專利名稱：射孔槍組件以及用于增加射孔深度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及通過(guò)射孔而形成穿過(guò)地下含烴層的帶套管井孔，具體涉及這樣一種射孔槍組件，該射孔槍組件具有成形裝藥組(collections of shaped charges)，引爆該成形裝藥組以放出共同相互作用的射流從而增加射孔深度。
背景技術(shù)：
在不限制本發(fā)明范圍的情況下，將作為示例參照用射孔槍組件對(duì)地下巖層進(jìn)行射孔來(lái)描述本發(fā)明的背景。
在鉆出穿過(guò)巖層的地下井孔的一部分后，通常將各段直徑相對(duì)較大的金屬管固定在一起，以形成定位在井孔內(nèi)的套管柱。該套管柱提高了井孔的完整性，并提供用于從生產(chǎn)層段向地面開(kāi)采流體的路徑。傳統(tǒng)上，用水泥將套管柱粘結(jié)在井孔內(nèi)。為了將流體開(kāi)采到套管柱內(nèi)，必須使液壓開(kāi)口或射孔制成為穿過(guò)套管柱、水泥以及一小段距離而進(jìn)入到巖層內(nèi)。
通常，通過(guò)引爆布置在套管柱內(nèi)且與巖層相鄰定位的一系列成形裝藥來(lái)形成這些孔。具體地，將通過(guò)引爆線與引爆器相連的成形裝藥裝入一個(gè)或多個(gè)裝藥載體中。接著將裝藥載體連接在工具管柱內(nèi)，在管柱、鋼纜(wireline)、平直管線(slick line)、電線、盤(pán)繞管或其它輸送工具的端部將所述工具管柱放下至有套管的井孔內(nèi)。一旦將裝藥載體正確地定位在井孔中，從而使得成形裝藥鄰近待射孔的層段，就可對(duì)成形裝藥點(diǎn)火。引爆時(shí)，每一成形裝藥均產(chǎn)生呈射流形式的金屬顆粒的高壓流，該高壓流穿透套管、水泥而進(jìn)入巖層中。
射孔過(guò)程的目的是穿過(guò)套管形成開(kāi)口，以在儲(chǔ)層和井孔之間形成用于流體有效連通的路徑。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與射孔過(guò)程有關(guān)的多種因素都可顯著影響井的生產(chǎn)率。例如，在打井的鉆孔期間，鉆探泥漿顆粒在井孔側(cè)堆積成濾餅。盡管濾餅防止額外濾出的鉆探泥漿進(jìn)入儲(chǔ)層內(nèi)，然而該過(guò)濾會(huì)減少儲(chǔ)層的產(chǎn)量。因此，有效的射孔不僅必須穿過(guò)套管和水泥，而且也必須穿過(guò)所述濾餅而進(jìn)入原生巖石內(nèi)來(lái)形成。
作為另一示例，在射孔過(guò)程期間井孔內(nèi)的壓力條件對(duì)射孔效率具有顯著影響。具體地，可在過(guò)平衡或欠平衡壓力狀態(tài)下進(jìn)行射孔。過(guò)平衡射孔涉及在套管內(nèi)的流體靜壓力大于儲(chǔ)層壓力的狀態(tài)下穿過(guò)套管形成開(kāi)口。過(guò)平衡射孔具有允許井孔流體流進(jìn)儲(chǔ)層內(nèi)的傾向。欠平衡射孔涉及在套管內(nèi)的流體靜壓力小于儲(chǔ)層壓力的狀態(tài)下穿過(guò)套管形成開(kāi)口。欠平衡射孔具有允許儲(chǔ)層流體流進(jìn)井孔內(nèi)的傾向。通常優(yōu)選的是進(jìn)行欠平衡射孔，因?yàn)閮?chǔ)層流體注入井孔內(nèi)有助于清潔射孔孔道，并增加射孔清潔的孔道的深度。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使在欠平衡下進(jìn)行射孔，由于產(chǎn)生射孔孔道的金屬顆粒的射流高度集中，因而射孔孔道的有效直徑較小。由于射孔孔道的直徑較小，因此射孔孔道的容量也較小。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使在欠平衡下進(jìn)行射孔，與原生巖石相比，射孔孔道的表面的滲透性也會(huì)減小。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于巖層的巖石結(jié)構(gòu)，射孔孔道的深度相對(duì)較淺。
因此，已經(jīng)出現(xiàn)對(duì)這樣的射孔槍組件的需求，該射孔槍組件具有用于產(chǎn)生射流的成形裝藥，所述射流能夠穿透套管、水泥、濾餅而進(jìn)入儲(chǔ)層的原生巖石中。還出現(xiàn)了對(duì)這樣的射孔槍組件的需求，該射孔槍組件不限于在套管后方形成小容量的射孔孔道。此外，還出現(xiàn)了對(duì)這樣的射孔槍組件的需求，該射孔槍組件不限于形成具有相比于原生巖石滲透性減小的表面的射孔孔道。另外，還出現(xiàn)了對(duì)這樣的射孔槍組件的需求，該射孔槍組件不限于由于巖層的巖石結(jié)構(gòu)而形成相對(duì)較淺的射孔孔道。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開(kāi)的本發(fā)明包括一種射孔槍組件，該射孔槍組件具有成形裝藥，該成形裝藥產(chǎn)生能夠穿透套管、水泥、濾餅而進(jìn)入儲(chǔ)層的原生巖石中的射流。此外，本發(fā)明的射孔槍組件不限于在套管后面形成小容量的射孔孔道。另外，本發(fā)明的射孔槍組件不限于形成具有相比于原生巖石滲透性減小的表面的射孔孔道。而且，本發(fā)明的射孔槍組件不限于由于巖層的巖石結(jié)構(gòu)而形成相對(duì)較淺的射孔孔道。
