Системы и способы формирования полостей и перфорационных каналов в скважине
Группа изобретений относится к области нефтедобычи, в частности к системам и способам перфорирования скважин. Технический результат - повышение эффективности создания требуемых перфорационных каналов или разрывов формации. По одному из вариантов системы система включает создание полостей в стволе скважины и содержит перфорационную колонну, имеющую размер для размещения в стволе скважины и содержащую перфорационное устройство, анкерный механизм для закрепления перфорационного устройства в стволе скважины и инструмент многоциклового пошагового перемещения для выборочного перемещения перфорационного устройства с предварительно определенными приращениями, имеющий рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости. По одному из вариантов способа способ включает создание полостей в стволе скважины и содержит этапы: соединение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в перфорационную колонну; перемещение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в наклонный ствол скважины; контроль пошагового перемещения перфорационного устройства с помощью инструмента многоциклового пошагового перемещения, имеющего рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости. 5 н. и 25 з.п. ф-лы, 10 ил.
Множество способов перфорирования и других способов разрыва используют для скважин, пробуриваемых в геологических формациях. Получающиеся перфорационные каналы или разрывы облегчают протекание требуемых текучих сред через формацию. Например, потенциальный дебит нефтяной или газовой скважины может увеличиваться посредством увеличения способности протекания углеводородных текучих сред через формацию и в ствол скважины. Тем не менее, в некоторых вариантах применения возникают трудности в начале и получении требуемых разрывов для облегчения потока текучей среды.
Например, в горизонтальных скважинах часто применяют хвостовик с щелевидными продольными отверстиями или предварительно перфорированный хвостовик. Этот тип хвостовика вызывает сложности при использовании раствора в кольцевом пространстве между трубой и внешней стенкой скважины для разрыва формации. Трудность возникает, поскольку падение давления потока через кольцевое пространство приводит к тому, что давление в устье горизонтального ствола скважины выше, чем в забое горизонтального ствола скважины. Предпринимались попытки прорезать канавки или полости в формации вокруг ствола скважины для облечения разрыва за счет действия в месте начала разрыва. Тем не менее, эти попытки не обеспечивали возможности адекватного контроля и осуществления требуемого разреза в формации.
Известна система создания полостей в стволе скважины, содержащая перфорационную колонну, имеющую размер для размещения в стволе скважины и содержащую перфорационное устройство, анкерный механизм для закрепления перфорационного устройства в стволе скважины и инструмент многоциклового пошагового перемещения для выборочного перемещения перфорационного устройства с предварительно определенными приращениями (см. патент США 4346761 от 31.08.1982).
Известен способ создания полостей в стволе скважины, содержащий следующие этапы: соединение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в перфорационную колонну, перемещение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в наклонный ствол скважины и контроль пошагового перемещения перфорационного устройства с помощью инструмента многоциклового пошагового перемещения (см. патент США 4346761 от 31.08.1982).
Известен способ создания перфорационных каналов в стволе скважины, содержащий следующие этапы: создание первого перфорационного канала в стволе скважины с помощью перфорационного устройства, пошаговое перемещение перфорационного устройства с помощью инструмента пошагового перемещения и формирование следующего перфорационного канала, связанного с перфорационным каналом (см. патент США 4346761 от 31.08.1982).
Известна система управления операцией перфорации в стволе скважины, содержащая устройство управления последовательным формированием пошагово разнесенных полостей, имеющее перфорационный механизм (см. патент США 43467 G1 от 31.08.1982).
Вышеописанные решения также не являются достаточно эффективными для создания требуемых перфорационных каналов или разрывов формации.
Согласно изобретению создана система создания полостей в стволе скважины, содержащая перфорационную колонну, имеющую размер для размещения в стволе скважины и содержащую перфорационное устройство, анкерный механизм для закрепления перфорационного устройства в стволе скважины и инструмент многоциклового пошагового перемещения для выборочного перемещения перфорационного устройства с предварительно определенными приращениями, имеющий рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости.
В данной системе приведение в действие перфорационного устройства в каждом предварительно определенном пошаговом перемещении может создавать непрерывный разрез в окружающей формации.
