Способ и устройство для управления переходным неуравновешенным состоянием в стволе скважины
Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам и устройству для управления неуравновешенным состоянием в стволе скважины. Технический результат - улучшение сообщения текучей среды между скважиной и резервуарами в пластах. В способе управления неуравновешенным состоянием в стволе скважины формируют колонны стреляющего перфоратора в соответствии с искомым переходным неуравновешенным состоянием в интервале перфорирования, создают искомое переходное неуравновешенное состояние в интервале перфорирования ствола скважины в результате детонации колонны стреляющего перфоратора, используют пористый твердый материал в непосредственной близости от одного участка колонны стреляющего перфоратора. Причем пористый твердый материал имеет первоначально герметичный объем для приема текучих сред из ствола скважины в результате детонации колонны стреляющего перфоратора. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 19 ил.
Настоящее изобретение относится, в основном, к улучшению сообщения резервуара со стволом скважины и, в частности, к способу и устройству для управления неуравновешенным состоянием в стволе скважины, при котором давление текучей среды в стволе скважины меньше давления текучей среды в окружающем пласте.
Для заканчивания скважины перфорируют одну или несколько зон пласта, находящихся в непосредственной близости от ствола скважины, для обеспечения протекания текучей среды из зон пласта в скважину для ее подачи на поверхность или для нагнетания текучей среды в зоны пласта. Колонна стреляющего перфоратора может быть опущена в скважину, и перфораторы могут быть приведены в действие для создания отверстий в обсадной трубе и перфораций в окружающем пласте.
Взрывная природа образования перфорационных туннелей приводит к разрушению зерен песка в пласте. Слой "поврежденной при ударной нагрузке области", имеющий более низкую проницаемость, чем девственная материнская порода пласта, может быть образован вокруг каждого из перфорационных туннелей. Этот процесс может также приводить к образованию перфорационных туннелей, заполненных обломками горных пород, перемешанными с остатками заряда перфоратора. Степень повреждения и количество рыхлого обломочного материала в перфорационном туннеле может зависеть от множества факторов, в том числе от свойств пласта, свойств зарядов взрывчатки, состояний давления, свойств текучей среды и т.д. Поврежденная при ударной нагрузке область и рыхлый обломочный материал в перфорационных туннелях могут отрицательно влиять на продуктивность эксплуатационных скважин или на приемистость нагнетательных скважин.
Одним из популярных способов получения чистых перфораций является перфорирование с созданием неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления). Такое перфорирование проводят при более низком давлении в стволе скважины, чем давление пласта. Выравнивание давлений обеспечивают за счет протекания текучей среды из пласта в ствол скважины. Этот поток текучей среды переносит часть мелких обломков горных пород. Однако перфорирование с созданием неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления) не всегда является эффективным и может быть дорогостоящим и небезопасным для внедрения в некоторых скважинных состояниях.
Другой возможностью является гидравлический разрыв пласта для того, чтобы обогнуть поврежденные и забитые перфорации. Однако гидравлический разрыв пласта представляет собой относительно дорогостоящую операцию. Более того, чистые неповрежденные перфорации требуются для обеспечения низкого начального давления гидравлического разрыва (одно из предварительных условий хорошего выполнения гидравлического разрыва). Отметим, что кислотная обработка, которая представляет собой другой широко используемый способ устранения повреждений перфораций, является неэффективной для обработки песка и рыхлого обломочного материала, которые остаются внутри перфораций.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа и устройства, позволяющих улучшить сообщение текучей среды между скважиной и резервуарами в пластах.
Этот технический результат достигается тем, что в способе управления состоянием отрицательного дифференциального давления в стволе скважины согласно изобретению выбирают конфигурацию колонны скважинного перфоратора в соответствии с искомым переходным неуравновешенным состоянием (отрицательным дифференциальным давлением) в интервале перфорирования и создают, по существу, искомое переходное неуравновешенное состояние (отрицательное дифференциальное давление) в интервале перфорирования ствола скважины в результате приведения в действие колонны скважинного перфоратора.
Дополнительно определяют переходное неуравновешенное состояние (отрицательное дифференциальное давление) на основании, по меньшей мере, одного заранее установленного критерия.
Дополнительно выбирают конфигурацию колонны скважинного перфоратора на основании переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления).
При выборе конфигурации колонны скважинного перфоратора снижают полную взрывную массу за счет использования зарядов с пониженной взрывной массой, которая меньше максимальной взрывной массы, на которую рассчитана колонна скважинного перфоратора.
При выборе конфигурации колонны скважинного перфоратора дополнительно снижают плотность зарядов.Создание, по существу, искомого переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления) включает временное создание переходного давления, которое меньше, чем давление резервуара в интервале перфорирования.
При выборе конфигурации колонны скважинного перфоратора снижают плотность зарядов в колонне скважинного перфоратора.
Снижение плотности зарядов предусматривает замену действительных взрывчатых зарядов твердыми массами.
Снижение плотности зарядов предусматривает использование вытянутых твердых масс между секциями перфоратора для снижения плотности зарядов колонны скважинного перфоратора.
Дополнительно используют пористый твердый материал в непосредственной близости от, по меньшей мере, одного участка колонны скважинного перфоратора, причем пористый твердый материал имеет первоначально герметичный объем для приема текучих сред из ствола скважины в результате детонации колонны скважинного перфоратора.
Используют пористый твердый материал, имеющий пустотелую структуру, которая имеет газ, вакуум или жидкость.
В качестве пустотелой структуры используют наполненные газом микросферы или микросферы с внутренним вакуумом.
В качестве пористого твердого материала используют пористый цемент.
Устройство для использования в стволе скважины согласно изобретению содержит инструмент, имеющий взрывчатые вещества, и объем пористого твердого материала, расположенный вокруг инструмента для создания герметичного объема, предназначенного для приема текучих сред из ствола скважины после детонации взрывчатых веществ, причем количество пористого твердого материала выбрано на основании переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления) в интервале ствола скважины.
Пористый твердый материал установлен с возможностью разрушения в результате детонации взрывчатки, причем разрушение пористого твердого материала позволяет текучей среде из ствола скважины входить в первоначально герметичный объем.
Пористый твердый материал представляет собой пористый цемент.
Пористый твердый материал содержит пустотелые структуры, заполненные газом, или имеет внутренний вакуум.
Пористый твердый материал содержит заполненные газом или имеющие внутренний вакуум микросферы.
В способе для использования в стволе скважины согласно изобретению определяют искомое переходное неуравновешенное состояние (отрицательное дифференциальное давление) в интервале ствола скважины, опускают инструмент, имеющий заряды взрывчатки, в интервал ствола скважины, используют пористый твердый материал в непосредственной близости от зарядов взрывчатки, причем пористый твердый материал имеет первоначально герметичный объем, осуществляют детонацию зарядов взрывчатки, разрушают пористый твердый материал и вскрывают герметичный объем пористого твердого материала для увеличения эффективного объема интервала ствола скважины для достижения, по существу, искомого переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления) в интервале ствола скважины.
Увеличение эффективного объема интервала ствола скважины приводит к снижению переходного давления в интервале ствола скважины.
В качестве пористого твердого материала, имеющего первоначально герметичный объем, используют заполненные газом или имеющие внутренний вакуум микросферы.
В качестве пористого твердого материала используют пористый цемент.