本發(fā)明的射孔槍組件包括殼體；定位在所述殼體內(nèi)的至少一個(gè)引爆器；與所述至少一個(gè)引爆器在操作上相關(guān)的至少一個(gè)引爆線；以及形成大致軸向定向的組的多個(gè)成形裝藥。所述成形裝藥在操作上與所述至少一個(gè)引爆線相關(guān)。在操作期間，引爆所述組中的所述成形裝藥的第一部分，從而形成至少兩股相互作用以在巖層中形成弱化區(qū)域的射流。可以順序或大致同時(shí)地引爆所述成形裝藥的第一部分的成形裝藥。在任一情況下，在預(yù)定延期后，引爆所述組中的所述成形裝藥的第二部分，從而形成至少一股穿透所述弱化區(qū)域的射流。由于成形裝藥的所述第二部分的射流穿過(guò)所述弱化區(qū)域，因此所述成形裝藥的所述第一部分的射流的相互作用能夠增強(qiáng)所述成形裝藥的所述第二部分的射流的穿透性，從而形成深入巖層內(nèi)的大容量的射孔孔腔和孔道。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述成形裝藥的所述第一部分包括兩個(gè)外成形裝藥，并且所述成形裝藥的所述第二部分包括定位在所述兩個(gè)外成形裝藥之間的中間成形裝藥。此外，在所述中間成形裝藥與所述兩個(gè)外成形裝藥中的每一個(gè)之間均定位有衰減擋板。在該實(shí)施例中，所述中間成形裝藥可以定向成基本上垂直于所述殼體的軸線，而所述兩個(gè)外成形裝藥可以定向成朝向所述中間成形裝藥會(huì)聚。例如，所述兩個(gè)外成形裝藥可以以介于約1度和約45度之間的角朝向所述中間成形裝藥會(huì)聚。
在另一實(shí)施例中，引爆所述組中的所述成形裝藥時(shí)形成的所述射流大致指向焦點(diǎn)。在該實(shí)施例中，由所述成形裝藥的所述第一部分形成的所述射流可以前進(jìn)至未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處，而由所述成形裝藥的所述第二部分形成的所述射流可以前進(jìn)至超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處?？蛇x地，由所述成形裝藥的所述第一部分形成的所述射流可以在所述焦點(diǎn)處相交，而由所述成形裝藥的所述第二部分形成的所述射流可以前進(jìn)至超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
本發(fā)明的射孔槍組件可以包括多個(gè)成形裝藥組。在這種情況下，所述多個(gè)成形裝藥組中的每個(gè)成形裝藥組均可相對(duì)于相鄰成形裝藥組周向變相。例如，相鄰成形裝藥組可以以介于約15度和約180度之間的角周向變相。
在另一方面中，本發(fā)明包括一種方法，該方法包括將射孔槍組件定位在井孔套管內(nèi)，該射孔槍組件包括成組的多個(gè)成形裝藥；引爆所述組中的所述成形裝藥的第一部分，以形成彼此相互作用的射流，從而在巖層中形成弱化區(qū)域；以及引爆所述組中的所述成形裝藥的第二部分，以形成至少一股穿透所述弱化區(qū)域的射流，從而在巖層中形成射孔。該方法可以在欠平衡壓力狀態(tài)下或者當(dāng)不存在欠平衡壓力狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。該方法還可包括在引爆所述成形裝藥后進(jìn)行處理操作。
在又一方面中，本發(fā)明包括一完井(completion)，該完井包括巖層、穿過(guò)所述巖層的井孔、以及布置在所述井孔內(nèi)的套管，其中所述巖層具有這樣形成在其中的射孔，即，引爆至少兩個(gè)成形裝藥時(shí)形成相互作用的射流，該射流在所述巖層中形成弱化區(qū)域，之后引爆至少一個(gè)成形裝藥，從而形成穿透所述弱化區(qū)域的射流。


為了更徹底地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將參照本發(fā)明的詳細(xì)描述以及附圖，其中不同附圖中的相應(yīng)附圖標(biāo)記表示相應(yīng)部件，在附圖中圖1是操縱本發(fā)明的射孔槍組件的海上油氣平臺(tái)的示意圖；圖2是定位在井孔中的本發(fā)明的射孔槍組件的剖視圖；圖3是布置在定位于井孔中的本發(fā)明的射孔槍組件內(nèi)的成形裝藥組在引爆前的剖視圖；圖4是在引爆本發(fā)明的成形裝藥組中的兩個(gè)外成形裝藥時(shí)巖層的剖視圖；圖5是在引爆本發(fā)明的成形裝藥組后巖層的剖視圖，示出了粉碎帶；圖6是在引爆本發(fā)明的成形裝藥組的中間成形裝藥時(shí)巖層的剖視圖；圖7是在引爆本發(fā)明的成形裝藥組后巖層的剖視圖，示出了形成的射孔孔腔和孔道；圖8是現(xiàn)有技術(shù)的射孔孔道的容量表示圖；圖9是本發(fā)明的射孔孔腔和孔道的容量表示圖；圖10是現(xiàn)有技術(shù)的射孔孔道在徹底清潔后的容量表示圖；以及圖11是本發(fā)明的射孔孔腔和孔道在徹底清潔后的容顯表示圖。
具體實(shí)施例方式
盡管以下詳細(xì)論述了本發(fā)明的各種實(shí)施例的創(chuàng)造和使用，然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供了多種可應(yīng)用的發(fā)明概念，它們可以以多種具體內(nèi)容體現(xiàn)。這里所論述的具體實(shí)施例僅僅是創(chuàng)造和使用本發(fā)明的示例性具體方式，并不限制本發(fā)明的范圍。
首先，參照?qǐng)D1，示意性地示出了適于在根據(jù)海上油氣平臺(tái)操作的井孔中使用的射孔槍組件，該射孔槍組件整體上由附圖標(biāo)記10表示。半潛水平臺(tái)12在位于海床16下方的沉積油氣層14的上方居中。海底管道18從平臺(tái)12的甲板20延伸至包括防噴器24的井頭裝置22。平臺(tái)12具有用于使管柱升降的起重裝置26和井架28。
