CN113302258A - 一体化同轴射孔酸化作业 - Google Patents

Abstract

一种同时进行酸化和射孔的方法和装置。

Description

一体化同轴射孔酸化作业

相关申请

本申请要求2019年1月16日提交的美国临时申请号62/793,257的优先权。

背景技术

一般来说，当完成地下井来从地下储层获取流体、矿物或气体时，作为钻井、勘探和完井过程的一部分，会在井下放置几种类型的管柱。这些管柱可以包括套管、油管、管道、衬管和由各种类型的管柱输送到井下的设备。每口井都是独一无二的，因此不同管柱的组合可以用于下到井下的多种目的。

地下井穿过一个或多个地层。地层是包含一种或多种成分的岩石或地层体。地层被视为一个连续体。地层内可能存在油气沉积物。通常情况下，从地面位置开始钻取钻井孔，在感兴趣的地层处形成钻孔。完井设备将就位，包括套管、油管和其他需要的井下设备。用射孔枪对套管和地层进行射孔是本领域公知的从钻井孔获取地层内油气沉积物的方法。

近来聚能射孔弹对地层进行爆炸射孔是一种广为人知的完井方法。聚能射孔弹是一种技术术语，指引爆时产生聚焦输出、高能输出和/或高速射流的装置。这在一定程度上是由炸药的几何形状和相邻的内衬共同实现的。聚能射孔弹通常包括一个金属外壳，该金属外壳内装有一凹形炸药，其内表面有一层薄金属内衬。内衬采用多种材料；一些较常见的金属材料包括黄铜、铜、钨和铅。当爆炸物爆炸时，内衬金属被压缩成超高压射流，可以穿透金属、混凝土和岩石。射孔弹通常成组使用。这些射孔弹组通常固定在一个称为射孔枪的组件中。射孔枪有多种样式，例如条形枪、弹座式射孔枪、口塞枪和一次性有枪身射孔枪。

射孔弹通常由靠近每个射孔弹盒顶部起爆孔的导爆索引爆。通常，导爆索终止于接近射孔枪的端部。在这种布置中，射孔枪一端的起爆器可以引爆枪中的所有射孔弹，并继续向枪的另一端进行弹道传输。在这种方式下，多个射孔枪可以首尾相连，通过单一起爆器引爆所有的射孔枪。

导爆索通常由发火头触发的起爆器引爆。发火头可通过多种方式启动，包括但不限于电子、液压和机械方式。

一次性有枪身射孔枪通常由标准尺寸的钢管制成，其箱体两端分别有内螺纹/阴螺纹。在枪的一端或两端连接具有阳螺纹/外螺纹的销端适配器或接头。这些接头可以将射孔枪连接在一起，将射孔枪连接到其他工具(如坐封工具和接箍定位器)，以及将发火头与射孔枪连接。接头艇通常装有电子、机械或弹道部件，用于激活或控制射孔枪和其他部件。

射孔枪通常具有圆柱形枪体和射孔弹管，或装有射孔弹的装填管。枪身通常由金属组成，呈圆柱形。射孔弹管可以形成管状、条状或链状。射孔弹管包含称为射孔弹孔的切口，用来容纳聚能射孔弹。

一般来说，最好是减少要引入钻井孔的任何工具的总长度。减少工具的长度减少了在压力下将工具引入钻井孔所需的润滑器的长度，此外还有许多其他潜在的好处。为了适应大斜度井或水平井的转弯，还需要缩短工具长度。由于井场环境恶劣，对现场工人有许多干扰和要求，因此减少必须在井场进行的工具装配通常是更好的选择。

在石油和天然气工业中，通常使用电起爆器完成井下不同能量装置的起爆。最常见的是50欧姆的电阻起爆器。其他起爆器和电子开关配置也很常见。

发明内容

一个示例性实施例可包括酸化聚能射孔弹，其具有带中空部分、引爆端和雷管端的射孔弹盒，布置在射孔弹盒中空部分内的炸药，布置在炸药内的内衬，以及连接到射孔弹盒的引爆端的射孔弹帽，射孔弹帽装有酸化材料，其中，酸化材料相对于炸药爆炸与内衬产生的爆炸射流成直线放置并由其携带到钻井孔地层中。

