專利名稱：用于酸化作業的聚能射孔彈的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及在井下應用中使用的射孔器，更具體而言，涉及一 種用于在井內產生目標地層區中的射孔孔道的聚能射孔彈，其中目標地層
區將被酸化。
背景技術：
為了完成一口井，對鄰近井眼的一個或多個地層區射孔以允許流體從
該地層區流入生產用井直至地表(surface)或者允許將注入液用于該地層 區。可以將射孔槍管銜string)下放到井中，并且一個或多個槍射擊而在套 管中形成開口，并且使射孔延伸到周圍地層中。
本發明的各個實施方案涉及射孔彈和用于產生改善的射孔孔道的射 孔方法。
發明內容
在一個方面中，在此公開的實施方案涉及聚能射孔彈。根據本發明的 一個實施方案的聚能射孔彈包含彈殼(charge case);被設置在彈殼內部的炸 藥；以及用于將炸藥保持在彈殼中的襯套，其中襯套包含可用流體溶解(或 另外反應)的材料，其中所述流體是下列之一酸或酸化基體、壓裂液或完 井液。
在另一個方面中，本發明的實施方案涉及用于在井內射孔的方法。根 據本發明的一個實施方案的用于在井內射孔的方法包括(l)將射孔槍設置 在井中，其中射孔槍包含聚能射孔彈，所述聚能射孔彈具有彈殼、被設置 在彈殼內部的炸藥以及用于將炸藥保持在彈殼中的襯套，其中襯套包含可 用酸或酸化基體、壓裂液或完井液溶解(或另外反應)的材料；(2)引爆聚能 射孔彈以在地層區中形成射孔孔道，并且將藥柱襯套殘留物留在射孔孔道
內(在井和尖端上)；(3)進行下列中的一個將酸或酸化基體泵送到井下； (ii)將壓裂液泵送到井下；(iii)或者使完井或井眼液循環到井下以接觸在射 孔孔道中的藥柱襯套殘留物；以及(4)允許使用酸或酸化基體、壓裂液或完 井液溶解(或另外反應)組成襯套的材料。
在備選的實施方案中，在泵送作業之前，使射孔孔道喘振(surge)(例如， 通過在最接近射孔孔道的井中產生動態欠平衡)以從射孔孔道的壁上除去 藥柱襯套殘留物。在這些實施方案中，泵送作業針對從射孔孔道的尖端除 去藥柱襯套殘留物。
從下列描述和后附權利要求中，本發明的其它方面和優點將變得明顯。
圖l顯示了射孔作業，說明了被設置在井中的射孔槍。
圖2顯示了根據本發明的實施方案的用于射孔作業的聚能射孔彈。
圖3顯示了說明使用根據本發明的實施方案的射孔槍產生的射孔的圖。
圖4顯示了說明使用根據本發明的實施方案的聚能射孔彈產生的射孔 和孔道的圖，其中所述孔道具有殘留在孔道的壁和尖端的藥柱襯套殘留
圖5顯示了說明根據本發明的實施方案從孔道的壁上除去藥柱襯套殘 留物并且除去在孔道的尖端殘留的藥柱襯套殘留物的圖。圖5A說明了在具 有阻塞的尖端區域的射孔孔道中的注入流場。圖5B說明了在清潔的射孔孔 道中的注入流場。
圖6-9顯示了根據本發明各個實施方案的用于對井射孔的方法。
具體實施例方式
在下列描述中，闡述了許多詳情以提供本發明的理解。然而，本領域 技術人員應該理解可以在不使用這些詳情的情況下實踐本發明，并且所述 的實施方案的諸多變化或修改是可以允許的。
在本說明書和后附權利要求中使用術語"連接(connect)"、"連接
(connection)"、"連接的"、"與.....連接"和"連接(connecting)"表示"與直
接連接"或"通過另一個元件與.......連接"；并且使用術語"組"表示"一個元
