專利名稱：地下構(gòu)造穿孔和激活用的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種鉆井套管及/或地下構(gòu)造穿孔用的設(shè)備和方法，更具體點(diǎn)說，涉及這樣一種設(shè)備和方法，當(dāng)采用推進(jìn)劑時(shí)，可顯著地同時(shí)提高這種穿孔的效果并激活地下構(gòu)造。
相關(guān)技術(shù)的說明直徑較大的單節(jié)金屬管被固定在一起形成一個(gè)定位在地下井孔內(nèi)的套管柱以便增加井孔的整體性并為液體噴到地面提供通路。傳統(tǒng)上，套管被水泥凝結(jié)到井孔面上，隨后用引爆特形爆炸裝藥的方法來穿孔。穿出的孔通過套管和水泥延伸一段短的距離來到地層構(gòu)造內(nèi)。在某些情況下，進(jìn)行這種穿孔操作時(shí)需要井內(nèi)的壓力超過地層構(gòu)造的壓力。在超壓條件下，井內(nèi)壓力超過地層破裂所需壓力，因此在穿孔附近就可采用液壓破裂。作為一個(gè)例子，穿孔可在地層內(nèi)穿透數(shù)英寸，裂縫網(wǎng)絡(luò)則可在地層內(nèi)延伸數(shù)英尺。這樣便可在地層和鉆井之間造成可供流體流動(dòng)的擴(kuò)大流道，由于故意在穿孔內(nèi)引入的裂縫，鉆井的生產(chǎn)率可顯著地提高。
當(dāng)穿孔過程完畢時(shí)便可將井內(nèi)壓力降低到所需的操作壓力以便流體的產(chǎn)出或噴出，但當(dāng)壓力降低時(shí)，新造成的裂縫又會(huì)在過載的壓力下閉合。為了確保裂縫和穿孔保持為流體從地層流到鉆井或從鉆井流到地層的敞開流道，傳統(tǒng)上常將微粒材料或支撐劑噴入到穿孔內(nèi)以便使裂縫撐開。而且，微粒材料或支撐劑會(huì)沖刷穿孔及/或裂縫的表面，從而擴(kuò)大造成的流道使流體的流動(dòng)增強(qiáng)。支撐劑可在形成穿孔時(shí)同時(shí)放入，或者可在晚一些時(shí)候用任何一種方法放入。例如在穿孔之前，井孔的下部可充以砂漿。這樣在進(jìn)行傳統(tǒng)的超壓穿孔操作時(shí)，砂粒就被井孔內(nèi)的高壓液體驅(qū)趕到穿孔和裂縫內(nèi)。
由于在井孔內(nèi)達(dá)到超壓條件所必需的高壓泵比較昂貴，操作起來費(fèi)時(shí)，所以氣體推進(jìn)劑曾被結(jié)合穿孔技術(shù)使用，作為液壓破裂的一種較少費(fèi)錢的替代方法。特形的爆炸裝藥被引爆，形成通過套管而延伸到地下構(gòu)造內(nèi)的穿孔，同時(shí)推進(jìn)劑被點(diǎn)燃使穿孔的地下區(qū)間增壓并在其內(nèi)傳播裂縫。授予Hill等的美國專利4,633,951、4,683,943和4,823,875號(hào)曾說明一種裂解地下產(chǎn)油和產(chǎn)氣地層的方法，其中有一個(gè)或多個(gè)發(fā)生氣體并穿孔的裝置利用一段纜管被定位在井孔內(nèi)選定的深度上，該纜管也可用自耗的電信號(hào)傳送電纜或?qū)Щ鹚魇揭糯?。發(fā)生氣體并穿孔的裝置具有多個(gè)發(fā)生器段。中心段包括多個(gè)在軸向上間隔開并指向徑向的穿孔的特形裝藥，它們被一速燃引信互連著。每一氣體發(fā)生器段都包括一個(gè)圓筒形薄壁的外金屬罐件。每一氣體發(fā)生器段都設(shè)有一個(gè)基本上為固態(tài)的能發(fā)生氣體的推進(jìn)劑，如果需要，該推進(jìn)劑可包括一個(gè)設(shè)在金屬罐件附近的速燃環(huán)和一個(gè)在環(huán)的范圍內(nèi)的較慢燃燒的芯部。還設(shè)有一個(gè)細(xì)長孔，通過該孔，導(dǎo)向中心段或穿孔裝藥段的纜管、導(dǎo)電線或引信可引入。導(dǎo)火索引信或類似的點(diǎn)燃器被設(shè)置在金屬罐件的圓周附近。每一個(gè)氣體發(fā)生器段都同時(shí)被點(diǎn)燃、發(fā)生燃燒氣體并在鉆井套管上穿孔。實(shí)際上在氣體開始發(fā)生的同時(shí)，套管就被穿孔形成孔眼。在氣體發(fā)生單元點(diǎn)燃后約110毫秒穿孔特形裝藥就被引爆，而從大約110毫秒到200毫秒的時(shí)間段內(nèi)氣體發(fā)生單元發(fā)生的氣體總量中的主要部分就已流動(dòng)通過穿孔。
授予Ford等的美國專利4,391,337號(hào)曾公開一種用來提高油井或氣井產(chǎn)量的整體的噴射穿孔和受控推進(jìn)劑的裂解裝置和方法。其中的金屬罐含有多個(gè)特形裝藥手榴彈，在其周圍包裝著氣體推進(jìn)劑這樣來形成一個(gè)固態(tài)燃料小包裝。
授予Petijean的美國專利5,355,802號(hào)曾說明一種方法和設(shè)備，可用來在環(huán)繞井孔的地層內(nèi)穿孔并可在地層內(nèi)造成并傳播裂縫，以資激活井孔的碳?xì)浠衔锂a(chǎn)量。其中所用工具包括至少一個(gè)通過導(dǎo)火索連接到引爆器上的定向特形裝藥。還有至少一個(gè)推進(jìn)劑發(fā)生彈筒被定位在工具內(nèi)并經(jīng)由電線和繩通過延遲箱被連接到纜管纜繩上。
