CN109072681B - 用于井下地层射孔的装置和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于井下地层(22)射孔的装置(1)，所述装置(1)包括：电感应声学冲击波发生器(2a、2b、2c)；和声学冲击波聚焦构件(4a、4b、4c、4d)，其中，所述装置(1)适于将产生的声学冲击波(S)聚焦到钻孔(44)的区域(F)上，以便在所述区域内瓦解所述井下地层(22)；并且所述装置(1)适于产生一系列的聚焦声学冲击波，以便逐步挖掘射孔孔道(40)，或改进已经存在的从所述钻孔(44)延伸并进入地层(22)中的射孔孔道(40)。还描述了一种包括一个或多个根据本发明的装置(1)的工具组件(10)以及用于操作所述工具组件(10)的方法。

Description

用于井下地层射孔的装置和方法

本发明涉及一种用于井下地层射孔的装置。更具体地，本发明涉及一种用于井下地层射孔的装置，所述装置包括电诱声学冲击波发生器和声学冲击波聚焦构件。本发明还涉及一种包括一个或多个这种装置的工具组件和用于操作该工具组件的方法。

地层与井眼之间的液体连通通常由地层中的射孔孔道建立或增强。射孔孔道在地层位置处形成，并且通常垂直地延伸至地层中。射孔孔道传统上是使用化学炸药的成型装药制成的，将材料注入地层中，从而形成孔道。

在传统的射孔中，该过程的爆炸性质粉碎了地层的砂粒。在每个射孔孔道周围形成“冲击损坏区域”层，该“冲击损坏区域”层的渗透率低于原始地层基质的渗透率。该过程还可以形成充满与射孔器装药碎屑混合的岩石碎屑的孔道。已知的是，冲击损坏区域和射孔孔道中的松散碎屑会损害生产井的生产率或注水井的注入能力，并因此对地层与井之间的液体流动产生负面影响。

US9057232公开了利用冲击波刺激产油地层以提高油井采收率的方法和装置。这种刺激是通过在邻近先前形成的射孔孔道的地层中产生任意裂缝完成的。根据US9057232可知，该技术用于为液压压裂操作的准备中以及液压压裂操作期间。

本发明的目的是弥补或减少现有技术中的至少一个缺点，或者至少提供现有技术的有效替代方案。

试试目的通过下面的描述和权利要求中所指定的特征来实现。

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求定义了本发明的有利实施例。

冲击波场是三维空间和时间内的声能的空间和时间的分布。冲击波场的特征在于基本参数，例如场内不同空间位置处的峰值压力和压力的时间特性。冲击波在其传播方向上的前向动量及其随时间的集中是决定冲击波效应的两个主要因素。另一个重要因素是通过将能量保存和聚焦到限制区域来聚焦空间压力场的特征，即其在空间中的浓度，这与压力场的更多径向或球形传播相反。大多数情况下，动态效应发生在声阻抗变化的交界处，例如当液体中传播的冲击波撞击地面时。还意味着冲击波在液体中传播，同时被具有与液体不同的声阻抗的物质包围，例如围绕射孔孔道的地层，冲击波将长距离保存大量的能量，仅在冲击波传播方向上的声阻抗变化的界面处释放，例如在射孔孔道的末端，由此被称为“水锤效应”。

在此，术语“聚焦”将用于描述指向特定方向的具有垂直于传播方向的圆形横截面的声学冲击波(例如具有特定聚焦区域的准直波)，以及当投射到目标物体(例如钻孔壁的内部)时集中/汇集到焦点或聚焦区域的冲击波。

定向冲击波可以包括冲击波的被引导的非球形空间的前向投影。当声学冲击波发生器在抛物面反射器内定位和致动时，当单独致动平的声学冲击波发生器时，或者当致动平的声学冲击波发生器与号角的组合时，通常都会出现这种情况。

