Способ завершения подземных формаций и система для его осуществления

Изобретение относится к методам завершения подземных формаций. Обеспечивает эффективное перфорирование и стимулирование подземных формаций. Сущность изобретения по способу: детонируют первую установку перфорационной пушки, размещенную снаружи от обсадной трубы в подземной скважине, благодаря чему перфорируют обсадную трубу и первую подземную формацию. Инжектируют одну или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через обсадную трубу в первую подземную формацию. Детонируют вторую установку перфорационной пушки, размещенной снаружи от обсадной трубы в подземной скважине. Благодаря этому перфорируют упомянутую обсадную трубу и вторую подземную формацию. Инжектируют одну или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через обсадную трубу во вторую подземную формацию. Изолируют первую подземную формацию от инжекции текучих сред перед инжекцией одной или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через обсадную трубу во вторую подземную формацию. Цементируют первую и вторую установки перфорационной пушки и обсадную трубу в подземной скважине перед детонацией. Изолируют первую подземную формацию от инжекции текучих сред после инжекции одной или нескольких стимулирующих и/или обработочных текучих сред через обсадную трубу во вторую подземную формацию. Поджигают взрывчатый материал путем детонации, по меньшей мере, одного взрывного заряда посредством управляющей линии, размещенной в подземной скважине снаружи от упомянутой обсадной трубы и соединенной с, по меньшей мере, одним взрывным зарядом. Система завершения содержит обсадную трубу, по меньшей мере, две перфорационные пушки, соединенные с наружной стороной обсадной трубы. Каждая из двух перфорационных пушек имеет, по меньшей мере, один взрывной заряд, нацеленный в направлении обсадной трубы. Имеется устройство для изолирования зоны, расположенное между, по меньшей мере, двумя перфорационными пушками для выборочного перекрывания потока через обсадную трубу. Снаружи обсадной трубы расположена установка для обеспечения сигналов для перфорационных пушек. 2 н.п. ф-лы, 40 ил.

 

Существующий уровень техники

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству и способам для установления сообщения через стенку трубы скважины и, в частности, к устройству и способам для завершения подземной скважины, в особенности для завершения скважины в нескольких подземных зонах и/или формациях и их стимулирования.

Описание аналогов

Когда подземная скважина пробурена с помощью общепринятых методов, использующих буровую колонну, которая имеет прикрепленный к одному ее концу бур, эта скважина завершается путем помещения обсадной колонны внутрь скважины для увеличения ее целостности и обеспечения пути для вывода текучих сред на поверхность. Обычно обсадная колонна выполняется из отдельных отрезков металлических труб относительно большого диаметра, которые скрепляются при помощи любого пригодного средства, например винтовой резьбы или сварки. Традиционно обсадная колонна цементируется к верхней поверхности скважины посредством прокачивания цемента в кольцевой просвет, определяемый между обсадной колонной и скважиной. Зацементированная обсадная колонна затем перфорируется для установления жидкостного сообщения между подземной формацией и внутренностью обсадной колонны. Перфорирование традиционно выполняется посредством перфорационной пушки, которая имеет, по меньшей мере, один кумулятивный заряд, расположенный в носителе, выстреливание которого управляется с поверхности земли. Перфорационная пушка может быть сконструирована любой длины, хотя пушка, транспортируемая на проволоке, обычно имеет длину 30 футов или менее. Перфорационная пушка опускается внутри обсадных труб на проволоке или связке труб до точки, смежной с интересующей подземной зоной, и кумулятивные взрывчатые заряды детонируются, что, в свою очередь, пробивает или перфорирует обсадную трубу и формацию. Таким образом устанавливается жидкостное сообщение между скважиной с обсадными трубами и интересующей подземной зоной(-ами). Получившиеся отверстия проходят через обсадные трубы и цемент на небольшое расстояние в формацию. Затем перфорационная пушка удаляется из скважины или сбрасывается на ее дно. Часто формация стимулируется для увеличения получения из нее углеводородов путем закачивания в скважину и в формацию текучей среды под давлением, чтобы вызвать гидравлическое дробление формации, или путем закачивания текучей среды в скважину и формацию для обработки или стимулирования формации. После этого текучая среда из формации может быть подана по обсадной колонне на поверхность земли или введена с поверхности через обсадную колонну в подземную формацию.

В некоторых формациях желательно проводить перфорационные операции при давлении в скважине большем, чем давление в формации. При условиях превышения давления давление в скважине превышает давление, при котором формация будет дробиться, и по соседству с отверстиями появятся гидравлические разрушения. Отверстия могут проникать в формацию на несколько дюймов, а сеть трещин может иметь протяженность в несколько футов внутрь формации. Таким образом, может быть создан расширенный контур для потока текучей среды между формацией и скважиной, а продуктивность скважины может быть значительно увеличена путем умышленного образования трещин около отверстий.

Часто подземная скважина проходит через несколько зон одной и той же подземной формации и/или несколько интересующих формаций, которые содержат углеводороды. Обычно желательно установить сообщение с каждой интересующей зоной и/или формацией для введения и/или получения текучих сред. Традиционно это выполняется одним из нескольких способов. Во-первых, единственная перфорационная пушка может транспортироваться на проволоке или связке труб в подземную скважину и выстреливать для перфорирования интересующей зоны и/или формации. Альтернативно, единственная перфорационная пушка транспортируется на проволоке или связке труб в подземную скважину и располагается рядом с каждой интересующей зоной и/или формацией и выборочно выстреливает для перфорирования каждой зоны и/или формации. В соответствии с еще одним подходом две или более перфорационных пушки располагаются на удалении друг от друга на одной и той же связке труб, транспортируются в скважину и выстреливают. Если используется способ выборочного выстреливания, а интересующая зона(-ы) и/или формация(-и) являются относительно тонкими, например 15 футов или менее, перфорационная пушка располагается рядом с интересующей зоной и выстреливают некоторые из кумулятивных зарядов перфорационной пушки для выборочного перфорирования только данной зоны или формации. Затем пушка заново позиционируется с помощью проволоки в другой зоне или формации и определенные кумулятивные заряды выстреливают для выборочного перфорирования этой зоны или формации. Эта процедура повторяется до тех пор, пока не будут перфорированы все зоны и/или формации, и перфорационная пушка извлекается на поверхность посредством проволоки. При подходе с транспортируемыми на связке труб отстоящими друг от друга пушками две или более перфорационных пушки транспортируются в скважину на одной и той же связке труб с разнесением друг от друга, так что каждая пушка располагается рядом с одной из интересующий зон и/или формаций. Будучи расположенными в скважине, пушки могут выстреливать одновременно или выборочно для перфорирования обсадной трубы и установления сообщения с каждой такой зоной(-ами) и/или формацией(-ями).

Если зона(-ы) и/или формация(-и), которые были перфорированы при помощи любого из традиционных подходов, подлежат гидравлическому дроблению, в скважину закачивается текучая среда под давлением, которое превышает давление, при котором зона(-ы) и/или формация(-и) будут раздроблены. Однако дробящая текучая среда будет предпочтительно течь в те зоны и/или формации, которые обычно имеют наибольшую пористость и/или наименьшее давление, что тем самым зачастую приводит к небольшому дроблению или отсутствию дробления в некоторых зонах и/или формациях. Дополнительно, значительные расходы могут пойти на закачивание текучей среды под давлением, достаточным для дробления нескольких зон и/или формаций, пройденных подземной скважиной. В попытке решения этой проблемы использовалась процедура, при которой перфорационная пушка опускалась в скважину на связке труб или проволоке до наиболее низкой интересующей зоны и выстреливала для перфорирования обсадной трубы и этой зоны. После этого необходимо поднять из скважины и вытащить перфорационную пушку на поверхность. Затем текучая среда закачивалась в скважину при давлении, достаточном для дробления или стимулирования самой низкой зоны. Стимулирующая текучая среда может удаляться из только что перфорированной и раздробленной зоны для предотвращения каких-либо разрушений этой зоны, которые могут произойти в результате продолжительного контакта с дробящей текучей средой. Перед перфорированием и стимулированием следующей по глубине зоны механическое устройство, или заглушка, или песчаный наполнитель устанавливается в скважине между только что раздробленной зоной и подлежащей дроблению зоной, чтобы изолировать простимулированную зону от дальнейшего контакта с дробящей текучей средой. Эта процедура повторяется до тех пор, пока все зоны и/или формации не перфорированы и не раздроблены. После завершения этой операции все заглушки должны были высверливаться или иным образом удаляться из скважины, чтобы позволить получаемой текучей среде попадать на поверхность по скважине. Однако необходимость спуска в скважину и подъема из нее для перфорирования и стимулирования каждой из нескольких зон и/или формаций и использования таких заглушек для изолирования ранее обработанной зоны (зон) и/или формации (формаций) от дальнейшего контакта с обрабатывающей текучей средой отнимает много времени и является дорогим. Ввиду этого, несколько зон и/или формаций зачастую стимулируются одновременно, даже хотя это приводит к неприемлемым результатам обработки определенной зоны (зон) и/или формации (формаций).

