專利名稱：射孔槍組件以及用于形成射孔孔腔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及通過射孔而形成穿過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以形成射孔孔腔。
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地下巖層進(jìn)行射孔來描述本發(fā)明的背景。
在鉆出穿過巖層的地下井孔的一部分后，通常將各段直徑相對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)。為了將流體開采到套管柱內(nèi)，必須使液壓開口或射孔制成為穿過套管柱、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形成這些射孔。具體地，將通過引爆線與引爆器相連的成形裝藥裝入一個或多個裝藥載體中。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 1ine)、電線、盤繞管或其它輸送工具的端部將所述工具管柱放下至帶套管井孔內(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，就可對成形裝藥點(diǎn)火。引爆時，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。
射孔過程的目的是穿過套管形成開口，以在儲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的一側(cè)堆積成濾餅。盡管濾餅防止額外濾出的鉆探泥漿進(jìn)入儲層內(nèi)，然而該過濾會減少儲層的產(chǎn)量。因此，有效的射孔不僅必須形成為穿過套管和水泥，而且也必須穿過所述濾餅而進(jìn)入原生巖石來形成。
作為另一示例，在射孔過程期間井孔內(nèi)的壓力條件對射孔效率具有顯著影響。具體地，可在過平衡或欠平衡壓力狀態(tài)下進(jìn)行射孔。過平衡射孔涉及在套管內(nèi)的流體靜壓力大于儲層壓力的狀態(tài)下穿過套管形成開口。過平衡射孔具有允許井孔流體流進(jìn)儲層巖層內(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層壓力的狀態(tài)下穿過套管形成開口。欠平衡射孔具有允許儲層流體流進(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)閮恿黧w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減小。
因此，已經(jīng)出現(xiàn)對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)入儲層的原生巖石中。還出現(xiàn)了對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。
發(fā)明內(nèi)容
這里公開的本發(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)入儲層巖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。
本發(fā)明的射孔槍組件包括殼體；定位在所述殼體內(nèi)的引爆器；以及與所述引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)的引爆線。形成大致軸向定向的組的多個成形裝藥與所述引爆線可操作地相關(guān)聯(lián)。引爆時，所述組中的所述成形裝藥形成彼此相互作用的射流，從而在巖層中形成射孔孔腔。
在一個實(shí)施例中，引爆所述組中的所述成形裝藥時形成的所述射流基本指向焦點(diǎn)。在該實(shí)施例中，所述射流可以前進(jìn)到未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處，可以前進(jìn)到超過所述焦點(diǎn)的位置處，或者可以會聚在所述焦點(diǎn)處。因此，在引爆所述組中的所述成形裝藥時形成的所述射流可以相交或不相交?？梢酝ㄟ^使所述組中的相鄰成形裝藥朝著彼此會聚而實(shí)現(xiàn)所述射流的相互作用。例如，所述組中的相鄰成形裝藥可以以介于約1度和約45度之間的角朝著彼此會聚。該結(jié)構(gòu)可以包括中間成形裝藥和兩個外成形裝藥，其中所述中間成形裝藥定向成基本垂直于所述殼體的軸線，而所述兩個外成形裝藥定向成朝著所述中間成形裝藥會聚。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的所述射孔槍組件可以包括多個成形裝藥組。在該實(shí)施例中，所述多個成形裝藥組中的每一個成形裝藥組均可以相對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，本發(fā)明包括一種用于在井孔套管后的巖層中形成射孔孔腔的方法。該方法包括以下步驟將射孔槍組件定位在井孔套管內(nèi)，該射孔槍組件包括形成基本軸向定向的組的多個成形裝藥；以及引爆所述組成形裝藥，以形成彼此相互作用的射流，由此在巖層中形成所述射孔孔腔。該方法還可包括以下步驟順序引爆所述成形裝藥組；以及在引爆所述成形裝藥組后進(jìn)行處理操作。該方法可以在欠平衡壓力狀態(tài)下進(jìn)行，或者在不存在欠平衡壓力狀態(tài)時進(jìn)行。
在另一方面中，本發(fā)明包括一完井(completion)，該完井包括地下巖層、穿過所述巖層的井孔、以及布置在所述井孔內(nèi)的套管，其中所述巖層具有形成在其中的射孔孔腔，該射孔孔腔由于在引爆井孔內(nèi)的成形裝藥組時形成的射流的相互作用而形成。
