限流定相射孔枪系统和方法技术方案

公开了一种用于在偏斜的/水平的井孔中精确射孔的限流射孔定相枪系统和方法。该系统/方法包括部署在井孔中的具有聚能弹药簇的枪串组件(GSA)。被弹药间隔并且被成角度，使得在射孔时，所述弹药相交于优选压裂面。在压裂时，裂缝从井孔的向上和向下的位置开始于与井孔垂直的优选压裂面中的最小主应力位置处。之后，裂缝围绕井孔在优选压裂面中径向连接。在优选压裂面中的压裂处理为了裂缝的更长延伸而产生具有最小扭曲度的路径，其实现了在生产过程中的有效的石油和天然气流速。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请是部分继续申请，并且要求于2015年1月16日提交的、名称为“LIMITED ENTRY PHASED PERFORATING GUN SYSTEM AND METHOD”的美国部分继续专利申请第14/598,868号的优先权，并且本申请是于2014年2月8日提交的、名称为“LIMITED ENTRY PHASED PERFORATING GUN SYSTEM AND METHOD”的美国非临时专利申请第14/176,056号的部分继续申请，这些申请的全部内容都作为示例通过引入并入本文。版权的部分放弃本专利申请中的所有材料均受到美国和其他国家的版权法的版权保护。自本申请的第一个有效提交日起，该材料作为未公布的材料而受到保护。然而，在此准予在版权拥有人对于由任何人拓制专利文件或专利公开无异议的情况下复制该材料，如其出现在美国专利商标局的专利文件或记录中，除此之外，无论如何均保留全部的版权权利。关于联邦政府赞助的研发的声明不适用参考微缩胶片附录不适用
本专利技术通常涉及一种用在石油和天然气工业中对井孔套管和地下含烃地层爆破射孔的射孔枪，更特别地，本专利技术涉及一种用于对井孔套管和其周围的地下含烃地层在优选压裂面中爆破穿孔的改进的设备。现有技术和专利技术背景
技术介绍
在完井过程期间，枪串组件定位在井孔套管中的隔离区中。枪串组件包括通过串接或者通过环接而彼此耦接的多个射孔枪。然后使射孔枪发射，穿过套管和水泥并且射入目标岩石中而形成孔。这些射孔将含石油、天然气的岩石连接到井孔。根据美国US 7,441,601文件，“在完成石油和/或天然气井期间，通常通过炸药对含烃地层射孔以便允许烃流入井孔。这些弹药(charge)装载在射孔枪中，并且通常是在选定方向上产生爆炸形成的穿透射流的聚能弹药”。近年来，使用有角度的聚能弹药布置以提供相交射孔已经产生了极大的关注。例如，参见由Halliburton、Bersas等人所著的论文：Triple-JetTMPerforating System，Oilfield Review杂志中的Perforation on Target和Oilfield Review杂志中的New practices to Enhance Perforating Results(全部内容并入本申请的信息公开材料中)。相交射孔有助于清理射孔通道中的碎片，并且在待射孔的井孔相邻处存在压碎材料或松散材料时以及在砂岩地层中是尤其有利的。烃压裂通道具有某种优选朝向，在该优选朝向中，石油/天然气的抽取效率为最大，即当射孔沿通道对准时，石油/天然气在没有采用可能成为产生高扭曲的限制性路径的备用路径的情况下流经射孔通道。裂缝(fractures)将开始于地层的优选压裂面并且在该面上传播。定向射孔系统能够用于将射孔通道的平面更紧密地对齐于优选压裂面。由于井孔附近的流路中的扭曲度，所以在优选压裂面和井孔中的射孔之间的未对准可能导致显著压降。与优选压裂面成90度地定相的射孔产生了导致流路中压力损失和高扭曲度的窄点。限流压裂(Limited entry fracturing)基于如下前提，即每个射孔将与水力裂缝连通并且将以预定的速率在处理期间贡献流体。因此，如果没有任何射孔参与，那么每个其他射孔的每射孔增率(incremental rate per perforation)增加，从而导致更高的射孔摩擦。因此，需要成角度地并且空间地隔开弹药以促进限流压裂过程达到最大生产效率。通过设计，在限流中的每个射孔都有望参与到处理过程中。如果所有的射孔都参与，并且射孔是以60°、90°或120°的相位射出，那么就可能产生多个压裂面，导致大量的近井孔摩擦并且对定位按计划的压裂处理造成困难。因此，需要不产生无效压裂面的最小限度的多个起裂。目前，4至8个射孔被射出，这将在压裂处理中再连接到主压裂面。一些射孔通道导致压裂处理期间的能量和压力的损失，这降低了压裂通道中的预期压力。例如，如果意图以2-3bpm压裂每个射孔通道而将100bpm的压裂流体在10000PSI下泵入每个压裂区域中，那么大部分能量损失在具有更高扭曲度从而使每次压裂注液速率降低到基本小于2-3bpm的无效压裂中。因此，显著降低了压裂长度的范围，从而导致生产过程中更少的石油和天然气流。因此，需要一种达到最高并且最佳的每射孔通道注液速率的系统，以便实现最大压裂长度。通过每个射孔通道的能量越多，穿过优选压裂面的流体就越多，从而压裂延伸地就越远。理想情况下，期望从井孔开始的1000英尺的压裂长度。因此，需要获得具有最小扭曲度的压裂的更长的延伸。例如，为了在每个射孔通道中实现2bpm，对于50个射孔通道而言，在1000psi下100bpm的总注液速率需要12个簇，每簇具有4个弹药。因此，需要在每簇中发射更多个具有4个射孔的区域，所述四个射孔2上2下。还需要转环/平衡环系统以便以所期望的方向定向弹药以相较于优选压裂面。需要压裂首先起始于最顶部和具有最小主应力的最底部，使得具有足够的流速从而传播压裂。需要如此射孔的射孔枪，使得压裂朝向井孔的方向径向渗透。现有技术的美国US8327746公开了井孔射孔装置。在一个实施例中，井孔射孔装置包括多个聚能弹药和保持多个聚能弹药的保持器，使得在引爆时弹药与相对于保持器横向延伸的公共面相交。然而，需要使相交射流