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому при использовании результату является способ завершения одной или более подземных формаций, включающий детонацию первой установки перфорационной пушки для перфорирования упомянутой обсадной трубы и первой подземной формации (Л.Я.Фридляндер, Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах, Москва, Недра, 1985, с.47-49). Известна также система для завершения одной или более подземных формаций, содержащая обсадную трубу и, по меньшей мере, одну перфорационную пушку, имеющую, по меньшей мере, один взрывной заряд, нацеленный в направлении упомянутой обсадной трубы (там же).

Известные технические решения, указанные выше, хотя и позволили устранить большую часть отмеченных недостатков, присущих известному уровню техники, они тем не менее, не исключили необходимость вводить в скважину и выводить из нее перфорирующее оборудование после завершения нескольких формаций.

Таким образом, существует необходимость в устройстве и способах для перфорирования обсадной трубы, помещенной в подземной скважине, которые устраняют необходимость вводить в скважину и выводить из нее перфорирующее оборудование при завершении нескольких зон и/или формаций.

Соответственно, целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для экономичного и эффективного перфорирования и стимулирования нескольких подземных зон и/или формаций, пройденных подземной скважиной.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для завершения подземной скважины, в которых обсадная труба перфорируется для обеспечения жидкостного сообщения через стенку обсадной трубы посредством установки перфорационной пушки, размещенной в подземной скважине снаружи от обсадной трубы.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для завершения и стимулирования подземной скважины с обсадной трубой, в которых устраняется вхождение в скважину для выполнения завершения и/или стимулирования.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для ускоренной обработки и/или стимулирования каждой подземной формации, пройденной подземной скважиной, по отдельности, а потому экономично.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для завершения подземной скважины, в которых несколько перфорационных пушек располагаются в скважине снаружи от обсадной трубы и рядом с несколькими интересующими подземными формациями и выборочно детонируются для установления жидкостного сообщения между подземной формацией и внутренностью обсадной трубы.

Задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в создании способа и системы завершения подземных формаций, свободных от отмеченных выше недостатков.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в способе завершения подземных формаций, включающем:

детонацию первой установки перфорационной пушки, размещенной снаружи от обсадной трубы в подземной скважине, благодаря чему перфорируется упомянутая обсадная труба и первая подземная формация, осуществляют инжекцию одной или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую первую подземную формацию;

детонацию второй установки перфорационной пушки, размещенной снаружи от обсадной трубы в подземной скважине, благодаря чему перфорируется упомянутая обсадная труба и вторая подземная формация;

инжекцию одной или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую вторую подземную формацию;

изолирование упомянутой первой подземной формации от инжекции текучих сред перед инжекцией упомянутых одной или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую вторую подземную формацию;

цементирование упомянутой первой и упомянутой второй установок перфорационной пушки и упомянутой обсадной трубы в упомянутой подземной скважине перед шагами детонации;

изолирование упомянутой первой подземной формации от инжекции текучих сред после инжекции одной или нескольких стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую вторую подземную формацию;

поджигание взрывчатого материала путем детонации упомянутого, по меньшей мере, одного взрывного заряда посредством управляющей линии, размещенной в упомянутой подземной скважине, снаружи от упомянутой обсадной трубы и соединенной с упомянутым по меньшей мере одним взрывным зарядом;

а так же тем, что система завершения содержит:

обсадную трубу, по меньшей мере, две перфорационные пушки, соединенные с наружной стороной упомянутой обсадной трубы, причем каждая из упомянутых двух перфорационных пушек имеет, по меньшей мере, один взрывной заряд, нацеленный в направлении упомянутой обсадной трубы;

устройство изолирования зоны, расположенное между упомянутыми, по меньшей мере, двумя перфорационными пушками для выборочного перекрывания потока через упомянутую обсадную трубу;

установку для обеспечения сигналов для упомянутых по меньшей мере двух перфорационных пушек, соединенную с ними и расположенную снаружи от упомянутой обсадной трубы.

Раскрытие изобретения

Для достижения вышеуказанных и прочих целей и в соответствии с назначением настоящего изобретения, как оно воплощено и широко описано здесь, одна характеристика настоящего изобретения может содержать способ для установления жидкостного сообщения. Этот способ включает в себя размещение по меньшей мере одного взрывного заряда в подземной скважине так, чтобы этот по меньшей мере один взрывной заряд располагался снаружи от обсадной трубы, которая также расположена в скважине, и был нацелен в сторону обсадной трубы, и детонирование этого по меньшей мере одного взрывного заряда для по меньшей мере однократного перфорирования стенки обсадной трубы.

Другая характеристика настоящего изобретения заключается в том, что для завершения подземной скважины обеспечивается способ, включающий в себя проникновение сквозь стенку обсадной трубы, размещенной и зацементированной в подземной скважине, с наружной стороны обсадной трубы в сторону внутренней части обсадной трубы.

Еще одна характеристика настоящего изобретения заключается в том, что обеспечивается способ для завершения подземной скважины, содержащий размещение по меньшей мере одного взрывного заряда в подземной скважине снаружи от обсадной трубы и детонирования этого по меньшей мере одного взрывного заряда для перфорирования обсадной трубы.

Еще одна характеристика настоящего изобретения заключается в том, что предусматривается способ для обеспечения жидкостного сообщения через стенку обсадной трубы. Этот способ включает в себя детонирование первой перфорационной пушки, размещенной снаружи от обсадной трубы в подземной скважине для перфорирования таким образом обсадной трубы.

Дополнительная характеристика настоящего изобретения заключается в том, что обеспечивается способ для завершения одной или нескольких подземных формаций. Этот способ включает в себя детонирование первой перфорационной пушки, размещенной снаружи от обсадной трубы в подземной скважине для перфорирования таким образом обсадной трубы и первой подземной формации.

Еще одна дополнительная характеристика настоящего изобретения заключается в том, что обеспечивается способ для завершения подземной скважины, который включает в себя проникновение сквозь обсадную трубу, расположенную в подземной скважине, в то время как внутренняя часть обсадной трубы остается незанятой перфорационными пушками или прочим оборудованием, инструментами, трубами или линиями.

Еще одна дополнительная характеристика настоящего изобретения заключается в том, что обеспечивается система подземного завершения, содержащая обсадную трубу, которая по меньшей мере частично расположена в подземной скважине, и по меньшей мере одну перфорационную пушку, расположенную снаружи от обсадной трубы внутри скважины. Перфорационная пушка содержит по меньшей мере один взрывной заряд, нацеленный в направлении обсадной трубы.

Еще одна дополнительная характеристика настоящего изобретения заключается в том, что обеспечивается система завершения, содержащая обсадную трубу и по меньшей мере одну перфорационную пушку, которая соединена с внешней частью обсадной трубы и содержит по меньшей мере один взрывной заряд, нацеленный в сторону обсадной трубы.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют выполнения настоящего изобретения и совместно с описанием служат для объяснения принципов изобретения.