為了更完全地理解本發(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時的剖視圖；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)明的所述成形裝藥組后巖層的剖視圖，示出了形成的射孔孔腔；圖7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時的剖視圖；圖8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時的剖視圖；圖9是現(xiàn)有技術(shù)的射孔孔道的容量表示圖；圖10是本發(fā)明的射孔孔腔的容量表示圖；圖11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12是本發(fā)明的射孔孔腔在徹底清潔后的容量表示圖。
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，參照圖1，示意性地示出了適于在根據(jù)海上油氣平臺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12的甲板20延伸至包括防噴器24的井口裝置22。平臺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附近對套管38射孔時，通過輸送工具44(例如，鋼纜、電線或盤繞管)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，該殼體包裝有一個或多個引爆器以及相關(guān)的引爆線和多個成形裝藥。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形成為具有三個軸向定向的凹坑的組，并且相鄰凹坑組沿周向變相?？蛇x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。
一旦使射孔槍組件42定位在巖層14附近，就向引爆器發(fā)送電觸發(fā)信號或其它觸發(fā)信號，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，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，這些射孔孔腔是圍繞井孔16的高滲透性的較大區(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)在參照圖2，在圖2中示出了定位在穿過巖層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儲層壓力，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，但會削弱巖層64的生產(chǎn)。
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的多個成形裝藥。每個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)有通過電線88連接至電源的引爆器86。由于本發(fā)明與引爆器無關(guān)，因此引爆器86可以是適于通過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通過例如限定在成形裝藥的殼體頂點(diǎn)處的開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向下蔓延，從而從射孔槍組件60的頂部至底部順序引爆成形裝藥。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以可選地使用其它點(diǎn)火序列，這包括例如從底部到頂部的序列，或者利用多個引爆器、多個引爆線、定時裝置等同時對多個軸向高度處的成形裝藥進(jìn)行點(diǎn)火。
在所示實(shí)施例中，射孔槍組件60包括四個成形裝藥組，即組92、94、96、98。各個組92、94、96、98均包括三個單獨(dú)的成形裝藥，例如組94的成形裝藥100、102、104。各個組92、94、96、98中的成形裝藥相對于彼此軸向定位，從而使得各個組92、94、96、98中的成形裝藥基本上指向殼體84的同一周向方向。因此，這里所用的術(shù)語軸向定向用于描述成形裝藥組中的成形裝藥的關(guān)系，其中相鄰成形裝藥基本上彼此軸向移位，并且基本上指向同一周向方向。
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會聚。在一個優(yōu)選定向中，在各組92、94、96、98中相鄰成形裝藥之間的會聚角介于約5度和約10度之間。另一優(yōu)選定向包括約1度和約45度之間的會聚角。應(yīng)注意，針對用于對特定井孔進(jìn)行射孔的特定射孔槍組件的期望會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相鄰組(未示出)中的成形裝藥周向變相90度，該下一相鄰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，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。
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示出了各個成形裝藥之間具有均勻的軸向距離，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可期望在成形裝藥之間具有不同的軸向間隔，例如具有這樣的軸向距離，即相鄰組中的相鄰成形裝藥之間的軸向距離大于或小于一組內(nèi)的相鄰成形裝藥之間的軸向距離。
接下來參照圖3，在圖3中示出了定位在穿過巖層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。在該定向中，在用引爆線136引爆所述成形裝藥122、124、126的組時，會在巖層14中形成射孔孔腔。