授予Ibsen的美國專利4,253,523號(hào)曾公開一種方法和設(shè)備，可用來進(jìn)行鉆井的在地層內(nèi)穿孔和裂解的操作。其中所用的穿孔槍組合件具有多個(gè)特形裝藥，它們被定位在一狹長的圓筒形載體內(nèi)而互相間隔開。在載體內(nèi)特形裝藥之間的空間內(nèi)填充著二次炸藥如活性硝酸銨。
授予Mohaupt的美國專利5,005,641號(hào)曾公開一種氣體發(fā)生工具，可用來發(fā)生大量高壓氣體，從而激活地下構(gòu)造。該工具具有一個(gè)支架或框架，其上設(shè)有沿著管狀件的縱向、間隔開排列的一系列錯(cuò)開的孔。支架還接納著推進(jìn)劑的裝料，在該裝料內(nèi)有一通道，點(diǎn)燃管就插入到該通道內(nèi)。
但在這些利用推進(jìn)劑與穿孔裝置結(jié)合的現(xiàn)有技術(shù)的裝置中沒有一種能被證實(shí)已經(jīng)得到完全令人滿意的結(jié)果。因此需要有一種可用來在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔和激活的設(shè)備和方法，以資使在井孔和所穿透的地下構(gòu)造之間的連通得到改進(jìn)。
這樣，本發(fā)明的一個(gè)目的就是要提供一種可用來在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔和激活的設(shè)備和方法，以資使在井孔和所穿透的地下構(gòu)造之間的連通得到改進(jìn)。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是要提供一種可用來在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔和激活的設(shè)備，該設(shè)備的設(shè)計(jì)比較簡單并能立即使用于各種穿孔槍的設(shè)計(jì)上。
本發(fā)明另一個(gè)目的是要提供一種可用來在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔和激活的設(shè)備，該設(shè)備在點(diǎn)火后即基本上被毀掉，從而可不需從井內(nèi)回收該設(shè)備。
本發(fā)明再一個(gè)目的是要提供一種可在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔和激活的設(shè)備，該設(shè)備能使其推進(jìn)劑構(gòu)件反復(fù)燃燒。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是要提供一種可在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔和激活的設(shè)備，該設(shè)備所使用的穿孔裝藥的能量比以前使用的少。
本發(fā)明的綜述為了達(dá)到上述這些和其他一些目的，本發(fā)明的一個(gè)特征是，所提供的可在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔的設(shè)備具有一個(gè)或多個(gè)爆炸裝藥、一個(gè)推進(jìn)劑的殼體、和一個(gè)在發(fā)射上與裝藥連接的引爆器。所說一個(gè)或多個(gè)爆炸裝藥被定位在推進(jìn)劑的殼體內(nèi)。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是，所提供的可在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔的設(shè)備具有一個(gè)載體，至少有一個(gè)特形裝藥被定位在該載體內(nèi)，并有一個(gè)推進(jìn)劑的殼體基本上把至少一個(gè)特形裝藥包圍著。
本發(fā)明還有另一個(gè)特征是，所提供的在被具有定位套管的井孔所穿透的地下構(gòu)造內(nèi)穿孔借以建立起地層和井孔之間的流體連通的方法包括這樣的步驟，將在井孔內(nèi)的穿孔裝藥引爆，從而點(diǎn)燃插置在穿孔裝藥和套管之間的推進(jìn)劑，并在套管上穿孔。
本發(fā)明再有一個(gè)特征是，所提供的在被具有定位套管的井孔所穿透的地下構(gòu)造內(nèi)穿孔借以建立起地層和井孔之間的流體連通的方法包括這樣的步驟，將由推進(jìn)劑材料制成的套筒基本上定位在至少一個(gè)爆炸裝藥的周圍，并將爆炸裝藥引爆，借以形成通過套管并進(jìn)入到地層內(nèi)的穿孔。爆炸裝藥的引爆點(diǎn)燃推進(jìn)劑材料，從而形成清掃穿孔的氣體，使該穿孔在地層和井孔之間延伸而使流體連通。
本發(fā)明尚有一個(gè)特征是，對(duì)在被具有定位套管的井孔所穿透的地下構(gòu)造內(nèi)進(jìn)行穿孔和激活借以建立起地層和井孔之間的流體連通的方法所作的改進(jìn)包括，在引爆穿孔裝藥時(shí)將含有穿孔裝藥的設(shè)備粉碎而毀掉。
本發(fā)明還有另外一個(gè)特征是，用來在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔并激活的成套設(shè)備包括一個(gè)在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔的設(shè)備，該設(shè)備具有至少一個(gè)特形裝藥和一個(gè)適宜被定位在設(shè)備周圍的推進(jìn)劑的套筒。
