CN105793519A - 使用螺旋射孔重新打开开采层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油工业并可用于在复杂地质条件下通过更完全地处理地层改善石油回收。使用螺旋射孔用于重新打开开采层的方法涉及射孔，这通过沿着井轴线移动射孔器并且同时围绕射孔器的轴线旋转来执行，从而形成射孔孔道；在所产生的射孔是螺旋体形式的条件下选择射孔器的旋转和移动的速度，其中，在待处理的地层中形成中空空间；其中，射孔器是液压射孔附件形式的(液压射孔器)，所产生的螺旋体的螺距是10cm，螺旋体的螺距包括间隙最大高度的0.7。由于小的螺旋体的螺距，射孔孔道可以在地层中彼此连接，并且具有大于0.5m半径的柱形挖掘开口形成在围绕柱形体的空间中。从地层到孔的液体过滤区域比开口孔轴中大5倍，因此，使表皮系数降低至地层的液压压裂且不会破坏地层顶部和底部的水平或降低至地层内的屏障。本发明允许形成半径超过0.5m的敞开的井面(腔体)并且减小过滤阻力，从而降低由地层中的液压压裂导致的“停工”的风险并且提高过滤效率。

Description

使用螺旋射孔重新打开开采层的方法

技术领域

本发明属于石油工业并且可以用于在复杂的采矿和地质条件下通过地层的产量(formations’yielding)最大限度地提高石油产量。

背景技术

最常使用的开采层(productionformation)的重复完井(repeatedcompletion)的方法如下：枪火式射孔(gun-fireperforation)、累积射孔、钻孔和磨料射流射孔(abrasivejetperforation)以及地层的液压压裂(原油层和重复油层的完井质量的增强/N.A.彼得罗夫、V.G.苏丹诺夫、I.N.达维多娃、G.V.康妮瑟夫；G.V.康妮瑟夫编辑，圣彼得堡，内德拉有限责任公司，2007，p.548(Enhancementofprimaryandrepeatedoilformations’completionquality/N.A.Petrov,V.G.Sultanov,I.N.Davydova,G.V.Konesev；undertheeditorshipofProfessorG.V.Konesev.St.Petersburg,NedraLLC,2007,p.548))。

目前，累积射孔是最普遍的，因为累积射孔在任何条件下都是十分容易实施的。尽管这样，容易实施并不意味着效率最佳。例如，枪火式射孔、累积射孔、钻孔和磨料射流射孔属于点式(即，在某一点处发生地层的完井(在井壁上射孔))，并且是为了提高连接质量，所以必须通过这种方法执行地层的多重完井(multiplecompletionofaformation)。

根据完井的质量的下一等级是一种磨料射流射孔-槽式磨料射流射孔，其在平面(竖直或水平)中执行地层完井。这种地层的完成与井的水泥石料最不相关的并且由于其允许获得干净的孔道而为地层提供了很好的连接(液压机械式槽式射孔处理控制的技术支持和方法的发展，作者论文的摘要支持技术科学的候选项的科学程度(技术科学的博士)，S.V.纳扎罗夫，2005(Developmentoftechnicalsupportandmethodsofhydro-mechanicalslot-typeperforationprocesscontrol.Author'sabstractofdissertationinsupportforscientificdegreeofCandidateofTechnicalSciences(Ph.D.inTechnicalSciences).S.V.Nazarov,2005))。存在很多这种重复的地层的完井的变形，这种重复的地层的完井将生产管柱的机械完井与叶片、钻头和过滤孔道和槽的管柱和切割的完全液压完成两者相结合。这种方法的缺点是仅在一个、两个或三个竖直面(根据喷射嘴的数量)中获得与地层很好的连接。

现在，允许在地层与井之间获得最大液力连接的重复地层完井的方法是地层的液压压裂(提高井与开采层的液力连接的方法(RU2485296、МПКE21B43/16，出版于2013年6月20日)(Themethodofimprovinghydrodynamicconnectionofthewellwiththeproductionformation(RU2485296,МПКE21B43/16,publishedon20.06.2013)))。由于其高效率，这种技术变得非常普遍使用，但是，这种技术以及狭缝式磨料射流射孔使得地层完井平面定向(竖直或水平)。此外，由于液压压裂的裂纹具有长的竖直长度并且能够延伸到开采层以外，因此这种技术在复杂的采矿和地质条件下(存在气帽或有源底水)适用性存在限制。因此，该技术的主要缺点是开采层与其他含水或含气地层之间的井中的厚含水土层的基本可用性，从而会阻止破裂裂纹传播至其他地层。