Перфорационное устройство может содержать множество сопел струйного перфорирования или множество кумулятивных зарядов.
Инструмент многоциклового пошагового перемещения может содержать промывочное отверстие, способное открываться в конце рабочего хода для указания давления, характеризующего полное выдвижение инструмента многоциклового пошагового перемещения.
Система может дополнительно содержать ориентационное устройство для ориентирования инструмента многоциклового пошагового перемещения в стволе скважины. Ориентационное устройство может содержать вертлюг и эксцентриковую массу.
Система может дополнительно содержать клапан, размещенный в перфорационной колонне для выборочного создания давления в текучей среде в перфорационной колонне или для ее протекания вверх через перфорационную колонну.
Инструмент многоциклового пошагового перемещения может содержать пружину, имеющую внутреннее смещение и область компенсирования смещения, питаемую внутренним давлением, для упрощения перемещения пружины.
Перфорационная колонна может дополнительно содержать коленчатое соединение, обеспечивающее помещение перфорационного устройства вблизи стенки ствола скважины.
Согласно изобретению создан способ создания полостей в стволе скважины, содержащий следующие этапы:
соединение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в перфорационную колонну;
перемещение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в наклонный ствол скважины;
контроль пошагового перемещения перфорационного устройства с помощью инструмента многоциклового пошагового перемещения, имеющего рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости.
Способ может дополнительно содержать этап создания полостей в стволе скважины между пошаговыми перемещениями.
Этап контроля пошагового перемещения перфорационного устройства может содержать выбор длины пошаговых перемещений таким образом, чтобы множество последовательно создаваемых полостей были связаны.
Способ может дополнительно содержать этап создания множества последовательно создаваемых полостей, по существу, в продольном направлении относительно наклонного ствола скважин.
Создание полостей можно осуществлять с помощью множества сопел струйного перфорирования или с помощью множества кумулятивных зарядов.
Способ может дополнительно содержать этап крепления перфорационной колонны в наклонном стволе скважины в ходе пошаговых перемещений перфорационного устройства.
Согласно изобретению создан способ создания перфорационных каналов в стволе скважины, содержащий следующие этапы:
создание первого перфорационного канала в стволе скважины с помощью перфорационного устройства;
пошаговое перемещение перфорационного устройства с помощью инструмента пошагового перемещения, имеющего рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости;
формирование следующего перфорационного канала, связанного с перфорационным каналом.
В способе можно формировать дополнительные перфорационные каналы, которые связаны для создания разреза в формации, окружающей ствол скважины.
Способ может дополнительно содержать этап цикличного перемещения перфорационного устройства через предварительно перфорированную область для создания более глубоких перфорационных каналов или для обработки предварительно созданных перфорационных каналов.
Для пошагового перемещения можно использовать инструмент пошагового перемещения с непрерывными J-образными прорезями.
Согласно изобретению создана система управления операцией перфорации в стволе скважины, содержащая устройство управления последовательным формированием пошагово разнесенных полостей, имеющее перфорационный механизм и непрерывные J-образные прорези для управления пошаговым перемещением перфорационного механизма, и пружину, и область компенсирования смещения для приведения устройства из позиции J-образной прорези в следующую последовательную позицию J-образной прорези, осуществляемое после выборочного снижения давления до значения меньше полезного давления смещения, создаваемого пружиной и областью компенсирования смещения.
Система может дополнительно содержать анкерный механизм, вертлюг или систему гибких труб для доставки устройства в требуемое место в стволе скважины.
Согласно изобретению создана система управления операцией перфорации в стволе скважины, содержащая перфорационную колонну, имеющую перфорационное устройство и коленчатое соединение, выборочно создающее угол в перфорационной колонне для размещения перфорационного устройства вблизи стенки ствола скважины.
Коленчатое соединение может быть пружиной, смещенной в направлении прямой ориентации.
В системе давление струйного перфорирования можно использовать для принудительного выборочного создания угла в коленчатом соединении.
Система может дополнительно содержать устройство для управления последовательным формированием пошагово разнесенных полостей.