附圖的簡要說明附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，連同說明，用來闡明本發(fā)明的原理。在附圖中

圖1為本發(fā)明的設(shè)備當(dāng)定位在一穿透地下構(gòu)造的鉆井內(nèi)時(shí)的剖視圖；圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備的剖視圖；圖3為圖2中沿3-3切開的剖視圖，該圖示出本發(fā)明的設(shè)備的某些零件之間的空間關(guān)系；圖4為被連接到引爆線上的穿孔裝藥的部分剖視圖；圖5為圖2中所示本發(fā)明的設(shè)備的推進(jìn)劑套筒的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖6為適宜用于本發(fā)明的引爆系統(tǒng)的一部分的剖視圖；圖7為圖2中所示的本發(fā)明的設(shè)備的推進(jìn)劑套筒的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖8為圖7中沿8-8線切開的推進(jìn)劑套筒的剖視圖；圖9為圖2中所示在本發(fā)明的設(shè)備中使用的推進(jìn)劑套筒的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖10為圖9中所畫推進(jìn)劑套筒的切開視圖以便示出套筒的內(nèi)壁；及圖11為本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的剖視圖。
較優(yōu)實(shí)施例的說明如圖1所示，有一具有用水泥13固定的管套12的鉆井10從地面14延伸到至少進(jìn)入一個(gè)地下構(gòu)造16內(nèi)。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備20被固定在套管柱18的下端并被下降到鉆井10內(nèi)。位在井10內(nèi)的最上面的設(shè)備可直接固定在套管柱18的端頭上。有一串聯(lián)的特形接頭60可被用來將設(shè)備20固定在一起，而底塞66則可被固定在最下面設(shè)備20的終端。如果需要，可用任何一種合適的裝置如密封墊21將一部分鉆井10與相鄰的區(qū)間16隔開。有一配管柱可被用來將本發(fā)明的設(shè)備定位并支承在井孔內(nèi)。最好用配管將幾個(gè)設(shè)備20輸送到同一井孔內(nèi)?；蛘?，纜管、滑管、螺管或任何其他行家所熟悉的合適裝置都可被用來將一個(gè)或多個(gè)設(shè)備定位并支承在井孔內(nèi)。
現(xiàn)在參閱圖2，本發(fā)明的穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備一般地用標(biāo)號(hào)20指出，其一端固定在一串聯(lián)的特形接頭60上，而其另一端則固定在一底塞66上。有一穿孔裝藥載體22被定位在串聯(lián)特形接頭60和底塞66之間并被任何合適的裝置固定，如設(shè)在載體22的內(nèi)表面上靠近其兩端的螺紋23和24可分別與特形接頭60和底塞66上的相應(yīng)螺紋61和67嚙合。O形環(huán)70可在載體22和串聯(lián)特形接頭60之間提供對(duì)流體的密封，而O形環(huán)74可在載體22和底塞66之間提供對(duì)流體的密封。載體22可用商業(yè)上供售的穿孔裝藥用的載體并含有至少一個(gè)能在載體壁30、鉆井套管12、和一部分鄰近地下構(gòu)造16上制出孔眼的傳統(tǒng)穿孔裝藥40。有一穿孔裝藥管34被定位在載體22內(nèi)并在其上具有至少一個(gè)較大的孔眼或開口35和多個(gè)較小的孔眼或開口36。在裝料管34壁上的開口35可在垂直方向上并在環(huán)繞管軸的角度上互相間隔開。裝料載體22和穿孔裝料管34具有一般為瘦長管的外形。一個(gè)帶襯里的穿孔裝藥40的小端46被固定在穿孔裝藥管34上的孔眼或開口36內(nèi)，這在下面將予說明，而大端48則對(duì)準(zhǔn)并通過管34上的開口或孔眼35突出。至少有一個(gè)帶襯里的穿孔裝藥40裝在穿孔裝藥管34內(nèi)。有一引爆索86被連接到串聯(lián)特形接頭60上方的引爆器上，連接到每一穿孔裝藥40的小端46上，并連接到底塞66內(nèi)的端帽68上。在載體22的上方還可裝有一個(gè)或多個(gè)另外的穿孔裝藥載體助爆劑過渡件和串聯(lián)特形接頭的組合。管子對(duì)準(zhǔn)端板50的作用是對(duì)準(zhǔn)載體22內(nèi)的裝藥管34使每一裝藥的前面與載體22壁上的一個(gè)凹坑27接近。
如果有多個(gè)裝藥，它們可在垂直方向上和環(huán)繞載體軸線的角度上互相間隔開。裝藥密度應(yīng)合適，可由本行業(yè)行家所知的方法來確定。通常的裝藥密度為每英尺2到24個(gè)。引爆索86連接到載體22上方串聯(lián)特形接頭60內(nèi)的助爆劑過渡件(未示出)上，所有裝藥40上，和底塞66內(nèi)的端帽66上。
