NO335560B1 - Perforeringskanonsammenstilling og fremgangsmåte for å øke perforeningsdybde - Google Patents

Abstract

En perforeringskanonenhet (110) for å skape kommunikasjonsbaner for fluid mellom en formasjon (114) og et foret brønnhull (116) omfatter et hus, en detonator og en detonerende lunte (136). Perforeringskanonenheten (110) omfatter en eller flere hovedsakelig aksialt orienterte samlinger av hulladninger (122,124,126) som hver er operativt forbundet med detoneringslunten (136). En perforering (152,154) blir dannet i formasjonen (114) som et resultat av vekselvirkningen mellom jetstråler (141,142) dannet ved detonering av minst to hulladninger (122,126) som skaper et svekket område (148) i formasjonen (114), fulgt av detonasjonen av minst en hulladning (124) som danner en jetstråle (150) som trenger gjennom det svekkede området (148).

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår generelt perforering av foret brønnhull som gjennomtrenger en hydrokarbonholdig undergrunnsformasjon, og spesielt en perforeringskanonenhet med samlinger av hulladninger som blir detonert for å utsende jetstråler som vekselvirker med hverandre for å forbedre perforeringsdybden.

Teknisk bakgrunn

US 4 105 073 beskriver en perforeringskanonenhet omfattende: et hus; minst én detonator anordnet inne i huset; og minst én samling av formede eller hulladninger anordnet inne i huset og operativt forbundet med detonatoren, hvor hulladningene i den minst ene samling er posisjonert hovedsakelig langs en langsgående akse for huset, idet hulladningene er slik orientert at jetstråler dannet ved detonering av ladningene, blir rettet hovedsakelig mot et brennpunkt, se sammendraget og figurene 1-3.

Uten å begrense formålet med foreliggende oppfinnelse vil dens bakgrunn bli beskrevet under henvisning til perforering av en undergrunnsformasjon med en perforeringskanonenhet, som et eksempel.

Etter boring av en seksjon av et brønnhull i undergrunnen som gjennomskjærer en formasjon, blir individuelle lengder av metallrør med forholdsvis stor diameter vanligvis festet sammen for å danne en foringsrørstreng som blir posisjonert inne i brønnhullet. Denne foringsrørstrengen øker integriteten til brønnhullet og tilveiebringer en bane for produksjonsfluider fra produksjonsintervallene til overflaten. Konvensjonelt blir foringsrørstrengen sementert inne i brønnhullet. For å produsere fluider inn i foringsrørstrengen må hydrauliske åpninger eller perforeringer lages gjennom foringsrørstrengen, sementen og en kort avstand inn i formasjonen.

Disse perforeringene blir vanligvis skapt ved å detonere en rekke hulladninger som er anordnet inne i foringsrør-strengen og posisjonert ved formasjonen. En eller flere ladningsbærere er spesielt ladet med hulladninger som er forbundet med en detonator via en detonerende ledning eller lunte. Ladningsbærerne blir så koblet sammen inne i en verktøystreng som blir senket ned i det forede brønnhullet ved enden av en rørstreng, en kabel, en glattkabel, en elektrisk kabel, et oppkveilingsrør eller en annen transportanordning. Når ladningsbærerne er riktig posisjonert i brønnhullet slik at hulladningene befinner seg ved det intervallet som skal perforeres, kan hulladningene avfyres. Ved detonasjon genererer hver hulladning en høytrykksstrøm av metallpartikler i form av en jetstråle som trenger gjennom foringsrøret, sementen og inn i formasjonen.

Målet med perforeringsprosessen er å skape åpninger gjennom foringsrøret for å danne en bane for effektiv kommunikasjon av fluider mellom reservoaret og brønnhullet. Det har imidlertid vist seg at en rekke faktorer i forbindelse med perforeringsprosessen kan influere i betydelig grad på produktiviteten til brønnen. Under boringsfasen av brønn-konstruksjonen bygger for eksempel boreslampartikler opp en filterkake på siden av brønnhullet. Selv om filterkaken hindrer ytterligere lekkasje av boreslam inn i reservoaret, kan denne filterkaken hemme produksjon fra reservoaret. Følgelig må effektive perforeringer ikke bare dannes gjennom foringsrøret og sementen, men også gjennom denne filterkaken og inn i den uberørte bergarten.

Som et annet eksempel har trykktilstanden inne i brønn-hullet under perforeringsprosessen en betydelig virkning på effektiviteten av perforeringene. Spesielt kan perforeringer utføres i et overbalansert eller underbalansert trykkregime. Perforering ved overbalanse innebærer å lage åpningen gjennom foringsrøret under tilstander hvor det hydrostatiske trykket inne i foringsrøret er større enn reservoartrykket. Overbalansert perforering har en tendens til å tillate brønn-hullsfluid å strømme inn i reservoarformasjonen. Underbalansert perforering innebærer å skape åpningen gjennom foringsrøret under tilstander hvor det hydrostatiske trykket inne i foringsrøret er mindre enn reservoartrykket. Underbalansert perforering har en tendens til å tillate reservoar-fluidet å strømme inn i brønnhullet. Det blir vanligvis foretrukket å utføre underbalansert perforering ettersom innstrømningen av reservoarfluid inn i brønnhullet har en tendens til å rense opp perforeringstunnelene og øke dybden av den klare eller frigjorte perforeringstunnelen.

Det har imidlertid vist seg at selv når perforering blir utført underbalansert, er den effektive diameteren av perforeringstunnelene liten ettersom jetstrålen med metallpartikler som skaper perforeringstunnelene, er meget konsentrert. På grunn av den lille diameteren til perfore-rings tunnelene blir også volumet av perforeringstunnelene lite. I tillegg har det vist seg at selv når perforering blir utført underbalansert, har overflaten til perforeringstunnelene redusert permeabilitet sammenlignet med den uberørte bergarten. Det har videre vist seg at dybden av perforeringstunnelene er forholdsvis grunn på grunn av formasjonens bergartsstruktur.