由于这种技术允许在复杂的采矿和地质条件下工作并且具有改善潜力，所以采用槽液压地层钻井的技术作为实现液力连接质量最大化的技术的基础。

最近，在这个领域中存在很多种槽形成方法，但几乎它们中所有都限于在连续模式下切割竖直槽(RU2282714、МПКЕ21В43/114，出版于2006年8月27日)、或在连接地层中的槽的周期模式下(RU2365742、МПКЕ21В43/11，公布于2009年8月27日)的切割竖直狭槽。

当射孔器行进到井中给定深度时，且射孔器随后向上移动并且在套管柱/生产管柱的井中用可更换圆盘刀具切割槽时，通过狭槽射孔开采层的完井的方法也是众所周知的(RU2397317、МПКЕ21В43/112，公布于2010年8月20日)。通过相对于彼此定位的槽型区域以围绕管柱的轴线沿着螺旋线的预定螺距在井断面中进行射孔。通过在按照预定轨道制造的槽的平面中移动刀具轴线且同时射孔器相对于套管柱在竖直方向上往复运动来在每个区域上形成槽。基于开采层完井的设计条件选择射孔器移动的速度。这种方法的缺点是圆盘刀具行进的长度对射孔高度和深度的局限性。

以下可被认为是所提出的方法的最接近的类似解决方案(专利RU2393341、МПКЕ21В43/114，公布于2010年6月27日)“液压机械式槽射孔器”。这个专利的作者就要找到体积油井射孔的解决方案并且建议以纵轴线的某一角度安装射孔器的螺纹钻头用于获得螺旋槽。这个作者的目的是形成这样的槽，其能够允许套管柱经受住水平岩石成分以防止管柱压垮。最终，作者确认装置允许井装配有延伸交叉的孔道的系统。该方法的缺点是孔道的可用性；具体地，形成槽非去除接触的区域中的矿石，即，出现沿着螺旋的地层完井并且在渐开线中其是平面的变形，这导致在流体从地层过滤到井的过程中出现另外的过滤阻力。

发明内容

本发明要解决的问题是为地层流体过滤到井中创造最大可能的尺寸的孔道。

通过使用所提出的方法实现的技术成果是形成半径超过0.5m的井开口底孔(腔体)，从而减小过滤阻力、减小在地层的液压压裂过程中“停工(shutdown)”风险的程度并且提高过滤效率。

由于通过沿着井轴线移动射孔器并且同时使射孔器绕井轴线进行旋转，以形成射孔孔道，从而实现了特定的技术效果，条件是基于应该为螺旋体的射孔的条件，选择射孔器移动和旋转的速度，以在处理的地层中形成空的空间，在这种情况下，液压射孔帽(液压射孔器)用作射孔器并且所获得的螺旋体(helicoid)的螺距是10cm，其中螺旋体的螺距是最大槽高度的0.7。由于螺旋体的小螺距，射孔孔道在地层中彼此相连并且在套管柱环隙中形成半径超过0.5m的柱形开采作业。流体从地层过滤到井的区域是敞口井孔的5倍，这导致表皮系数(skinfactor)减少到地层的液压压裂的水平且不会破坏地层顶部或底部或地层内部的桥。

附图说明

图1是在切割单独的螺旋槽/射孔孔道的情况下井底孔区域的截面图(螺距>槽高度)；

图2是在将接合的螺旋槽/射孔孔道切割成接合的空的空间的情况下井底孔区域的截面图(螺距>0.7槽高度)。

具体实施方式

螺旋射孔(helicoidperforation)允许全部体积的地层完井，而不仅仅在一个点(累积射孔、水压射孔)处或者在一个平面(狭缝射孔、地层的液压压裂)处。螺旋射孔包括液压射孔器(液压射孔帽)和能使射孔器沿着井轴线移动并使射孔器旋转的机构。可以通过三种可能的方法使液压射孔器沿着井轴线旋转和移动：液压、机械以及机械液压。

