实施例，IPS配置有偏心重块以在期望射孔方位上内部地定向射孔弹。
·一个实施例，更精细角度范围在+/-5度内。
·一个实施例，粗略角度范围在+/-20度内。
·一个实施例，其中EPM形状选自包含以下形状的组：圆锥形、楔形和细长形状。
·一个实施例，其中EPM彼此成角度地偏移。
·一个实施例，其中EPM随机间隔。
·一个实施例还包括第二内轴颈支座；第二内轴颈支座附接到射孔枪中的引爆线；和第二
内轴颈支座被配置为沿射孔枪的纵向轴线旋转复数个射孔弹来在精细角度范围内定向射孔
弹。
·一个实施例还包括第二内轴颈支座；第二内轴颈支座附接到射孔枪中的引爆线；和第二
内轴颈支座被配置为与射孔枪的长度正交地旋转射孔弹来在精细角度范围内定向射孔弹。
·一个实施例，其中精细角度范围在+/-5度内。
·一个实施例，其中精细角度范围在+/-5度内。
本领域技术人员将认识到，其他实施例可能会基于上述发明说明书内教导的元素的组合。
结论
已经公开了用于在斜井中准确射孔的外部定向内部校正的射孔枪系统和方法。该系统/
方法包括：部署在井中的具有外部突起构件(EPM)和内轴颈支座(IPS)的枪串组件(GSA)。
随着EPM定向到井的高侧，GSA的质心使GSA定位在井表面的下侧。IPS附接到内部枪部件，
例如端板、射孔弹架管、引爆线或射孔弹壳。射孔弹架管内部的射孔弹随引力向量围绕IPS
运动并且在射孔的期望方向上更准确地指向。EPM的外部定向连同关于IPS的受限内部摆动
提供导致射孔通过烃地层的高效和起作用的精确定向。
虽然本发明的优选实施例已经在附图中例示并在前面的详细描述中描述，但是应当理解，
本发明并不限于所公开的实施例，而是能够进行各种重排、修改和替换而不脱离如由以下权
利要求提出和限定的本发明的精神。