На чертежах:

Фиг.1 является видом в разрезе установки по настоящему изобретению, размещенной в подземной скважине;

Фиг.2 является видом в поперечном разрезе установки по настоящему изобретению, размещенной в подземной скважине, по линии 2-2 фиг.1;

Фиг.3 является видом в поперечном разрезе установки по настоящему изобретению, размещенной в подземной скважине, по линии 2-2 фиг.1, после того как детонирован по меньшей мере один взрывной заряд перфорационной пушки;

Фиг.4 является видом в поперечном разрезе установки по настоящему изобретению, размещенной и зацементированной в подземной скважине;

Фиг.5 является видом в поперечном разрезе установки по настоящему изобретению, размещенной и зацементированной в подземной скважине, по линии 5-5 фиг.4;

Фиг.6 является видом в поперечном разрезе установки по настоящему изобретению, размещенной и зацементированной в подземной скважине, по линии 5-5 фиг.4 после того, как детонирован по меньшей мере один взрывной заряд перфорационной пушки;

Фиг.7 является видом в перспективе с частичным разрезом установки по настоящему изобретению, содержащей установку перфорационной пушки, имеющую несколько взрывных зарядов, после детонации;

Фиг.8 является видом сверху установки по настоящему изобретению, изображенной на фиг.7, расположенной и зацементированной в подземной скважине и детонированной, что иллюстрирует одно из выполнений фазирования зарядов;

Фиг.9 является видом в перспективе с частичным разрезом установки по настоящему изобретению, содержащей установку перфорационной пушки, имеющую несколько взрывных зарядов, когда она размещена и зацементирована в подземной скважине;

Фиг.10а-ж являются схематическими видами с частичным разрезом одного из выполнений настоящего изобретения, в котором стимулируются и/или обрабатываются несколько подземных формаций;

Фиг.11а-е являются схематическими видами с частичным разрезом еще одного выполнения настоящего изобретения, которое используется для стимулирования и/или обработки нескольких подземных формаций, причем устройство изолирования зон размещено между установками перфорационных пушек;

Фиг.12а, 13а, 14а, 15а и 16а являются видами с частичными поперечными разрезами, которые, будучи скомбинированными в указанном порядке, иллюстрируют еще одно выполнение настоящего изобретения, используемое для стимулирования и/или обработки подземных формаций, причем клапанные узлы расположены между установками перфорационных пушек;

Фиг.12б, 13б, 14б, 15б и 16б являются видами с частичными поперечными разрезами, которые, будучи скомбинированными в указанном порядке, иллюстрируют еще одно выполнение настоящего изобретения, используемое для стимулирования и/или обработки подземных формаций, причем клапанные узлы расположены между установками перфорационных пушек и при этом одна из установок перфорационных пушек детонирована;

Фиг.12в, 13в, 14в, 15в и 16в являются видами с частичными поперечными разрезами, которые, будучи скомбинированными в указанном порядке, иллюстрируют еще одно выполнение настоящего изобретения, используемое для стимулирования и/или обработки подземных формаций, причем клапанные узлы расположены между установками перфорационных пушек и при этом обе установки перфорационных пушек детонированы;

Фиг.17 является видом в разрезе специальной обоймы, используемой в выполнении настоящего изобретения, проиллюстрированном на фиг.12а-16а в сборе;

Фиг.18 является видом в разрезе части одной из установок перфорационной пушки, проиллюстрированных на фиг.12а и 12б;

Фиг.19 является видом в разрезе части одной из установок перфорационной пушки, проиллюстрированных на фиг.12в.

Подробное описание предпочтительных выполнений

В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается установка для размещения внутри подземной скважины в ходе ее завершения. Эта установка содержит одну или несколько перфорационных пушек, которые располагаются рядом с внешней частью обсадной трубы так, чтобы по меньшей мере один взрывной заряд перфорационной пушки был ориентирован для пробивания обсадной трубы. Термин "обсадная труба", используемый в данном описании, относится к цилиндрическим трубам, обычно к колонне, составленной из отдельных отрезков стальной трубы, используемой в скважине для отделения текучей среды от скважины, для предотвращения осыпания или обваливания стенок скважины, через которые текучие среды подаются из подземной формации или зоны или вводятся в нее. Термин "перфорационная пушка" относится к установке для размещения в подземной скважине, каковая установка содержит один или несколько взрывных зарядов, которые баллистически связаны с поверхностью и сконструированы для проникновения через стенку обсадной трубы.

На фиг.1 проиллюстрирована подземная скважина 2, идущая от поверхности земли или морского дна 4 и проходящая по меньшей мере одну подземную формацию 6. Используемый в данном описании термин "подземная формация" относится к подземной формации, слою подземной формации и/или зоне слоя подземной формации, которая представляет данную стратиграфическую единицу, такую как единица пористости, проницаемости и/или насыщенности углеводородами. Установка по настоящему изобретению в целом проиллюстрирована ссылочной позицией 10 на фиг.1 и содержит установку 20 перфорационной пушки и обсадную трубу 12. Будучи собранной и размещенной внутри скважины 2, установка перфорационной пушки располагается на внешней части обсадной трубы 12 рядом с ее внешним диаметром. Предпочтительно установка 20 перфорационной пушки прикрепляется к обсадной трубе 12 любым пригодным способом, например металлическими лентами, такими как ленты из нержавеющей стали, охватывающими как обсадную трубу 12, так и установку 20 перфорационной пушки, либо с помощью специальных соединений, для обеспечения практически неизменного относительного положения установки 20 перфорационной пушки и обсадной трубы 12 в полном сборе как в осевом, так и во вращательном направлении в ходе размещения установки по настоящему изобретению в скважине 2. Установка по настоящему изобретению предпочтительно конструируется или заранее, и/или непосредственно на месте бурения скважины, то есть либо на суше, либо на морской платформе, на поверхности 4 до введения установки в скважину 2. Как проиллюстрировано на фиг.1, управляющая система 18, например электрическая линия, проходит от подходящего источника энергии (не показан) на поверхности 4, что будет очевидно специалисту, к установке 20 перфорационной пушки для обеспечения подходящего сигнала поджигания установки перфорационной пушки. Если используется электрическая линия, предпочтительно, чтобы эта линия была армирована для защиты от повреждения во время размещения установки в скважине и чтобы эта линия была прикреплена к обсадной трубе любым пригодным средством, таким как описанные выше в отношении крепления установки перфорационных пушек. В настоящем изобретении могут также использоваться другие управляющие системы для поджигания взрывных зарядов, содержащихся в установке 20 перфорационной пушки, такие как гидравлические линии, соединенные с подходящим источником сжатой гидравлической текучей среды (жидкости или газа), или электромагнитные или акустические сигналы и соответствующие приемники (не показаны), соединенные с установками перфорационных пушек для передачи волн через обсадную трубу, почву и/или текучие среды скважины. Любую линию или любой другой упомянутый выше в связи с установкой по настоящему изобретению инструмент следует прикрепить к обсадной трубе с подходящими интервалами для предотвращения повреждений в ходе размещения установки в скважине.

Установка 20 перфорационной пушки имеет по меньшей мере один содержащийся в ней взрывной заряд 22, нацеленный в сторону обсадной трубы 12. Как показано на фиг.2, установка 20 имеет два взрывных заряда 22, 26, которые разнесены друг от друга по оси в установке 20 и которые, несмотря на то, что они ориентированы под слегка различными углами, оба нацелены в сторону обсадной трубы 12. После передачи подходящего сигнала, например электрического тока по линии 18, взрывной заряд 22 детонирует и выстреливает кумулятивный заряд по траектории 24 (фиг.3), создавая в стенке обсадной трубы 12 отверстия 13 и 14, в то время как взрывной заряд 26 детонирует и выстреливает кумулятивный заряд по траектории 28, создавая в стенке обсадной трубы 12 отверстия 15 и 16. Следует отметить, что хотя каждый из зарядов проиллюстрирован как способный создать два отверстия в стенке обсадной трубы 12, эти заряды могут быть сконструированы так, чтобы пробивать только одно отверстие, например 13 и 15, в стенке обсадной трубы 12, если это желательно. Например, установка по настоящему изобретению может использоваться, когда это желательно, для создания жидкостного сообщения через стенку обсадной трубы, например для отслеживания условий внутри скважины или для приведения в действие инструмента, расположенного на внешней стороне обсадной трубы 12.

