專利名稱：降低爆炸氣體壓力的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射孔，尤其涉及創(chuàng)造與之相關(guān)的瞬時(shí)欠平衡條件。
背景技術(shù)：
為了完井，需要在靠近井眼的一個(gè)或多個(gè)地層帶(formation zone)射 孔以使得來自于這些地層帶的流體流入井中以開采到地面，或者使得注入 流體能夠被提供到這些地層帶。射孔槍的管柱可以被下降到井中，射孔槍 點(diǎn)火后可以在罩殼中打出孔來并將射孔延伸到周圍的地層中。
射孔孔道地層的爆炸性質(zhì)使地層的沙粒破碎。滲透性低于原始地層基 質(zhì)的一層"受震動(dòng)損害區(qū)域"可能在每個(gè)射孔孔道的周圍形成。這個(gè)過程 還可能使射孔孔道充滿巖石碎片，這些巖石碎片中夾雜著射孔槍裝料的碎 屑。損害的程度以及射孔孔道中松散的碎屑的數(shù)量可能由許多因素來決 定，包括地層特性、炸藥的特性、壓力條件、流體特性等等。受震動(dòng)損害 區(qū)域以及射孔孔道中松散的碎屑可能會(huì)降低生產(chǎn)井的產(chǎn)能或者注入井的 注入能力。
獲得清潔射孔的一個(gè)方法是欠平衡射孔，斯倫貝謝(Schlimiberger) 專門將這個(gè)技術(shù)命名為"PURE"。射孔過程使井眼壓力迅速降低到低于地 層壓力的數(shù)值。這種動(dòng)態(tài)的、或者瞬時(shí)的欠平衡避免了射孔造成的損害， 因此提高了井的性能。
有必要繼續(xù)改進(jìn)這個(gè)過程以使與油井所在地層中的儲(chǔ)層的流體連通 達(dá)到最佳。本申請(qǐng)描述了許多解決與此有關(guān)的問題的大量實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的細(xì)節(jié)以便于對(duì)本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員將會(huì)理解，沒有這些詳細(xì)描述本發(fā)明也可以實(shí)施，而且對(duì)這些所描述的實(shí)施例進(jìn)行許多的變更或調(diào)整也是可能的。
正如這里所使用的，"向井上"、"向井下"、"上"和"下"、"上面的" 和"下面的"、"向上"和"向下"、"上游"和"下游"、"在…上面"和"在… 下面"以及其他類似的表明高于或低于某個(gè)特定地點(diǎn)或元件的相對(duì)位置的 術(shù)語在本描述中被用來更清晰的說明本發(fā)明的一些實(shí)施例。然而，當(dāng)用于 說明斜井或水平井中所使用的設(shè)備和方法時(shí)，這些詞術(shù)在適當(dāng)?shù)那闆r下有 可能表明從左到右、從右到左或者其他的關(guān)系。
美國(guó)專利No. 7,121,340描述了一種用來降低射孔槍壓力的方法和裝 置，其全部?jī)?nèi)容以引用方式被合并在本文中。正如在該專利中所描述以及 在本申請(qǐng)中所闡述的，對(duì)射孔所造成損害的處理以及從射孔孔道移除射孔 所產(chǎn)生的(炸藥和地層)碎屑可以通過提高局部的壓降(增大局部的瞬時(shí) 欠平衡)來完成。
在操作中，油井操作人員確認(rèn)或確定目標(biāo)瞬時(shí)欠平衡條件，這個(gè)條件 要適宜于相對(duì)井眼壓力(井眼壓力可由儲(chǔ)層壓力設(shè)定)的井眼間隔。這個(gè) 目標(biāo)瞬時(shí)欠平衡條件可以通過幾種方式確定，例如基于早期油井操作的經(jīng) 驗(yàn)數(shù)據(jù)或者基于使用模型軟件的模擬結(jié)果。然后所配置的控制工具管柱 (control tool string)被下降到井眼間隔，在該井眼間隔中工具管柱被激活 以引爆工具管柱中的炸藥。激活過程使得目標(biāo)瞬時(shí)欠平衡條件得以達(dá)到。 瞬時(shí)欠平衡的主要因素是由聚能射孔彈爆炸產(chǎn)生的高溫氣體。隨著氣體變 熱，壓力通常按照PVxnRT的關(guān)系增加。這樣， 一種增大瞬時(shí)欠平衡的方 法就是降低由爆炸所產(chǎn)生的高溫氣體的溫度(T)。


圖1是典型的射孔槍1的縱向截面示意圖，這個(gè)射孔槍的使用與創(chuàng)造 瞬時(shí)欠平衡條件有關(guān)。裝載構(gòu)件200位于槍架300內(nèi)部。裝載構(gòu)件200支 撐聚能射孔彈400。聚能射孔彈400在第一方向上有開口，并且具有沿著 第一方向延伸的中心線(如圖所示)。圖中所示的裝載構(gòu)件200是管狀的， 但是只要聚能射孔彈得到適當(dāng)?shù)闹魏投ㄎ唬b載構(gòu)件200可以采用許多 種形狀。當(dāng)聚能射孔彈400爆炸時(shí)，被保持在罩殼420和襯里410之間的 炸藥430爆炸。襯里410在第一方向上朝著遠(yuǎn)離聚能射孔彈400的方向被 向外推。
液體插入物(liquid implant) 300被放置在與聚能射孔彈400相鄰的位置，并與中心線相交。只要裝液體的容器在爆炸時(shí)位于襯里410的拋射軌