件"或"多于一個的元件"。如在此所用，在本說明書中使用術語"上"和"下"、 "上部"和"下部"、"向上"和"向下"、"上游"和"下游"、"上面"和"下面"以 及表示在給定的點或元件上面或下面的相對位置的其它類似的術語以更 清楚地描述本發明的一些實施方案。而且，術語"處理流體"包括輸送到地 層中以促進生產的任何流體，包括但不限于壓裂液、酸、凝膠、泡沫或其 它增產處理流體。而且，存在各種類型的射孔槍。 一種類型的射孔槍包含 被安裝在處于各種圖案形式的帶上的彈座式彈藥。通過彈筒(container)或 彈座防止彈座式彈藥免受惡劣的井眼環境。另一種類型的射孔槍包含裝載 到保護用密封傳送管(cairier)中的非彈座式聚能射孔彈。這些射孔槍有時被 稱作有槍身射孔器。這些有槍身射孔器的非彈座式聚能射孔彈可以被安裝 在容納于傳送管內部的裝載管中，其中每一個聚能射孔彈連接到導爆索 上。當激活時，在導爆索中引發爆炸波而射出聚能射孔彈。在有槍身射孔 器中，彈藥經由傳送管射出到周圍的套管地層中。盡管描述了本發明的用 于傳送管式槍系統的聚能射孔彈的實施方案，但是預期本發明的其它實施 方案包括彈座式槍系統。
在對井的地層段射孔之后，有時必需或需要將流體泵送到井中以接觸 地層。這種流體的一個實例是用于井酸化作業的酸。井酸化對于石油工程 領域的技術人員是熟知的術語，并且包括各種技術，如"酸洗"、"酸壓裂" 和"基巖酸化"。酸洗包括將酸泵送到井眼中以除去近井地層損害和其它損 害物質。這種方法通常通過增加有效井半徑提高產量。當在高于將地層壓 裂所需的壓力的壓力下進行時，通常將該方法稱作酸壓裂。在酸壓裂作業 中，流動的酸趨向于以不均勻的方式侵蝕地層的壓裂面，從而在裂隙閉合 后形成在沒有支撐劑的情況下保持張開的傳導通道。最后，基巖酸化包括 使用含有反應性酸的增產處理液處理儲層地層。例如，在砂巖地層中，所 述酸與地層基巖中的可溶性物質反應而擴大孔隙空間，并且在碳酸鹽地層 中，所述酸溶解全部地層基巖。在每一種情況下，基巖酸化處理提高地層 滲透性使得能夠提高儲層流體的產量。理想地以高的速率，而在低于地層 的壓裂壓力的處理壓力下進行基巖酸化作業。這允許酸滲透到地層中，并
且擴大處理的深度，同時避免對儲層地層的損壞。所用的酸的實例包括但 不限于鹽酸、氫氟酸、乙酸和甲酸。
在另一個實例中，可能必需或需要的是在水力壓裂作業中將壓裂液泵 送到井中。壓裂是一種用于在目標地層中實現提高的產量的井增產方法。 通常，由于自流的限制，目標地層表現不佳。在壓裂作業中，將壓裂液在 足夠高的壓力下泵送到井中以實際上將目標地層壓裂。 一旦壓裂，就將支 撐劑(例如砂或陶瓷材料)加入流體中并且注入裂隙中以支撐開這些裂隙。 這允許烴更自由地流入井眼中。 一旦將支撐劑置于裂隙中，壓裂液就流出 地層和井，從而將支撐劑留在地層內。這產生了在井和地層之間的高傳導 性的流動通道。所用的壓裂液的實例包括但不限于水或酸(如上述那些)。
在又一個實例中，由于各種原因，可能必需或需要的是將流體注入回 到在被選擇的地層段的儲層中。例如，可能的目的是將流體(例如，海水或 分開的氣體)注入儲層中以保持儲層壓力。注入液的實例包括但不限于水或 海水。
在又一個實例中，可能必需或需要的是將完井液泵送到井中。完井液 是用于"完成"油或氣井的沒有固體的液體。將這種流體置于井中以促進在 開始生產之前的最終作業，如安裝生產濾管、封隔器、井下閥門或將射孔 射入生產區中。該流體意在控制井下裝置將出故障的井，而不損害生產地
層或完井組件(components)。完井液典型為鹽水(氯化物、溴化物和甲酸鹽)， 但是理論上可以是適當的密度和流動特性的任何流體。該流體應該與儲層 地層和流體在化學上相容，并且典型地將其過濾至高的程度以避免將固體 引入近井眼區中。
總體上，本發明涉及一種聚能射孔彈、射孔系統和用于在下套管或裸 (即無套管的)井眼中射孔的方法。根據本發明的一個實施方案的聚能射孔 彈包含彈殼；被設置在彈殼內部的炸藥；和用于將炸藥保持在彈殼中的襯 套，其中襯套包含可用流體溶解(或另外反應)的材料，其中所述流體是下 列之一酸、壓裂液、注入液或完井液。可以用于形成藥柱襯套的溶解性 材料的實例包括粉末狀金屬，如鐵、鎂、鋅和鋁以及它們的任何合金或 組合。可以在酸化作業中用于溶解任何藥柱襯套殘留物的酸包括但不限于 "鹽酸、氫氟酸、乙酸和甲酸。可以在壓裂作業中用于溶解任何藥柱襯套
