CN107250483A - 限流定相射孔枪系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于在偏斜的/水平的井筒中精确射孔的限流射孔定相枪系统和方法。该系统/方法包括部署在井筒中的具有聚能弹药簇的枪串组件(GSA＇)。弹药被间隔开并且成角度，使得在射孔时，所述弹药相交于优选压裂面。在压裂时，裂缝从井筒的向上和向下的位置开始于与井筒垂直的优选压裂面中的最小主应力位置处。之后，裂缝围绕井筒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，其实现了在生产期间的高效的石油和天然气流速。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年1月16日提交的、申请号为14/598,868的美国申请的优先权，该美国申请14/598,868又是2014年2月8日提交的、申请号为14/176,056的美国申请的部分继续申请，该美国申请14/176,056现在是2015年5月26日公布的、专利号为9,038,521的美国专利。
版权的部分放弃
本专利申请中的所有材料均受美国和其他国家版权法的版权保护。自本申请的第一个有效提交日起，本材料作为未公开的材料而受到保护。
然而，如其出现在美国专利商标局的专利文件或记录中，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，除此之外，无论如何均保留全部的版权权利。
有关联邦赞助的研发的声明
不适用
对缩微胶片附录的引用
不适用
技术领域
本发明总地涉及一种在石油和天然气工业中使用来对井筒套管和地下含烃地层进行爆破射孔的射孔枪，并且更特别地涉及一种用于对井筒套管和其周围的地下含烃地层在优选压裂面中进行爆破穿孔的改进的设备。
现有技术和发明背景
背景技术
在完井过程期间，枪串组件被定位在井筒套管中的隔离区域中。枪串组件包括通过串接或环接而彼此耦接的多个射孔枪。然后发射射孔枪，产生穿过套管和水泥并射入到目标岩石中的孔。这些射孔使含有石油和天然气的岩石与井筒相连接。美国申请US 7,441,601：“在石油和/或天然气井的完井期间，通常利用爆炸弹药对含烃地层进行射孔以允许烃流入井筒。这些弹药被装载在射孔枪中，并且通常是在所选择的方向上产生爆炸成形的穿透射流的聚能弹药”。
近年来，使用成角度的聚能弹药布置来提供相交射孔产生了极大的关注。例如参见Halliburton、Bersas等人的论文Triple-JetTM Perforating System，Oilfield Review中的Perforation on Target以及Oilfield Review中的New practices to EnhancePerforating Results(全部包括在本申请的信息公开材料中)。相交射孔有助于将碎屑从射孔通道清除，并且在邻近将要进行射孔的井筒处存在压碎材料或松散材料时以及在砂岩地层中是特别有利的。
烃压裂通道具有某些优选取向，其中抽取石油/天然气的效率最大，即当射孔沿着通道对准时，石油/天然气在不采用可能成为产生高弯曲度条件的限制性路径的替代路径的情况下流动通过射孔通道。
裂缝会在地层的优选压裂面中产生和传播。定向射孔系统能够用于使射孔通道的平面与优选压裂面更紧密地对准。由于井筒附近的流动路径中的弯曲度，优选压裂面和井中的射孔之间的不对准能够导致显著的压降。与优选压裂面成90度定相的射孔产生了导致流动路径中的压力损失和高弯曲度的窄点。
限流压裂基于以下前提，即每个射孔都会与水力裂缝连通并且将在处理期间以预定的速率贡献流体。因此，如果没有任何射孔进行参与，则每个其他射孔的每次射孔的增长率将会增加，导致更高的射孔摩擦。因此，需要使间隔弹药成角度并且空间地间隔开以促进限流压裂过程，从而达到最大生产效率。
通过设计，限流的每个射孔都有望参与到处理中。如果所有射孔都进行了参与，并且射孔是以60°、90°或120°的相位来射出，则可以产生多个压裂面，导致大量的近井筒摩擦并且难以安排计划的压裂处理。因此，需要不产生无效的压裂面的最小限度的多个起裂。目前，射出4至8个射孔洞，其将在压裂处理期间再连接到主压裂面。一些射孔通道在压裂处理期间引起能量和压力的损失，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，则大部分能量损失在具有较高弯曲度的无效压裂中，从而使每次压裂注入速率降低到基本上小于2-3bpm。因此，压裂长度的范围显著减小，导致生产过程中较少的石油和天然气流量。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，以实现最大的压裂长度。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，压裂延伸得就越远。理想的情况下，期望距离井筒1000英尺的压裂长度。因此，需要获得具有最小弯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，在1000PSI下100bmp的总注入速率需要12个簇，其中每个簇具有4个弹药。因此，需要在每个簇中射出更多个具有4个射孔洞(定向为2上2下)的区域。还需要转动件/平衡环系统来将弹药定向到期望的方向以在优选压裂面处相交。