如在圖4中最佳可見，當(dāng)引爆所述成形裝藥122、124、126的組時，成形裝藥122放出射流140，成形裝藥124放出射流142，且成形裝藥126放出射流144，每股射流均指向焦點(diǎn)128。在所示實(shí)施例中，射流140、142、144不到達(dá)焦點(diǎn)128并且不相交。盡管如此，如在圖5中最佳可見，射流140、142、144在巖層114內(nèi)共同相互作用。具體地，射流140、142、144在巖層114中不僅分別形成射孔孔道146、148、150，而且在巖層114中形成了由虛線152表示的粉碎帶。射流140、142、144的相互作用基本上使粉碎帶152中的巖石結(jié)構(gòu)成碎塊、粉碎、或者使其斷裂或成碎片。
如在圖6中最佳可見，由于射流140、142、144的相互作用，在套管116后方的巖層114中形成了射孔孔腔154，該射孔孔腔154的容量顯著大于傳統(tǒng)射孔孔道的容量。利用本發(fā)明形成諸如射孔孔腔154的射孔孔腔，這形成了高滲透性的大容量區(qū)域，巖層流體被抽入其內(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154不像傳統(tǒng)的射孔孔道那樣易于被碎料或巖石結(jié)構(gòu)堵塞，因而通過使用本發(fā)明減少了對欠平衡射孔的需要。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154，從而進(jìn)一步提高射孔孔腔154的容量。
盡管圖3至圖6示出了基本上軸向定向的三個成形裝藥的組，所述三個成形裝藥定向成朝向在巖層中的焦點(diǎn)會聚，并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，如在圖7中最佳可見，示出了布置在穿過巖層114的井孔112中的射孔槍組件160的一部分。所示的射孔槍組件160的該部分包括基本上軸向定向的成形裝藥162、164、166的組，這些成形裝藥定向成朝彼此會聚，更具體的是朝巖層114中的焦點(diǎn)128會聚。在該定向中，當(dāng)用引爆線168引爆所述成形裝藥162、164、166的組時，形成射流170、172、174。在所示實(shí)施例中，射流170、172、174穿透套管116、水泥118、濾餅120而進(jìn)入巖層114中并超過焦點(diǎn)128，從而使得射流170、172、174基本上在焦點(diǎn)128處相交。射流170、172、174的該相互作用基本上使套管116后方的巖石結(jié)構(gòu)成碎塊、粉碎、或者使其斷裂或成碎片，從而形成類似于圖6的射孔孔腔154的射孔孔腔。
作為另一示例，如在圖8中最佳可見，示出了布置在穿過巖層114的井孔112中的射孔槍組件180的一部分。所示的射孔槍組件180的該部分包括基本上軸向定向的成形裝藥182、184、186、188的組，這些成形裝藥定向成朝彼此會聚，更具體的是朝巖層114中的焦點(diǎn)128會聚。在該定向中，當(dāng)用引爆線190引爆所述成形裝藥182、184、186、188的組時，形成射流192、194、196、198。在所示實(shí)施例中，射流192、194、196、198穿透套管116、水泥118、濾餅120而進(jìn)入巖層114中并會聚在焦點(diǎn)128處。射流192、194、196、198的該相互作用基本上使套管116后方的巖石結(jié)構(gòu)成碎塊、粉碎、或者使其斷裂或成碎片，從而形成類似于圖6的射孔孔腔154的射孔孔腔。
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成形裝藥組中的各個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，成形裝藥組中的某些成形裝藥可指向巖層中的一個位置，而同一組中的其它成形裝藥可指向巖層中的另一位置。作為另一示例，在軸向定向的成形裝藥組中的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，從所述組中的成形裝藥產(chǎn)生的射流能夠相互作用，并形成本發(fā)明的射孔孔腔。
利用本發(fā)明的射孔槍組件使得能夠在套管后方的巖層中形成大容量的射孔孔腔，這與形成小容量的射孔孔道的傳統(tǒng)射孔系統(tǒng)相比，提高了井的生產(chǎn)率。盡管如此，在形成了本發(fā)明的射孔孔腔之后，可能期望使生產(chǎn)層段增產(chǎn)或?qū)ιa(chǎn)層段進(jìn)行處理?？梢赃M(jìn)行諸如礫石充填、壓裂充填、壓裂增產(chǎn)、酸處理等的處理過程。事實(shí)上，本發(fā)明的射孔孔腔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)等填充射孔孔腔時的防砂(sand control)得以改進(jìn)，從而防止巖層細(xì)粒侵入井孔中。此外，所述大容量射孔孔腔有助于在壓裂充填和壓裂增產(chǎn)操作期間促進(jìn)斷裂蔓延深入巖層中。。
在比較傳統(tǒng)射孔系統(tǒng)和本發(fā)明的射孔槍組件的試驗(yàn)中，傳統(tǒng)射孔孔道與本發(fā)明的射孔孔腔之間顯示出顯著的容量差異。試驗(yàn)這樣進(jìn)行利用3-3/8英寸Millennium25克HMX成形裝藥，將其點(diǎn)火，使其穿過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表明使用定向成朝彼此會聚并形成共同相互作用的射流的三個成形裝藥的組形成容量顯著大于傳統(tǒng)射孔孔道的容量的射孔孔腔。具體地，由傳統(tǒng)單個裝藥在靶中形成的進(jìn)入孔的直徑為0.35英寸，而由三個裝藥的組形成的進(jìn)入孔高2.25英寸、寬0.5英寸。對于傳統(tǒng)單個裝藥來說在靶中穿透深度為13.22英寸，而對于三個裝藥的組來說為13.51英寸，并且對于傳統(tǒng)單個裝藥來說凈深為10.12英寸，而對于三個裝藥的組來說為11.15英寸。
更重要的是，對于傳統(tǒng)的單個裝藥來說孔容量僅為0.6立方英寸，而對于三個裝藥的組來說孔容量為6.43立方英寸。圖9示出了由傳統(tǒng)單個裝藥形成的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10示出了由三個裝藥的組形成的6.43立方英寸的射孔孔腔的容量表示圖，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，射孔孔腔202的容量是射孔孔道200的容量的十倍多。