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殘留物的壓裂液包括但不限于酸，如鹽酸和氫氟酸。可以被泵送到地層 段中以溶解任何藥柱襯套殘留物的注入液包括但不限于水或海水。可以 被循環到地層段附近以溶解任何藥柱襯套殘留物的完井液包括但不限于 鹽水。
參考圖l，在鉆出井ll之后，通常將套管12下到井11中，并且向井ll 注水泥以保持井整體性。在將套管12在井11中注水泥之后，可以對鄰近關
注的地層區(例如，目標井區13)的套管12的一個或多個部分射孔以允許流
體從地層區流入生產用井中直至地面或允許將注入液用于地層區。為了對 套管部分射孔，可以將射孔槍管柱下放到井ll中至需要的深度(例如，在目
標區13)，并且一個或多個射孔槍15射擊以致在套管中產生開口，并且使射 孔延伸到周圍的地層16中。然后在帶射孔的地層中的產液流過射孔和套管
開口，進入井眼中。
通常，在纜繩17 (例如，測井電纜、e-纜繩、鋼絲、撓性管等)上將射 孔槍15(其包含槍傳送管和被安裝在槍傳送管上或中的聚能射孔彈或者備 選地包含密封的彈座式彈藥)通過管道系統或其它管道下放至需要的地層 段。可以將在射孔槍中攜帶的彈藥定相以在井眼圓周圍的多個方向上射 擊。備選地，可以將彈藥在直線上對準。當射擊時，彈藥產生在周圍的套 管中形成孔的射孔射流以及使射孔孔道延伸到周圍的地層中。
參考圖2，根據本發明的聚能射孔彈20包含外殼(彈殼)21,所述外殼 21作為被設計成將爆炸炸藥的爆炸力保持得足夠久以形成射孔射流的密 封殼。用于制造彈殼的材料可以包括鋼或其它堅固的金屬。主藥包(炸藥) 22容納于彈殼21內部，并且被安置在彈殼的內壁和襯套23之間。起爆藥包 柱24(或其它的彈道傳遞元件(ballistic transfer element)是提供在主藥包22 和導爆索25之間的爆炸連接的敏感區，該敏感區連接到聚能射孔彈的一 端。可以用于各種爆炸組分(例如炸藥、導爆索和助爆藥)的炸藥22的實例 包括RDX(環三亞甲基三硝胺或六氫-l，3,5-三硝基-l,3,5-三嗪)、HMX(環四 亞甲基四硝胺或l,3，5，7-四硝基-l,3,5,7-四氮雜環辛烷)、TATB(三氨基三硝 基苯)、HNS(六硝基芪)等。
為了使聚能射孔彈爆炸，經由導爆索25傳播的爆炸波在其經過時引發 起爆藥包柱24，轉而引發主藥包22的爆炸以產生掃過聚能射孔彈的爆炸
波。襯套23在主藥包的爆炸力下崩塌。
參考圖3和4，來自崩塌的襯套23的材料形成射孔射流28，該射孔射流 28射穿聚能射孔彈的前部，并且穿透套管12和下伏地層16以形成射孔的孔 道(或射孔孔道)40。在鄰近射孔孔道40的表面區，沉積了來自藥柱襯套23 的殘留物30的層。藥柱襯套殘留物30包含沉積在射孔孔道40的壁上面的 "壁"殘留物30A和沉積在射孔孔道40的尖端的"尖端"殘留物30B。
因為儲層流體可以在殘留物周圍或者甚至穿過殘留物流動并且進入 射孔孔道，所以通常認為藥柱襯套殘留物對生產率不是有害的(但是毫無疑 問更清潔的孔道將產生提高的生產率，因此除去藥柱襯套殘留物應該至少 在一定程度上產生提高的生產率)。然而，通常認為在射孔孔道中的藥柱襯 套殘留物對注入能力是有害的。例如，參考圖4和5，注入壓力可能將藥柱 襯套殘留物30(和其它孔道碎片)擠壓到孔道40的尖端區30B，從而使其不可 滲透，因此減少暴露于流體滲透中的孔道表面。其后果之一是對于給定的 流速，注入壓力增加。第二個后果是如圖5A中所示，改變了滲透流體的流 場。未變化的(即優選的)流場示于圖5B中。這些機制可能導致增加的泵送 功率需求和/或小于最佳的井性能。孔道填塞所造成的問題可能負面影響任 何注入作業-如基巖酸化、水力壓裂或用于改善回收或存儲(水、蒸汽、C02 等)的長時間注入。