替代实施例可以包括包含氢氟酸的射孔弹帽。射孔弹帽可包括盐酸。射孔弹帽可包括氢氟酸和盐酸的混合物。射孔弹帽可包括与射孔弹盒的引爆端相邻的圆顶形带螺纹的射流通道。射孔弹帽可包括面向爆炸射流方向的圆顶形帽前部。射孔弹帽可包括至少3.5％的氢氟酸。射孔弹帽可包括至少3.5％的盐酸。射孔弹帽可包括至少7.5％的盐酸和至少1.5％的氢氟酸。射孔弹帽可包括至少12％的盐酸和至少3％的氢氟酸。射孔弹帽可包括浓度在0.5％到10％之间的氢氟酸。射孔弹帽可包括浓度在1.5％和36％之间的盐酸。

一个示例性实施例可包括酸化聚能射孔弹，其具有带中空部分、引爆端和雷管端的射孔弹盒，布置在射孔弹盒中空部分内的炸药，布置在炸药内的内衬，以及连接到射孔弹盒引爆端的射孔弹帽，其具有与聚能射孔弹的出口直线对齐的通孔，并含有酸化材料，其中，酸化材料相对于炸药爆炸与内衬产生的爆炸射流成直线放置并由其携带到钻井孔地层中。

一个示例性实施例可包括用于酸化井下地层的方法，包括将射孔枪下放到钻井孔内的第一位置，在钻井孔内第一位置引爆射孔枪，在第一位置向井下地层注入射孔射流，以及与射孔射流同时向钻井孔地层注入酸性材料。

替代实施例可包括包含氢氟酸或盐酸的酸性材料。它可以包括氢氟酸和盐酸的混合物。它可以包括至少3.5％的氢氟酸或至少3.5％的盐酸。它可以包括至少7.5％的盐酸和至少1.5％的氢氟酸。它可以包括至少12％的盐酸和至少3％的氢氟酸。射孔弹帽可包括浓度在0.5％到10％之间的氢氟酸。它可以包括浓度在1.5％到36％之间的盐酸。

附图说明

为了彻底理解本发明，结合附图参考了优选实施例的以下详细描述，附图中同一参考编号在多个附图中表示相同或相似的元素。简单地说：

图1示出了带有含酸射孔弹帽的聚能射孔弹。

图2示出了包含多个聚能射孔弹的射孔枪，其中每个聚能射孔弹都具有一个含酸射孔弹帽。

图3A示出了仅使用聚能射孔弹的常规射孔工艺。

图3B示出了包括带有含酸射孔弹帽的聚能射孔弹的射孔过程。

图4示出的聚能射孔弹具有带开口的含酸射孔弹帽。

图5示出了包含多个聚能射孔弹的射孔枪，其中每个聚能射孔弹都具有一个含酸射孔弹帽。

具体实施方式

在以下描述中，为了简洁、清楚和举例说明，使用了某些术语。此类术语不暗示任何不必要的限制，仅用于描述目的，旨在进行广泛的解释。在此描述的不同装置、系统和方法步骤可单独使用或与其他装置、系统和方法步骤组合使用。可以预期，各种等效物、替代物和更改可能处于所附权利要求的范围内。

图1中示出了酸化聚能射孔弹组件100的示例实施例。它包括聚能射孔弹101，由射孔弹盒102组成。炸药103被压入射孔弹盒102的空腔中。射孔弹内衬104形成为超锥形状并压入炸药103中。射孔弹内衬104通常由压制成形的粉末状金属化合物组成。在本示例中，射孔弹帽108连接到聚能射孔弹101的输出端109。射孔弹帽108可由酸化材料构成，例如氢氟酸或盐酸。酸性材料可以是如图所示的固体形式，也可以是液体形式，存储在射孔弹帽108的中空部分内。射孔弹帽包括射流通道107，在本示例中，射流通道107是射孔弹帽内的圆顶形压痕，用于收集由引爆聚能射孔弹101产生的爆炸射流。射流通道107可以被攻丝。帽前部106是弯曲的，并且朝向离开聚能射孔弹101的爆炸射流的方向。起爆柱105是射孔弹盒102底部的一个孔，它允许连接到射孔弹盒102底部的导爆索引爆，从而点燃射孔弹盒102内的炸药103。酸性材料与聚能射孔弹101的射流方向成直线放置。射孔弹帽108内的酸性材料可以在钻井现场安装，也可以预先安装。