液压法。存在允许使用井下装置提升底孔液压射孔器来使液压射孔器竖直移动的设备(专利RU2175378、МПКЕ21В43/114，公布于2001年10月27日)。使用于提升射孔器的井下装置与用于旋转的驱动器-VG-1(俄国：ВГ-1)井下旋转器结合(用于磨料射流射孔和地层完井的临时说明.莫斯科，1967，全联合科学研究学院，第5页、第33页)，允许液压射孔器的喷嘴形成螺旋体并且对所需构造执行射孔。为了控制螺旋体螺距(helicoidpitch)，滑阀装置安装在针对每个具体情况进行调节所需的两个装置之间。由于液压法取决于压差，而压差会在矿石切割过程中剧烈变化，并且所安装的滑阀装置允许获得平均螺距值，所以液压法的缺点在于螺旋体螺距值的控制是复杂的。

机械法。存在用于执行结合有用硬螺纹钻头(threadingroller，螺旋滚子)切割的套管柱金属功能的螺旋槽式液压射孔(screwslot-typehydraulicperforation)的设备。专用设备的缺点是在接触的区域内形成槽，而不是完全去除矿石。这个问题的解决方案是准确计算旨在封闭螺旋槽(screwslot)的射孔器螺距以形成体积腔体(volumetriccavity)。

机械-液压法。这是上述两个方法的组合。使用该方法将会提供预先设置的螺旋体螺距(螺纹钻头相对于轴线以特定角度安装)和流体喷嘴的最大工作压力(气密嘴)。

在第一种变形中，新颖性的特征是两个组件的组合和附加节流阀之间的安装，针对切割的特定参数调节这些特征，从而在预先设定的压差下设置液压射孔帽移动所需的轨道。

在第二种变形中，新颖性的特征是相对于井轴线以设计的角度安装螺纹钻头，从而在流动管柱(flowstring，采油管)上下移动的过冲中设置液压射孔帽(液压射孔器)所需的轨道，进而允许将螺旋射孔孔道(槽)连接到接合腔体中。

在第三种变形中，新颖性的特征还是相对于井轴线以设计的角度安装螺纹钻头，在由用于进行竖直运动的井下装置产生前进运动的过程中为液压射孔帽设置所需的轨道。

形成空的空间需要预先设置液压射孔帽螺旋运动的螺距。因此，在图1中，当螺旋体螺距超过螺旋槽(射孔孔道)(3)的最大宽度时，在射孔孔道自身之间不紧密的情况下获得所给出的空的空间的变形。在螺旋体螺距减小并且实现螺旋槽的最大宽度的值的情况下，在最大宽度的点封闭螺纹槽。为了实现所获得的腔体的稳定连接，建议将螺旋体螺距减小至最大槽高度的0.7，这允许在处理的地层(1)(开采层)中获得连接的空的空间(4)，从而将来自地层的流体的最大流供应至井(2)中(图2)。这种空的空间的深度将取决于矿石的机械性能、液压射孔器的几何参数、射孔流体的物理性能和所使用的研磨材料、以及液压射孔器中产生的压差。应注意的是在这样的空的空间的形成过程中，空的空间的深度将超过所切割的槽和液压射孔的深度，因为操作的射流几乎不会被流体的反向射流阻挡。

工业实用性

为了在井中形成空的空间，应当执行以下操作。根据第一种变形，滑阀装置应该安装在这样的两个装置之间：用于使射孔器竖直移动的井下装置和井下旋转器。组装的设备将会到达流动管柱上的所处理的地层的指定部分。在指定部分中，流体高压下在供应至流动管柱的过程中，第一装置将会以预定速度提升液压射孔器，这通过压差来确保。流动管柱中的流体将在预定压力下(低于第一装置中的压力)经由滑阀装置被供应至第二装置，这将会确保其旋转并且将该旋转传递至液压射孔器。此后流体将提供至液压射孔器并且经由其一个喷嘴(或多个喷嘴)的流动将会实现高的动能，这将用于破坏套管柱和所处理的地层，并且因此在腔体(空的空间或还称为开放的腔体)中冲洗。由于液压射孔器提升并且同时旋转的事实，射出的射流形成螺旋体的轮廓并且不仅在一个平面中进行切割，还进行体积地(在三个轴线上)切割。根据具体公式计算滑动阀装置的尺寸以提供前进和旋转运动与螺旋槽(螺旋螺距)之间的距离的大小10cm(磨料射流槽的平均证明的宽度的15cm的70％)的定量关系，开放腔体在井中将形成至射孔器的高度，射孔器通过射孔器的参数、矿石的机械性能以及压差而提升预设的深度。当使用用于竖直移动的井下装置提升射孔器结束时，必须执行整体组件的提升来再次装载(recharging)。

