用于提高井眼穿孔的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對(duì)地下地層穿孔的設(shè)備，所述設(shè)備可包括殼體、含能材料、襯墊和酸生成材料。所述殼體可具有開(kāi)槽端部和開(kāi)放端部，所述開(kāi)槽端部構(gòu)造成接收引爆線。所述含能材料可設(shè)置在所述開(kāi)放端部中并且處于彈道中。所述襯墊可包封所述開(kāi)放端部。所述襯墊可包括酸生成材料，所述酸生成材料構(gòu)造成在引爆爆炸性材料時(shí)形成酸。
【專利說(shuō)明】用于提高井眼穿孔的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于對(duì)井套管和/或地層穿孔的設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 烴生產(chǎn)井典型地包括套管柱，所述套管柱定位在貫穿地下油氣礦床的井眼內(nèi)。套 管柱增加井眼的完整性，并且提供用于將流體產(chǎn)出到地表的路徑。通常，套管被水泥固定到 井眼，并隨后通過(guò)引爆聚能射孔彈而進(jìn)行穿孔。當(dāng)引爆時(shí)，聚能射孔彈產(chǎn)生射流，該射流穿 過(guò)套管并形成進(jìn)入相鄰地層中的短距離地道。經(jīng)常，被穿孔的區(qū)域，尤其是地道的壁，可能 由于通過(guò)射孔射流施加到地層的應(yīng)力以及在擊發(fā)射孔槍的過(guò)程中可引起的應(yīng)力而變得不 可滲透。滲透性的喪失和其他有害的影響（諸如將碎屑引入到穿孔中）可不利地影響烴從 所貫穿的烴礦床的流動(dòng)。
[0003] 在各方面，本公開(kāi)提出了對(duì)提供更清潔且更有效的井穿孔的穿孔設(shè)備和方法的需 求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種用于對(duì)地層進(jìn)行有效穿孔的設(shè)備和方法。
[0005] 在各方面中，本發(fā)明提供一種用于對(duì)井眼所貫穿的地層射孔的系統(tǒng)。
[0006] 在各方面中，本發(fā)明提供一種用于對(duì)井眼所貫穿的地層射孔的方法。
[0007] 本公開(kāi)的特征的上述實(shí)例已經(jīng)得到相當(dāng)廣泛的概括，以使得可以更好地理解如下 它們的詳細(xì)描述，以及使得可以意識(shí)到對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，存在本發(fā)明的將在下文中 描述并且將形成所附的權(quán)利要求的主題的附加特征。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 為了詳盡地理解本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖參考優(yōu)選實(shí)施例的下述詳細(xì)描述，在附圖 中，相同的元件已經(jīng)被賦予相同的附圖標(biāo)記，其中 ：
[0009] 圖1是本公開(kāi)的裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖，所述設(shè)備定位在穿透地下地 層的井內(nèi)；
[0010] 圖2是圖1中所示的射孔槍的一部分的示意性剖視圖；以及
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制成的襯墊的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 本公開(kāi)的各個(gè)方面提供了聚能射孔彈，所述聚能射孔彈處理利用酸通過(guò)射孔射流 形成的地道。該酸可以部分地由構(gòu)成聚能射孔彈的襯墊的一種或多種組分生成。在引爆聚 能射孔彈的含能材料時(shí)產(chǎn)生酸。在起爆聚能射孔彈之前不存在酸。另外，所產(chǎn)生的酸的量 足以執(zhí)行指定的操作。在一些實(shí)施例中，酸可以腐蝕或溶解異物（諸如人造碎屑），以使得 可將該異物通過(guò)流動(dòng)的地層流體而被驅(qū)逐出地道。在其它實(shí)施例中，酸可以腐蝕或溶解天 然存在的材料，諸如環(huán)繞地道的巖石或土。在另外的其它實(shí)施例中，酸可以增加地層的滲透 性或孔隙率，以增強(qiáng)流體流動(dòng)性。