В способе для использования в стволе скважины согласно изобретению определяют состояние искомого переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления), опускают инструмент, имеющий заряды взрывчатки, в ствол скважины, и выбирают количество зарядов взрывчатки в инструменте на основании состояния искомого переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления) таким образом, чтобы после детонации зарядов взрывчатки система достигала состояния искомого переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления).
Выбор количества зарядов взрывчатки предусматривает снижение плотности зарядов взрывчатки.
Устройство для перфорирования, предназначенное для использования в стволе скважины, согласно изобретению содержит несущую линию, скважинный перфоратор и уплотнительное средство для управления скоростью протекания текучей среды из первой области ствола скважины во вторую область ствола скважины, расположенную в непосредственной близости от скважинного перфоратора, приспособленное для снижения скорости нарастания давления до сверхуравновешенного состояния (положительного дифференциального давления) во второй области.
Уплотнительное средство содержит негерметичный пакер или негерметичное средство фиксации.
Несущая линия содержит трубопровод текучей среды, и дополнительно имеется регулятор расхода в трубопроводе текучей среды и уплотнительное средство, установленное снаружи от трубопровода текучей среды.
Устройство может дополнительно содержать другой скважинный перфоратор.
В способе перфорирования для использования в стволе скважины согласно изобретению используют колонну, имеющую несущую линию и стреляющий перфоратор, используют уплотнительное средство для управления скоростью течения текучей среды и снижают при помощи уплотнительного средства скорость нарастания давления до сверхуравновешенного состояния (положительного дифференциального давления) в интервале перфорирования, расположенном в непосредственной близости от стреляющего перфоратора.
В качестве несущей линии используют насосно-компрессорную колонну, а в качестве уплотнительного средства - регулятор расхода в канале насосно-компрессорной колонны.
В качестве уплотнительного средства используют негерметичный пакер или негерметичное средство фиксации вокруг несущей линии.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 изображает вариант колонны стреляющего перфоратора, установленной в стволе скважины и содержащей систему перфоратора в соответствии с одним из нескольких вариантов;
фиг.2A-2C показывают системы стреляющего перфоратора, каждая из которых содержит герметик, образованный из пористого материала;
фиг.3A-3B показывают пустотелый носитель перфоратора в соответствии с другим вариантом, который включает загрузочную трубу, в которой установлены кумулятивные заряды и которая заполнена пористым материалом;
фиг.4 показывает систему стреляющего перфоратора в соответствии с еще одним вариантом, которая включает несущую трубу, содержащую кумулятивные заряды и пористый материал;
фиг.5A-5D показывают системы стреляющего перфоратора в соответствии с другими вариантами выполнения;
фиг.6 и 7 показывают колонны перфоратора для снижения переходного отрицательного дифференциального давления в интервале перфорирования;
фиг.8-11 показывают системы стреляющего перфоратора в соответствии с другими вариантами, предназначенные для усиления переходного неуравновешенного состояния;
фиг.12 и 13 показывают системы стреляющего перфоратора, предназначенные для снижения воздействий переходного сверхуравновешенного состояния в интервале перфорирования.
В последующем описании приведены многочисленные детали для лучшего понимания изобретения. Однако специалисты легко поймут, что настоящее изобретение может быть осуществлено и без использования этих деталей, причем возможны различные вариации или модификации описанных здесь вариантов.
Использованные здесь термины "вверх" и "вниз", "верхний" и "нижний", "вверху" и "внизу", "выше по течению" и "ниже по течению", "выше" и "ниже" и другие аналогичные термины, указывающие относительное положение выше или ниже данной точки или элемента, используются в данном описании для более четкого описания некоторых вариантов изобретения. Однако в случае применения для оборудования и способов, которые используют в скважинах, которые отклоняются от вертикали или являются горизонтальными, эти термины могут означать расположение слева направо, справа налево или другое соответствующее соотношение (расположение).
Обычно используют механизмы для контроля (управления) местного, переходного (неустановившегося) состояния давления в стволе скважины. В некоторых случаях желательно понижать состояние местного давления для усиления переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления) в ходе проведения операций в стволе скважины (например, при перфорировании). Очистка разрушения перфорирования и удаление порождаемой за счет перфорирования (загрузка и образование) пустой породы из перфорационных отверстий в обсадной колонне и прилегающей породе может быть осуществлено за счет увеличения местного падения давления (за счет увеличения местного переходного отрицательного дифференциального давления). В других случаях желательно уменьшение переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления) за счет уменьшения величины переходного падения давления в ходе проведения операций в стволе скважины.
В некоторых вариантах используют комплект для снижения (скорее, чем для усиления) переходного неуравновешенного состояния. Инструмент, который содержит взрывчатые компоненты, такой как стреляющий перфоратор, приводят в действие в окружающей среде ствола скважины, имеющей некоторое давление (например, давление от соседнего пластового резервуара). Обычно детонация взрывчатых компонентов порождает газ при более низком давлении, чем давление в стволе скважины, который создает тенденцию для переходного снижения местного давления в стволе скважины (и, за счет этого, усиления состояния отрицательного дифференциального давления). Для противодействия этому влиянию количество взрывчатых компонентов в инструменте снижают (например, за счет уменьшения плотности зарядов стреляющего перфоратора). Пространство, которое было бы занято взрывчатыми компонентами в инструменте, заменяют твердыми массами. В результате переходное падение давления за счет приведения в действие взрывчатых компонентов в инструменте снижается для снижения переходного отрицательного дифференциального давления.В других вариантах, для усиления переходного неуравновешенного состояния, пористый материал, такой как пористый твердый материал (пористое сухое вещество), вводят вокруг инструмента (такого как стреляющий перфоратор или другой инструмент, который содержит взрывчатые вещества). Первоначально пористый твердый материал содержит герметичные объемы (в которых имеется газ, легкие жидкости или вакуум). Когда взрывчатые вещества детонируют, пористый твердый материал дробится или разрушается, так что объемы открываются в ствол скважины. Это эффективно создает новый объем, в который могут затекать текучие среды из ствола скважины, что создает местное, переходное падение давления. В результате переходное неуравновешенное состояние (отрицательное дифференциальное давление) усиливается за счет использования пористого твердого материала.
В других дополнительных вариантах местное низкое падение давления усиливается за счет использования камеры (полости), в которой имеется относительно низкое давление текучей среды. Например, камера представляет собой герметичную камеру, в которой содержится газ или другая текучая среда под более низким давлением, чем в среде, окружающей ствол скважины. В результате, когда камеру открывают, происходит быстрое втекание текучей среды в камеру с более низким давлением, за счет чего создается состояние низкого давления в области ствола скважины, которая сообщается с камерой после ее открывания.
Камерой может быть замкнутая камера, которая частично образована при помощи элемента герметизации, расположенного ниже поверхности скважины. Другими словами, замкнутая камера не доходит до поверхности скважины. Например, элементом герметизации может быть клапан, размещаемый в скважине. Альтернативно, элемент герметизации содержит герметичный резервуар, имеющий каналы, в которых стоят элементы, которые могут быть уничтожены при помощи некоторого механизма (например, за счет использования взрывчатки или некоторого другого механизма). В других вариантах в качестве элемента герметизации могут быть использованы устройства другого типа.
В процессе работы оператор скважины идентифицирует или определяет искомое переходное неуравновешенное состояние, которое желательно иметь в интервале ствола скважины относительно давления ствола скважины (которое может быть установлено при помощи давления резервуара). Искомое переходное неуравновешенное состояние (отрицательное дифференциальное давление) может быть идентифицировано при помощи одного из нескольких способов, например, базируясь на эмпирических данных предыдущей эксплуатации скважины или на имитации, производимой при помощи моделирования с использованием программных средств.
