(57)【要約】      （修正有）【課題】高圧高温の坑井内で性能向上を可能とする成形爆薬を用いた穿孔装置を提供する。【解決手段】穿孔装置５０は、複数の半径方向薄化部分５４を有したキャリアガン体５２を含んでいる。半径方向薄化部分５４はナノコンポジット外側層７２を有する。爆薬ホルダ６２がキャリアガン体５２内に配置されている。複数の成形爆薬５６が、爆薬ホルダ６２で保持されている。各成形爆薬５６は、起爆端部および放出端部を有する。成形爆薬５６の放出端部は、成形爆薬５６の爆発で形成されるジェットが半径方向薄化部分５４を貫通して進むように、キャリアガン体５２の半径方向薄化部分５４の直近に配置されている。半径方向薄化部分５４のナノコンポジット外側層７２が、高圧高温の坑井内での穿孔装置５０の性能向上を可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半径方向薄化部分を有し、前記半径方向薄化部分がナノコンポジット外側層を有しているキャリアガン体と、
前記キャリアガン体の内部に配置された爆薬ホルダと、
前記爆薬ホルダによって支持された複数の成形爆薬と、
を備え、
前記成形爆薬はそれぞれ起爆端部と放出端部とを有しており、前記放出端部が、前記キャリアガン体の前記半径方向薄化部分の直近に配置されている、穿孔装置。
【請求項２】
前記半径方向薄化部分は凹部をさらに含んでいる、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項３】
前記半径方向薄化部分は帯状部分をさらに含んでいる、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項４】
前記半径方向薄化部分の直近の前記キャリアガン体の少なくとも一部が、ナノコンポジット外側層をさらに備えている、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項５】
前記キャリアガン体は、ナノコンポジット外側層をさらに備えている、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項６】
前記キャリアガン体は、ナノコンポジット内側層をさらに備えている、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項７】
前記半径方向薄化部分の前記ナノコンポジット外側層は、ナノ構造合金をさらに含んで成る、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項８】
前記半径方向薄化部分の前記ナノコンポジット外側層は、鉄基合金をさらに含んで成る、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項９】
前記鉄基合金は金属ガラスから得られる、請求項８記載の穿孔装置。
【請求項１０】
前記鉄基合金の合金成分が、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択される、請求項８記載の穿孔装置。
【請求項１１】
前記ナノコンポジット外側層は、溶射法により前記半径方向薄化部分に施される、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項１２】
前記ナノコンポジット外側層は、溶接法により前記半径方向薄化部分に施される、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項１３】
前記ナノコンポジット外側層は、前記キャリアガン体の材料と一体である、請求項１記載の穿孔装置。
【請求項１４】
表面を有し、前記表面が少なくとも部分的にナノコンポジット材料から形成されているキャリアガン体と、
前記キャリアの内部に配置された爆薬ホルダと、
前記爆薬ホルダによって支持された複数の成形爆薬と、
を備えた穿孔装置。
【請求項１５】
前記キャリアガン体は複数の半径方向薄化部分を有しており、前記ナノコンポジット材料は、前記キャリアガン体における前記半径方向薄化部分の外側表面を形成している、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項１６】
前記ナノコンポジット材料は、前記半径方向薄化部分の直近の前記キャリアガン体の少なくとも一部の外側表面を形成している、請求項１５記載の穿孔装置。
【請求項１７】
前記キャリアガン体の前記表面は、外側表面をさらに含む、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項１８】
前記キャリアガン体の前記表面は、内側表面をさらに含む、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項１９】
前記キャリアガン体は、全体がナノコンポジット材料から形成されている、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項２０】
前記ナノコンポジット材料は、ナノ構造合金をさらに含む、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項２１】