压裂到优选压裂面中，使得压裂开始并且横向传播到含烃地层。现有技术的美国US8127848A公开了通过形成符合储层特征的射孔来对井孔射孔的方法，如最大应力方向、恒定地层的属性线和地层倾角。使用采用聚能弹药、机械装置或者高压流体的射孔系统能够对井孔射孔。通过非对称重量、发动机或者从井孔表面的操纵能够对齐射孔系统。然而，需要向上和向下压裂以在优选压裂面中在所选长度处产生优选起裂点。现有技术的美国US7913758A公开了一种用于完成石油和天然气完井的方法。射孔器10、11可以选自任何已知的或者常用的射孔器并且通常布置在射孔枪中。这样对齐射孔器，使得切割射流12、13以及与它们相关的冲击波向彼此汇集以致它们之间的相互作用引起岩层压裂增加。也能够如此对齐切割射流，使得故意造成切割射流的碰撞从而引起岩层进一步地压裂。在本专利技术的替代实施例中提供了一种具有至少两个凹形区域的聚能弹药型罩，该型罩的几何形状被选择为使得在型罩的强制坍塌时形成多个切割射流，所述射流会聚在岩层中或者能够在岩层中碰撞。然而，需要压裂到优选压裂面中的优选起裂点。现有技术的美国US7303017A公开了一种用于为在地层64和套管井孔66之间的流体创建通路的射孔枪组件60，所述套管井孔包括壳体84、位于壳体84内的雷管86和可操作地关联到雷管86的引爆线90。射孔枪组件60还包括一个或更多个基本轴向朝向的聚能弹药的集合92、94、96、98。集合92、94、96、98中的每个聚能弹药可操作地关联到引爆线90。此外，将在聚能弹药的每个集合92、94、96、98中的相邻聚能弹药定向为朝向彼此会聚，使得在引爆时，每个集合92、94、96、98中的聚能弹药形成射流，该射流彼此相互作用以在地层64中产生射孔空腔。然而，需要向上和向下压裂到垂直于(横向于)井孔方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井孔套管中的射孔枪系统，其包括多个弹药，其中，所述多个弹药被配置为在射孔期间创建多个优选起裂点；并且所述多个优选起裂点与优选压裂面相交。

【技术特征摘要】
2015.06.05 US 14/732,1841.一种井孔套管中的射孔枪系统，其包括多个弹药，其中，所述多个弹药被配置为在射孔期间创建多个优选起裂点；并且所述多个优选起裂点与优选压裂面相交。2.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述优选压裂面几乎横向垂直于所述井孔套管的方向。3.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，围绕所述射孔枪的纵轴均等地定相所述多个弹药的方向。4.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，围绕所述射孔枪的纵轴不均等地定相所述多个弹药的方向。5.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个优选起裂点到所述射孔枪的纵轴的距离相等。6.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个优选起裂点到所述井孔套管的纵轴的距离相等。7.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个优选起裂点到所述射孔枪的纵轴的距离不相等。8.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个优选起裂点中的至少一个与所述优选压裂面成扩散角。9.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个弹药中的至少一个位于所述优选压裂面中。10.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个弹药被定位为使得所述多个弹药中的两个相邻弹药之间的间距相同。11.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个弹药被定位为使得所述多个弹药中的两个相邻弹药之间的间距不相同。12.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个弹药中的至少一个被配置为以相对于所述井孔套管的方向而言向上的方向定向，并且所述多个弹药中的至少一个被配置为以相对于所述井孔套管的方向而言向下的方
\t向定向。13.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个弹药中的至少两个被定向为使得在射孔时，所述多个弹药中的至少两个相交于所述优选压裂面中的单个优选起裂点。14.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个弹药被定位为使得在射孔时，所述多个弹药不相交于所述优选压裂面中的单个优选起裂点。15.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，不通过机械条定向所述多个弹药。16.如权利要求1所述的射孔枪系统，其中，所述多个弹药的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·哈德斯蒂，J·A·罗林斯，
申请(专利权)人：地球动力学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US