На основании искомого переходного неуравновешенного состояния производят выбор конфигурации колонны инструмента (например, колонны стреляющего перфоратора). Например, соответствующее количество пористого материала, такого как пористый твердый материал, используют в колонне инструмента для достижения искомого состояния переходного отрицательного дифференциального давления. И в этом случае "соответствующее" количество пористого материала находят на основании эмпирических данных предыдущей эксплуатации скважины или при помощи моделирования с использованием программных средств и имитационного моделирования. В других случаях, когда искомое переходное неуравновешенное состояние (отрицательное дифференциальное давление) указывает, что желательно снижение переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления), тогда количество взрывчатых компонентов в колонне инструмента уменьшают. Определение необходимого для использования количества пористого материала может быть проведено с использованием программного обеспечения в такой системе, как компьютерная система. Программное обеспечение в указанной системе может быть использовано на одном или нескольких процессорах. Аналогично, программное обеспечение позволяет также определить, насколько необходимо снизить число взрывчатых компонентов, чтобы получить искомое снижение переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления).
После этого в интервал ствола скважины опускают конфигурированную контрольную колонну инструмента и затем колонну инструмента приводят в действие для детонирования взрывчатки в колонне инструмента. Указанное приведение в действие позволяет главным образом получить искомое состояние переходного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления).
На фиг.1 показана колонна стреляющего перфоратора 50 в соответствии с одним из вариантов выполнения, установленная в стволе скважины. Колонна стреляющего перфоратора 50 выполнена с возможностью прохождения через насосно-компрессорную колонну 52, которая установлена в стволе скважины 54, имеющем обсадную колонну 55. В соответствии с другим вариантом насосно-компрессорная колонна 52 отсутствует. Колонна стреляющего перфоратора 50 содержит систему стреляющего перфоратора 56 в соответствии с различными вариантами. Система перфоратора 56 может быть присоединена к переходнику 58, который, в свою очередь, соединен с несущей линией 60 для введения колонны стреляющего перфоратора 50 в ствол скважины 54. Несущая линия 60 может представлять собой, например, талевый канат, гладкий трубопровод или спирально свернутую систему труб. Различные варианты системы стреляющего перфоратора 56 описаны далее. Несмотря на то, что показанные на чертежах стреляющие перфораторы содержат кумулятивные заряды, установленные фазовым образом, такое фазирование не является необходимым.
Система стреляющего перфоратора 56 содержит пористый твердый материал, так что после запаливания системы стреляющего перфоратора 56 герметичный объем пористого твердого материала открывается для давления в стволе скважины, при этом происходит переходное снижение давления в стволе скважины для усиления состояния местного неуравновешенного состояния (отрицательного дифференциального давления).
На фиг.2A-2B показана система стреляющего перфоратора 56A в соответствии с одним из вариантов, которая содержит линейную полосу 102, с которой соединено множество капсульных кумулятивных зарядов 106. Детонирующий шнур 103 соединен с каждым из кумулятивных зарядов 106. Кумулятивные заряды 106 установлены в соответствующих опорных кольцах 104 опорного кронштейна 105. Опорный кронштейн 105 может быть закручен для создания желательного фазирования (например, спираль 45°, спираль 60°, три фазы и т.п.). Альтернативно, опорный кронштейн 105 может иметь не фазированную схему (например, фазирование 0°). При другом построении линейная полоса 102 может отсутствовать, при этом опорный кронштейн 105 является первичной опорой для капсульных зарядов 106.
В одном из вариантов несущая полоса 102, опорный кронштейн 105, опорные кольца 104, детонирующий шнур 103 и капсульные заряды 106 заключены (капсулированы) в пористый материал 110. Примером пористого материала является пористый твердый материал, такой как пористый цемент. В качестве примера пористого цемента можно привести LITECRETE™. Пористый цемент образован за счет перемешивания цемента с полыми структурами, такими как микросферы, заполненные газом (например, воздухом или газом другого типа), или с внутренним вакуумом. Микросферы обычно представляют собой тонкостенные стеклянные оболочки с относительно большой порцией воздуха (внутри).
Пористый цемент представляет собой один из примеров пористого твердого материала, вмещающего герметичный объем. Когда заполненные газом или имеющие внутренний вакуум скрытые структуры разрываются в результате детонации кумулятивных зарядов 106, дополнительный объем добавляется к объему ствола скважины, в результате чего временно снижается давление.
Для создания структурной поддержки для герметика 110 вокруг герметика 110 предусмотрен рукав 112. Рукав 112 образован из материала любого типа, который может обеспечить структурную поддержку, такого как пластик, металл, эластомер и т.п. Рукав 112 также служит для защиты герметика 110 при введении системы стреляющего перфоратора 56A в ствол скважины, когда происходят соударения с другими скважинными структурами. Альтернативно, вместо отдельного рукава может быть использовано покрытие на внешней поверхности герметика 110, которое прилипает к герметику при его нанесении. Покрытие может быть образовано из материала, позволяющего снизить проникновение текучей среды. Этот материал также должен иметь низкое трение.
В дополнительных вариантах для того, чтобы получить более высокие значения давления, герметик 110 может быть образован с использованием материала другого типа. Например, может быть использован рассчитанный на более высокое давление цемент с микросферами S60 производства фирмы ЗМ Corporation. Альтернативно, в качестве герметика 110 может быть использована эпоксидная смола (например, полиуретановая), перемешанная с микросферами, или сферами, или оболочками других типов, заполненными газом или имеющими внутренний вакуум. В другом дополнительном варианте герметик 110 может иметь несколько слоев. Например, один слой может быть образован из пористого цемента, в то время как другой слой может быть образован из пористой эпоксидной смолы или другого пористого твердого материала. Альтернативно, герметик 110 может быть жидким материалом или материалом на основе геля, при этом рукав 112 является герметичным контейнером для герметика 110.
В некоторых вариантах пористый материал представляет собой композиционный материал, который содержит пустотелый материал наполнителя (для создания пористости), тяжелый порошок (для повышения плотности) и связующее/матрицу. Связующее/матрица может быть жидкостью, твердым материалом (сухим веществом) или гелем. В качестве примеров связующего/матрицы из твердых материалов можно привести полимер (например, жидкотекучий термореактивный полимер, такой как эпоксидная смола, каучук и т.п., или полученный за счет литьевого формования термопласт), химически связанную керамику (например, компаунд на базе цемента), металл или эластомер с высокой степенью сжатия. Среди нетвердых материалов связующего/матрицы можно указать гель (который имеет лучшее ударное сжатие, чем твердое тело) или жидкость. Пустотелым наполнителем для гасящего удары материала может быть мелкий порошок, каждая частица которого имеет внешнюю оболочку, вмещающую объем газа или имеющую внутренний вакуум. В одном примерном варианте пустотелый наполнитель может занимать до 60% по объему всего объема компаунда, причем каждая частица пустотелого наполнителя содержит 70-80% по объему воздуха. Оболочки пустотелого наполнителя являются непроницаемыми и обладают высокой прочностью, что позволяет исключить их разрушение при типичных давлениях в стволе скважины (около 10 килофунтов на квадратный дюйм в одном из примеров). Альтернативой использования пустотелого наполнителя является создание и поддержание стабильных воздушных пузырьков непосредственно внутри матрицы, создаваемых за счет перемешивания, использования поверхностно-активных веществ и т.п.