集中冲击波包括由位于集中反射器(例如椭圆形反射器或球形反射器)内或之上或集中声透镜后面的冲击波发生器所产生的冲击波。

下面将描述用于聚焦产生的声学冲击波的不同聚焦构件。聚焦构件包括抛物面、椭圆形、球形、平面或其他类似形状结构的反射器以及各种类型的集中声透镜和/或准直声透镜。

还应注意，可以使用定向的和集中的不同聚焦构件的组合来获得声学冲击波的期望焦点。

本发明的目的在于利用一系列电感应的聚焦声学冲击波所施加的能量来产生新的射孔，或者通过地层的逐渐劣化/瓦解(例如通过粉碎颗粒、松散单个颗粒或颗粒簇，通过释放颗粒之间自然存在的键，在每次冲击波冲击下对地层产生影响)来改进(例如加宽或加长)地层中现有的射孔。这是通过确保和控制在聚焦区域内的声学冲击波具有足够高的功率密度来瓦解地层实现的，从而可以通过一系列连续的聚焦声学冲击波形成射孔孔道。

通过声学冲击波发生器技术施加在聚焦区域内的峰值压力通常在10巴到1000巴的范围内，而爆炸成型装药施加的峰值压力通常在100千巴。因此，与使用成形爆炸装药相比，使用聚焦声学冲击波将对地层造成较小的损害，同时仍然发挥出足够的能量，以逐步地且平缓地挖掘新的射孔孔道或改进现有的射孔孔道。相对较低的能量挖掘意味着地层的原始渗透率不会受到损害。可选地，在射孔操作的全部或部分操作期间将井眼保持在欠平衡状态，和/或形成向上倾斜的射孔孔道，可以确保从射孔孔道排出的碎屑的清除，其优点是碎屑不会阻碍后续冲击波传播到射孔中，从而能够更有效地挖掘射孔孔道。

在第一方面，本发明涉及一种用于井下地层射孔的装置，所述装置包括：

电感应声学冲击波发生器；和

声学冲击波聚焦构件，其中，所述装置适于将所产生的声学冲击波聚焦到钻孔的区域上，以便在所述区域内瓦解井下地层；以及所述装置还适于产生一系列的聚焦声学冲击波，以便逐步挖掘从所述钻孔延伸并进入地层中的射孔孔道。

参考CA 2889226，其中详细描述了如何产生一系列电感应声学冲击波。

根据本发明的装置适于产生一系列的聚焦声学冲击波，聚焦声学冲击波将穿过井中的液体，在与地层接触时朝向地层释放能量，从而瓦解地层。通过一遍又一遍地重复该过程，逐步将射孔孔道从钻孔挖掘到相邻的地层中。

这里，当涉及声学冲击波发生器时，应该理解的是，它涉及电感应声学冲击波发生器。这种声学冲击波发生器的示例是电液发生器、压电发生器或电磁发生器，它们都适于通过产生短的电脉冲而产生声学冲击波。与化学炸药的成型装药相比，电感应声学冲击波发生器的优点在于具有可重复性，以及易于控制和较低的能量输出，以便与上述地层更温和地相互作用。

瓦解地层所需的功率密度在不同地层类型之间会有很大差异，因此需要来自声学冲击波发生器的不同能量输出。根据本发明，在正常的射孔操作中，可以产生数百甚至数千个连续的声学冲击波并将其聚焦到地层上，以便按照预期逐步挖掘射孔孔道。

在一个实施例中，所述声学冲击波聚焦构件可以适于将所产生的声学冲击波聚焦在非球形空间得前向投影中。这可以通过将冲击波发生器放置在准直反射器(例如抛物面或平面反射器或具有一个开口端的圆柱形管)中或其上来实现，或者可以通过使用准直声透镜或号角来实现。

另外或作为替代，声学冲击波聚焦构件可以适于将产生的声学冲击波集中到焦点或聚焦区域上。这可以通过使用聚声反射器或聚声透镜来实现。聚声反射器的示例是椭圆形反射器或球形反射器。可选地，可以通过聚声透镜来集中声学冲击波。

在一个实施例中，所述装置可以至少部分地被柔性膜覆盖。当声学冲击波发生器是电动液压型时，膜可能特别有用，因为膜可能有助于封闭冲击波发生器，通常通过覆盖放置冲击波发生器的反射器中的开口，以便保持电动液压发电机受控的液体环境。这具有能够控制和再现声学冲击波发生器的能量特性的优点。膜的柔韧性可以确保声能顺利地通过膜传递，而不会在其中大量吸收能量。