需要压裂首先起始于顶部和具有最小主应力的底部，使得有足够的流速来传播压裂。需要如此射孔的射孔枪，使得压裂朝井筒的方向径向渗透。
现有技术US 8327746公开了一种井筒射孔装置。在一个示例中，井筒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，需要将相交的射流压裂到优选压裂面，使得压裂开始并横向地传播到含烃地层中。
现有技术US 8127848A公开了一种通过形成与储层特征(例如最大应力的方向、恒定地层属性线和地层倾角)匹配的射孔来对井筒进行射孔的方法。能够使用采用聚能弹药、机械装置或高压流体的射孔系统来对井筒进行射孔。该射孔系统能够通过非对称重量、电机或来自井筒表面的操作来对齐。然而，需要向上和向下压裂以在优选压裂面中在选择的长度处产生优选的起裂点。
现有技术US 7913758A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)可以选自任何已知或常用的射孔器，并且通常部署在射孔枪中。射孔器如此对齐，使得切断射流(12、13)及与其相关联的冲击波朝向彼此汇聚，以致它们的相互作用导致岩层的压裂增加。还可以使切割射流如此对齐，使得有意地引起切割射流的碰撞，导致岩层的进一步压裂。在该发明的替代实施例中，提供了具有至少两个凹形区域的聚能弹药型罩，其几何结构被选择为使得在该型罩受力坍塌时形成多个切割射流，这些射流在岩层中汇聚或能够在岩层中碰撞。然而，需要压裂到优选压裂面中优选起裂点。
现有技术US 7303017A公开了一种用于为在地层(64)和套管井筒(66)之间的流体创建连通路径的射孔枪组件(60)，所述组件包括壳体(84)、定位在壳体(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上轴向定向的聚能弹药集合(92、94、96、98)。集合(92、94、96、98)中的每个聚能弹药都与引爆线(90)可操作地相关联。此外，聚能弹药的每个集合(92、94、96、98)中的相邻聚能弹药被定向为朝向彼此汇聚，使得在引爆时，每个集合(92、94、96、98)中的聚能弹药形成彼此相互作用的射流，以在地层(64)中产生射孔腔。然而，需要向上和向下压裂到垂直(横向)于井筒方向的优选压裂面。
现有技术的缺陷
如上所述的现有技术具有以下缺陷：
·现有技术的系统不提供在压裂段内使多个起裂最小化。
·现有技术的系统不提供在射孔时相交于优选压裂面的、簇中的2个或4个定向的聚能弹药。
·现有技术的系统不提供利用内部转动件来定向聚能弹药。
·现有技术的系统不提供在射孔通道中有效地减少弯曲度和能量损失。
·现有技术的系统不提供在优选的射孔面中的径向延伸得更长的压裂。
·现有技术的系统不提供利用在每个簇中的更少数量的射孔来对更多个区域进行射孔，以提高井筒生产效率。
·现有技术的系统不提供用于压裂到优选压裂面中的优选起裂点的系统。
虽然现有技术中的一些可能教导了对这些问题中的几个的一些解决方案，但是现有技术并没有解决应对不安全的枪压力的核心问题。
发明目的
因此，本发明的目的(尤其)在于规避现有技术中的缺陷并实现以下目的：
·提供在压裂段内使多个起裂最小化。
·提供在射孔时相交于优选压裂面的、簇中的2个或4个定向的聚能弹药。
·提供利用连接到射孔枪的内部转动件来定向聚能弹药。
·提供在射孔通道中有效地减少弯曲度、能量损失和压力损失。
·提供在优选的射孔面中的径向延伸得更长的压裂。
·提供利用在每个簇中的更少数量的射孔来对更多个区域进行射孔，以提高井筒生产效率。
·提供用于压裂到优选压裂面中的优选起裂点的系统。
然而这些目的不应被理解为对本发明的教导的限制，通常这些目的通过在以下部分中讨论的所公开的发明而被部分地或全部实现。本领域的技术人员将无疑地能够选择如所公开的本发明的方面来实现上述目的任何组合。
发明内容
系统概述
本发明以下述方式在各个实施例中解决了一个或更多个上述目的。本发明提供一种系统，其包括与聚能弹药簇一起部署在井筒中的枪串组件(GSA)。弹药被间隔开并成角度为使得在射孔时，所述弹药在优选压裂面处相交。在压裂时，压裂从井筒的向上和向下位置起始于垂直于井筒的优选压裂面中的最小主应力位置处。此后，压裂在优选压裂面内围绕井筒径向地连接。在优选压裂面中的压裂处理为压裂的更长延伸创造了具有最小弯曲度的路径，从而实现了在生产期间高效的石油和天然气流速。