前記ナノコンポジット材料は、鉄基合金をさらに含む、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項２２】
前記鉄基合金は金属ガラスから得られる、請求項２１記載の穿孔装置。
【請求項２３】
前記鉄基合金の合金成分は、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択される、請求項２１記載の穿孔装置。
【請求項２４】
前記ナノコンポジット材料は、溶射法により前記キャリアガン体に施される、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項２５】
前記ナノコンポジット材料は、溶接法により前記キャリアガン体に施される、請求項１４記載の穿孔装置。
【請求項２６】
前記ナノコンポジット材料は、前記キャリアガン体の材料と一体である、請求項１４記載の穿孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、成形爆薬を用いて地下坑井に穿孔を行うための装置に関し、特に、高圧高温の坑井内での性能向上のための穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の範囲を限定することなく、一例として成形爆薬穿孔装置を用いた炭化水素胚胎地下累層への穿孔に関して、本発明の背景を説明することとする。
【０００３】
炭化水素胚胎地下累層を横切る地下坑井の部分を掘削した後、各々固有の長さの金属管同士が典型的に互いに取り付けられて、坑井内に配置されたケーシングストリングを形成する。このケーシングストリングは、坑井の完全性を増大させると共に、通路をもたらす。その通路を通じて、累層からの流体を外部へ産出させることができる。通常、ケーシングストリングは坑井の内部でセメントで固められる。ケーシングストリング内へ流体を産出させるためには、ケーシングストリング、セメント、および累層内への隔たりを貫通して、流体開口ないし貫通孔を形成しなければならない。
【０００４】
一般的に、これらの穿孔は、１つないし複数の穿孔ガンの内部に配置された一連の成形爆薬を爆発させることによって作り出される。それらの穿孔ガンは、ケーシングストリングの内部で、所望の累層に近接した位置に配置される。通常、穿孔ガンは、閉鎖され流体密で中空のキャリアガン体から形成される。このキャリアガン体は、坑井内へ搬入されたワイヤラインないし配管上を降下するように適合されている。中空のキャリアガン体の内部には、選択された空間的分布で成形爆薬を支持して定置する爆薬ホルダが配置されている。成形爆薬は、円錐形に押し込められた爆発性材料を内部に有している。成形爆薬を爆発させるのに用いられる起爆コードが、成形爆薬の後部に近接して配置されている。起爆コードは、穿孔ガンが坑井内に配置されているときに、電気的ないし機械的に作動させることができる。
【０００５】
そのような閉鎖された流体密型のキャリアガン体においては、成形爆薬の爆発で生み出される爆発ジェットが、中空のキャリアガン体を貫通してから、坑井のケーシング壁および近接した累層を貫通する。中空のキャリアガン体によって生ずる抵抗を減少させると共に、累層内への穿孔の貫通深さを増大させるために、穿孔ガン本体には、スカラップ、ないしは帯状部分のような他の半径方向薄化部分が設けられていてもよい。それらのスカラップや他の半径方向薄化部分は、爆発ジェットが貫いて通過する比較的薄い壁部分を残すものである。中空のキャリアガン体におけるスカラップは、爆薬ホルダによってガン体内に保持された成形爆薬の空間的分布に対応した空間的分布で配置されなければならない。
【０００６】
しかしながら、スカラップおよびその近傍においてキャリアガン体の厚さを減少させることが穿孔ガンの強度を制限してしまう、ということが見出されてきている。従って、ある程度高圧高温の坑井内で穿孔を行うためには、定められた外径の穿孔ガンは、増大された壁厚および／または減少されたスカラップ深さを有していなければならない。いずれの場合も、そのような穿孔ガンの性能は低下してしまう。具体的には、壁厚の増大されたキャリアガン体の使用は、当該キャリアガン体の内部の利用可能な容積を減少させ、このことは、より小さな成形爆薬の使用を余儀なくさせる。また、スカラップ深さの減少されたキャリアガン体の使用は、累層内への穿孔の貫通深さを制限してしまう。
【０００７】
従って、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能で、壁厚の増大されたキャリアガン体を必要としない穿孔装置に対する要求が生ずる。また、そのような穿孔装置であって、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能で、スカラップ深さの減少されたキャリアガン体を必要としないものに対する要求も生ずる。さらに、そのような穿孔装置であって、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を達成するように作動可能なものに対する要求が生ずる。
【発明の概要】
【０００８】