还应该提到的是，根据本发明的装置可以包括多个并联或串联操作的声学冲击波发生器。在一个实施例中，多个压电或电磁声学冲击波发生器可以设置在是实质上为球形的反射器上，而在另一个实施例中，多个压电或电磁声学冲击波发生器可以以堆叠的方式设置。

在第二方面，本发明涉及一种包括根据本发明第一方面的装置的工具组件，该工具组件可连接到井眼输送装置。输送装置可以是电缆或钢丝绳或载液管柱，包括线圈管、电线圈管、以及各种类型的工作管柱和钻柱。传送装置可以适于传递地面与工具组件之间的能量和信号通信。优选地，信号通信可以是双向的。能量传递可以是用于驱动根据本发明的装置的电力形式，和/或它也可以是用于驱动下面提到的工具组件的其他部件的电力和/或液压力的形式。它也可以是从地面传输的激光能量的形式。还应该指出的是，工具组件可以携带它自己的发电机作为从地面供电的附加或替代。井下发电机可以是电池和/或井下电机的形式，例如井下泥浆马达。实际输送可以通过移动输送装置和/或通过电缆牵引装置从地面驱动。

在一个实施例中，工具组件可包括套管射孔构件。应该提到的是，当在此使用时，术语“套管”也包括衬砌。套管射孔构件可以是从表面或井下接收电力的高能激光器。可选地，套管射孔构件可以是机械工具或水射流工具。当需要通过非射孔套管制造射孔孔道时，这可能是有益的。根据本发明的装置可以被认为是相对低能量的装置，用于逐步地将射孔孔道挖掘到地层中，原因如上所述。因此，为工具组件提供套管射孔构件会是有益的，该套管射孔构件用于形成穿过实际套管的射孔开口，对于该射孔开口，聚焦的声学冲击波可能是不合适的。在US 2013228372和US 2006231257中公开了激光切割/射孔工具的实例，可参考其中的激光切割/射孔工具的深入描述。在另一个实施例中，套管射孔构件可以是使用炸药在套管中制造孔的射孔枪。在另一个实施例中，套管射孔构件可以是等离子切割器。等离子切割器会是特别有利的，因为它可以利用/共享位于相同的声学冲击波子内的部件，用于对根据本发明的第一方面的装置进行供电/控制/操作。

另外或作为替代方案，工具组件可以设置有射孔开口定位构件。如果需要将声学冲击波聚焦构件定位和对齐在套管中已经形成的射孔开口附近，射孔开口定位构件可能是特别有用的。射孔开口可以在同一次进入井中期间或在先前进入井中期间产生，或者套管可以在安装到井中之前在表面上预射孔。预先形成的射孔的激活可以通过可滑动的套管或可旋转的套管来完成。通过首先在套管外部的环形区域中挖掘水泥层，然后随后进入相邻地层，然后通过使用聚焦的声学冲击波，可以形成连续射孔孔道。在需要改进射孔孔道的情况下，在已经形成的射孔孔道中定位射孔开口也是有用的，例如通过去除水垢和/或修复受损区域和/或加宽/延伸已经形成的射孔孔道。射孔开口定位构件可以是机械卡钳型，或者它可以利用雷达、电磁铁或者本领域技术人员能够理解的各种声学和超声定位技术。

在一个实施例中，工具组件可以适于在通过根据本发明的工具组件被射孔的地层附近的井眼中产生局部欠平衡压力条件。这可以通过在工具组件的两侧沿其间的轴向距离上扩展一对封隔器来实现，以便隔离工具组件所在的井眼区域。这具有简化从挖掘的射孔孔道中清理碎屑的优点，因为碎屑可能随着由于地层和井眼隔离区域之间的压力差而产生的液体流动而输送到井中。下面讨论将井保持在比地层压力低的压力的替代方法，不一定使用这样的工具组件。

在一个实施例中，工具组件可以包括地层成像构件。这对于遵循射孔孔道的逐渐挖掘的过程和质量可能特别有用。地层成像装置可以指示射孔孔道的长度和/或质量，并且可以用作何时考虑完成射孔操作的指示。成像装置可以是雷达、超声波传感器、在低功率模式下操作的激光器等。