В одном выполнении, проиллюстрированном на фиг.4, установка по настоящему изобретению располагается внутри подземной скважины после того, как скважина пробурена, но до завершения скважины. Предпочтительно установка располагается рядом с интересующей подземной формацией любым подходящим способом. Положение подземной формации 6 будет известно из открытых буровых измерений, таких как измерения посредством гамма-излучения, которые проводятся в ходе или после бурения скважины и, в меньшей степени, по определенным показаниям, полученным в ходе бурения, таким как пробы породы и/или изменения скорости бурения. Когда установка размещается в скважине, буровые данные могут быть получены посредством продвижения измерительного инструмента, такого как гамма-лучевой инструмент, по обсадной трубе 12 для совмещения перфорационной установки 20 с формацией 6 или альтернативно путем крепления измерительного инструмента 50 на внешней стороне обсадной трубы 12 рядом с установкой перфорационной пушки для получения данных в реальном масштабе времени. Путем соотнесения этих данных с данными буровых разрезов установка перфорационной пушки может быть точно расположена рядом с интересующей подземной формацией. Часто желательно прокачивать текучую среду по обсадной трубе и кольцевому каналу между обсадной трубой и скважиной перед цементированием. Как будет очевидно для специалиста, температура такой текучей среды и цемента может вызывать сжатие или расширение обсадной трубы, и такое изменение должно учитываться в ходе начального размещения установки по настоящему изобретению в скважине, особенно когда интересующая формация относительно тонка или коротка в длину. Когда установка перфорационной пушки правильно расположена внутри скважины, цемент 17 закачивается либо вниз по внутренней части 13 обсадной трубы 12 и назад в сторону поверхности через кольцевой канал 19, сформированный между обсадной трубой и скважиной, либо, менее предпочтительно, вниз по кольцевому каналу 19 в направлении дна скважины. До полного застывания цемента 17 обсадная труба 12 может двигаться вверх-вниз для обеспечения равномерного распределения цемента вокруг обсадной трубы 12.

Установка по настоящему изобретению цементируется в скважине только что описанным способом (фиг.4) между обсадной трубой и стенкой скважины и способна впоследствии приводиться в действие дистанционно с помощью любого подходящего средства 18, такого как электрическая линия, гидравлическая линия, радиосигналы и т.д. Установка 20 перфорационной пушки имеет по меньшей мере один содержащийся в ней взрывной заряд 22, нацеленный в сторону обсадной трубы 12. Как показано на фиг.5, установка 20 имеет два взрывных заряда 22, 26, которые отстоят друг от друга по оси и которые, хотя и ориентированы под слегка различными углами, оба нацелены в сторону обсадной трубы 12. При передаче через средство 18 подходящего сигнала, например электрического тока по электрической линии, взрывные заряды 22 и 26 детонируют.

После детонации взрывной заряд 22 выстреливает кумулятивный заряд по траектории 24, тем самым создавая отверстия 13 и 14 в стенке обсадной трубы 12 и перфорационный туннель 32, проходящий через цемент 17 и в подземную формацию 6, в то время как взрывной заряд 26 выстреливает кумулятивный заряд по траектории 28, тем самым создавая отверстия 15 и 16 в стенке обсадной трубы 12 и перфорационный туннель 34, проходящий через цемент 17 и в подземную формацию 6. Таким образом устанавливается жидкостное сообщение между формацией 6 и внутренней частью обсадной трубы 12. Следует отметить, что хотя каждый заряд проиллюстрирован как способный создавать два отверстия в стенке обсадной трубы 12, эти заряды могут быть сконструированы так, чтобы пробивать только одно отверстие, например 13 и 15, в стенке обсадной трубы 12, если это желательно. Например, может быть желательно установить жидкостное сообщение между отдельным инструментом (не показан), таким как манометр, расположенным на внешней стороне обсадной трубы рядом и в жидкостном сообщении с перфорационной установкой.

Таким образом, процесс или способ по настоящему изобретению в широком смысле охватывает расположение установки перфорационной пушки в подземной скважине снаружи от обсадной трубы и рядом с ней и детонирование по меньшей мере одного взрывного заряда в установке перфорационной пушки для по меньшей мере однократного проникновения сквозь стенку обсадной трубы. Предпочтительно установка по настоящему изобретению цементируется в подземной скважине, и детонация взрывного заряда создает перфорационный туннель в цементе и внутри подземной формации. Хотя каждая установка 20 перфорационной пушки может содержать множество взрывных зарядов 30, как будет очевидно для специалистов, необходимо нацелить только один такой заряд на обсадную трубу 12 для применения настоящего изобретения. Однако, поскольку установка перфорационной пушки традиционно содержит несколько взрывных зарядов на каждый фут, например шесть (фиг.7), обычно желательно иметь в данной установке несколько зарядов, нацеленных на обсадную трубу, проходящую в скважине. Предпочтительная фазирующая комбинация для шести взрывных зарядов в установке содержит по меньшей мере шесть взрывных зарядов, как показано на фиг.8. В данном выполнении шесть зарядов 30 разнесены друг от друга в осевом и радиальном направлениях в установке 20 перфорационной пушки по спирали. Три из шести зарядов ориентированы для перфорирования обсадной трубы 12 и создания после детонирования перфорационных туннелей 40, 42 и 44, которые проходят сквозь цемент 17 в формацию 6, в то время как остальные три заряда ориентированы так, чтобы создавать после детонирования перфорационные туннели 46, 47 и 48, проникающие сквозь цемент 17 и формацию 6, но не через обсадную трубу 12. Как показано на фиг.8, угол ϕ между туннелями 40 и 42 и между туннелями 42 и 44 практически одинаков и зависит от диаметра обсадной трубы и установки перфорационной пушки и от расстояния между обсадной трубой и этой установкой. Например, угол ϕ для установки перфорационной пушки диаметром 2 1/8" и обсадной трубы диаметром 4 1/2’ равен 30°, для установки диаметром 2 3/8" и обсадной трубы диаметром 3 1/2" равен 22,5°, а для установки диаметром 2 7/8" и обсадной трубы диаметром 2 7/8" равен 17,5°. Перфорационные туннели 40, 42, 44 и 46-48 формируются путем выстреливания взрывных зарядов последовательно начиная с одного из концов пушки. Далее, хотя и предпочтительно, чтобы взрывные заряды каждого установки были ориентированы для выстреливания в плоскости, перпендикулярной оси установки, один или несколько зарядов могут быть размещены для выстреливания под углом по отношению к этой горизонтальной плоскости.

В дальнейшем выполнении настоящего изобретения установка по настоящему изобретению конструируется из обсадной трубы 12 и нескольких установок 20а-д перфорационных пушек (фиг.9). При сборке и размещении внутри скважины 2 установки перфорационных пушек располагаются на внешней части обсадной трубы 12 рядом с ее внешним диаметром. Предпочтительно, чтобы установки 20а-д перфорационных пушек были прикреплены к обсадной трубе 12 любым подходящим средством, например металлическими полосами, обернутыми вокруг обсадной трубы 12 и установок 20а-д перфорационных пушек, или специальным соединителем для обеспечения практически неизменного относительного положения каждой установки 20 перфорационной пушки и обсадной трубы 12 в полном сборе во время размещения установки по настоящему изобретению в скважине 2. Каждая установка перфорационной пушки содержит по меньшей мере один взрывной заряд, нацеленный так, чтобы перфорировать обсадную трубу после детонирования. Установка по настоящему изобретению предпочтительно полностью собирается в месте расположения скважины, то есть либо у находящейся на суше скважины, либо на морской буровой платформе, на поверхности 4 до введения установки в скважину 2. Как показано на фиг.9, сигнальное средство, например электрическая линия, проходит от подходящего источника энергии (не показан) на поверхности 4 к установкам 20а-д перфорационных пушек, обеспечивая источник энергии для поджигания.

