Способ создания перфорационных отверстий в подземной формации
Изобретение относится к скважинным операциям, а именного к способу создания перфорационных отверстий в подземной формации из ствола скважины. Технический результат - повышение эффективности вскрытия пластов. Способ создания перфорационных отверстий в прилегающей подземной формации из ствола скважины включает следующие операции: размещение в стволе скважины скважинного стреляющего перфоратора, содержащего группу зарядов взрывчатого вещества, ориентированных для создания перфорационных отверстий в пласте, прилегающем к скважине; детонацию группы зарядов взрывчатого вещества для создания первого перфорационного отверстия в пласте и создание пары вторых перфорационных отверстий, пересекающихся в точке за конечной точкой первого отверстия. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к скважинным операциям и, более точно, к способу создания перфорационных отверстий в подземной формации из ствола скважины.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Скважинный стреляющий перфоратор может быть спущен в скважину и взорван от детонации для образования трещин в прилегающем пласте. После взрыва скважинного стреляющего перфоратора флюид, как правило, поступает в скважину и к поверхности по насосно-компрессорной колонне, размещенной в скважине.
Известен способ создания перфорационных отверстий в прилегающей подземной формации из ствола скважины, включающий размещение в стволе скважины скважинного стреляющего перфоратора, содержащего множество зарядов взрывчатого вещества, ориентированных для создания перфорационных отверстий в пласте, прилегающем к скважине, и детонацию зарядов взрывчатого вещества для создания сходящихся перфорационных отверстий в пласте (см. заявку на патент США 2005/0194146 от 08.09.2005).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению создан способ создания перфорационных отверстий в прилегающей подземной формации из ствола скважины, включающий следующие операции:
размещение в стволе скважины скважинного стреляющего перфоратора, содержащего группу зарядов взрывчатого вещества, ориентированных для создания перфорационных отверстий в пласте, прилегающем к скважине;
детонация группы зарядов взрывчатого вещества для создания первого перфорационного отверстия в пласте и создание пары вторых перфорационных отверстий, пересекающихся в точке за конечной точкой первого отверстия.
Способ может дополнительно содержать операцию инициирования разрыва формации по существу вблизи точки пересечения вторых отверстий. Разрыв формации может создаваться посредством гидравлического разрыва из ствола скважины.
Каждое второе отверстие может иметь диаметр менее диаметра первого отверстия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания изобретения и его преимуществ ниже приведено подробное описание со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 представляет собой сечение части скважинного стреляющего перфоратора согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, показанного рядом с пластом;
фиг.2 представляет собой сечение части скважинного стреляющего перфоратора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее множество схем размещения зарядов взрывчатого вещества;
фиг.3 представляет собой сечение части скважинного стреляющего перфоратора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее пересечение перфорационных отверстий в прилегающем пласте;
фиг.4 представляет собой сечение части скважинного стреляющего перфоратора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее пересечение осей перфорационных отверстий в прилегающем пласте;
фиг.5 представляет собой сечение части скважинного стреляющего перфоратора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее пересечение перфорационных отверстий в прилегающем пласте;
фиг.6 представляет собой сечение части скважинного стреляющего перфоратора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее пересечение перфорационных отверстий в прилегающем пласте;
фиг.7 представляет собой сечение части скважинного стреляющего перфоратора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее пересечение перфорационных отверстий в прилегающем пласте;
фиг.8 представляет собой вид, иллюстрирующий схему расположения аналогичных спаренных зарядов;
фиг.9 представляет собой вид, иллюстрирующий схему расположения разных спаренных зарядов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеследующем описании приведены многочисленные элементы для обеспечения понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники следует понимать, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без данных элементов и что возможны многочисленные модификации или отклонения от описанных вариантов осуществления.
В описании и приложенной формуле изобретения термины "соединять", "соединение", "в соединении с" и "соединяющий" используются для обозначения "непосредственного соединения с" или "соединения черед посредство другого элемента"; и термин "множество" используется для обозначения "одного элемента" или "более одного элемента". В используемом здесь смысле термины "вверх" и "вниз", "верхний" и "нижний", "вверху" и "внизу", "выше по ходу" и " ниже по ходу", "над" и "под" и другие аналогичные термины, указывающие на относительные положения выше или ниже заданной точки или элемента, используются в данном описании для более понятного описания некоторых вариантов осуществления изобретения. Однако при использовании подобных терминов для оборудования и способов, предназначенных для использования в скважинах, которые являются наклонными или горизонтальными, подобные термины могут обозначать "слева направо", "справа налево" или другое соответствующее взаимное расположение.