Далее описываются конкретные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 изображает вертикальную проекцию перфорационной колонны, размещенной в стволе скважины согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - поперечный разрез перфорационного устройства, размещенного в наклонном стволе скважины согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - полости, формируемые в формации посредством перфорационного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 - альтернативный вариант осуществления перфорационного устройства;
фиг.5 - полости, формируемые в формации посредством альтернативного перфорационного устройства;
фиг.6 - поперечный разрез инструмента многоциклового пошагового перемещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.7 - схематичный вид механизма J-образных прорезей согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.8 - схематичный вид альтернативного механизма J-образных прорезей;
фиг.9 - поперечный разрез инструмента многоциклового пошагового перемещения, проиллюстрированного на фиг.6, но в выдвинутом положении;
фиг.10 - передняя вертикальная проекция альтернативного варианта осуществления перфорационной колонны.
В последующем описании изложено множество деталей для обеспечения понимания настоящего изобретения. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны понимать, что настоящее изобретение может быть применено па практике без этих деталей и что возможно множество вариантов или модификаций описанных вариантов осуществления.
Настоящее изобретение относится к системе и способу формирования перфорационных каналов, которые могут использоваться для повышения потока текучих средств через подземные формации. Система и способ позволяют выполнять перфорацию окружающих формаций более избирательным и контролируемым способом, который обеспечивает лучшую перфорацию формации. В общем, перфорационная колонна перемещается в ствол скважины, и перфорационное устройство используется для создания пошаговых перфораций в окружающей формации.
На фиг.1 показана перфорационная колонна 20, развернутая в стволе 22 скважины, проходящем в формацию 24. Во многих вариантах применения ствол 22 скважины выровнен с соответствующим хвостовиком или обсадной колонной 26 скважины. Система 28 транспортировки, такая как система гибких труб, используется для перемещения оборудования 30 для перфорации колонны в скважину. В зависимости от конкретного варианта применения скважины компоненты, число компонентов и размещение компонентов в оборудовании 30 перфорационной колонны может варьироваться.
В проиллюстрированном варианте осуществления система 28 соединена с соединителем 32 гибких труб в бухтах, используемых для ее соединения с множеством других компонентов. Например, перфорационная колонна 20 может содержать секцию 34 запорного клапана, такого как секция запорного клапана со сдвоенной створкой, соединенную с секцией 36 разрыва сбрасываемым шаром. Секция 36 соединена с анкерным механизмом 38 посредством двойной циркуляционной муфты 40. Оборудование 30 дополнительно может содержать инструмент 42 многоциклового пошагового перемещения, соединенный с перфорационным устройством 44 посредством, например, ориентационного устройства 45, имеющего вертлюг 46, который может быть внецентренно утяжелен посредством эксцентриковой весовой части 48. Эксцентриковая весовая часть 48 используется для ориентации перфорационного устройства 44, в частности, когда перфорационное устройство 44 и эксцентриковая весовая часть 48 помещаются в наклонный, к примеру горизонтальный, ствол скважины. В качестве примера эксцентриковая весовая часть 48 притягивается вниз, тем самым поворачивая перфорационное устройство 44 посредством вертлюга 46 в конкретную требуемую ориентацию. Эксцентриковая весовая часть 48 может формироваться множеством способов, в том числе посредством прикрепленной эксцентриковой массы, или смешенного отверстия, или оси для предоставления эксцентриситета.
Другие компоненты также могут иметь множестве форм, размеров и конфигураций. Например, вертлюг 46 может иметь шарикоподшипник или роликоподшипник для обеспечения плавной и надежной работы вертлюга. Дополнительно могут быть разработаны некоторые варианты осуществления вертлюга 46 и всего ориентационного устройства 45 с минимальной открываемой давлением областью для обеспечения медленной откачки текучей среды при возвратно-поступательном движении инструмента 42. За счет медленной откачки текучей среды инструментом 42 уменьшается механическое трение. Другие варианты осуществления ориентационного устройства 45 могут содержать дополнительные элементы, такие как запорное приспособление 50, предназначенное для выборочной фиксации вертлюга 46 в требуемой ориентации в ходе определенных процедур, к примеру, при перфорации окружающей формации.
