專利名稱：用于多地層層段的增產(chǎn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及對(duì)地下地層進(jìn)行射孔和處理以增加油氣產(chǎn)量的領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明提供了一種用于對(duì)多地層層段進(jìn)行射孔和處理的裝置和方法，無需在各步驟或各處理級(jí)之間從井筒上拆除設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)含烴的地下儲(chǔ)油層不具有足夠的滲透性或者烴不具有足夠的流動(dòng)能力從而以經(jīng)濟(jì)的流量或以最佳速率流到地面上時(shí)，通常采用液力壓裂或者化學(xué)增產(chǎn)(通常用酸)方法來提高流動(dòng)能力。穿過地下地層的井筒通常由用水泥封裝在原始鉆孔中的金屬管(套管)構(gòu)成。還設(shè)置了孔(射孔)以穿過套管和環(huán)繞套管的水泥環(huán)，從而使烴流入井筒，并且如果需要的話，使處理液從井筒流到地層中。
液力壓裂操作包括將流體(通常是粘稠的剪切稀釋的非牛頓凝膠體或者乳化液)在高壓和高速率下注入地層，使得儲(chǔ)油巖石破裂并形成平面的通常是豎直的裂縫(或者裂縫網(wǎng)絡(luò))，就象當(dāng)楔子敲入原木中時(shí)穿過木頭中延伸的裂縫。顆粒狀的支撐劑材料，例如砂子、陶瓷?；蛘咂渌牧?，通常隨著壓裂流體的后些部分而注射，以在釋放壓力后保持裂縫敞開。儲(chǔ)油層中增大的液流能力是通過裂縫中的支撐劑材料的顆粒之間留下的容易流通的路徑來獲得的。在化學(xué)增產(chǎn)處理中，液流能力是通過溶解地層中的材料或者改變地層特性來提高的。
應(yīng)用上述液力壓裂方法是應(yīng)用于地層總的垂直厚度大約為60米(200英尺)的各個(gè)目標(biāo)區(qū)域中的石油工業(yè)操作的常規(guī)步驟。當(dāng)存在多層或者層疊的儲(chǔ)油層需要被液力壓裂時(shí)，或者碰到非常厚的含烴地層(超過大約60米)時(shí)，就需要采用其他的處理技術(shù)對(duì)整個(gè)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行處理。在石油工業(yè)術(shù)語中，提高有效處理范圍的方法通常被認(rèn)為是導(dǎo)流(diversion)”方法。
當(dāng)通過液力壓裂或者化學(xué)增產(chǎn)處理對(duì)多個(gè)含烴區(qū)域進(jìn)行增產(chǎn)處理時(shí)，可通過注入多批處理級(jí)流體來獲得經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的收益，這些處理級(jí)流體能夠被多種裝置導(dǎo)流(或隔離)，包括機(jī)械裝置，例如橋塞、封隔器、井下閥、滑動(dòng)套管和導(dǎo)流板/塞子組合物；封堵球；顆粒物，例如砂子、陶瓷材料、支撐劑、鹽、臘、樹脂或其他化合物；或者通過替代的流體系統(tǒng)，例如粘稠流體、凝膠狀流體、泡沫或其他化學(xué)配方的流體；或者使用限制進(jìn)入(limited entry)的方法。這里，這些以及所有其他用于暫時(shí)阻擋液流進(jìn)入和流出給定組的射孔的方法和裝置在本文中都被稱為“導(dǎo)流介質(zhì)(diversion agent)”。
在機(jī)械式橋塞導(dǎo)流中，例如，首先對(duì)最深的層段進(jìn)行射孔和壓裂增產(chǎn)，然后通常用電纜設(shè)置的橋塞隔離那一層段，并在下一個(gè)上方的層段重復(fù)進(jìn)行處理工藝。假設(shè)有十個(gè)目標(biāo)射孔層段，在這種方式下，處理300米(1,000英尺)的地層通常需要10次作業(yè)，經(jīng)過10天到2周的時(shí)間段，這不僅需要多次壓裂處理，還要進(jìn)行多次射孔和橋塞移動(dòng)操作。在處理過程的結(jié)尾，還需要對(duì)井筒進(jìn)行清潔處理，以去除橋塞并將油井投入生產(chǎn)。采用橋塞或其他機(jī)械導(dǎo)流介質(zhì)的主要優(yōu)點(diǎn)是具有處理了全部目標(biāo)區(qū)域的很高的可信度。主要缺點(diǎn)是由于多次下井和出井而使處理費(fèi)用很高，并且由于在井中進(jìn)行這么多操作，帶來工藝復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)。例如，橋塞可能卡在套管中，需要花費(fèi)很多來將其鉆碎。另一個(gè)缺點(diǎn)是所需的清洗操作可能損壞某些已經(jīng)壓裂的層段。
使用橋塞的一種替代形式是將對(duì)應(yīng)于剛剛壓裂的層段的油井部分填充壓裂砂，通常稱為松樹島(the Pine Island)技術(shù)。油井中的砂柱基本上塞住了已經(jīng)壓裂的層段，并且能對(duì)下一層段進(jìn)行獨(dú)立的射孔和壓裂。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了橋塞所帶來的問題和危險(xiǎn)。缺點(diǎn)是砂塞并不能形成完美的液體密封，并且很難在所有壓裂增產(chǎn)操作結(jié)束時(shí)從井筒中去除砂塞。除非油井的產(chǎn)出流體很強(qiáng)大而從井中攜帶出砂子，否則仍需要采用修井設(shè)備或者撓性管裝置來進(jìn)行清洗。如上所述，附加的油井操作增加了費(fèi)用、增大了機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)以及損壞壓裂層段的風(fēng)險(xiǎn)。
另一種導(dǎo)流方法包括采用顆粒材料，將固體顆粒置于處理液中以幫助導(dǎo)流。當(dāng)泵送流體時(shí)，顆粒也進(jìn)入射孔，如果在液流中采用了足夠高密度的顆粒，則會(huì)在接收流體的區(qū)域內(nèi)形成暫時(shí)的堵塞。這種流動(dòng)限制就會(huì)使流體導(dǎo)流到其他區(qū)域。處理結(jié)束之后，用產(chǎn)生的地層流體或通過注入清洗液來清除顆粒，既可通過流體傳輸也可以通過溶解進(jìn)行清除。通常，可用的顆粒導(dǎo)流材料包括苯酸、萘、巖石鹽(氯化鈉)、樹脂材料、蠟和聚合物。作為替換形式，也可以用砂、支撐劑和陶瓷材料作為顆粒導(dǎo)流材料。其他特殊的顆粒也可被設(shè)計(jì)成以在處理過程中沉淀和成型。
另一種導(dǎo)流方法包括采用粘稠流體、粘稠凝膠體或泡沫來作為導(dǎo)流介質(zhì)。這種方法包括泵送導(dǎo)流流體并使之穿過和/或進(jìn)入射孔層段。這些液流系統(tǒng)配置成由于粘稠度作用或者地層相對(duì)滲透性降低而暫時(shí)阻礙液流流入射孔中；還可以設(shè)計(jì)成在期望的時(shí)間上，流體系統(tǒng)破裂、衰弱或者溶解的形式(采用或不采用附加的化學(xué)物質(zhì)或者其他添加劑來啟動(dòng)這種破裂或溶解)，使得液流能夠恢復(fù)流向射孔或從射孔中流出。這些液流系統(tǒng)可用于基巖化學(xué)增產(chǎn)處理和壓裂處理的導(dǎo)流操作。有時(shí)也將顆粒導(dǎo)流材料和/或封堵球加入這些流體中以增強(qiáng)導(dǎo)流效果。
另一種可行的工藝是限制進(jìn)入導(dǎo)流方法，其中欲被處理的地層的整個(gè)目標(biāo)區(qū)域都被射成具有很少量的射孔的形式，通常射孔直徑很小，使得在泵送期間跨過這些射孔的壓力降能夠形成很高的內(nèi)部井筒壓力。這種內(nèi)部井筒壓力足夠高以使得所有的射孔層段都同時(shí)壓裂。如果壓力太低，則僅是地層的最弱部分被壓裂。限制進(jìn)入導(dǎo)流方法的主要優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)存在類似橋塞或砂等套管內(nèi)部的障礙物，從而不會(huì)因它們而產(chǎn)生后續(xù)問題。缺點(diǎn)是對(duì)于很厚的層段，限制性的進(jìn)入壓裂方法通常不能很好的作業(yè)，這是因?yàn)樽罱K的裂縫經(jīng)常太窄(支撐劑不能完全地泵送到窄裂縫中而是滯留在井筒中)，并且不能保持最初的高井壓。當(dāng)砂材料被泵送時(shí)，射孔直徑經(jīng)常很快地被侵蝕成較大的尺寸，從而降低了內(nèi)部井壓。最終的結(jié)果是并非所有的目標(biāo)區(qū)域都經(jīng)過增產(chǎn)操作了。另外需考慮的因素是，由于射孔數(shù)目少，這就限制了可能流入井筒中的液流能力。
上述的由無法對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行增產(chǎn)操作所產(chǎn)生的問題，或者采用需要多次井筒操作的機(jī)械方法以及可能產(chǎn)生更大風(fēng)險(xiǎn)和更多費(fèi)用的井筒進(jìn)入方法所產(chǎn)生的問題，可以通過采用被封堵球?qū)Я鞯挠邢薜?、集中射孔層段來予以減少。欲被處理的區(qū)域可分成子區(qū)，射孔位于那些子區(qū)的每一個(gè)子區(qū)的大約中部，或者根據(jù)地層分析而將子區(qū)選擇為期望的目標(biāo)壓裂位置。然后在每一級(jí)的末尾用封堵球?qū)Я?，并泵送壓裂?jí)流體。具體地，總厚度300米(1,000英尺)的地層可分為每層大約30米(大約100英尺)的10個(gè)子區(qū)。在每一個(gè)30米(100英尺)的子區(qū)的中央，可以以每米3個(gè)點(diǎn)的密度(1點(diǎn)/英尺)在套管上射出10個(gè)射孔。然后通過泵送用含支撐劑的流體注入壓裂級(jí)，跟隨著所述含支撐劑流體的是10個(gè)或更多的封堵球，對(duì)于單獨(dú)一個(gè)射孔組或者層段中的每一敞開射孔，至少有一個(gè)封堵球?？梢灾貜?fù)上述過程，直到所有的射孔組都?jí)毫?。這種系統(tǒng)在1999年4月6日頒布的美國專利5,890,536中進(jìn)行了更詳細(xì)地描述。
以前，要在采用封堵球作為導(dǎo)流劑的特定作業(yè)中進(jìn)行處理的所有區(qū)域必須在泵送處理流體之前進(jìn)行射孔，并且已經(jīng)采用封堵球?qū)⑻幚硪簭囊呀?jīng)壓裂的區(qū)域?qū)Я?，或者從在釋放封堵球以前具有最大液流的區(qū)域?qū)б骄哂行∫毫骰驘o液流的區(qū)域。理論上是根據(jù)相對(duì)的壓裂壓力或滲透性來一個(gè)區(qū)域一個(gè)區(qū)域地進(jìn)行處理和密封，但是經(jīng)常會(huì)碰到球過早地座落于目標(biāo)層段之外的一個(gè)或多個(gè)敞開射孔中而使得有兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域被同時(shí)處理的問題。另外，這些技術(shù)假定每一射孔層段或子區(qū)都會(huì)在足夠的壓差下破裂和壓裂使得每一處理級(jí)流體僅進(jìn)入一組射孔。