根据第二种变形，执行用于双液压机械槽射孔器的螺纹钻头以一角度的安装，以确保液压射孔器的螺旋槽之间的距离为10cm。使用以下公式进行角度计算：

其中是钻头相对于轴线的角度；

D–生产管柱(productionstring，采油柱)的内径，m；

Т–所需的螺旋体螺距，m；

n–射孔器的螺旋条数(1、2或3)。

因此，对于内径为146mm的生产管柱，对于获得10cm的螺距，对于条数为1的射孔器(1个帽)，角度将为77.70°，对于条数为2的射孔器(2个帽)-66.4°，并且对于条数为3的射孔器(3个帽)-56.80°。

执行使射孔器向下运行至预定深度；在这种情况下，井口配备有确保流动管柱竖直升降的填料箱。在射孔器向下运行之后，由于钻头从它们的槽出来并且在接触点进行破坏生产管柱金属的这个事实，工作流体在压力下提供至流动管柱。同时，由于工作流体射流的动能，发生水泥石料和地层岩石的破坏。在启动的初始时刻，井口设备上的压力迅速提高，但在腔体切割的过程中，压力下降并且稳定。在压力稳定后，开始流动管柱提升的阶段，这导致液压射孔器旋转，由于钻头相对于井轴线成角度地安装，将前进运动变换成旋转前进。此时，在地层中开始切割螺旋槽。在井口设备上发生流体压力升高。在切割槽的第二圈之后，第二圈腔体将会与第一圈腔体相邻并且将会形成联合矿井作业，这将会反应为井口装置上的压降。由于槽射孔器具有两个喷嘴，在流动管柱提升到10/2＝5cm高度的过程中将会观察到这个效果。此后，将会开始切割成设计值的另一腔体阶段。与第一种方法相比，这种方法的优点是可能准确调节流动管柱以及射孔器的提升速度，因此反应在根据所获得腔体的深度实现的参数上。此外，由于不需要像在第一种方法中提升组件来再装载，这种方法的优点是所获得的腔体能不受高度的限制。由于工作流体的射流对腔体的磨损，所获得的腔体的高度可受喷射嘴的连续操作的时间限制。

获得的开放腔体的第三种方法，是已提到的上述两个方法的组合。用于竖直移动的井下装置和具有螺纹钻头的液压射孔器的设备组件向下运行到底孔。在射孔器向下运行之后，由于钻头从槽出来并且在接触点进行破坏生产管柱金属的这个事实，工作流体在压力下提供至流动管柱。同时，由于工作流体射流的动能，发生水泥石料和地层岩石被破坏。

此外，由于流动管柱与管间环隙之间的压差，用于竖直移动的井下装置开始提升液压射孔器并且由于螺纹钻头成角度的安装，液压射孔器将会旋转。因此，根据预定的轨道进行切割螺旋槽(螺旋体)，且在地层中形成空的空间而没有破坏射孔孔道。这种方法的优点是能够产生高压差并且因此能够形成深的糟和更大的空的空间。

Claims (2)

1.一种开采层的重复完井的方法，包括：沿着井轴线提升液压射孔器，以执行采油管的射孔，所述液压射孔器沿着所述井轴线移动，并且所述液压射孔器同时围绕所述井轴线旋转，以切割出螺旋射孔槽，其特征在于，执行螺旋槽的射孔并使指定的槽封闭于开采作业的联合的空的空间中，所述螺旋槽是这样的螺旋体，所述螺旋体的螺距是螺旋槽的最大高度的0.7。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行具有10cm螺距的螺旋槽的射孔。