Анкерный механизм также может иметь множество форм, размеров и конфигураций. Анкерный механизм 38 используется для ограничения перемещения системы 23 транспортировки. Например, если система 28 сформирована из гибких труб, анкерный механизм 38 ограничивает перемещение системы 28 в ходе перфорационных операций, к примеру в ходе начала откачки и в ходе процесса струйного перфорирования, когда перфорационное устройство 44 является частью скважинного оборудования для абразивно-струйного перфорирования. Анкерный механизм 38 предотвращает перемещение системы 28 при выполнении скважинных операций. Множество способов может использоваться для приведения анкерного механизма 38. Например, анкерный механизм 38 может устанавливаться посредством сжатия, анкерный механизм может расширяться посредством использования анкерной опоры; анкерный механизм может обеспечиваться посредством протекания текучей среды через него на высокой скорости; анкерный механизм может обеспечиваться посредством растягивающего усилия, или анкерный механизм может обеспечиваться посредством других надлежащих способов. Альтернативно, анкерный механизм 38 может выборочно активироваться посредством соответствующего приводного механизма в ответ на электрический сигнал, оптический сигнал, гидравлический сигнал или другой сигнал, отправляемый в забой скважины. Анкерный механизм 38 также может содержать другие элементы, такие как принудительная блокировка, для недопущения осадки анкера до тех пор, пока внутреннее давление не поднимется выше порогового значения.
Аналогично, инструмент 42 может изготавливаться различных размеров, форм и конфигураций, как подробнее описано ниже. Инструмент 42 обеспечивает точный контроль размещения перфорационных каналов и полостей 52 в формации 24. Помимо этого, инструмент 42 не допускает прерывистого перемещения системы транспортировки, предоставляет более эффективную технологию прорезания и упрощает изменение времени струйного перфорирования, когда перфорационное устройство 44 использует сопла струйного перфорирования для формирования полостей 52. Инструмент 42 может использоваться с множеством механизмов перфорирования, в том числе с механизмами ориентированного абразивно-струйного перфорирования и механизмами кумулятивного заряда. Кроме того, инструмент 42 обеспечивает точное размещение перфорационного устройства 44 в существующих полостях 52, например, для формирования более глубоких полостей. В одном примере полости 52 могут струйно перфорироваться с помощью абразива, кислоты или азота для углубления полостей или для повышения проницаемости формации. В другом примере полости могут повторно струйно перфорироваться с помощью таких материалов, как волокно или агент затвердевания, для затвердевания экрана или песка и гравия и для предотвращения обратного вытекания мелких частиц продуктивной толщи или обрушения полости. Инструмент 42 также может содержать множество других элементов, таких как измеритель 54 скорости углубления ствола скважины, в форме промывочного отверстия, которое открывается в окружающее кольцевое пространство, когда инструмент 42 пошагово перемещается в полностью выдвинутое положение. В его полностью выдвинутом положении промывочное отверстие 54 открывается в кольцевое пространство для обеспечения индикации давления в ходе откачки, которое соответствует тому, что инструмент 42 достиг полностью выдвинутого положения.
В проиллюстрированном варианте осуществления анкерный механизм 38, инструмент 42, вертлюг/ориентационное устройство 46 и перфорационное устройство 44 объединены для формирования оборудования 56 низа бурильной колонны. Тем не менее, другие компоненты могут быть добавлены в оборудование 56 или использованы вместе с оборудованием 56. Например, перфорационная колонна 20 может содержать дополнительный реверсивный клапан 58, который может использоваться в качестве запорного клапана, обеспечивающего нагнетание текучей среды в систему 28 и перфорационную колонну 20 для проведения требуемых операций, в том числе накачки текучей среды абразивно-струйного перфорирования для формирования полостей 52. Тем не менее, реверсивный клапан 58 также позволяет изменять направление потока текучей среды вверх через перфорационную колонну 20 и систему 28, например, для очистки от накопившегося песка.