圖11示出了為徹底清理圖9的射孔孔道200而在模擬欠平衡狀態(tài)下由傳統(tǒng)單個裝藥形成的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12示出了為徹底清理圖10的射孔孔腔202而在模擬欠平衡狀態(tài)下由三個成形裝藥的組形成的11.63立方英寸的射孔孔腔的容量表示圖，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生巖石的滲透性相比滲透性減小的表層或區(qū)域。所述表層圍繞整個射孔孔道，從而降低了井的生產(chǎn)率。在圖11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)明的射孔孔腔沒有被滲透性減小的表層圍繞。相反，利用本發(fā)明形成的射孔孔腔僅在其最上區(qū)域和最下區(qū)域(在圖12中由附圖標(biāo)記210、212表示)具有滲透性減小的表層。射孔孔腔208的側(cè)部(在圖12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。該提高的滲透性進(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，然而本說明書不意圖以限制意義來解釋。參照本說明書，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)施例對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說都是顯而易見的。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)利要求書(按照條約第19條的修改)1、一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)的引爆器；至少一組成形裝藥組，所述成形裝藥組布置在所述殼體內(nèi)并且與所述引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)，在所述至少一組中的成形裝藥基本上沿所述殼體的縱向軸線定位，所述成形裝藥定向成使得在引爆所述裝藥時形成的射流基本上指向一焦點(diǎn)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，至少一個所述成形裝藥產(chǎn)生前進(jìn)超過所述焦點(diǎn)的射流。
3、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成形裝藥組，它們在所述殼體內(nèi)布置在軸向隔開的位置處，所述多個組的每一組均與所述引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)，每一組中的成形裝藥基本上沿所述殼體的縱向軸線定位，每一組中的所述成形裝藥定向成在引爆所述裝藥時形成的射流基本上指向與每一組相關(guān)聯(lián)的焦點(diǎn)。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組中的每一組均相對于所述組中的相鄰組周向變相。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的射孔槍組件，其特征在于，相鄰組之間的所述周向變相介于約15度和180度之間。
6、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可操作地布置在所述引爆器和所述成形裝藥之間的引爆線。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，所述至少一組包括三個成形裝藥。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，所述至少一組包括定位在中間的成形裝藥以及在所述定位在中間的成形裝藥任一側(cè)上都有的一個成形裝藥，所述定位在中間的成形裝藥定向成基本垂直于所述縱向軸線，在所述任一側(cè)上的成形裝藥定向成使得它們的射流基本上指在所述焦點(diǎn)處。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的射孔槍組件，其特征在于，所述任一側(cè)上的所述裝藥以介于1度和45度之間的角會聚。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍組件，其特征在于，所述成形裝藥中的相鄰成形裝藥以介于1度和45度之間的角朝彼此會聚。
11、一種用于通過射孔而形成在其中具有套管的井孔的方法，該方法包括以下步驟在所述套管內(nèi)引爆至少一個成形裝藥組，所述至少一組基本上沿著一軸線定位，該軸線基本上垂直于所述井孔的軸線，所述成形裝藥定向成使得在引爆時形成的射流基本上指向一焦點(diǎn)。
12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，至少一個所述成形裝藥產(chǎn)生前進(jìn)超過所述焦點(diǎn)的射流。
13、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該方法還包括引爆布置在軸向隔開的位置處的多個成形裝藥組，每一組中的成形裝藥均基本上沿所述軸線定位，每一組中的所述成形裝藥都定向成在引爆所述裝藥時形成的射流基本上指向與每一組相關(guān)的焦點(diǎn)。
14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述組中的每一組均相對于所述組中的相鄰組周向變相。
15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，相鄰組之間的所述周向變相介于約15度和180度之間。
16、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過起動引爆器進(jìn)行所述引爆，所述引爆器起動可操作地布置在所述引爆器和所述成形裝藥之間的引爆線。