封堵球?qū)ち鞣椒ǖ闹饕獌?yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低并且產(chǎn)生機(jī)械問題的風(fēng)險(xiǎn)小。費(fèi)用低是因?yàn)檫@一工藝通常在一個(gè)連續(xù)的操作過程內(nèi)完成，通常僅在一天中的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。只有封堵球留在井筒中，封堵球或者隨產(chǎn)生的烴流出，或者墜落在井底的被稱為鼠(廢料)洞的區(qū)域中。主要缺點(diǎn)是不能確保每次只有一組射孔被壓裂以使每次處理級(jí)末尾有正確數(shù)量的封堵球墜落。實(shí)際上，該工藝的最大優(yōu)點(diǎn)取決于一個(gè)壓裂級(jí)流體僅通過一組射孔進(jìn)入地層，而其他敞開的射孔在該處理級(jí)中仍保持基本上不受影響。另一個(gè)缺點(diǎn)是不能確保在進(jìn)行作業(yè)時(shí)所有的射孔層段都能經(jīng)過處理以及按順序處理這些層段。當(dāng)區(qū)域處理的順序是未知的或未受控制時(shí)，就不可能保證每一單獨(dú)區(qū)域都受到處理，或者不能保證為目標(biāo)區(qū)域設(shè)計(jì)單獨(dú)的增產(chǎn)處理級(jí)最優(yōu)。在某些情況下，可能無法控制處理操作以使各個(gè)處理區(qū)域在單一的處理級(jí)中被處理。
為了克服當(dāng)采用泵送處理液之前對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行射孔的方法時(shí)可能發(fā)生在增產(chǎn)處理過程中的問題，已經(jīng)研究出替代的機(jī)械導(dǎo)流方法，該方法包括采用撓性管增產(chǎn)系統(tǒng)來對(duì)多個(gè)層段依次以單獨(dú)的處理操作進(jìn)行增產(chǎn)處理。就象傳統(tǒng)的封堵球?qū)Я鞣椒?，要被處理的所有層段都在泵送增產(chǎn)處理液之前進(jìn)行了射孔。接著撓性管被下到井筒中，且其末端安裝有一個(gè)機(jī)械“跨式雙封隔器型”導(dǎo)流工具。該導(dǎo)流工具，當(dāng)跨過射孔正確地放置并啟動(dòng)時(shí)，就在導(dǎo)流工具的上方和下方形成了流體隔離。在導(dǎo)流工具被放置以及啟動(dòng)以隔離最深一組的射孔之后，將增產(chǎn)液沿?fù)闲怨艿膬?nèi)部向下泵送，并從上部和下部密封元件之間的導(dǎo)流工具中的液流口排出。在進(jìn)行完第一級(jí)處理之后，包含在導(dǎo)流工具上的密封元件停止作用或脫離嚙合，并且撓性管被向上拉，以將導(dǎo)流工具定位于跨過第二組最深的射孔的位置上，并且繼續(xù)上述工藝，直至所有的目標(biāo)層段都經(jīng)過增產(chǎn)處理或者由于操作失常而中止該工藝。
這種撓性管增產(chǎn)裝置和方法已經(jīng)用于對(duì)深度達(dá)大約8,000英尺的油井的多個(gè)區(qū)域進(jìn)行液力壓裂處理。但是，許多技術(shù)障礙，包括摩擦阻力損失、對(duì)密封件的損壞、深度控制、移動(dòng)(running)速度和撓性管的潛在腐蝕都在現(xiàn)在限制了其在更深的井中的應(yīng)用。
當(dāng)以高速率通過較長的撓性管泵送增產(chǎn)液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過度的摩擦壓力，特別是對(duì)于含支撐劑和/或高度粘稠的流體更是如此。根據(jù)撓性管的長度和直徑、流體粘度和最大可允許的地面設(shè)備作業(yè)壓力，泵速率可限制在每分鐘僅幾桶；根據(jù)特定地下地層的特性，這不能在液力壓裂處理期間形成有效的支撐劑安置，或者不能在酸增產(chǎn)處理期間形成有效的地層材料溶解。
當(dāng)含支撐劑的流體以高速沿?fù)闲怨艿膬?nèi)部向下泵送時(shí)，撓性管的腐蝕也是一個(gè)問題，包括仍然卷繞在地面卷軸上的撓性管部分。當(dāng)含有支撐劑的流體沖擊到與地面卷軸上的撓性管部分對(duì)應(yīng)的“連續(xù)彎曲(continuous bend)”部分上時(shí)，腐蝕的影響更加嚴(yán)重。
對(duì)于目前用在上述撓性管增產(chǎn)操作中的大多數(shù)密封元件(例如“杯形”密封技術(shù))來說，當(dāng)它們在深井的較高井溫下移動(dòng)經(jīng)過大量射孔時(shí)，也可能在深井中產(chǎn)生密封問題或者密封失效。由于密封件在與管壁接觸或者僅留很小間隙的情況下移動(dòng)，所以粗糙的管內(nèi)表面和/或射孔毛刺會(huì)損壞密封元件?，F(xiàn)有的在跨式雙封隔器型導(dǎo)流工具中采用的密封件是由彈性材料制成的，這種彈性材料可能無法承受深井中經(jīng)常出現(xiàn)的高溫。
帶有杯形密封件的已知系統(tǒng)的移動(dòng)速度通常是沿井身向下移動(dòng)即下入為15至30英尺/分鐘，沿井身向上移動(dòng)即取出為30至60英尺/分鐘。例如，在較低的移動(dòng)速度下，在增產(chǎn)操作開始之前，大約需要13小時(shí)才能到達(dá)12,000英尺的深度。考慮到夜間操作的安全性，這種較慢的移動(dòng)速度可能會(huì)使完成一個(gè)增產(chǎn)作業(yè)需要多天。如果在這種作業(yè)中碰到任何問題，由于很慢的移動(dòng)速度要使總操作時(shí)間很長，所以將工具下到井中或從井中取出是非常費(fèi)錢的。
對(duì)撓性管系統(tǒng)和分離式封隔器型導(dǎo)流工具的深度控制也隨著深度的增加而更為困難，使得將工具定位到正確的深度以成功地實(shí)施增產(chǎn)操作變得困難。由于在把撓性管系統(tǒng)下入井中之前進(jìn)行射孔該問題變得更加嚴(yán)重。射孔操作采用了不同的深度測量設(shè)備(通常是套管接箍定位器)，而不是通常在撓性管系統(tǒng)中使用的設(shè)備。
另外，上述撓性管方法還需要在泵送增產(chǎn)液作業(yè)之前在單獨(dú)的射孔操作中將所有的射孔都設(shè)制于井筒中。由于存在著在導(dǎo)流工具上方的多個(gè)敞開的射孔組，這就產(chǎn)生了操作困難。例如，如果來自當(dāng)前區(qū)域的支撐劑裂縫垂直向上生長和/或在管道后面的水泥質(zhì)量較差，則裂縫會(huì)與導(dǎo)流工具上方的射孔組相交貫穿，使得支撐劑會(huì)“傾瀉”回導(dǎo)流工具頂部的井筒中并阻止工具進(jìn)一步移動(dòng)。另外，如果在導(dǎo)流工具上方有多個(gè)射孔組敞開，則很難實(shí)施環(huán)流操作。例如，如果環(huán)流壓力超過在導(dǎo)流工具上方的敞開的射孔的開裂壓力，環(huán)流就不能被保持，環(huán)流流體會(huì)意外地流失到地層中。
采用接頭連接的油管(jointed tubing)和修井設(shè)備而不是撓性管系統(tǒng)也可以實(shí)施相同類型的增產(chǎn)處理。采用布置在接頭連接的油管上的導(dǎo)流工具可使大直徑油管減少摩擦阻力損失并提高泵送速率。另外，與撓性管系統(tǒng)相比，由于采用了更重的壁厚的連接油管，并且當(dāng)在井筒中移動(dòng)時(shí)，接頭連接的油管不會(huì)發(fā)生塑性變形，所以可減少對(duì)腐蝕以及油管整體性方面的憂慮。但是，采用這種方法可能會(huì)增加操作的時(shí)間和費(fèi)用，這是因?yàn)橛凸芤苿?dòng)速度可能比撓性管速度低。
為了克服由于要將設(shè)備多次下到井筒中或從井筒中取出以對(duì)地下地層進(jìn)行射孔和增產(chǎn)操作等完井作業(yè)所帶來的限制，已經(jīng)提出了一種對(duì)井底工具串進(jìn)行“單次起下作業(yè)”布置的方法，以能夠?qū)?duì)區(qū)域進(jìn)行壓裂增產(chǎn)處理操作與射孔操作結(jié)合。特別地，這些方法提出了能夠減少所需井筒操作的次數(shù)和完成這些操作所需時(shí)間的操作方法，從而減少了增產(chǎn)處理費(fèi)用。這些措施包括1)，在超平衡壓力下進(jìn)行射孔時(shí)將砂泥漿注入井筒；2)發(fā)射射孔彈時(shí)從泥漿筒中傾倒砂子；以及3)將砂子裝到單獨(dú)的爆炸釋放的容器中。這些措施都僅能在井筒周圍形成少量的穿透裂縫，不適于這里所述的多級(jí)液力壓裂需要。
因此，需要提供一種改進(jìn)的方法和裝置，用于單獨(dú)地對(duì)由井筒穿透的地層中的多個(gè)層段的每一層段進(jìn)行處理，同時(shí)保持多級(jí)處理的經(jīng)濟(jì)效果。還需要提供一種方法和裝置，它們能夠減少現(xiàn)有的增產(chǎn)處理操作中固有的風(fēng)險(xiǎn)，所述增產(chǎn)處理操作是用于帶有多層或?qū)盈B儲(chǔ)油層的含烴地層或厚度超過大約60米(200英尺)的地層的，上述方法和裝置能同時(shí)保證借助機(jī)械導(dǎo)流介質(zhì)而實(shí)施最佳的處理液充填分布，所述機(jī)械導(dǎo)流介質(zhì)能夠?qū)⑻幚砑?jí)流體正向地引導(dǎo)到期望的位置。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種用于對(duì)與井筒相交的一個(gè)或多個(gè)地下地層的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和處理的裝置和方法。
該裝置包括布置裝置(deployment means)(例如，撓性管，連接的油管，電線，電纜，井下牽引機(jī)等)，該布置裝置帶有井底工具組合(bottom hole assembly)(“BHA”)，所述井底工具組合至少由一個(gè)射孔裝置和一個(gè)可重置的機(jī)械密封裝置構(gòu)成，所述密封裝置可以通過一個(gè)或多個(gè)信號(hào)裝置(例如，通過電纜傳輸?shù)碾娦盘?hào)；通過油管、環(huán)形空間、控制管纜傳輸?shù)囊簤盒盘?hào)；拉伸或壓縮載荷；無線電傳輸；光纖傳輸；板載BHA計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等)而被單獨(dú)地操縱。
該方法包括采用布置裝置將BHA設(shè)置在井筒中的步驟，其中布置裝置可以是油管柱、線纜或井下牽引機(jī)。射孔裝置位于靠近要被射孔的層段，并用于對(duì)該層段射孔。采用布置裝置使BHA位于井筒中，并啟動(dòng)密封裝置以建立液體密封，從而強(qiáng)制地導(dǎo)引沿井筒向下泵送的流體，使之進(jìn)入射孔層段。釋放密封裝置。然后，可以在一個(gè)或多個(gè)地下地層的至少一個(gè)另外的層段中重復(fù)這個(gè)過程，而不必從井筒中取出BHA。
布置裝置可以是油管柱，包括撓性管系統(tǒng)或標(biāo)準(zhǔn)的接頭連接油管、電纜、鋼絲或線纜。除了油管或線纜布置裝置，該布置裝置還可以是安裝在BHA上的牽引系統(tǒng)。牽引系統(tǒng)可以是自驅(qū)動(dòng)的、計(jì)算機(jī)控制的，并帶有板載(on-board)信號(hào)系統(tǒng)，使其不必安裝線纜或油管以控制或啟動(dòng)BHA和/或牽引系統(tǒng)。作為替換形式，牽引系統(tǒng)可由線纜或油管控制管纜控制和啟動(dòng)，這種牽引系統(tǒng)和BHA是通過采用控制管纜而向井底傳送的信號(hào)控制和啟動(dòng)的。根據(jù)懸掛系統(tǒng)和BHA的特定元件，本發(fā)明可采用許多不同的實(shí)施例。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，當(dāng)布置裝置是油管柱時(shí)，一旦一個(gè)層段被射孔，則BHA就可被移動(dòng)并且使密封裝置啟動(dòng)，從而在已射孔的層段的下方建立起液體密封。然后可將處理液沿油管柱和井筒之間的環(huán)形空間向下泵送并使其流入已射孔的層段。并且第二處理液，例如氮，也可在第一處理液被沿油管柱和井筒之間的環(huán)形空間向下泵送的同時(shí)，被沿油管柱向下泵送。