На фиг.2 показан один вариант осуществления перфорационного устройства 44, размещенного в стволе 22 скважины, в наклонной (к примеру, горизонтальной) секции ствола скважины. В этом варианте осуществления перфорационное устройство 44 ориентировано на требуемый угол перфорации посредством эксцентрикового веса 48 ориентационного устройства 45. Перфорационное устройство 44 содержит, в общем, трубчатую секцию 60 корпуса, на которую установлены перфорационные элементы 62 для формирования перфорационных каналов и полостей 52 в окружающей формации 24. Перфорационные элементы 62 могут представлять собой кумулятивные заряды или сопла струйного перфорирования. В проиллюстрированном варианте осуществления перфорационные элементы 62 проиллюстрированы как сопла струйного перфорирования, открытые для полой внутренней части 64 секции 60 корпуса. Текучая среда абразивно-струйного перфорирования может быть откачана через систему 28 и через перфорационную колонну 20 в полую внутреннюю часть 64. Текучая среда струйного перфорирования находится под достаточным давлением для обеспечения струи высокого давления, ориентированной в радиальном наружном направлении. Струя высокого давления пробивает хвостовик 26, как показано отверстиями 66, и врезается в окружающую формацию для формирования полостей 52.
Точный контроль позиционирования перфорационного устройства 44 и перфорационным элементов 62, предоставляемый инструментом 42, обеспечивает возможность формирования перфорационных каналов 52 с конкретными требуемыми профилями. Например, пошаговые перемещения перфорационного устройства 44 могут выбираться для создания последовательности связанных перфорационных каналов, как дополнительно проиллюстрировано на фиг.3. Связанные перфорационные каналы или полости 52 формируют непрерывный разрез в формации 24. Непрерывный разрез может использоваться, например, в качестве участка начала разрыва, что упрощает управление разрывом в формации 24. В некоторых вариантах применения производство может быть оптимизировано посредством использования непрерывного разреза, созданного связанными полостями, для выборочного начала разрыва, начиная с устья горизонтальной скважины и двигаясь в направлении забоя скважины.
Инструмент 42 многоциклового пошагового перемещения используется для управления конкретным расстоянием, проходимым перфорационным устройством 44 между каждой группой сформированных полостей. Например, после закрепления перфорационного устройства 44 в требуемом месте ствола скважины может быть сформирована первая группа полостей 52. Инструмент 42 проходит полный цикл, что перемещает перфорационное устройство 44 на пошаговое расстояние 68, проиллюстрированное фиг.3. Далее формируется еще одна группа полостей 52 после прохождения перфорационным устройством 44 пошагового расстояния, к примеру расстояния 63. Этот процесс может повторяться до тех пор, пока инструмент 42 не пройдет цикл по его полному выдвижению или сжатию. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2 и 3, перфорационное устройство 44 содержит две пары сопел 62 струйного перфорирования, ориентированных, как правило, в противоположном направлении, и инструмент 42 предназначен для прохождения трех пошаговых перемещений перед возвратом в исходное положение. Следовательно, каждая пара сопел 62 струйного перфорирования образует группу из шести связанных полостей 52. Посредством выбора пошагового расстояния 68 практически равным диаметру 70 полости может быть сформирован непрерывный разрез 72 в формации 24. В качестве примера пошаговое расстояние 68 может составлять 50-100% от диаметра 70 полости.
Тем не менее, перфорационное устройство 44 может иметь множество конфигураций для формирования полостей 52 и разрезов 72 множества форм или видов. Один альтернативный вариант осуществления проиллюстрирован на фиг.4. В этом варианте осуществления две группы из четырех перфорационных элементов 62, к примеру сопел струйного перфорирования или кумулятивных зарядов, размещены вдоль секции 60 корпуса. Следовательно, при трех пошаговых перемещениях перфорационного устройства 44 посредством инструмента 42 создается двенадцать полостей 52 для формирования большого непрерывного разреза 72, как проиллюстрировано на фиг.5. Дополнительно, другое количество и компоновка перфорационных элементов 62 могут использоваться для создания других профилей полостей 52. Инструмент 42 может иметь другое число пошаговых перемещений или пошаговые перемещения на другие расстояния, в зависимости от конкретного варианта применения, для которого он предназначен.