井孔36延伸穿過(guò)包括巖層14在內(nèi)的各種巖層。套管38用水泥40粘結(jié)在井孔36內(nèi)。當(dāng)期望在巖層14附近對(duì)套管38射孔時(shí)，通過(guò)輸送工具44(例如，鋼纜、電線、盤(pán)繞管、接合管等)將射孔槍組件42放下到套管38內(nèi)。射孔槍組件42包括殼體46，該殼體包裝有一個(gè)或多個(gè)引爆器以及相關(guān)的引爆線和多個(gè)成形裝藥。所述成形裝藥沿軸向及周向定向在殼體46中的凹坑(scallop)48之后，所述凹坑48是殼體46的厚度減小的區(qū)域。如圖所示，凹坑48形成為具有三個(gè)軸向定向的凹坑的組，并且相鄰凹坑組沿周向變相。可選地，殼體46可以包括一系列其中定位有端口塞的端口，而不是包括凹坑48。
一旦將射孔槍組件42定位在巖層14附近，就向所述一個(gè)或多個(gè)引爆器發(fā)送電觸發(fā)信號(hào)或其它觸發(fā)信號(hào)，所述引爆器起爆布置在射孔槍組件42內(nèi)的成形裝藥。引爆時(shí)，每一成形裝藥均產(chǎn)生呈射流形式的高壓金屬顆粒流，該射流穿透套管38、水泥40而進(jìn)入巖層14內(nèi)。在本發(fā)明中，某些射流彼此相互作用，從而在巖層14中形成射孔孔腔和孔道，這些射孔孔腔和孔道是圍繞井孔16的大而深的高滲透性區(qū)域，這顯著提高了井的生產(chǎn)率。
盡管圖1示出了豎井，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)注意到本發(fā)明的射孔槍組件同樣很好地適于在諸如偏斜井、傾斜井或橫井的具有其它幾何形狀的井中使用。因此，諸如上、下、上方、下方、較上、較下等的方向術(shù)語(yǔ)的使用參照附圖中所示的實(shí)施例。此外，盡管圖1示出了海上操作，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)注意到本發(fā)明的射孔槍組件同樣很好地適于陸上操作。此外，盡管圖1示出了單個(gè)射孔槍組件，但本發(fā)明的原理可應(yīng)用于利用系列射孔槍組件的槍系統(tǒng)以及利用選擇性點(diǎn)火技術(shù)(select fire technique)的槍系統(tǒng)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，在圖2中示出了定位在穿過(guò)巖層64的井孔62中的射孔槍組件60。套管66襯入井孔62并用水泥68固定在適當(dāng)位置處。輸送工具70在線纜頭72處連接到射孔槍組件60上。接箍定位器(collarlocator)74定位在線纜頭72下方，以輔助射孔槍組件60在井孔62中的定位。如以上指出的，在建井的鉆探階段，利用鉆探泥漿抑制巖層壓力。因此，鉆探泥漿的流體靜壓力超過(guò)儲(chǔ)層壓力，致使部分鉆探泥漿被濾出到巖層64內(nèi)。作為該濾出過(guò)程的一部分，在井孔64的表面附近堆積成濾餅76，這有助于防止額外濾出，但會(huì)減少巖層64的生產(chǎn)率。
用諸如鉆探流體(未示出)的流體填充射孔槍組件60和套管66之間的環(huán)狀區(qū)域。在所示實(shí)施例中，射孔槍組件60包括諸如成形裝藥78的多個(gè)成形裝藥。每個(gè)成形裝藥均包括外殼以及襯套，所述外殼例如成形裝藥78的殼體80，所述襯套例如成形裝藥78的襯套82。在各個(gè)殼體和襯套之間設(shè)置有一定量的烈性炸藥。所述成形裝藥通過(guò)支撐部件(未繪出)保持在裝藥載體殼體84內(nèi)，該支撐部件使所述成形裝藥保持在本發(fā)明的獨(dú)特方位中。
在殼體84內(nèi)設(shè)有通過(guò)電線88連接至電源的引爆器86。由于本發(fā)明與引爆器無(wú)關(guān)，因此引爆器86可以是適于通過(guò)引爆線起爆的任何類型的引爆器，這樣的引爆器是本領(lǐng)域中公知的或者以后發(fā)現(xiàn)的類型。引爆器86連接至諸如導(dǎo)火索的引爆線90。引爆線90可操作地連接至成形裝藥的起爆端，從而允許引爆線90通過(guò)例如限定在成形裝藥的殼體頂點(diǎn)處的開(kāi)口起爆在成形裝藥內(nèi)的烈性炸藥。在所示實(shí)施例中，一旦操作引爆器86，爆炸就沿引爆線90蔓延，從而以基本上從射孔槍組件60的頂部至底部前進(jìn)的定時(shí)序列順序引爆成形裝藥。
在所示實(shí)施例中，射孔槍組件60包括多個(gè)成形裝藥組，示出了四個(gè)這樣的組，即組92、94、96、98。各個(gè)組92、94、96、98均包括三個(gè)單獨(dú)的成形裝藥，例如組96的成形裝藥100、102、104。各個(gè)組92、94、96、98中的成形裝藥相對(duì)于彼此軸向定位，從而使得各個(gè)組92、94、96、98中的成形裝藥大致指向殼體84的相同周向方向。因此，這里所用的術(shù)語(yǔ)軸向定向用于描述成形裝藥組中的成形裝藥的關(guān)系，其中相鄰成形裝藥彼此大致軸向移位，并且大致指向相同周向方向。
在所示實(shí)施例中，各組92、94、96、98中的成形裝藥均定向成朝彼此會(huì)聚。例如，組94包括外成形裝藥100、中間成形裝藥102以及外成形裝藥104。中間成形裝藥102定向成基本垂直于殼體84的軸線。外成形裝藥100、104定向成朝中間成形裝藥102會(huì)聚。在一個(gè)優(yōu)選定向中，在各組92、94、96、98中相鄰成形裝藥之間的會(huì)聚角介于約5度和約10度之間。另一優(yōu)選定向包括約1度和約45度之間的會(huì)聚角。應(yīng)注意，針對(duì)用于對(duì)特定井孔進(jìn)行射孔的特定射孔槍組件的期望會(huì)聚角取決于包括成形裝藥的尺寸、射孔槍組件和井孔套管的直徑、在巖層內(nèi)的期望穿透深度等在內(nèi)的各種因素。
在所示實(shí)施例中，相鄰組中的成形裝藥相對(duì)于彼此周向變相。具體地，組92中的成形裝藥從組94中的成形裝藥周向變相90度。同樣，組94中的成形裝藥從組96中的成形裝藥周向變相90度，組96中的成形裝藥從組98中的成形裝藥周向變相90度，而組98中的成形裝藥從下一個(gè)相鄰組(未示出)中的成形裝置周向變相90度，該下一組中的成形裝藥與組92中的成形裝藥周向?qū)R。重要的是，當(dāng)使用本發(fā)明的射孔槍組件時(shí)，可期望其它周向變相增量，這樣的其它周向變相增量在本發(fā)明的范圍內(nèi)。具體地，在約15度和約180度之間的周向變相增量都適于在本發(fā)明中使用。