Несколько установок 20а-д перфорационных пушек расположены в подземной скважине 2 рядом с интересующими подземными формациями 6а-д после бурения скважины, но до завершения скважины. Установка располагается рядом с интересующей подземной формацией с помощью любого подходящего средства. Положения подземных формаций 6а-д будут известны из данных буровых разрезов и данных бурения, как обсуждалось ранее. Когда установка располагается внутри скважины, могут быть получены данные обсаженной скважины, и эти данные могут быть соотнесены с данными буровых разрезов для точного размещения установок 20а-д перфорационных пушек рядом с интересующими подземными формациями 6а-д. Часто желательно прокачивать текучую среду по обсадной трубе и кольцевому пространству между обсадной трубой и скважиной перед цементированием. Как будет очевидно для специалистов, температура такой текучей среды и цемента в ходе укладки может вызвать сжатие или расширение обсадной трубы, и такое изменение должно учитываться во время начального расположения установки по настоящему изобретению в скважине, особенно тогда, когда интересующая формация является относительно тонкой. Когда установки перфорационных пушек правильно расположены в скважине, цемент 17 закачивается либо вниз по внутренней части 13 обсадной трубы 12 и назад в сторону поверхности через кольцевой канал 19, сформированный между обсадной трубой и скважиной, либо альтернативно вниз по кольцевому каналу 19 и через обсадную трубу 12 к поверхности. До полного застывания цемента 17 обсадная труба 12 может двигаться вверх-вниз для обеспечения равномерного распределения цемента вокруг обсадной трубы 12. При такой конструкции несколько установок 20а-д перфорационных пушек, расположенные рядом с интересующими подземными зонами 6а-д, могут затем детонироваться одновременно, последовательно или в любом желательном порядке посредством передачи подходящего сигнала к каждой установке перфорационной пушки по электрическому, гидравлическому, звуковому или любому другому подходящему средству.

В соответствии с одним из аспектов выполнения настоящего изобретения, проиллюстрированного на фиг.9, перфорационная пушка 20а поджигается или детонирует после приема сигнала по сигнальному средству 18, проделывая таким образом отверстие (отверстия) 150а (фиг.10а) через обсадную трубу 12 и цемент 17 внутрь формации 6а способом, описанным выше по отношению к выполнениям, проиллюстрированным на фиг.6-8. После этого стимулирующие текучие среды 160а, такие как дробящая текучая среда, содержащая расклинивающие наполнители и/или кислоты, содержащие шарики, действующие в качестве отклоняющих агентов в формации, и/или обработочные текучие среды, например подавители накипи и/или желирующие растворы, закачиваются с поверхности 4 по внутренней части 13 обсадной трубы 12 в отверстия 150а (фиг.10b). Радиоактивные метки могут вводиться в стимулирующие и/или обработочные текучие среды для обеспечения правильного размещения этих текучих сред и/или содержащихся в них твердых частиц. В случае дробящих текучих сред в формации 6а формируются и распространяются трещины 156а. Если используются стимулирующие текучие среды, такие как окисляющие текучие среды, и/или обработочные текучие среды, эти текучие среды нет необходимости закачивать под давлениями, достаточными для создания трещин 156а. При продолжении способа стимулирования и/или обработки в ходе операции закачивания появляется закупоривание, когда расклинивающие наполнители и/или шарики создают значительное ограничение потока в скважине 2. В этот момент (фиг.10с) способ может быть приостановлен, например, если это желательно для получения текучих сред из формации 6а в целях тестирования и/или оценки, либо следующая формация 6б может сразу же обрабатываться образом, аналогичным только что описанному для формации 6а (фиг.10d-f). Способ повторяется для каждой обрабатываемой зоны до конца (фиг.10g).

В соответствии с еще одним выполнением установки по настоящему изобретению, проиллюстрированным на фиг.11, устройства 230а и 230б изоляции зон прикреплены к обсадной трубе 12 между установками 20а-в перфорационных пушек. Как показано, устройства изоляции зон соединены с сигнальным средством 18 и предпочтительно прикреплены к обсадной трубе 12 с помощью любого подходящего средства, например винтовой резьбой или сваркой. Подходящие устройства изоляции зон, например заслоночные клапаны или шаровые клапаны, используются в способе по настоящему изобретению, как описано ниже, для выборочного перекрывания потока через внутреннюю часть 13 обсадной трубы 12. Во время работы перфорационная пушка 20а поджигается или детонирует после приема сигнала по сигнальному средству 18, формируя тем самым отверстие (отверстия) 50а (фиг.11а) сквозь обсадную трубу 12 и цемент 17 внутрь формации 6а способом, ранее описанным по отношению к выполнениям, проиллюстрированным на фиг.6-10. После этого стимулирующие текучие среды 160а, такие как дробящая текучая среда, содержащая расклинивающие наполнители и/или кислоты, и/или обработочные текучие среды, например подавители накипи и/или желирующие растворы, закачиваются с поверхности 4 по внутренней части 13 обсадной трубы 12 в отверстия 50а (фиг.11b). Радиоактивные метки могут вводиться в стимулирующие и/или обработочные текучие среды для обеспечения правильного размещения текучих сред и/или содержащихся в них твердых частиц. В случае дробящих текучих сред в формации 6а формируются и распространяются трещины 156а. Если используются стимулирующие текучие среды, такие как окисляющие текучие среды, и/или обработочные текучие среды, эти текучие среды нет необходимости закачивать под давлениями, достаточными для создания трещин 156а. После завершения способа стимуляции и/или обработки по сигнальному средству 18 передается сигнал изоляционному устройству 230а и перфорационной пушке 206. В ответ перфорационная пушка 206 поджигается или детонирует, формируя тем самым отверстие (отверстия) 506 (фиг.11с), в то время как изоляционное устройство 230а активируется, перекрывая поток текучей среды по внутренней части 13 обсадной трубы 12. Детонирование перфорационной пушки 206 и активация изоляционного устройства 230а могут происходить практически одновременно, либо последовательно, хотя предпочтительно, чтобы перфорационная пушка 206 поджигалась непосредственно перед активацией изоляционного устройства 230а. В этот момент (фиг.11d) следующая формация 66 непосредственно обрабатывается образом, аналогичным только что описанному в отношении формации 6а (фиг.11е). Поверхностное оборудование, необходимое для прокачивания стимулирующих и/или обработочных текучих сред через обсадную трубу 12, не нуждается в соответствии с настоящим изобретением ни в перемещении с поверхности места положения шахты, ни в перемещении вверх-вниз, тем самым экономятся расходы, связанные с такими операциями. Этот способ повторяется для каждой обрабатываемой зоны (фиг.11а) до конца (фиг.11f). По завершении устройства 230а и 230б изоляции зон могут быть приведены в открытое состояние или разрушены с помощью любого подходящего средства, такого как бурение, чтобы позволить потоку течь по внутренней части 13 обсадной трубы 12 для получения текучих сред из формаций 6а, 6б и/или 6в и/или введения в них текучих сред. Несмотря на то что на фиг.11а-11f способ проиллюстрирован в применении к трем формациям, этот способ, проиллюстрированный для данного выполнения настоящего изобретения, может применяться для любого количества подземных формаций, через которые проходит подземная скважина.

