相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2015年1月16日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?4/598,868的美國申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該美國申請(qǐng)14/598,868又是2014年2月8日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?4/176,056的美國申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國申請(qǐng)14/176,056現(xiàn)在是2015年5月26日公布的、專利號(hào)為9,038,521的美國專利。

版權(quán)的部分放棄

本專利申請(qǐng)中的所有材料均受美國和其他國家版權(quán)法的版權(quán)保護(hù)。自本申請(qǐng)的第一個(gè)有效提交日起，本材料作為未公開的材料而受到保護(hù)。

然而，如其出現(xiàn)在美國專利商標(biāo)局的專利文件或記錄中，在此準(zhǔn)予在版權(quán)擁有人對(duì)于由任何人拓制專利文件或?qū)＠_無異議的情況下復(fù)制該材料，除此之外，無論如何均保留全部的版權(quán)權(quán)利。

有關(guān)聯(lián)邦贊助的研發(fā)的聲明

不適用

對(duì)縮微膠片附錄的引用

不適用

本發(fā)明總地涉及一種在石油和天然氣工業(yè)中使用來對(duì)井筒套管和地下含烴地層進(jìn)行爆破射孔的射孔槍，并且更特別地涉及一種用于對(duì)井筒套管和其周圍的地下含烴地層在優(yōu)選壓裂面中進(jìn)行爆破穿孔的改進(jìn)的設(shè)備。

現(xiàn)有技術(shù)和發(fā)明背景

背景技術(shù)：

在完井過程期間，槍串組件被定位在井筒套管中的隔離區(qū)域中。槍串組件包括通過串接或環(huán)接而彼此耦接的多個(gè)射孔槍。然后發(fā)射射孔槍，產(chǎn)生穿過套管和水泥并射入到目標(biāo)巖石中的孔。這些射孔使含有石油和天然氣的巖石與井筒相連接。美國申請(qǐng)us7,441,601：“在石油和/或天然氣井的完井期間，通常利用爆炸彈藥對(duì)含烴地層進(jìn)行射孔以允許烴流入井筒。這些彈藥被裝載在射孔槍中，并且通常是在所選擇的方向上產(chǎn)生爆炸成形的穿透射流的聚能彈藥”。

近年來，使用成角度的聚能彈藥布置來提供相交射孔產(chǎn)生了極大的關(guān)注。例如參見halliburton、bersas等人的論文triple-jet^tmperforatingsystem，oilfieldreview中的perforationontarget以及oilfieldreview中的newpracticestoenhanceperforatingresults(全部包括在本申請(qǐng)的信息公開材料中)。相交射孔有助于將碎屑從射孔通道清除，并且在鄰近將要進(jìn)行射孔的井筒處存在壓碎材料或松散材料時(shí)以及在砂巖地層中是特別有利的。

烴壓裂通道具有某些優(yōu)選取向，其中抽取石油/天然氣的效率最大，即當(dāng)射孔沿著通道對(duì)準(zhǔn)時(shí)，石油/天然氣在不采用可能成為產(chǎn)生高彎曲度條件的限制性路徑的替代路徑的情況下流動(dòng)通過射孔通道。

裂縫會(huì)在地層的優(yōu)選壓裂面中產(chǎn)生和傳播。定向射孔系統(tǒng)能夠用于使射孔通道的平面與優(yōu)選壓裂面更緊密地對(duì)準(zhǔn)。由于井筒附近的流動(dòng)路徑中的彎曲度，優(yōu)選壓裂面和井中的射孔之間的不對(duì)準(zhǔn)能夠?qū)е嘛@著的壓降。與優(yōu)選壓裂面成90度定相的射孔產(chǎn)生了導(dǎo)致流動(dòng)路徑中的壓力損失和高彎曲度的窄點(diǎn)。

限流壓裂基于以下前提，即每個(gè)射孔都會(huì)與水力裂縫連通并且將在處理期間以預(yù)定的速率貢獻(xiàn)流體。因此，如果沒有任何射孔進(jìn)行參與，則每個(gè)其他射孔的每次射孔的增長率將會(huì)增加，導(dǎo)致更高的射孔摩擦。因此，需要使間隔彈藥成角度并且空間地間隔開以促進(jìn)限流壓裂過程，從而達(dá)到最大生產(chǎn)效率。