方法概述
本发明的系统可以在整体限流定相射孔方法的情况中使用，其中通过具有以下步骤的方法来控制如前所述的定相射孔枪系统：
(1)将枪与多个向上的弹药和多个向下的弹药定位在井筒套管中；
(2)将多个向上的弹药和多个向下的弹药定向到期望的方向；以及
(3)利用多个向上的弹药和多个向下的弹药来射孔到含烃地层中，使得多个向上的弹药和多个向下的弹药在优选压裂面处相交。
本优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文所述的各种优选的示例性实施例系统结合的整体由本发明的总体范围预先说明。
附图说明
为了更全面地理解本发明所提供的优势，应参考以下详细说明和附图，其中：
图1是本发明的射孔枪组件的实施例的剖视图。
图2是图1所示的射孔枪的端视图。
图3是本发明的实施例的枪管和聚能弹药的透视图。
图4是图3的实施例的侧视图。
图5是本发明的实施例的枪管的透视图，其中示出将聚能弹药布置在支撑条上。
图6是适于在本发明的实施例中使用的聚能弹药的侧视图。
图7示出了根据本发明的优选实施例的、在射孔枪中的替代定位的聚能弹药的示例性系统的横截面。
图7A示出了根据本发明的优选实施例的、在射孔枪中的替代定位的聚能弹药的示例性系统的透视图。
图8示出了根据本发明的优选实施例的、射孔枪中的聚能弹药的示例性系统的横截面。
图8A示出了根据本发明的优选实施例的、射孔枪中的聚能弹药的示例性系统的透视图。
图9示出了根据本发明的优选实施例的、优选压裂面的示例性系统的框图。
图10示出了根据本发明的优选实施例的、射孔枪中的向上和向下的聚能弹药的示例性系统的横截面，所述聚能弹药用于在优选压裂面中产生优选的起裂点。
图11示出了根据优选示例性发明实施例的、利用聚能弹药的优选示例性定相射孔方法的详细流程图。
具体实施方式
虽然本发明容许以许多不同的形式的实施例，但是在附图中示出并且将在此处详细地描述了本发明的优选实施例，应当理解，本公开应视为本发明的原理的示例而并不旨在将本发明的广泛的方面限制于所示的实施例。
将特别参考当前的优选实施例来描述本申请的许多创新性教导，其中这些创新性教导有利地应用于限流定相射孔枪系统和方法的特定问题。然而，应当理解，该实施例仅是本文中创新性教导的许多有利应用的一个示例。通常，在本申请的说明书中作出的陈述不一定限制各种要求保护的发明中的任何一个。此外，一些陈述可以适用于一些创新性特征，但不适用于其他特征。
本发明提供一种改进的工具(枪)和在载体组件内以可变角度安装聚能弹药的方法，以便使两个或更多个射孔通道在井筒套管外部规定的距离处相交。所有已知的当前方法都需要特殊的工具，其具有漫长且昂贵的前置时间并且欠缺对截距角度的实际固定。本发明的工具的实施例有助于确保弹药在套管外部的规定位置处碰撞。所公开的装置(工具)包括焊接或以其他方式固定到管状支撑件中的支撑条。能够调整支撑件上的各个弹药之间的间隔，并且能够将平坦的支撑基座以各种角度插入到支撑件内，以精确地控制相交的点。该平坦表面提供用于固定聚能弹药的坚实基座，并且圆形管提供形成刚性几何框架所需的结构。描述并优选平坦的支撑条，但也能够使用凹面的或凸面的几何结构作为支撑基座以优化弹药性能。该系统通过将聚能弹药以可变的距离可靠和精确地聚焦到地层中来提供对其他已知实施例的改进。
在广泛的范围内，本发明的射孔工具包括：
圆柱形枪管，其在形状上具有用于布置聚能弹药的成角度的圆形切口，
弹药壳；
支撑条，其包括具有中心孔以接收聚能弹药壳的金属条，
其中，聚能弹药壳具有不会穿过所述孔并且为所述条上的聚能弹药壳提供支撑的周向突出部；
槽，其切入圆柱形枪管中以支撑所述支撑条的边缘，所述槽以预定的角度切割以提供来自聚能弹药的射孔的位置。
参考图1-5，示出了本发明的实施例的枪组件100。如所示出，示出了圆柱形枪体130，其中所述枪体130内部设置有枪管(负载管)126。枪管126具有多个精密切割槽127，其允许将弹药壳体124插入到枪管126中并且随后布置在支撑条128上。孔可以位于枪管的圆周的任何一侧以实现期望的目标射孔。孔优选地以与支撑条的取向平面垂直(900)的角度穿过枪管壁。聚能弹药壳124设置在支撑条(128)的孔中，抵靠在弹药壳的圆周上的突出部135上(参见图5和图6)。聚能弹药壳(图6)具有直径比支撑条的孔大的突出部135，使得该突出部(135)的底部抵靠于支撑条中的孔的侧部上。弹药在139处连接到引爆线(或其他引爆装置)。弹药壳通过任意合适的方式固定到支撑条(128、129)。