ここに開示された本発明は、高圧高温の坑井内での穿孔性能を向上させるための穿孔装置を備えている。本発明の穿孔装置は、壁厚の増大されたキャリアガン体を必要とすることなく、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能である。また、本発明の穿孔装置は、スカラップ深さの減少されたキャリアガン体を必要とすることなく、高圧高温の坑井内での使用のために作動可能である。
【０００９】
一態様において、本発明は、高圧高温の用途のための穿孔装置に向けられている。当該穿孔装置は、ナノコンポジット外側層を有する複数の半径方向薄化部分を有したキャリアガン体を含んでいる。キャリアガン体の内部に爆薬ホルダが配置されている。爆薬ホルダによって複数の成形爆薬が支持されている。成形爆薬は、それぞれ起爆端部と放出端部とを有すると共に、キャリアガン体の半径方向薄化部分の直近に放出端部が位置するように配置されている。
【００１０】
一実施形態において、キャリアガン体の半径方向薄化部分は凹部である。もう一つの実施形態において、キャリアガン体の半径方向薄化部分は帯状部分である。ある種の実施形態において、ナノコンポジット外側層の使用は、キャリアガン体の半径方向薄化部分には限定されない。例えば、半径方向薄化部分の直近のキャリアガン体の一部が、ナノコンポジット外側層を有していてもよい。また、キャリアガン体の全体が、ナノコンポジット外側層を有していてもよい。これらに代えて、或いはこれらに加えて、キャリアガン体は、ナノコンポジット内側層を有していてもよく、或いは全体がナノコンポジット材料から形成されていてもよい。
【００１１】
一実施形態において、キャリアガン体の全部または一部を形成するナノコンポジット材料は、ナノ構造鉄基合金などのナノ構造合金とすることができる。この実施形態において、鉄基合金は金属ガラスから得られてもよい。また、この実施形態においては、鉄基合金の合金成分が、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択されてもよい。
【００１２】
一実施形態において、ナノコンポジット層は、溶射法によりキャリアガン体に施され得る。もう１つの実施形態において、ナノコンポジット層は、溶接法によりキャリアガン体に施され得る。ナノコンポジット層は、そのようにして（即ち、溶射または溶接によって）半径方向薄化部分に施され得る。追加的な実施形態において、ナノコンポジット層は、キャリアガン体の材料と一体であってもよい。
【００１３】
もう一つの態様において、本発明は、高圧高温の用途のための穿孔装置に向けられている。当該穿孔装置は、少なくとも部分的にナノコンポジット材料から形成される外側表面を有したキャリアガン体を含んでいる。キャリアの内部に爆薬ホルダが配置され、爆薬ホルダによって複数の成形爆薬が支持されている。
【００１４】
本発明の特徴および利点のより完全な理解のために、次に添付図面と共に発明の詳細な説明を参照する。添付図面において、異なる図面における対応した符号は、対応した部分を指している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による穿孔装置を作動させる海洋石油ガスプラットフォームの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による穿孔装置の部分破断図である。
【図３】本発明の一実施形態による穿孔装置の部分破断図である。
【図４】本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による穿孔装置におけるキャリアガン体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の様々な実施形態の製造および使用を以下で詳細に議論するが、本発明が、広く様々な特定内容に具体化することのできる多くの適用可能な発明概念をもたらすものである、ということを正しく認識すべきである。本明細書で議論する特定の実施形態は、本発明を製造および使用するための特定のやり方の単なる例示であって、本発明の範囲の境界を定めるものではない。
【００１７】
初めに図１を参照すると、本発明の穿孔装置は、模式的に図示されて全般的に符号１０で表された海洋石油ガスプラットフォームより作動している。セミサブマージブル（半潜水型）プラットフォーム１２が、海底１６の下に位置する水中石油ガス層１４の上に中心を合わせて置かれている。海中導管１８が、プラットフォーム１２のデッキ２０から、噴出防止装置２４を含んだ坑口設備２２まで延びている。プラットフォーム１２は、ワークストリング３０などのパイプストリングを昇降させるための昇降装置２６およびデリック（櫓）２８を有している。
【００１８】
坑井３２が、累層１４を含む様々な地層を貫いて延びている。ケーシング３４が、坑井３２の内部でセメント３６によって固められている。ワークストリング３０は、高圧高温の坑井内での性能を向上させるように作動可能な成形爆薬穿孔装置３８を含む、様々なツールを包含している。累層１４を穿孔することが望まれるときには、成形爆薬穿孔装置３８が累層１４に近接して配置されるまで、ワークストリング３０がケーシング３４を通じて降下させられる。その後、各成形爆薬を爆発させることで成形爆薬穿孔装置３８が点火される。それらの成形爆薬は、キャリアガン体４０の内部に配置されると共に、キャリアガン体４０の外側表面に形成された凹部４２と整列させられている。本発明においては、少なくとも各凹部４２の外側表面がナノコンポジット層を含んでいる。そのナノコンポジット層は、各凹部４２の位置においてキャリアガン体４０の強度を増大させる。ナノコンポジット外側層を用いることで、キャリアガン体４０は各凹部４２の位置で比較的薄い壁を有することができ、これにより高圧高温の坑井内での穿孔性能を向上させている。従って、爆発の直後に、成形爆薬のライナーが、凹部４２を貫いて通過するジェットを形成し、互いに間隔を置いた一連の穿孔を形成する。それらの穿孔は、ケーシング３４、セメント３６、および累層１４内への所望の深さまでを貫いて外方へ延びる。