还应当提到的是，根据本发明第二方面的工具组件还可以包括这里未必提及的多个不同的工具构件，但是其中一些将在下面提及：导向组件、电缆头、辊段、套管接箍定位器、旋转接头、各种LWD/MWD工具、电缆地层测试仪(如模块化地层动力测试仪(MDT))、垂直定位部分、套管切割部分、井牵引器、一个封隔器或多个封隔器以及用于将工具组件锚固在井中的装置，这可用于在射孔孔道逐步挖掘到地层中时将工具保持在基本固定的位置。

还应该提到的是，根据本发明第二方面的工具组件可以包括多个根据本发明第一方面的装置，其可以适于同时并逐步地从钻孔中挖掘出多个射孔孔道并进入相邻的地层中。当根据第一方面的多个装置集成在根据本发明第二方面的工具组件中时，多个装置可以是相同的，或者它们可以是不同的实施例。在一个实施例中，根据本发明第一方面的所述多个装置可以分别沿着所述工具组件的轴向分布并围绕所述工具组件的周向分布以预定图案分布，预定图案与套管中的射孔的分布一致。这意味着将一个射孔或一般的索引构件定位在套管中就足够了，在这种情况下，将一个声学冲击波聚焦构件与该射孔对齐，然后所有其他的冲击波聚焦构件就会与套管中剩余的射孔自动对齐。

在一个实施例中，工具组件可以至少部分地被柔性膜覆盖。因此，柔性膜至少部分地覆盖多个根据本发明第一方面的装置。

在第三方面，本发明涉及一种用于操作根据本发明第二方面的工具组件的方法，该方法包括以下步骤：

(A)将工具组件传送装置上工具组件送到井中，并将工具组件定位在井中的地层附近；

(B)激活所述声学冲击波发生器；

(C)将产生的声学冲击波聚焦到钻孔上的聚焦区域上，以便在所述区域内瓦解地层；以及

(D)利用多个连续的聚焦声学冲击波，逐步地将射孔孔道挖掘到地层中，或者改进现有的射孔孔道。

在一个实施例中，该方法还可以包括在步骤(B)-(D)之前进一步包括以下步骤：(A1)通过套管射孔构件在井下套管中形成射孔。这在套管尚未射孔的套管孔中可能是有用的。

此外，或者作为替代方案，该方法还可以包括在步骤(B)-(D)之前的步骤：

(A2)通过射孔开口定位构件将一个或多个已经存在的射孔开口定位在套管中。这可以是最近通过上述的套管射孔构件产生的射孔开口，或者射孔开口可以在进入井中之前产生的。在一个或多个射孔开口已经定位之后，可以定位井下工具组件，使得一个或多个本发明第一方面的装置与射孔开口对齐。

在一个实施例中，该方法的步骤(D)还可以包括以下子步骤：

(D1)挖掘具有轴向方向的射孔孔道，该轴向方向在从钻孔到地层的方向上具有向上的垂直分量。这对于清理所挖掘的射孔孔道特别有用，因为重力可以有助于将碎屑从井眼中带出。

该方法还可以包括以下步骤：

(E)在操作时，至少在工具组件周围的区域中将井眼保持在低于地层压力的压力下。这可能导致抽吸力，该抽吸力将有助于将碎屑从射孔孔道中抽出并进入井中，其优点是碎屑不会阻碍后续冲击波传播到射孔中，从而能够更有效地挖掘射孔孔道。还可以通过在井眼中产生欠平衡条件来操纵井况以实现降低井压，其中地层压力高于井眼中的压力。例如，降低井口压力以允许井自身生产到地面，或者在更紧凑或压力耗尽的地层的情况下，借助人工举升方法，如井下气举或电动潜水泵、海底增压器、抽油杆泵或类似物。此外，可以将较轻的液体泵入井眼中，从而在井眼中产生较低的压力。在另一个实施例中，可以在井眼的隔离区域中产生瞬态欠平衡条件，隔离区域可以通过一个或多个封隔器隔离，封隔器可以是根据本发明第二方面的工具组件的一部分。可以通过多种不同方式产生瞬态欠平衡条件，例如通过使用打开的低压室以产生欠平衡条件。