在原型(和可能的生产模型)中，存在切入枪管壁中的薄条，其可以被弯曲以压靠在弹药壳突出部的顶部，从而提供可逆的固定装置。弹药壳可以通过小夹具、通过粘合剂或通过焊接来固定。对于金属制造领域的技术人员来说，其他手段是显而易见的。支撑条(128、129)插入到切入枪管的槽中。该支撑条通常是扁平的金属片，但也可以是弯曲的。使枪管中的槽按照期望成角度以允许倾斜的弹药路径的任何配置。如对本领域的技术人员将显而易见的，如果支撑条是金属(优选的)，则其将被焊接到槽内，但是其还可以通过其他方式进行连接，比如强力粘合剂、内置在槽和支撑条中的锁定机构或实现固定连接的任意其他方式。弹药壳牢固地抵靠并固定在支撑板上的这种布置连同以任何期望的角度使平板成角度到枪管上的能力提供了相对简单、精确且可靠的成角度的布置弹药以及因此布置射孔的手段。
如图1和2所示或通过本领域技术人员的技术范围内的其他合适的方式，枪管在每个端部(125和132)处被固定在枪体中。计算机辅助激光加工大大促进了制造本发明的实施例的工具、特别是枪管切口(127)和用于弹药板的槽所需的切割的精度和可靠性。
在操作中，期望的角度是预定的以获得期望的射孔相交图案和相应设计和机加工的枪管切口。枪管设置在枪体中以在井筒中使用。
限流定相射孔枪系统的优选的示例性系统框图(0700-0800)
如图7(0700)中所一般性示出的，可以更详细地理解本发明，其中射孔枪连同多个聚能弹药(0707、0704、0705、0706)一起部署在井筒套管内。枪中的多个聚能弹药一起在本文中可以被称为“簇”。虽然在图7(0700)中示出了四个弹药，但是根据优选的示例性实施例，簇可以包括两个成角度的弹药。
限流射孔提供了以给定的注射速率在几个目标区域上转移压裂处理的优越手段。在给定的含烃地层中，多条裂缝不是高效的，因为其产生了用于压裂流体的弯曲路径，并且因此导致了压力和能量的损失。在给定的井筒中，与利用包括更多聚能弹药的簇来隔离更少的区域相比，利用包括更少聚能弹药的簇来隔离更多的区域是更有效的。例如，在10000PSI的压力下，为了达到每个射孔通道每分钟2枪管的流量速率，目前要使用12至20个区域和分别具有15-20个聚能弹药的12-15个簇。相反，为了达到相同的流量，更高效的方法和系统是利用更多个簇来隔离80个区域，并且在射孔时每个簇使用2个或4个聚能弹药以在优选压裂面处相交。基于烃的地质，可以确定优选压裂面。在实地研究中已经发现，优选压裂面垂直于井筒套管方向。
如图7(0700)中所一般性所示的，优选压裂面(0710)横向垂直于井筒方向(0720)。根据优选的示例性实施例，井筒方向(0720)可以与水平面成微小的角度。该微小的角度可以在±30度的范围内。
根据另一优选的示例性实施例，以增大数量的簇来增加压裂区域的数量同时将聚能弹药限制为每簇2或4个，在压裂优选压裂面时提供更好的效率。传统的射孔系统使用每簇12-15个聚能弹药同时以60/90/120度或0/180度相位射孔。这产生了多个压裂面，由于压裂流体沿着弯曲的路径流动同时泄漏了用于各个裂缝的能量/压力，因此对于压裂处理不是高效的。期望在井筒附近产生最少数量的多个压裂，使得能量主要集中在优选压裂面上，而不是将能量泄露或损失到不期望的压裂。根据优选的示例性实施例，定向在优选压裂面处相交的每簇的有限数量的聚能弹药，由于最小的弯曲度和最少的多个压裂的发生，产生了压裂的更长的延伸。理想情况下，可以在枪周围径向地布置6个弹药，使得其在同一平面内射孔。但是，该配置需要更小的弹药和更大直径的枪。由于弹药效率和射孔枪直径的物理限制，可能需要将聚能弹药限制为每簇2或4个。这种系统能够使压裂流体沿射孔通道的长度流下并且在产生压裂的位置处相交，同时连接到下方的压裂以产生最小弯曲的路径。根据优选的示例性实施例，每簇具有2或4个弹药的60至80个簇可以被用于井筒完井，以在石油和天然气生产期间实现最大效率。
在为射孔隔离出段(stage)后，可以将射孔枪串组件(GSA)部署并定位在所隔离的段中。GSA可以包括射孔枪串，比如通过串接、环接或转接而彼此机械耦接的枪(0700)。将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，使得弹药保持管(CHT)内的弹药(0707、0704、0705、0706)成角度地定向。如前所述，弹药可以利用金属条(0702)来取向。根据优选的示例性实施例，内部枢轴支撑部被形成为万向节以悬挂弹药，使得弹药朝向优选压裂面成角度地定向。间隔弹药(0707、0704、0705、0706)之间的间距可以根据实现期望的取向所需的距离而相等或不等。在一个示例性实施例中，弹药以3英尺的距离被等距地隔开。例如，间隔弹药(0703)和间隔弹药(0704)以3英寸的距离(0709)定位。间隔弹药之间的间距可以在1英尺到20英尺的范围内。