在第二實(shí)施例中，當(dāng)布置裝置是油管柱時(shí)，一旦一個(gè)層段被射孔，則BHA就可被移動(dòng)并且使密封裝置啟動(dòng)，從而在已射孔的層段的上方建立起液體體密封。然后可將處理液沿到油管柱向下泵送并使其流入已射孔的層段。
在第三實(shí)施例中，當(dāng)布置裝置是油管柱時(shí)，BHA可以被移動(dòng)并且使密封裝置被啟動(dòng)，從而在已射孔的層段的上方和下方建立起液體密封(其中密封裝置由兩個(gè)隔開足夠距離以跨過已經(jīng)射孔的層段的元件組成)。在該第三實(shí)施例中，處理液可沿油管柱本身向下泵送，通過密封裝置的兩個(gè)密封元件之間的液流口并流入已射孔的層段。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，當(dāng)采用電纜、鋼絲或線纜將BHA布置在井筒中時(shí)，BHA就可被移動(dòng)并且密封裝置被啟動(dòng)，從而在要被處理的已射孔的層段的下方建立起液體密封，處理液將被沿電纜、鋼絲或線纜和井筒之間的環(huán)形空間向下泵送。
在本發(fā)明的第五實(shí)施例中，“控制管纜”被布置作為附加裝置來啟動(dòng)BHA元件。在最廣的意義上，控制管纜可采取小直徑油管或多條管道的形式，以提供與BHA元件的液壓連通；和/或控制管纜也可采取線纜或多條線纜的形式，以提供與BHA元件的電或光電連通。
在本發(fā)明的第六實(shí)施例中，當(dāng)布置裝置是安裝在BHA上的牽引系統(tǒng)時(shí)，BHA可被移動(dòng)并且密封裝置可被啟動(dòng)，從而在已射孔的層段的下方建立起液體密封。處理液可被沿井筒向下泵送并流入已射孔的層段。
在本發(fā)明的第七實(shí)施例中，采用了研磨流體噴射切割技術(shù)來射孔，并且BHA靠油管懸掛，使得BHA可以被移動(dòng)并且使密封裝置被啟動(dòng)，從而在已射孔的層段的下方建立起液體密封。然后處理液被沿油管和井筒之間的環(huán)形空間向下泵送。
這種裝置和方法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是BHA、包括密封裝置和射孔裝置，都不必在用處理液處理之前以及對(duì)多個(gè)地層區(qū)域或?qū)佣芜M(jìn)行處理之間從井筒中被取出。這種裝置和方法的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是都采用機(jī)械導(dǎo)流介質(zhì)對(duì)每一處理級(jí)流體進(jìn)行導(dǎo)流，這就能對(duì)處理導(dǎo)流過程進(jìn)行精確控制，并使每一區(qū)域受到最佳的增產(chǎn)處理。結(jié)果是通過減少對(duì)井筒中的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和增產(chǎn)處理的時(shí)間而明顯節(jié)約了費(fèi)用。另外，當(dāng)對(duì)井筒中的多個(gè)地層層段進(jìn)行增產(chǎn)處理時(shí)，由于采用了機(jī)械導(dǎo)流介質(zhì)而形成了精確控制的導(dǎo)流處理，所以提高了產(chǎn)量。這樣，與已有的方法和裝置相比，由于井底工具組合提供了作為機(jī)械導(dǎo)流介質(zhì)和射孔裝置的雙重功能，所以本發(fā)明方法和裝置允許只需單獨(dú)一次的井底工具組合的下入井筒以及后續(xù)的從井筒取出的操作就可以對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行射孔和增產(chǎn)處理，從而，本發(fā)明方法和裝置在經(jīng)濟(jì)上具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡要描述參照下面的詳細(xì)描述以及附圖，將更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1表示了一種可能的代表性井筒構(gòu)造，其外圍設(shè)備可用于支撐本發(fā)明所使用的井底工具組合。圖1還表示了具有代表性的井底工具組合的儲(chǔ)存井筒，它具有地面卡瓦，這些儲(chǔ)存井筒可用于儲(chǔ)存那些備用的或應(yīng)急的井底工具組合。
圖2A表示了井底工具組合的第一實(shí)施例，使用撓性管將它布置在未射孔的井筒內(nèi)，且它位于將要用第一組選擇性發(fā)射的射孔彈進(jìn)行射孔的深度位置。圖2A還表示了由射孔裝置、可膨脹且可重置的封隔器、可重置的軸向卡瓦裝置和附件構(gòu)成的井底工具組合。
圖2B表示了當(dāng)?shù)谝唤M選擇性發(fā)射的射孔彈被發(fā)射后的圖2A所示的井底工具組合、撓性管和井筒，所述發(fā)射導(dǎo)致了射孔穿過生產(chǎn)套管以及水泥環(huán)并進(jìn)入第一地層區(qū)域，使井筒和第一地層區(qū)域之間建立了液體連通。
圖2C表示了當(dāng)井底工具組合重新定位以及用多級(jí)液壓支撐劑壓裂處理的第一級(jí)處理操作對(duì)第一地層區(qū)域進(jìn)行增產(chǎn)處理之后的圖2B所示的井底工具組合、撓性管和井筒，其中壓裂處理的第一級(jí)沿存在于撓性管和生產(chǎn)套管之間的井筒環(huán)形空間被泵送到井底中。在圖2C中，密封裝置表示為處于未啟動(dòng)的位置，為了圖示的目的，假定除了那些與第一區(qū)域相關(guān)的射孔外不存在其他射孔，因此，不需要為了處理第一區(qū)域而設(shè)置隔離。
圖3A表示了當(dāng)井底工具組合重新定位以及第二組選擇性發(fā)射的射孔彈發(fā)射后的圖2C所示的井底工具組合、撓性管和井筒，所述發(fā)射導(dǎo)致了射孔穿過生產(chǎn)套管以及水泥環(huán)并進(jìn)入第二地層區(qū)域，使井筒和第二地層區(qū)域之間建立了液體連通。
圖3B表示了當(dāng)井底工具組合重新定位在第二射孔組的最深射孔下方足夠距離處之后的圖3A所示的井底工具組合、撓性管和井筒，所述定位使得BHA能夠稍微向上移動(dòng)以設(shè)置那個(gè)可重置的軸向卡瓦裝置，同時(shí)保持循環(huán)口的位置在第二射孔組的最底部射孔以下。
圖3C表示了當(dāng)可重置的機(jī)械式卡瓦裝置啟動(dòng)之后的圖3B所示的井底工具組合、撓性管和井筒，所述啟動(dòng)后會(huì)防止向下的移動(dòng)，以保證可膨脹且可重置的封隔器和可重置的機(jī)械式卡瓦裝置能夠定位于第一區(qū)域射孔和第二區(qū)域射孔之間。
圖3D表示了當(dāng)可膨脹且可重置的封隔器啟動(dòng)之后的圖3C所示的井底工具組合、撓性管和井筒，所述啟動(dòng)后會(huì)形成一種阻擋，即阻止了可膨脹且可重置的封隔器正上方的井筒部分和可膨脹且可重置的封隔器正下方的井筒部分之間的液體流動(dòng)。
圖3E表示了當(dāng)?shù)诙貙訁^(qū)域通過多級(jí)液壓支撐劑壓裂處理的第二級(jí)處理操作被增產(chǎn)處理之后的圖3D所示的井底工具組合、撓性管和井筒，其中壓裂處理的第二級(jí)流體被泵送到井底中存在于撓性管和生產(chǎn)套管之間的井筒環(huán)形空間中。
圖3F表示了當(dāng)可膨脹且可重置的封隔器停止作用之后的圖3E所示的井底工具組合、撓性管和井筒，所述停止作用會(huì)在可膨脹且可重置的封隔器正上方的井筒部分和可膨脹且可重置的封隔器正下方的井筒部分之間再次形成壓力連通。可重置的機(jī)械式卡瓦裝置仍然加電工作并繼續(xù)防止撓性管和井底工具組合向井筒下方移動(dòng)。
圖4A表示了一種改進(jìn)的井底工具組合，它與圖2A至圖2C以及圖3A至圖3F所述的井底工具組合相似，只是增加了一個(gè)可用選擇性發(fā)射彈設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置的機(jī)械式塞子，它位于一串射孔槍的下方。圖4A還表示了當(dāng)附加的第三射孔和壓裂增產(chǎn)操作已經(jīng)進(jìn)行之后的圖3F所示的撓性管和井筒。在圖4A中，應(yīng)該注意到只顯示了第二和第三壓裂和射孔組。在圖4A中所示的改進(jìn)的井底工具組合被撓性管懸掛，使得橋塞位于最后一個(gè)已射孔層段的上方以及下一個(gè)要射孔層段的下方。
圖4B表示了當(dāng)機(jī)械式塞子已經(jīng)以選擇性發(fā)射彈設(shè)置的方式被設(shè)置在油井中并且當(dāng)井底工具組合再次定位以及第一組選擇性發(fā)射的射孔彈已經(jīng)發(fā)射之后的圖4A所示的井底工具組合、撓性管和井筒，上述操作會(huì)導(dǎo)致射孔穿過生產(chǎn)套管以及水泥環(huán)并進(jìn)入第四地層區(qū)域，使井筒和第四地層區(qū)域之間建立了液體連通。
圖5表示了本發(fā)明的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，懸掛裝置是油管柱，并且一旦層段被射孔，BHA就可移動(dòng)、密封裝置也被啟動(dòng)以在已射孔層段的上方形成液體密封。然后，處理液可沿油管柱被向下泵送并進(jìn)入已射孔層段。
圖6表示了本發(fā)明的第三實(shí)施例。懸掛裝置是油管柱，并且BHA可以移動(dòng)、密封裝置也可被啟動(dòng)以在已射孔層段的上方或下方形成液體密封(其中密封裝置由兩個(gè)隔開足夠距離以跨過射孔層段的密封元件構(gòu)成)。在該第三實(shí)施例中，處理液能夠通過位于密封裝置的兩個(gè)密封元件之間的流動(dòng)口而沿油管柱本身向下泵送，并進(jìn)入已射孔層段。
圖7表示了本發(fā)明的第四實(shí)施例。采用電纜(或鋼絲或線纜)將BHA懸掛在井筒中。BHA將被移動(dòng)并且密封裝置被啟動(dòng)以在要被處理的射孔層段的下方形成液體密封，處理液將被沿電纜、鋼絲或線纜和井筒之間的環(huán)形空間向下泵送。
圖8A和圖8B表示了本發(fā)明的第五實(shí)施例，它采用了一個(gè)控制管纜管道，用于啟動(dòng)可重置的密封機(jī)構(gòu)，該控制管纜管道設(shè)置在用作布置裝置的油管的內(nèi)部。
圖9表示了本發(fā)明的第六實(shí)施例，它采用了一個(gè)安裝在BHA上的牽引裝置，使得BHA能夠被移動(dòng)并且密封裝置能被啟動(dòng)以在已射孔層段的下方形成液體密封。處理液可被沿井筒向下泵送并進(jìn)入已射孔層段。
圖10表示了本發(fā)明的第七實(shí)施例，它采用了用于射孔裝置的研磨或腐蝕性流體噴射切割技術(shù)。采用連接的油管而將BHA懸掛在井筒中，BHA由一個(gè)機(jī)械壓縮形變的可重置的封隔器、一個(gè)研磨或腐蝕性流體噴射射孔裝置、一個(gè)機(jī)械式套管接箍定位器和附件組成。在該實(shí)施例中，通過下面的方法形成射孔使研磨流體沿連接的油管被向下泵送并且從位于BHA上的噴射工具中噴出，以便高壓高速的研磨或腐蝕性流體射流被形成并被用來射穿生產(chǎn)套管和周圍的水泥環(huán)以與期望的地層層段內(nèi)建立液體連通。在將可重置的封隔器設(shè)置在要進(jìn)行增產(chǎn)處理的區(qū)域的下方之后，可將增產(chǎn)處理劑沿位于油管柱和生產(chǎn)套管串之間的環(huán)形空間向下泵送。
對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述下面將參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。但是，對(duì)于下面這些特別針對(duì)特定實(shí)施例或本發(fā)明的特別應(yīng)用所進(jìn)行的描述，僅僅是示意性的，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。相反，本說明書意欲覆蓋所有落入本文所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替換、改進(jìn)和等同形式。