【００１９】
図１は垂直坑井を描いてはいるが、本発明の成形爆薬穿孔装置は、偏距坑井、傾斜坑井、水平坑井、マルチラテラル坑井などを含んだ他の形状を有する坑井での使用に対して等しく適切である、ということが当業者に理解されるべきである。従って、「上」、「下」、「上方」、「下方」などのような方向を示す用語の使用は、図示例への言及での便宜のために用いられるものである。また、図１は海洋作業を描いてはいるが、陸上作業での使用に対して等しく適切である、ということも当業者に理解されるべきである。
【００２０】
次に図２を参照すると、そこには全般的に符号５０で表す本発明の成形爆薬穿孔装置が描かれている。穿孔装置５０は、円筒形スリーブで形成されたキャリアガン体５２を含んでいる。その円筒形スリーブは、スカラップないし凹部５４として描かれた複数の半径方向薄化領域を有している。各凹部５４は、複数の成形爆薬５６のそれぞれ１つずつと半径方向に整列させられている。各成形爆薬５６は、外側ハウジング、例えばハウジング５８と、ライナー、例えばライナー６０とを含んでいる。各ハウジングとライナーとの間には、一定量の高性能爆薬が配置されている。
【００２１】
成形爆薬５６は、爆薬ホルダ６２によってキャリアガン体５２の内部に保持されている。爆薬ホルダ６２は、外側爆薬ホルダスリーブ６４と、内側爆薬ホルダスリーブ６６とを含んでいる。この構成においては、外側チューブ６４が成形爆薬５６の放出端部を支持し、内側チューブ６６が成形爆薬５６の起爆端部を支持する。内側チューブ６６の内部には、成形爆薬５６を爆発させるのに用いる起爆コード（導爆線）７０、例えばプリマコード（登録商標）が配置されている。図示の実施形態においては、成形爆薬５６の起爆端部が穿孔装置５０の縦軸線を横切って延びて、成形爆薬５６のハウジング頂部に画成された開口を通じて、起爆コード７０が成形爆薬５６内の高性能爆薬に接続できるようにしている。
【００２２】
各成形爆薬５６は、穿孔装置５０が完全に組み立てられたとき、キャリアガン体５２内で凹部５４の１つと縦方向および半径方向に整列させられる。図示の実施形態において、成形爆薬５６は螺旋状パターンで配置されている。その螺旋状パターンでの配置は、各成形爆薬５６が、その独自のレベルないし高さに配置されると共に、一度に１つの成形爆薬だけが点火されるよう、個別に起爆されるべくあるように行われる。但し、本発明の原理から逸脱することなく、クラスター型のデザインを含めて、代替的な成形爆薬の配置を用いてもよい、ということが当業者に理解されるべきである。そのクラスター型のデザインにおいては、２つ以上の成形爆薬が、互いに同じレベルにあって同時に爆発させられる。以下で議論するように、穿孔装置５０の各凹部５４は、キャリアガン体５２の強度を増大させるナノコンポジット外側層７２を有しており、これにより穿孔装置５０を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。
【００２３】
次に図３を参照すると、そこには全般的に符号１００で表す本発明の成形爆薬穿孔装置が描かれている。穿孔装置１００は、複数の成形爆薬１０２を含んでおり、そのうち３つが描かれている。成形爆薬１０２は、キャリアガン体１０６の内部に配置された爆薬ホルダ１０４の内側に取り付けられている。図示の実施形態において、爆薬ホルダ１０４は、１つないし複数の縦方向部分を含むことができる。各縦方向部分は、一対の支持体１０８によってキャリアガン体１０６内に回転自在に支持されているが、図２ではそのような支持体１０８が１つしか見えていない。各支持体１０８は、キャリアガン体１０６の内側に接触する転動要素ないし軸受１１０を含んでいる。また、キャリアガン体１０６の各端部における支持体１０８と、キャリアガン体１０６の各端部に取り付けられた装置１１４との間に、任意選択的なスラスト軸受１１２を配置してもよい。装置１１４は、２つのガン同士を互いに結合するのに用いるタンデム、ガンストリングへ終端接続させるのに用いるブルプラグ、ファイアリングヘッド、または、ガンストリング内でキャリアガン体１０６に取り付けることのできる他の如何なる型式の装置であってもよい。この構成においては、爆薬１０２がキャリアガン体１０６の内部で回転できるようになっている。
【００２４】
図示の実施形態においては、キャリアガン体１０６の内部で爆薬１０２を所望の向きへ回転させるのに重力が用いられる。具体的には、爆薬ホルダ１０４、成形爆薬１０２、および錘１２０を含む回転組立体１１８の重心を横方向に片寄らせることで、組立体１１８が、重力によって偏倚させられ、回転軸線の直下に重心の置かれる特定の位置へと回転する。
【００２５】