如圖3所示，帶襯里的穿孔裝藥40的小端46上的支架80通過裝藥管34上的開口伸出。有一夾子82將裝藥40夾緊在裝藥管34上。引爆索86通過支架80和夾子82之間的空間84被引入。裝藥管34被裝在載體22上使裝藥40的大端46與載體22上的凹坑27接近。
參閱圖4，圖中一般地示出一個(gè)典型的穿孔裝藥40。有一高度壓縮的炸藥41部分填充在穿孔裝藥殼體42內(nèi)。有一襯里43覆蓋著炸藥的暴露面。襯里43通常由金屬制成，并用來集中裝藥的能量，使裝藥能在鉆井套管上穿孔。
按照本發(fā)明，一個(gè)一般具有管狀外形的套筒90(圖5)在制造本發(fā)明的穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備20或最終的可能在鉆井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的裝配時(shí)被定位在穿孔裝藥載體22的周圍。在裝配時(shí)(圖2)，套筒90的一端用串聯(lián)特形接頭60，另一端用底塞66固定并定位在穿孔裝藥載體22的周圍。串聯(lián)特形接頭60和底塞66的外直徑比套筒90大，借以防止套筒90在井孔中定位時(shí)遭受損傷?；蛘咴谥圃旎蜃罱K裝配本發(fā)明的設(shè)備時(shí)可將外直徑比套筒90大的保護(hù)環(huán)插入到串聯(lián)特形接頭60、底塞66和套筒90之間以免套筒90受到損傷。套筒90可在串聯(lián)特形接頭60和底塞66之間的整個(gè)距離或其一部分上延伸。套筒90由拒水的或防水的推進(jìn)劑材料構(gòu)造，該材料在實(shí)際上并不受地下構(gòu)造在穿孔時(shí)通常能看到的靜液壓的影響，并且對(duì)幾乎所有流體，特別是在地下井孔內(nèi)常會(huì)遇到的那些流體，都不起反應(yīng)即為隋性的。最好推進(jìn)劑為固化的環(huán)氧樹脂或在其內(nèi)引入氧化劑的塑料，如美國Idaho州Coeurd＇Alene公司的HTH技術(shù)服務(wù)部在商業(yè)上供售的這類材料。
本行業(yè)的行家將會(huì)知道，任何一種合適的引爆系統(tǒng)都可用來與本發(fā)明的穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備20結(jié)合。這樣一種合適的引爆系統(tǒng)的例子在圖6中示出。氣孔殼體210能夠連結(jié)到配管柱211或纜管(未示出)的端頭上。有一氣孔件212被連結(jié)到氣孔件殼體210內(nèi)的連桿214上，并將流體通道216密封。連桿214與活塞218接觸。在活塞218和殼體210的內(nèi)壁之間充有大氣壓力下的空氣。在活塞218的底部附近在剪切座224上裝有多個(gè)剪切銷222，還有一個(gè)點(diǎn)火銷226從活塞218的底部向下延伸。保持器228連結(jié)氣孔件殼體210和串聯(lián)特形接頭60。沖擊引爆器230被裝在點(diǎn)火頭236內(nèi)的保持器228內(nèi)，該點(diǎn)火頭236被連結(jié)到氣孔殼體210上并能連結(jié)到串聯(lián)特形接頭60上。特形接頭60被連結(jié)到穿孔裝藥載體22上。如前所述，在特形接頭60頂部的點(diǎn)燃過渡件232與延伸通過中心管道234和裝藥載體22的引爆索86接觸。助燃劑過渡件位在每一個(gè)串聯(lián)特形接頭60內(nèi)，它將在串聯(lián)特形接頭上面和下面的在裝藥載體內(nèi)的引爆索連接起來。
在將足夠的液壓施加在活塞218上時(shí)，氣孔件212和活塞218同時(shí)向下移動(dòng)，開啟流體通道214并使點(diǎn)火銷226與撞擊引爆器230接觸。沖擊引爆器230的點(diǎn)燃在點(diǎn)燃過渡件232內(nèi)引起第二次引爆，該點(diǎn)燃過渡件232本身又點(diǎn)燃引爆索86。引爆索86具有一個(gè)炸藥并在每一個(gè)裝藥載體的端頭之間延伸，并在裝藥和將裝藥保持在載體內(nèi)的裝藥夾子的背部之間通過。引爆索86點(diǎn)燃在裝藥載體22內(nèi)的特形裝藥和含有比引爆索86更高級(jí)炸藥的助爆劑過渡件。
如上所述和如圖6所示，有一沖擊引爆器提供第一次引爆。如果穿孔設(shè)備是在纜管內(nèi)輸入，那么第一次引爆器也可能用電引爆器來替代。第一次引爆器點(diǎn)燃在點(diǎn)燃過渡件232內(nèi)對(duì)壓力敏感的化學(xué)品，點(diǎn)燃過渡件232又點(diǎn)燃引爆索86，引爆索86然后同時(shí)點(diǎn)燃在載體22內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)裝藥40。每一助燃劑過渡件還含有炸藥，可用來引爆在鄰近載體中的引爆索86。本系統(tǒng)可從頂部、底部或兩者引爆。