Точный контроль позиционирования перфорационного устройства 44 и перфорационных элементов 62 обеспечивает возможность многократной перфорации, при необходимости, для формирования более глубоких полостей 52. Например, если перфорационные элементы 62 содержат сопла струйного перфорирования, каждая полость 52 может повторно струйно перфорироваться посредством циклического применения инструмента 42 посредством одинаковой последовательности пошаговых циклов и повторного направления текучей среды струйного перфорирования высокого давления через полую внутреннюю часть 64. Перфорационное устройство 44 также может циклически многократно проходить для циркуляции кислоты, азота или других закачиваемых текучих сред для подготовки окружающей формации.
Пошаговое перемещение перфорационного устройства 44 управляется посредством инструмента 42, который может изготавливаться во множестве вариантов в зависимости от различных параметров работы скважины, таких как тип входной силы, используемой для циклического применения инструмента пошагового перемещения, тип используемого перфорационного элемента, окружающая среда скважины, профиль формации полости и другие параметры. В одном варианте осуществления давление текучей среды струйного перфорирования, откачиваемой из скважины и через сопла 62 струйного перфорирования, используется для циклического применения инструмента 42. Как проиллюстрировано на фиг.6, этот тип инструмента многоциклового пошагового перемещения использует подпружиненное несбалансированное телескопическое соединение с пошаговым перемещением J-образных прорезей для удлинения инструмента при каждом перекрывании гидравлических насосов для струйного перфорирования. Инструмент 42 разработан для конкретного числа пошаговых перемещений перед возвратом в исходное положение. Таким образом, инструмент может многократно циклически переключаться между сжатым и вытянутым положением.
Как проиллюстрировано на фиг.6, этот вариант инструмента 42 содержит внешний кожух 74 и внутренний растягивающий элемент 76, подвижно установленный во внешнем кожухе 74. Смещающая пружина 78 расположена между корпусным ограничителем 80 внешнего кожуха 74 и упором 82 внутреннего растягивающего элемента 76 для смещения к растягивающему элементу 76 в первом продольном направлении относительно внешнего кожуха 74. Инструмент 42 также может содержать область 84 частичного компенсирования смещения, питаемую внутренним давлением. Область 84 служит для уменьшения размера, необходимого для смещающей пружины 78. Дополнительно внутренний растягивающий элемент 76 и внешний кожух 74 соединены посредством механизма 86 J-образных прорезей, имеющего J-образный стержень 88, который перемещается вдоль профиля 90 J-образных прорезей (см. фиг.7). В этом варианте осуществления внутреннее повышение давления вследствие, например, приведения в действие гидравлических насосов для струйного перфорирования вызывает относительное перемещение внутреннего растягивающего элемента 76 относительно внешнего кожуха 74. Высвобождение этого давления до величины, меньшей давления смещения, позволяет смещающей пружине 78 и области 84 вызывать относительное перемещение внутреннего растягивающего элемента 76 и внешнего кожуха 74 дли перемещения инструмента 42 в направлении следующей позиции пошагового перемещения. Помимо этого, стержень 92, предотвращающий поворот, может использоваться для закрепления механизма J-образных прорезей относительно внешнего кожуха 74.
Различные виды указанных J-образных прорезей могут использоваться, например, в зависимости от размера и числа требуемых пошаговых перемещений. Как проиллюстрировано на фиг.7, один вариант осуществления содержит непрерывную J-образную прорезь, имеющую три позиции 94, 96, 98 пошагового перемещения. Независимо от начальной позиции механизма 86 повышение давления заставляет инструмент 42 переходить к одной из позиций 94, 96, 98. При освобождении этого давления смещающая пружина 78 и область 84 заставляют механизм 86 сдвигаться в направлении следующей позиции пошагового перемещения. Посредством освобождения давления, например перекрывания гидравлических насосов для струйного перфорирования два раза, механизм 86 сдвигается через все три позиции пошагового перемещения. Пошаговое перемещение обеспечивает точное позиционирование и создание полостей 52. Более того, эта конструкция позволяет использовать преимущество эффекта «выпускного отверстия» за счет предоставления канала для прохождения струи вместо простого застаивания в одной полости. Этот эффект позволяет повысить проникновение струи, используемой для создания полости 52.