В одном варианте выполнения тяжелый порошковый наполнитель составляет до 50% по объему от всего объема компаунда, причем материалом порошка является металл, такой как медь, железо, вольфрам или любой другой материал с высокой плотностью. Альтернативно, тяжелым наполнителем может быть песок. В другом варианте тяжелый порошок может составлять ориентировочно до 10%, 25% или 40% по объему от всего объема компаунда. Форму частиц порошка высокой плотности выбирают таким образом, чтобы получить правильную реологию смеси, позволяющую получить однородный (не имеющий расслоения) готовый компаунд.
Использование песка в качестве тяжелого наполнителя вместо металла позволяет получить одно или несколько преимуществ. Например, песок хорошо знаком специалистам по эксплуатации и поэтому легче может быть внедрен. Кроме того, за счет увеличения объема песка можно снизить объем матрицы/связующего, что приводит к снижению количества отходов, получаемых от матрицы/связующего после детонации.
В некоторых примерах объемная плотность ударопоглощающего материала лежит в диапазоне ориентировочно от 0,5 г/см3 до 10 г/см3, при пористости компаунда в диапазоне ориентировочно от 2% до 90%.
Другим примером пористых твердых материалов является 10 г/см3, 40% пористый материал, такой как вольфрамовый порошок, перемешанный с пустотелыми микросферами, по 50% по объему каждого. Другим примерным компаундом является компаунд, который содержит 53% по объему эпоксидной смолы низкой вязкости, 42% по объему пустотелых стеклянных сфер и 5% по объему медного порошка. Плотность компаунда составляет около 1,3 г/см3, а пористость составляет около 33%. Другой компаунд содержит около 39% по объему воды, 21% по объему цемента Lehigh Class H, 40% по объему стеклянных сфер и следы добавок для оптимизации реологии и скорости отверждения. Плотность такого компаунда составляет около 1,3 г/см3, а пористость около 30%.
Для образования герметика 110 пористый материал (в жидком виде или в виде суспензии) может быть залит вокруг несущей полосы 102, которая заключена внутри рукава 112. Затем должны быть созданы условия для того, чтобы пористый материал затвердел. В случае пористого цемента цемент в виде порошка может быть перемешан с водой и другими добавками для образования цементного раствора. В ходе перемешивания цемента в смесь добавляют микросферы. Затем смесь, все еще в виде цементного раствора, заливают внутрь рукава 112 и позволяют схватиться. В качестве оборудования, которое используют для создания желательной смеси, может быть использовано любое обычное оборудование для перемешивания цемента. В смесь могут быть также добавлены различные волокна (например, стекловолокно, углеродные волокна и т.п.) для повышения прочности герметика.
Герметику 110 может быть также заранее придана определенная форма (геометрия). Например, герметик может быть разделен на две секции с соответствующими контурами (конфигурациями), образованными на внутренних поверхностях двух секций, предназначенными для введения стреляющего перфоратора или одного, или нескольких зарядов. После этого стреляющий перфоратор может быть помещен между двумя секциями, которые скрепляют вместе для получения герметика 110, который показан на фиг.2B. В соответствии с еще одним вариантом выполнения пористый материал может быть отформован между двумя зарядами и введен при введении зарядов.
В другом варианте, который показан на фиг.2C, линейная полоса 102 отсутствует, причем опорный кронштейн 105 и герметик 110 обеспечивают необходимую поддержку.
На фиг.3A-3B показан другой вариант выполнения, в котором вместо несущей полосы фиг.2 используют аналогичную концепцию для пустотелого несущего перфоратора 56B. В пустотелом несущем перфораторе 56B загрузочная труба 120 установлена внутри пустотелого держателя 122. Загрузочная труба 120 имеет отверстия 124, через которые могут выступать кумулятивные заряды 126. Кумулятивные заряды 126 могут быть не капсульными зарядами, так как кумулятивные заряды защищены от окружающей среды при помощи пустотелого держателя 122, который обычно является герметичным. После установки кумулятивных зарядов 126 внутри загрузочной трубы 120 в ходе сборки пористый материал (например, пористый цемент), который первоначально находится в жидком виде или в виде раствора, может быть залит через верхнее или нижнее отверстия 130 загрузочной трубы. После этого дают возможность материалу схватиться, чтобы получить пористый материал наполнителя 125 внутри загрузочной трубы 120. На фиг.3B показано поперечное сечение перфоратора 56B.
Пористый материал наполнителя также может заполнять внутреннее пространство пустотелого держателя 122 для получения большего объема. Кроме повышения состояния местного переходного отрицательного дифференциального давления, дополнительную выгоду от применения пористого материала получают за счет того, что он является поглотителем энергии, который снижает взаимные помехи зарядов. Кроме того, пористый материал может служить структурной поддержкой для пустотелого держателя, так что может быть использован пустотелый держатель с более тонкими стенками. Пористый материал обеспечивает поддержку (опору) внутри пустотелых держателей против сил, генерируемых за счет давлений в стволе скважины. Чем тоньше пустотелые держатели, тем легче стреляющий перфоратор, что делает обращение с ним более удобным и облегчает работу. Слой 123, образованный из пористого материала, также может быть предусмотрен вокруг внешней поверхности пустотелого держателя 122. Сочетание пористого материала внутри пустотелого держателя 122 и снаружи от него создает объем, который служит для приема текучей среды из ствола скважины после детонации.
На фиг.4 в соответствии с еще одним вариантом показана система стреляющего перфоратора 56C, которая содержит трубчатый держатель 202, который может быть использован для установки капсульных зарядов 204 в непосредственной близости от отверстий 206 в трубчатом держателе 202. Трубчатый держатель 202 может быть устроен главным образом аналогично загрузочной трубе 120 пустотелого несущего перфоратора 56B, за исключением того, что трубчатый держатель 202 не находится внутри пустотелого держателя. В результате следует использовать капсульные заряды 204 вместо не капсульных зарядов 106 фиг.3A. В одной из схем расположения детонирующий шнур 208 может пролегать вдоль внешней стороны трубчатого держателя 202 и соединяться с капсульными зарядами 206. В другой схеме расположения детонирующий шнур 208 может проходить внутри трубчатого держателя 202. Как и в случае загрузочной трубы 120 фиг.3A, пористый материал (например, пористый цемент), который первоначально находится в жидком виде или в виде суспензии (цементного раствора), может быть залит через верхнее или нижнее отверстие 210 трубчатого держателя 202. Пористый материал застывает внутри трубчатого держателя 202 и образует такой пористый материал, который позволяет снизить удары и помехи. Преимущество использования трубчатого держателя 202 заключается в том, что повреждение пористого материала менее вероятно за счет того, что он защищен при помощи трубчатого держателя 206, который обычно является прочной и жесткой конструкцией.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.5A, на которой в соответствии с еще одним вариантом показан перфоратор 56F, который содержит множество кумулятивных зарядов, установленных в соответствии с фазированными схемами расположения (например, в соответствии со спиральной схемой, трехфазной схемой и т.д.) на линейной полосе 302. Альтернативно, может быть использована и нефазированная схема расположения зарядов. Кумулятивные заряды 304 с фазой 0° могут быть установлены непосредственно на полосе 302. Другие заряды (не показаны) установлены внутри труб 306, прикрепленных к полосе 302. Отверстия 308 предусмотрены в каждой трубе 306 для соответствующих кумулятивных зарядов. Пористый материал, которым может быть один из обсуждавшихся здесь выше пористых материалов, находится в каждой трубе 306.