本發(fā)明提供了一種新的方法、新的系統(tǒng)和新的裝置，用于對(duì)多個(gè)地層層段進(jìn)行射孔和增產(chǎn)處理，使得每一單獨(dú)區(qū)域都受到單個(gè)的處理級(jí)的處理，同時(shí)消除或者減少現(xiàn)有的撓性管或連接油管(jointedtubing)增產(chǎn)處理方法所存在的問題，并由此提供明顯優(yōu)于已知方法的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。
特別地，本發(fā)明包括將井底工具組合懸掛在井筒中以逐個(gè)和順序地射孔并處理期望的多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域，同時(shí)將多級(jí)增產(chǎn)處理劑泵送，并設(shè)置可重置的機(jī)械密封裝置以使每一個(gè)單獨(dú)的處理級(jí)流體能夠受控導(dǎo)流。為了該申請(qǐng)的目的，“井筒”應(yīng)該理解為包括油井的地下密封元件以及所有的地上密封裝備，例如井口、短管、防噴器和防噴管。
新的裝置包括布置裝置(例如，撓性管，連接的油管，電線，電纜，牽引系統(tǒng)等)，該布置裝置帶有井底工具組合，所述井底工具組合至少由一個(gè)射孔裝置和一個(gè)可重置的機(jī)械式密封裝置構(gòu)成，所述密封裝置可以單獨(dú)地由地面設(shè)備通過一個(gè)或多個(gè)信號(hào)裝置(例如，通過電纜傳輸?shù)碾娦盘?hào)；通過油管、環(huán)形空間、控制管纜傳輸?shù)囊簤盒盘?hào)；拉伸或壓縮載荷；無線電傳輸；光纖傳輸?shù)?而被操縱，并設(shè)計(jì)成預(yù)先考慮井筒環(huán)境和載荷條件。
在最廣的意義上，術(shù)語“井底工具組合”用于指示一串元件，它由至少一個(gè)射孔裝置和一個(gè)可重置的密封裝置構(gòu)成。附加的元件包括但不局限于下述元件打撈頸、剪切接頭、沖洗工具、循環(huán)口接頭、流動(dòng)口接頭、壓力均衡口接頭、溫度計(jì)、壓力計(jì)、電纜連接接頭、可重置的機(jī)械卡瓦、套管接箍定位器、扶正器接頭和/或連接器接頭，它們也可以設(shè)置在井底工具組合上以使其他所需的輔屬或者輔助操作以及可能在增產(chǎn)處理過程中需要進(jìn)行的測量操作更容易實(shí)施。
在最廣的意義上，可重置的機(jī)械密封裝置具有提供“液體密封(hydraulic seal)”的功能，其中液體密封定義為形成足夠的液流約束或者堵塞，使得流體被迫向著與不受液流約束時(shí)其要流向的位置所不同的位置流動(dòng)。特別地，這種廣義的“液體密封”定義還意味著包括“完美的液體密封(perfect hydraulic seal)”，即所有的液流都向著與不受液流約束時(shí)其要流向的位置所不同的位置流動(dòng)；以及“不完美的液體密封(imperfect hydraulic seal)”，即一部分可估計(jì)的液流向著與不受液流約束時(shí)其要流向的位置所不同的位置流動(dòng)。盡管通常最好采用能夠形成完美液體密封以獲得最優(yōu)增產(chǎn)處理的可重置的機(jī)械密封裝置；但也可采用僅提供不完美的液體密封的密封裝置，從而獲得更為經(jīng)濟(jì)的處理，即使可能不會(huì)獲得完美的導(dǎo)流增產(chǎn)處理。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，將撓性管用作布置裝置，并且新的方法包括從整個(gè)完井層段的底部到頂部順序地射孔然后對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行增產(chǎn)處理，將增產(chǎn)液沿生產(chǎn)套管和撓性管之間的環(huán)形空間向下泵送。如下面將要討論的那樣，該新裝置和新方法的實(shí)施例比已知的撓性管和連接油管增產(chǎn)技術(shù)有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，并能廣泛地應(yīng)用于各種井筒結(jié)構(gòu)和增產(chǎn)處理設(shè)計(jì)中。
特別地，新方法和新裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例包括布置系統(tǒng)、信號(hào)裝置、井底工具組合以及下面將要詳細(xì)討論的操作，其中，僅為了描述的目的，各種元件、它們的布置取向和操作步驟都被選擇為那些用于適合多層段液壓支撐劑壓裂增產(chǎn)的元件和操作相應(yīng)。
在用于液壓支撐劑壓裂增產(chǎn)處理的第一實(shí)施例中，該裝置由通過撓性管而布置在井筒中的BHA構(gòu)成。該BHA可包括一個(gè)射孔裝置；可重置的機(jī)械密封裝置；套管接箍定位器；循環(huán)口；和其他附件(下面將詳細(xì)描述)。
另外，在該第一優(yōu)選實(shí)施例中，射孔裝置可由選擇性發(fā)射的射孔槍系統(tǒng)(采用聚能型射孔彈)構(gòu)成；可重置的機(jī)械密封裝置可由可膨脹且可重置的封隔器構(gòu)成；可重置的機(jī)械式卡瓦裝置設(shè)置后能夠防止井底工具組合的向下的軸向移動(dòng)；壓力均衡口位于可膨脹且可重置的封隔器的上方或下方。
另外，在該第一優(yōu)選實(shí)施例中，電纜被設(shè)置在撓性管的內(nèi)部，并用于提供一信號(hào)裝置，所述信號(hào)裝置是用于啟動(dòng)選擇性發(fā)射的射孔彈，以及與用于測量BHA深度的套管接箍定位器相關(guān)的電信號(hào)的傳輸。
現(xiàn)在參見圖1，可用于第一優(yōu)選實(shí)施例中的地面設(shè)備類型的實(shí)例可以是一套專用設(shè)備，它采用了很長的防噴管2，且撓性管注入頭4由安裝在起重機(jī)基座8上的起重臂6高高地懸掛在空中。井筒通常包括一定長度的表層套管78，它的一部分或者全部都位于水泥環(huán)80內(nèi)；和一個(gè)生產(chǎn)套管82，它的一部分或者全部都位于水泥環(huán)84內(nèi)，其中井筒的內(nèi)壁由生產(chǎn)套管82構(gòu)成。井筒的深度最好延伸到要被增產(chǎn)處理的最低層段的下方一定距離，以容納將安裝在撓性管106末端的井底工具組合的長度。使用撓性管注入頭4和防噴管2將撓性管106插入到井筒內(nèi)。在防噴管2上還安裝有防噴器10，在操作失常的情況下，防噴器10可被遙控操縱。起重機(jī)基座8、起重臂6、撓性管注入頭4、防噴管2、防噴器10(及其相關(guān)的附屬控制和/或啟動(dòng)元件)都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備元件，適用于為了在壓力下在井中安全地安裝撓性管井底工具組合，以及后續(xù)的在壓力下從井中拆除撓性管井底工具組合的方法和步驟。
根據(jù)這種易于安裝的已知設(shè)備，從地面到撓性管注入頭4的頂部的高度可大約為90英尺，“鵝頸(goose neck)”12(其中撓性管彎曲以垂直向下延伸到油井)高出地面接近約105英尺。起重臂6和起重機(jī)基座8將支撐注入頭4、撓性管106的載荷，以及任何欲用于可能的打撈操作(振動(dòng)和拖拉)所需的載荷。
通常，防噴管2的長度必須大于井底工具組合的長度，以使井底工具組合能夠在壓力下安全地布置在井筒中。根據(jù)總長度要求以及根據(jù)為具體應(yīng)用而進(jìn)行的工程設(shè)計(jì)計(jì)算所確定的精確數(shù)值，為了使撓性管注入頭4和防噴管2穩(wěn)定，可在撓性管注入頭4和防噴管2的不同位置上安裝拉索14。拉索14可以牢固地錨定在地面上，以防止撓性管注入頭4和防噴管2過度的移動(dòng)，使得用于保持壓力的那些地面元件的整體性不會(huì)受到損害。根據(jù)總長度要求，也可以采用其他的注入頭/防噴管系統(tǒng)懸掛系統(tǒng)(撓性管設(shè)備或與目的相適應(yīng)的完井/修井設(shè)備)。
再次參見圖1，可采用多個(gè)不同的井口短節(jié)來控制設(shè)備安裝操作、增產(chǎn)處理操作和設(shè)備拆卸操作期間的液流和流體隔離狀況。頂部閥(crown valve)16形成了用于將高于頂部閥16的部分與低于頂部閥16的部分隔離的裝置。上部的主壓裂閥18和下部的主壓裂閥20形成了用于將其各自位置的上方和下方的井筒壓力隔離的閥系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際的特定的場地做法以及增產(chǎn)作業(yè)的設(shè)計(jì)，實(shí)際上并不是所有這些隔離式閥都是被需要或者采用。
圖1所示的側(cè)出口注入閥22提供了將增產(chǎn)液注入井筒的位置。從用于注入增產(chǎn)處理液的地面泵和儲(chǔ)罐伸出的管子可用適當(dāng)?shù)难b配接頭和/或連接件安裝在側(cè)出口注入閥22上。增產(chǎn)處理液可通過這一液流路徑被泵送到井筒中。通過安裝其他適當(dāng)?shù)囊毫骺刂蒲b置，也可以利用側(cè)出口注入閥22從井筒產(chǎn)出流體。應(yīng)該注意到撓性管106的內(nèi)部也可以用作將流體注入井筒的液流管道。
圖1所示的井底工具組合儲(chǔ)存井筒24提供了用于存放備用的或者應(yīng)急的井底工具組合27或者用于存放在先前操作中已經(jīng)使用的井底工具組合的位置。井底工具組合儲(chǔ)存井筒24可鉆成較淺的深度，使得可能包含射孔彈的井底工具組合能夠用地面卡瓦26被安全地保持定位，使射孔彈位于地下，直到準(zhǔn)備將井底工具組合安裝到撓性管106上時(shí)為止。井底工具組合儲(chǔ)存井筒24可以被鉆成能夠適于放置用水泥或者不用水泥封固的套管柱的形式，或者干脆制成無套管的形式。特定操作所需的井底工具組合儲(chǔ)存井筒24的實(shí)際數(shù)量是根據(jù)整個(gè)作業(yè)需要確定的。井底工具組合儲(chǔ)存井筒24可位于起重臂6能夠到達(dá)的范圍內(nèi)，以在增產(chǎn)操作期間適于快速地?fù)Q出井底工具組合，而無需使起重機(jī)基座8本體重新定位到其他位置。