在另一优选的示例性实施例中，两个间隔开的弹药(0703、0705)向下成角度地定向(“向下的弹药”)，并且两个间隔开的弹药(0704、0706)向上成角度地定向(“向上的弹药”)。向上的弹药的角度可以使得其被定向为在优选压裂面(0710)处相交于向上的起裂点(0711)。在一个优选的示例性实施例中，向上的弹药(0704)以与优选压裂面(0710)成13度的角度(0707)定向，并且向上的弹药(0706)以与优选压裂面(0710)成35度的角度(0708)定向。向上的弹药到优选压裂面(0710)的角度可以在1度至75度的范围内。类似地，向下的弹药的角度可以使得其被定向为在优选压裂面(0710)处相交于向下的起裂点(0712)。根据又一优选的示例性实施例，向下的弹药(0703)以与优选压裂面(0710)成35度的角度定向，并且向下的弹药(0705)以与优选压裂面(0710)成13度的角度定向。向下的弹药到优选压裂面(0710)的角度可以在1度至75度的范围内。根据另一示例性实施例，向上的起裂点和向下的起裂点距离所述射孔枪(0700)的纵向轴线是等距的。例如，从向下的起裂点(0712)到交点(0713)的距离可以等于从向上的起裂点(0711)到交点(0713)的距离。
在又一优选的示例性实施例中，两个向上的弹药定位在簇的两端，并且两个向下的弹药定位在向上的弹药之间。弹药被布置为使得具有相同取向的至少两个弹药位于具有相反取向的至少两个弹药之间。例如，如图8(0800)所示，向上的弹药(0804、0806)定位在簇的两端，并且向下的弹药(0803、0805)定位在向上的弹药之间。替代地，向下的弹药(0803、0805)可以定位在簇的两端，并且向上的弹药(0804、0806)定位在向下的弹药之间。向上的弹药的角度可以使得其被定向为在优选压裂面(0810)处相交于向上的起裂点(0811)。向下的弹药的角度可以使得其被定向为在优选压裂面(0810)处相交于向下的起裂点(0812)。在另一优选的示例性实施例中，向上的弹药以与井筒方向(0820)成52度的角度定向。如图8(0800)一般性示出的，向上的弹药(0804)与井筒方向(0820)成52度的角度。类似地，向上的弹药(0806)与井筒方向(0820)成52度的角度(0807)。向上的弹药与井筒方向(0810)的角度可以在1度至75度的范围内。在另一优选的示例性实施例中，向下的弹药以与井筒方向成13度的角度(0808)定向。向下的弹药与井筒方向(0810)的角度可以在1度至75度的范围内。根据另一示例性实施例，向上的起裂点和向下的起裂点距离所述射孔枪(0800)的纵向轴线是等距的。例如，从向下的起裂点(0812)到交点(0813)的距离可以等于从向上的起裂点(0811)到所述交点(0813)的距离。应当注意，聚能弹药的取向仅仅是为了说明的目的而示出的。本领域的普通技术人员可以选择使得弹药在优选压裂面处相交的角度。
优选压裂面的优选的示例性系统框图(0900)
图9(0900)示出了根据示例性实施例的多个压裂区域(0902)，其由定向的聚能弹药压裂、由在优选压裂面处相交的成角度定向的弹药射孔。在区域被隔离后，枪串组件(GSA)被下降到井筒套管(0901)内。如上所述的射孔枪系统利用在优选压裂面(0910)处相交的定向的弹药对段进行射孔。根据优选的示例性实施例，优选压裂面(0910)几乎横向垂直于井筒的方向(0920)。优选压裂面(0910)可以与横向垂直的取向成微小的偏移角度。该微小的偏移角度可以在±45度的范围内。例如，压裂面(0910)可以与井筒方向成80度的角度。在另一示例中，压裂面(0910)可以与井筒方向成45度的角度。在另一示例中，压裂面(0910)可以与井筒方向成90度的角度(横向垂直)。利用绳索，将GSA从区域中的井筒拉出到下一个段，并以相似的方式进行射孔，直到压裂区域中的所有段都被射孔。然后在高压下泵送压裂流体，使得压裂流体在优选的射孔方向上最大程度地延伸压裂。根据优选的示例性实施例，从井筒套管径向地向外延伸的压裂长度的程度可以为1000英尺。
优选压裂面射孔枪系统中优选的起裂点的优选的示例性系统框图(1000)
如图10(1000)中一般性示出的，可以更详细地理解本发明，其中射孔枪连同多个聚能弹药(1003、1004)一起被部署在井筒套管内部。枪中的多个聚能弹药一起在本文中可以称为“簇”。虽然在图10(1000)中示出了两个弹药，但是根据优选的示例性实施例，簇可以包括四个成角度的弹药。
如图10(1000))中一般性示出的，优选压裂面(1010)可以横向垂直于井筒方向(1020)。根据优选的示例性实施例，井筒方向(1020)可以与水平面成微小的角度。