根據本發明的實施方案，聚能射孔彈(彈座式彈或其它射孔彈)包含由 在溶解流體(例如，酸、注入液、壓裂液或完井液)的存在下可溶解的材料(例 如，金屬)制成的襯套。結果，在爆炸后射孔孔道中(特別是，在孔道的尖 端區)殘留的任何襯套殘留物可以溶解于溶解流體中，并且將不再對注入作 業有害。重要的是瞄準用于藥柱襯套的材料以符合其中襯套材料在存在下 是可溶解的溶解流體。
參考圖1和2，本發明的其它實施方案包括射孔系統，所述射孔系統包 含:(1)射孔槍15(或槍管柱)，其中每一個槍可以是傳送管射孔槍(如所示的) 或彈座式射孔槍(沒有顯示)；和(2)裝載到射孔槍15(或槍管柱的每一個槍) 中的一個或多個改進的聚能射孔彈20，每一射孔彈具有由在溶解流體的存 在下可溶解的材料制成的襯套23(如在上述實施方案中所述)；和(3)輸送機 構17，所述輸送機構17用于將射孔槍15(或槍管柱)部署在井眼11中以將所
述聚能射孔彈20的至少一個對準到目標地層段13中，其中所述輸送機構可 以是測井電纜、鋼絲、管道或其它常規的射孔部署結構；和(4)被選擇的溶 解流體，所述流體具有與襯套材料對應的性能使得襯套材料在這種流體的 存在下是可溶解的(如在上述實施方案中所述)。
在另一個方面中，本發明的實施方案涉及用于在井中射孔的方法。圖 6-9說明了在井眼中實現改善的射孔的各種方法。
參考圖6，用于在井中射孔的方法包括:(l)將射孔槍設置在井中，其中 射孔槍包含聚能射孔彈，所述聚能射孔彈具有彈殼、被設置在彈殼內部的 炸藥以及用于將炸藥保持在彈殼中的襯套，其中襯套包含可用酸、注入液、 壓裂液或完井液溶解的材料；(2)使聚能射孔彈爆炸以在地層區中形成射孔 孔道，并且將藥柱襯套殘留物留在射孔孔道內(在井和尖端上)；(3)進行下 列中的一個(i)將酸泵送到井下；(ii)將壓裂液泵送到井下；(iii)將注入液泵 送到井下；或(iv)使完井或井眼液循環到井下以接觸在射孔孔道中的藥柱 襯套殘留物；以及(4)允許使用酸、注入液、壓裂液或完井液溶解組成襯套 的材料。在這種作業之后，可以將處理流體注入地層中和/或可以產生地層。 在備選的實施方案中，可以將流體(例如，產生的水)注入地層中以進行存 儲。
在備選的實施方案中，如在圖7-9中所示，在泵送作業之前，使射孔 孔道喘振(例如，通過在最接近射孔孔道的井中產生動態欠平衡)以從射孔 孔道的壁上除去藥柱襯套殘留物。在這些實施方案中，泵送作業針對從射 孔孔道的尖端除去藥柱襯套殘留物。
盡管描述了本發明關于對下套管的井眼射孔的某些實施方案，但是預 期其它實施方案可以用于裸眼或"無套管的"井的改善的射孔。而且，盡管 上述射孔彈的一些實施方案包含改進的聚能射孔彈，但是預期其它實施方 案包含改進的彈座式彈藥或用于對井眼地層射孔的任何彈藥。
可以使用本領域中己知的任何方法制備根據本發明的實施方案的聚 能射孔彈襯套，包括l)澆鑄方法；2)成型方法，如粉末冶金技術、熱加工 技術和冷加工技術；3)機械加工方法；和4)其它技術，如研磨和金屬化。 本發明的聚能射孔彈可以使用現有的裝置制造，并且可以使用現有的技術 部署。 盡管描述了本發明的少數實施方案，但是受益于本公開內容，本領域 技術人員應該理解可以設計不偏離在此公開的本發明的范圍的其它實施 方案。因此，本發明的范圍應該只受到后附權利要求書的限制。
權利要求
1. 一種聚能射孔彈，其包含:外部彈殼；內部襯套，其中所述襯套包含可溶解于被選擇的流體中的材料；和被保持在所述彈殼和所述襯套之間的炸藥材料。
2. 權利要求l所述的聚能射孔彈，其中所述襯套包含的材料是選自鐵、 鎂、鋅、鋁以及它們的任何合金或組合中的至少一種。
3. 權利要求l所述的聚能射孔彈，其中所述被選擇的流體是選自酸、 壓裂液、注入液和完井液中的至少一種。
4. 權利要求3所述的聚能射孔彈，其中所述酸是選自鹽酸、氫氟酸、 乙酸和甲酸中的至少一種。