在一个实施例中，根据本发明的第三方面的方法还可以包括，结合或作为预步骤，将诸如MDT(模块化地层动力学测试仪)工具或类似的井下电缆地层测试仪送到井筒中，以便增强电缆地层测试仪的探头和钻孔之间的耦合，以及钻孔和更原始地层之间的通信，以提高测量/采样质量。

应当理解的是，“钻孔”也指在井眼内部具有不同程度的厚度和密度的任何泥饼。当在压力下将泥浆(例如钻井液)压向可渗透介质时，本领域技术人员可以将泥饼理解为通常将在钻井操作中产生的残余物。泥饼本身通常比由聚焦声学冲击波形成的泥饼密度小，因而更容易瓦解。

除上述之外，“钻孔”也指井眼中存在的任何水泥。如果井眼中存在水泥，通常在与地层相邻的套管外部，则在到达地层的其余部分之前必须穿过水泥挖掘孔道。

下文中描述了附图中所示的优选实施方式的实施例，其中：

图1示出了声学冲击波的时间压力变化；

图2示出了有向声学冲击波场的聚焦区域的空间压力分布；

图3示出了集中声学冲击波场的聚焦区域的空间压力分布；

图4示出了根据本发明第一方面的装置的第一实施方式的剖视图；

图5示出了根据本发明第一方面的装置的第二实施方式的剖视图；

图6示出了根据本发明第一方面的装置的第三实施方式的剖视图；

图7示出了根据本发明第一方面的装置的第四实施方式的剖视图；

图8示出了根据本发明第一方面的装置的第五实施方式的剖视图；和

图9示出了根据本发明第二方面的工具组件。

在下文中，参考标记1将表示根据本发明第一方面的装置，而参考标记10则表示根据本发明第二方面的工具组件，工具组件10包括一个或多个根据本发明第一方面的装置1。附图示意性地、简化地示出了各种特征，并且附图中的各种特征不一定按比例绘制。

冲击波场是三维空间内声能的空间和时间的分布。在图1中，示出了典型的声学冲击波的时间压力变化的实施例。这种声学冲击波对井下地层的影响取决于声学冲击波所包含的能量以及声学冲击波在时间和空间上的约束(confinement)。瓦解地层所需的实际功率密度在不同类型的井下地层之间会有很大差别。

图2中示出基本上理想的有向/准直声学冲击波的聚焦区域附近的压力分布。聚焦区域F内的压力在垂直于声波传播的方向上基本上是均匀的。在根据本发明第一方面的装置1的使用中，聚焦区域的功率密度会被优化，以便能够使声学冲击波所指向的地层区域瓦解。因此，通过产生一系列连续的聚焦声学冲击波，能够逐步地将射孔孔道挖掘到地层中。图4和图8所示的装置1(下文描述)适于产生类似于图2中所示的压力分布。

相比之下，图3示出了具有聚焦区域F和在其峰值处的聚焦点P+的集中声学冲击波的对应压力分布。这种压力分布可通过图5-7中示出的装置(下文描述)获得。聚焦区域F仍被描述为垂直于声波传播方向的区域，其中冲击波具有足够的功率密度以瓦解地层。

图4示出了根据本发明第一方面的装置1的第一实施方式。声学冲击波发生器(此处为电液发生器2a的形式)设置于声学冲击波聚焦构件4a(为抛物面形反射器的形式)内。抛物面反射器4a传播来自电液发生器2a的声学冲击波S，并将准直空间正向投影中的声学冲击波S聚焦到井眼的钻孔44上的聚焦区域F上。声学波前包括波的定向、聚焦部分和波的较弱、未聚焦/发散部分的组合。柔性膜5跨越地设置在抛物面反射器4a的开口上，以便将电液发生器2a保持在受控的液体填充的环境中，从而确保对电液发生器2a的能量特性的控制及其再现性。膜5的柔性可以确保声能顺利地通过膜5传递，而不会在其中大量吸收能量。

图5示出了根据本发明第一方面的装置1的第二实施方式。声学冲击波发生器(此处为电液发生器2a的形式)设置于声学冲击波聚焦构件4b(为椭圆形反射器的形式)内，该声学冲击波聚焦构件4b将所产生的声学冲击波S集中而不是准直到井眼中的钻孔44的聚焦区域F上。所述波前的主要部分朝向聚焦区域F集中，而所述波前的较弱部分是发散的。与上述原因相似，椭圆形反射器4b的开口由柔性膜5覆盖。