Выполнение установки и способа по настоящему изобретению, которое использует устройства изоляции зон между установками перфорационных пушек, проиллюстрировано в целом ссылочной позицией 300 на фиг.12а-16а и содержит по меньшей мере две установки 20 и 20а перфорационных пушек, которые прикреплены к внешней стороне обсадной трубы 12, выполненной из отдельных отрезков трубы, как описывается ниже, и установки 380 заслоночного клапана, расположенного между установками 20, 20а перфорационных пушек, как описано ниже. Первый отрезок обсадной трубы 12, первая специализированная обойма 304, первый соединитель 314 типа штырь-в-гнездо, узел 380 заслоночного клапана, второй отрезок обсадной трубы 12, обойма 316, третий отрезок обсадной трубы 12 и вторая специализированная обойма 312 соединены друг с другом в только что описанной последовательности, проиллюстрированной на фиг.12, с помощью любого подходящего средства, такого как винтовая резьба. Как показано на фиг.12 и 13, каждая специализированная обойма 304 содержит первое в целом имеющее цилиндрическую форму проходящее сквозь нее вдоль оси отверстие 305, имеющее резьбовые концы, и второе проходящее вдоль оси отверстие 306 меньшего диаметра, которое смещено относительно оси от отверстия 305 и имеет расширенный конец 307, снабженный винтовыми резьбами для вхождения установки перфорационной пушки, и второй конец, который имеет резьбу для соединения с гидравлической линией, как будет описано позднее.

Узел 380 заслоночного клапана содержит в целом цилиндрические секции 381, 383, 385 и 386 корпуса, которые скреплены друг с другом с помощью любого подходящего средства, такого как винтовая резьба. Кольцеобразные уплотнители 382, 388 и 387 обеспечивают плотную жидкостную герметизацию между этими обычно цилиндрическими секциями корпуса. Секция 383 корпуса снабжена портом 389, который обеспечивает жидкостное сообщение через стенку секции 383 и имеет резьбу на одном конце для присоединения гидравлической линии, как описано ниже. Рукав 400 входит в секции 381, 383, 385 и 386 корпуса так, что при сборке по фиг.11а и 15а между ними образуются две кольцевые камеры 394 и 395. Рукав 400 имеет выступающую наружную часть 402 посередине своей длины, определяя тем самым противоположные в целом кольцевые кромки 404 и 406. Рукав 400 может двигаться по отношению к секциям корпуса, при этом движение ограничено выступающей внешней частью 402, упирающейся в концы кольцевой камеры 395. Кольцевые уплотняющие кольца 392 и 393 обеспечивают плотную жидкостную герметизацию между рукавом 400 и секциями 381 и 383 корпуса. Заслоночный клапан 396 прикреплен с возможностью вращения к части 386 корпуса и сдвинут к закрытому положению в зацеплении с кольцевой в целом опорной частью 399, образованной одним концом части 386 корпуса, посредством пружины 398, чтобы блокировать поток текучей среды через внутреннее отверстие 390 узла. После сборки заслоночный клапан 396 располагается в открытом, отведенном положении внутри кольцевой камеры 394 и удерживается в ней посредством рукава 400. Рукав 400 удерживается в данном положении за счет нормального давления воздуха в камере 395, действующего на кромку 404. Заслоночный клапан 396 конструируется из любого подходящего материала, например керамики, или относительно мягкого металла, такого как алюминий или литейный чугун, который может быть удален сверлящим или пробивным средством.

Каждая из установок 20 и 20а перфорационных пушек содержит детонирующую установку 330 и перфорационную пушку 350. Может использоваться любая подходящая детонирующая установка, известная специалистам. Пример детонирующей установки, пригодной для использования с транспортируемой на обсадной трубе перфорационной установкой по настоящему изобретению, показан на фиг.13а и 16а. Один конец внешнего в целом цилиндрического корпуса 331 закреплен к расширенному концу 307 специализированной обоймы 304, в то время как другой конец прикреплен ко второму переходнику 332, который, в свою очередь, прикреплен к третьему переходнику 333 с помощью любого подходящего средства, такого как винтовая резьба. Вдобавок, внешний корпус 331 установки 20а перфорационной пушки имеет выступающий наружу центрирующий буртик 364, который содержит отверстие 365, находящееся в жидкостном сообщении с внутренней частью внешнего корпуса 331, как будет позже описано более подробно. Корпус 334 воздушного клапана, содержащий воздушный клапан 335, образованный посреди его длины, одним своим концом прикреплен ко внутреннему подчиненному элементу 346, который, в свою очередь, прикреплен ко второму подчиненному элементу 332. Поршень 336 входит внутрь корпуса 334 воздушного клапана и цилиндрическую концевую крышку 337 и изначально удерживается на месте посредством срезных штырей 338, смонтированных на срезном агрегате 339. Поршень 336 удлинен и соединен со штырем 315 в установке 20а. Подрывной штырь 340 выходит из одного конца дна поршня 336. Кольцевая камера 341, располагающаяся между поршнем 336 и подрывной головкой 342, наполняется воздухом при атмосферном давлении. Подрывная головка 342 упирается в кромку внутренней стенки корпуса 334 воздушного клапана в детонирующей установке при полной сборке и функционирует для удержания ударного детонатора 343 напротив поджигающего перехода 345 в одном конце внутреннего переходника 346. Внутренний переходник 346 крепится ко второму переходнику 332 с помощью любого средства, такого как винтовая резьба. Каждый элемент из поджигающего перехода 345, внутреннего переходника 346, второго переходника 332 и третьего переходника 334 снабжен внутренним отверстием, через которое проходит детонационный шнур 349. Переходы 347, 348 промежуточных детонаторов располагаются во втором и третьем переходниках 332, 334 соответственно, связывая сегменты детонационного шнура 349 выше и ниже соединения между вторым и третьим переходниками 332, 334. Один конец третьего переходника прикреплен к одному из концов носителя 352 перфорирующего заряда установки 20 перфорационной пушки, в то время как другой конец носителя 352 заряда прикреплен к утяжеленной заглушке 353 с помощью любого подходящего средства, такого как винтовая резьба. Носитель 352 заряда может быть коммерчески доступным носителем для перфорирующих зарядов и содержит по меньшей мере один традиционный перфорирующий заряд 356, способный проделывать отверстие в обсадной трубе и части находящейся рядом подземной формации. Трубка 354 перфорирующего заряда располагается в носителе 352 и имеет по меньшей мере одно относительно большое отверстие или раскрыв 355, которые могут быть разнесены друг от друга и по вертикали, и по углу относительно оси трубки. Носитель 352 заряда и трубка 354 перфорирующего заряда имеют в целом удлиненные трубчатые конфигурации. Линейный перфорирующий заряд 356 закреплен в отверстии или раскрыве 355 в трубке 354 перфорирующего заряда таким способом, как очевидно для специалистов, что его большой конец 357 совмещен с отверстием 355 или проходит через отверстие или раскрыв 355 в трубке 354. Если присутствует несколько зарядов, они могут быть разнесены друг от друга по вертикали и по углу относительно оси носителя. Плотность заряда является подходящей плотностью, определяемой способами, известными специалистам. Обычная плотность заряда варьируется в диапазоне от двух до двадцати четырех на один фут. Детонационный шнур 349 соединен с малым концом 358 каждого перфорирующего заряда 356 и с концевой крышкой 359 в утяжеленной заглушке 353.

Как показано на фиг.13а и 14а, установка 20а перфорационной пушки снабжена переходником 322 вместо утяжеленной заглушки. Переходник 322 имеет проходящее сквозь него отверстие 323 и прикреплен другим концом к корпусу 324 поршня, который принимает поршень 326 в свою внутреннюю часть 325. Другой конец корпуса поршня соединен с заглушкой 327, имеющей выполненное в ней отверстие 328, которое на одном конце содержит резьбу для соединения с гидравлической линией.

В сборе, как показано на фиг.12а-16а, первая гидравлическая линия 402 проходит на поверхности к подходящему источнику (не показан) гидравлической текучей среды под давлением, как будет очевидно для специалистов, и закрепляется внутри одного конца отверстия 306, проходящего сквозь специализированный соединитель 304, с помощью любого подходящего средства, к примеру, посредством резьбового ободка 403. Еще одна гидравлическая линия 404 одним своим концом соединена с отверстием 365 в центрирующем буртике 364 установки 20а перфорационной пушки, в то время как другой его конец соединен с одним из концов отверстия 306 через специализированный соединитель 304 с помощью любого подходящего средства, такого как резьбовые ободки 405 и 406 соответственно. Еще одна гидравлическая линия 407 одним своим концом соединена с одним концом отверстия 328 в заглушке 327 установки 20а перфорационной пушки, в то время как другой ее конец соединен с резьбовым концом порта 389 в секции 383 корпуса узла 380 заслоночного клапана с помощью любого подходящего средства, такого как резьбовые ободки 408 и 409 соответственно.