操作時(shí)，在所需數(shù)目的穿孔裝藥22上裝載裝藥40并用引爆裝置如引爆索86連接起來。在鉆井現(xiàn)場(chǎng)，隨著各單元的被下降到鉆井10內(nèi)的配管柱、纜管、滑管或任何其他合適裝置的端頭，將被串聯(lián)特形接頭隔開的一連串設(shè)備20裝配起來。推進(jìn)劑套筒90可從一段推進(jìn)劑管材上分割下來，并在鉆井現(xiàn)場(chǎng)將它們定位在穿孔裝藥載體22的周圍。這樣設(shè)備20就被定位在鉆井內(nèi)，使其穿孔裝藥40與要被穿孔的地層區(qū)間16接近。然后便可引爆穿孔裝藥40。在引爆時(shí)，每一穿孔裝藥40通過載體22上的一個(gè)凹坑27爆破，穿透推進(jìn)劑套筒90，在套管12上造成開口，并深入在其內(nèi)形成穿孔的地層16。由于引爆的特形裝藥40的震動(dòng)、熱和壓力，推進(jìn)劑套筒90散裂開來并點(diǎn)燃。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)穿孔裝藥深入到地層內(nèi)時(shí)，由推進(jìn)劑套筒90的燃燒而發(fā)生的高壓氣體便通過最近形成的穿孔進(jìn)入到地層16內(nèi)，從而清掃鉆孔內(nèi)的拉圾。這些推進(jìn)劑的氣體還激活地層，通過推進(jìn)劑氣體的壓力裂解地層，從而使地層16和鉆井10的連接延伸。
隨著本發(fā)明的穿孔和推進(jìn)劑裝置20的點(diǎn)燃，幾乎同時(shí)可將砂子那樣的支撐劑引入到鉆井10內(nèi)，引入可用任何一種合適的手段進(jìn)行，如在傳統(tǒng)的穿孔裝藥載體上可裝入充有砂子并被串聯(lián)到引爆索86上的沖孔裝藥，這種裝藥在商業(yè)上有供售，例如Halliburton的Energy Service orAdvance Completion Technologies公司曾以POWR★PERF的商標(biāo)供售。當(dāng)燃燒推進(jìn)劑套筒90發(fā)生的這種氣體從鉆井內(nèi)排出并進(jìn)入在地層16內(nèi)形成的穿孔時(shí)，被推進(jìn)劑氣體挾帶到裂縫內(nèi)的砂子磨掉或沖刷穿孔和裂縫的壁，從而擴(kuò)大在地層和鉆井10之間的流體流動(dòng)流道。某些砂子可停留在裂縫內(nèi)作為支撐劑，從而當(dāng)流體壓力解除時(shí)可防止裂縫閉合。
為了幫助點(diǎn)燃，套筒90可設(shè)有一條或多條槽或裂縫92，它們可延伸通過套筒90的整個(gè)厚度(圖7)并可基本上延伸到整個(gè)長度。裂縫被定位在特形裝藥40的附近使當(dāng)特形裝藥的點(diǎn)燃沖擊裂縫92時(shí)，裂縫使套筒具有較大的表面面積以便套筒90點(diǎn)燃和燃燒。最好裂縫92帶有斜度(圖8)，使裂縫在套筒90內(nèi)表面上的寬度比外表面上的大。為了達(dá)到均勻和可反復(fù)進(jìn)行的燃燒，套筒90的內(nèi)表面上可設(shè)有槽或溝(圖9到10)以便在受到特形裝藥40的沖擊時(shí)幫助推進(jìn)劑套筒90均勻地裂開。槽或溝94可具有變化的或均勻的厚度或深度并可制成均勻的或雜亂的圖案。
現(xiàn)在參閱圖11，其中一般地用標(biāo)號(hào)120示出本發(fā)明的穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備的另一實(shí)施例。該設(shè)備具有一個(gè)穿孔裝藥載體122，位在兩個(gè)串聯(lián)特形接頭160之間或在一個(gè)串聯(lián)特形接頭160和一個(gè)底塞166之間。在本實(shí)施例中，載體122由拒水的或防水的推進(jìn)劑材料構(gòu)成，它在實(shí)際上不受地下構(gòu)造穿孔時(shí)通?？煽吹降撵o液壓的影響，并且對(duì)幾乎所有流體，特別是那些在地下井孔內(nèi)常會(huì)遇到的流體，都不起反應(yīng)即為隋性的。最好推進(jìn)劑為固化的環(huán)氧樹脂或在其內(nèi)引入氧化劑的碳纖維復(fù)合體，例如美國Idaho州Coeur d＇Alene公司的HTH技術(shù)服務(wù)部在商業(yè)上供售的那種。載體122含有至少一個(gè)傳統(tǒng)的穿孔裝藥140，能在載體壁130、鉆井套管12、和鄰近的地下構(gòu)造區(qū)間16的一部分內(nèi)造成孔眼。每一穿孔裝藥140都用夾子固定在穿孔裝藥管134上的開口136內(nèi)。最好，構(gòu)成串聯(lián)特形接頭160、底塞166和裝料管134的材料在裝藥140引爆時(shí)基本上能完全裂開或分解，例如薄壁鋼，或者能基本上粉碎，例如碳纖維、環(huán)氧樹脂的復(fù)合體，或者能完全燃燒，例如與套筒90所使用的類似的環(huán)氧樹脂、帶氧化劑的推進(jìn)劑。如果使用多個(gè)特形裝藥，那么它們可在垂直方向上和環(huán)繞載體軸線的角度上互相間隔開。裝藥的密度應(yīng)合適，可用本行業(yè)行家已知的方法確定。通常的裝藥密度為每英尺6到12個(gè)。引爆索186連接著一個(gè)在載體122上方的串聯(lián)特形接頭160內(nèi)的助爆劑過渡件、所有的裝藥40和底塞166內(nèi)的端帽168。如同以前結(jié)合圖2中的實(shí)施例所述的那樣，在載體122的下方可裝有一個(gè)或多個(gè)另外的串聯(lián)特形接頭和另外的穿孔裝藥載體的組合。這樣引爆索186就要連接到在下面的每一個(gè)另外的穿孔裝藥載體上的串聯(lián)特形接頭160內(nèi)的助爆劑過渡件上。在本實(shí)施例中在鉆井中卸除穿孔槍的任一部可被省免，因?yàn)樵谘b藥140引爆時(shí)載體被點(diǎn)燃，裝藥管被分解及/或粉碎。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)在只有極小的空間時(shí)特別明顯。小空間例如在已穿孔的地層16的區(qū)間下面可能會(huì)存在。