跡上(例如與中心線相交)，液體插入物300可以被放置在許多位置。液 體插入物400是裝有液體的容器。液體插入物300具有外部障壁(barrier) 310，外部障壁里面裝有液體320。障壁310幾乎可以由任何能夠盛放液體 320并能夠承受井下條件的材料制成。障壁310可以由金屬、玻璃、陶瓷、 聚合物或者彈性體制成。障壁310里面的液體320幾乎可以是任何具有適 當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱性和比熱容的液體320。最好是水來充當(dāng)液體320，因?yàn)榕c其它 液體和物質(zhì)相比，水的導(dǎo)熱性和比熱容特別的好。圖2的圖表顯示了許 多物質(zhì)的導(dǎo)熱性和比熱容。
爆炸后，襯里410形成射流(jet)，這種射流被推動(dòng)進(jìn)入液體插入物310， 從而打開障壁310并將液體插入物300中的物質(zhì)釋放。優(yōu)選液體插入物300 的障壁310被刺破，這樣使液體320既與射流又與爆炸產(chǎn)生的高溫氣體接 觸。射流繼續(xù)通過槍架IOO、通過罩殼420，并進(jìn)入地層。液體插入物300 中的液體320起到散熱裝置的作用，從而冷卻高溫氣體并幫助創(chuàng)造/增強(qiáng)最 優(yōu)的欠平衡條件。
在實(shí)施例的操作中，隨著射流穿過槍架100和罩殼500，槍架IOO的 內(nèi)部和外部區(qū)域之間的壓力差產(chǎn)生了流動(dòng)，它通過罩殼500中的孔進(jìn)入到 罩殼500的內(nèi)部和槍架100的內(nèi)部。液體插入物300的障壁310里面的液 體320 (最好采用水)加強(qiáng)了槍架100內(nèi)部高溫氣體的冷卻，從而增加了 槍架100內(nèi)部和外部之間的壓力差，由此增強(qiáng)了欠平衡條件。最好是水被 蒸發(fā)，從而接近其最優(yōu)的性能。
聚能射孔彈400可以有罩殼420、襯里410和保持在罩殼420和襯里 410之間的炸藥。罩殼420可具有大致凹形的形狀，并界定內(nèi)部容積，炸 藥430就放在其中。罩殼420朝著第一方向(如圖1中的箭頭所示)開口。 第一方向大致與縱向方向垂直，該縱向方向是槍架100和裝載管200延伸 的方向。罩殼420具有邊緣，它構(gòu)成一開口的周邊，這個(gè)開口通入放置炸 藥430的內(nèi)部容積。該周邊可以是圓形的，并確定平面區(qū)域。
液體插入物300位于第一方向上并與聚能射孔彈400鄰近。對(duì)液體插 入物300位置的安排使得當(dāng)聚能射孔彈400爆炸時(shí)，襯里410被沿著第一 方向推動(dòng)并與液體插入物300接觸。襯里410撞擊液體插入物300并擊破障壁310從而釋放液體插入物300中盛放的水320。障壁310可以不與襯 里410接觸而發(fā)生破裂，例如在聚能射孔彈爆炸所產(chǎn)生的壓力或熱量下或 者在其他機(jī)構(gòu)下。液體插入物300可以放在使其在第一方向上與邊緣430 所界定的內(nèi)部平面區(qū)域至少部分相重疊的位置。襯里300可以在第一方向 上與邊緣430所確定的區(qū)域完全重疊。
前面的描述與具體的實(shí)施例相關(guān)，并在任何情況下不限制這里所記載 的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種射孔槍，包括槍架，所述槍架沿著縱向方向延伸；位于槍架內(nèi)的裝載管，所述裝載管沿著所述縱向方向延伸；由裝載管支撐的聚能射孔彈，該聚能射孔彈具有罩殼、炸藥和襯里，所述聚能射孔彈瞄準(zhǔn)第一方向而且具有沿著第一方向延伸的中心線，所述第一方向基本上與所述縱向方向垂直；液體插入物，所述液體插入物位于第一方向上與聚能射孔彈相鄰的位置，并與所述中心線相交。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，所述聚能射孔彈具 有外邊緣，所述外邊緣形成周邊，所述周邊在第一方向上界定該周邊的內(nèi) 部區(qū)域，所述液體插入物在第一方向上與所述周邊的全部?jī)?nèi)部區(qū)域相重疊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物在 第一方向上與所述周邊的內(nèi)部區(qū)域相重疊，并且沿著縱向方向向井上延伸 到所述周邊的內(nèi)部區(qū)域之外。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物在 第一方向上與所述周邊的內(nèi)部區(qū)域相重疊，并且沿著縱向方向向井下延伸 到所述周邊的內(nèi)部區(qū)域之外。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物在 第一方向上與所述周邊的內(nèi)部區(qū)域相重疊，并且沿著縱向方向向井上和向 井下延伸到所述周邊的內(nèi)部區(qū)域之外。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物被 定位在與聚能射孔彈相鄰的位置，使得當(dāng)聚能射孔彈爆炸時(shí)，所述襯里被 推動(dòng)以與所述液體插入物相接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物具 有障壁，所述障壁界定內(nèi)部區(qū)域，所述內(nèi)部區(qū)域包含液體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的射孔槍，其特征在于，所述障壁在液體插入物內(nèi)界定單個(gè)內(nèi)部區(qū)域。