При работе выполнение установки по настоящему изобретению, проиллюстрированное на фиг.12а-16а, располагается в подземной скважине так, что установки перфорационных пушек находятся рядом с интересующими подземными формациями 6а и 6б (фиг.11а). Затем гидравлические текучие среды транспортируются под давлением из подходящего источника по гидравлической линии 402 во внутреннее отверстие через установку 20а перфорационной пушки, в которой, как более подробно показано на фиг.18, гидравлическая текучая среда отводится через отверстие 365 в центрирующем буртике 364 в гидравлическую линию 404 и установку 20 перфорационной пушки, где давление, прикладываемое гидравлической текучей средой, заставляет срезные штыри 338 сдвигаться, а взрывной штырь 340 ударять по взрывной головке 342 и поджигать ударный детонатор 343. Поджигание ударного детонатора 343 вызывает вторичную детонацию в поджигающем переходе 345, что, в свою очередь, поджигает детонирующий шнур 349. Детонирующий шнур 349 содержит взрывчатое вещество и проходит между концами каждого носителя заряда, проходя между обратными сторонами зарядов и зарядных зажимов, удерживающих заряды в носителе. Шнур 349 поджигает заряды 356 в носителе 352 заряда и переходы промежуточных детонаторов, содержащие более мощное взрывчатое вещество, чем детонирующий шнур 349. Детонация зарядов 356 в установке 20 перфорационной пушки формирует отверстия 311 сквозь обсадную трубу 12 (фиг.16 и 16с) и цемент 17 внутрь формации 6а способом, описанным выше по отношению к выполнениям, проиллюстрированным на фиг.11а. После этого стимулирующие текучие среды 160а, такие как дробящая текучая среда, содержащая расклинивающие наполнители и/или кислоты, и/или обработочные текучие среды, например подавители накипи и/или желирующие растворы, закачиваются с поверхности 4 по внутренней части 13 обсадной трубы 12 в отверстия 50а (фиг.11b). Радиоактивные метки могут вводиться в стимулирующие и/или обработочные текучие среды для обеспечения правильного размещения текучих сред и/или содержащихся в них твердых частиц. В случае дробящих текучих сред в формации 6а формируются и распространяются трещины 56а. Если используются стимулирующие текучие среды, такие как окисляющие текучие среды, и/или обработочные текучие среды, эти текучие среды не нужно закачивать под давлениями, достаточными для создания трещин 56а.

Когда способ стимулирования и/или обработки завершен, гидравлическое давление увеличивается в линии 402 до тех пор, пока не сдвинутся срезные штыри 338 в установке 20а перфорационной пушки. В этот момент поршень 336 в установке перфорационной пушки освобождается для движения, которое заставляет штырь 315 контактировать, приводя к сдвигу рукава 317 в установке 20а перфорационной пушки (фиг.19), тем самым закрывая для потока текучей среды отверстие 365 в центрирующем буртике 364. Движение поршня 336 также заставляет взрывной штырь 340 ударить по взрывной головке 342, за счет чего поджигается ударный детонатор 343, детонирующий шнур 349 и заряды 356 (фиг.13с) в носителе 352 заряда, формируя отверстия 313 сквозь обсадную трубу 12 (фиг.13с). Давление от текучей среды во внутренней части обсадной трубы 12 передается во внутреннюю часть 325 корпуса 324, тем самым заставляя поршень 336 в установке 20а направлять гидравлическую текучую среду через линию 407, порт 389 и действовать на кромку 406 рукава 400. В ответ рукав 400 движется до тех пор, пока площадка 404 не упрется в конец камеры 395, позволяя тем самым заслоночному клапану 396 поворачиваться в зацепление с седлом 399 (фиг.15с). Таким образом заслоночный клапан 380 перекрывает поток текучей среды во внутреннюю часть обсадной трубы (12 на фиг.11b). После этого стимулирующие текучие среды 160б, такие как дробящая текучая среда, содержащая расклинивающие наполнители и/или кислоты, и/или обработочные текучие среды, например подавители накипи и/или желирующие растворы, закачиваются с поверхности 4 по внутренней части 13 обсадной трубы 12 в отверстия 506 (фиг.11d), 313 (фиг.13с). По завершении устройства 230а и 230б изолирования зон могут быть приведены в открытое положение или могут быть разрушены с помощью любого подходящего средства, например высверливанием, для обеспечения через внутреннюю часть 13 обсадной трубы 12 потока текучих сред, получаемых из формаций 6а, 6б и/или 6в, или вводимых в эти формации.

Хотя выполнение установки по настоящему изобретению, проиллюстрированное на фиг.12а-16а, имеет две перфорационных установки 20 и 20а для завершения двух подземных формаций, специалистам будет очевидно, что установка по данному выполнению может применяться к трем или более подземным формациям путем повторения части установки 300, обозначенной 301 на фиг.12а-16а. Нужные расстояния между установками 20 и 20а перфорационных пушек или повторными установками 20а для обработки нескольких подземных формаций достигаются путем варьирования длины первого и/или второго отрезков обсадной трубы 12, что будет очевидным для специалистов.

Следующий пример демонстрирует практическое применение настоящего изобретения, но не должен рассматриваться в качестве ограничения его объема.

Пример

Бурится скважина буром 7,875" до глубины 4000 футов при 11 фунтах/галлон буровой пульпы и на глубине 500 футов устанавливается обсадная труба 9,625". В открытой скважине проводятся и анализируются измерения вместе с прочей информацией, такой как данные геологического сдвига, данные бурения и измерения пульпы. Определяется, что в скважине существуют три потенциальных нефтеносных горизонта. Карбонатная формация располагается от 3700 футов до 3715 футов и считается, что она имеет низкую продуктивность без стимулирования. Формация песчаника располагается от 3600 футов до 3610 футов и считается, что она имеет низкую продуктивность без стимулирования. Сильно раздробленный карбонат располагается от 3500 футов до 3510 футов и считается, что этот слой не требует стимулирования. Все вышеупомянутые глубины установлены на основании данных открытой скважины. Выполнение установки по настоящему изобретению проводится с помощью обсадной трубы с внешним диаметром 3,5" и цементировочным оборудованием на конце обсадной трубы. Установка также содержит три смонтированных снаружи перфорационных пушки с внешним диаметром 2,375", ориентированные для выстреливания как в обсадную трубу, так и в формацию, все они были заряжены 6 кумулятивными зарядами на фут длины. Перфорационная Установка А содержит 15 футов перфорационных кумулятивных зарядов, в то время как Перфорационные Установки Б и В содержат 10 футов перфорационных кумулятивных зарядов. Используется также заслоночный клапан с изготовленной из керамики заслонкой, Установка Г. Приблизительно 100 футов обсадной трубы с цементировочным оборудованием проходит ниже соединителя с Перфорационной Установкой А. Оборудование размещается с помощью специальных соединителей на обсадной трубе диаметром 3,5" и разделительной трубке и, используя верхний перфорационный заряд в Установке А в качестве точки отсчета, так что Установка Г заслоночного клапана находится в 80 футах от точки отсчета, верх Перфорационной Установки Б располагается в 100 футах от точки отсчета, а Перфорационная Установка В располагается в 200 футах от точки отсчета. Гидравлическая управляющая линия соединяется со всеми необходимыми установками и проходит в отверстие скважины на дополнительных отрезках обсадной трубы диаметром 3,5", требуемых для составления полной обсадной колонны путем размещения стальных полос вокруг управляющей линии и обсадной трубы через каждые 30 футов.