图6示出了根据本发明第一方面的装置1的第三实施方式。如图中所示，声学冲击波发生器(此处为圆柱形电磁发生器2b的形式)设置于声学冲击波聚焦构件4c(为抛物线形反射器的形式)内。所产生的声学冲击波S被聚焦在集中波前中的钻孔44上的聚焦区域F上。在另一实施方式中，电磁发生器2b也可以设置为压电发电机。

图7示出了根据本发明第一方面的装置1的第四实施方式。示出了声学冲击波发生器(此处为实质上是圆形的平压电发生器2c的形式)产生声学冲击波S，该声学冲击波S以集中声学透镜4d的形式朝向声学冲击波聚焦构件传播，所述声学透镜4d将声学冲击波S集中并投射至集中波前中的井眼的钻孔44上。在另一实施方式中，多个圆形的平压电发生器或电磁发生器可以以堆叠的方式设置。

图8示出了根据本发明第一方面的装置1的第五实施方式。示出了声学冲击波(此处为实质上为圆形的平压电发生器2c的形式)产生声学冲击波S，该声学冲击波S朝向声学冲击波聚焦构件(为号角4e的形式)传播，从而在钻孔44的聚焦区域F产生准直波前。号角4e可以换为超音波喇叭形辐射体，典型的，号角4e由金属片(例如钛)形成并且通过粘合、焊接、螺栓等固定连接于发生器2c上。在可替代的实施方式中，所示的圆形的平压电发生器也可以是电磁发生器。在另一实施方式中，多个圆形的平压电发生器或电磁发生器可以以堆叠的方式设置。

图9示出了根据本发明第二方面的工具组件10，工具组件10包括多个根据本发明第一方面的声学冲击波装置1。工具组件以电缆14的形式设置于井眼输送装置上并部署在井12中。井12通过地面上的井口16而建成。在井口16的下方，套管18延伸到井12中，套管18构成井12的井眼20的一部分与井下地层22之间的径向界限。在套管18和地层22之间的环形区域中设置水泥24层，以便牢牢地保持套管的位置，并防止多余的水泥从地层22泄漏并进入套管18和地层22之间的环形区域中。开口底管26比套管18短并且直径小于套管18，示出为从井口16向下延伸到井筒20中，基本上同心地位于套管18内部。在套管18下方，井眼20作为裸眼井构造段21进一步延伸到地层中。在所示的实施方式中，地层22的上部分包括盖岩28的区域，而地层的下部分包括可渗透区域30、32和34。在所示的实施方式中，射孔36已经形成于上部可渗透区域30中的地层22中。射孔36包括形成于套管18中的射孔开口38和从射孔开口38延伸穿过水泥24并进入上部可渗透区域30的连续射孔孔道40。中间可渗透区域32位于上部可渗透区域30的下方，而在套管18的下部的外侧，下部可渗透区域位于裸眼井段21中的井眼附近。中间非渗透区域31将上部可渗透区域30和中间可渗透区域32分开，而下部非渗透性区域33将中间可渗透区域32和下部可渗透区域34分开。使用未示出的成型炸药形成射孔36。工具组件10在工具组件10的电缆头42处与电缆14连接。电缆14适于将来自地面处的且未示出的发电机和/或激光发生器的低/高功率电和/或激光能量传输给激光切割工具35。电缆14适于将来自表面处的未示出的功率发生器和/或激光发生器的低/高功率电和/或激光能量传输到激光切割工具35。在所示实施例中，工具组件还包括地层成像构件37，地层成像构件37特别适用于监测射孔36的挖掘和质量。这里提到的地层成像构件37可以是任何类型。此外，工具组件包括一对膨胀式封隔器39，膨胀式封隔器39适于在需要时隔离井眼20的一部分。膨胀式封隔器可以例如用于在地层22的被射孔的部分中的井眼20中产生局部欠平衡条件。工具组件10还包括射孔开口定位构件41，这里提到的射孔开口定位构件41可以是任何类型。所示实施例中的工具组件10适于通过声学冲击波子(acousticshock wave sub)43转换、存储/累积和释放从地面接收的电能，声学冲击波子43通常包括变压器、电容器或其他蓄能器以及放电单元，以在需要时为根据本发明第一方面的多个声学冲击波装置1供电。激活可以自动触发或通过来自地面的命令。应该注意的是，工具组件10的不同特征可以以不同的布置方式和顺序提供，并且在最广泛的意义上，根据本发明的第二方面的工具组件10由权利要求限定。