聚能射孔弹101的爆炸导致钻井孔内产生的射孔孔道中出现酸冲击。由聚能射孔弹101产生的金属射流将穿过套管和钻井孔地层，形成射孔孔道。尾射流和冲击波将酸性材料从射孔弹帽108输送到射孔孔道中。爆炸射流的高压和高温以及爆炸事件本身将使射孔弹帽108的酸性材料汽化，将汽化的酸性材料与爆炸射流一起携带，从而将酸性材料引入射孔孔道，从而在地层岩石中形成快速有效的酸化过程。酸化过程从钻井孔开始形成一个干净、无损伤的通道，深度为射孔深度。

图2中示出的示例性实施例包括射孔枪组件200。它包括具有扇形件204的枪体201，并且具有布置在其中的射孔弹管202。聚能射孔弹101布置在射孔弹管202内。聚能射孔弹101包括射孔弹帽108，其可包括如本文所述的酸化材料。在本示例中，导爆索203连接到聚能射孔弹101。

操作如图3A和3B所示。在图3A中，射孔枪设置在具有聚能射孔弹101的钻井孔301中。聚能射孔弹101爆炸产生射孔射流308，射孔射流穿透套管303、水泥302并进入地层304的一定深度中。由此产生的射孔孔道307包括碎屑306。在图3B中，聚能射孔弹101包括带有酸性材料的射孔弹帽108。爆炸产生酸性热蒸汽305，它与射孔射流308一起传播。由于酸性热蒸汽305的酸化作用，形成的射孔孔道307含有较少的碎屑。一般来说，聚能射孔弹101和射孔弹帽108会被爆炸破坏。

图4中示出了酸化聚能射孔弹组件300的示例实施例。它包括聚能射孔弹301，由射孔弹盒302组成。炸药303被压入射孔弹盒302的空腔中。射孔弹内衬304形成为超锥形状并压入炸药303中。射孔弹内衬304通常由压制成形的粉末状金属化合物组成。在本示例中，射孔弹帽308连接到聚能射孔弹301的输出端309。射孔弹帽308可由酸化材料构成，例如氢氟酸或盐酸。酸性材料可以是如图所示的固体形式，也可以是液体形式，存储在射孔弹帽308的中空部分内。射孔弹帽包括带有出口孔309的射流通道307，在本示例中，射流通道307是穿过射孔弹帽的直通通道，并与聚能射孔弹301的爆炸出口直线对齐。射流通道307可以攻丝或是直的。帽前部306是弯曲的，并且朝向离开聚能射孔弹301的爆炸射流的方向。起爆柱305是射孔弹盒302底部的一个孔，它允许连接到射孔弹盒302底部的导爆索引爆，从而点燃射孔弹盒302内的炸药303。酸性材料与聚能射孔弹301的射流方向成直线放置。射孔弹帽308内的酸性材料可以在钻井现场安装，也可以预先安装。

聚能射孔弹301的爆炸导致钻井孔内产生的射孔孔道中出现酸冲击。由聚能射孔弹301产生的金属射流将穿过套管和钻井孔地层，形成射孔孔道。尾射流和冲击波将酸性材料从射孔弹帽308输送到射孔孔道中。爆炸射流的高压和高温以及爆炸事件本身将使射孔弹帽308的酸性材料在通过射流通道307时汽化，将汽化的酸性材料与爆炸射流一起携带，从而将酸性材料引入射孔孔道，从而在地层岩石中形成快速有效的酸化过程。酸化过程从钻井孔开始形成一个干净、无损伤的通道，深度为射孔深度。

图5所示的示例性实施例包括射孔枪组件310。它包括具有扇形件314的枪体311，并且具有布置在其中的射孔弹管312。聚能射孔弹组件300包括聚能射孔弹301，射孔弹帽308布置在射孔弹管312内。射孔弹帽308可包括如本文所述的酸化材料。在本示例中，导爆索313连接到聚能射孔弹301。

可用于此类冲击的酸性材料可包括盐酸浓度为3.5％、7.5％、15％或更高的混合物。它可以包括7.5％的HCl加1.5％的HF，或12％的HCl加3％的HF或更高的氢氟酸和盐酸混合物。可用于此类冲击的酸性材料可包括盐酸浓度为3.5％、7.5％、15％或更高的混合物。可用于此类冲击的酸性材料可包括氢氟酸浓度为0.5％至10％或地层所需任何浓度的混合物。可用于此类冲击的酸性材料可包括醋酸浓度最高75％的混合物。可用于此类冲击的酸性材料可包括甲酸浓度最高85％的混合物。