Det har derfor oppstått et behov for en perforeringskanonenhet som har hulladninger som frembringer jetstråler som er i stand til å trenge gjennom foringsrøret, sementen, filterkaken og inn i den uberørte bergarten i reservoarformasjonen. Det har også oppstått behov for en slik perforeringskanonenhet som ikke er begrenset til å skape perforeringstunneler med lite volum bak foringsrøret. I tillegg har det oppstått behov for en slik perforeringskanonenhet som ikke er begrenset til å frembringe perforeringstunneler som har liten overflate med redusert permeabilitet sammenlignet med den uberørte bergarten. Videre har det oppstått behov for en slik perforeringskanonenhet som ikke er begrenset til å frembringe forholdsvis grunne perforeringstunneler på grunn av bergartsstrukturen til formasjonen.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse som er beskrevet her, omfatter en perforeringskanonenhet med hulladninger som frembringer jetstråler som er i stand til å trenge gjennom foringsrøret, sementen, filterkaken og inn i den uberørte bergarten i reservoarformasjonen. I tillegg er perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til å frembringe perforeringstunneler med lite volum bak foringsrøret. Perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse er videre ikke begrenset til å skape perforeringstunneler med en overflate med redusert permeabilitet sammenlignet med den uberørte bergarten. Perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse er heller ikke begrenset til å skape forholdsvis grunne perforeringstunneler på grunn av bergartsstrukturen i formasjonen.

Perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter et hus, minst en detonator posisjoner inne i huset, minst en detonerende ledning operativt forbundet med den minst ene detonatoren, og et antall hulladninger som danner en hovedsakelig aksialt orientert samling. Hulladningene er operativt forbundet med den minst ene detonerende ledningen. Under operasjon blir først en del av hulladningene i samlingen detonert slik at minst to jetstråler blir dannet, som vekselvirker for å skape et svekket område i formasjonen. Hulladningene i den første delen av hulladningene kan detoneres sekvensielt eller hovedsakelig samtidig. I alle fall blir en annen del av hulladningene i samlingen, etter en forutbestemt forsinkelsesperiode, detonert slik at minst en jetstråle blir dannet som trenger gjennom det svekkede området. Vekselvirkningen mellom jetstrålene i den første delen av hulladningene muliggjør forbedret inntrengning av jetstrålen fra den andre delen av hulladningene ettersom jetstrålen fra den andre delen av hulladningene forplanter seg gjennom det svekkede området og derved frembringer en perforeringskavitet med stort volum og stor tunneldybde inn i formasjonen.

I en utførelsesform innbefatter den første delen av hulladningene to ytre hulladninger, og den andre delen av hulladningene innbefatter en midtre hulladning som er posisjonert mellom de to ytre hulladningene. I tillegg er dempningsbarrierer anbrakt mellom den midtre hulladningen og hver av de to ytre hulladningene. I denne utførelsesformen kan den midtre hulladningen være orientert hovedsakelig perpendikulært til en akse for huset, og de to ytre hulladningene kan være orientert for å konvergere mot den midtre hulladningen. De to ytre hulladningene kan for eksempel konvergere mot den midtre hulladningen ved en vinkel mellom omkring 1 grad og omkring 45 grader.

I en annen utførelsesform blir jetstrålene som dannes ved å detonere hulladningene i samlingen, dirigert hovedsakelig mot et brennpunkt. I denne utførelsesformen kan de jetstrålene som dannes av den første delen av hulladningene fortsette til et sted foran brennpunktet, og jetstrålen som dannes av den andre del av hulladningene, kan fortsette til en posisjon forbi brennpunktet. Alternativt kan jetstrålene som dannes av den første del av hulladningene skjære hverandre ved brennpunktet, og jetstrålen som er dannet av den andre del av hulladningene, kan fortsette til en posisjon bak brennpunktet.

Perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse kan innbefatte et antall samlinger av hulladninger. I dette tilfellet kan hver samling av hulladninger i antallet samlinger av hulladninger være omkretsmessig forskjøvet i forhold til tilstøtende samlinger av hulladninger. Tilstøtende samlinger av hulladninger kan for eksempel være omkretsmessig adskilt med en vinkel på omkring 15 grader og omkring 180 grader.

Ifølge et annet aspekt omfatter foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte som innbefatter å posisjonere en perforeringskanonenhet inne i foringsrøret i brønnhullet, idet perforeringskanonenheten innbefatter et antall hulladninger som danner en samling, og detonere en første del av hulladningene i samlingen for å danne jetstråler som vekselvirker med hverandre for å skape et svekket område i formasjonen, og detonere en annen del av hulladningene i samlingen for å danne minst en jetstråle som trenger gjennom det svekkede området for derved å skape perforeringen i formasjonen. Fremgangsmåten kan utføres under en underbalansert trykktilstand eller når en underbalansert trykktilstand ikke eksisterer. Fremgangsmåten kan også omfatte trinnet med å utføre en behandlingsoperasjon etter detoneringen av hulladningene.

Ifølge et ytterligere aspekt omfatter foreliggende oppfinnelse en avslutning som innbefatter en undergrunnsformasjon, et brennhull som gjennomtrenger formasjonen og et foringsrør anordnet inne i brønnhullet, hvor formasjonen er utformet med en perforering som et resultat av en veksel-virkning mellom jetstråler dannet ved detonasjon av minst to hulladninger som skaper et svekket område i formasjonen, fulgt av detonasjon av minst en hulladning som danner en jetstråle som trenger gjennom det svekkede området.