Настоящее изобретение описано здесь как устройство, предназначенное для использования при перфорировании скважины. Как показано на фигурах, в соответствии с настоящим изобретением разработан скважинный стреляющий перфоратор 12, выполненный с возможностью спуска его в скважину 13. Скважинный стреляющий перфоратор (12) содержит множество зарядов (14) взрывчатого вещества. Каждый заряд при детонации способен образовать перфорационное отверстие (Т) в пласте (15), прилегающем к скважине (13). В одном варианте осуществления перфорационные отверстия, образованные посредством зарядов взрывчатого вещества по настоящему изобретению, имеют нелинейную конфигурацию.
В одном варианте осуществления заряды (14) взрывчатого вещества расположены в скважинном стреляющем перфораторе (12) так, чтобы образовать группы (14G) зарядов взрывчатого вещества. Подобные группы предназначены для образования ряда перфорационных отверстий в прилегающем пласте (15) при взрыве от детонации. Стрелки (14D) иллюстрируют ожидаемую траекторию взрывной волны, создаваемой зарядами взрывчатого вещества при взрыве от детонации, на фиг.1 и 2.
Следует понимать, что подобные группы (14G) зарядов могут быть изменены для приспосабливания к потребностям определенных случаев применения перфорирования. Подобные изменения могут включать в себя изменения фазирования зарядов взрывчатого вещества, относительного положения отдельных зарядов в пределах группы, изменения числа групп зарядов взрывчатого веществ в любой заданной секции скважинного стреляющего перфоратора и/или изменения числа и типа зарядов взрывчатого вещества, используемых в любой заданной секции скважинного стреляющего перфоратора. Кроме того, последовательность детонации групп зарядов взрывчатого вещества может быть изменена с тем, чтобы способствовать эффективному перфорированию пласта, как описано ниже более подробно.
В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один заряд взрывчатого вещества ориентируют так, чтобы направить энергию взрыва в пласт в радиальном направлении под углом, составляющим приблизительно 90 градусов, относительно продольной оси (12А) скважинного стреляющего перфоратора (12). В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрен, по меньшей мере, один заряд (16) взрывчатого вещества, способный создать сравнительно широкое первое перфорационное отверстие (16Т) в пласте (15). В одном варианте осуществления заряд (16) взрывчатого вещества для образования скважины большого диаметра может быть использован для образования широкого перфорационного отверстия (16Т), предполагаемого в соответствии с настоящим изобретением.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрен, по меньшей мере, один заряд (18) взрывчатого вещества, обеспечивающий возможность создания сравнительно узкого второго перфорационного отверстия (18Т) в пласте (15). В данном варианте осуществления заряд взрывчатого вещества, обеспечивающий возможность создания сравнительно узкого перфорационного отверстия (18Т), ориентирован так, чтобы обеспечить направление энергии взрыва в пласт (15) под углами (22) уклона относительно продольной оси (12А) скважинного стреляющего перфоратора. В одном варианте осуществления заряд (18) взрывчатого вещества для обеспечения "глубокого проникновения" может быть использован для создания узкого перфорационного отверстия (18Т), предусмотренного в соответствии с настоящим изобретением. В одном варианте осуществления широкое отверстие имеет ширину (16W), длину (16L) и конечную точку (16Е), в то время как узкое отверстие имеет ширину (18W), длину (18L) и конечную точку (18Е).
В одном варианте осуществления заряды взрывчатого вещества, используемые в настоящем изобретении, могут представлять собой кумулятивные заряды. Кроме того, перфорационные отверстия по настоящему изобретению могут иметь изменяющиеся размеры и конфигурации поперечного сечения. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно широкое отверстие является сравнительно более широким и коротким, чем узкое(-ие) перфорационное(-ые) отверстие(-я). Аналогичным образом, узкие отверстия, как правило, являются более длинными и узкими, чем широкие отверстия, как дополнительно будет описано ниже.