17、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一組包括三個成形裝藥。
18、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一組包括定位在中間的成形裝藥以及在所述定位在中間的成形裝藥任一側(cè)上都有的一個成形裝藥，所述定位在中間的成形裝藥定向成基本上垂直于所述軸線，任一側(cè)上的所述成形裝藥定向成使得它們的射流基本上指在所述焦點(diǎn)處。
19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，任一側(cè)上的所述裝藥以介于1度和45度之間的角會聚。
20、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述成形裝藥中的相鄰成形裝藥以介于1度和45度之間的角朝彼此會聚。
21、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述井孔中的流體靜壓力超過巖層流體壓力時進(jìn)行所述引爆。
22、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述井孔中的流體靜壓力最多等于巖層流體壓力時進(jìn)行所述引爆。
權(quán)利要求
1.一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；定位在所述殼體內(nèi)的引爆器；與所述引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)的引爆線；以及形成基本上軸向定向的組的多個成形裝藥，所述成形裝藥與所述引爆線可操作地相關(guān)聯(lián)，其中，在引爆時，所述組中的所述成形裝藥形成彼此相互作用的射流，從而在巖層中形成射孔孔腔。
2.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形成的所述射流基本上指向一焦點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2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形成的所述射流中的至少一股射流前進(jìn)到未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2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形成的所述射流中的至少一股射流前進(jìn)到超過所述焦點(diǎn)的位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2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形成的所述射流會聚在所述焦點(diǎn)處。
6.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形成的所述射流中的至少兩股射流相交。
7.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形成的所述射流都不相交。
8.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成形裝藥組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的射孔槍組件，其特征在于，所述多個成形裝藥組中的每一成形裝藥組均相對于相鄰成形裝藥組周向變相。
10.根據(jù)權(quán)利要求9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。
11.一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；定位在所述殼體內(nèi)的引爆器；與所述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成形裝藥，所述成形裝藥與所述引爆線可操作地相關(guān)聯(lián)，所述組中的相鄰成形裝藥定向成朝彼此會聚。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組中的相鄰成形裝藥以介于約1度和約45度之間的角朝彼此會聚。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組中的相鄰成形裝藥以介于約5度和約10度之間的角朝彼此會聚。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組中的相鄰成形裝藥以介于約10度和約20度之間的角朝彼此會聚。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組中的相鄰成形裝藥以介于約20度和約30度之間的角朝彼此會聚。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組中的相鄰成形裝藥以介于約30度和約40度之間的角朝彼此會聚。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組具有中間成形裝藥和兩個外成形裝藥，其中所述中間成形裝藥定向成基本垂直于所述殼體的軸線，所述兩個外成形裝藥定向成朝所述中間成形裝藥會聚。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射孔槍組件，其特征在于，該射孔槍組件還包括多個成形裝藥組。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的射孔槍組件，其特征在于，所述多個成形裝藥組中的每一成形裝藥組均相對于相鄰成形裝藥組周向變相。
20.根據(jù)權(quán)利要求19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。