定位在各組92、94、96、98中的相鄰成形裝藥之間的是衰減擋板，例如成形裝藥100、102之間的衰減擋板106以及成形裝藥102、104之間的衰減擋板108。所述衰減擋板用于在各組92、94、96、98中的兩個(gè)外成形裝藥以優(yōu)選點(diǎn)火順序點(diǎn)火后點(diǎn)火各組92、94、96、98中的中間成形裝藥時(shí)，防止所述兩個(gè)外成形裝藥的碎片妨礙所述中間成形裝藥的射流形成。在所示實(shí)施例中，各組92、94、96、98的點(diǎn)火順序?yàn)樯铣尚窝b藥、下成形裝藥、接著是中間成形裝藥。
例如，當(dāng)沿著引爆線90向下進(jìn)行引爆并且引爆到達(dá)組96時(shí)，成形裝藥100首先起爆，隨后成形裝藥104起爆。然后，沿著引爆線90進(jìn)一步向下朝向組98進(jìn)行引爆，并進(jìn)入引爆線90的反饋分支(feedback leg)109。反饋分支109可操作地連接至成形裝藥102，從而使得成形裝藥102在成形裝藥104之后起爆?？梢曰诜答伔种?09的長(zhǎng)度確定成形裝藥104和成形裝藥102的起爆之間的延遲量。當(dāng)成形裝藥102在成形裝藥100、104之后起爆時(shí)，衰減擋板106、108防止成形裝藥100、104的碎片妨礙成形裝藥102的射流形成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意，在不脫離本發(fā)明原理的情況下可以可選地使用其它的點(diǎn)火順序。作為一個(gè)替換例，各組92、94、96、98中的兩個(gè)外成形裝藥可以同時(shí)點(diǎn)火，隨后起爆中間成形裝藥。這種順序可以例如利用多個(gè)引爆器、多個(gè)引爆線、電子定時(shí)裝置等實(shí)現(xiàn)。作為另一替換例，可以使用基本顛倒的序列。
盡管圖2示出了所有成形裝藥都具有相同尺寸，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可期望在一組中具有不同尺寸的成形裝藥，該組例如具有大于或小于中間成形裝藥的外成形裝藥。此外，盡管圖2示出了各組中相鄰成形裝藥之間的衰減擋板，然而如果需要，還可以在相鄰組中的成形裝藥之間使用衰減擋板。
接下來(lái)參照?qǐng)D3，在圖3中示出了定位在穿過(guò)巖層114的井孔112中的射孔槍組件110的一部分。套管116襯在井孔112中并通過(guò)水泥118固定在適當(dāng)位置處。井孔112包括在該井孔112的表面附近的濾餅120。所示的射孔槍組件110的所述部分包括基本上軸向定向的成形裝藥122、124、126的組。在所示實(shí)施例中，成形裝藥122、124、126定向成朝著彼此會(huì)聚。具體地，中間成形裝藥124定向成基本垂直于射孔槍組件110的軸線，而外成形裝藥122、126定向成朝著中間成形裝藥124會(huì)聚。更具體地，成形裝藥122、124、126均定向成分別如虛線130、132、134所示朝著巖層114中的焦點(diǎn)128。一根或多根引爆線136可操作地連接到成形裝藥122、124、126上，從而使得成形裝藥122、126基本上同時(shí)點(diǎn)火，隨后成形裝藥124點(diǎn)火。為了在成形裝藥122、126點(diǎn)火期間保護(hù)成形裝藥124，在成形裝藥122、124之間以及成形裝藥124、126之間分別定位有衰減擋板138、140。
如在圖4中最佳可見(jiàn)，當(dāng)引爆成形裝藥122、126時(shí)，成形裝藥122放出射流141，成形裝藥126放出射流142，兩股射流都指向焦點(diǎn)128。在所示實(shí)施例中，射流141、142不到達(dá)焦點(diǎn)128從而不相交。盡管如此，如在圖5中最佳可見(jiàn)，射流141、142在巖層114內(nèi)共同相互作用。具體地，射流141、142在巖層114中不僅分別形成射孔孔道144、146，而且形成了由虛線148表示的弱化區(qū)域或粉碎帶。射流141、142的相互作用基本上使粉碎帶148中的巖石結(jié)構(gòu)成碎塊、粉碎、或者使其斷裂或成碎片。因此，如在圖6中最佳可見(jiàn)，當(dāng)在預(yù)定延遲期后引爆成形裝藥124時(shí)，成形裝藥124放出指向焦點(diǎn)128的射流150。在所示實(shí)施例中，射流150穿透粉碎帶148，并且由于與原生巖石相比，對(duì)粉碎帶140中產(chǎn)生的射流150的蔓延阻力減小，因此該射流150前進(jìn)超過(guò)焦點(diǎn)128。
如在圖7中最佳可見(jiàn)，由于形成粉碎帶148的射流141、142的相互作用以及因之增強(qiáng)的射流150的穿透性，因此在套管116后面的巖層114中形成了射孔孔腔152，該射孔孔腔152具有從其向外延伸的射孔孔道154，并具有顯著大于傳統(tǒng)射孔孔道的深度和容量。利用本發(fā)明形成諸如射孔孔腔152和射孔孔道154的組合射孔孔腔和射孔孔道，可形成伸入巖層中的大容量區(qū)域，該區(qū)域具有高滲透性，巖層流體被抽入該區(qū)域內(nèi)，與僅具有傳統(tǒng)射孔孔道的井相比，這提高了井的生產(chǎn)率。此外，由于射孔孔腔152和射孔孔道154不像傳統(tǒng)射孔孔道那樣易于被碎料或巖石結(jié)構(gòu)堵塞，因此通過(guò)使用本發(fā)明減少了對(duì)欠平衡射孔的需要。然而，如下所述，在欠平衡壓力狀態(tài)下操作本發(fā)明有助于清潔射孔孔腔152和射孔孔道154，從而進(jìn)一步提高射孔孔腔152和射孔孔道154的容量和凈深。