Труба 306 может быть изготовлена из металла или другого подходящего жесткого материала. Альтернативно, труба 306 может быть также изготовлена из пористого материала, такого как пористый твердый материал (например, пористый цемент, пористая эпоксидная смола и т.п.).
На фиг.5B-5D показан другой вариант, в котором вместо пустотелой трубы 306 использован цельный пруток 306A с полостями 308A (для кумулятивных зарядов). На фиг.5B-5D показаны три вида трех различных участков прутка (стержня) 306A без установленных в нем зарядов. Пруток 306A может быть изготовлен из пористого материала, такого как пористый твердый материал. Как это показано на фиг.5B и 5D, первая и вторая канавки 310 и 312 образованы на концах прутка 306A для приема кумулятивных зарядов 304 с фазой 0°. На внешней поверхности прутка 306A между отверстиями 308A образованы также канавки 314 для приема детонирующего шнура, который баллистически соединен с каждым из кумулятивных зарядов в прутке 306A.
Для дальнейшего усиления эффекта неуравновешенного состояния большее количество пористого твердого материала может быть предусмотрено вокруг каждого перфоратора. Например, цилиндрический блок пористого твердого материала может иметь максимальный диаметр, который только немного меньше самого узкого сужения сечения (например, эксплуатационной обсадной колонны), через которое должен проходить перфоратор.
Альтернативно, пористая суспензия может быть закачана вниз и вокруг перфоратора; в таком сценарии сужение сечения не служит ограничением массы пористого материала, которая может быть помещена вокруг перфоратора. Так, например, на фиг.1 показана область 54 вокруг перфоратора 56, которая заполнена пористой суспензией, закаченной в насосно-компрессорную колонну 52 и вокруг системы стреляющего перфоратора 56.
Далее описаны другие варианты увеличения переходных падений давления и, следовательно, состояний переходного неуравновешенного состояния. В одном из таких других вариантов герметичный атмосферный контейнер опускают в ствол скважины после перфорирования пласта. После начала добычи создают отверстия (например, за счет использования взрывчатки, клапанов или других механизмов) в корпусе контейнера для того, чтобы создать неуравновешенное состояние (состояние отрицательного дифференциального давления) или прорыв текучей среды для удаления поврежденных зерен песка вокруг перфорационных отверстий и для удаления рыхлой пустой породы.
В соответствии с дополнительными другими вариантами колонна инструмента содержит множество камер, причем стреляющий перфоратор опускают в ствол скважины. В соответствии с этими вариантами первую камеру используют для создания состояния отрицательного дифференциального давления ранее перфорирования. Затем приводят в действие стреляющий перфоратор, после чего стреляющий перфоратор удаляют. После того как стреляющий перфоратор выведен из перфорированного пласта, открывают вторую камеру для создания резкого втекания (прорыва) текучей среды из пласта во вторую камеру. После втекания заданного объема текучей среды из пласта во вторую камеру регулятор потока может быть открыт для введения текучей среды из второй камеры назад в пласт. Альтернативно, текучая среда пласта из второй камеры может быть подана на поверхность.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения камера внутри перфоратора может быть использована как приемник для текучих сред из ствола скважины, чтобы создать неуравновешенное состояние (отрицательного дифференциального давления). После детонации заряда горячий газ детонации заполняет внутреннюю камеру перфоратора. Если результирующее давление газа детонации меньше, чем давление в стволе скважины, то более холодные текучие среды из ствола скважины всасываются в корпус перфоратора. Быстрое ускорение за счет прохождения через каналы перфорации в корпусе перфоратора разделяет текучую среду на капли и приводит к быстрому охлаждению газа. Следовательно, происходит быстрое падение давления перфоратора и еще более быстрый дренаж текучей среды из ствола скважины, что приводит к падению давления в стволе скважины. Падение давления в стволе скважины создает неуравновешенное состояние (отрицательного дифференциального давления).
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.8, на которой показана колонна инструмента, имеющая герметичный атмосферный контейнер 510 (или контейнер, имеющий внутреннее давление ниже ожидаемого давления в стволе скважины в интервале пласта 512), который опускают в ствол скважины (который имеет крепление обсадными трубами 524) и помещают в непосредственной близости от подлежащего обработке перфорированного пласта. Колонну инструмента опускают на несущей линии 522 (например, в виде талевого каната, гладкого трубопровода, спирально свернутой системы труб и т.п.). Контейнер 510 содержит камеру, которая заполнена газом (например, воздухом или азотом) или другой текучей средой. Контейнер 510 имеет достаточную длину для обработки всего пласта 512, причем он имеет множество каналов 16, которые могут быть открыты с использованием взрывчатки.
В соответствии с одним из вариантов, в то время как при помощи скважины производят добычу (после осуществления перфорирования пласта 512), атмосферная камера в контейнере 510 открывается за счет взрыва в (в направлении) ствол скважины. Эта технология может быть использована как со стреляющим перфоратором, так и без него. Если перфоратор используют, то атмосферный контейнер позволяет использовать динамическое неуравновешенное состояние (отрицательное дифференциальное давление), даже если текучая среда в стволе скважины имеет сверхуравновешенное состояние (имеет давление, превышающее давление пласта) непосредственно перед перфорированием. Атмосферный контейнер 510 может быть также использован после проведения операций перфорирования. В этом последнем случае, после начала добычи из пласта, производят открывание за счет взрыва каналов 516 атмосферного контейнера 510 для того, чтобы резко создать неуравновешенное состояние (отрицательного дифференциального давления).
Приводимый в действие за счет взрыва контейнер 510 в соответствии с одним из вариантов содержит внутри воздух (или некоторый другой подходящий газ или текучую среду). Размеры камеры 510 выбирают таким образом, чтобы ее можно было опустить в законченную скважину при помощи талевого каната, спирально свернутой системы труб или при помощи других механизмов. Толщина стенки камеры рассчитана таким образом, чтобы выдерживать скважинные давления и температуры в стволе скважины. Длина камеры определяется толщиной подлежащего обработке перфорированного пласта. Множество каналов 516 может быть предусмотрено вдоль стенки камеры 510. Взрывчатку помещают внутрь атмосферного контейнера в непосредственной близости от каналов.
В соответствии с одной из схем расположения колонну инструмента, которая содержит контейнер 510, опускают в ствол скважины и помещают в непосредственной близости от перфорированного пласта 512. В этом случае пласт 512 уже был перфорирован, а атмосферную камеру 510 используют в качестве устройства создания резкого течения (прорыва) для того, чтобы быстро создать неуравновешенное состояние (отрицательного дифференциального давления). Ранее опускания атмосферного контейнера чистая завершающая текучая среда при необходимости может быть введена в пласт. Эту текучую среду выбирают на основании смачиваемости пласта, а также свойств текучей среды пласта. Это может помочь при удалении частиц из перфорационных отверстий при протекании текучей среды.
После того как атмосферный контейнер 510 опускают в ствол скважины и помещают в непосредственной близости от перфорированного пласта 512, пласт 512 переводят в состояние фонтанной эксплуатации за счет открывания эксплуатационной задвижки на поверхности. В ходе фонтанной эксплуатации пласта взрывчатые вещества взрывают внутри атмосферного контейнера, в результате чего каналы контейнера 510 открываются для давления в стволе скважины. Ударная волна, создаваемая за счет взрыва, может создавать силы для разделения частиц. Внезапное падение давления внутри ствола скважины может создавать прорыв текучей среды из пласта в пустое пространство, которое остается в стволе скважины за счет удаления атмосферного контейнера 510. Эта текучая среда несет ставшие подвижными частицы в ствол скважины, оставляя чистыми каналы пласта. Камера может быть сброшена в скважину или выведена на поверхность.