Б других вариантах применения могут использоваться альтернативные механизмы 86. Как проиллюстрировано на фиг.8, например, может быть использован профиль 100 J-образных прорезей, который предоставляет другое число позиций пошагового перемещения. В этом варианте осуществления профиль 100 предоставляет шесть позиций 102, 104, 106, 108, 110, 112 пошагового перемещения. Вне зависимости от конкретного типа профиля, инструмент 42 пошагового перемещения может циклически применяться для нескольких пошаговых перемещений между сжатой позицией, проиллюстрированной на фиг.6, и полностью выдвинутой позицией, проиллюстрированной на фиг.9.
При работе перфорационная колонна 20 запускается в скважину для размещения перфорационного устройства 44 в требуемой позиции в стволе 22 скважины. Ориентационное устройство 45 позволяет автоматически ориентировать перфорационное устройство 44 под требуемым углом в, например, наклонном стволе скважины. Затем устанавливается анкерный механизм 38. Начальная полость или группа полостей 52 создается в формации 24 посредством, например, абразивно-струйного перфорирования. Инструмент 42 затем пошагово перемешается к следующей позиции, и создается следующая полость или группа полостей. Этот процесс может повторяться до тех пор, пока инструмент многоциклового пошагового перемещения не пройдет по всей величине хода. Затем весь профиль перфорации или его части может быть повторен при необходимости для расширения полости или подготовки формации. Если перфорационное устройство 44 является устройством абразивно-струйного перфорирования и инструмент 42 циклично применяется посредством освобождения давления, пошаговые перемещения между созданиями полостей могут достигаться посредством перекрывания гидравлических насосов для абразивно-струйного перфорирования при каждом пошаговом перемещении.
В зависимости от окружающей среды скважины и конкретного варианта применения альтернативные или дополнительные компоненты могут использоваться в оборудовании 56 низа бурильной колонны или во всей перфорационной колонне 20. Например, оборудование 56 может содержать коленчатое соединение 114, которое выборочно помещается под углом для позиционирования удлинителя под углом относительно ствола 22 скважины, как проиллюстрировано на фиг.10. Это действие обеспечивает размещение перфорационного устройства 44 вблизи стенки ствола скважины. Эта конструкция позволяет, например, инструменту малого диаметра проходить через сужения в насосно-компрессорной колонне и затем формировать струю в обсадной колонне гораздо большего диаметра. Таким образом, струя может оптимально оптимизироваться относительно внутреннего диаметра обсадной колонны. В качестве примера коленчатое соединение 114 может подпружиниваться для смещения перфорационной колоны и оборудования 56 в, по существу, прямую позицию в ходе работы в скважине и в изогнутую позицию (как проиллюстрировано) под давлением в ходе струйного перфорирования. Коленчатое соединение 114 может быть разработано таким образом, чтобы силы струйного перфорирования не выпрямляли соединение. Дополнительно, сопла струйного перфорирования могут размещаться перпендикулярно или под небольшим углом к оси ствола скважины.
Следовательно, хотя только несколько вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описано выше, специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что множество модификаций допустимо без отступления от сути способов изобретения. Следовательно, эти модификации предназначены для того, чтобы быть включенными в область применения данного изобретения, задаваемую формулой изобретения.
1. Система создания полостей в стволе скважины, содержащая перфорационную колонну, имеющую размер для размещения в стволе скважины и содержащую перфорационное устройство, анкерный механизм для закрепления перфорационного устройства в стволе скважины и инструмент многоциклового пошагового перемещения для выборочного перемещения перфорационного устройства с предварительно определенными приращениями, имеющий рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости.
2. Система по п.1, в которой приведение в действие перфорационного устройства в каждом предварительно определенном пошаговом перемещении создает непрерывный разрез в окружающей формации.
3. Система по п.1, в которой перфорационное устройство содержит множество сопел струйного перфорирования.
4. Система по п.1, в которой перфорационное устройство содержит множество кумулятивных зарядов.
5. Система по п.1, в которой инструмент многоциклового пошагового перемещения содержит промывочное отверстие, способное открываться в конце рабочего хода для указания давления, характеризующего полное выдвижение инструмента многоциклового пошагового перемещения.
6. Система по п.1, дополнительно содержащая ориентационное устройство для ориентирования инструмента многоциклового пошагового перемещения в стволе скважины.
7. Система по п.6, в которой ориентационное устройство содержит вертлюг и эксцентриковую массу.