現(xiàn)在參見圖2A，撓性管106配備有可與剪切-釋放(shear-release)/打撈頸結(jié)合接頭112相連的撓性管連接件110，所述接頭112包含剪切-釋放機(jī)構(gòu)和打撈頸，并允許壓力流體和電纜102穿過。剪切-釋放/打撈頸結(jié)合接頭112可與包含循環(huán)口接頭114的接頭連接，所述循環(huán)口接頭114可提供從可膨脹且可重置的封隔器120的上方?jīng)_洗巖屑的流通路徑，或者提供采用撓性管106向井下注入流體的流通路徑。循環(huán)口接頭114包含一個(gè)閥裝置，該閥裝置能夠操縱循環(huán)口114和上部均衡口116。上部均衡口116可借助油管通過可膨脹且可重置的封隔器120而連接到下部均衡口122。循環(huán)口114和上部均衡口116在“移動(dòng)狀態(tài)(runningposition)”上最好打開，從而使內(nèi)部撓性管壓力和套管環(huán)形空間側(cè)的撓性管壓力之間連通。在本文中，“移動(dòng)狀態(tài)”指的是下述狀態(tài)，即井底工具組合的所有元件都具有一種結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式，這種結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式使其能夠在井筒中進(jìn)行不受阻礙地上下軸向移動(dòng)。位于可膨脹且可重置的封隔器120下方的下部均衡口122總是打開的，并且通過均衡口的液流受到上部均衡口116的控制。通過在BHA上施加輕微的按壓載荷，循環(huán)口和均衡口可同時(shí)關(guān)閉。為了防止在移動(dòng)狀態(tài)上，當(dāng)循環(huán)口114打開時(shí)可能發(fā)生的流體向撓性管的回流，可將地面壓力施加在撓性管106上，使得循環(huán)口114中的壓力超過正好在循環(huán)口114外側(cè)的井筒壓力。在移動(dòng)狀態(tài)上，可重置且可膨脹的封隔器120與內(nèi)部撓性管壓力液力隔離。通過在BHA上施加輕微的按壓載荷，可膨脹且可重置的封隔器120能夠通過內(nèi)部閥與內(nèi)部撓性管壓力相通。機(jī)械啟動(dòng)的、可重置的軸向位置鎖定裝置，或者“卡瓦”124可設(shè)置在可膨脹且可重置的封隔器120的下方，以防止向井下移動(dòng)。通過使軸向載荷在擠壓和拉伸之間循環(huán)，機(jī)械卡瓦124可通過“連續(xù)的J(continuous J)″機(jī)構(gòu)操縱。電纜連接接頭126位于套管接箍定位器128和選擇性發(fā)射的射孔槍系統(tǒng)的上方。槍連接接頭130將套管接箍定位器128連接到選擇性發(fā)射頭152上。射孔槍系統(tǒng)可以根據(jù)目標(biāo)區(qū)域中的含烴砂巖地層的已知數(shù)量、位置和厚度來設(shè)計(jì)。槍系統(tǒng)可為每一要處理區(qū)域包括一個(gè)槍裝置(例如134)。第一(最低)槍裝置可由一個(gè)選擇性發(fā)射頭132和一個(gè)槍外殼134構(gòu)成，所述槍外殼134將裝載有射孔彈136以及選擇性發(fā)射引爆系統(tǒng)。
特具體地，新方法的實(shí)施例包括下述步驟，其中為了描述的目的，將增產(chǎn)作業(yè)選擇成一種多級(jí)、液壓、支撐劑壓裂增產(chǎn)工藝。
1.鉆井并用水泥固定穿過要完井的層段的套管，如果需要，還可鉆出一個(gè)或多個(gè)井底工具組合儲(chǔ)存井筒并對(duì)其完井。
2.識(shí)別出(通常通過對(duì)裸井和已下套管的井的測井記錄的組合)完井層段內(nèi)的目標(biāo)區(qū)域。
3.根據(jù)目標(biāo)區(qū)域中的含烴砂巖地層的已知數(shù)量、位置和厚度來設(shè)計(jì)井底工具組合(BHA)和將要布置在每一個(gè)在增產(chǎn)操作期間使用的BHA上的射孔槍裝置。
4.制成一卷繞在卷軸上的撓性管使其具有上述優(yōu)選實(shí)施例的BHA。該卷撓性管還制成包含電纜的形式，所述電纜用于提供啟動(dòng)射孔槍的信號(hào)裝置。最好還制成有需要數(shù)量的適當(dāng)結(jié)構(gòu)的備用或應(yīng)急BHA，并將其儲(chǔ)存在井底工具組合儲(chǔ)存井筒中?？稍趯HA安裝到撓性管上之前或者之后，對(duì)撓性管預(yù)先加載流體。
5.如圖1所示，通過一個(gè)防噴管2將帶有BHA的撓性管106下到井中并且用起重臂6懸掛撓性管注入頭4。
6.將撓性管/BHA下到井中，同時(shí)相對(duì)于與套管接箍定位器128的關(guān)系確定BHA的深度(圖2A)。
7.將撓性管/BHA下到最低目標(biāo)區(qū)域的下方，以保證在最低射孔下方有足夠的井筒深度，以在壓裂操作期間將BHA定位在第一組射孔下方。如圖2A所示，可膨脹且可重置的封隔器120和可重置的機(jī)械操縱卡瓦124處于移動(dòng)狀態(tài)。
8.如圖2B所示，撓性管/BHA上升到井筒中的一個(gè)位置，使得包含在選擇性發(fā)射射孔槍系統(tǒng)的第一槍裝置134中的第一組(最低)射孔彈136正好位于橫跨最低目標(biāo)區(qū)域的位置，其中可根據(jù)套管接箍定位器128和撓性管里程計(jì)系統(tǒng)(未表示)的讀數(shù)來進(jìn)行精確的深度控制。將BHA向上移動(dòng)到第一射孔層段的位置的動(dòng)作將使機(jī)械卡瓦“連續(xù)的J形”機(jī)構(gòu)(未表示)循環(huán)進(jìn)入預(yù)鎖狀態(tài)，其中后續(xù)的下降運(yùn)動(dòng)將迫使可重置的機(jī)械卡瓦124進(jìn)入鎖定狀態(tài)，從而防止繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該注意到撓性管軸向載荷從擠壓到拉伸以及返回的附加循環(huán)將使可重置的機(jī)械卡瓦返回到移動(dòng)狀態(tài)。通過這種方式，機(jī)械卡瓦的連續(xù)J形機(jī)構(gòu)與通過懸掛裝置(撓性管)而傳遞的擠壓和拉伸載荷結(jié)合一起用于提供機(jī)械卡瓦的井底啟動(dòng)和停止作用的操作。
9.第一組射孔彈136靠通過與第一選擇發(fā)射頭132連通的電纜102的遙控啟動(dòng)的作用而被選擇性發(fā)射，以穿過套管82和水泥環(huán)84并通過產(chǎn)生的射孔230-231建立與地層86的液體連通。應(yīng)該理解到，如果需要，任何給定的射孔組可以僅是一個(gè)孔的組，盡管通常多個(gè)射孔可提供改進(jìn)的處理效果。還應(yīng)該理解到，如果需要，槍裝置的一個(gè)以上的部分都可以發(fā)射，以獲得目標(biāo)數(shù)量的射孔，不管是補(bǔ)償實(shí)際的或者可察覺的空射情況，還是僅為了增加射孔的數(shù)量。還應(yīng)該理解到，層段不必局限于單一的儲(chǔ)油砂巖地層。采用適于與本發(fā)明方法同時(shí)布置在給定的處理級(jí)中其的他導(dǎo)流介質(zhì)可以對(duì)多個(gè)砂巖地層作為單獨(dú)級(jí)而進(jìn)行射孔和處理。
10.如圖2C所示，撓性管可以被移動(dòng)而使循環(huán)口114正好定位于該第一區(qū)域的最深射孔231下方的位置，以使支撐劑充滿可膨脹且可重置的封隔器120上方的可能性減到最小，并使高速流動(dòng)經(jīng)過BHA的支撐劑液流減到最小。
11.靠使少量的流體沿著撓性管106向下環(huán)流經(jīng)過循環(huán)口114(通過正排量泵)，壓裂增產(chǎn)處理的第一級(jí)開始進(jìn)行。然后開始進(jìn)行對(duì)增產(chǎn)液(stimulation fluid)的泵送操作，使增產(chǎn)液以壓裂增產(chǎn)速率沿?fù)闲怨?06和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間向下流。沿?fù)闲怨?06向下流的少量流體是用于使撓性管106內(nèi)保持正壓力，以阻止含有支撐劑的流體回流到撓性管106中，并防止壓裂操作期間撓性管在受載荷下塌陷崩潰。應(yīng)該注意到，作為防止撓性管塌陷崩潰的替換方案，也可以采用一個(gè)內(nèi)部閥結(jié)構(gòu)來使循環(huán)口114保持在關(guān)閉位置，并采用地面泵將正壓施加到撓性管106中。作為用于對(duì)含有烴氣體的15-英畝大小的透鏡狀砂層增產(chǎn)的壓裂處理設(shè)計(jì)的示意性實(shí)例，第一壓裂級(jí)可由下述的“子級(jí)”構(gòu)成(a)5,000加侖(gallon)的2％KCl水；(b)2,000加侖的包含1磅/加侖的支撐劑的交聯(lián)凝膠；(c)3,000加侖的包含2磅/加侖的支撐劑的交聯(lián)凝膠；(d)5,000加侖的包含3磅/加侖的支撐劑的交聯(lián)凝膠；(e)3,000加侖的包含4磅/加侖的支撐劑的交聯(lián)凝膠，這樣就使35,000磅的支撐劑置于第一區(qū)域中。
12.如圖2C所示，第一壓裂操作的所有子級(jí)都已經(jīng)進(jìn)行完畢，建立了第一支撐劑壓裂裂縫232。
13.在增產(chǎn)處理的第一級(jí)末尾，如果井筒中的支撐劑阻止了撓性管/BHA立即移動(dòng)；流體可被環(huán)流通過循環(huán)口11環(huán)沖洗和清除支撐劑，以清潔撓性管/BHA并使之能移動(dòng)。
14.如圖3A所示，接著將撓性管/BHA沿井身向上提拉以稍高于第二最深目標(biāo)區(qū)域，使包含于選擇性發(fā)射射孔槍系統(tǒng)144中的第二組射孔彈146位于稍高于第二最深目標(biāo)區(qū)域的位置，其中可根據(jù)套管接箍定位器128和撓性管里程計(jì)系統(tǒng)的讀數(shù)來再次進(jìn)行精確的深度控制。BHA向上移動(dòng)(直至稍高于要射孔的第二層段)的動(dòng)作將使可重置的機(jī)械卡瓦“連續(xù)的J形”機(jī)構(gòu)循環(huán)進(jìn)入預(yù)鎖狀態(tài)。實(shí)施進(jìn)一步的擠壓/拉伸載荷的循環(huán)將使機(jī)械卡瓦的連續(xù)J形機(jī)構(gòu)返回到移動(dòng)狀態(tài)。接著，撓性管/BHA向下運(yùn)動(dòng)，將包含于選擇性發(fā)射射孔槍系統(tǒng)144中的第二組射孔彈146定位于正好橫跨第二最深目標(biāo)區(qū)域的位置，在所述區(qū)域中，可根據(jù)套管接箍定位器128和撓性管里程計(jì)系統(tǒng)的讀數(shù)來再次進(jìn)行精確的深度控制。
15.第二組射孔彈136在經(jīng)過第二選擇性發(fā)射頭142的遙控啟動(dòng)作用下被選擇性發(fā)射，以穿過套管82和水泥環(huán)84并通過產(chǎn)生的射孔240-241建立與地層86的液體連通。
16.如圖3B所示，可將撓性管沿井筒向下方移動(dòng)，以使BHA定位于第二目標(biāo)區(qū)域的最深射孔241下方的幾英尺處。后續(xù)的BHA沿井筒向上方的移動(dòng)將使循環(huán)口114正好定位于該第二區(qū)域的最深射孔241下方，這將使可重置的機(jī)械卡瓦124循環(huán)進(jìn)入預(yù)鎖狀態(tài)，其中后續(xù)的下降運(yùn)動(dòng)將迫使可重置的機(jī)械卡瓦124進(jìn)入鎖定狀態(tài)，從而防止繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。
17.如圖3C所示，向下的運(yùn)動(dòng)使得可重置的機(jī)械卡瓦124與套管壁82嚙合，從而防止BHA的繼續(xù)下移。接著，向撓性管施加壓縮載荷，這一載荷將使循環(huán)口114和上部均衡口116關(guān)閉，并在可膨脹且可重置的封隔器120和內(nèi)部撓性管壓力之間建立壓力連通。壓縮載荷還將循環(huán)口114鎖定到第二目標(biāo)區(qū)域的最深射孔241的正好下方的位置(以使支撐劑充滿可膨脹且可重置的封隔器120上方的可能性減到最小，并使流經(jīng)BHA的高速度支撐劑液流最少)，并且使可重置且可膨脹的封隔器120定位于第一和第二射孔層段之間。
18.再向下對(duì)撓性管/BHA施加壓縮載荷以檢測可重置的機(jī)械卡瓦124，并保證附加的向下的力不會(huì)造成BHA沿井筒向下的繼續(xù)移動(dòng)。