5. 權利要求3所述的聚能射孔彈，其中所述壓裂液是選自水、鹽酸、 氫氟酸、乙酸和甲酸中的至少一種。
6. 權利要求3所述的聚能射孔彈，其中所述注入液是選自水和海水中 的至少一種。
7. 權利要求3所述的聚能射孔彈，其中所述完井液是鹽水。
8. —種用于對井眼射孔的系統，其包含 適合容納至少一枚聚能射孔彈的射孔槍；用于裝載到所述射孔槍中的聚能射孔彈，所述聚能射孔彈包含(i)外 部彈殼；(ii)內部襯套，其中所述襯套包含可溶解性材料；和(iii)被保持在 所述彈殼和所述襯套之間的炸藥材料；輸送機構，用于將所述射孔槍部署在所述井眼中，以使所述聚能射孔 彈最接近所述井眼內的地層段；和被選擇的流體，用于在射孔作業后被泵送與所述地層段接觸，其中所 述聚能射孔彈的所述內部襯套的所述可溶解性材料可溶解于所述被選擇 的流體中。
9. 權利要求8所述的系統，其中所述聚能射孔彈的所述襯套包含的材 料是選自鐵、鎂、鋅、鋁以及它們的任何合金或組合中的至少一種。
10. 權利要求8所述的系統，其中所述被選擇的流體是選自酸、壓裂液、 注入液和完井液中的至少一種。
11. 權利要求10所述的系統，其中所述酸是選自鹽酸、氫氟酸、乙酸 和甲酸中的至少一種。
12. 權利要求10所述的系統，其中所述壓裂液是選自水、鹽酸、氫氟 酸、乙酸和甲酸中的至少一種。
13. 權利要求10所述的系統，其中所述注入液是選自水和海水中的至 ，一一禾中。
14. 權利要求10所述的系統，其中所述完井液是鹽水。
15. —種用于在井中對地層段射孔的方法，所述方法包括 將聚能射孔彈設置在最接近所述地層段的所述井中，其中所述聚能射孔彈包含由可溶解性材料形成的襯套；引爆所述聚能射孔彈，以在所述地層段中形成射孔孔道并且在所述射 孔孔道中沉積襯套殘留物；選擇適合溶解所述襯套殘留物的流體；和使用所述流體溶解所述襯套殘留物。
16. 權利要求15所述的方法，其中形成所述襯套的可溶解性材料是選 自鐵、鎂、鋅、鋁以及它們的任何合金或組合中的至少一種。
17. 權利要求15所述的方法，其中所述流體是選自酸、壓裂液和完井 液中的至少一種。
18. 權利要求17所述的方法，其中所述酸是選自鹽酸、氫氟酸、乙酸 和甲酸中的至少一種。
19. 權利要求17所述的方法，其中所述壓裂液是選自水、鹽酸、氫氟 酸、乙酸和甲酸中的至少一種。
20. 權利要求17所述的方法，其中所述注入液是選自水和海水中的至 少一種。
21. 權利要求17所述的方法，其中所述完井液是鹽水。
22. 權利要求15所述的方法，其中溶解所述襯套包括 泵送所述流體與所述射孔孔道接觸，以從所述射孔孔道的壁區和尖端區溶解所述襯套殘留物。
23.權利要求15所述的方法，所述方法還包括使所述射孔孔道喘振，以從所述射孔孔道的壁區除去襯套殘留物，并且其中溶解所述襯套包括泵送所述流體與所述射孔孔道接觸以從所述 射孔孔道尖端區溶解所述襯套殘留物。
全文摘要
聚能射孔彈包含彈殼；被設置在所述彈殼內部的炸藥；以及用于將所述炸藥保持在所述彈殼中的襯套，其中所述襯套由可用被選擇的溶解流體(例如，酸、酸基體、注入液、完井液和/或井眼液)溶解的材料制備。用于在井內射孔的方法包括下列步驟將射孔槍設置在井中，其中所述射孔槍包含聚能射孔彈，所述聚能射孔彈具有彈殼、被設置在所述彈殼內部的炸藥以及用于將所述炸藥保持在所述彈殼中的襯套，其中所述襯套由可用被選擇的溶解流體溶解的材料制備；引爆所述聚能射孔彈以在地層區中形成射孔孔道；以及使組成所述襯套的材料暴露于所述被選擇的溶解流體。
文檔編號E21B43/119GK101382060SQ20081009190
公開日2009年3月11日 申請日期2008年4月10日 優先權日2007年9月7日
發明者伊恩·沃爾頓, 勞瑞·貝爾曼, 布倫登·格魯沃 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司