8. Система по п.1, дополнительно содержащая клапан, размещенный в перфорационной колонне для выборочного создания давления в текучей среде в перфорационной колонне или для ее протекания вверх через перфорационную колонну.
9. Система по п.1, в которой инструмент многоциклового пошагового перемещения содержит пружину, имеющую внутреннее смещение и область компенсирования смещения, питаемую внутренним давлением, для упрощения перемещения пружины.
10. Система по п.1, в которой перфорационная колонна дополнительно содержит коленчатое соединение, обеспечивающее помещение перфорационного устройства вблизи стенки ствола скважины.
11. Способ создания полостей в стволе скважины, содержащий следующие этапы:
соединение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в перфорационную колонну;
перемещение перфорационного устройства и инструмента многоциклового пошагового перемещения в наклонный ствол скважины;
контроль пошагового перемещения перфорационного устройства с помощью инструмента многоциклового пошагового перемещения, имеющего рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости.
12. Способ по п.11, дополнительно содержащий этап создания полостей в стволе скважины между пошаговыми перемещениями.
13. Способ по п.12, в котором этап контроля пошагового перемещения перфорационного устройства содержит выбор длины пошаговых перемещений таким образом, чтобы множество последовательно создаваемых полостей были связаны.
14. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап создания множества последовательно создаваемых полостей, по существу, в продольном направлении относительно наклонного ствола скважины.
15. Способ по п.12, в котором создание полостей осуществляют с помощью множества сопел струйного перфорирования.
16. Способ по п.12, в котором создание полостей осуществляют с помощью множества кумулятивных зарядов.
17. Способ по п.11, дополнительно содержащий этап крепления перфорационной колонны в наклонном стволе скважины в ходе пошаговых перемещений перфорационного устройства.
18. Способ создания перфорационных каналов в стволе скважины, содержащий следующие этапы:
создание первого перфорационного канала в стволе скважины с помощью перфорационного устройства;
пошаговое перемещение перфорационного устройства с помощью инструмента пошагового перемещения, имеющего рабочий ход, соответствующий размеру формируемой перфорационной полости;
формирование следующего перфорационного канала, связанного с перфорационным каналом.
19. Способ по п.18, в котором формируют дополнительные перфорационные каналы, которые связаны для создания разреза в формации, окружающей ствол скважины.
20. Способ по п.19, дополнительно содержащий этап цикличного перемещения перфорационного устройства через предварительно перфорированную область для создания более глубоких перфорационных каналов.
21. Способ по п.19, дополнительно содержащий этап цикличного перемещения перфорационного устройства через предварительно перфорированную область для обработки предварительно созданных перфорационных каналов.
22. Способ по п.18, в котором для пошагового перемещения используют инструмент пошагового перемещения с непрерывными J-образными прорезями.
23. Система управления операцией перфорации в стволе скважины, содержащая устройство управления последовательным формированием пошагово разнесенных полостей, имеющее перфорационный механизм и непрерывные J-образные прорези для управления пошаговым перемещением перфорационного механизма и пружину и область компенсирования смещения для приведения устройства из позиции J-образной прорези в следующую последовательную позицию J-образной прорези, осуществляемое после выборочного снижения давления до значения меньше полезного давления смещения, создаваемого пружиной и областью компенсирования смещения.
24. Система по п.23, дополнительно содержащая анкерный механизм.
25. Система по п.24, дополнительно содержащая вертлюг.
26. Система по п.25, дополнительно содержащая систему гибких труб для доставки устройства в требуемое место в стволе скважины.
27. Система управления операцией перфорации в стволе скважины, содержащая перфорационную колонну, имеющую перфорационное устройство и коленчатое соединение, выборочно создающее угол в перфорационной колонне для размещения перфорационного устройства вблизи стенки ствола скважины.
28. Система по п.27, в которой коленчатое соединение является пружиной, смещенной в направлении прямой ориентации.
29. Система по п.28, в которой давление струйного перфорирования используется для принудительного выборочного создания угла в коленчатом соединении.
30. Система по п.27, дополнительно содержащая устройство для управления последовательным формированием пошагово разнесенных полостей.