Kort beskrivelse av tegningene

For å gi en mer fullstendig forståelse av trekkene og fordelene ved foreliggende oppfinnelse, vises det nå til den detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen sammen med de vedføyde figurene, hvor tilsvarende henvisningstall på de forskjellige figurene refererer til tilsvarende deler, og hvor: Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av en olje- og gassplattform til sjøs som opererer en perforeringskanonenhet ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er en tverrsnittsskisse gjennom en perforeringskanonenhet ifølge foreliggende oppfinnelse, posisjonert inne i et brønnhull; Fig. 3 er en tverrsnittsskisse av en samling hulladninger anordnet inne i en perforeringskanonenhet ifølge foreliggende oppfinnelse, posisjonert inne i et brønnhull før detonasjon; Fig. 4 er en tverrsnittsskisse av en formasjon ved detonering av de to ytre hulladningene i en samling av hulladninger ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 5 er en tverrsnittsskisse av en formasjon etter detonasjon av samlingen av hulladninger ifølge foreliggende oppfinnelse, som indikerer en pulverisert sone; Fig. 6 er en tverrsnittsskisse av en formasjon ved detonasjon av en midtre hulladning i en samling av hulladninger ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 7 er en tverrsnittsskisse av en formasjon etter detonering av en samling hulladninger ifølge foreliggende oppfinnelse, som skisserer den resulterende perforeringskaviteten og tunnelen; Fig. 8 er en tidligere kjent tegning av en volumetrisk representasjon av en perforeringstunnel; Fig. 9 er en volumetrisk representasjon av en perforeringskavitet og en tunnel ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 10 er en tegning ifølge teknikkens stand av en volumetrisk representasjon av en perforeringstunnel etter fullstendig opprensing; og Fig. 11 er en volumetrisk representasjon av en perforeringskavitet og tunnel ifølge foreliggende oppfinnelse etter fullstendig opprensing.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Selv om bruken og sammensetningen av forskjellige utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse blir diskutert i detalj nedenfor, vil man forstå at foreliggende oppfinnelse tilveiebringer mange anvendbare, oppfinneriske konsepter som kan utformes i en lang rekke spesielle forbindelser. De spesielle utførelsesformene som diskuteres her, er bare illustrerende for spesielle måter for å lage og bruke oppfinnelsen, og begrenser ikke rammen for foreliggende oppfinnelse.

Det vises innledningsvis til fig. 1 hvor en perforeringskanonenhet innrettet for bruk i et brønnhull som opererer fra en olje- og gassplattform til havs, er illustrert skjematisk og generelt betegnet 10. En halvt neddykkbar plattform 12 er sentrert over en nedsenket olje- og gassformasjon 14 som befinner seg under havbunnen 16. En undersjøisk ledning 18 strekker seg fra dekket 20 på plattformen 12 til brønnhodeinstallasjonen 22, innbefattende utblåsingsventilene 24. Plattformen 12 har en heiseanordning 2 6 og et boretårn 28 for å heve og senke borestrengene.

Et brønnhull 36 strekker seg gjennom de forskjellige grunnformasjonslagene, innbefattende formasjonen 14. Et foringsrør 38 er sementert inne i brønnhullet 36 med sement 40. Når det er ønskelig å perforere foringsrøret 38 ved formasjonen 14, blir en perforeringskanonenhet 42 senket ned i foringsrøret 38 via en transportanordning 44 slik som en kabel, en elektrisk ledning eller et oppkveilingsrør. Perforeringskanonenheten 42 innbefatter et hus 4 6 som omslutter en eller flere detonatorer og tilhørende detonerende lunter så vel som et antall hulladninger. Hulladningene er aksialt og omkretsmessig orientert bak utskjæringer 48 i huset 46, som er områder av huset 4 6 som har redusert tykkelse. Som illustrert er innskjæringene formet i grupper på tre aksialt orienterte innskjæringer hvor tilstøtende grupper med innskjæringer er omkretsmessig avstemt. Alternativt kan huset 46 innbefatte en rekke åpninger med åpningsplugger posisjonert i disse i stedet for innskjæringene 48.

Når perforeringskanonenheten 42 er posisjonert ut for formasjonen 14, blir et elektrisk eller et annet utløsnings-signal sendt til detonatoren som innleder detonasjonen av hulladningene som er anordnet inne i perforeringskanonenheten 42. Ved detonasjon genererer hver av hulladningene en høy-trykksstrøm av metallpartikler i form av en jetstråle som trenger inn i foringsrøret 38, sementen 40 og inn i formasjonen 14. Ifølge foreliggende oppfinnelse vekselvirker noen av jetstrålene med hverandre slik at perforeringskaviteten blir dannet i formasjonen 14 som er store områder med høye permeabilitet som omgir brønnhullet 36 som i betydelig grad forbedrer produktiviteten til brønnen.

Selv om fig. 1 skisserer en vertikal brønn, vil en fagkyndig på området legge merke til at perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse er like velegnet for bruk i brønner med andre geometrier, slik som retningsbrønner, hellende brønner eller horisontale brønner. Bruk av retnings-uttrykk slik som opp, ned, over, under, øvre, nedre og lignende er følgelig med referanse til de illustrerte utførelsesformene på figurene. Selv om fig. 1 skisserer en offshoreoperasjon, vil en fagkyndig på området også legge merke til at perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse er like velegnet for bruk i operasjoner på land. Selv om fig. 1 skisserer en enkelt perforeringskanonenhet, er videre prinsippene for foreliggende oppfinnelse også anvendbare for kanonsystemer som benytter strenger av perforerings-kanonenheter så vel som kanonsystemer som benytter avfyrings-valgteknikker.