下面的例子使用本發(fā)明的實(shí)施情況，但不能以此來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)例一個(gè)36英寸長、4英寸外直徑、3.4375英寸內(nèi)直徑的套筒由引入氧化劑的固化的環(huán)氧樹脂制成，被定位在一個(gè)3英尺長、3.375英寸外直徑的穿孔槍的周圍。這個(gè)穿孔槍每英尺具有4個(gè)特形裝藥，裝藥的相位角為60度，還有一個(gè)帶凹坑的載體。裝有推進(jìn)劑套筒的穿孔槍深入到地下鉆井內(nèi)，并被纜管定位以便在約3630英尺處接3英尺的間隔穿孔。還接有一個(gè)快速的壓力計(jì)。在測(cè)定深度后，將50桶水泵入井內(nèi)，點(diǎn)燃設(shè)備。注意到纜管沒有跳起。在解除壓力后，推進(jìn)劑套筒從穿孔槍上消失。分析快速壓力計(jì)的數(shù)據(jù)指出有一高壓脈沖曾維持5毫秒，而傳統(tǒng)的穿孔槍所達(dá)到的約為7毫秒。
本發(fā)明的穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備可與配管或纜管一起使用。配管的強(qiáng)度比纜管高，因此可用一個(gè)較長的穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備，從而在進(jìn)入鉆井內(nèi)的一次行程中可在較長的地層區(qū)間內(nèi)穿孔并激活。用配管輸送的設(shè)備還可允許使用密封墊以便使鉆井的一部分或多部分與鄰近的地層間隔的一部分或多部分隔斷。這樣，當(dāng)為了某些其他的原因，例如井內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段已經(jīng)完成，需要限制鉆井的另一部分所受到的壓力時(shí)，本方法也可應(yīng)用。另外如果鉆井具有一個(gè)離開垂直或水平方向的高偏離角，配管可被用來將穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備推到鉆井內(nèi)。
將本發(fā)明的兩個(gè)或多個(gè)穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備20及/或120用一單個(gè)配管柱以間隔開的方式組合起來便可在一次操作中對(duì)地下構(gòu)造的多層區(qū)間進(jìn)行穿孔和裂解，這對(duì)行家來說是顯而易見的。在使用本發(fā)明的穿孔和推進(jìn)劑設(shè)備時(shí)，含有比傳統(tǒng)裝藥數(shù)量小的高度壓縮的炸藥的特形裝藥可被使用，因?yàn)樘匦窝b藥只需在套管12上穿孔，燃燒推進(jìn)劑所發(fā)生的氣體會(huì)沿著穿孔和裂縫進(jìn)入到地下構(gòu)造內(nèi)。因此，與傳統(tǒng)的穿孔設(shè)備相比，在本發(fā)明的設(shè)備內(nèi)可采用數(shù)目較多的特形裝藥，及/或與傳統(tǒng)的特形裝藥所生產(chǎn)的穿孔相比，本發(fā)明的設(shè)備所采用的特形裝藥可生產(chǎn)出直徑較大的穿孔。另外，推進(jìn)劑套筒90或載體122可具有到處散布或埋入其外表面內(nèi)的支撐劑。這個(gè)支撐劑還可含有放射性的標(biāo)記，可以幫助確定支撐劑進(jìn)入穿孔內(nèi)在地下構(gòu)造內(nèi)散布的情況。
雖然上面說明的和圖示的本發(fā)明的設(shè)備的各個(gè)實(shí)施例都是用好幾個(gè)構(gòu)件按對(duì)流體密封的關(guān)系固定在一起，但將設(shè)備20或120構(gòu)成一個(gè)由推進(jìn)劑材料制成的整件，該整件對(duì)從井孔內(nèi)流出的流體敞開，并在其內(nèi)固定著特形裝藥。這也屬于本發(fā)明的范圍。
雖然上面說明并圖示了本發(fā)明的較優(yōu)實(shí)施例，但應(yīng)知道，各種替代和修改如同上面提出過的和其他一些都可由此作出，因此應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用來在地下構(gòu)造上穿孔和激活的設(shè)備，該設(shè)備具有一個(gè)或多個(gè)爆炸裝藥；一個(gè)推進(jìn)劑的殼體，所說一個(gè)或多個(gè)爆炸裝藥被定位在所說推進(jìn)劑的殼體內(nèi)；和一個(gè)在發(fā)射上與所說一個(gè)或多個(gè)裝藥連接的引爆器。
2．按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征為，所說殼體為一套筒。
3．按照權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征為，所說套筒基本上為圓筒形。