盡管圖3至圖7示出了定向成朝著巖層中的焦點(diǎn)會(huì)聚的大致軸向定向的三個(gè)成形裝藥的一組，其中兩個(gè)外成形裝藥形成相互作用但不到達(dá)所述焦點(diǎn)且不相交的射流，然而本發(fā)明并不限于這樣的構(gòu)造。例如，在一組成形裝藥中的兩個(gè)外成形裝藥可以可選地形成這樣的射流，所述射流穿透套管、水泥、濾餅而進(jìn)入巖層中并超過(guò)所述焦點(diǎn)，從而使得所述射流基本上在所述焦點(diǎn)處相交。在這種情況下，所述射流的相互作用也基本上使套管后方的巖石結(jié)構(gòu)成碎塊、粉碎、或使其斷裂或成碎片，從而使得可通過(guò)在中間成形裝藥點(diǎn)火時(shí)形成的射流獲得增強(qiáng)的穿透性，由此形成如上參照?qǐng)D7描述的射孔孔腔和射孔孔道。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，盡管先前的附圖繪制成一組成形裝藥中的各個(gè)成形裝藥均朝向焦點(diǎn)定向，然而該構(gòu)造不是本發(fā)明所要求的。例如，一組成形裝藥中的某些成形裝藥可指向巖層中的一個(gè)位置，而同一組中的其它成形裝藥可指向該巖層中的另一位置。作為另一示例，在軸向定向的成形裝藥組中，相鄰成形裝藥之間可以存在一些周向偏移或變相。在這些構(gòu)造的任一構(gòu)造中，從所述組中的某些成形裝藥產(chǎn)生的射流能夠相互作用，從而使得由順序點(diǎn)火的成形裝藥形成的射流穿過(guò)粉碎帶，從而提高穿透深度，并形成本發(fā)明的射孔孔腔和射孔孔道。
利用本發(fā)明的射孔槍組件使得能夠在套管后面形成在巖層中具有深穿透性的大容量射孔孔腔和射孔孔道，這與形成小容量的淺射孔孔道的傳統(tǒng)射孔系統(tǒng)相比，提高了井的生產(chǎn)率。盡管如此，在形成本發(fā)明的射孔孔腔和射孔孔道之后，可能期望使生產(chǎn)層段增產(chǎn)或?qū)ιa(chǎn)層段進(jìn)行處理。可以進(jìn)行諸如礫石充填、壓裂充填、壓裂增產(chǎn)、酸處理等的處理過(guò)程。事實(shí)上，本發(fā)明的射孔孔腔和射孔孔道使得在礫石充填和壓裂充填泥漿中所用的沙子、礫石、支撐劑(proppant)等填充射孔孔腔和射孔孔道時(shí)的防砂(sand control)得以改進(jìn)，從而防止巖層細(xì)粒侵入井孔中。此外，本發(fā)明的射孔孔腔和射孔孔道有助于在壓裂充填和壓裂增產(chǎn)操作期間有助于促進(jìn)斷裂蔓延深入巖層中。
在傳統(tǒng)射孔系統(tǒng)和本發(fā)明的射孔槍組件的對(duì)比試驗(yàn)中，傳統(tǒng)射孔孔道與本發(fā)明的射孔孔腔和射孔孔道之間顯示出顯著的穿透容量和穿透深度差異。試驗(yàn)這樣進(jìn)行利用3-3/8英寸Millennium 25克HMX成形裝藥，將其點(diǎn)火，使其穿過(guò)0.5英寸的4140鋼板、0.75英寸的水泥而進(jìn)入封閉的(confined)60mD的貝雷砂巖靶中。
表1

表1表明，使用一組三個(gè)成形裝藥形成深度和容量都顯著大于傳統(tǒng)射孔孔道的射孔孔腔和射孔孔道，所述三個(gè)成形裝藥定向成朝向彼此會(huì)聚，并且順序點(diǎn)火，從而使得兩個(gè)外成形裝藥形成共同相互作用的射流，以形成粉碎帶，中間成形裝藥的射流被點(diǎn)火而穿過(guò)該粉碎帶。具體地，由傳統(tǒng)單個(gè)裝藥在靶中形成的進(jìn)入孔的直徑為0.35英寸，而由三個(gè)裝藥的組形成的進(jìn)入孔高2.25英寸、寬0.5英寸。對(duì)于傳統(tǒng)單個(gè)裝藥來(lái)說(shuō)在靶中穿透深度為13.22英寸，而對(duì)于三個(gè)裝藥的組來(lái)說(shuō)為13.51英寸，并且對(duì)于傳統(tǒng)單個(gè)裝藥來(lái)說(shuō)凈深為10.12英寸，而對(duì)于三個(gè)裝藥的組來(lái)說(shuō)為11.15英寸。
對(duì)于傳統(tǒng)單個(gè)裝藥來(lái)說(shuō)孔容量?jī)H為0.6立方英寸，而對(duì)于三個(gè)裝藥的組來(lái)說(shuō)孔容量為6.43立方英寸。圖8示出了由傳統(tǒng)單個(gè)裝藥形成的0.6立方英寸的射孔孔道的容量表示圖，由附圖標(biāo)記200表示。圖9示出了由三個(gè)裝藥的組形成的6.43立方英寸的射孔孔腔和射孔孔道的容量表示圖，由附圖標(biāo)記202表示。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的那樣，射孔孔腔和射孔孔道202的容量是射孔孔道200的容量的十倍多，而射孔孔腔和射孔孔道202的凈深比射孔孔道200的凈深大百分之十。
圖10示出了為徹底清理圖8的射孔孔道200而由傳統(tǒng)單個(gè)裝藥在模擬欠平衡狀態(tài)下形成的3.80立方英寸的射孔孔道的容量表示圖，由附圖標(biāo)記204表示。同樣，圖11示出了為徹底清理圖9的射孔孔腔和射孔孔道202而由三個(gè)裝藥的組在模擬欠平衡狀態(tài)下形成的11.63立方英寸的射孔孔腔和射孔孔道的容量表示圖，由附圖標(biāo)記208表示。清理后，射孔孔腔208的容量是射孔孔道204的容量的三倍多。
如以上所述，重要的是，即使在徹底清理后，傳統(tǒng)的射孔孔道在表面附近具有與原始巖石的滲透性相比滲透性減小的表層或區(qū)域。所述表層圍繞整個(gè)射孔孔道，從而降低了井的生產(chǎn)率。在圖10中，射孔孔道204的受影響表面表示為附圖標(biāo)記206。與傳統(tǒng)的射孔孔道不同，本發(fā)明的射孔孔腔和射孔孔道沒(méi)有被滲透性減小的表層圍繞。而是，利用本發(fā)明形成的射孔孔腔和射孔孔道的射孔孔腔部分僅在它們的最上區(qū)域和最下區(qū)域(在圖11中由附圖標(biāo)記210、212表示)具有滲透性減小的表層。所述射孔孔腔部分的側(cè)部(在圖11中由附圖標(biāo)記214表示)部分由于張力波使巖石剝落而不具有所述滲透性減小的表層。所述張力波由在射孔孔腔部分形成期間形成的在孔道之間的壓縮波的相互作用而產(chǎn)生。該改進(jìn)的滲透性進(jìn)一步提高了具有利用本發(fā)明的射孔槍組件形成的射孔孔腔和孔道的井的生產(chǎn)率。