Det vises nå til fig. 2 hvor det er skissert en perforeringskanonenhet 60 posisjonert i et brønnhull 62 som gjennomskjærer en formasjon 64. Et foringsrør 66 forer brønn-hullet 62 og er festet på plass ved hjelp av sement 68. En transportanordning er koplet til perforeringskanonenheten 60 ved et kabelhode 72. En kragelokalisator 74 er posisjonert under kabelhodet 72 for å hjelpe til ved posisjonering av perforeringskanonenheten 60 i brønnhullet 62. Som nevnt ovenfor, under boringsfasen av brønnkonstruksjonen, blir et boreslam brukt for å opprettholde formasjonstrykket. Det hydrostatiske trykket til boreslammet overskrider følgelig reservoartrykket og får deler av boreslammet til å lekke inn i formasjonen 64. Som en del av denne lekkasjeprosessen bygges en filterkake 7 6 opp nær overflaten av brønnhullet 64, som bidrar til å hindre ytterligere lekkasje, men som kan hemme produksjon fra formasjonen 64.

Et fluid slik som borefluid (ikke vist) fyller ringrommet mellom perforeringskanonenheten 60 og foringsrøret 66. I den illustrerte utførelsesformen innbefatter perforeringskanonenheten 60 et antall hulladninger, slik som hulladningen 78. Hver av hulladningene innbefatter et ytre hus, slik som huset 60 for hulladningen 78, og et forlengelsesrør slik som forlengelsesrøret 82 for hulladningen 78. Anordnet mellom hvert hus og forlengelsesrør er en mengde med et høyeksplosiv. Hulladningene blir holdt inne i et ladningsbærerhus 84 ved hjelp av et bæreorgan (ikke vist) som holder hulladningene i den unike orienteringen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Anordnet inne i huset 84 er en detonator 86 som er koblet til en elektrisk energikilde via en elektrisk ledning 88. Detonatoren 86 kan være en hvilket som helst type detonator som er egnet for igangsetting av en detonasjon i en detoneringslunte eller ledning ettersom foreliggende oppfinnelse er uavhengig av detonatortype, idet slike detonatorer er av den type som er velkjent på området eller som vil bli oppdaget senere. Detonatoren 8 6 er koblet til en detonerende ledning 90, slik som en primacord. Den detonerende ledningen 90 er operativt koblet til tenningsendene av hulladningene for å tillate den detonerende ledningen 90 å tenne høyeksplosive inne i hulladningen ved for eksempel en åpning definert ved toppen av hulladningenes hus. I den illustrerte utførelsesformen, når detonatoren 86 blir operert, vil detoneringen forplante seg ned gjennom den detonerende ledningen 90 for sekvensielt å detonere hulladningene i en tidssekvens som forplanter seg hovedsakelig fra toppen til bunnen av perforeringskanonenheten 60.

I den illustrerte utførelsesformen innbefatter perforeringskanonenheten 60 et antall samlinger av hulladninger, fire slike samlinger er vist, nemlig samlingene 92, 94, 96, 98. Hver samling 92, 94, 96, 98 innbefatter tre individuelle hulladninger slik som hulladningene 100, 102, 104 i samlingen 96. Hulladningene i hver samling 92, 94, 96, 98 er posisjonert aksialt i forhold til hverandre, slik at hulladningene i hver samling 92, 94, 96, 98 hovedsakelig peker i samme omkretsmessige retning fra huset 84. Følgelig, som brukt her vil uttrykket aksialt orientert bli brukt for å beskrive forholdet mellom hulladninger i en samling av hulladninger, hvor tilstøtende hulladninger generelt er aksialt forskjøvet fra hverandre og hovedsakelig peker i samme omkretsmessige retning. I den illustrerte utførelsesformen er hulladningene i hver samling 92, 94, 96, 98 orientert for å konvergere mot hverandre. Samlingen 94 innbefatter for eksempel en ytre hulladning 100, en midtre hulladning 102 og en ytre hulladning 104. Den midtre hulladningen 102 er orientert hovedsakelig perpendikulært til husets 84 akse. De ytre hulladningene 100, 104 er orientert for å konvergere mot den midtre hulladningen 102. I en foretrukket orientering er konvergeringsvinkelen mellom tilstøtende hulladninger i hver samling 92, 94, 96, 98 mellom omkring 5 grader og omkring 10 grader. Andre foretrukne orienteringer innbefatter konverge-ringsvinkler mellom omkring 1 grad og omkring 45 grader. Det skal bemerkes at den ønskede konvergensvinkelen for en spesiell perforeringsenhet som blir brukt til å perforere et spesielt brønnhull, vil være avhengig av en rekke faktorer som innbefatter dimensjonen til hulladningene, diameteren av perforeringskanonenheten og brønnhullsforingen, den forventede inntrengningsdybden inn i formasjonen og lignende.

I den illustrerte utførelsesformen er hulladningene i tilstøtende samlinger omkretsmessig forskjøvet i forhold til hverandre. Hulladningene i samling 92 er spesielt omkretsmessig forskjøvet nitti grader fra hulladningene i samlingen 94. Likeledes er hulladningene i samling 94 omkretsmessig forskjøvet nitti grader fra hulladningene i samling 96, hulladningene i samling 96 er omkretsmessig forskjøvet nitti grader fra hulladningene i samling 98 og hulladningene i samling 98 er omkretsmessig forskjøvet nitti grader fra hulladningene i neste tilstøtende samling (ikke vist) som er omkretsmessig innrettet med hulladningene i samling 92. Det er viktig at andre omkretsmessige forskyvningsinkrementer kan være ønsket ved bruk av perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse, idet slike andre omkretsmessige forskyvningsinkrementer er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse. Omkretsmessig forskyvning i inkrementer på mellom omkring 15 grader og omkring 180 grader er spesielt egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse.