通過設(shè)計(jì)，限流的每個(gè)射孔都有望參與到處理中。如果所有射孔都進(jìn)行了參與，并且射孔是以60°、90°或120°的相位來射出，則可以產(chǎn)生多個(gè)壓裂面，導(dǎo)致大量的近井筒摩擦并且難以安排計(jì)劃的壓裂處理。因此，需要不產(chǎn)生無效的壓裂面的最小限度的多個(gè)起裂。目前，射出4至8個(gè)射孔洞，其將在壓裂處理期間再連接到主壓裂面。一些射孔通道在壓裂處理期間引起能量和壓力的損失，這降低了壓裂通道中的預(yù)期壓力。例如，如果意圖以2-3bpm壓裂每個(gè)射孔通道而將100bpm的壓裂流體在10000psi下泵入每個(gè)壓裂區(qū)域，則大部分能量損失在具有較高彎曲度的無效壓裂中，從而使每次壓裂注入速率降低到基本上小于2-3bpm。因此，壓裂長度的范圍顯著減小，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中較少的石油和天然氣流量。因此，需要一種達(dá)到最高并且最佳的每射孔通道注液速率的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)最大的壓裂長度。通過每個(gè)射孔通道的能量越多，穿過優(yōu)選壓裂面的流體就越多，壓裂延伸得就越遠(yuǎn)。理想的情況下，期望距離井筒1000英尺的壓裂長度。因此，需要獲得具有最小彎曲度的壓裂的更長的延伸。例如，為了在每個(gè)射孔通道中實(shí)現(xiàn)2bpm，對(duì)于50個(gè)射孔通道，在1000psi下100bmp的總注入速率需要12個(gè)簇，其中每個(gè)簇具有4個(gè)彈藥。因此，需要在每個(gè)簇中射出更多個(gè)具有4個(gè)射孔洞(定向?yàn)?上2下)的區(qū)域。還需要轉(zhuǎn)動(dòng)件/平衡環(huán)系統(tǒng)來將彈藥定向到期望的方向以在優(yōu)選壓裂面處相交。

需要壓裂首先起始于頂部和具有最小主應(yīng)力的底部，使得有足夠的流速來傳播壓裂。需要如此射孔的射孔槍，使得壓裂朝井筒的方向徑向滲透。

現(xiàn)有技術(shù)us8327746公開了一種井筒射孔裝置。在一個(gè)示例中，井筒射孔裝置包括多個(gè)聚能彈藥和保持多個(gè)聚能彈藥的保持器，使得在引爆時(shí)彈藥與相對(duì)于保持器橫向延伸的公共面相交。然而，需要將相交的射流壓裂到優(yōu)選壓裂面，使得壓裂開始并橫向地傳播到含烴地層中。

現(xiàn)有技術(shù)us8127848a公開了一種通過形成與儲(chǔ)層特征(例如最大應(yīng)力的方向、恒定地層屬性線和地層傾角)匹配的射孔來對(duì)井筒進(jìn)行射孔的方法。能夠使用采用聚能彈藥、機(jī)械裝置或高壓流體的射孔系統(tǒng)來對(duì)井筒進(jìn)行射孔。該射孔系統(tǒng)能夠通過非對(duì)稱重量、電機(jī)或來自井筒表面的操作來對(duì)齊。然而，需要向上和向下壓裂以在優(yōu)選壓裂面中在選擇的長度處產(chǎn)生優(yōu)選的起裂點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)us7913758a公開了一種用于完成石油和天然氣完井的方法。射孔器(10、11)可以選自任何已知或常用的射孔器，并且通常部署在射孔槍中。射孔器如此對(duì)齊，使得切斷射流(12、13)及與其相關(guān)聯(lián)的沖擊波朝向彼此匯聚，以致它們的相互作用導(dǎo)致巖層的壓裂增加。還可以使切割射流如此對(duì)齊，使得有意地引起切割射流的碰撞，導(dǎo)致巖層的進(jìn)一步壓裂。在該發(fā)明的替代實(shí)施例中，提供了具有至少兩個(gè)凹形區(qū)域的聚能彈藥型罩，其幾何結(jié)構(gòu)被選擇為使得在該型罩受力坍塌時(shí)形成多個(gè)切割射流，這些射流在巖層中匯聚或能夠在巖層中碰撞。然而，需要壓裂到優(yōu)選壓裂面中優(yōu)選起裂點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)us7303017a公開了一種用于為在地層(64)和套管井筒(66)之間的流體創(chuàng)建連通路徑的射孔槍組件(60)，所述組件包括殼體(84)、定位在殼體(84)內(nèi)的雷管(86)和可操作地關(guān)聯(lián)到雷管(86)的引爆線(90)。射孔槍組件(60)還包括一個(gè)或更多個(gè)基本上軸向定向的聚能彈藥集合(92、94、96、98)。集合(92、94、96、98)中的每個(gè)聚能彈藥都與引爆線(90)可操作地相關(guān)聯(lián)。此外，聚能彈藥的每個(gè)集合(92、94、96、98)中的相鄰聚能彈藥被定向?yàn)槌虮舜藚R聚，使得在引爆時(shí)，每個(gè)集合(92、94、96、98)中的聚能彈藥形成彼此相互作用的射流，以在地層(64)中產(chǎn)生射孔腔。然而，需要向上和向下壓裂到垂直(橫向)于井筒方向的優(yōu)選壓裂面。

現(xiàn)有技術(shù)的缺陷

如上所述的現(xiàn)有技術(shù)具有以下缺陷：

·現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不提供在壓裂段內(nèi)使多個(gè)起裂最小化。

·現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不提供在射孔時(shí)相交于優(yōu)選壓裂面的、簇中的2個(gè)或4個(gè)定向的聚能彈藥。

·現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不提供利用內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件來定向聚能彈藥。

·現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不提供在射孔通道中有效地減少彎曲度和能量損失。

·現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不提供在優(yōu)選的射孔面中的徑向延伸得更長的壓裂。

·現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不提供利用在每個(gè)簇中的更少數(shù)量的射孔來對(duì)更多個(gè)區(qū)域進(jìn)行射孔，以提高井筒生產(chǎn)效率。

