СКВАЖИННЫЙ ПЕРФОРАТОР (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ПЕРФОРАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК E21B43/117 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к перфорированию и более конкретно к созданию переходного состояния с давлением скважины, меньшим пластового давления, связанного с перфорированием.

Предпосылки создания изобретения

Для завершения скважины производят перфорацию одной или нескольких зон пласта, прилегающих к стволу скважины, для обеспечения протекания текучей среды из зон пласта в эксплуатационную скважину или протекания закачиваемых текучих сред в зоны пласта. Колонна скважинного перфоратора может быть опущена в скважину, после чего перфораторы производят выстрелы для создания отверстий в обсадных трубах и распространения перфорационных каналов в окружающем пласте.

Взрывной характер формирования перфорационных каналов вызывает дробление песчаных зерен пласта. Вокруг каждого перфорационного канала может образоваться слой «поврежденного ударом участка», имеющего проницаемость, которая меньше проницаемости невскрытой материнской породы пласта. Процесс может также привести к образованию канала, заполненного обломками породы, смешанными с остатками заряда перфоратора. Степень повреждения и количество рыхлых обломков в канале могут определяться разнообразными факторами, включая характеристики пласта, характеристики заряда взрывчатого вещества, условия давления, характеристики текучей среды и т.п. Поврежденный ударом участок и рыхлые обломки в перфорационных каналах могут оказать отрицательное воздействие на производительность эксплуатационных скважин или на приемистость нагнетательных скважин.

Одним из способов получения чистых перфораций является перфорация с давлением скважины, меньшим давления пласта, которая называется фирмой Shlumberger «чистой». Процесс перфорации влияет на давление в скважине, которое быстро падает до давления, которое ниже давления пласта. Это динамическое или переходное состояние приводит к очистке перфораций, улучшая таким образом действие скважины.

Существует потребность в улучшении указанного процесса для улучшения жидкостной связи с резервуарами в пластах вокруг скважины. Настоящая заявка описывает ряд вариантов реализации, решающих данную проблему.

Сущность изобретения

Вариант реализации настоящей заявки относится к скважинному перфоратору, содержащему: носитель перфоратора, проходящий в продольном направлении, зарядную трубу, помещенную внутри носителя перфоратора и проходящую в продольном направлении, кумулятивный заряд, поддерживаемый зарядной трубой, содержащий оболочку, взрывчатое вещество и облицовку, нацеленный в первом направлении и имеющий осевую линию, проходящую вдоль первого направления, которое является по существу перпендикулярным продольному направлению, и жидкую закладку, расположенную рядом с кумулятивным зарядом в первом направлении и пересекающую осевую линию.

Ниже приведено подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:

Фиг.1 изображает вариант реализации скважинного перфоратора в поперечном сечении;

Фиг.2 показывает график, иллюстрирующий теплопроводность различных материалов.

Подробное описание

В приведенном ниже описании показаны многочисленные детали, предназначенные для обеспечения наилучшего понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может применяться на практике без этих деталей при возможности многочисленных вариантов или модификаций в описанных вариантах реализации.

Применяемые в данном описании термины «вверх по стволу скважины», «вниз по стволу скважины», «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «вверху» и «внизу», «вверх по потоку» и «вниз по потоку», «выше» и «ниже» и другие подобные термины, обозначающие относительное положение выше или ниже данной точки или элемента, используются в заданном описании для более ясного описания некоторых вариантов реализации изобретения. Однако, в случае применения к оборудованию и способам, предназначенных для использования в наклонных или горизонтальных скважинах, такие термины могут относиться к левому-правому, правому-левому или другим соотношениям в зависимости от того, что подходит.

В патенте США № 7121340 описаны способ и устройство для снижения давления в скважинном перфораторе, которые полностью включены в данное описание путем ссылки. Как описано в данном патенте и рассмотрено в настоящей заявке, обработка перфораций и удаления из перфорационных каналов, образованных при перфорации обломков заряда и пласта могут быть выполнены путем повышения локального перепада давления (повышения локального переходного состояния превышения пластового давления над скважинным давлением).

