用于油田应用的有限穿透射孔方法技术

用于对非常规地下地层完井的方法包括以下步骤：将射孔工具定位在与非常规地层相交的偏斜井筒的区段中；在开采结构中形成至少一个开口，而同时又不通过发射射孔工具基本上穿透到周围地层中；以及通过将压裂流体泵送通过至少一个开口来压裂地层。射孔工具可包括具有装药盒、设置在装药盒中的型罩、以及填充装药盒内部的爆炸性物质的聚能射孔弹。

Limited penetration perforating method for oilfield application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于油田应用的有限穿透射孔方法
本公开涉及用于完井的设备和方法。
技术介绍
油气生产井通常包括位于井筒内的套管柱，该套管柱贯穿地下油或气沉积物。套管柱增加了井筒的完整性，并为开采流体提供了抵达地面的路径。通常，完井涉及用混凝土将套管固定到井筒面上，然后通过引爆聚能射孔弹对地层进行射孔。引爆时，聚能射孔弹产生穿过套管和混凝土的射流，并形成进入相邻地层的短距离隧道。射孔隧道是造成非常规水力压裂油藏弯曲度的主要原因。射孔还可能在附近井筒中产生微裂缝，这可能形成从发生天然裂缝的压裂所需区域带走的漏失带。弯曲度和漏失带可显著影响开采流体流出地层。参见图1，示出了以传统方式进行完井的井筒10的一部分。由射孔工具形成的隧道11穿过井筒管14(例如套管)和周围的水泥环16，并且延伸一定距离进入地层18中达8英寸或更长距离。为简单起见，井筒管14和水泥环16可以称为“开采结构”。开采结构还可以包括安装在井中的其他开采设备。地层18可以是非常规地层，例如页岩。利用该现有技术，可导致水力压裂活动期间产生的裂隙/裂缝在隧道11附近定位和取向。裂缝20示出这种裂缝如何定位和取向。然而，由于弯曲度和漏失带的产生，这种裂缝的位置和取向不太适合有效的流体流动。本公开通过最小化或消除在地层中产生隧道而脱离了传统射孔技术。
技术实现思路
在一些方面中，本公开提供了一种对非常规地下地层完井的方法。该方法可以包括以下步骤：将完井工具定位在与非常规地层相交的井筒的偏斜区段中；在开采结构中形成至少一个开口，而同时又未通过启动完井工具基本上穿透到周围地层中；通过泵送压裂流体通过所述至少一个开口来压裂地层。在一些方面中，本公开还提供了一种用于执行所公开的完井操作的射孔工具。射孔工具可包括聚能射孔弹，其具有装药盒、设置在装药盒中的型罩、以及填充装药盒内部的爆炸性物质。在一种布置中，型罩具有内凹表面和外凹表面。限定内凹表面的角度可以小于限定外凹表面的角度。已经相当广泛地概述了本公开的特征的上述示例，以便可以更好地理解随后的详细描述，并且可以理解对本领域的贡献。当然，本公开的附加特征将在下文中描述而且将形成所附权利要求的主题。附图说明为了详细理解本公开，应结合附图参考优选实施例的以下详细描述，其中相同的元件被赋予相同的标号，并且其中：图1是以常规方式射孔和破裂的水平井的一部分的示意性剖视图；图2A是根据本公开一个实施例的射孔的水平井的一部分的示意性剖视图；图2B是正在破裂的图2A井部分的示意性剖视图；图3是根据本公开一个实施例制造的聚能射孔弹的截面图；和图4A﹣C是根据本公开实施例制造的聚能射孔弹型罩的截面图；和图5是本公开的设备的一个实施例的示意性剖视图，其定位在穿透地下地层的井内。具体实施方式本公开的各方面提供了用于对非常规地层(例如含烃页岩地层)进行完井的方法和相关射孔工具。对于本公开而言，“非常规”地层通常是具有小于10毫达西(mD)渗透率的地层。许多“非常规”地层的渗透率介于1毫微达西(nD)和1毫达西(mD)之间。与传统的射孔技术相反，根据本公开的射孔工具设计成仅在井管和周围的水泥环中钻孔。井筒周围的岩石和土壤最多只能受到射孔工具产生的射孔射流的冲击。因此，可以显著减少弯曲度和微裂缝(如果不能消除的话)。因此，通过保持地层面基本完整，可以改善后续水力压裂操作的有效性。参照图2A和图2B说明本公开的射孔和压裂方法。在图2A中，示出了根据本公开实施例的已经射孔的井筒10的截面。射孔枪140(在下文描述其细节)具有成形的开口22，该开口22穿过开采结构(即，井筒管14和水泥环16)、但未延伸到地层18中。实际上，在某些情况下，隧道11(图1)可以从一个或多个开口22延伸不大的距离到地层18中。出于本公开的目的，地层18中不超过三英寸的穿透距离定义为“不大的”穿透长度。在一些应用中，“不大的”穿透长度不大于2英寸。图2B示出了后续的压裂活动，其中加压的压裂流体30被引导到开口22中。应当注意，压裂流体30作用在地层18的紧邻水泥环的面32上。地层18的面32是限定井筒10的圆周表面。与水力压裂相关的压力现在可以使地层在开口22附近的天然较弱位置处分离。这可导致产生与开口22更好对准的裂缝。也就是说，裂缝与开口22流体连接，这促进了流体流动、同时降低了流动阻力。裂缝34说明了这种裂缝如何定位和取向。