盡管參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而本說(shuō)明書(shū)不意圖以限制意義來(lái)解釋。參照本說(shuō)明書(shū)，所述示例性實(shí)施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見(jiàn)的。因此，意圖使所附權(quán)利要求包含任何這樣的修改或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
1.一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；至少一個(gè)位于所述殼體內(nèi)的引爆器；至少一個(gè)與所述至少一個(gè)引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)的引爆線；以及形成大致軸向定向的組的多個(gè)成形裝藥，所述成形裝藥與所述至少一個(gè)引爆線可操作地相關(guān)聯(lián)，其中引爆所述組中的所述成形裝藥的第一部分，從而形成至少兩股相互作用以在巖層中形成弱化區(qū)域的射流，并且其中引爆所述組中的所述成形裝藥的第二部分，從而形成至少一股穿透所述弱化區(qū)域的射流，由此在所述巖層中形成射孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，所述成形裝藥的所述第一部分還包括兩個(gè)外成形裝藥，并且所述成形裝藥的所述第二部分還包括位于所述兩個(gè)外成形裝藥之間的中間成形裝藥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射孔槍組件，其特征在于，該射孔槍組件還包括位于所述中間成形裝藥和所述兩個(gè)外成形裝藥中的每一個(gè)之間的衰減擋板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射孔槍組件，其特征在于，所述兩個(gè)外成形裝藥以介于約1度和約45度之間的角朝著所述中間成形裝藥會(huì)聚。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射孔槍組件，其特征在于，所述中間成形裝藥定向成基本上垂直于所述殼體的軸線，而所述兩個(gè)外成形裝藥定向成朝著所述中間成形裝藥會(huì)聚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，所述成形裝藥的所述第一部分的所述成形裝藥基本上被同時(shí)引爆。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，所述成形裝藥的所述第一部分的所述成形裝藥被順序引爆。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，引爆所述組中的所述成形裝藥時(shí)形成的所述射流基本上指向焦點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的射孔槍組件，其特征在于，由所述成形裝藥的所述第一部分形成的所述射流前進(jìn)到尚未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處，而由所述成形裝藥的所述第二部分形成的所述至少一股射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的射孔槍組件，其特征在于，由所述成形裝藥的所述第一部分形成的所述射流在所述焦點(diǎn)處相交，而由所述成形裝藥的所述第二部分形成的所述至少一股射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，該射孔槍組件還包括多個(gè)成形裝藥組。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，所述多個(gè)成形裝藥組中的每個(gè)成形裝藥組均相對(duì)于相鄰成形裝藥組周向變相。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的射孔槍組件，其特征在于，所述相鄰成形裝藥組以介于約15度和約180度之間的角周向變相。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，所述射孔還包括射孔孔腔和射孔孔道。
15.一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；至少一個(gè)位于所述殼體內(nèi)的引爆器；至少一個(gè)與所述至少一個(gè)引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)的引爆線；以及成組的多個(gè)成形裝藥，所述成形裝藥與所述至少一個(gè)引爆線可操作地相關(guān)聯(lián)，所述組包括朝著中間成形裝藥會(huì)聚的兩個(gè)外成形裝藥，其中在引爆所述中間成形裝藥之前引爆所述兩個(gè)外成形裝藥，從而使得由所述兩個(gè)外成形裝藥形成的射流相互作用以在巖層中形成弱化區(qū)域，并使得由所述中間成形裝藥形成的射流穿透所述弱化區(qū)域，由此在所述巖層中形成射孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，該射孔槍組件還包括位于所述中間成形裝藥和所述兩個(gè)外成形裝藥中的每一個(gè)之間的衰減擋板。