В процессе работы оператор скважины выявляет или определяет целевое переходное состояние превышения пластового давления над скважинным давлением, которое требуется в интервале ствола скважины. Переходное состояние превышения пластового давления над скважинным давлением может быть выявлено одним или несколькими путями, такими как основанными на эмпирических данных, полученных при предшествующей эксплуатации скважины, или на моделях, выполненных с помощью программных средств моделирования. После этого в интервал ствола скважины опускают скомпонованный управляемый буровой снаряд, и приводят его в действие для подрыва взрывчатых веществ в снаряде. Приведение в действие снаряда обеспечивает достижение целевого переходного состояния превышения пластового давления над скважинным давлением.

Главным фактором переходного состояния превышения пластового давления над скважинным давлением является горячий газ, создаваемый при подрыве кумулятивного заряда. При нагревании газа давление возрастает в целом согласно формуле PV ∞ nRT. Таким образом, одним из путей достижения переходного состояния превышения пластового давления над скважинным давлением является понижение температуры T горячего газа, образующегося при взрыве.

На фиг.1 показано схематическое поперечное сечение скважинного перфоратора 1, который используют в связи с созданием переходных состояний превышения пластового давления над скважинным давлением. Зарядный элемент 200 расположен внутри носителя 100 перфоратора. Зарядный элемент 200 содержит кумулятивные заряды 400. Кумулятивный заряд 400 раскрывается в первом направлении и имеет осевую линию (показана), проходящую первом направлении. Зарядный элемент 200 выполнен в форме трубы, однако он может иметь различные формы при условии должного размещения и ориентации кумулятивных зарядов. При взрыве кумулятивного заряда 400 происходит взрыв взрывчатого вещества 430, размещенного между оболочкой 420 и облицовкой 410. Облицовка 410 продвигается наружу в направлении от кумулятивного заряда 400 в первом направлении.

Жидкая закладка 300 размещена рядом с кумулятивным зарядом и пересекает осевую линию. Жидкая закладка 300 может быть помещена во многих местах, если она расположена на траектории облицовка 410 после детонации, т.е. пересекает осевую линию. Жидкой закладкой 300 является емкость, которая содержит жидкость 320. Барьер 310 может быть выполнен из практически любого материала, способного содержать жидкость 320 и противостоять условиям в нижней части скважины. Барьер 310 может быть выполнен из металла, стекла, керамики, полимеров или эластомеров. Жидкостью 320 в барьере 310 может быть почти любая жидкость, имеющая нужную теплопроводность и удельную теплоемкость. Предпочтительно этой жидкостью 320 является вода, поскольку вода обладает наилучшей теплопроводностью и удельной теплоемкостью по сравнению с другими жидкостями и материалами.

На фиг.2 показан график, иллюстрирующий теплопроводность и удельную теплоемкость ряда материалов.

После взрыва облицовка 410 образует струю, которая выбрасывается в направлении жидкой закладки 300, вскрывая таким образом барьер 310 и высвобождая содержимое жидкой закладки 300. Предпочтительно барьер 310 жидкой закладки 300 прокалывается, вводя таким образом жидкость 320 в контакт и со струей и с горячими газами, образованными при взрыве. Струя продолжает действовать через носитель 100 перфоратора, через обсадную колонну, проникая в пласт. Жидкость 320 из жидкой закладки 300 действует как теплоотвод, охлаждая горячие газы и способствуя образованию или усилению оптимального неуравновешенного состояния.

При использовании варианта реализации, когда струя пробивает носитель 100 перфоратора и обсадную колонну 500, перепад давления между областью снаружи носителя 100 перфоратора и область внутри носителя 100 перфоратора вызывает возникновение потока через отверстия в обсадной колонне 500, направленного внутрь обсадной колонны 500 и внутрь носителя 100 перфоратора. Жидкость 320 в барьере 310 жидкой закладки 300, предпочтительно вода, усиливает охлаждение горячих газов внутри носителя 200 перфоратора, повышая таким образом перепад давления между внутренней частью носителя 200 перфоратора и его наружной частью, усиливая таким образом состояние превышения пластового давления над скважинным давлением. Вода предпочтительно испаряется, приближаясь таким образом к оптимальному поведению.