キャリアガン体１０６には、帯状部分１２２として描かれた半径方向薄化部分が設けられている。帯状部分１２２は、各爆薬１０２の外側を覆って、キャリアガン体１０６の回りを周方向に延びている。従って、キャリアガン体１０６の内部で各成形爆薬１０２が回転するとき、各成形爆薬１０２は、帯状部分１２２の１つを貫通して発射（爆発）する向きを保つ。上記で議論した穿孔装置５０の凹部５４と同様に、帯状部分１２２は、キャリアガン体１０６の強度を増大させるナノコンポジット外側層１２４を有しており、これにより穿孔装置１００を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。
【００２６】
次に図４を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体（全般的に符号１５０で表す）の一部が断面で描かれている。キャリアガン体１５０は、複数の半径方向薄化領域１５２を含んでいる。それらの半径方向薄化領域１５２は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体１５０の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。各半径方向薄化領域１５２は、キャリアガン体１５０の強度を増大させるナノコンポジット外側層１５４を有しており、これによりキャリアガン体１５０を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。
【００２７】
ナノコンポジット外側層１５４は、キャリアガン体１５０の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有している。例えば、キャリアガン体１５０は通常の鋼鉄から形成されてもよいが、ナノコンポジット外側層１５４は、ナノ結晶粒鋼鉄を含むナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成される。本明細書で用いるとき、ナノ構造材料は、１から５００ナノメートルの構造を有する材料、より好ましくは１から１００ナノメートルの構造を有する材料を包含することとなる。
【００２８】
ナノコンポジット外側層１５４は、ホウ素、炭素、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タングステン、およびバナジウムよりなる群から選択される合金成分を有した鉄基合金から形成され得る。一例では、合金成分の重量パーセントは、約０％から４％のホウ素、約０.１％から８％の炭素、約０.５％から２１％のクロム、約５５％から９５％の鉄、約０％から３％のマンガン、約０.５％から８％のモリブデン、約０％から５％のニッケル、約０％から４％のニオブ、約０％から２％のケイ素、約０％から７％のタングステン、および約０％から４％のバナジウムである。
【００２９】
ナノコンポジット外側層１５４の材料は、単相過飽和固溶体の多相ナノスケール微細構造への分解を伴った固相転移における自己組織化現象を用いて形成できる。自己組織化した固相ナノ構造は、スピノーダル分解、共析変態、ガラス失透などを含む様々な技術を用いて調製することが可能である。或いは、ナノコンポジット外側層１５４の材料は、粉末金属のメカニカルアロイングを用いて形成してもよい。ナノコンポジット外側層１５４の材料は、ガラス失透プロセスを用いて形成することが好ましい。そのガラス失透プロセスにおいては、鉄基系の合金成分が金属ガラス状態で熱処理され、それから所望の多相ナノスケール結晶粒構造を有した材料へと失透（結晶化）させられる。
【００３０】
ナノコンポジット外側層１５４は、溶射法、溶接法、または他の適当な技術を含む様々な加工技術を用いて、キャリアガン体１５０に施され、ないしはキャリアガン体１５０上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット外側層１５４は、キャリアガン体１５０と一体に形成されてもよい。例えば、ナノコンポジット外側層１５４は、高速フレーム（HVOF）溶射法を用いてキャリアガン体１５０に施されてもよい。高速フレーム溶射法は、酸素と、１つないし複数の燃焼ガス、例えば水素、プロパン、プロピレン、ケロシンなどとの組み合わせを利用して、ナノコンポジット層を溶射するものである。また、ツインワイヤアーク溶射（TWAS）法を用いてもよい。ツインワイヤアーク溶射法においては、互いに電気的に反対に帯電された２本の金属ワイヤを一緒に送り出し、それらのワイヤ同士の交点に制御されたアークを発生させて、溶融金属を形成する。この溶融金属が、圧縮された空気やガスのジェットによって霧状にされてキャリアガン体１５０上へと吹き付けられ、ナノコンポジット層を形成する。
【００３１】
或いは、ナノコンポジット外側層１５４は、様々な溶接法を用いてキャリアガン体１５０に施され、ないしはキャリアガン体１５０上に形成されてもよい。例えば、プラズマ粉体肉盛アーク溶接（PTAW）法は、プラズマを利用して、原料粉体を溶融させ、ナノコンポジット材料の十分に稠密で冶金的に結合された溶接層をキャリアガン体１５０上に形成するものである。また、ガスメタルアーク溶接（GMAW）法は、共に溶接トーチを通じて供給される連続消耗ワイヤ電極および遮蔽ガスを、ワイヤ電極とキャリアガン体１５０の表面との間に電気アークが伝わるようにして利用し、ワイヤを溶融させてナノコンポジット層を形成するものである。同様に、オープンアーク溶接（OAW）法は、溶接トーチを通じて供給される連続消耗ワイヤ電極を利用し、そしてワイヤ電極とキャリアガン体１５０との間に伝わる電気アークがワイヤを溶融させてナノコンポジット層を形成するものである。