尽管已经根据详细阐述的实施例描述了本发明，但是应当理解，这仅是示例性的，并且本发明不一定仅限于此。例如，诸如上部和下部或顶部和底部之类的术语可以分别替换为井上和井下。顶部和底部可以分别是左侧和右侧。井上和井下可以分别在图中显示为左侧和右侧，或顶部和底部。通常，井下工具最初以垂直方向进入钻孔，但由于一些钻孔最终转向水平方向，因此工具的方向可能会发生改变。这种情况下，井下、下部或底部通常是工具串中在相对而言被称为井上、上部或顶部的部件之前进入钻孔的部件。第一壳体和第二壳体可以分别是顶部壳体和底部壳体。在如本文所述的一串枪中，第一枪可以是井上枪或井下枪，与第二枪也是如此，并且井上或井下可以交换，因为它们仅用于描述各种部件的位置关系。钻井孔、钻孔、井、孔、油井之类的术语和其他替代术语可以同义使用。诸如工具串、工具、射孔枪串、枪串或井下工具之类的术语和其他替代术语可以同义使用。鉴于本发明，对于本领域的普通技术人员而言，替代实施例和操作技术将变得显而易见。因此，在不脱离所要求保护的发明的精神的情况下，可以对本发明进行修改。

Claims (34)

1.一种酸化聚能射孔弹，包括：

具有中空部分、引爆端和雷管端的射孔弹盒；

布置在所述射孔弹盒的所述中空部分内的炸药；

布置在所述炸药内的内衬；以及

附接到所述射孔弹盒的所述引爆端的射孔弹帽，所述射孔弹帽装有酸化材料，其中，所述酸化材料相对于所述炸药爆炸与内衬产生的爆炸射流成直线放置并由爆炸射流携带到钻井孔地层中。

2.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括氢氟酸。

3.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括盐酸。

4.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括氢氟酸和盐酸的混合物。

5.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括与所述射孔弹盒的所述引爆端相邻的圆顶形带螺纹的射流通道。

6.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括面向爆炸射流方向的圆顶形帽前部。

7.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少3.5％的氢氟酸。

8.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少3.5％的盐酸。

9.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少7.5％的盐酸和至少1.5％的氢氟酸。

10.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少12％的盐酸和至少3％的氢氟酸。

11.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括浓度在0.5％到10％之间的氢氟酸。

12.如权利要求1所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括浓度在1.5％和36％之间的盐酸。

13.一种酸化聚能射孔弹，包括：

具有中空部分、引爆端和雷管端的射孔弹盒；

布置在所述射孔弹盒的所述中空部分内的炸药；

布置在所述炸药内的内衬；以及

射孔弹帽，所述射孔弹帽附接到所述射孔弹盒的引爆端、具有与聚能射孔弹的出口直线对齐的通孔、并含有酸化材料，其中，所述酸化材料相对于所述炸药爆炸与内衬产生的爆炸射流成直线放置并由爆炸射流携带到钻井孔地层中。

14.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括氢氟酸。

15.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括盐酸。

16.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括氢氟酸和盐酸的混合物。

17.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括与所述射孔弹盒的所述引爆端相邻的圆顶形带螺纹的射流通道。

18.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括面向爆炸射流方向的圆顶形帽前部。

19.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少3.5％的氢氟酸。

20.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少3.5％的盐酸。

21.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少7.5％的盐酸和至少1.5％的氢氟酸。

22.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括至少12％的盐酸和至少3％的氢氟酸。

23.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括浓度在0.5％到10％之间的氢氟酸。

24.如权利要求13所述的酸化聚能射孔弹，其中所述射孔弹帽包括浓度在1.5％和36％之间的盐酸。

25.一种用于酸化井下地层的方法，包括：

将射孔枪下放到钻井孔内的第一位置；

在所述钻井孔内的所述第一位置引爆所述射孔枪；

在所述第一位置向井下地层注入射孔射流；以及

与所述射孔射流同时向钻井孔地层注入酸性材料。

26.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述酸性材料含有氢氟酸。

27.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述酸性材料含有盐酸。

28.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述酸性材料含有氢氟酸和盐酸的混合物。

29.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述酸性材料包括至少3.5％的氢氟酸。

30.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述酸性材料包括至少3.5％的盐酸。

31.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述酸性材料包括至少7.5％的盐酸和至少1.5％的氢氟酸。

32.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述酸性材料包括至少12％的盐酸和至少3％的氢氟酸。

33.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述射孔弹帽包括浓度在0.5％到10％之间的氢氟酸。

34.如权利要求25所述的井下地层酸化方法，其中所述射孔弹帽包括浓度在1.5％到36％之间的盐酸。

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