4．按照權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征為，所說套筒的內(nèi)面至少具有一條槽。
5．按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征為，所說槽基本上在其整個(gè)長度上延伸。
6．按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征為，所說槽帶有斜度。
7．按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征為，該槽延伸通過所說套筒的整個(gè)厚度。
8．按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征為，所說一個(gè)或多個(gè)裝藥被固定在一載體上，該載體是由在所說一個(gè)或多個(gè)裝藥引爆時(shí)能粉碎或分解的材料構(gòu)成的。
9．按照權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征為，所說套筒的內(nèi)面上具有多條槽。
10．按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征為，所說槽按雜亂的圖案布置。
11．按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征為，所說槽按勻稱的圖案布置。
12．按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑為拒水的或防水的，在實(shí)際上可不受在所說地下構(gòu)造內(nèi)遇到的靜液壓的影響，并且對(duì)在井內(nèi)穿孔與所說地下構(gòu)造內(nèi)的流體連通時(shí)所會(huì)遇到的流體不起反應(yīng)，即為隋性的。
13．按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑為固化的環(huán)氧樹脂或在其內(nèi)引入氧化劑的塑料。
14．一種用來在地下構(gòu)造上穿孔和激活的設(shè)備，該設(shè)備具有一個(gè)至少有一孔眼通過管壁的管子；至少有一個(gè)特形裝藥被定位在所說管內(nèi)，所說至少一個(gè)特形裝藥中的每一個(gè)分別與所說至少一個(gè)孔眼中的一個(gè)孔眼對(duì)準(zhǔn)；和一個(gè)基本上包圍所說至少一個(gè)特形裝藥的推進(jìn)劑材料的護(hù)套。
15．按照權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征為，所說護(hù)套為一載體，所說管被定位在所說載體內(nèi)。
16．按照權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑為固化的環(huán)氧樹脂或在其內(nèi)引入氧化劑的碳纖維復(fù)合體。
17．按照權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征為，在所說至少一個(gè)特形裝藥引爆時(shí)，所說管會(huì)分解或粉碎。
18．按照權(quán)利要求14的設(shè)備還具有一個(gè)載體，所說管被定位在所說載體內(nèi)。
19．按照權(quán)利要求18的設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑的護(hù)套為一套筒，它被定位在所說載體的周圍。
20．按照權(quán)利要求19的設(shè)備，其特征為，所說套筒有一透過筒壁的裂縫。
21．按照權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征為，所說裂縫基本上延伸到所說套筒的整個(gè)長度。
22．按照權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征為，所說裂縫帶有斜度。
23．按照權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征為，所說裂縫延伸通過所說套筒的整個(gè)厚度。
24．按照權(quán)利要求19的設(shè)備，其特征為，所說套筒具有在其內(nèi)面上制出的槽。
25．按照權(quán)利要求24的設(shè)備，其特征為，所說槽按雜亂圖案制出。
26．按照權(quán)利要求19的設(shè)備，其特征為，所說至少一個(gè)特形裝藥中的一個(gè)裝藥與所說裂縫對(duì)準(zhǔn)。
27．按照權(quán)利要求17的設(shè)備，其特征為，所說載體具有至少一個(gè)在其內(nèi)面上制出的凹坑，該凹坑與所說至少一個(gè)特形裝藥鄰近。
28．按照權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑為拒水的或防水的，在實(shí)際上不受在所說地下構(gòu)造內(nèi)會(huì)遇到的靜液壓的影響，并且對(duì)在鉆井穿孔及與所說地下構(gòu)造內(nèi)的流體連通時(shí)所會(huì)遇到的流體都不起反應(yīng)，即為隋性的。