·現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不提供用于壓裂到優(yōu)選壓裂面中的優(yōu)選起裂點(diǎn)的系統(tǒng)。

雖然現(xiàn)有技術(shù)中的一些可能教導(dǎo)了對(duì)這些問題中的幾個(gè)的一些解決方案，但是現(xiàn)有技術(shù)并沒有解決應(yīng)對(duì)不安全的槍壓力的核心問題。

發(fā)明目的

因此，本發(fā)明的目的(尤其)在于規(guī)避現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷并實(shí)現(xiàn)以下目的：

·提供在壓裂段內(nèi)使多個(gè)起裂最小化。

·提供在射孔時(shí)相交于優(yōu)選壓裂面的、簇中的2個(gè)或4個(gè)定向的聚能彈藥。

·提供利用連接到射孔槍的內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件來定向聚能彈藥。

·提供在射孔通道中有效地減少彎曲度、能量損失和壓力損失。

·提供在優(yōu)選的射孔面中的徑向延伸得更長的壓裂。

·提供利用在每個(gè)簇中的更少數(shù)量的射孔來對(duì)更多個(gè)區(qū)域進(jìn)行射孔，以提高井筒生產(chǎn)效率。

·提供用于壓裂到優(yōu)選壓裂面中的優(yōu)選起裂點(diǎn)的系統(tǒng)。

然而這些目的不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明的教導(dǎo)的限制，通常這些目的通過在以下部分中討論的所公開的發(fā)明而被部分地或全部實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將無疑地能夠選擇如所公開的本發(fā)明的方面來實(shí)現(xiàn)上述目的任何組合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

系統(tǒng)概述

本發(fā)明以下述方式在各個(gè)實(shí)施例中解決了一個(gè)或更多個(gè)上述目的。本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其包括與聚能彈藥簇一起部署在井筒中的槍串組件(gsa)。彈藥被間隔開并成角度為使得在射孔時(shí)，所述彈藥在優(yōu)選壓裂面處相交。在壓裂時(shí)，壓裂從井筒的向上和向下位置起始于垂直于井筒的優(yōu)選壓裂面中的最小主應(yīng)力位置處。此后，壓裂在優(yōu)選壓裂面內(nèi)圍繞井筒徑向地連接。在優(yōu)選壓裂面中的壓裂處理為壓裂的更長延伸創(chuàng)造了具有最小彎曲度的路徑，從而實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)期間高效的石油和天然氣流速。

方法概述

本發(fā)明的系統(tǒng)可以在整體限流定相射孔方法的情況中使用，其中通過具有以下步驟的方法來控制如前所述的定相射孔槍系統(tǒng)：

(1)將槍與多個(gè)向上的彈藥和多個(gè)向下的彈藥定位在井筒套管中；

(2)將多個(gè)向上的彈藥和多個(gè)向下的彈藥定向到期望的方向；以及

(3)利用多個(gè)向上的彈藥和多個(gè)向下的彈藥來射孔到含烴地層中，使得多個(gè)向上的彈藥和多個(gè)向下的彈藥在優(yōu)選壓裂面處相交。

本優(yōu)選示例性實(shí)施例方法和其他的優(yōu)選示例性實(shí)施例方法與本文所述的各種優(yōu)選的示例性實(shí)施例系統(tǒng)結(jié)合的整體由本發(fā)明的總體范圍預(yù)先說明。

附圖說明

為了更全面地理解本發(fā)明所提供的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)參考以下詳細(xì)說明和附圖，其中：

圖1是本發(fā)明的射孔槍組件的實(shí)施例的剖視圖。

圖2是圖1所示的射孔槍的端視圖。

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的槍管和聚能彈藥的透視圖。

圖4是圖3的實(shí)施例的側(cè)視圖。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的槍管的透視圖，其中示出將聚能彈藥布置在支撐條上。

圖6是適于在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的聚能彈藥的側(cè)視圖。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、在射孔槍中的替代定位的聚能彈藥的示例性系統(tǒng)的橫截面。

圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、在射孔槍中的替代定位的聚能彈藥的示例性系統(tǒng)的透視圖。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、射孔槍中的聚能彈藥的示例性系統(tǒng)的橫截面。

圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、射孔槍中的聚能彈藥的示例性系統(tǒng)的透視圖。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、優(yōu)選壓裂面的示例性系統(tǒng)的框圖。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、射孔槍中的向上和向下的聚能彈藥的示例性系統(tǒng)的橫截面，所述聚能彈藥用于在優(yōu)選壓裂面中產(chǎn)生優(yōu)選的起裂點(diǎn)。

圖11示出了根據(jù)優(yōu)選示例性發(fā)明實(shí)施例的、利用聚能彈藥的優(yōu)選示例性定相射孔方法的詳細(xì)流程圖。

具體實(shí)施方式

雖然本發(fā)明容許以許多不同的形式的實(shí)施例，但是在附圖中示出并且將在此處詳細(xì)地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，本公開應(yīng)視為本發(fā)明的原理的示例而并不旨在將本發(fā)明的廣泛的方面限制于所示的實(shí)施例。