19.如圖3D所示，通過對(duì)撓性管106施壓而啟動(dòng)可膨脹且可重置的封隔器120，以在可膨脹且可重置的封隔器120的上方和下方形成液體密封。在BHA上保持壓縮載荷，以保持內(nèi)部撓性管壓力和可膨脹且可重置的封隔器120之間的壓力連通，并且保持循環(huán)口114和上部均衡口116關(guān)閉，并保持可重置的機(jī)械卡瓦124處于鎖定和工作狀態(tài)。通過借助地面泵系統(tǒng)來保持撓性管106中的壓力，可膨脹且可重置的封隔器120保持在啟動(dòng)狀態(tài)(應(yīng)該注意到，作為替換形式，也可以通過采用內(nèi)部閥鎖住元件內(nèi)的壓力而使可膨脹且可重置的封隔器120保持在啟動(dòng)狀態(tài)，所述內(nèi)部閥由與其他BHA元件和其他現(xiàn)有的信號(hào)裝置相容的信號(hào)裝置從地面進(jìn)行遙控)。
20.隨著以壓裂增產(chǎn)速率將流體沿?fù)闲怨?06和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間向下泵送，對(duì)壓裂增產(chǎn)處理的第二級(jí)開始進(jìn)行，同時(shí)保持BHA上的壓縮載荷以使循環(huán)口114和上部均衡口116保持關(guān)閉，并保持撓性管壓力處于足夠的水平以防止撓性管管柱塌陷崩潰，并保持可膨脹且可重置的封隔器120膨脹以及在壓裂操作之前、之中和之后，封隔器上方的環(huán)形空間的壓力和可膨脹且可重置的封隔器下方的密封井筒壓力之間的液體密封。
21.所有的壓裂操作子級(jí)都被泵送后，在井筒中留下了最少量的欠沖洗的最后子級(jí)的含支撐劑的流體，以不對(duì)壓裂增產(chǎn)處理裂縫過分頂替。如果在這一處理級(jí)階段，認(rèn)為可膨脹且可重置的封隔器120的密封整體性受到破壞，可在將可膨脹且可重置的封隔器120設(shè)置在無孔的空管內(nèi)之后，暫時(shí)地停止進(jìn)行處理級(jí)操作，以在最高(最淺)的已經(jīng)存在的射孔(例如圖3D中的射孔240)的上方檢測封隔器的密封整體性。如果要進(jìn)行密封整體性檢測，最好進(jìn)行環(huán)流/清洗操作，以保證在進(jìn)行檢測前，將可能存在于井筒中的任何支撐劑都循環(huán)排出井筒。環(huán)流/清洗操作可以通過打開循環(huán)口114、然后沿?fù)闲怨?06向下泵送循環(huán)液而將支撐劑循環(huán)排出井筒來實(shí)施。
22.如圖3E所示，第二壓裂操作的所有子級(jí)都已經(jīng)進(jìn)行完畢，建立了第二支撐劑壓裂裂縫242。
23.當(dāng)進(jìn)行完第二級(jí)壓裂操作并停止沿?fù)闲怨?06和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間向下注入增產(chǎn)液后，向撓性管106施加小的拉伸載荷，同時(shí)保持內(nèi)部撓性管壓力。施加的小拉伸載荷首先將可膨脹且可重置的封隔器壓力與撓性管壓力分隔，從而鎖定可膨脹且可重置的封隔器120中的壓力，從而保持正壓密封并給予顯著的阻力阻止可膨脹且可重置的封隔器120的軸向移動(dòng)。在同樣的運(yùn)動(dòng)下，施加的拉伸載荷可使循環(huán)口114和均衡口116打開，從而使撓性管壓力泄入撓性管106和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間，同時(shí)使可膨脹且可重置的封隔器120上方和下方的壓力相等。在井下壓力均衡后，提供內(nèi)部撓性管壓力的地面泵系統(tǒng)可停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
24.當(dāng)撓性管中的壓力、位于可膨脹且可重置的封隔器120上方由撓性管106和生產(chǎn)套管82形成的環(huán)形空間中的壓力、位于可膨脹且可重置的封隔器120下方由BHA和生產(chǎn)套管82形成的環(huán)形空間中的壓力都相等后，在把封在可膨脹且可重置的封隔器120中的壓力釋放泄入撓性管106之前，施加在撓性管上的壓縮載荷將關(guān)閉循環(huán)口114和上部均衡口116。在沒有跨過可膨脹且可重置的封隔器120的外部壓差的情況下，如圖3F所示，可膨脹且可重置的封隔器120的這種內(nèi)部壓力釋放將使得可膨脹且可重置的封隔器120從生產(chǎn)套管壁上縮回，否則會(huì)產(chǎn)生可能損壞撓性管106或BHA的力以及移動(dòng)。
25.一旦可膨脹且可重置的封隔器120復(fù)位，如圖3F所示，則拖拉撓性管/BHA的拉力將使可重置的機(jī)械卡瓦124停止工作，從而使BHA能夠自由移動(dòng)并再次定位到井筒上部。
26.如果在增產(chǎn)處理的第二級(jí)末尾，井筒中的支撐劑阻止了撓性管/BHA立即移動(dòng)，則流體可通過循環(huán)口114來循環(huán)沖洗和清除支撐劑，以使撓性管/BHA自由并允許BHA在釋放可膨脹且可重置的封隔器之后向上移動(dòng)。
27.重復(fù)上述步驟直到所有的計(jì)劃區(qū)域都逐個(gè)地受到增產(chǎn)處理(圖3A至3F表示了為三個(gè)區(qū)域增產(chǎn)操作而設(shè)計(jì)的BHA)。
28.當(dāng)完成這一增產(chǎn)處理過程后，BHA的元件返回到移動(dòng)狀態(tài)并且從井筒中將撓性管/BHA裝置取出。
29.如果所有期望的區(qū)域都被增產(chǎn)處理了，則油井可立即投入生產(chǎn)。
30.如果希望增產(chǎn)處理其他的區(qū)域，則可制造帶有如圖4A所示的稍有改進(jìn)的BHA的一卷撓性管。在該井底工具組合中，與上述優(yōu)選實(shí)施例中的BHA的唯一不同是增加了選擇性發(fā)射設(shè)置的機(jī)械塞164或選擇性發(fā)射設(shè)置的橋塞164，它位于圖4A所示的最低選擇性發(fā)射的槍裝置的下方。通常，選擇性發(fā)射設(shè)置的機(jī)械塞164既可以是橋塞，也可以是壓裂擋板(fracture baffle)。如果希望在增產(chǎn)作業(yè)之后立即同時(shí)產(chǎn)生由塞子分隔的區(qū)域，則通常最好采用壓裂擋板。
31.如圖4A所示，改進(jìn)的BHA由選擇性發(fā)射的射孔槍系統(tǒng)(圖4A表示了一種槍系統(tǒng)，它包括射孔槍174、184和194以及相應(yīng)的射孔彈176、186和196，和選擇性發(fā)射頭172、182和192)、一個(gè)套管接箍定位器128、液流口114、116和122、一個(gè)可膨脹且可重置的封隔器120、一個(gè)可重置的機(jī)械式軸向卡瓦裝置124和用選擇性發(fā)射頭162設(shè)置的選擇性發(fā)射的橋塞164。改進(jìn)的BHA通過由井口上方的起重機(jī)或鉆架懸掛的防噴管和撓性管注入頭而下到井中。
32.撓性管/BHA被下入井中，同時(shí)用套管接箍定位器與深度的關(guān)系來確定深度。
33.如圖4A所示，撓性管/改進(jìn)的BHA被下入井中并使選擇性發(fā)射的機(jī)械塞164定位于最后一個(gè)在先增產(chǎn)處理的區(qū)域252的上方的位置。
34.如圖4B所示，選擇性發(fā)射頭162發(fā)射，以使選擇性發(fā)射的機(jī)械塞164設(shè)置在最后一個(gè)先前增產(chǎn)處理的區(qū)域252的上方的位置。
35.當(dāng)橋塞的選擇性發(fā)射頭162被觸發(fā)以設(shè)置選擇性發(fā)射橋塞164之后，撓性管/改進(jìn)的BHA上升到井筒中下述位置，即，使得包含在選擇性發(fā)射射孔槍系統(tǒng)中的第一(最低)組射孔彈176位于正好跨過要被射孔的下一最低目標(biāo)區(qū)域，其中可根據(jù)套管接箍定位器128和位于地面設(shè)備上的撓性管里程計(jì)系統(tǒng)的讀數(shù)來進(jìn)行精確的深度控制。BHA向上移動(dòng)到第一射孔層段的位置的動(dòng)作將使可重置的機(jī)械卡瓦124循環(huán)進(jìn)入鎖定狀態(tài)，并將要求撓性管軸向載荷從擠壓到拉伸并且返回的循環(huán)操作才可使可重置的機(jī)械卡瓦回復(fù)到移動(dòng)狀態(tài)。
36.如圖4B所示，改進(jìn)的BHA上的第一組射孔彈176靠遙控啟動(dòng)作用通過第二選擇性發(fā)射頭172被選擇性發(fā)射，并以射孔270和271穿透套管82和水泥環(huán)84，并通過產(chǎn)生的射孔270-271建立與地層86的液體連通。
37.如果在最后的先前設(shè)置的射孔250、251和下一組要被增產(chǎn)處理的射孔270、271的位置之間沒有足夠的空間以恰當(dāng)?shù)胤胖糜糜趯?duì)下一組射孔270進(jìn)行射孔、分隔、增產(chǎn)處理的BHA，則可將選擇性發(fā)射的橋塞164設(shè)置在最后一個(gè)先前增產(chǎn)處理的射孔250、251的下方，并在第一增產(chǎn)處理操作期間采用可膨脹且可重置的封隔器，以將最上部的射孔270、271與先前增產(chǎn)處理的射孔250、251分隔。
38.適當(dāng)重復(fù)上述整個(gè)工藝直到所有的計(jì)劃區(qū)域都逐個(gè)地被增產(chǎn)處理(圖4A至4B表示了為另外三個(gè)區(qū)域增產(chǎn)處理操作而設(shè)計(jì)的BHA)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在采用包含支撐劑的流體情況下，優(yōu)選的懸掛方法是采用傳統(tǒng)的接頭連接油管或者撓性管，最好還帶有一個(gè)或多個(gè)循環(huán)口，使得沉降在井筒中的支撐劑能夠被很容易地循環(huán)排出井筒。諸如酸性壓裂或巖體酸化等處理操作也可以不需要這種功能，并且借助以諸如鋼絲或電纜等線纜、或者以井底牽引系統(tǒng)為基礎(chǔ)的布置系統(tǒng)很容易實(shí)施上述操作。
根據(jù)特定作業(yè)任務(wù)的目的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解到，可采用不同的泵送系統(tǒng)，并且泵送系統(tǒng)可能包括以下操作(a)沿線纜或油管(如果上述布置方法采用了線纜或油管)和套管壁之間形成的環(huán)形空間向下泵送流體；(b)如果懸掛方法包括采用撓性管或接頭連接的油管，并且對(duì)于所考慮的井深來說，過度的摩擦和支撐劑腐蝕無太大的影響，則沿?fù)闲怨芑蚪宇^連接的油管的內(nèi)部向下泵送流體；(c)如果對(duì)于所考慮的井深來說，過度的摩擦和支撐劑腐蝕無太大的影響，則同時(shí)沿油管(如果上述布置方法采用了油管)和套管壁之間形成的環(huán)形空間以及油管的內(nèi)部向下泵送流體。
圖5表示了本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中采用了撓性管作為布置裝置，并且過度的摩擦無太大的影響，以及在作業(yè)時(shí)不泵送支撐劑或者不考慮支撐劑的使用。圖5表示了采用撓性管106來懸掛BHA和BHA元件。在該實(shí)施例中，按序從較淺的井筒位置到較深的井筒位置對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理。在該實(shí)施例中，如圖5所示，循環(huán)口114設(shè)置在可膨脹且可重置的封隔器120下方，使得處理液能夠沿?fù)闲怨?06的內(nèi)部向下泵送，并從循環(huán)口114流出，并受正壓力而進(jìn)入目標(biāo)射孔。作為顯示那些操作的示意圖，圖5表示出可膨脹且可重置的封隔器120已經(jīng)被啟動(dòng)并設(shè)置在射孔241下方，所述射孔241對(duì)應(yīng)于先前的液壓壓裂區(qū)域242。可膨脹且可重置的封隔器120形成了流體隔離，使得當(dāng)后續(xù)的處理液沿?fù)闲怨?06向下泵送時(shí)，處理液被迫進(jìn)入先前設(shè)置的射孔230和231中并形成新的液力壓裂裂縫232。接著，為了形成所需數(shù)量的地層區(qū)域和層段，適當(dāng)?shù)乩^續(xù)進(jìn)行并重復(fù)這種操作。