下面将简要地解释前面所提到的不同的可能的操作方法。在第一操作模式中，工具组件10可以下降到井眼20的裸眼井段21中的下部可渗透区域34。在将工具组件定位在下部渗透区域34附近之后，可以激活多个根据本发明第一方面的声学冲击波装置1，以便将多个声学冲击波聚焦到无套管井眼20的钻孔44上。工具组件10包括多个根据本发明第一方面的声学冲击波装置1的部分由柔性膜5'覆盖。聚焦的声学冲击波可以是上述的集中或定向类型。如图4-8所示，总体想法是在钻孔44上的声学冲击波的聚焦投影F具有足够高的声学功率密度，以在聚焦区域内瓦解地层22。通过多次重复产生步骤，射孔将在钻孔44中形成，钻孔44通过逐步挖掘延伸到下部可渗透区域34中未示出的射孔孔道中。如果使用一系列集中的声学冲击波，聚焦区域通常会保持在射孔开口处，其中钻孔44已经射孔，并且当挖掘射孔孔道时也是如此，然后经由如前所述“水锤效应”。如果使用定向声学冲击波，则聚焦区域将保持指向逐渐挖掘的射孔孔道的轴向。如上所述，遵循上述步骤，典型的，通常是在先挖掘钻孔44中的浅孔之后通过稍微降低工具组件，射孔孔道可以沿其轴向形成有垂直分量。然后，从地面稍微向上、自动地或受控制地引导声学冲击波装置1及其声学冲击波聚焦构件，通过未示出的机械装置单独地耦合到每个装置，将装置的聚焦区域对准在刚产生的浅孔内，重新激活多个声学冲击波装置1，以使逐步挖掘中的未示出的射孔孔道进入下部可渗透区域34，现在沿射孔孔道的轴向具有垂直分量，从而简化了从射孔孔道进入井眼20的碎屑的清除。通过产生声学冲击波，导致功率密度恰好高于所需的地层变形密度，可以进行射孔，射孔不包括下部可渗透区域34的原始渗透性，也不包括井眼20的其他部分，因此提高了井12的整体生产率/注入能力。在一个实施例中，所涉及的第一操作模式中的步骤可以与运行未示出的井下电缆地层测试仪(例如MDT(模块化地层动力学测试仪)工具或类似物)结合使用或作为预备步骤使用，以增强电缆地层测试仪的探针和钻孔44之间的耦合，以及钻孔44与更原始的(未示出的，更少的钻井泥污染)地层之间的连通，用于改进测量/采样质量。

在第二操作模式中，工具组件10可以向下降低到中间可渗透区域32。通过上述的套管18和水泥24，中间可渗透区域32可以与井眼22划清极限。在所示实施例中，声学冲击波装置1不适于穿过套管18形成射孔。相反，工具组件设置有高功率激光切割工具35，用于在套管18中形成未示出的射孔。上述提到的相关的现有技术参考文献公开了这样的激光切割工具35的例子。套管18中的射孔开口也可以使用如前所述的其他套管射孔构件形成，或者射孔开口可以预先形成在套管18中并且可以通过未示出的滑动套管或旋转套管来激活。在形成射孔开口之后，包括在工具组件10中的多个声学冲击波装置1以其声学冲击波聚焦构件朝向形成在套管18中的射孔开口的方式定向，以使逐步挖掘中的未示出的连续的射孔孔道穿过水泥24并进入可渗透区域32。

在第三操作模式中，工具组件10可以降低到上部可渗透区域30。在该实施例中，使用未示出的成形炸药已形成了多个射孔36。射孔36可以在同一运行期间形成，或者在较早的进入井12期间形成。工具组件10适于通过射孔开口定位构件41将射孔开口38定位在套管18中，并使多个声学冲击波装置1与射孔开口38对齐。随后，声学冲击波装置将被激活以产生一系列连续的聚焦声学冲击波，以便逐步地且缓慢地改进射孔孔道40，改进通常意味着加宽和/或加长。