根据优选的示例性实施例，定向在优选压裂面处相交的每簇的有限数量的聚能弹药，由于最小的弯曲度和最少的多个压裂的发生而产生压裂的更长的延伸。聚能弹药的取向可以为使得当射孔时，向上的弹药(1003)在压裂通道中产生优选的向上的起裂点(1011)并且向下的弹药(1004)在压裂通道中产生优选的向下的起裂点(1012)。根据优选的示例性实施例，优选的向上的起裂点(1011)和优选的向下的起裂点(1012)可以位于相同的优选压裂面中。类似地，可以通过弹药产生优选的向上的起裂点(1002)和优选的向下的起裂点(1005)，以产生针对高效的压裂和最小弯曲度条件所期望的起裂长度。可以通过以期望的角度定向弹药来定制优选的起裂长度。例如，能够使向上的弹药(1003)成角度(1007)以在优选压裂面(1010)中引发优选的起裂点(1011)。类似地，能够使向下的弹药(1004)成角度(1008)以在优选压裂面(1010)中引发优选的起裂点(1012)。根据示例性实施例，可以在优选压裂面中的所选距离处产生优选的起裂点，以便以最小的弯曲度有效地对压裂通道进行射孔。向上的弹药和向下的弹药可以相对于优选压裂面(1010)定向在1度至75度内。根据示例性实施例，从优选的向上的起裂点(1011)到纵向轴线的相交点(1013)的距离可以等于从优选的向下的起裂点(1012)到纵向轴线的相交点(1013)的距离。向上的起裂点和向下的起裂点距离射孔枪的纵向轴线是等距的。在另一优选的示例中，向上起裂点和向下起裂点距离井筒套管的中心线是等距的。在一些实例中，井筒套管的中心线和射孔枪的纵向轴线可以是相同的。在其他实例中，井筒套管的中心线可以高于射孔枪的纵向轴线。
定相井筒射孔的实施例的优选示例性流程图(1100)
如在图11(1100)的流程图中一般性示出的，通常可以根据以下步骤来描述利用成角度定向的聚能弹药的优选的示例性定相井筒射孔方法：
(1)将射孔枪与多个向上的弹药中的至少一个以及多个向下的弹药中的至少一个定位在井筒壳体中(1101)；
(2)将多个向上的弹药中的至少一个和多个向下的弹药中的至少一个定向在期望的方向上(1102)；以及
(3)利用多个向上的弹药中的至少一个和多个向下的弹药中的至少一个射孔到含烃地层中，使得多个向上的弹药中的至少一个和多个向下的弹药中的至少一个在优选压裂面(1103)处相交。
系统概述
本发明系统预期在井筒套管中的定相射孔枪定向系统的基本主题的广泛多样的变型，所述系统包括多个向上定向的聚能弹药(向上的弹药)和多个向下定向的聚能弹药(向下的弹药)，其中：
向上的弹药中的至少一个被配置为在对于井筒套管的方向成角度的向上方向上定向；
向下的弹药中的至少一个被配置为在对于井筒套管的方向成角度的向下方向上定向；以及
当射孔时，多个向上的弹药和多个向下的弹药被配置为在优选压裂面中相交；优选压裂面横向地垂直于井筒套管的取向。
该通用系统概述可以通过本文所述的各种元件来扩充，以产生符合该整体设计描述的广泛多样的发明实施例。
方法概述
本发明方法预期实施例的基本主题的广泛多样的变型，但是能够将其概括为限流定相射孔枪方法，其中该方法在包括多个向上定向的聚能弹药(向上的弹药)和多个向下定向的聚能弹药(向下的弹药)的定向射孔枪系统上执行，其中：
至少一个向上的弹药被配置为在对于井筒套管的方向成角度的向上方向上定向；
至少一个向下的弹药被配置为在对于井筒套管的方向成角度的向下方向上定向；以及
当射孔时，多个向上的弹药和多个向下的弹药被配置为在优选压裂面中相交；优选压裂面横向垂直于井筒套管的取向：
其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将射孔枪与多个向上的弹药中的至少一个和多个向下的弹药中的至少一个定位在井筒套管中；
(2)将多个向上的弹药中的至少一个和多个向下的弹药中的至少一个定向在期望的方向上；以及
(3)利用多个向上的弹药中的至少一个和多个向下的弹药中的至少一个射孔到含烃地层中，使得多个向上的弹药中的至少一个和多个向下的弹药中的至少一个在优选压裂面处相交。
该一般方法概述可以通过本文所述的各种元件来扩充，以产生符合该整体设计描述的广泛多样的发明实施例。
系统/方法变型
本发明预期石油和天然气开采的基本主题的广泛多样的变型。先前提出的示例不代表可能的用途的整个范围。所述示例旨在引用几乎无限可能性中的几个。
该基本系统和方法可以利用各种辅助实施例来扩充，包括但不限于：
·其中多个向上的弹药被等距地隔开的实施例。
·其中多个向下的弹药被等距地隔开的实施例。
·其中射孔枪包括一个向上的弹药和一个向下的弹药的实施例。
·其中射孔枪包括两个向上的弹药和两个向下的弹药的实施例。
·其中向上的弹药被配置为在优选压裂面中的向上的起裂点处相交；向下的弹药被配置为在优选压裂面中的向下的起裂点处相交；并且向上的起裂点和向下的起裂点距离射孔枪的纵向轴线等距的实施例。