Anordnet mellom tilstøtende hulladninger inne i hver samling 92, 94, 96, 98 er en dempningsbarriere slik som dempningsbarrieren 106 mellom hulladningene 100, 102 og dempningsbarrieren 108 mellom hulladningene 102, 104. Dempningsbarrierene blir brukt til å hindre fragmenter fra de to ytre formladningene i hver samling 92, 94, 96, 98 fra å interferere med jetstråleutviklingen fra den midtre hulladningen i hver samling 92, 94, 96, 98 ettersom avfyringen av den midtre hulladningen inntreffer etter avfyringen av de ytre hulladningene i den foretrukne avfyringssekvensen. I den illustrerte utførelsesformen er avfyringssekvensen for hver samling 92, 94, 96, 98 den øvre hulladningen, den nedre hulladningen og så den midtre hulladningen.

Etter hvert som detonasjonen forplanter seg nedover den detonerende lunten 90 og ankommer til samling 96, blir for eksempel hulladningen 100 antent først, fulgt av tenningen av hulladningen 104. Detonasjonen fortsetter så både videre nedover detoneringslunten 90 mot samling 98 og innenfor tilbakekoblingsetappen 10 9 av den detonerende lunte 90. Tilbakekoblingsetappen 10 9 er operativt koblet til hulladningen 102 slik at hulladningen 102 blir tent etter hulladningen 104. Størrelsen av forsinkelsen mellom tenningen av hulladningen 104 og hulladningen 102 kan bestemmes basert på lengden av tilbakekoblingsetappen eller grenen 109. Ettersom hulladningen 102 blir tent etter hulladningen 100, 104, hindrer dempningsbarrierene 106, 108 fragmenter fra hullad ningene 100, 104 fra å interferere med jetstråleutviklingen til hulladningen 102. Fagkyndige på området vil legge merke til at andre avfyringssekvenser alternativt kan brukes uten å avvike fra prinsippene bak foreliggende oppfinnelse. Som et alternativ kan de to ytre hulladningene i hver samling 92, 94, 96, 98 avfyres samtidig fulgt av tenning av den midtre hulladningen. Denne sekvenstypen kan oppnås ved for eksempel å bruke flere detonatorer, flere detonerende lunter, elektriske tidsanordninger eller lignende. Som et annet alternativ kan en sekvens hovedsakelig fra bunnen og opp brukes.

Selv om fig. 2 har skissert alle hulladningene med en lik dimensjon, vil fagkyndige på området forstå at det kan være ønskelig å ha forskjellig dimensjonerte hulladninger i en samling, slik som å ha større eller mindre ytre hulladninger enn den midtre hulladningen. Selv om fig. 2 også har skissert dempningsbarrierer mellom tilstøtende hulladninger innenfor hver samling, kan dempningsbarrierer også brukes mellom hulladninger i tilstøtende samlinger om ønskelig.

Det vises så til fig. 3 hvor det er skissert en del av en perforeringskanonenhet 110 posisjonert i et brønnhull 112 som gjennomskjærer formasjonen 114. Et foringsrør 116 forer brønnhullet 112 og er festet på plass ved hjelp av sement 118. Brønnhullet 112 innbefatter en filterkake 120 nær overflaten til brønnhullet 112. Den del av perforeringskanonenheten 110 som er vist, innbefatter en hovedsakelig aksialt orientert samling av hulladninger 122, 124, 126. I den illustrerte utførelsesformen er hulladningene 122, 124, 126 orientert for å konvergere mot hverandre. Spesielt er den midtre hulladningen 124 orientert hovedsakelig perpendikulært til aksen for perforeringskanonenheten 110, mens de ytre hulladningene 122, 12 6 er orientert for å konvergere mot den midtre hulladningen 124. Mer spesielt er hulladningene 122, 124, 126 hver orientert mot et brennpunkt 128 i formasjonen 114 som antydet med de stiplede linjene, henholdsvis 130, 132, 134. En eller flere detonerende lunter 136 er operativt koblet til hulladningene 122, 124, 126 slik at hulladningene 122, 126 blir avfyrt hovedsakelig samtidig, fulgt av avfyringen av hulladningen 124. For å beskytte hulladningen 124 under avfyringen av hulladningene 122, 12 6, er dempningsbarrierer 138, 140 anordnet henholdsvis mellom hulladningene 122, 124 og hulladningene 124, 126.

Som tydeligst vist på fig. 4, når hulladningene 122, 126 blir detonert, sender hulladningen 122 ut en jetstråle 141 og hulladningen 12 6 sender ut en jetstråle 142, som begge er rettet mot brennpunktet 128. I den illustrerte utførelses-formen når jetstrålene 141, 142 ikke brennpunktet 128, og skjærer hverandre ikke. Likevel, som tydeligst vist på fig. 5, skjærer jetstrålene 141, 142 hverandre inne i formasjonen 114. Jetstrålene 141, 142 skaper spesielt ikke bare perforeringstunneler, henholdsvis 144, 146, men skaper også et svekket område eller en pulverisert sone representert av den stiplede linjen 148 i formasjonen 114. Vekselvirkningen mellom jetstrålene 141, 142 sprenger i småbiter, pulveriserer eller på annen måte bryter ned eller fragmenterer hovedsakelig strukturen til bergarten i den pulveriserte sonen 148. Som tydeligst vist på fig. 6, når hulladningen 124 blir detonert etter en forutbestemt forsinkelsesperiode, sender hulladningen 124 ut en jetstråle 150 som følgelig er rettet mot brennpunktet 128. I den illustrerte utførelsesformen trenger jetstrålene 150 gjennom den pulveriserte sonen 148 og fortsetter forbi brennpunktet 12 8 på grunn av den reduserte motstanden mot forplantningen av jetstrålen 150, som er frembrakt i den pulveriserte sonen 140 sammenlignet med den uberørte bergarten.