Ориентация заряда (18) взрывчатого вещества создает возможность пересечения узкого перфорационного отверстия (181) с широким перфорационным отверстием (16Т) в некоторой точке в пределах пласта (15). В одном варианте осуществления пересечение перфорационных отверстий (соответственно 16Т и 18Т) приводит к образованию зоны (24) инициирования разрыва везде вблизи места пересечения (20).
В одном варианте осуществления заряды взрывчатого вещества выбраны так, чтобы способствовать пересечению перфорационных отверстий в зоне у конечной точки (16Е) или за конечной точкой (16Е) широкого перфорационного отверстия (16Т). Вкратце, пересечение (20) перфорационных отверстий соответственно 16Т и 18Т в конечной точке или за конечной точкой широкого отверстия обеспечивает создание зоны (24) ослабленной породы и повышение вероятности инициирования разрыва и распространения трещины в некоторой точке за конечной точкой (16Е) широкого отверстия. Если инициирование разрыва имеет место в зоне (24) у конечной точки или за конечной точкой широкого отверстия, уменьшается риск образования трещины в широком отверстии вблизи от стенки ствола скважины благодаря уменьшению напряжений в данной зоне.
Посредством инициирования разрыва в зоне за конечной точкой (16Е) широкого отверстия (16Т) обеспечена возможность использования широкого отверстия для исходного повышения давления в пласте, а также размещения расклинивающего наполнителя во время более поздних стадий гидравлического разрыва. В одном варианте осуществления узкое отверстие (18Т) имеет большую длину, то есть проходит на большее расстояние в пласт, чем широкое перфорационное отверстие. Данный признак настоящего изобретения, наряду с образованием зоны (24) инициирования разрыва у конечной точки или за конечной точкой широкого отверстия, позволяет уменьшить вероятность извилистости трещины, кольцевого микропространства и эффекта ореола в широком(-их) отверстии(-ях).
В одном варианте осуществления компоненты топлива могут быть размещены в скважинном стреляющем перфораторе по настоящему изобретению. При воспламенении топливо создает "движущий" газ, способный обеспечить повышение давления в перфорационных отверстиях, созданных посредством кумулятивных зарядов. Применение топлива в сочетании со специфическим расположением зарядов взрывчатого вещества по настоящему изобретению дополнительно способствует инициированию разрыва вдали от скважины. В одном варианте осуществления начало разрыва имеет место в зоне у конечной точки или за конечной точкой одного или нескольких широких отверстий.
Как показано на фиг.4, созданию плоскости (24) инициирования разрыва можно способствовать без физического пересечения перфорационных отверстий. Вкратце, пересечение продольных осей 16А и 18А перфорационных отверстий 16Т и 18T соответственно может быть достаточным для того, чтобы способствовать инициированию разрыва в зоне (24) у конечной точки (16Е) или за конечной точкой (16Е) широкого отверстия (16Т). В одном варианте осуществления пересечение продольных осей 16А и 18А множества перфорационных отверстий имеет место в точке (20) пересечения, находящейся у конечной точки или за конечной точкой широкого отверстия.
В настоящем изобретении могут использоваться заряды взрывчатого вещества, способные создавать перфорационные отверстия, имеющие любое число конфигураций. Например, на фиг.5 проиллюстрировано широкое перфорационное отверстие (16Т), имеющее форму перевернутой моркови и используемое совместно с множеством узких отверстий (18Т). В данном варианте осуществления "толстый конец" отверстия с формой перевернутой моркови образует заданную зону пересечения для узких отверстий. Данный признак настоящего изобретения создает возможность того, что зона пересечения отверстий обеспечит уменьшение давления гидравлического разрыва рядом со скважиной и смещение зоны (24) инициирования разрыва ближе к конечной точке (16Е) широкого отверстия.
В одном варианте осуществления некоторое количество широких отверстий (16Т) может использоваться для того, чтобы способствовать созданию зоны (24) инициирования разрыва вдали от скважины. Например, на фиг.6 проиллюстрировано некоторое количество широких отверстий, проходящих в пласт. В одном варианте осуществления множество широких отверстий в пласте образуют посредством использования близко расположенных сгруппированных кумулятивных зарядов, имеющих сравнительно небольшие углы "фокусировки" относительно продольной оси скважинного стреляющего перфоратора. Следует понимать, что широкие отверстия, созданные посредством зарядов взрывчатого вещества по настоящему изобретению, могут иметь любое число конфигураций, включая цилиндрическую конфигурацию, конфигурацию в виде перевернутой моркови и эллипсоидную конфигурацию, но возможные конфигурации не ограничены вышеуказанными. Например, на фиг.7 проиллюстрировано широкое отверстие (16Т), имеющее эллипсоидную конфигурацию, используемое совместно с множеством узких отверстий (18T).