Если используют стреляющий перфоратор, то приведение его в действие может главным образом совпадать с открыванием каналов 516. Это создает перфорацию с неуравновешенным состоянием. На фиг.9 показано использование атмосферного контейнера 510A в сочетании со стреляющим перфоратором 530 в соответствии с другим вариантом. В показанном на фиг.9 варианте контейнер 510A разделен на 2 части, первая из которых находится выше стреляющего перфоратора 530, а вторая - ниже стреляющего перфоратора 530. Контейнер 510A содержит различные отверстия 516A, которые выполнены с возможностью открывания за счет силы взрыва, создаваемого за счет детонации взрывчатых веществ при помощи детонирующего шнура 520A. Детонирующий шнур также соединен с кумулятивными зарядами 532 в стреляющем перфораторе 530. В соответствии с одним из вариантов, как это показано на фиг.9, стреляющий перфоратор 530 установлен на полосе, на которой капсульные кумулятивные заряды установлены на держателе 534. Альтернативно, кумулятивные заряды 532 могут быть не капсульными кумулятивными зарядами, которые заключены в герметичный контейнер.
Прорыв текучей среды может быть произведен относительно быстро после перфорирования. Например, прорыв текучих сред может быть произведен по истечении ориентировочно одной минуты после перфорирования. В другом варианте резкое изменение давления происходит после перфорирования в течение времени, например, около (или меньше) 10 с, 1 с или 100 мс. Относительная привязка по времени между перфорированием и прорывом текучей среды применима также и к другим описанным здесь вариантам.
На фиг.10 показана в соответствии с другим вариантом колонна инструмента с множеством камер. Колонна инструмента содержит стреляющий перфоратор 600, который прикреплен к средству 602 фиксации (анкеру). Средство 602 фиксации может быть приведено в действие за счет взрыва, чтобы освободить стреляющий перфоратор 600. Так, например, приведение в действие детонирующего шнура 604 для поджигания кумулятивных зарядов 606 в стреляющем перфораторе 600 будет также приводить в действие средство 602 фиксации, чтобы освободить стреляющий перфоратор 600, который будет падать тогда на дно скважины.
Средство 602 фиксации содержит кольцевой канал 608, который позволяет текучей среде в кольцевой области 610 (которую называют также как часть скважины меньшего диаметра) сообщаться с областью снаружи от первой камеры 614 колонны инструмента. Первая камера 614 имеет заданный объем газа или текучей среды. Кожух, ограничивающий первую камеру 614, может иметь каналы 616, которые могут быть открыты за счет взрыва или иным образом. Объем первой камеры 614 в одном из примеров составляет ориентировочно 7 литров, или 2 галлона. Это позволяет создавать состояние отрицательного дифференциального давления ориентировочно 200 фунтов на квадратный дюйм в кольцевой области 610, когда каналы 616 открываются. В других конфигурациях могут быть использованы другие размеры камеры 614, чтобы обеспечить желательное состояние отрицательного дифференциального давления на основании геометрии ствола скважины и давления пласта. Модуль 626 управления может иметь головку поджига (или другой механизм приведения в действие), чтобы возбудить детонирующий шнур 629 (или возбудить некоторый другой механизм) для открывания каналов 616.
Пакер 620 установлен вокруг колонны инструмента для изоляции области 612 от верхней области 622 кольцевого зазора над пакером 620. Использование пакера 620 позволяет изолировать часть скважины меньшего диаметра, чтобы быстрее переходить в неуравновешенное состояние (отрицательного дифференциального давления) или прорыва текучей среды. Однако в другом варианте пакер 620 может быть опущен (исключен). В общем смысле, пакер для изоляции области кольцевого зазора в различных описанных здесь вариантах может быть по желанию использован или не использован.
Показанная на фиг.10 колонна инструмента также содержит вторую камеру 624. Модуль 626 управления может также иметь регулятор 627 потока (например, клапан) для управления протеканием скважинных текучих сред из первой камеры 614 во вторую камеру 624. В ходе создания состояния отрицательного дифференциального давления регулятор 627 потока закрыт.
На фиг.11 показан еще один вариант создания состояния отрицательного дифференциального давления во время операции перфорирования. Колонна 700 стреляющего перфоратора содержит стреляющий перфоратор 702 и несущую линию 704, которой может быть, например, гладкий трубопровод, талевый канат или спирально свернутая система труб. В одном из вариантов стреляющий перфоратор 702 содержит пустотелый держатель, имеющий кумулятивные заряды 714 внутри камер 718 герметичного кожуха 716. В компоновке, которая показана на фиг.11, стреляющий перфоратор 702 опускают через насосно-компрессорную колонну 706. Пакер 710 предусмотрен вокруг насосно-компрессорной колонны 706 для изолирования интервала 712, в котором взрывают стреляющий перфоратор 702 (называемого как "интервал перфорирования 712"). Интервал перфорирования 712 имеет давление PW.
На фиг.11 показано, что при детонации кумулятивных зарядов 714 образуются перфорированные каналы 720 в результате воздействия перфорирующих струй, создаваемых при помощи кумулятивных зарядов 714. При детонации кумулятивных зарядов 714 горячий газ заполняет внутреннюю камеру 718 перфоратора 716. Если полученное давление газа детонации, PG, будет на некоторую величину меньше, чем давление в стволе скважины, PW, то тогда более холодные текучие среды из ствола скважины будут всасываться в камеру 718 перфоратора 702. Быстрое ускорение скважинных текучих сред за счет прохождения через каналы 720 перфорации разделяет текучую среду на капли, что приводит к быстрому охлаждению газа внутри камеры 718. Результирующее быстрое падение давления перфоратора и еще более быстрый дренаж текучих сред из ствола скважины в камеру 718 приводит к снижению давления PW в стволе скважины. В зависимости от абсолютных давлений это падение давления может быть достаточно для создания неуравновешенного состояния, т.е. относительно большого отрицательного дифференциального давления (например, более чем 2000 фунтов на кв.дюйм), даже в скважине, где первоначально имеется существенное положительное дифференциальное давление (например, около 500 фунтов на кв.дюйм). Состояние отрицательного дифференциального давления зависит от уровня давления PG газа детонации по сравнению с давлением PW в стволе скважины.
Когда стреляющий перфоратор детонирует, то газ детонации является главным образом более горячим, чем текучая среда ствола скважины. Когда холодные текучие среды ствола скважины всасываются в перфоратор, то происходит быстрое охлаждение горячего газа, при этом объем газа относительно быстро сокращается, что снижает давление и способствует еще большему всасыванию текучих сред ствола скважины в перфоратор. В одном из примеров охлаждение газа может происходить в течение нескольких миллисекунд. Дренаж жидкостей ствола скважины (которые имеют низкую сжимаемость) из интервала 712 перфорирования может понизить давление PW в стволе скважины на относительно большую величину (несколько тысяч фунтов на кв.дюйм).
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения производят управление различными параметрами для того, чтобы добиться желательной разности между двумя давлениями PW и PG. Например, уровень давления газа детонации, PG, может регулироваться за счет заряда взрывчатки или изменения объема камеры 718. Уровень давления в стволе скважины, PW, может регулироваться за счет закачки всей скважины или изолированной секции скважины или же за счет динамического увеличения давления в стволе скважины на местном уровне.