將特別參考當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例來描述本申請(qǐng)的許多創(chuàng)新性教導(dǎo)，其中這些創(chuàng)新性教導(dǎo)有利地應(yīng)用于限流定相射孔槍系統(tǒng)和方法的特定問題。然而，應(yīng)當(dāng)理解，該實(shí)施例僅是本文中創(chuàng)新性教導(dǎo)的許多有利應(yīng)用的一個(gè)示例。通常，在本申請(qǐng)的說明書中作出的陳述不一定限制各種要求保護(hù)的發(fā)明中的任何一個(gè)。此外，一些陳述可以適用于一些創(chuàng)新性特征，但不適用于其他特征。

本發(fā)明提供一種改進(jìn)的工具(槍)和在載體組件內(nèi)以可變角度安裝聚能彈藥的方法，以便使兩個(gè)或更多個(gè)射孔通道在井筒套管外部規(guī)定的距離處相交。所有已知的當(dāng)前方法都需要特殊的工具，其具有漫長且昂貴的前置時(shí)間并且欠缺對(duì)截距角度的實(shí)際固定。本發(fā)明的工具的實(shí)施例有助于確保彈藥在套管外部的規(guī)定位置處碰撞。所公開的裝置(工具)包括焊接或以其他方式固定到管狀支撐件中的支撐條。能夠調(diào)整支撐件上的各個(gè)彈藥之間的間隔，并且能夠?qū)⑵教沟闹位愿鞣N角度插入到支撐件內(nèi)，以精確地控制相交的點(diǎn)。該平坦表面提供用于固定聚能彈藥的堅(jiān)實(shí)基座，并且圓形管提供形成剛性幾何框架所需的結(jié)構(gòu)。描述并優(yōu)選平坦的支撐條，但也能夠使用凹面的或凸面的幾何結(jié)構(gòu)作為支撐基座以優(yōu)化彈藥性能。該系統(tǒng)通過將聚能彈藥以可變的距離可靠和精確地聚焦到地層中來提供對(duì)其他已知實(shí)施例的改進(jìn)。

在廣泛的范圍內(nèi)，本發(fā)明的射孔工具包括：

圓柱形槍管，其在形狀上具有用于布置聚能彈藥的成角度的圓形切口，

彈藥殼；

支撐條，其包括具有中心孔以接收聚能彈藥殼的金屬條，

其中，聚能彈藥殼具有不會(huì)穿過所述孔并且為所述條上的聚能彈藥殼提供支撐的周向突出部；

槽，其切入圓柱形槍管中以支撐所述支撐條的邊緣，所述槽以預(yù)定的角度切割以提供來自聚能彈藥的射孔的位置。

參考圖1-5，示出了本發(fā)明的實(shí)施例的槍組件100。如所示出，示出了圓柱形槍體130，其中所述槍體130內(nèi)部設(shè)置有槍管(負(fù)載管)126。槍管126具有多個(gè)精密切割槽127，其允許將彈藥殼體124插入到槍管126中并且隨后布置在支撐條128上?？卓梢晕挥跇尮艿膱A周的任何一側(cè)以實(shí)現(xiàn)期望的目標(biāo)射孔。孔優(yōu)選地以與支撐條的取向平面垂直(900)的角度穿過槍管壁。聚能彈藥殼124設(shè)置在支撐條(128)的孔中，抵靠在彈藥殼的圓周上的突出部135上(參見圖5和圖6)。聚能彈藥殼(圖6)具有直徑比支撐條的孔大的突出部135，使得該突出部(135)的底部抵靠于支撐條中的孔的側(cè)部上。彈藥在139處連接到引爆線(或其他引爆裝置)。彈藥殼通過任意合適的方式固定到支撐條(128、129)。在原型(和可能的生產(chǎn)模型)中，存在切入槍管壁中的薄條，其可以被彎曲以壓靠在彈藥殼突出部的頂部，從而提供可逆的固定裝置。彈藥殼可以通過小夾具、通過粘合劑或通過焊接來固定。對(duì)于金屬制造領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其他手段是顯而易見的。支撐條(128、129)插入到切入槍管的槽中。該支撐條通常是扁平的金屬片，但也可以是彎曲的。使槍管中的槽按照期望成角度以允許傾斜的彈藥路徑的任何配置。如對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的，如果支撐條是金屬(優(yōu)選的)，則其將被焊接到槽內(nèi)，但是其還可以通過其他方式進(jìn)行連接，比如強(qiáng)力粘合劑、內(nèi)置在槽和支撐條中的鎖定機(jī)構(gòu)或?qū)崿F(xiàn)固定連接的任意其他方式。彈藥殼牢固地抵靠并固定在支撐板上的這種布置連同以任何期望的角度使平板成角度到槍管上的能力提供了相對(duì)簡單、精確且可靠的成角度的布置彈藥以及因此布置射孔的手段。

如圖1和2所示或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)范圍內(nèi)的其他合適的方式，槍管在每個(gè)端部(125和132)處被固定在槍體中。計(jì)算機(jī)輔助激光加工大大促進(jìn)了制造本發(fā)明的實(shí)施例的工具、特別是槍管切口(127)和用于彈藥板的槽所需的切割的精度和可靠性。