На фигурах, представленных здесь, проиллюстрировано ограниченное количество групп (14G) зарядов взрывчатого вещества и зарядов (14, 16 и 18) взрывчатого вещества только для простоты иллюстрации, и это не следует рассматривать в ограничительном смысле. Следует понимать, что настоящее изобретение может предусматривать использование любого числа типов зарядов взрывчатого вещества, схем расположения зарядов, фазирования зарядов и/или группирования зарядов для осуществления целей изобретения. Последовательность детонации отдельных зарядов, а также последовательность детонации групп зарядов можно изменять для извлечения максимальной пользы из образования плоскости инициирования разрыва и гидравлического разрыва. В одном варианте осуществления детонация зарядов взрывчатого вещества, обеспечивающих возможность образования узких перфорационных отверстий, может быть осуществлена перед детонацией зарядов взрывчатого вещества, обеспечивающих возможность образования широких перфорационных отверстий, и наоборот.
В одном варианте осуществления множество зарядов для образования "скважин большого диаметра" может быть использовано в сочетании с множеством зарядов для "глубокого проникновения" для образования любого числа комбинаций широких и узких перфорационных отверстий в пласте. В одном варианте осуществления заряды взрывчатого вещества создают, по меньшей мере, одно перфорационное отверстие, имеющее поперечное сечение, ширина которого увеличивается по мере того, как отверстие проходит дальше в пласт. Как описано выше, подобные отверстия способствуют инициированию (началу) разрыва вдали от скважины и могут также обеспечить заданное место пересечения узких отверстий. Например, на фиг.8 и 9 проиллюстрированы варианты осуществления схем расположения перфорационных зарядов, при этом спаренные заряды выставлены с возможностью перфорирования в одной и той же плоскости с фазированием 120 градусов. Показанный на фиг.8 вариант осуществления устройства (100) перфорационных зарядов содержит несколько групп из двух аналогичных зарядов (102), спаренных для перфорирования по направлению к общей точке или через общую точку, при этом каждая группа зарядов ориентирована с фазированием 120 градусов. Показанный на фиг.9 вариант осуществления устройства (200) перфорационных зарядов содержит несколько групп из двух разных зарядов (202А, 202В), спаренных для перфорирования по направлению к общей точке или через общую точку, при этом каждая группа зарядов ориентирована с фазированием 120 градусов. В данном варианте осуществления заряд (202А) может представлять собой заряд для образования скважины большого диаметра, а заряд (202В) может представлять собой заряд для глубокого проникновения. Следует отметить, что другие варианты осуществления могут включать в себя другое количество выставленных зарядов, ориентированных с разными фазами.
Несмотря на то что изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, не предусмотрено, что данное описание должно восприниматься в ограничительном смысле. Различные модификации раскрытых вариантов осуществления, а также альтернативные варианты осуществления изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники при рассмотрении описания изобретения. Следовательно, предусмотрено, что приложенная формула изобретения охватывает подобные модификации, которые находятся в пределах объема изобретения.
1. Способ создания перфорационных отверстий в прилегающей подземной формации из ствола скважины, включающий следующие операции:
размещение в стволе скважины скважинного стреляющего перфоратора, содержащего группу зарядов взрывчатого вещества, ориентированных для создания перфорационных отверстий в пласте, прилегающем к скважине;
детонация группы зарядов взрывчатого вещества для создания первого перфорационного отверстия в пласте и создание пары вторых перфорационных отверстий, пересекающихся в точке за конечной точкой первого отверстия.
2. Способ по п.1, дополнительно содержащий операцию инициирования разрыва формации, по существу, вблизи точки пересечения вторых отверстий.
3. Способ по п.2, в котором разрыв формации создается посредством операции гидравлического разрыва из ствола скважины.
4. Способ по одному из пп.1-3, в котором каждое второе отверстие имеет диаметр менее диаметра первого отверстия.