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，所述兩個(gè)外成形裝藥以介于約1度和約45度之間的角朝著所述中間成形裝藥會(huì)聚。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，所述中間成形裝藥定向成基本上垂直于所述殼體的軸線，而所述兩個(gè)外成形裝藥定向成朝著所述中間成形裝藥會(huì)聚。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，所述兩個(gè)外成形裝藥基本上被同時(shí)引爆。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，所述兩個(gè)外成形裝藥被順序引爆。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，引爆所述組中的所述成形裝藥時(shí)形成的所述射流基本上指向焦點(diǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的射孔槍組件，其特征在于，由所述兩個(gè)外成形裝藥形成的所述射流前進(jìn)到尚未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處，而由所述中間成形裝藥形成的所述射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的射孔槍組件，其特征在于，由所述兩個(gè)外成形裝藥形成的所述射流在所述焦點(diǎn)處相交，而由所述中間成形裝藥形成的所述射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，該射孔槍組件還包括多個(gè)成形裝藥組。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的射孔槍組件，其特征在于，所述多個(gè)成形裝藥組中的每個(gè)成形裝藥組均相對(duì)于相鄰成形裝藥組周向變相。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的射孔槍組件，其特征在于，所述相鄰成形裝藥組以介于約15度和約180度之間的角周向變相。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的射孔槍組件，其特征在于，所述射孔還包括射孔孔腔和射孔孔道。
28.一種射孔槍組件，所述射孔槍組件包括殼體；至少一個(gè)位于所述殼體內(nèi)的引爆器；至少一個(gè)與所述至少一個(gè)引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)的引爆線；以及基本上軸向定向的成形裝藥的多個(gè)組，所述成形裝藥與所述至少一個(gè)引爆線可操作地相關(guān)聯(lián)，所述多個(gè)成形裝藥組中的每個(gè)成形裝藥組均相對(duì)于相鄰成形裝藥組周向變相，其中引爆每一組中的所述成形裝藥的第一部分，從而形成至少兩股相互作用以在巖層中形成弱化區(qū)域的射流，并且其中引爆每一組中的所述成形裝藥的第二部分，從而形成至少一股穿透所述弱化區(qū)域的射流，由此在所述巖層中形成射孔。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的射孔槍組件，其特征在于，成形裝藥的每個(gè)第一部分還包括兩個(gè)外成形裝藥，并且成形裝藥的每個(gè)第二部分還包括位于所述兩個(gè)外成形裝藥之間的中間成形裝藥。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的射孔槍組件，其特征在于，該射孔槍組件還包括位于每一組中的所述中間成形裝藥和所述兩個(gè)外成形裝藥中的每一個(gè)之間的衰減擋板。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的射孔槍組件，其特征在于，在每一組中，所述兩個(gè)外成形裝藥以介于約1度和約45度之間的角朝著所述中間成形裝藥會(huì)聚。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的射孔槍組件，其特征在于，在每一組中，所述中間成形裝藥定向成基本上垂直于所述殼體的軸線，而所述兩個(gè)外成形裝藥定向成朝著所述中間成形裝藥會(huì)聚。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的射孔槍組件，其特征在于，每一組中的所述成形裝藥的所述第一部分的所述成形裝藥基本上被同時(shí)引爆。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的射孔槍組件，其特征在于，每一組中的所述成形裝藥的所述第一部分的所述成形裝藥被順序引爆。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的射孔槍組件，其特征在于，引爆每一組中的所述成形裝藥時(shí)形成的射流基本上指向焦點(diǎn)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的射孔槍組件，其特征在于，在每一組中，由所述成形裝藥的所述第一部分形成的所述射流前進(jìn)到尚未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處，而由所述成形裝藥的所述第二部分形成的所述至少一股射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的射孔槍組件，其特征在于，在每一組中，由所述成形裝藥的所述第一部分形成的所述射流在所述焦點(diǎn)處相交，而由所述成形裝藥的所述第二部分形成的所述至少一股射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