Кумулятивный заряд 400 может иметь оболочку 420, облицовку 410 и взрывчатое вещество 430, которое содержится между оболочкой 420 и облицовкой 410. Оболочка 420 может иметь в общем вогнутую форму и ограничивать внутренний объем, в котором размещено взрывчатое вещество 430. Оболочка 420 раскрывается в первом направлении, показанном стрелкой на фиг.1. Первое направление может быть в общем перпендикулярным к продольному направлению носителя 100 перфоратора и проходящей в нем зарядной трубе 200. Оболочка 420 имеет обод, образующий периметр отверстия, ведущего во внутренний объем, в котором размещено взрывчатое вещество 430. Периметр может иметь круглую форму и ограничивать плоский участок.

Жидкая закладка 300 расположена рядом с кумулятивным зарядом 400 в первом направлении. Жидкая закладка 300 расположена таким образом, что при взрыве кумулятивного заряда 400 облицовка 410 выбрасывается в первом направлении и входит в контакт с жидкой закладкой 300. Облицовка 410 ударяет жидкую закладку 300 и пробивает барьер 310, высвобождая таким образом воду 320, которая содержится в жидкой закладке 300. Барьер 310 может быть прорван без контакта с облицовкой 410, например под воздействием давления или тепла от взрыва кумулятивного заряда, или иного механизма. Жидкая закладка 300 может быть размещена таким образом, чтобы она по меньшей мере частично перекрывала внутренний плоский участок, ограниченный ободом 430 в первом направлении. Облицовка 410 может полностью перекрывать участок, ограниченный ободом 430 в первом направлении.

Предшествующее описание относится к некоторым вариантам реализации и никоим образом не ограничивает объем формулы изобретения, представленной здесь.

Группа изобретений относится к области перфорирования, а именно к созданию переходного состояния с давлением скважины, меньшим пластового давления, связанного с перфорированием. Перфоратор содержит носитель перфоратора, проходящий в продольном направлении, зарядную трубу, помещенную внутри носителя перфоратора и проходящую в продольном направлении, кумулятивный заряд, поддерживаемый зарядной трубой, содержащий чашеобразную оболочку, имеющую обод, образующий отверстие во внутренний объем оболочки, облицовку внутри оболочки, и взрывчатое вещество между оболочкой и облицовкой, причем кумулятивный заряд нацелен в первом направлении и имеет осевую линию, проходящую вдоль первого направления, являющегося по существу перпендикулярным продольному направлению, и жидкую закладку, расположенную снаружи внутреннего объема чашеобразной оболочки и рядом с кумулятивным зарядом в первом направлении и пересекающую осевую линию. Обеспечивает улучшение жидкостной связи с резервуаром в пластах вокруг скважины. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинный перфоратор, содержащий:
носитель перфоратора, проходящий в продольном направлении,
зарядную трубу, помещенную внутри носителя перфоратора и проходящую в продольном направлении,
кумулятивный заряд, поддерживаемый зарядной трубой, содержащий чашеобразную оболочку, имеющую обод, образующий отверстие во внутренний объем оболочки, облицовку внутри оболочки и взрывчатое вещество между оболочкой и облицовкой, причем кумулятивный заряд нацелен в первом направлении и имеет осевую линию, проходящую вдоль первого направления, являющегося, по существу, перпендикулярным продольному направлению, и
жидкую закладку, расположенную снаружи внутреннего объема чашеобразной оболочки и рядом с кумулятивным зарядом в первом направлении и пересекающую осевую линию.

2. Скважинный перфоратор по п.1, в котором наружный обод, образующий периметр, ограничивает внутреннюю область периметра в первом направлении, а жидкая закладка перекрывает всю внутреннюю область периметра в первом направлении.

3. Скважинный перфоратор по п.1, в котором жидкая закладка перекрывает внутреннюю область периметра в первом направлении и проходит наружу внутренней области периметра вверх по стволу скважины в продольном направлении.

4. Скважинный перфоратор по п.1, в котором жидкая закладка перекрывает внутреннюю область периметра в первом направлении и проходит наружу внутренней области периметра вниз по стволу скважины в продольном направлении.