[0013] 現(xiàn)在參考圖1，示出了定位在感興趣的地下地層12中的井結(jié)構(gòu)和/或烴生產(chǎn)設(shè)施 10。該設(shè)施可以是適于在井眼16中傳送工具（諸如射孔槍串）的陸基鉆機(jī)或海上鉆機(jī)。井 眼16可包括裸眼井段和/或帶套管且水泥固定的井段。該設(shè)施10可以包括已知的設(shè)備和 結(jié)構(gòu)，諸如在地表20處的平臺(tái)18、井架22、井口 24和套管26。從井架22懸掛到井眼16內(nèi) 的工作柱28用來(lái)將工具傳達(dá)到井眼16中。工作柱28可包括鉆桿、連續(xù)管、鋼絲繩、平直管 線或任何其它已知的輸送裝置。另外，工作柱28可以通過(guò)諸如井眼牽引器（未示出）的裝 置而被牽拉通過(guò)井眼，這在大位移井或斜井中可能是有利的。工作柱28可包括遙測(cè)線路或 其它信號(hào)/功率傳輸介質(zhì)，它們建立從地表到連接到工作柱28的端部的單向或雙向遙測(cè)通 信。一種合適的遙測(cè)系統(tǒng)（未不出）可被稱為泥楽脈沖、電信號(hào)、聲學(xué)或其他合適的系統(tǒng)。 出于說(shuō)明性的目的，示出了具有地表控制器（例如，電源和/或在擊發(fā)面板）30的遙測(cè)系 統(tǒng)，所述地表控制器適于經(jīng)由布置在工作柱28中的電纜或信號(hào)傳輸線31而傳輸信號(hào)。該 信號(hào)可以是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，射孔槍32聯(lián)接到工作柱28 的端部。射孔槍32可以是用于將圖1所述的裝置輸送到鉆孔中的設(shè)備。
[0014] 射孔槍32可以是炸藥串組件，該炸藥串組件包括引爆器、引爆繩和一個(gè)或多個(gè)聚 能射孔彈33。當(dāng)在井眼中引爆時(shí)，射孔彈將產(chǎn)生穿過(guò)套管、水泥而進(jìn)入周圍地層中的孔。該 引爆建立地層與井眼之間的連通，從而提供用于要生產(chǎn)的地層流體和氣體的路徑。炸藥串 組件可以設(shè)計(jì)為以預(yù)定的定時(shí)順序操作。電引爆器可用來(lái)引爆引爆繩，這從而自上而下或 自下而上地引爆射孔彈。下面是一種部署射孔槍32的示例性方法，該射孔槍可利用根據(jù)本 公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)引爆器。
[0015] 參考圖2,示出了射孔槍組件32的橫截面。射孔槍組件32具有管狀載體34和同 心地設(shè)置在管狀載體34內(nèi)的圓筒形裝藥管36。裝藥管36的外徑使得在裝藥管36與載體 34之間產(chǎn)生環(huán)形空間38。聚能射孔彈40具有截頭圓錐形裝藥殼體42。裝藥殼體42典型 地由鋼、壓鑄鋁或鋅合金制成，而且具有形成裝藥殼體42的中空內(nèi)部的內(nèi)表面或壁44。裝 藥殼體42在外端處開(kāi)口并且向內(nèi)漸縮。襯墊48設(shè)置在裝藥殼體42的內(nèi)部，該襯墊48具 有大致圓錐形或截頭圓錐形的構(gòu)造。襯墊48從位于外端部處的基部50向內(nèi)漸縮到鼻部部 分52。襯墊48在基部50處開(kāi)口，并且具有中空的內(nèi)部。爆炸性材料54設(shè)置在襯墊48和 殼體42的內(nèi)壁44之間。爆炸性材料54從裝藥殼體42的內(nèi)部延伸通過(guò)形成在裝藥殼體42 的最內(nèi)端部的通道。裝藥殼體42接收用于引爆聚能射孔彈40的爆炸性材料54(圖3)的 引爆繩56。
[0016] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制成的襯墊48的剖視圖。當(dāng)射孔槍組件（圖 2)的聚能射孔彈（圖2)被引爆時(shí)，由爆炸性材料54釋放的熱能和沖擊波將襯墊48變換成 熔融射流，該熔融射流穿過(guò)井眼中的套管（未示出）并且進(jìn)入周圍地層中以形成穿孔。
[0017] 在本公開(kāi)的實(shí)施例中，爆炸性材料54的引爆啟動(dòng)一種或多種酸的生成，所述酸被 沉積到由射流所形成的地道內(nèi)。用數(shù)字60表示圖1所示的說(shuō)明性地道。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，襯墊48可包括用于產(chǎn)生酸的酸生成材料50。具體地，襯墊包括 足夠的酸生成材料以產(chǎn)生足以有效地發(fā)揮功能的酸。通過(guò)有效地發(fā)揮功能，意味著通過(guò)酸 處理的地道具有已經(jīng)以預(yù)定量或期望量改變的屬性或特性（例如，滲透性）。酸生成材料 50可以通過(guò)第一組分和第二組分的相互作用而形成。第一組分可以是或包括質(zhì)子供給體或 正離子。第二組分通常是呈液態(tài)或氣態(tài)形式的含水溶劑。應(yīng)當(dāng)理解的是，第二組分可以存 儲(chǔ)呈固體形式（例如，水合物）的水溶液。該固體可被處理以形成與第一組分相互作用以 形成酸的液體或氣體。