在操作中，期望的角度是預(yù)定的以獲得期望的射孔相交圖案和相應(yīng)設(shè)計(jì)和機(jī)加工的槍管切口。槍管設(shè)置在槍體中以在井筒中使用。

限流定相射孔槍系統(tǒng)的優(yōu)選的示例性系統(tǒng)框圖(0700-0800)

如圖7(0700)中所一般性示出的，可以更詳細(xì)地理解本發(fā)明，其中射孔槍連同多個(gè)聚能彈藥(0707、0704、0705、0706)一起部署在井筒套管內(nèi)。槍中的多個(gè)聚能彈藥一起在本文中可以被稱為“簇”。雖然在圖7(0700)中示出了四個(gè)彈藥，但是根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，簇可以包括兩個(gè)成角度的彈藥。

限流射孔提供了以給定的注射速率在幾個(gè)目標(biāo)區(qū)域上轉(zhuǎn)移壓裂處理的優(yōu)越手段。在給定的含烴地層中，多條裂縫不是高效的，因?yàn)槠洚a(chǎn)生了用于壓裂流體的彎曲路徑，并且因此導(dǎo)致了壓力和能量的損失。在給定的井筒中，與利用包括更多聚能彈藥的簇來隔離更少的區(qū)域相比，利用包括更少聚能彈藥的簇來隔離更多的區(qū)域是更有效的。例如，在10000psi的壓力下，為了達(dá)到每個(gè)射孔通道每分鐘2槍管的流量速率，目前要使用12至20個(gè)區(qū)域和分別具有15-20個(gè)聚能彈藥的12-15個(gè)簇。相反，為了達(dá)到相同的流量，更高效的方法和系統(tǒng)是利用更多個(gè)簇來隔離80個(gè)區(qū)域，并且在射孔時(shí)每個(gè)簇使用2個(gè)或4個(gè)聚能彈藥以在優(yōu)選壓裂面處相交。基于烴的地質(zhì)，可以確定優(yōu)選壓裂面。在實(shí)地研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選壓裂面垂直于井筒套管方向。

如圖7(0700)中所一般性所示的，優(yōu)選壓裂面(0710)橫向垂直于井筒方向(0720)。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，井筒方向(0720)可以與水平面成微小的角度。該微小的角度可以在±30度的范圍內(nèi)。

根據(jù)另一優(yōu)選的示例性實(shí)施例，以增大數(shù)量的簇來增加壓裂區(qū)域的數(shù)量同時(shí)將聚能彈藥限制為每簇2或4個(gè)，在壓裂優(yōu)選壓裂面時(shí)提供更好的效率。傳統(tǒng)的射孔系統(tǒng)使用每簇12-15個(gè)聚能彈藥同時(shí)以60/90/120度或0/180度相位射孔。這產(chǎn)生了多個(gè)壓裂面，由于壓裂流體沿著彎曲的路徑流動(dòng)同時(shí)泄漏了用于各個(gè)裂縫的能量/壓力，因此對(duì)于壓裂處理不是高效的。期望在井筒附近產(chǎn)生最少數(shù)量的多個(gè)壓裂，使得能量主要集中在優(yōu)選壓裂面上，而不是將能量泄露或損失到不期望的壓裂。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，定向在優(yōu)選壓裂面處相交的每簇的有限數(shù)量的聚能彈藥，由于最小的彎曲度和最少的多個(gè)壓裂的發(fā)生，產(chǎn)生了壓裂的更長的延伸。理想情況下，可以在槍周圍徑向地布置6個(gè)彈藥，使得其在同一平面內(nèi)射孔。但是，該配置需要更小的彈藥和更大直徑的槍。由于彈藥效率和射孔槍直徑的物理限制，可能需要將聚能彈藥限制為每簇2或4個(gè)。這種系統(tǒng)能夠使壓裂流體沿射孔通道的長度流下并且在產(chǎn)生壓裂的位置處相交，同時(shí)連接到下方的壓裂以產(chǎn)生最小彎曲的路徑。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，每簇具有2或4個(gè)彈藥的60至80個(gè)簇可以被用于井筒完井，以在石油和天然氣生產(chǎn)期間實(shí)現(xiàn)最大效率。

在為射孔隔離出段(stage)后，可以將射孔槍串組件(gsa)部署并定位在所隔離的段中。gsa可以包括射孔槍串，比如通過串接、環(huán)接或轉(zhuǎn)接而彼此機(jī)械耦接的槍(0700)。將gsa泵送入井筒套管(0701)后，gsa由于重力而可以定位在套管的底部表面上。gsa可以自我定向，使得彈藥保持管(cht)內(nèi)的彈藥(0707、0704、0705、0706)成角度地定向。如前所述，彈藥可以利用金屬條(0702)來取向。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，內(nèi)部樞軸支撐部被形成為萬向節(jié)以懸掛彈藥，使得彈藥朝向優(yōu)選壓裂面成角度地定向。間隔彈藥(0707、0704、0705、0706)之間的間距可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)期望的取向所需的距離而相等或不等。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，彈藥以3英尺的距離被等距地隔開。例如，間隔彈藥(0703)和間隔彈藥(0704)以3英寸的距離(0709)定位。間隔彈藥之間的間距可以在1英尺到20英尺的范圍內(nèi)。