Som tydeligst vist på fig. 7, blir på grunn av vekselvirkningen mellom jetstrålene 141, 142 som danner den pulveriserte sonen 148 og den resulterende forbedrede inntrengningen av jetstrålen 150, en perforeringskavitet 152 med en perforeringstunnel 154 som strekker seg utover fra denne, frembrakt i formasjonen 114 bak foringsrøret 116, som har en dybde og et volum betydelig større enn for konvensjonelle perforeringstunneler. Ved å bruke foreliggende oppfinnelse til å frembringe kombinerte perforeringskaviteter og tunneler, slik som perforeringskaviteten 152 og perfore-rings tunnelen 154, etableres områder med stort volum dypt inn i formasjonen, som har høy permeabilitet og som formasjons-fluid strømmer inn i, øker produktiviteten til en brønn sammenlignet med brønner som har bare konvensjonelle perfore-rings tunneler . I tillegg blir behovet for å perforere ved underbalanse redusert ved bruk av foreliggende oppfinnelse ettersom perforeringskaviteten 152 og perforeringstunnelen 154 ikke så lett tilstoppes av rester eller deler av bergartsstrukturen som konvensjonelle perforeringstunneler. Som diskutert nedenfor vil imidlertid drift av foreliggende oppfinnelse i underbalanserte trykktilstander bidra til å rense opp perforeringskaviteten 152 og perforeringstunnelen 154 og ytterligere øke volumet og den klare eller rensede dybde til perforeringskaviteten 152 og perforeringstunnelen 154.

Selv om fig. 3-7 har skissert hovedsakelig aksialt orienterte samlinger av tre hulladninger som er orientert for å konvergere mot et brennpunkt i formasjonen hvor de to ytre hulladningene danner jetstråler som vekselvirker, men som ikke når brennpunktet og ikke skjærer hverandre, er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til en slik konfigurasjon. De to ytre hulladningene i en samling av hulladninger kan for eksempel alternativt danne jetstråler som trenger gjennom foringsrøret, sementen, filterkaken og inn i formasjonen forbi et brennpunkt slik at jetstrålene hovedsakelig skjærer hverandre ved brennpunktet. Skjæringen mellom jetstrålene vil også hovedsakelig sprenge i småbiter, pulverisere eller på annen måte bryte ned eller fragmentere strukturen til bergarten bak foringsrøret, slik at forbedret inntrengning kan oppnås for den jetstrålen som dannes ved avfyring av den midtre hulladningen, for derved å skape en perforeringskavitet og en perforeringstunnel som beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 7.

Fagkyndige på området vil forstå at selv om de foregående figurene har skissert hulladningene med en samling av hulladninger som er orientert mot et brennpunkt, er denne konfigurasjonen ikke nødvendig ifølge foreliggende oppfinnelse. Noen av hulladningene i en samling av hulladninger kan for eksempel være rettet mot et sted i formasjonen, mens andre av hulladningene i samme samling kan være rettet mot en annen posisjon i formasjonen. Som et annet eksempel kan det være en viss omkretsmessig forskyvning eller avstand mellom tilstøtende hulladninger i en aksialt orientert samling av formede hulladninger. I disse konfigurasjonene er jetstrålene som genereres fra visse av hulladningene i samlingen, i stand til å vekselvirke slik at jetstrålene som dannes av etterpå avfyrte hulladninger passerer gjennom en pulverisert sone, for derved å forbedre inntrengningsdybden og skape en perforeringskavitet og en perforeringstunnel ifølge foreliggende oppfinnelse.

Bruk av perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å skape perforeringskaviteter med stort volum og perforeringstunneler med dyp inntrengning inn i formasjonen bak foringsrøret, noe som forbedrer produktiviteten til en brønn sammenlignet med et konvensjonelt perforeringssystem som skaper grunne perforeringstunneler med lite volum. Etter frembringelsen av perforeringskavitetene og tunnelene ifølge foreliggende oppfinnelse kan det likevel være ønskelig å stimulere eller på annen måte behandle produksjonsintervallet. Behandlingsprosesser slik som gruspakkinger, fraksjonspakkinger, sprekkstimuleringer, syrebehandlinger og lignende kan utføres. I virkeligheten muliggjør perforeringskavitetene og tunnelene ifølge foreliggende oppfinnelse forbedret sandregulering ettersom sanden, grusen, oppstøttingsmidlene eller lignende som brukes i gruspakkinger og fraksjonspakkingsoppslemminger fyller perforeringskavitetene og tunnelene for derved å hindre migrasjon av formasjonsfinandeler inn i brønnhullet. I tillegg bidrar perforeringskavitetene og tunnelene ifølge foreliggende oppfinnelse til å forbedre forplantningen av sprekker dypt inn i formasjonen under fraksjonspakkings- og

sprekkstimuleringsoperasj oner.

I tester som sammenligner konvensjonelle perforerings-systemer med perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse, er det blitt vist betydelige volumetriske forskjeller og inntrengningsdybdeforskjeller mellom konvensjonelle perforeringstunneler og perforeringskavitetene og tunnelene ifølge foreliggende oppfinnelse. Tester ble utført ved å bruke 3-3/8 tommers Millennium 25g HMX hulladninger avfyrt gjennom en 4140 stålplate med tykkelse 0,5 tommer, 0,75 tommer med sement og inn i et innestengt 60 mD Berea-sandstensmål.