圖6表示了本發(fā)明的第三實(shí)施例，其中采用了撓性管作為布置裝置，并且過度的摩擦無太大影響，以及在作業(yè)時(shí)不泵送支撐劑或者支撐劑的使用無太大影響。圖6表示了采用撓性管106來懸掛BHA和BHA元件。在該實(shí)施例中，能以任意的順序?qū)Ω鱾€(gè)區(qū)域進(jìn)行處理。在該實(shí)施例中，如圖6所示，采用了一個(gè)跨式雙封隔器的可膨脹密封裝置125作為可重置的密封裝置，并且將循環(huán)口114設(shè)置在上部可膨脹密封元件121和下部可膨脹密封元件123之間。當(dāng)上部可膨脹密封元件121和下部可膨脹密封元件123啟動(dòng)后，處理液能夠沿?fù)闲怨?06的內(nèi)部向下泵送并從循環(huán)口114流出，然后受正壓力而進(jìn)入目標(biāo)射孔。作為顯示那些操作的示意圖，圖6表示出上部可膨脹密封元件121和下部可膨脹密封元件123已經(jīng)被啟動(dòng)并設(shè)置成跨過射孔241，所述射孔241對(duì)應(yīng)于將要被壓裂的下一區(qū)域。可膨脹且可重置的封隔器120提供了流體隔離，使得當(dāng)后續(xù)的處理液沿?fù)闲怨?06向下泵送時(shí)，處理液被迫進(jìn)入先前設(shè)置的射孔240和241中并建立新的液力壓裂裂縫242。接著，為了形成所需數(shù)量的地層區(qū)域和層段，適當(dāng)?shù)乩^續(xù)進(jìn)行并重復(fù)這種操作。
圖7表示了本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中采用了電纜102作為布置裝置來懸掛BHA和BHA元件。在該實(shí)施例中，按序從較深的井筒位置到較淺的井筒位置對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理。在該實(shí)施例中，如圖7所示，可將處理液沿電纜102和生產(chǎn)套管壁82之間的環(huán)形空間向下泵送，并使處理液受正壓力而進(jìn)入目標(biāo)射孔。在該實(shí)施例中，可膨脹且可重置的封隔器120還包括一個(gè)內(nèi)部電動(dòng)泵系統(tǒng)117，它由通過電纜傳輸?shù)骄碌碾娏︱?qū)動(dòng)，以使用井筒流體而使可膨脹且可重置的封隔器120膨脹或收縮。圖7表示出可膨脹且可重置的封隔器120已經(jīng)被啟動(dòng)并設(shè)置在射孔241的下方，所述射孔241對(duì)應(yīng)于將要被壓裂的下一區(qū)域?？膳蛎浨铱芍刂玫姆飧羝?20提供了流體隔離，使得當(dāng)后續(xù)的處理液沿電纜102和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間向下泵送時(shí)，處理液被迫進(jìn)入射孔240和241中并建立新的液力壓裂裂縫242。接著，為了形成所需數(shù)量的地層區(qū)域和層段，適當(dāng)?shù)乩^續(xù)進(jìn)行并重復(fù)這種操作。
本發(fā)明的第五實(shí)施例包括附加的油管柱或線纜的布置系統(tǒng)，后文稱為在撓性管(或接頭連接的油管)的內(nèi)部和/或外部控制管纜。如圖8A和8B所示，圖示的控制管纜104設(shè)置在撓性管106的內(nèi)部。在該實(shí)施例中，控制管纜104與可重置的密封裝置120相連，并且在該實(shí)施例中，可重置的密封裝置120由通過控制管纜104傳遞的流體壓力而啟動(dòng)。通常，可在撓性管的內(nèi)部和/或撓性管和生產(chǎn)套管之間的環(huán)形空間中布置多個(gè)控制管纜。通常，可使用控制管纜進(jìn)行多種不同的操作，包括但不限于以下操作提供(a)液體連通以操縱各BHA元件，這些元件包括但不局限于密封裝置和/或射孔裝置；(b)用于向井底注入附加流體或者使附加流體循環(huán)的液流管道；(c)用于從井下測量裝置獲得數(shù)據(jù)。應(yīng)該注意到，如圖8A所示，BHA還包括扶正器201、203和205，它們用于當(dāng)BHA元件處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，保持BHA在井筒中居中。
控制管纜的使用使得可以獨(dú)立于撓性管中的流體壓力條件而使可重置的機(jī)械密封裝置進(jìn)行液壓地嚙合和/或脫離嚙合。這就使得該方法擴(kuò)展到可采用那種為了操作而需要獨(dú)立液壓操縱的可重置的機(jī)械密封裝置。需要液壓壓力來選擇性發(fā)射的射孔裝置可通過控制管纜而啟動(dòng)。這可以使電纜—如果在撓性管和BHA中設(shè)置了電纜—被用作傳輸電信號(hào)的附加通道，就象獲取井底工具組合上的測量儀器的數(shù)據(jù)時(shí)所需要的；或者用作啟動(dòng)其他的BHA元件，例如，啟動(dòng)為BHA元件提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力/扭矩的井下電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。作為替換形式，控制管纜還可用于操縱那些用來啟動(dòng)不同井底元件的液壓馬達(dá)(例如，用于使可重置的密封裝置嚙合或者脫離嚙合的液壓馬達(dá))。
采用控制管纜還可以提供向井下的多個(gè)期望位置以精確控制方式注入或循環(huán)任何流體的能力。例如，為了在流體支撐劑壓裂處理期間減少沉淀附著在密封裝置上的支撐劑，控制管纜可被布置并用于提供獨(dú)立的連續(xù)或間歇清洗和環(huán)流操作，以防止支撐劑聚集在密封裝置上。例如，一個(gè)控制管纜可下到可重置的機(jī)械密封裝置的正上方，同時(shí)用另一控制管纜可下到可重置的機(jī)械密封裝置的正下方。這樣，象期望的那樣，流體(例如氮)能被環(huán)流到井下的上述任一個(gè)或兩個(gè)位置上，以從環(huán)繞密封裝置的區(qū)域上清洗掉支撐劑，從而減少由于支撐劑聚集而使BHA卡住的可能性。在流體循環(huán)的情況下，應(yīng)該注意到，控制管纜的尺寸和流體應(yīng)經(jīng)過選擇，以保證獲得期望的速率，并且不會(huì)意外地受到控制管纜內(nèi)的摩擦壓力的限制。
除了將由油管柱構(gòu)成并在井下提供液體連通的控制管纜作為啟動(dòng)BHA元件的信號(hào)裝置(或者可作為用于對(duì)井下儀器進(jìn)行地面記錄的信號(hào)傳輸裝置)以外，通常，可在井筒中設(shè)置一條或多條電纜或光纖線纜，以作為啟動(dòng)BHA元件的信號(hào)裝置(或者可作為用于對(duì)井下儀器進(jìn)行地面記錄的信號(hào)傳輸裝置)在井下提供電連通或光電連通。
圖9表示了本發(fā)明的第六實(shí)施例，其中設(shè)置了一個(gè)安裝在BHA上的牽引系統(tǒng)，它由上部牽引驅(qū)動(dòng)裝置131和下部牽引驅(qū)動(dòng)裝置133構(gòu)成，用于將BHA布置和定位在井筒中。在該實(shí)施例中，按序從較深的井筒位置到較淺的井筒位置對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理。在該實(shí)施例中，BHA還包括一個(gè)內(nèi)部電動(dòng)泵系統(tǒng)117，它由通過電纜102傳輸?shù)骄碌碾娏︱?qū)動(dòng)，以通過使用井筒流體而使可膨脹且可重置的封隔器120膨脹或收縮。在該實(shí)施例中，處理液沿電纜102和生產(chǎn)套管壁82之間的環(huán)形空間被向下泵送，并受正壓力而進(jìn)入目標(biāo)射孔。圖9表示出可膨脹且可重置的封隔器120已經(jīng)被啟動(dòng)并設(shè)置在射孔241的下方，所述射孔241對(duì)應(yīng)于將要被壓裂的下一區(qū)域?？膳蛎浨铱芍刂玫姆飧羝?20提供了流體隔離，使得當(dāng)處理液隨后沿電纜102和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間被向下泵送時(shí)，處理液被迫進(jìn)入射孔240和241中并建立新的液力壓裂裂縫242。接著，為了形成所需數(shù)量的地層區(qū)域和層段，適當(dāng)?shù)乩^續(xù)進(jìn)行并重復(fù)這種操作。
作為第六實(shí)施例的替換形式，牽引系統(tǒng)可以是自驅(qū)動(dòng)的，并由板載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，并且能夠攜帶板載信號(hào)系統(tǒng)，使得不需要為了定位、控制和/或啟動(dòng)牽引系統(tǒng)而安裝線纜或管道。另外，不同的BHA元件也可由板載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，并攜帶板載信號(hào)系統(tǒng)，使得不需要為了控制和/或啟動(dòng)這些元件而安裝線纜或油管。例如，牽引系統(tǒng)和/或BHA元件能夠攜帶板載動(dòng)力源(例如電池)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸/接收系統(tǒng)，使得牽引裝置和BHA元件既能夠通過遠(yuǎn)程信號(hào)裝置從地面受到遙控，或者作為替換形式，也能夠在地面對(duì)不同的板載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)編程，以當(dāng)布置到井筒中時(shí)執(zhí)行所需順序的操作。
在本發(fā)明的第七實(shí)施例中，采用了研磨(或腐蝕性)流體射流作為井筒的射孔裝置。研磨(或腐蝕性)流體射流是石油工業(yè)中常用的方法，用于對(duì)井下油管柱和其他井筒和井口元件進(jìn)行切割和射孔。采用撓性管或接頭連接油管作為BHA懸掛裝置能夠提供研磨流體噴射切割技術(shù)所用的液流管道。為了與此相適應(yīng)，BHA構(gòu)造成具有一個(gè)噴射工具的形式。該噴射工具使得高壓高速的研磨(或腐蝕性)流體系統(tǒng)或者泥漿能夠通過油管以及噴嘴而泵送到井底。研磨(或腐蝕性)流體切穿生產(chǎn)套管壁、水泥環(huán)并穿透地層以形成與地層相通的液流通道。在增產(chǎn)作業(yè)過程中，使用這種噴射工具能在整個(gè)層段中設(shè)置出任意分布的孔和裂縫。通常，研磨(或腐蝕性)流體切割和射孔操作能夠很容易地在下述條件下實(shí)施，即在寬范圍的泵送條件下、采用寬范圍的流體系統(tǒng)(水，凝膠體，油，液體/氣體組合的流體系統(tǒng))，以及如果在特定的井筒射孔應(yīng)用中需要使用固體研磨材料，則可以采用多種固體研磨材料(砂子，陶瓷材料等)。
噴射工具代替了前面六個(gè)實(shí)施例所述的傳統(tǒng)選擇性發(fā)射射孔槍系統(tǒng)，由于這種噴射工具的長度可為1英尺到4英尺的范圍內(nèi)，所以當(dāng)與采用傳統(tǒng)的選擇性發(fā)射射孔槍裝置作為射孔裝置時(shí)相比時(shí)，對(duì)地面防噴管系統(tǒng)的高度要求被大大降低了(可能最多降低了60英尺或降低更多)。降低了對(duì)地面防噴管系統(tǒng)的高度要求能夠提供包括降低費(fèi)用和操作時(shí)間的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