图2A和图2B的射孔开口22可以通过使用如下的射孔工具来形成，所述射孔工具具有专门构造成用于有限射孔的聚能射孔弹。在实施例中，聚能射孔弹的至少三个方面可以构造成限制射孔射流行进的距离：构成聚能射孔弹型罩的材料、聚能射孔弹型罩的形状、以及聚能射孔弹的爆炸性混合物。参照图3，示出了爆炸聚能射孔弹40的横截面。聚能射孔弹40具有装药盒42。装药盒42具有限定了装药盒42中空内部的内表面或壁44。装药盒42在外端处开口并向内逐渐变细。型罩48设置在盒42的内部。型罩48从位于外端的基部50到鼻部分52向内逐渐变细。型罩48在基部50处开口并具有中空内部。爆炸性物质54设置在型罩48和盒42的内壁44之间。爆炸性物质54从盒42的内部延伸穿过形成在盒42最内端的通道。盒42接收引爆线(未示出)，用于引爆爆炸性物质54。影响穿透深度的一个因素是构成型罩48的材料。通常，由于传统强调穿透深度，因此倾向于形成致密且紧凑的射孔射流的材料是有利的。本公开的实施例使用形成密度较小且相对漫射的射孔射流的材料。这种射孔射流在对开采结构进行射孔的同时耗尽能量，并且具有不足以移动地层的质量。型罩48可以由诸如铝、锌、钼、铜、镁或其他低密度材料的材料形成。在实施例中，型罩还可包括低密度材料，例如热塑性聚合物(PTFE、UHMW等)。影响穿透深度的另一个因素是型罩形状或几何形状。型罩形状可以影响爆炸性物质释放的能量如何以及何时与型罩48相互作用。例如，形成为浅碗的型罩48可以形成比具有锐锥形型罩更宽和更平坦的射孔射流。而且，型罩可以具有诸如截头圆锥、抛物线、插入顶点(pluggedapex)、近EFP斜角型罩的形状。现在参考图4A﹣C中，示出了型罩48的非限制性实施例，其可以限制仅穿透到开采结构。在图4A中，型罩48具有内凹表面51和外凹表面53。内凹表面51由角度56限定，该角度56小于限定外凹表面53的角度55。例如，角度55可以比角度56大一到十度。说明性的非限制性角度对可以是：角度56为80度以及角度55为82度，角度56为82度以及角度55为83度，角度56为85度以及角度55为88度，角度56为90度以及角度55为91度等。在某些实施例中，限定内凹表面的角度56可以比限定外凹表面的角度55小一到两度。另外，型罩48的顶点60的厚度可以大于型罩48的任何其他厚度。图4A实施例的变型是角度56大于角度55。例如，角度55可以比角度56小一到十度。说明性的非限制性角度对可以是：角度55为80度以及角度56为82度，角度55为82度以及角度56为83度，角度55为85度以及角度56为88度，角度55为90度以及角度56为91度等。在某些实施例中，限定内凹表面的角度55可以比限定外凹表面的角度56小一到两度。因此，通常，限定内凹表面的角度55可以与限定外凹表面的角度56相差一度到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对非常规地下地层进行完井的方法，所述方法包括：﹣将完井工具定位在与所述非常规地层相交的井筒区段中，其中，所述井筒偏离竖直基准面；﹣通过致动所述完井工具在开采结构中形成至少一个开口、同时基本上不穿透到周围地层中；和﹣通过泵送压裂流体穿过所述至少一个开口来压裂所述非常规地层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.06.12 US 62/518,3211.一种对非常规地下地层进行完井的方法，所述方法包括：﹣将完井工具定位在与所述非常规地层相交的井筒区段中，其中，所述井筒偏离竖直基准面；﹣通过致动所述完井工具在开采结构中形成至少一个开口、同时基本上不穿透到周围地层中；和﹣通过泵送压裂流体穿过所述至少一个开口来压裂所述非常规地层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述竖直基准面的偏离为至少30度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述竖直基准面的偏离为至少60度。4.根据权利要求1﹣3所述的方法，其中，所述非常规地层的渗透率小于10毫达西。5.根据权利要求1﹣3所述的方法，其中，所述非常规地层具有介于1毫微达西(nD)和1毫达西(mD)之间的渗透率。6.根据权利要求1﹣5所述的方法，其中，所述开采结构包括钢管和周围的水泥环。7.根据权利要求1﹣6所述的方法，其中，所述完井工具是射孔工具，所述射孔工具包括至少一个聚能射孔弹。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个聚能射孔弹包括装药盒、设置在所述装药盒中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·戴，M·C·克莱，J·金赛，C·贝弗里奇，S·吉尔特，D·W·普拉特，J·科克尔，
申请(专利权)人：欧文石油工具有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国,US