在另一優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，兩個(gè)間隔開的彈藥(0703、0705)向下成角度地定向(“向下的彈藥”)，并且兩個(gè)間隔開的彈藥(0704、0706)向上成角度地定向(“向上的彈藥”)。向上的彈藥的角度可以使得其被定向?yàn)樵趦?yōu)選壓裂面(0710)處相交于向上的起裂點(diǎn)(0711)。在一個(gè)優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，向上的彈藥(0704)以與優(yōu)選壓裂面(0710)成13度的角度(0707)定向，并且向上的彈藥(0706)以與優(yōu)選壓裂面(0710)成35度的角度(0708)定向。向上的彈藥到優(yōu)選壓裂面(0710)的角度可以在1度至75度的范圍內(nèi)。類似地，向下的彈藥的角度可以使得其被定向?yàn)樵趦?yōu)選壓裂面(0710)處相交于向下的起裂點(diǎn)(0712)。根據(jù)又一優(yōu)選的示例性實(shí)施例，向下的彈藥(0703)以與優(yōu)選壓裂面(0710)成35度的角度定向，并且向下的彈藥(0705)以與優(yōu)選壓裂面(0710)成13度的角度定向。向下的彈藥到優(yōu)選壓裂面(0710)的角度可以在1度至75度的范圍內(nèi)。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，向上的起裂點(diǎn)和向下的起裂點(diǎn)距離所述射孔槍(0700)的縱向軸線是等距的。例如，從向下的起裂點(diǎn)(0712)到交點(diǎn)(0713)的距離可以等于從向上的起裂點(diǎn)(0711)到交點(diǎn)(0713)的距離。

在又一優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，兩個(gè)向上的彈藥定位在簇的兩端，并且兩個(gè)向下的彈藥定位在向上的彈藥之間。彈藥被布置為使得具有相同取向的至少兩個(gè)彈藥位于具有相反取向的至少兩個(gè)彈藥之間。例如，如圖8(0800)所示，向上的彈藥(0804、0806)定位在簇的兩端，并且向下的彈藥(0803、0805)定位在向上的彈藥之間。替代地，向下的彈藥(0803、0805)可以定位在簇的兩端，并且向上的彈藥(0804、0806)定位在向下的彈藥之間。向上的彈藥的角度可以使得其被定向?yàn)樵趦?yōu)選壓裂面(0810)處相交于向上的起裂點(diǎn)(0811)。向下的彈藥的角度可以使得其被定向?yàn)樵趦?yōu)選壓裂面(0810)處相交于向下的起裂點(diǎn)(0812)。在另一優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，向上的彈藥以與井筒方向(0820)成52度的角度定向。如圖8(0800)一般性示出的，向上的彈藥(0804)與井筒方向(0820)成52度的角度。類似地，向上的彈藥(0806)與井筒方向(0820)成52度的角度(0807)。向上的彈藥與井筒方向(0810)的角度可以在1度至75度的范圍內(nèi)。在另一優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，向下的彈藥以與井筒方向成13度的角度(0808)定向。向下的彈藥與井筒方向(0810)的角度可以在1度至75度的范圍內(nèi)。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，向上的起裂點(diǎn)和向下的起裂點(diǎn)距離所述射孔槍(0800)的縱向軸線是等距的。例如，從向下的起裂點(diǎn)(0812)到交點(diǎn)(0813)的距離可以等于從向上的起裂點(diǎn)(0811)到所述交點(diǎn)(0813)的距離。應(yīng)當(dāng)注意，聚能彈藥的取向僅僅是為了說明的目的而示出的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以選擇使得彈藥在優(yōu)選壓裂面處相交的角度。

優(yōu)選壓裂面的優(yōu)選的示例性系統(tǒng)框圖(0900)

圖9(0900)示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的多個(gè)壓裂區(qū)域(0902)，其由定向的聚能彈藥壓裂、由在優(yōu)選壓裂面處相交的成角度定向的彈藥射孔。在區(qū)域被隔離后，槍串組件(gsa)被下降到井筒套管(0901)內(nèi)。如上所述的射孔槍系統(tǒng)利用在優(yōu)選壓裂面(0910)處相交的定向的彈藥對(duì)段進(jìn)行射孔。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，優(yōu)選壓裂面(0910)幾乎橫向垂直于井筒的方向(0920)。優(yōu)選壓裂面(0910)可以與橫向垂直的取向成微小的偏移角度。該微小的偏移角度可以在±45度的范圍內(nèi)。例如，壓裂面(0910)可以與井筒方向成80度的角度。在另一示例中，壓裂面(0910)可以與井筒方向成45度的角度。在另一示例中，壓裂面(0910)可以與井筒方向成90度的角度(橫向垂直)。利用繩索，將gsa從區(qū)域中的井筒拉出到下一個(gè)段，并以相似的方式進(jìn)行射孔，直到壓裂區(qū)域中的所有段都被射孔。然后在高壓下泵送壓裂流體，使得壓裂流體在優(yōu)選的射孔方向上最大程度地延伸壓裂。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，從井筒套管徑向地向外延伸的壓裂長度的程度可以為1000英尺。