【００３２】
キャリアガン体１５０の半径方向薄化領域１５２においてナノコンポジット外側層１５４を用いることは、半径方向薄化領域１５２でのキャリアガン体１５０の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット外側層１５４は、キャリアガン体１５０の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体１５０の残存力を増大させる。
【００３３】
次に図５を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体（全般的に符号１６０で表す）の一部が断面で描かれている。キャリアガン体１６０は、複数の半径方向薄化領域１６２を含んでいる。それらの半径方向薄化領域１６２は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体１６０の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。各半径方向薄化領域１６２に加えて、各半径方向薄化領域１６２の直近の領域も、キャリアガン体１６０の強度を増大させるナノコンポジット外側層１６４を有しており、これによりキャリアガン体１６０を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。
【００３４】
上記で議論したナノコンポジット外側層１５４と同様、ナノコンポジット外側層１６４は、キャリアガン体１６０の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット外側層１６４は、溶射法や溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体１６０に施され、ないしはキャリアガン体１６０上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット外側層１６４は、キャリアガン体１６０と一体に形成されてもよい。
【００３５】
キャリアガン体１６０の半径方向薄化領域１６２およびその周囲にナノコンポジット外側層１６４を用いることは、キャリアガン体１６０の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット外側層１６４は、キャリアガン体１６０の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体１６０の残存力を増大させる。
【００３６】
次に図６を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体（全般的に符号１７０で表す）の一部が断面で描かれている。キャリアガン体１７０は、複数の半径方向薄化領域１７２を含んでいる。それらの半径方向薄化領域１７２は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体１７０の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。キャリアガン体１７０の外側表面は、キャリアガン体１７０の強度を増大させるナノコンポジット外側層１７４を有しており、これによりキャリアガン体１７０を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。
【００３７】
上記で議論したナノコンポジット外側層１５４，１６４と同様、ナノコンポジット外側層１７４は、キャリアガン体１７０の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット外側層１７４は、溶射法および溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体１７０に施され、ないしはキャリアガン体１７０上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット外側層１７４は、キャリアガン体１７０と一体に形成されてもよい。
【００３８】
キャリアガン体１７０のナノコンポジット外側層１７４を用いることは、キャリアガン体１７０の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット外側層１７４は、キャリアガン体１７０の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体１７０の残存力を増大させる。
【００３９】