Обсадная колонна вводится в скважину до тех пор, пока измерения в трубе не показывают, что верх Перфорационной Установки А расположен на глубине 3700 футов. В скважине циркулирует буровая пульпа и ведутся измерения с помощью муфты гамма-излучения, закрепленной на обсадной трубе, для определения положения Перфорационной Установки А относительно глубин, установленных по измерениям открытой скважины. На основании сопоставлений определяется, что обсадная труба и оборудование должны быть опущены в скважину на дополнительные 5 футов, чтобы находиться на точной глубине, и измерительный инструмент извлекается из скважины. Труба опускается в скважину в итоге на 6 футов, поскольку инженерные расчеты показывают, что движение обсадной трубы будет усаживать обсадную колонну приблизительно на один фут в ходе цементировочных операций. Обсадная труба помещается на головное оборудование скважины и цементируется в открытой скважине посредством закачивания цемента плотностью 15,8 фунта/галлон в количестве, достаточном для заполнения всего кольцевого пространства, и цемент смещается к цементировочному оборудованию с помощью рассола плотностью 9,0 фунтов/галлон.

Позже, когда цемент застынет, Перфорационная Установка А детонируется путем подсоединения на поверхности к гидравлической управляющей линии, которая цементируется снаружи от обсадной трубы, и приложения поверхностного давления 1500 фунтов/кв. дюйм для приведения в действие взрывной головки, приводимой в действие давлением. Может быть желательно попытаться позволить данному горизонту течь во внутреннюю часть обсадной трубы и вверх по обсадной трубе на поверхность для получения предварительной информации о резервуаре. Этот самый нижний горизонт скважины затем стимулируется кислотой посредством закачивания 10000 галлонов 15%-ной гидрохлорной кислоты при давлении 3500 фунтов/кв. дюйм со скоростью 5 баррелей в минуту. Кислота замещалась первой ступенью дробящей текучей среды, которая будет использоваться для стимулирования второго горизонта, от 3600 футов до 3610 футов. Замещение кислоты прекращается, в то время как последняя часть кислоты остается расположенной на глубинах от самых нижних отверстий (от 3700 футов до 3715 футов) до 3300 футов. Сразу же детонируется Перфорационная Установка Б путем подачи поверхностного давления величиной 2500 фунтов/кв. дюйм для приведения в действие данной взрывной головки, приводимой в действие давлением. Это перфорационное событие позволяет внутреннему гидростатическому давлению в обсадной трубе входить в Перфорационную Установку Б и переноситься вниз по вторичной линии для приведения в действие и закрывания Установки Г заслоночного клапана. Этот горизонт также перфорируется при циркулировании кислоты через отверстия, что может помочь растворить раскрошенный цемент, образовавшийся в ходе перфорационного события. Затем содержащая песок стимулирующая дробление текучая среда (30000 фунтов песка в 12000 галлонов дробящих текучих сред) закачивается в средний горизонт скважины и смещается рассолом к отверстиям. Затем детонируется Перфорационная Установка В путем приложения поверхностного давления величиной 3500 фунтов/кв. дюйм для приведения в действие данной взрывной головки, приводимой в действие давлением. Все три горизонта дают продукт вверх по обсадной трубе на поверхность. Позднее путем проведения проволоки вниз по внутренней части обсадной трубы определяется, что на верхней части Установки Г заслоночного клапана не скопилось песка. Поток на поверхность прекращается, и стержень диаметром 1" и длиной 10 футов сбрасывается и ломает на части заслоночный клапан. Затем скважина возвращается в производство.

Способ и установка по настоящему изобретению могут содержать использование горючего вещества в сочетании с установкой перфорационной пушки для практически одновременного увеличения эффективности получаемых отверстий и для стимулирования подземной формации(-й). В соответствии с данным выполнением горючее вещество в форме рукава, полоски, лоскута или в любой другой конфигурации находится снаружи от перфорационной установки и обсадной трубы и на траектории, по которой нацелен по меньшей мере один из взрывных зарядов в по меньшей мере одной перфорационной установке, используемой в способе по настоящему изобретению. Горючее вещество может быть расположено либо на одном, либо на нескольких перфорационных установках 20, или обсадных трубах 12. При детонации взрывного заряда в перфорационной установке горючее вещество, расположенное на траектории, по которой направлен взрывной заряд, разбивается и загорается за счет удара, тепла и давления детонировавшего взрывного заряда. Когда один или несколько взрывных зарядов пробивают подземную формацию, сжатый газ, выработанный за счет сгорания горючего вещества, входит в формацию через только что образованные отверстия, тем самым очищая такие отверстия от осколков. Эти горючие газы также стимулируют формацию путем расширения связности формации со скважиной за счет дробления формации давлением горючих газов. Дополнительно или альтернативно, носитель перфорационной установки, например носитель 352 заряда, может быть сконструирован из горючего вещества, которое загорается при детонации взрывного заряда. Разрушение носителя после поджигания может способствовать связыванию между отверстиями, сформированными установками перфорационных пушек, имеющими несколько взрывных зарядов. Предпочтительно горючее вещество является застывшей эпоксидной смолой, композитом углеродного волокна, имеющим содержащийся в нем окислитель, такие как коммерчески предлагаемые фирмой PEP Technical Services, Inc., Coeur d’Alene, Idaho.

В дополнение к оборудованию, такому как вышеуказанный гамма-лучевой измерительный инструмент, установка по настоящему изобретению может также содержать прочее оборудование, например термометры и манометры, которое размещается на наружной части обсадной трубы установки и соединяется с сигнальным устройством 18, если есть необходимость в обеспечении энергии для этого оборудования. Использование гамма-лучевого измерительного инструмента, манометра и термометра может обеспечить неоценимую информацию в реальном масштабе времени, позволяющую специалистам отслеживать рост трещин в тех местах, где подземная формация(-и) раздроблены с помощью способов и установки по настоящему изобретению.

Хотя описаны и показаны вышеупомянутые выполнения изобретения, следует понимать, что альтернативы и модификации, такие как предложены, и прочие могут быть внесены в изобретение и будут попадать в объем изобретения.

1. Способ завершения подземных формаций, включающий детонацию первой установки перфорационной пушки, размещенной снаружи от обсадной трубы в подземной скважине для перфорирования упомянутой обсадной трубы и первой подземной формации, инжекцию одной или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую первую подземную формацию, детонацию второй установки перфорационной пушки, размещенной снаружи от обсадной трубы в подземной скважине для перфорирования упомянутой обсадной трубы и второй подземной формации, инжекцию одной или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую вторую подземную формацию, изолирование упомянутой первой подземной формации от инжекции текучих сред перед инжекцией упомянутых одной или более стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую вторую подземную формацию, цементирование упомянутой первой и упомянутой второй установок перфорационной пушки и упомянутой обсадной трубы в упомянутой подземной скважине перед шагами детонации, изолирование упомянутой первой подземной формации от инжекции текучих сред после инжекции одной или нескольких стимулирующих и/или обработочных текучих сред через упомянутую обсадную трубу в упомянутую вторую подземную формацию, поджигание взрывчатого материала путем детонации упомянутого, по меньшей мере, одного взрывного заряда посредством управляющей линии, размещенной в упомянутой подземной скважине снаружи от упомянутой обсадной трубы и соединенной с упомянутым, по меньшей мере, одним взрывным зарядом.

2. Система завершения, содержащая обсадную трубу, по меньшей мере, две перфорационные пушки, соединенные с наружной стороной упомянутой обсадной трубы, причем каждая из упомянутых двух перфорационных пушек имеет, по меньшей мере, один взрывной заряд, нацеленный в направлении упомянутой обсадной трубы, устройство изолирования зоны, расположенное между упомянутыми, по меньшей мере, двумя перфорационными пушками для выборочного перекрывания потока через упомянутую обсадную трубу, установку для обеспечения сигналов для упомянутых, по меньшей мере, двух перфорационных пушек, соединенную с ними и расположенную снаружи от упомянутой обсадной трубы.