優(yōu)選壓裂面射孔槍系統(tǒng)中優(yōu)選的起裂點(diǎn)的優(yōu)選的示例性系統(tǒng)框圖(1000)

如圖10(1000)中一般性示出的，可以更詳細(xì)地理解本發(fā)明，其中射孔槍連同多個(gè)聚能彈藥(1003、1004)一起被部署在井筒套管內(nèi)部。槍中的多個(gè)聚能彈藥一起在本文中可以稱為“簇”。雖然在圖10(1000)中示出了兩個(gè)彈藥，但是根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，簇可以包括四個(gè)成角度的彈藥。

如圖10(1000))中一般性示出的，優(yōu)選壓裂面(1010)可以橫向垂直于井筒方向(1020)。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，井筒方向(1020)可以與水平面成微小的角度。

根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，定向在優(yōu)選壓裂面處相交的每簇的有限數(shù)量的聚能彈藥，由于最小的彎曲度和最少的多個(gè)壓裂的發(fā)生而產(chǎn)生壓裂的更長的延伸。聚能彈藥的取向可以為使得當(dāng)射孔時(shí)，向上的彈藥(1003)在壓裂通道中產(chǎn)生優(yōu)選的向上的起裂點(diǎn)(1011)并且向下的彈藥(1004)在壓裂通道中產(chǎn)生優(yōu)選的向下的起裂點(diǎn)(1012)。根據(jù)優(yōu)選的示例性實(shí)施例，優(yōu)選的向上的起裂點(diǎn)(1011)和優(yōu)選的向下的起裂點(diǎn)(1012)可以位于相同的優(yōu)選壓裂面中。類似地，可以通過彈藥產(chǎn)生優(yōu)選的向上的起裂點(diǎn)(1002)和優(yōu)選的向下的起裂點(diǎn)(1005)，以產(chǎn)生針對(duì)高效的壓裂和最小彎曲度條件所期望的起裂長度。可以通過以期望的角度定向彈藥來定制優(yōu)選的起裂長度。例如，能夠使向上的彈藥(1003)成角度(1007)以在優(yōu)選壓裂面(1010)中引發(fā)優(yōu)選的起裂點(diǎn)(1011)。類似地，能夠使向下的彈藥(1004)成角度(1008)以在優(yōu)選壓裂面(1010)中引發(fā)優(yōu)選的起裂點(diǎn)(1012)。根據(jù)示例性實(shí)施例，可以在優(yōu)選壓裂面中的所選距離處產(chǎn)生優(yōu)選的起裂點(diǎn)，以便以最小的彎曲度有效地對(duì)壓裂通道進(jìn)行射孔。向上的彈藥和向下的彈藥可以相對(duì)于優(yōu)選壓裂面(1010)定向在1度至75度內(nèi)。根據(jù)示例性實(shí)施例，從優(yōu)選的向上的起裂點(diǎn)(1011)到縱向軸線的相交點(diǎn)(1013)的距離可以等于從優(yōu)選的向下的起裂點(diǎn)(1012)到縱向軸線的相交點(diǎn)(1013)的距離。向上的起裂點(diǎn)和向下的起裂點(diǎn)距離射孔槍的縱向軸線是等距的。在另一優(yōu)選的示例中，向上起裂點(diǎn)和向下起裂點(diǎn)距離井筒套管的中心線是等距的。在一些實(shí)例中，井筒套管的中心線和射孔槍的縱向軸線可以是相同的。在其他實(shí)例中，井筒套管的中心線可以高于射孔槍的縱向軸線。

定相井筒射孔的實(shí)施例的優(yōu)選示例性流程圖(1100)

如在圖11(1100)的流程圖中一般性示出的，通?？梢愿鶕?jù)以下步驟來描述利用成角度定向的聚能彈藥的優(yōu)選的示例性定相井筒射孔方法：

(1)將射孔槍與多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)以及多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)定位在井筒殼體中(1101)；

(2)將多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)和多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)定向在期望的方向上(1102)；以及

(3)利用多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)和多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)射孔到含烴地層中，使得多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)和多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)在優(yōu)選壓裂面(1103)處相交。

系統(tǒng)概述

本發(fā)明系統(tǒng)預(yù)期在井筒套管中的定相射孔槍定向系統(tǒng)的基本主題的廣泛多樣的變型，所述系統(tǒng)包括多個(gè)向上定向的聚能彈藥(向上的彈藥)和多個(gè)向下定向的聚能彈藥(向下的彈藥)，其中：

向上的彈藥中的至少一個(gè)被配置為在對(duì)于井筒套管的方向成角度的向上方向上定向；

向下的彈藥中的至少一個(gè)被配置為在對(duì)于井筒套管的方向成角度的向下方向上定向；以及

當(dāng)射孔時(shí)，多個(gè)向上的彈藥和多個(gè)向下的彈藥被配置為在優(yōu)選壓裂面中相交；優(yōu)選壓裂面橫向地垂直于井筒套管的取向。

該通用系統(tǒng)概述可以通過本文所述的各種元件來擴(kuò)充，以產(chǎn)生符合該整體設(shè)計(jì)描述的廣泛多樣的發(fā)明實(shí)施例。