Tabell 1 viser at bruk av en samling med tre hulladninger som er orientert for å konvergere mot hverandre og som blir avfyrt sekvensielt, slik at de to ytre hulladningene danner jetstråler som vekselvirker med hverandre for å danne en pulverisert sone gjennom hvilken jetstrålen fra den midtre hulladningen blir avfyrt, og skaper en perforeringskavitet og tunnel med en dybde og et volum som er betydelig større enn konvensjonelle perforeringstunneler. Spesielt var inngangshullet inn i målet frembrakt ved hjelp av den konvensjonelle enkeltladningen 0,35 tommer i diameter, mens inngangshullet som ble frembrakt ved hjelp av samlingen med tre ladninger hadde en høyde på 2.2 5 tommer og en bredde på 0,5 tommer. Inntrengningsdybden inn i målet for den konvensjonelle enkeltladningen var 13,22 tommer og for samlingen med tre ladninger 13,51 tommer med den rensede dybden for den konvensjonelle enkeltladningen på 10,12 tommer og for samlingen med tre ladninger 11,15 tommer.

Hulvolumet for den konvensjonelle enkeltladningen var bare 0,6 kubikk tommer, mens hulvolumet for samlingen med tre ladninger var 6,43 kubikk tommer. Fig. 8 skisserer en volumetrisk representasjon betegnet 200 av perforeringstunnelen på 0,6 kubikk tommer frembrakt ved hjelp av den konvensjonelle enkeltladningen. Fig. 9 skisserer en volumetrisk representasjon betegnet 202 for perforeringskaviteten og tunnelen på 6,43 kubikk tommer frembrakt ved hjelp av samlingen med tre ladninger. Som fagkyndige på området vil forstå, er volumet av perforeringskaviteten og tunnelen 202 mer enn ti ganger større enn volumet av perforeringstunnelen 200, og den rensede dybden av perforeringskaviteten og tunnelen 202 er mer enn ti prosent større enn den rensede eller klare dybden til perforeringstunnelen 200.

Fig. 10 skisserer en volumetrisk representasjon betegnet 204 av en 3,80 kubikk tommers perforeringstunnel frembrakt ved hjelp av den konvensjonelle enkeltladningen under simulerte, underbalanserte tilstander for fullstendig å rense opp perforeringstunnelen 200 på fig. 8. Fig. 11 skisserer likeledes en volumetrisk representasjon betegnet 208 for en 11,63 kubikk tommers perforeringskavitet og tunnel frembrakt ved hjelp av samlingen med tre ladninger under simulerte underbalanserte tilstander for fullstendig å rense opp perforeringskaviteten og tunnelen 202 på fig. 9. Etter opprensing er volumet av perforeringskaviteten 208 mer enn tre ganger større enn volumet av perforeringstunnelen 204.

Som nevnt ovenfor er det viktig selv etter fullstendig opprensing, at konvensjonelle perforeringstunneler har et belegg eller et område nær overflaten med redusert permeabilitet sammenlignet med permeabiliteten til den uberørte bergarten. Dette belegget omgir hele perforeringstunnelen og reduserer produktiviteten til brønnen. På fig. 10 er den påvirkede overflaten av perforeringstunnelen 204 blitt betegnet med 20 6. I motsetning til konvensjonelle perfore-rings tunneler er perforeringskavitetene og tunnelene ifølge foreliggende oppfinnelse ikke omgitt av et belegg med redusert permeabilitet. I stedet har perforeringskavitetsdelene av perforeringskavitetene og tunnelene som er frembrakt ved å bruke foreliggende oppfinnelse, bare et belegg eller en hud med redusert permeabilitet ved sine øvre og nedre områder, som er blitt betegnet 210, 212 på fig. 11. Sidepartiene av perforeringskavitetsdelen, betegnet 214 på fig. 11, har ikke dette belegget med redusert permeabilitet, til dels på grunn av spenningsbølger som smelter bergarten. Disse spenningsbølgene oppstår fra vekselvirkningen mellom kompresjonsbølger mellom tunnelene som blir frembrakt under dannelsen av perforeringskavitetsdelen. Denne forbedrede permeabiliteten forsterker videre produktiviteten til brønnene som har perforeringskaviteter og tunneler frembrakt ved å bruke perforeringskanonenheten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til illustrerende utførelsesformer, er denne beskrivelsen ikke ment å skulle oppfattes på en begrensende måte. Forskjellige modifikasjoner og kombinasjoner av de illustrerende utførelsesformene så vel som andre utførelsesformer av oppfinnelsen, vil være opplagte for fagkyndige på området ved referanse til beskrivelsen. Det er derfor ment at de vedføyde patentkravene skal omfatte alle slike modifikasjoner eller utførelsesformer.

Claims (24)

1. Perforeringskanonenhet(42, 60, 110), omfattende: den omfatter: et hus(46, 84); minst én detonator(86) anordnet inne i huset(46, 84); og minst én samling(92, 94, 96, 98) av formede eller hulladninger (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) anordnet inne i huset(46, 84) og operativt forbundet med detonatoren(86), hvor hulladningene i den minst ene samling er posisjonert hovedsakelig langs en langsgående akse for huset(46, 84), idet hulladningene er slik orientert at jetstråler dannet ved detonering av ladningene, blir rettet hovedsakelig mot et brennpunkt(128),karakterisert vedat: hulladningene har et detoneringstidspunkt som velges slik at en første del av hulladningene blir detonert først, og detoneringer derav virker med hverandre for å skape et svekket område(148) i en formasjon(14, 64); og en andre del av hulladningene blir detonert etter en forutbestemt forsinkelse for derved å trenge gjennom det svekkede området(148).

2. Enhet ifølge krav 1(42, 60, 110), hvor minst én av hulladningene sørger for en jetstråle(150) som fortsetter forbi brennpunktet(128).