9. 一種射孔的方法，包括 將射孔槍放置在井下，該射孔槍包括 槍架，所述槍架沿著縱向方向延伸；位于槍架內(nèi)部的裝載管，該裝載管沿著所述縱向方向延伸； 由裝載管支撐的聚能射孔彈，該聚能射孔彈具有罩殼、炸藥和襯里，所述聚能射孔彈瞄準(zhǔn)第一方向，該第一方向基本上與所述縱向方向垂直；和液體插入物，所述液體插入物位于第一方向上與聚能射孔彈相鄰的位置；所述射孔方法包括引爆聚能射孔彈從而使襯里形成射流，所述射流被沿著第一方向推動(dòng)，由此與液體插入物接觸并使其破裂，并將液體插入 物中的液體釋放，從而使該液體與聚能射孔彈爆炸產(chǎn)生的氣體相接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的射孔方法，其特征在于，所述聚能射孔彈具有沿著第一方向的中心線，所述液體插入物與該中心線相交。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的射孔方法，其特征在于，所述聚能射孔彈 具有沿著第一方向延伸的中心線，所述液體插入物圍繞該中心線。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物是 由塑料制成的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，液體容器是由金屬 制成的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，液體容器是由聚合 物制成的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，液體容器是由陶瓷 制成的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，液體容器是由彈性 體制成的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，液體容器中裝有水。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，液體容器被固定到 裝載管上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔槍，其特征在于，液體容器被固定到 射孔槍的支架上。
20. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物具 有障壁，所述障壁界定內(nèi)部區(qū)域，該內(nèi)部區(qū)域包含液體。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的射孔槍，其特征在于，所述障壁在液體插入物內(nèi)界定單個(gè)內(nèi)部區(qū)域。
22. —種射孔槍，包括槍架，所述沿著縱向方向延伸；位于槍架內(nèi)的裝載管，所述裝載管沿著縱向方向延伸； 由裝載管支撐的聚能射孔彈，該聚能射孔彈具有罩殼、炸藥和襯里，所述聚能射孔彈瞄準(zhǔn)第一方向，該第一方向基本上與所述縱向方向垂直；和液體插入物，所述液體插入物位于第一方向上與聚能射孔彈相鄰的位 置，并與所述中心線相交，而且所述液體插入物的位置使得當(dāng)聚能射孔彈 爆炸時(shí)所述襯里成為一種射流，該射流被射出以與液體插入物相接觸。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的射孔槍，其特征在于，所述液體插入物 是容器，所述容器具有單獨(dú)的盛放液體的內(nèi)部容積。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的射孔槍，其特征在于，所述射孔槍包括 至少一個(gè)聚能射孔彈以及對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)聚能射孔彈中的每個(gè)聚能 射孔彈的僅僅一個(gè)液體插入物。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的射孔槍，其特征在于，所述射孔槍包括 至少一個(gè)聚能射孔彈以及對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)聚能射孔彈中的每個(gè)聚能 射孔彈的僅僅一個(gè)液體插入物。
全文摘要
本發(fā)明涉及降低爆炸氣體壓力的裝置和方法，尤其涉及一種射孔槍和射孔方法，所述射孔槍具有沿著縱向方向的槍架；位于槍架內(nèi)部的裝載管，該裝載管沿著縱向方向延伸；由裝載管支撐的聚能射孔彈，該聚能射孔彈具有罩殼、炸藥和襯里，該罩殼在第一方向上開口而且具有中心線沿著第一方向的中心線，所述第一方向基本上與所述縱向方向垂直；以及液體插入物(liquid implant)，所述液體插入物位于第一方向上與聚能射孔彈相鄰的位置并與中心線相交。
文檔編號(hào)E21B43/11GK101457638SQ20081008305
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者勞倫斯·A·貝爾曼, 布倫登·M·格魯沃 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司