Выше приведены примеры систем, которые позволяют производить усиление или повышение состояний переходного отрицательного дифференциального давления. С другой стороны, показанные на фиг.6 и 7 варианты скорее снижают (а не увеличивают) переходное неуравновешенное состояние. Понижение неуравновешенного состояния, т.е. местного отрицательного дифференциального давления, может быть желательно при перфорировании резервуара с высоким давлением (например, с давлением ориентировочно более 9-10 килофунтов на кв.дюйм). На фиг.6 показан пример стреляющего перфоратора 400, конфигурация которого позволяет снижать состояние местного переходного отрицательного дифференциального давления.
Показанный на фиг.6 перфоратор содержит множество реальных кумулятивных зарядов 402, а также один или несколько макетов 404 зарядов. При детонации кумулятивные заряды создают газ, давление которого может быть ниже, чем давление в окружающем стволе скважины, в особенности в непосредственной близости от резервуара высокого давления. Для снижения местного падения давления в результате детонации перфоратора используют небольшое количество кумулятивных зарядов (что эффективно снижает плотность зарядов). Это может быть осуществлено за счет замены реальных кумулятивных зарядов макетами зарядов или нагрузками, каждая из которых образована из твердой массы.
В сущности, в некоторых случаях используют, для снижения местного переходного отрицательного дифференциального давления, меньшее число использованных зарядов, чем возможное число зарядов стреляющего перфоратора при его максимальной емкости. В других вариантах вместо макетов зарядов 404 могут быть использованы другие типы твердых масс или нагрузок.
Количество использованных в перфораторе зарядов зависит от различных факторов, в том числе от искомого состояния местного переходного отрицательного дифференциального давления, которое хочет получить оператор скважины. Число использованных в перфораторе кумулятивных зарядов 402 выбирают на основании известного давления резервуара и искомого местного переходного отрицательного дифференциального давления. После этого перфоратор опускают в ствол скважины и детонируют для проведения операции перфорирования.
Альтернативно снижению плотности зарядов или в дополнение к нему снижение переходного отрицательного дифференциального давления получают за счет уменьшения полной взрывчатой массы зарядов в стреляющем перфораторе. Например, могут быть использованы заряды со сниженной взрывчатой массой, которая меньше, чем максимальная взрывчатая масса, на которую рассчитан перфоратор.
Альтернативно, вместо использования макетов 404 зарядов или нагрузок для замены реальных кумулятивных зарядов могут быть использованы твердые массы 410 (например, цельные прутки, сплошные загрузочные трубы и т.п.), установленные в виде распорок вдоль длины колонны перфоратора 412. Твердые массы 410 устанавливают между перфораторами 414, каждый из которых содержит кумулятивные заряды 416. Твердые массы 410 позволяют также эффективно снизить число кумулятивных зарядов, которые детонируют в колонне перфоратора 412. В результате снижается количество газа, полученного за счет детонации заряда, что приводит к снижению местного переходного падения давления.
Вместо твердых масс 410 могут быть использованы и материалы других типов. Например, песок, бетон или другие наполнители могут быть использованы для заполнения пустых участков стреляющих перфораторов в колонне. Это позволяет дополнительно снизить состояние переходного отрицательного дифференциального давления, которое получают в результате приведения в действие стреляющих перфораторов. За счет снижения переходного отрицательного дифференциального давления снижается прорыв (текучей среды) после перфорирования. Это особенно полезно для резервуаров, которые находятся в слабом пласте. Понижение состояния динамического отрицательного дифференциального давления снижает количество песка, который поступает в ствол скважины в результате приведения в действие колонны стреляющего перфоратора.
Как уже было упомянуто здесь ранее, для управления скважиной операцию перфорирования проводят в скважине, в которой поддерживается давление, позволяющее достичь состояния положительного дифференциального давления. Однако возникает озабоченность, связанная с этим состоянием, а именно с воздействием положительного дифференциального давления, приложенного к интервалу перфорирования после создания переходного отрицательного дифференциального давления за счет приведения в действие стреляющего перфоратора в интервале перфорирования. Другими словами, ствол скважины первоначально находится в состоянии положительного дифференциального давления. За счет использования различных вариантов изобретения колонна перфоратора при ее приведении в действие создает состояние местного переходного отрицательного дифференциального давления в интервале перфорирования, что позволяет создавать перфорационные отверстия в пласте. Однако в результате срабатывания перфоратора в нем создается дополнительное пространство, в которое устремляются скважинные текучие среды. Это создает состояние переходного положительного дифференциального давления в интервале перфорирования после создания переходного отрицательного дифференциального давления.
Состояние переходного положительного дифференциального давления после приведения в действие перфоратора может вызывать повреждение перфорационных отверстий в пласте, которые только что были очищены. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения предлагается механизм для снижения этого переходного положительного дифференциального давления после приведения в действие перфоратора.
На фиг.12 показан один из вариантов такого механизма. Колонна 800 стреляющего перфоратора содержит стреляющий перфоратор 802 и насосно-компрессорную колонну 804, которая перемещает стреляющий перфоратор 802 в ствол скважины. Насосно-компрессорная колонна 804 может представлять собой спирально свернутую систему труб или может быть колонной или трубой другого типа. Насосно-компрессорная колонна 804 содержит внутренний продольный канал 806 для пропускания скважинных текучих сред. Когда ствол скважины находится в первоначальном состоянии положительного дифференциального давления, то вся длина канала колонны 806 также содержит текучую среду при положительном дифференциальном давлении. Это также справедливо для давления в кольцевом пространстве 810, окружающем колонну 804.
Обычно при детонировании перфоратора 802 создается состояние переходного отрицательного дифференциального давления в результате приведения в действие перфоратора, причем состояние переходного отрицательного дифференциального давления отсасывает обломочный материал из перфорационных отверстий в окружающем пласте. Однако сразу после этого все давление в колонне 804 и в кольцевом пространстве 810 передается в дополнительное пространство, созданное в результате приведения в действие перфоратора. Это дополнительное пространство получают от детонации взрывчатых веществ, таких как кумулятивные заряды, внутри стреляющего перфоратора 802.
Так как текучая среда внутри колонны 804 и в кольцевом пространстве 810 находится под давлением, которое превышает давление пласта (чтобы создать состояние положительного дифференциального давления), то это более высокое давление передается в дополнительное пространство, созданное за счет приведения в действие стреляющего перфоратора 802. В результате создается состояние переходного положительного дифференциального давления, которое может повредить окружающий пласт.
Для снижения этого переходного положительного дифференциального давления используют штуцер (или регулятор расхода другого типа) 812, установленный в канале 806 колонны 804. Этот штуцер 812 ограничивает расход текучей среды внутри колонны 804. Кроме того, вводят пакер 808 вокруг внешней поверхности колонны 804 для обеспечения уплотнения так, чтобы положительное дифференциальное давление в кольцевом пространстве 810 было изолировано от интервала 814 перфорирования.
За счет ограничения скорости потока внутри колонны 804 при помощи штуцера 812 уменьшается скорость, с которой возрастает давление в интервале 814 перфорирования за счет поступления текучей среды из пространства над штуцером 812 в стреляющий перфоратор 802. Это замедляет скорость нарастания давления в интервале 814 перфорирования. Результирующий эффект заключается в том, что в интервале 814 перфорирования становится возможным повышение давления до положительного дифференциального давления, но с более низкой скоростью. Это снижает резкий выброс давления в интервале 814 перфорирования, в результате чего снижается вероятность повреждения перфорационных отверстий, образованных в окружающем пласте.