3. Enhet ifølge krav 1(42, 60, 110), videre omfattende et antall samlinger(92, 94, 96, 98) av hulladninger(78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) anordnet ved aksialt adskilte posisjoner i huset(46, 84), der hver av antallet samlinger(92, 94, 96, 98) er operativt forbundet med detonatoren, hvor hulladninger i hver samling er posisjonert hovedsakelig langs en langsgående akse for huset, idet hulladningene i hver samling(92, 94, 96, 98) er orientert slik at jetstråler(141, 124, 150) dannet ved detonering av ladningene, blir rettet hovedsakelig mot et brennpunkt(128) som er forbundet med hver samling.

4. Enhet ifølge krav 3(42, 60, 110), hvor hver av samlingene(92, 94, 96, 98) er omkretsmessig forskjøvet i forhold til en tilstøtende samling av samlingene.

5. Enhet ifølge krav 4(42, 60, 110), hvor den omkretsmessige forskyvning mellom tilstøtende samlinger er mellom omkring 15 grader og omkring 180 grader.

6. Enhet ifølge krav 1(42, 60, 110), hvor den minst ene samling(92, 94, 96, 98) omfatter tre hulladninger.

7. Enhet ifølge krav 1(42, 60, 110), hvor den minst ene samling(92, 94, 96, 98) omfatter en sentralposisjonert hulladning(102, 124) orientert hovedsakelig perpendikulært til den langsgående akse, og en hulladning(100, 122, 104, 126) på hver side av den sentralposisjonerte hulladning(102, 124), der hulladningene på hver side er orientert slik at deres jetstråler (141, 142) er rettet hovedsakelig mot brennpunktet(128).

8. Enhet ifølge krav 7(42, 60, 110), hvor ladningene på hver side konvergerer med en vinkel på mellom omkring 1 grad og omkring 45 grader.

9. Enhet ifølge krav 1(42, 60, 110), hvor tilstøtende hulladninger av hulladningene(100, 122, 104, 126) konvergerer mot hverandre med en vinkel på mellom omkring 1 grad og omkring 45 grader.

10. Enhet ifølge krav 1(42, 60, 110), hvor detonatoren(86) er anordnet til å detonere hulladningene ved forskjellige tidspunkter.

11. Enhet ifølge krav 10(42, 60, 110), hvor detonatoren(86) er anordnet til først å detonere en første hulladning(100, 122) nærmest enden i den minst ene samling, deretter å detonere en sentral hulladning(102, 124) i den minst ene samling, og til slutt å detonere en andre hulladning nærmest enden(104, 126) i den minst ene samling.

12. Fremgangsmåte for perforering av et brønnhull(36) som har et foringsrør(38) anordnet inne i brønnhullet, omfattende å detonere i foringsrøret(38) minst én samling (92, 94, 96, 98) av formede eller hulladninger (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126), idet den minst ene samling er posisjonert hovedsakelig langs en akse hovedsakelig i parallell med en akse for brønnhullet, hvor hulladningene (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) er slik orientert at jetstråler (141, 124, 150) dannet ved detonasjonen, blir rettet hovedsakelig mot et brennpunkt(128),karakterisert vedtrinnene: der hulladningene har et detoneringstidspunkt som velges slik at en første del av hulladningene blir detonert først, og detoneringer derav virker med hverandre for å skape et svekket område(148) i en formasjon(14, 64); og en andre del av hulladningene blir detonert etter en forutbestemt forsinkelse for derved å trenge gjennom det svekkede området(148).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor minst én av hulladningene (124) sørger for en jetstråle(150) som fortsetter forbi brennpunktet(128).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende trinnet med å detonere et antall samlinger (92, 94, 96, 98) av hulladninger anordnet ved aksialt adskilte posisjoner, der hulladninger i hver samling er posisjonert hovedsakelig langs aksen, idet hulladningene i hver samling (92, 94, 96, 98) er orientert slik at jetstråler (141, 124, 150) dannet ved detonasjonen av ladningene, blir rettet hovedsakelig mot et brennpunkt(128) som er forbundet med hver samling.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor hver av samlingene (92, 94, 96, 98) er omkretsmessig forskjøvet i forhold til en tilstøtende samling av samlingene.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvor den omkretsmessige forskyvning mellom tilstøtende samlinger (92, 94, 96, 98) er mellom omkring 15 grader og omkring 180 grader.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor detoneringen utføres ved å utløse en detonator(86), der detonatoren utløser en detonerende lunte(90, 136) operativt anordnet mellom detonatoren(86) og hulladningene (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) .

18. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor den minst ene samling (92, 94, 96, 98) omfatter tre hulladninger (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor den minst ene samling (92, 94, 96, 98) omfatter en sentralposisjonert hulladning orientert hovedsakelig perpendikulært til aksen, og en hulladning på hver side av den sentralposisjonerte hulladning, der hulladningene (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) på hver side er orientert slik at deres jetstråler er rettet hovedsakelig mot brennpunktet.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor ladningene (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) på hver side konvergerer med en vinkel på mellom omkring 1 grad og omkring 45 grader.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor tilstøtende hulladninger (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) av hulladningene (78, 100, 102, 104, 122, 124, 126) konvergerer mot hverandre med en vinkel på mellom omkring 1 grad og omkring 45 grader.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor detoneringstrinnet utføres når et hydrostatisk trykk i brønnhullet(36) overskrider et formasjonsfluidtrykk.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor detoneringstrinnet utføres når et hydrostatisk trykk i brønnhullet(36) er i beste fall lik et formasjonsfluidtrykk.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende trinnene med først å detonere en første hulladning(100, 122) nærmest enden i den minst ene samling (92, 94, 96, 98), deretter å detonere en sentral hulladning(102, 124) i den minst ene samling (92, 94, 96, 98), og til slutt å detonere en andre hulladning(104, 124) nærmest enden i den minst ene samling (92, 94, 96, 98) .