[0019] 在一種布置中，酸生成材料50可包括形成酸所需的所有組分，例如，第一組分和 第二組分。在另一種布置中，襯墊48可包括與槍32中的第二組分相互作用以形成酸的第 一組分。例如，第二組分可以是用于至少部分地形成殼體42的材料。再者，第二組分可以 是位于襯墊48外部但位于載體34內(nèi)部的固體、液體或氣體。在又一種變型中，第二組分可 以是載體34外部的井流體。在另一種布置中，襯墊48可以包括與位于載體34外部并且可 定位在井眼16和/或地層12中的天然存在的第二組分相互作用的第一組分。術(shù)語(yǔ)"天然 存在的"指的是駐留在地層16中的諸如水、鹽水和烴的材料。
[0020] 酸可以被定義為可以用作Lewis酸或Bronsted-Lowrey酸，包括典型地呈水溶液 形式的酸。在一個(gè)非限制性的例子中，酸生成材料可以包括第一組分，該第一組分可構(gòu)造成 在引爆爆炸性材料時(shí)形成酸。第一組分可以由酸生成材料分解而成；在分解之后，第一組分 可以與第二組分相互作用以形成酸。
[0021] 酸生成材料可包括構(gòu)造為與第一組分相互作用以產(chǎn)生酸的催化劑。第一個(gè)組分可 以構(gòu)造為與襯墊外部的第二組分（例如，溶劑）反應(yīng)，用于在水溶液中形成酸。溶劑或第二 組件可以位于鉆孔中、位于地層中或者位于這兩者中。
[0022] 在一些實(shí)施例中，酸生成材料可以包括一種或多種組件分，諸如包括但不限于：質(zhì) 子供給體或正離子、質(zhì)子受體或負(fù)離子、催化劑或者有助于在引爆爆炸性材料時(shí)形成酸的 材料。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，酸生成材料的各方面可用作質(zhì)子供給體（陽(yáng) 離子）和質(zhì)子受體（陰離子）。酸生成材料的組分可以是或者包括但不限于：氧化鋁、沸石、 焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀、硫酸銅（II)、氧化釩（V)、氯化磷、亞硫酰氯族、酰基氯族、烷基鹵 族、鹵代烯烴族、芳基齒化物族、磷、鈷、鉻，猛，過(guò)氧化氫族、石腦油、乙醛、氟化鈣、氟橡膠、 聚四氟乙烯、草酸、無(wú)水甘油、異氰化物、乙胺、氯仿、甲酰氟、甲酸鈉、氫氰酸、硝化磷酸鹽、 磷酸三鈣以及它們的組合。所生成的酸可以是但不限于磷酸、硫酸、醋酸、甲酸、膦酸以及它 們的組合。
[0023] 在一些實(shí)施例中，材料50可以配制為只有在暴露于催化劑52時(shí)發(fā)生反應(yīng)。催化 劑52可以設(shè)置在隔離材料54中。隔離材料54最初防止催化劑52與襯墊48中的其他材 料相互作用。隔離材料54可選擇成在存在一種或多種條件下釋放酸生成材料。例如，隔離 材料54可以是金屬，該金屬的熔點(diǎn)低于在引爆爆炸性材料44時(shí)所遇到的溫度。一種說(shuō)明 性但不排他的隔離材料是鋅。在引爆射孔彈40時(shí)，隔離材料54可以在允許催化劑52與酸 生成材料50相互作用的條件下燒掉、融化、溶解、解離或以其他方式經(jīng)歷變化。
[0024] 應(yīng)該意識(shí)到的是，隔離材料54也可用來(lái)隔離第一組分或第二組分或者第一組分 和第二組分兩者。通過(guò)隔離，這意味著在引爆射孔槍之前組分的任一種或兩者不會(huì)相互作 用。在某些實(shí)施例中，催化劑材料可用于隔離第一組分或第二組分或者第一組分和第二組 分兩者。
[0025] 襯墊48還可包括基體材料，諸如金屬粉末或者與可延展材料相混合的粉末金屬， 所述可延展材料諸如是鋁、鋅、紫銅、鎢、鉛、鉍、鉭、錫、黃銅、鑰等材料。諸如增塑劑或粘合 劑的材料也可以包括在襯墊48的基體材料中。襯墊48也可以由可鍛固體或片材形成，諸 如紫銅、鋅、和Pfinodal合金。
[0026] 為了進(jìn)行說(shuō)明和解釋，前面的描述針對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不偏離本公開(kāi)的范圍的情況下，可對(duì)上面提到的實(shí)施例進(jìn)行 許多修改和改變。因此，目的在于下述權(quán)利要求書(shū)被解釋為包括所有這些修改和改變。
【權(quán)利要求】