21.一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；定位在所述殼體內(nèi)的引爆器；與所述引爆器可操作地相關(guān)聯(lián)的引爆線；以及形成基本上軸向定向的組的多個成形裝藥，所述成形裝藥與所述引爆線可操作地相關(guān)聯(lián)，所述組中的相鄰成形裝藥定向成朝彼此會聚，從而使得在引爆時，所述組中的所述成形裝藥形成彼此相互作用的射流，以在巖層中形成射孔孔腔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組中的相鄰成形裝藥以介于約1度和約45度之間的角朝彼此會聚。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的射孔槍組件，其特征在于，所述組具有中間成形裝藥和兩個外成形裝藥，其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，所述兩個外成形裝藥定向成朝所述中間成形裝藥會聚。
24.根據(jù)權(quán)利要求21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形成的所述射流基本上指向一焦點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24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形成的所述射流中的至少一股射流前進(jìn)至未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處。
26.根據(jù)權(quán)利要求21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形成的所述射流中的至少兩股射流相交。
27.根據(jù)權(quán)利要求21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形成的所述射流都不相交。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的射孔槍組件，其特征在于，該射孔槍組件還包括多個成形裝藥組。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的射孔槍組件，其特征在于，所述多個成形裝藥組中的每一成形裝藥組均相對于相鄰成形裝藥組周向變相。
30.根據(jù)權(quán)利要求29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。
31.一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；定位在所述殼體內(nèi)的引爆器；與所述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組，所述多個成形裝藥組中的每一成形裝藥組均相對于相鄰成形裝藥組周向變相。
32.根據(jù)權(quán)利要求31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。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的射孔槍組件，其特征在于，每一組中的相鄰成形裝藥定向成朝彼此會聚。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的射孔槍組件，其特征在于，每一組中的相鄰成形裝藥以介于約1度和約45度之間的角朝彼此會聚。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的射孔槍組件，其特征在于，每一組均具有中間成形裝藥和兩個外成形裝藥，其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，所述兩個外成形裝藥定向成朝所述中間成形裝藥會聚。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的射孔槍組件，其特征在于，在引爆時，每一組中的所述成形裝藥都形成彼此相互作用的射流，以在巖層中形成射孔孔腔。
37.根據(jù)權(quán)利要求36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形成的所述射流基本上指向一焦點(diǎn)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37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形成的所述射流中的至少一股射流前進(jìn)至未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處。
39.根據(jù)權(quán)利要求36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形成的所述射流中的至少兩股射流相交。
40.根據(jù)權(quán)利要求36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形成的所述射流都不相交。
41.一種射孔槍組件，該射孔槍組件包括殼體；定位在所述殼體內(nèi)的引爆器；與所述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組，所述多個成形裝藥組中的每一成形裝藥組均相對于相鄰成形裝藥組周向變相，每一組中的相鄰成形裝藥定向成朝彼此會聚，從而使得在引爆時，每一組中的所述成形裝藥都形成彼此相互作用的射流，以在巖層中形成射孔孔腔。