29．按照權(quán)利要求28的設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑為固化的環(huán)氧樹脂或在其內(nèi)引入氧化劑的塑料。
30．一種在被具有套管定位在其內(nèi)的井孔所穿透的地下構(gòu)造內(nèi)進(jìn)行穿孔和激活，借以建立地層和井孔之間的流體連通的方法，該方法包括在所說井孔內(nèi)引爆穿孔裝藥，從而點(diǎn)燃插置在所說穿孔裝藥和所說套管之間的推進(jìn)劑材料并在所說套管上穿孔。
31．一種在被具有套管定位在其內(nèi)的井孔所穿透的地下構(gòu)造內(nèi)進(jìn)行穿孔和激活，借以建立地層和井孔之間的流體連通的方法，該方法包括將一個(gè)由推進(jìn)劑材料制成的套筒基本上定位在至少一個(gè)爆炸裝藥的周圍；及引爆所說爆炸裝藥借以通過所說套管，形成穿孔進(jìn)入到所說地層內(nèi)，所說爆炸裝藥的所說引爆點(diǎn)燃所說推進(jìn)劑材料，從而形成氣體，清掃所說穿孔并延長所說地層和所說井孔之間的流通。
32．在被具有套管定位在其內(nèi)的井孔所穿透的地下構(gòu)造內(nèi)進(jìn)行穿孔和激活，借以建立地層和井孔之間的流體連通的方法，其時(shí)在所說井孔內(nèi)穿孔裝藥被引爆，從而點(diǎn)燃推進(jìn)劑材料，對(duì)這樣一種方法所作的改進(jìn)為使含有所說穿孔裝藥的設(shè)備在所說穿孔裝藥進(jìn)行所說引爆時(shí)粉碎。
33．一種在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔和激活的成套設(shè)備具有一個(gè)具有至少一個(gè)特形裝藥用來在地下構(gòu)造內(nèi)穿孔的設(shè)備；及一個(gè)適宜定位在所說設(shè)備周圍的推進(jìn)劑的套筒。
34．按照權(quán)利要求33的成套設(shè)備，其特征為，所說套筒具有一個(gè)穿透筒壁的裂縫。
35．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，其特征為，所說裂縫基本上延伸到所說套筒的整個(gè)長度。
36．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，其特征為，所說裂縫帶有斜度。
37．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，其特征為，所說裂縫延伸通過所說套筒的整個(gè)厚度。
38．按照權(quán)利要求33的成套設(shè)備，其特征為，所說套筒具有在其內(nèi)面上制出的槽。
39．按照權(quán)利要求38的成套設(shè)備，其特征為，所說槽按雜亂圖案制出。
40．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，所說至少一個(gè)特形裝藥中的一個(gè)裝藥與所說裂縫對(duì)準(zhǔn)。
41．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑為拒水的或防水的，在實(shí)際上不受在所說地下構(gòu)造內(nèi)會(huì)遇到的靜液壓的影響，并且對(duì)在鉆井穿孔及與地下構(gòu)造內(nèi)的流體連通時(shí)所會(huì)遇到的流體都不起反應(yīng)，即為隋性的。
42．按照權(quán)利要求41的成套設(shè)備，其特征為，所說推進(jìn)劑為固化的環(huán)氧樹脂或在其內(nèi)引入氧化劑的塑料。
43．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，其特征為，所說套筒的長度基本上與所說設(shè)備的長度相同。
44．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，其特征為，所說套筒的長度比所說設(shè)備的長度短。
45．按照權(quán)利要求34的成套設(shè)備，其特征為，所說套筒基本上為圓筒形。
46．本文所說明的所有發(fā)明。
全文摘要
一種在被具有套管(12)定位在其內(nèi)的井孔(10)所穿透的地下構(gòu)造內(nèi)進(jìn)行穿孔和激活,借以在地層和井孔之間建立流體的連通的方法和設(shè)備。推進(jìn)劑材料的殼體、護(hù)套或套筒(20)被這樣定位以便基本上包圍在地下井孔內(nèi)的至少一個(gè)特形裝藥(40)并由于引燃裝藥所產(chǎn)生的震動(dòng)、熱量及/或壓力而被點(diǎn)燃。在燃燒時(shí),推進(jìn)劑材料產(chǎn)生氣體,該氣體清掃由于特形裝藥的引燃而在地層內(nèi)形成的穿孔,并延長在地層和井孔之間的流體連通。
文檔編號(hào)E21B37/08GK1222950SQ97195781
公開日1999年7月14日 申請(qǐng)日期1997年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月9日
發(fā)明者菲力普·M·斯尼德, 約瑟夫·P·哈尼, 羅伯特·L·哈尼, 大衛(wèi)·S·韋森, 大衛(wèi)·A·卡蒂爾 申請(qǐng)人:馬拉索恩石油公司