5. Скважинный перфоратор по п.1, в котором жидкая закладка перекрывает внутреннюю область периметра в первом направлении и проходит снаружи внутренней области периметра вверх и вниз по стволу скважины в продольном направлении.

6. Скважинный перфоратор по п.1, в котором жидкая закладка расположена рядом с кумулятивным зарядом таким образом, что при взрыве кумулятивного заряда облицовка приводится в движение, контактируя с жидкой закладкой.

7. Скважинный перфоратор по п.1, в котором жидкая закладка имеет барьер, ограничивающий внутреннюю область, которая содержит жидкость.

8. Скважинный перфоратор по п.7, в котором барьер ограничивает единую внутреннюю область в жидкой закладке.

9. Скважинный перфоратор по п.7, в котором барьер выполнен из пластмассы.

10. Скважинный перфоратор по п.7, в котором барьер выполнен из металла.

11. Скважинный перфоратор по п.7, в котором барьер выполнен из полимера.

12. Скважинный перфоратор по п.1, в котором барьер является керамическим.

13. Скважинный перфоратор по п.7, в котором барьер выполнен из эластомера.

14. Скважинный перфоратор по п.1, в котором жидкая закладка содержит воду.

15. Способ перфорации, согласно которому:
в скважину помещают скважинный перфоратор, содержащий носитель перфоратора, проходящий в продольном направлении, зарядную трубу, помещенную в носителе перфоратора и проходящую в продольном направлении, кумулятивный заряд, поддерживаемый зарядной трубой, содержащий чашеобразную оболочку, имеющую обод, образующий отверстие во внутреннем объеме оболочки, облицовку внутри оболочки и взрывчатое вещество между оболочкой и облицовкой, причем кумулятивный заряд нацелен в первом направлении, являющемся, по существу, перпендикулярным продольному направлению, и жидкую закладку, расположенную снаружи внутреннего объема чашеобразной оболочки и рядом с кумулятивным зарядом в первом направлении и пересекающую осевую линию,
подрывают кумулятивный заряд, превращая, таким образом, облицовку в струю, продвигающуюся в первом направлении, тем самым контактируя с жидкой закладкой, разрушая ее и высвобождая жидкость из жидкой закладки, при этом приводя жидкость в контакт с газом, образовавшимся при взрыве кумулятивного заряда.

16. Способ по п.15, согласно которому кумулятивный заряд имеет осевую линию, проходящую в первом направлении, причем жидкая закладка пересекает осевую линию.

17. Способ по п.16, согласно которому жидкая закладка имеет барьер, ограничивающий внутреннюю область, которая содержит жидкость.

18. Способ по п.17, согласно которому барьер ограничивает единую внутреннюю область в жидкой закладке.

19. Скважинный перфоратор, содержащий:
носитель перфоратора, проходящий в продольном направлении,
зарядную трубу, помещенную в носителе перфоратора и проходящую в продольном направлении,
кумулятивный заряд, поддерживаемый зарядной трубой, имеющий чашеобразную оболочку с ободом, образующим отверстие во внутреннем объеме чашеобразной оболочки, облицовку внутри оболочки и взрывчатое вещество, размещенное между оболочкой и облицовкой, причем кумулятивный заряд нацелен в первом направлении, по существу перпендикулярном продольному направлению, и
жидкую закладку, расположенную снаружи внутреннего объема чашеобразной оболочки и рядом с кумулятивным зарядом в первом направлении и пересекающую осевую линию и расположенную таким образом, что после взрыва кумулятивного заряда облицовка превращается в струю, выбрасываемую для контакта с жидкой закладкой.

20. Скважинный перфоратор по п.19, в котором жидкая закладка является контейнером, имеющим единый внутренний объем, содержащий жидкость.

21. Скважинный перфоратор по п.20, который содержит, по меньшей мере, один кумулятивный заряд и только одну жидкую закладку, соответствующую каждому, по меньшей мере, одному кумулятивному заряду.

22. Скважинный перфоратор по п.19, который содержит, по меньшей мере, один кумулятивный заряд и только одну жидкую закладку, соответствующую каждому, по меньшей мере, одному кумулятивному заряду.