1. 一種對(duì)地下地層穿孔的設(shè)備，包括： -殼體，所述殼體具有開(kāi)槽端部和開(kāi)放端部，所述開(kāi)槽端部構(gòu)造成接收引爆線； -含能材料，所述含能材料設(shè)置在所述開(kāi)放端部中；以及 -襯墊，所述襯墊包封所述開(kāi)放端部，所述襯墊包括： -酸生成材料，所述酸生成材料構(gòu)造成在引爆爆炸性材料時(shí)形成酸。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述酸生成材料包括至少第一組分，所述第一組分 構(gòu)造成與襯墊外部的第二組分發(fā)生反應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第二組分位于鉆孔中。
4. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第二組分位于地層中。
5. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括用于生成酸的催化劑。
6. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述酸生成材料包括第二組分。
7. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述酸生成材料包括第一組分和第二組分。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括將第一組分與第二組分隔離開(kāi)的隔離材料。
9. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，第一組分選自包括下述物質(zhì)的組：氧化鋁、沸石、 焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀、硫酸銅（II)、氧化釩（V)、氯化磷、亞硫酰氯族、?；茸?、烷基鹵 族、鹵代烯烴族、芳基齒化物族、磷、鈷、鉻，猛，過(guò)氧化氫族、石腦油、乙醛、氟化鈣、氟橡膠、 聚四氟乙烯、草酸、無(wú)水甘油、異氰化物、乙胺、氯仿、甲酰氟、甲酸鈉、氫氰酸、硝化磷酸鹽、 磷酸三鈣以及它們的組合。
10. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，第一組分通過(guò)與第二組分相互作用而形成酸，所 述第二組分選自包括下述物質(zhì)的組：氧化鋁、沸石、焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀、硫酸銅（II)、 氧化鑰;（V)、氯化磷、亞硫酰氯族、?；茸?、燒基鹵族、鹵代烯經(jīng)族、芳基鹵化物族、磷、鈷、 鉻、錳、過(guò)氧化氫族、石腦油、乙醛、氟化鈣、氟橡膠、聚四氟乙烯、草酸、無(wú)水甘油、異氰化物、 乙胺、氯仿、甲酰氟、甲酸鈉、氫氰酸、硝化磷酸鹽、磷酸三鈣以及它們的組合。
11. 一種對(duì)地下地層穿孔的設(shè)備，包括： -殼體，所述殼體具有開(kāi)槽端部和開(kāi)放端部，所述開(kāi)槽端部構(gòu)造成接收引爆線； -含能材料，所述含能材料設(shè)置在所述開(kāi)放端部中；以及 -襯墊，所述襯墊包封所述開(kāi)放端部，所述襯墊包括： -酸生成材料，所述酸生成材料包括第一組分和第二組分，所述第一組分在暴露于第二 組分中時(shí)分解以形成酸。
12. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述酸生成材料包括選自包括下述物質(zhì)的組：氧 化鋁、沸石、焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀、硫酸銅（II)、氧化釩（V)、氯化磷、亞硫酰氯族、?；?氯族、烷基齒族、齒代烯烴族、芳基齒化物族、磷、鈷、鉻、錳、過(guò)氧化氫族、石腦油、乙醛、氟化 鈣、氟橡膠、聚四氟乙烯、草酸、無(wú)水甘油、異氰化物、乙胺、氯仿、甲酰氟、甲酸鈉、氫氰酸、硝 化磷酸鹽、磷酸三鈣以及它們的組合。
13. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述第二組分是含水流體。
14. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述第二組分位于鉆孔中。
15. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述第二組分位于地層中。
【文檔編號(hào)】E21B43/11GK104066924SQ201380005919
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月18日
【發(fā)明者】M·克萊, J·C·特拉維拉 申請(qǐng)人:歐文石油工具有限合伙公司