38.根據(jù)權(quán)利要求28所述的射孔槍組件，其特征在于，所述相鄰的成形裝藥組以介于約15度和約180度之間的角周向變相。
39.根據(jù)權(quán)利要求28所述的射孔槍組件，其特征在于，所述射孔還包括射孔孔腔和射孔孔道。
40.一種用于在井孔套管后面的巖層中形成射孔的方法，該方法包括以下步驟使射孔槍組件定位在所述井孔套管內(nèi)，該射孔槍組件包括多個(gè)成組的成形裝藥；引爆所述組中的所述成形裝藥的第一部分，以形成彼此相互作用從而在所述巖層中形成弱化區(qū)域的射流；以及引爆所述組中的所述成形裝藥的第二部分，以形成至少一股穿透所述弱化區(qū)域的射流，從而在該巖層中形成射孔。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括使通過(guò)引爆所述組中的所述成形裝藥而形成的所述射流指向焦點(diǎn)的步驟。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟使通過(guò)引爆所述組中的所述成形裝藥的所述第一部分而形成的所述射流前進(jìn)到尚未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處；以及使通過(guò)引爆所述組中的所述成形裝藥的所述第二部分而形成的所述至少一股射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟使通過(guò)引爆所述組中的所述成形裝藥的所述第一部分而形成的所述射流在所述焦點(diǎn)處相交；以及使通過(guò)引爆所述組中的所述成形裝藥的所述第二部分而形成的所述至少一股射流前進(jìn)到超過(guò)所述焦點(diǎn)的位置處。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括使所述組中的相鄰成形裝藥定向成朝著彼此會(huì)聚的步驟。
45.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括使所述組中的相鄰成形裝藥定向成以介于約1度和約45度之間的角朝著彼此會(huì)聚的步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟使所述組的中間成形裝藥定向成基本上垂直于所述射孔槍組件的軸線；以及使所述組的兩個(gè)外成形裝藥定向成朝著所述中間成形裝藥會(huì)聚。
47.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，引爆所述組中的所述成形裝藥的第一部分的所述步驟還包括順序引爆所述組中的所述成形裝藥的第一部分中的所述成形裝藥的步驟。
48.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，引爆所述組中的所述成形裝藥的第一部分的所述步驟還包括基本上同時(shí)引爆所述組中的所述第一部分成形裝藥中的所述成形裝藥的步驟。
49.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括使衰減擋板定位在所述成形裝藥的所述第一部分的所述成形裝藥和所述成形裝藥的所述第二部分的所述成形裝藥之間的步驟。
50.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括在引爆所述成形裝藥的所述步驟后進(jìn)行處理操作的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括執(zhí)行在欠平衡壓力狀態(tài)下引爆所述成形裝藥的步驟。
52.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該方法還包括執(zhí)行在不存在欠平衡壓力狀態(tài)時(shí)引爆所述成形裝藥的步驟。
53.一種完井，該完井包括地下巖層；穿過(guò)所述巖層的井孔；以及布置在所述井孔內(nèi)的套管，其中所述巖層具有這樣在其中形成的射孔，即，引爆至少兩個(gè)成形裝藥時(shí)形成的射流相互作用，從而在所述巖層中形成弱化區(qū)域，之后引爆至少一個(gè)成形裝藥，從而形成穿透所述弱化區(qū)域的射流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種射孔槍組件以及用于增加射孔深度的方法。所述射孔槍組件(110)用于在巖層(114)和帶套管井孔(116)之間形成流體連通路徑，該射孔槍組件包括殼體、引爆器和引爆線(136)。該射孔槍組件(110)包括一個(gè)或多個(gè)基本上軸向定向的成形裝藥(122，124，126)的組，每一成形裝藥均與引爆線(136)可操作地相關(guān)聯(lián)。引爆至少兩個(gè)成形裝藥(122，126)時(shí)形成的射流(141，142)相互作用，從而在巖層(114)中形成弱化區(qū)域(148)，之后引爆至少一個(gè)成形裝藥(124)，從而形成穿透弱化區(qū)域(148)的射流(150)，由此在巖層(114)中形成射孔(152，154)。
文檔編號(hào)E21B43/117GK1957157SQ200580012952
公開(kāi)日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者鄧肯·A·麥克尼文, 麥克爾·C·羅格斯, 詹姆斯·K·巴克 申請(qǐng)人:德?tīng)柗壹夹g(shù)有限公司, 威爾彈道有限公司, 哈里波頓能源服務(wù)公司