·其中多个向下的弹药定位在多个向上的弹药之间的实施例。
·其中至少一个向上的弹药方向与井筒套管方向之间的角度为1度到75度的实施例。
·其中至少一个向下的弹药方向与井筒套管方向之间的角度为1度到75度的实施例。
·其中至少一个向上的弹药方向与井筒套管方向之间的角度是52度的实施例。
·其中至少一个向下的弹药方向与井筒套管方向之间的角度是13度的实施例。
·其中多个向上的弹药和多个向下的弹药交替地定位在射孔枪中的实施例。
·其中至少一个向上的弹药与优选压裂面之间的角度为1度到75度的实施例。
·其中至少一个向下的弹药与所述优选压裂面之间的角度为1度到75度的实施例。一个实施例，其中：
至少一个向上的弹药与优选压裂面之间的角度是13度；
至少一个向上的弹药与优选压裂面之间的角度是35度；
至少一个向下的弹药与优选压裂面之间的角度是13度；并且
至少一个向下的弹药与优选压裂面之间的角度是35度。
·其中井筒套管水平取向的实施例。
·其中井筒套管方向与水平方向成角度的实施例。
·其中聚能弹药利用转动件来定向；该转动件内部连接到所述枪的实施例。
本领域的技术人员将认识到，基于上述发明描述中教导的元件的组合，其他实施例是可能的。
结论
公开了一种用于在偏斜/水平的井筒中精确射孔的限流射孔定向枪系统和方法。所述系统/方法包括部署在井筒中的具有聚能弹药簇的枪串组件(GSA)。弹药被间隔开并且成角度，使得在射孔时，所述弹药在优选压裂面处相交。在压裂时，裂缝从井筒的向上和向下的位置开始于与井筒垂直的优选压裂面中的最小主应力位置处。之后，裂缝围绕井筒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，其实现了在生产期间的高效的石油和天然气流速。
Claims (27)
1.尽管在附图中已经图示了并且在上述详细说明中已经说明了本发明的优选实施例，但
是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是能够在不脱离如前所述的和由所附权
利要求所限定的精神的情况下进行多样的重新排列、修改和替代。
一种井筒套管中的定相射孔枪定向系统，其包括多个向上定向的聚能弹药(向上的弹药)和多个向下定向的聚能弹药(向下的弹药)，其中：
至少一个所述向上的弹药被配置为在对于所述井筒套管的取向成角度的向上方向上定向；
至少一个所述向下的弹药被配置为在对于所述井筒套管的取向成角度的向下方向上定向；并且
当射孔时，所述多个向上的弹药和所述多个向下的弹药被配置为在优选压裂面中相交；所述优选压裂面几乎横向地垂直于所述井筒套管的取向。
2.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述多个向上的弹药等距地间隔开。
3.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述多个向下的弹药等距地间隔开。
4.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述射孔枪包括一个所述向上的弹药和一个所述向下的弹药。
5.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述射孔枪包括两个所述向上的弹药和两个所述向下的弹药。
6.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述向上的弹药被配置为在所述优选压裂面中的向上的起裂点处相交；所述向下的弹药被配置为在所述优选压裂面中的向下的起裂点处相交；并且所述向上的起裂点和所述向下的起裂点距离所述射孔枪的纵向轴线是等距的。
7.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述向上的弹药被配置为在所述优选压裂面中的向上的起裂点处相交；所述向下的弹药被配置为在所述优选压裂面中的向下的起裂点处相交；并且所述向上的起裂点和所述向下的起裂点距离所述井筒套管的中心轴线是等距的。
8.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述多个向上的弹药和多个向下的弹药被布置为使得指向一个方向的弹药被定位在指向与所述方向相反的方向的弹药之间。
9.根据权利要求8所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向上的弹药的取向与所述井筒套管的取向之间的角度为1度到75度。
10.根据权利要求8所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向下的弹药的取向与所述井筒套管的取向之间的角度为1度到75度。