В альтернативном варианте пакер 808 заменен элементом уплотнения другого типа. Этот элемент уплотнения не должен полностью герметизировать область кольцевого пространства 810. Фактически элемент уплотнения, который заменяет пакер 808, может быть негерметичным пакером, таким как надувной пакер, который не обеспечивает полное уплотнение между пакером и внутренней стенкой ствола скважины (или колонны). Несмотря на то, что негерметичный пакер (или, альтернативно, негерметичное средство фиксации) допускает протекание текучей среды из кольцевого пространства 810 в интервал 814 перфорирования, это течение происходит с намного меньшей скоростью, чем в отсутствие негерметичного пакера или негерметичного средства фиксации. Следовательно, задача снижения скорости, с которой давление в интервале перфорирования достигает состояния положительного дифференциального давления, обеспечена за счет сочетания негерметичного пакера (или негерметичного средства фиксации) и штуцера 810.
В соответствии с еще одним вариантом, как это показано на фиг.13, вместо колонны 804 стреляющий перфоратор 802 поддерживается при помощи талевого каната, гладкого трубопровода или несущего средства 822 другого типа, в котором не предусмотрен внутренний канал для протекания текучей среды. В таком альтернативном варианте штуцер 812 не используют, а преимущественно используют, как это показано на фиг.13, негерметичный пакер или негерметичное средство 820 фиксации, установленные вокруг талевого каната, гладкого трубопровода или несущего средства 822 другого типа. Негерметичный пакер или негерметичное средство фиксации служат для снижения скорости изменения давления при установлении связи между кольцевым пространством 824 и интервалом 826 перфорирования.
Вместо стреляющих перфораторов в других вариантах могут быть использованы устройства других типов, которые содержат взрывчатые компоненты. Использование твердых масс, нагрузок или макетов зарядов взрывчатки также позволяет снизить местные переходные падения давлений за счет взрывной детонации таких устройств других типов.
Несмотря на то, что было описано некоторое ограниченное число вариантов осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены различные изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.
1. Способ управления неуравновешенным состоянием в стволе скважины, при котором давление текучей среды в стволе скважины ниже давления текучей среды в окружающем пласте, отличающийся тем, что формируют колонны стреляющего перфоратора в соответствии с искомым переходным неуравновешенным состоянием в интервале перфорирования, создают, по существу, искомое переходное неуравновешенное состояние в интервале перфорирования ствола скважины в результате детонации колонны стреляющего перфоратора, используют пористый твердый материал в непосредственной близости от, по меньшей мере, одного участка колонны стреляющего перфоратора, причем пористый твердый материал имеет первоначально герметичный объем для приема текучих сред из ствола скважины в результате детонации колонны стреляющего перфоратора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно определяют переходное неуравновешенное состояние на основании, по меньшей мере, одного заранее установленного критерия.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что определение искомого переходного неуравновешенного состояния осуществляют при помощи программного обеспечения для моделирования, запускаемого на системе, причем программное обеспечение для моделирования определяет искомое переходное неуравновешенное состояние на основании имитационного моделирования.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно формируют колонны стреляющего перфоратора на основании искомого переходного неуравновешенного состояния.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании колонны стреляющего перфоратора снижают полную взрывную массу за счет использования зарядов с пониженной взрывной массой, которая меньше максимальной взрывной массы, на которую рассчитана колонна стреляющего перфоратора.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при формировании колонны стреляющего перфоратора дополнительно снижают плотность зарядов.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание, по существу, искомого переходного неуравновешенного состояния включает временное создание переходного давления, которое меньше, чем давление пласта в интервале перфорирования.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании колонны стреляющего перфоратора снижают плотность зарядов в колонне стреляющего перфоратора.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что снижение плотности зарядов предусматривает замену действительных взрывчатых зарядов твердыми массами.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что снижение плотности зарядов предусматривает использование вытянутых твердых масс между секциями перфоратора для снижения плотности зарядов колонны стреляющего перфоратора.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют пористый твердый материал, имеющий пустотелую структуру, заполненную газом, вакуумом или жидкостью.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве пустотелой структуры используют наполненные газом микросферы или микросферы с внутренним вакуумом.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пористого твердого материала используют пористый цемент.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно разрушают пористый твердый материал и вскрывают герметичный объем пористого твердого материала для увеличения эффективного объема интервала перфорирования ствола скважины для достижения, по существу, искомого переходного неуравновешенного состояния в интервале перфорирования ствола скважины.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что увеличение эффективного объема интервала ствола скважины приводит к снижению переходного давления в интервале ствола скважины.
16. Устройство для использования в стволе скважины, отличающееся тем, что содержит инструмент, имеющий взрывчатые вещества, и объем пористого твердого материала, расположенный вокруг инструмента для создания герметичного объема, предназначенного для приема текучих сред из ствола скважины после детонации взрывчатых веществ, причем количество пористого твердого материала выбрано на основании переходного неуравновешенного состояния в интервале ствола скважины, при котором давление текучей среды в стволе скважины ниже давления текучей среды в окружающем пласте.
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что пористый твердый материал установлен с возможностью разрушения в результате детонации взрывчатки, причем разрушение пористого твердого материала позволяет текучей среде из ствола скважины входить в первоначально герметичный объем.
18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пористый твердый материал представляет собой пористый цемент.
19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пористый твердый материал содержит пустотелые структуры, заполненные газом, или имеет внутренний вакуум.
20. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пористый твердый материал содержит заполненные газом или имеющие внутренний вакуум микросферы.
21. Способ для использования в стволе скважины, отличающийся тем, что определяют искомое переходное неуравновешенное состояние в интервале ствола скважины, при котором давление текучей среды в стволе скважины ниже давления текучей среды в окружающем пласте, опускают инструмент, имеющий заряды взрывчатки, в интервал ствола скважины, используют пористый твердый материал в непосредственной близости от зарядов взрывчатки, причем пористый твердый материал имеет первоначально герметичный объем, осуществляют детонации зарядов взрывчатки, разрушают пористый твердый материал и вскрывают герметичный объем пористого твердого материала для увеличения эффективного объема интервала ствола скважины для достижения, по существу, искомого переходного неуравновешенного состояния в интервале ствола скважины.
22. Способ по п.21, отличающийся тем, что увеличение эффективного объема интервала ствола скважины приводит к снижению переходного давления в интервале ствола скважины.
23. Способ по п.21, отличающийся тем, что в качестве пористого твердого материала, имеющего первоначально герметичный объем, используют заполненные газом или имеющие внутренний вакуум микросферы.
24. Способ по п.23, отличающийся тем, что в качестве пористого твердого материала используют пористый цемент.
25. Способ для использования в стволе скважины, отличающийся тем, что определяют искомое переходное неуравновешенное состояние на основании, по меньшей мере, одного критерия, при котором давление текучей среды в стволе скважины ниже давления текучей среды в окружающем пласте, опускают инструмент, имеющий заряды взрывчатки, в ствол скважины, и выбирают количество зарядов взрывчатки в инструменте на основании искомого переходного неуравновешенного состояния, определенного на основании, по меньшей мере, одного критерия, таким образом, чтобы после детонации зарядов взрывчатки система достигла искомого переходного неуравновешенного состояния.
26. Способ по п.25, отличающийся тем, что выбор количества зарядов взрывчатки предусматривает снижение плотности зарядов взрывчатки.