42.根據(jù)權(quán)利要求41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。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的射孔槍組件，其特征在于，所述每一組中的相鄰成形裝藥以介于約1度和約45度之間的角朝彼此會聚。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的射孔槍組件，其特征在于，每一組均具有中間成形裝藥和兩個外成形裝藥，其中所述中間成形裝藥定向成基本垂直于所述殼體的軸線，所述兩個外成形裝藥定向成朝所述中間成形裝藥會聚。
45.根據(jù)權(quán)利要求41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形成的所述射流基本上指向一焦點(diǎn)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45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形成的所述射流中的至少一股射流前進(jìn)至未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處。
47.根據(jù)權(quán)利要求41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形成的所述射流中的至少兩股射流相交。
48.根據(jù)權(quán)利要求41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形成的所述射流都不相交。
49.一種用于在井孔套管后方的巖層中形成射孔孔腔的方法，該方法包括以下步驟將射孔槍組件定位在井孔套管內(nèi)，該射孔槍組件包括形成基本上軸向定位的組的多個成形裝藥；以及引爆所述成形裝藥組，以形成彼此相互作用的射流，由此在巖層中形成射孔孔腔。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括使由引爆所述成形裝藥組時形成的所述射流基本上指向一焦點(diǎn)的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣的步驟，即，使由引爆所述成形裝藥組時形成的所述射流中的至少一股射流前進(jìn)至未到達(dá)所述焦點(diǎn)的位置處。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣的步驟，即，使由引爆所述成形裝藥組時形成的所述射流中的至少一股射流前進(jìn)至超過所述焦點(diǎn)的位置處。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，該方法還包括使由引爆所述成形裝藥組時形成的所述射流會聚在所述焦點(diǎn)處的步驟。
54.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括使由引爆所述成形裝藥組時形成的所述射流中的至少兩股射流相交的步驟。
55.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括防止由引爆所述成形裝藥組時形成的所述射流相交的步驟。
56.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括將所述組中的相鄰成形裝藥定向成朝彼此會聚的步驟。
57.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括將所述組中的相鄰成形裝藥定向成以介于約1度和約45度之間的角朝彼此會聚的步驟。
58.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣的步驟，即，將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，并將該組的兩個外成形裝藥定向成朝所述中間成形裝藥會聚。
59.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，引爆所述成形裝藥組的所述步驟還包括順序引爆該成形裝藥組的步驟。
60.根據(jù)權(quán)利要求49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組的所述步驟后進(jìn)行處理操作的步驟。
61.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括在欠平衡壓力狀態(tài)下進(jìn)行引爆所述成形裝藥組的所述步驟。
62.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括在不存在欠平衡壓力狀態(tài)時進(jìn)行引爆所述成形裝藥組的所述步驟。
63.一種完井，該完井包括地下巖層；穿過所述地下巖層的井孔；以及布置在所述井孔內(nèi)的套管，其中所述巖層具有由于在所述井孔內(nèi)引爆成形裝藥組時產(chǎn)生的氣流的相互作用而在該巖層中形成的射孔孔腔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種射孔槍組件以及用于形成射孔孔腔的方法。所述射孔槍組件(60)用于在巖層(64)和井孔套管(66)之間形成流體連通路徑，并包括殼體(84)、定位在殼體(84)內(nèi)的引爆器(86)以及與引爆器(86)可操作地相關(guān)聯(lián)的引爆線(90)。該射孔槍組件(60)還包括一個或多個基本上軸向定向的成形裝藥組(92、94、96、98)。所述組(92、94、96、98)中的成形裝藥的每一成形裝藥均與引爆線(90)可操作地相關(guān)聯(lián)。此外，每一成形裝藥組(92、94、96、98)中的相鄰成形裝藥均定向成朝彼此會聚，從而在引爆時，每一組(92、94、96、98)中的所述成形裝藥均形成彼此相互作用的射流，以在巖層(64)中形成射孔孔腔。
文檔編號E21B43/11GK1965148SQ200580014140
公開日2007年5月16日 申請日期2005年2月26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 申請人:德爾芬技術(shù)有限公司, 威爾彈道有限公司, 哈里波頓能源服務(wù)公司