11.根据权利要求8所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向上的弹药的取向与所述井筒套管的取向之间的角度是52度。
12.根据权利要求8所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向下的弹药的取向与所述井筒套管的取向之间的角度是13度。
13.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述多个向上的弹药和所述多个向下的弹药交替地定位在所述射孔枪中。
14.根据权利要求13所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向上的弹药与所述优选压裂面之间的角度为1度到75度。
15.根据权利要求13所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向下的弹药与所述优选压裂面之间的角度为1度到75度。
16.根据权利要求13所述的定相射孔枪定向系统，其中：
至少一个所述向上的弹药与所述优选压裂面之间的角度是13度；
至少一个所述向上的弹药与所述优选压裂面之间的角度是35度；
至少一个所述向下的弹药与所述优选压裂面之间的角度是13度；并且
至少一个所述向下的弹药与所述优选压裂面之间的角度是35度。
17.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述井筒套管的取向是水平的。
18.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述井筒套管的取向与水平方向成角度。
19.根据权利要求1所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述聚能弹药利用转动件来定向；所述转动件在内部附接到所述枪。
20.一种井筒套管中的定相射孔枪定向系统，其包括多个向上定向的聚能弹药(向上的弹药)和多个向下定向的聚能弹药(向下的弹药)，其中：
至少一个所述向上的弹药被配置为在对于所述井筒套管的取向成角度的向上方向上定向；
至少一个所述向下的弹药被配置为在对于所述井筒套管的取向成角度的向下方向上定向；
当射孔时，至少一个所述向上的弹药在压裂通道中产生优选的向上的起裂点；
当射孔时，至少一个所述向下的弹药在压裂通道中产生优选的向下的起裂点；并且
所述优选的向上的起裂点和优选的向下的起裂点位于相同的优选压裂面中。
21.根据权利要求20所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向上的弹药与所述优选压裂面之间的角度为1度到75度。
22.根据权利要求20所述的定相射孔枪定向系统，其中，至少一个所述向下的弹药与所述优选压裂面之间的角度为1度到75度。
23.根据权利要求20所述的定相射孔枪定向系统，所述优选的向上的起裂点和所述优选的向下的起裂点距离所述射孔枪的纵向轴线是等距的。
24.根据权利要求20所述的定相射孔枪定向系统，所述优选的向上的起裂点和所述优选的向下的起裂点距离所述井筒套管的中心线是等距的。
25.根据权利要求20所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述射孔枪包括一个所述向上的弹药和一个所述向下的弹药。
26.根据权利要求20所述的定相射孔枪定向系统，其中，所述射孔枪包括两个所述向上的弹药和两个所述向下的弹药。
27.一种井筒套管内的定相射孔枪定向系统，其包括多个向上定向的聚能弹药(向上的弹药)和多个向下定向的聚能弹药(向下的弹药)，其中：
至少一个所述向上的弹药被配置为在对于所述井筒套管的取向成角度的向上方向上定向；
至少一个所述向下的弹药被配置为在对于所述井筒套管的取向成角度的向下方向上定向；并且
当射孔时，所述多个向上的弹药和所述多个向下的弹药被配置为在优选压裂面中相交；所述优选压裂面横向地垂直于所述井筒套管的取向；
其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将所述射孔枪连同所述多个向上的弹药中的至少一个和所述多个向下的弹药中的至少一个一起定位在所述井筒套管中；
(2)将所述多个向上的弹药中的至少一个和所述多个向下的弹药中的至少一个定向在期望的方向上；以及
(3)利用所述多个向上的弹药中的至少一个和所述多个向下的弹药中的至少一个射孔到含烃地层中，使得所述多个向上的弹药中的至少一个和所述多个向下的弹药中的至少一个在所述优选压裂面处相交。
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