次に図７を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体（全般的に符号１８０で表す）の一部が断面で描かれている。キャリアガン体１８０は、複数の半径方向薄化領域１８２を含んでいる。それらの半径方向薄化領域１８２は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体１８０の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。キャリアガン体１８０の内側表面は、キャリアガン体１８０の強度を増大させるナノコンポジット層１８４を有しており、これによりキャリアガン体１８０を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。
【００４０】
上記で議論したナノコンポジット外側層１５４，１６４，１７４と同様、ナノコンポジット内側層１８４は、キャリアガン体１８０の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット内側層１８４は、溶射法および溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体１８０に施され、ないしはキャリアガン体１８０上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット内側層１８４は、キャリアガン体１８０と一体に形成されてもよい。
【００４１】
キャリアガン体１８０のナノコンポジット内側層１８４を用いることは、キャリアガン体１８０の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット内側層１８４は、キャリアガン体１８０の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体１８０の残存力を増大させる。
【００４２】
次に図８を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体（全般的に符号１９０で表す）の一部が断面で描かれている。キャリアガン体１９０は、複数の半径方向薄化領域１９２を含んでいる。それらの半径方向薄化領域１９２は、上記で議論したようなスカラップ、凹部、もしくは帯状部分、またはキャリアガン体１９０の壁がある程度薄い壁部分を有している他の構成に相当するものであってよい。各半径方向薄化領域１９２はナノコンポジット外側層１９４を有し、キャリアガン体１９０の内側表面はナノコンポジット層１９６を有している。ナノコンポジット外側層１９４およびナノコンポジット層１９６は、キャリアガン体１９０の強度を増大させ、これによりキャリアガン体１９０を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。
【００４３】
上記で議論したナノコンポジット外側層と同様、ナノコンポジット層１９４，１９６は、キャリアガン体１９０の残部を形成する金属の強度よりも高い強度を有しており、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。ナノコンポジット層１９４，１９６は、溶射法および溶接法を含む上記で議論したような様々なプロセスを用いて、キャリアガン体１９０に施され、ないしはキャリアガン体１９０上に形成され得る。或いは、ナノコンポジット層１９４，１９６は、キャリアガン体１９０と一体に形成されてもよい。
【００４４】
キャリアガン体１９０のナノコンポジット層１９４，１９６を用いることは、キャリアガン体１９０の強度を増大させることで、高圧高温の坑井内での穿孔性能の向上を可能とする。また、ナノコンポジット層１９４，１９６は、キャリアガン体１９０の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体１９０の残存力を増大させる。
【００４５】
次に図９を参照すると、そこには、本発明の穿孔装置におけるキャリアガン体（全般的に符号２００で表す）の一部が断面で描かれている。キャリアガン体２００は、ナノコンポジット材料２０２から形成されている。そのナノコンポジット材料２０２は、通常の材料から形成された同様の寸法のキャリアガン体よりも高い強度を有している。これにより、キャリアガン体２００を含んだ穿孔装置を高圧高温の坑井内で作動できるようにしている。上記で議論したナノコンポジット層と同様、ナノコンポジット材料２０２は、上記で議論したナノ結晶粒鉄合金などの、ナノサイズ構造を有するナノ構造材料から形成され得る。穿孔性能の向上に加えて、ナノコンポジット材料２０２から形成されたキャリアガン体２００は、キャリアガン体２００の膨張、割れ、壊滅的な破断、ないし分裂を最小限にすることで、穿孔イベント後のキャリアガン体２００の残存力を増大させる。
【００４６】
図示の実施形態に関して本発明を説明してきたが、この説明は限定的な意味に解釈されることを意図するものではない。本発明の他の実施形態はもちろん、図示の実施形態の様々な変形例や組み合わせも、当該説明を参照することにより当業者に明らかとなるであろう。従って、添付した特許請求の範囲は、そのような変形例ないし実施形態の如何なるものをも包含する、ということを意図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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