方法概述

本發(fā)明方法預(yù)期實(shí)施例的基本主題的廣泛多樣的變型，但是能夠?qū)⑵涓爬橄蘖鞫ㄏ嗌淇讟尫椒?，其中該方法在包括多個(gè)向上定向的聚能彈藥(向上的彈藥)和多個(gè)向下定向的聚能彈藥(向下的彈藥)的定向射孔槍系統(tǒng)上執(zhí)行，其中：

至少一個(gè)向上的彈藥被配置為在對(duì)于井筒套管的方向成角度的向上方向上定向；

至少一個(gè)向下的彈藥被配置為在對(duì)于井筒套管的方向成角度的向下方向上定向；以及

當(dāng)射孔時(shí)，多個(gè)向上的彈藥和多個(gè)向下的彈藥被配置為在優(yōu)選壓裂面中相交；優(yōu)選壓裂面橫向垂直于井筒套管的取向：

其中，所述方法包括以下步驟：

(1)將射孔槍與多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)和多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)定位在井筒套管中；

(2)將多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)和多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)定向在期望的方向上；以及

(3)利用多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)和多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)射孔到含烴地層中，使得多個(gè)向上的彈藥中的至少一個(gè)和多個(gè)向下的彈藥中的至少一個(gè)在優(yōu)選壓裂面處相交。

該一般方法概述可以通過本文所述的各種元件來擴(kuò)充，以產(chǎn)生符合該整體設(shè)計(jì)描述的廣泛多樣的發(fā)明實(shí)施例。

系統(tǒng)/方法變型

本發(fā)明預(yù)期石油和天然氣開采的基本主題的廣泛多樣的變型。先前提出的示例不代表可能的用途的整個(gè)范圍。所述示例旨在引用幾乎無限可能性中的幾個(gè)。

該基本系統(tǒng)和方法可以利用各種輔助實(shí)施例來擴(kuò)充，包括但不限于：

·其中多個(gè)向上的彈藥被等距地隔開的實(shí)施例。

·其中多個(gè)向下的彈藥被等距地隔開的實(shí)施例。

·其中射孔槍包括一個(gè)向上的彈藥和一個(gè)向下的彈藥的實(shí)施例。

·其中射孔槍包括兩個(gè)向上的彈藥和兩個(gè)向下的彈藥的實(shí)施例。

·其中向上的彈藥被配置為在優(yōu)選壓裂面中的向上的起裂點(diǎn)處相交；向下的彈藥被配置為在優(yōu)選壓裂面中的向下的起裂點(diǎn)處相交；并且向上的起裂點(diǎn)和向下的起裂點(diǎn)距離射孔槍的縱向軸線等距的實(shí)施例。

·其中多個(gè)向下的彈藥定位在多個(gè)向上的彈藥之間的實(shí)施例。

·其中至少一個(gè)向上的彈藥方向與井筒套管方向之間的角度為1度到75度的實(shí)施例。

·其中至少一個(gè)向下的彈藥方向與井筒套管方向之間的角度為1度到75度的實(shí)施例。

·其中至少一個(gè)向上的彈藥方向與井筒套管方向之間的角度是52度的實(shí)施例。

·其中至少一個(gè)向下的彈藥方向與井筒套管方向之間的角度是13度的實(shí)施例。

·其中多個(gè)向上的彈藥和多個(gè)向下的彈藥交替地定位在射孔槍中的實(shí)施例。

·其中至少一個(gè)向上的彈藥與優(yōu)選壓裂面之間的角度為1度到75度的實(shí)施例。

·其中至少一個(gè)向下的彈藥與所述優(yōu)選壓裂面之間的角度為1度到75度的實(shí)施例。一個(gè)實(shí)施例，其中：

至少一個(gè)向上的彈藥與優(yōu)選壓裂面之間的角度是13度；

至少一個(gè)向上的彈藥與優(yōu)選壓裂面之間的角度是35度；

至少一個(gè)向下的彈藥與優(yōu)選壓裂面之間的角度是13度；并且

至少一個(gè)向下的彈藥與優(yōu)選壓裂面之間的角度是35度。

·其中井筒套管水平取向的實(shí)施例。

·其中井筒套管方向與水平方向成角度的實(shí)施例。

·其中聚能彈藥利用轉(zhuǎn)動(dòng)件來定向；該轉(zhuǎn)動(dòng)件內(nèi)部連接到所述槍的實(shí)施例。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，基于上述發(fā)明描述中教導(dǎo)的元件的組合，其他實(shí)施例是可能的。

結(jié)論

公開了一種用于在偏斜/水平的井筒中精確射孔的限流射孔定向槍系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)/方法包括部署在井筒中的具有聚能彈藥簇的槍串組件(gsa)。彈藥被間隔開并且成角度，使得在射孔時(shí)，所述彈藥在優(yōu)選壓裂面處相交。在壓裂時(shí)，裂縫從井筒的向上和向下的位置開始于與井筒垂直的優(yōu)選壓裂面中的最小主應(yīng)力位置處。之后，裂縫圍繞井筒在優(yōu)選壓裂面中徑向連接。在優(yōu)選壓裂面中的壓裂處理為了裂縫的更長延伸而產(chǎn)生具有最小扭曲度的路徑，其實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)期間的高效的石油和天然氣流速。