[发明专利]射孔系统和方法中弹药的优化定相

说明书

公开了一种优化相位射孔的定相枪系统和方法，用于在偏斜/水平井筒中精确射孔。所述系统/方法包括部署在井筒中的、具有成簇的聚能弹药的枪串组件(GSA)。在一个簇内，弹药被分入单独的存储体中，每个存储体中的弹药之间具有相位角，并且存储体之间具有偏移角。优化每个簇的弹药数、相位角和偏移角，使得具有在向上和向下方向上射孔到低压区域中的最大概率。

技术领域

本发明大体涉及在石油和天然气工业中用于对井套管和地下含烃地层进行爆炸性射孔的射孔枪，更具体地，涉及用于对井套管及其周围的地下含烃地层进行爆炸性射孔的优化定相的射孔装置。

现有技术和发明背景

现有技术背景

在完井过程期间，枪串组件被定位在井筒套管中的隔离区域中。枪串组件包括通过串接或环接耦接到彼此的多个射孔枪。然后发射射孔枪，产生穿过套管和水泥并射入到目标岩石中的孔。这些射孔使含有石油和天然气的岩石与井筒相连接。美国申请US 7,441,601：“在石油和/或天然气井的完井期间，通常利用爆炸弹药对含烃地层进行射孔以允许烃流进入井筒。这些弹药被装载在射孔枪中，并且通常是在所选择的方向上产生爆炸成形的穿透射流的聚能弹药”。

烃压裂通道具有其中抽取石油/天然气的效率最大的某些优选取向，即当射孔沿着通道对准时，石油/天然气在不采用可能成为产生高弯曲度条件的限制性路径的替代路径的情况下流动通过射孔通道。

研究表明，裂缝在向上和向下方向上靠近井筒套管产生。图1(0100)总体示出了租用或所有权范围和界限内的水平钻孔装置(0104)的俯视图。通常从垂直井口(0101)钻出多个水平井(0102)。研究表明，优选压裂面(0103)横向垂直于水平井筒套管的方向。彼此平行的多个优选压裂面可以用于最大生产效率。然而，水平井筒在3英里的长度上通常在任何方向上偏离100英尺。因此，枪的方向可能不是水平的并且通常是成一定角度的。在射孔时，枪中的弹药可能是或可能不是优化的相位。现场结果表明，每段(stage)有单个主导射孔通道。由于每个井有多个段，每段中的多个簇通常为3到15个，每个簇中的多个射孔枪通常为4-6个，因此需要对每个簇中的每个射孔枪中的弹药进行优化定相，从而增加在主导通道中射孔的几率。在图2(0200)中进一步示出了在井筒(0206)中钻出的水平井筒套管(0207)的横截面。由于来自表面的岩石(0205)的压力，烃地层被向下压迫，而烃地层附近的区域具有不连续性。该不连续性在井筒周围产生了应力分布(0204)。关于岩石力学的研究表明，高压区域(0201)围绕侧面，而低压区域(0203)围绕向上的区域和向下的区域。因此，需要定相弹药以使其在低压区域(0202)中射孔，使得压裂起始于低压区域中以获得最大压裂效率。需要对弹药进行定相，以便提高将射孔通道布置在低压应力的有效区域中的几率。需要首先使裂缝起始于具有最小主应力的顶部和底部处，以便有足够的流速来传播裂缝。需要一种射孔枪，其射孔使得裂缝在向上和向下方向上径向地扩散到井筒的方向。

通过设计，预期使每个射孔都涉及压裂处理。如果涉及所有射孔，并且射孔以0°、60°、90°、120°或180°相位发射，则可以产生多个压裂面，导致大量的近井筒摩擦且难以进行计划的压裂处理。现场结果表明，每段有单个主导射孔通道。因此，需要不产生无效的压裂面的最小的多个起裂。图3示出了井套管(0301)中的射孔枪(0302)的各种现有技术相位。例如，图3(0310)示出了0°相位，其中所有弹药被定相为在向下方向上射孔。类似地，图3(0320)示出了0°-180°相位，其中弹药被定相为在向上和向下方向上射孔。然而，当井套管是偏斜的且射孔枪不是水平时，在向上和向下方向上射孔的几率是低的。存在相对于上/下矢量定位(定向)枪的精度问题。现场结果表明，即使对枪进行了定向，操作问题也可能导致在非优选区域中射孔。对于0°相位或0°-180°相位的枪，在优选的向上和向下低压区域中射孔的概率非常低。