上面讨论的不同操作模式可以用在同一个井中或不同的井中。因此，图9中所示和上面讨论的不同区域也可以被解释为代表不同的井。

应当注意，上述实施例用于说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员能够在不脱离所附方案的范围的情况下设计许多替代实施例。在方案中，括号内的任何参考符号不应解释为限制此方案。动词“包括”及其变形的使用不排除方案中所述之外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

在相互不同的独立的方案中叙述某些措施并不表示这些措施的组合不能用于获益，这是不争的事实。

Claims (16)

1.用于井下地层(22)射孔的装置(1)，所述装置(1)包括：

一个电感应声学冲击波发生器(2a、2b、2c)；和

声学冲击波聚焦构件(4a、4b、4c、4d、4e)，其特征在于，

所述装置(1)的声学冲击波聚焦构件(4a、4b、4c、4d、4e)适于将一个电感应声学冲击波发生器(2a、2b、2c)所产生的声学冲击波(S)聚焦到钻孔(44)的聚焦区域(F)上，以便在所述聚焦区域(F)内瓦解所述井下地层(22)；并且

所述装置(1)适于产生一系列的聚焦声学冲击波，以便沿声学冲击波的传播方向逐步挖掘从所述钻孔(44)延伸并进入井下地层(22)中的射孔孔道(40)。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述声学冲击波聚焦构件(4a、4e)适于将在非球形的、准直的空间性的前向投影中所产生的声学冲击波(S)聚焦到聚焦区域(F)上。

3.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述声学冲击波聚焦构件(4b、4c、4d)适于将所产生的声学冲击波(S)集中到聚焦区域(F)上。

4.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述装置(1)至少部分地被柔性膜覆盖。

5.用于井下地层(22)射孔的工具组件(10)，所述工具组件(10)包括根据权利要求1所述的装置(1)，并且所述工具组件(10)能够连接到井眼输送装置(14)。

6.根据权利要求5所述的工具组件(10)，其中，所述工具组件(10)还包括套管射孔构件。

7.根据权利要求5或6所述的工具组件(10)，其中，所述工具组件(10)还包括射孔开口定位构件。

8.根据权利要求5所述的工具组件(10)，其中，所述工具组件(10)适于在被射孔的所述井下地层(22)附近的井眼(20)中产生局部欠平衡压力条件。

9.根据权利要求5所述的工具组件(10)，其中，所述工具组件(10)还包括射孔成像装置。

10.根据权利要求5所述的工具组件(10)，其中，所述工具组件(10)至少部分地被柔性膜覆盖。

11.根据权利要求5所述的工具组件(10)，其中，所述工具组件包括多个根据权利要求1所述的装置(1)。

12.用于操作根据权利要求5所述的工具组件(10)的方法，所述方法包括以下步骤：

(A)将位于工具组件传送装置(14)上的所述工具组件(10)送到井(12)中，并将所述工具组件(10)定位在所述井(12)中的井下地层(22)附近；

(B)激活所述电感应声学冲击波发生器(2a、2b、2c)；

(C)声学冲击波聚焦构件(4a、4b、4c、4d、4e)将一个电感应声学冲击波发生器(2a、2b、2c)所产生的声学冲击波聚焦到钻孔(44)上的聚焦区域(F)上，以便在所述聚焦区域(F)内瓦解所述井下地层(22)；以及

(D)通过多个连续的聚焦声学冲击波(S)，沿声学冲击波的传播方向逐步地将射孔孔道(40)挖掘到所述井下地层(22)中。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤(B)-(D)之前，所述方法还包括以下步骤：

(A1)通过套管射孔构件在井下套管(18)和/或衬砌中形成射孔开口(38)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在步骤(B)-(D)之前，所述方法还包括以下步骤：

(A2)通过射孔开口定位构件将一个或多个已经存在的射孔开口(38)定位在套管(18)中。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，步骤(D)还包括以下子步骤：

(D1)挖掘具有轴向方向的射孔孔道(40)，该轴向方向具有垂直分量。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：

(E)在操作时，至少在所述工具组件(10)周围的区域中将井眼(20)保持在低于地层压力的压力下。

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