圖10詳細(xì)表示了本發(fā)明的第七實(shí)施例，其中采用了噴射工具310作為射孔裝置并用連接的油管302將BHA懸掛在井筒中。在該實(shí)施例中，將一個(gè)機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316用作可重置的密封裝置；用一個(gè)機(jī)械式套管接箍定位器318進(jìn)行BHA的深度控制和定位；用一個(gè)單向全開的活瓣式止回閥接頭304來保證流體不會(huì)沿連接的油管302向上流；一個(gè)組合的剪切釋放打撈頸接頭306用作安全釋放裝置；還采用了循環(huán)/均衡口接頭308，以提供一種流體循環(huán)的方法以及在一定的情形下的在機(jī)械壓縮形變的可重置的封隔器316的上方和下方的壓力平衡；還采用了一個(gè)單向球座止回閥接頭314，以保證流體僅能從機(jī)械壓縮形變的可重置的封隔器316下方向上流到循環(huán)/均衡口接頭308。
噴射工具310包含射流口312，該射流口312用于對(duì)被沿連接的油管302向下泵送的研磨流體加速和導(dǎo)向，使研磨流體噴射直接沖擊到生產(chǎn)套管82上。在這種結(jié)構(gòu)中，機(jī)械套管接箍定位器318經(jīng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)而連接在機(jī)械壓縮形變的可重置的封隔器316上，以允許液流能夠從機(jī)械壓縮形變的可重置的封隔器316的下方向上流動(dòng)到循環(huán)/均衡口接頭308。與循環(huán)/均衡口接頭308中包含的液流導(dǎo)管對(duì)應(yīng)的過水?dāng)嗝娣e的尺寸制造成比與射流口312對(duì)應(yīng)的過水?dāng)嗝娣e大許多的過水?dāng)嗝娣e，使得當(dāng)循環(huán)/均衡口接頭308處于打開狀態(tài)時(shí)，連接油管302或BHA中的液流主體優(yōu)先地流動(dòng)通過循環(huán)/均衡口接頭308而不是射流口312。循環(huán)/均衡口接頭308是通過連接管302的上下軸向移動(dòng)而被打開和關(guān)閉的。
在該實(shí)施例中，連接油管302最好與機(jī)械壓縮形變的可重置的封隔器316一起使用，這是因?yàn)闄C(jī)械壓縮形變的可重置的封隔器316能夠通過連接油管302施加的垂直運(yùn)動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)來很容易地被啟動(dòng)或者退動(dòng)。借助于作為將連接油管302連接、安裝在井筒中以及從井筒中取出的地面裝置的動(dòng)力旋轉(zhuǎn)裝置，使用完井設(shè)備輔助的不壓井起下作業(yè)裝置，通過連接油管302垂直運(yùn)動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)被施加。應(yīng)該注意到，對(duì)于在壓力下將連接油管302連接、安裝在井筒中以及從井筒中拆除來說，與采用帶有動(dòng)力旋轉(zhuǎn)裝置的完井設(shè)備輔助的不壓井起下作業(yè)裝置相應(yīng)的地面設(shè)備、方法和工藝是普通的并為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。作為替換形式，采用借助于動(dòng)力旋轉(zhuǎn)裝置的完井鉆架以及拆除頭來代替不壓井起下作業(yè)裝置，也能夠?qū)崿F(xiàn)在壓力下將連接油管連接、安裝在井筒中以及從井筒中拆除；同樣，為了在壓力下將連接油管連接、安裝在井筒中以及從井筒中拆除而進(jìn)行的上述操作也是普通的并為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。還應(yīng)該理解到，地面鉆架和管路配置可包括適當(dāng)?shù)目偣?、管道和閥以便調(diào)節(jié)液流流進(jìn)、流出所有適當(dāng)?shù)牡孛嬖?設(shè)施和井筒以及在它們之間流動(dòng)，這里適當(dāng)?shù)牡孛嬖?設(shè)施和井筒包括但不局限于連接的油管、連接油管和生產(chǎn)套管之間的環(huán)形空間、泵、流體儲(chǔ)存罐和回流池。
由于機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器通過連接油管302的垂直運(yùn)動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)而被啟動(dòng)，所以流體能夠沿連接油管302被向下泵送而無需附加的控制閥和/或隔離閥，如果可膨脹的封隔器被用作可重置的密封裝置時(shí)是需要添加上述閥的。以這種方式使用連接油管302的內(nèi)部，使其提供在地面和噴射工具310之間的獨(dú)立的液流導(dǎo)管，使得研磨流體能被沿連接油管302向下泵送到噴射工具310中。位于噴射工具310上的射流口312，則提供了高速的研磨噴射液流，該液流被引導(dǎo)對(duì)生產(chǎn)套管82和水泥環(huán)84射孔以建立與地層86的液體連通。
圖10表示了已經(jīng)使用噴射工具310制成了射孔320并使射孔320穿過需要的第一地層層段，并且需要的第一地層層段已經(jīng)被增產(chǎn)處理液力并具有了液壓壓裂裂縫322。圖10還表示了噴射工具310于井筒內(nèi)已經(jīng)被重新定位，并被用來在需要的第二地層層段設(shè)置射孔324，并且機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316已被啟動(dòng)，以便在用多級(jí)液壓支撐劑壓裂處理的第二級(jí)對(duì)射孔進(jìn)行增產(chǎn)處理操作之前在井筒中形成液體密封。
應(yīng)該注意到，射流口312可位于機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316的大約6英寸到1英尺范圍內(nèi)的位置，使得在泵送了第二支撐劑壓裂級(jí)流體之后，如果積聚在機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316頂部的支撐劑產(chǎn)生影響，能根據(jù)需要將非研磨和非腐蝕性的流體沿連接油管302向下泵送并通過射流口312和/或循環(huán)/均衡口接頭308，以將支撐劑從機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316頂部清除。另外，通過使用可用地面動(dòng)力旋轉(zhuǎn)裝置來轉(zhuǎn)動(dòng)的連接油管302，噴射工具310可以被旋轉(zhuǎn)(當(dāng)機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316未被啟動(dòng)時(shí))，從而進(jìn)一步幫助清除機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316上可能產(chǎn)生的支撐劑積聚物。由于采用了流體噴射來制出射孔，就不會(huì)形成射孔毛刺。由于沒有射孔毛刺，就不會(huì)使機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316上的彈性體受到額外磨損，從而與射孔毛刺可能存在的情況相比，延長了機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316的壽命。
還應(yīng)該注意到，由單向球座止回閥接頭314和單向全開的活瓣式止回閥接頭304提供的流體控制，僅提供當(dāng)機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316下方的壓力大于機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316上方的壓力時(shí)的機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316上方和下方的壓力相等。當(dāng)機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316上方的壓力大于機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316下方的壓力時(shí)，機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器316上方的壓力可通過下述方法被容易地降低采用連接油管302和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間實(shí)現(xiàn)剛剛被增產(chǎn)處理的區(qū)域的受控的流體回流操作；或者通過使低密度的流體(例如氮)沿連接油管302向下流并沿連接油管302和生產(chǎn)套管82之間的環(huán)形空間向上流動(dòng)這種循環(huán)而降低上述壓力。
單向全開的活瓣式止回閥接頭304是優(yōu)選的，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)適于將研磨(或腐蝕性)流體不受限制地泵送到井底，并且還允許控制球通過，根據(jù)各個(gè)BHA元件的具體特定設(shè)計(jì)，這些控制球可能從地面上墜落以控制各個(gè)BHA元件的水力特性以及流體流動(dòng)，或者提供BHA的安全釋放。根據(jù)特定工具的設(shè)計(jì)，可以布置多種不同的閥結(jié)構(gòu)以提供由本實(shí)施例所述流動(dòng)控制閥提供的功能。
作為該第七實(shí)施例的替換形式，可包括帶有能夠懸掛并保持其他測量裝置或BHA元件的接套的接頭。例如，該接套可以保持一個(gè)傳統(tǒng)的套管接箍定位器和伽瑪射線工具，所述伽瑪射線工具通過電纜被布置并坐于接套上，以進(jìn)行對(duì)BHA位置以及感興趣的地層層段位置的額外診斷分析。另外，可以布置多個(gè)研磨噴射工具作為BHA的部件，從而控制射孔切割特性，例如孔/狹縫的尺寸、切割速率，以適應(yīng)多種研磨材料，和/或在過早的元件失效情況下提供備用系統(tǒng)。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可采用很多不同的元件作為井底工具組合的一部分。井底工具組合可構(gòu)造成包含測量儲(chǔ)層、流體和油井特性的儀器，這些測量被認(rèn)為在特定的應(yīng)用場合可能會(huì)需要。例如，可設(shè)置溫度和壓力計(jì)來測量處理期間的井下流體溫度和壓力條件；采用密度計(jì)來測量有效的井下流體密度(在液壓支撐劑壓裂處理過程中，為了確定井底的支撐劑分布和位置，流體密度測量是非常有用的)；和采用放射性檢測系統(tǒng)(例如伽瑪射線或中子測量系統(tǒng))來定位含烴區(qū)域或者鑒別或確定油井或地層中的放射性材料的位置。
根據(jù)特定的井底工具組合元件以及射孔裝置是否形成了可能損壞密封裝置的帶毛刺的射孔，井底工具組合可以構(gòu)造成帶有“射孔毛刺去除”工具的形式，該工具能夠從套管壁上刮除射孔毛刺。
根據(jù)特定的井底工具組合元件以及當(dāng)該井底工具組合在移動(dòng)時(shí)與套管壁接觸的情況下是否形成了井底工具組合元件的過度磨損，可在井底工具組合上布置扶正器接頭以使該工具組合形成可靠的機(jī)械定位，并防止由于該工具組合移動(dòng)時(shí)與套管壁接觸而產(chǎn)生的損壞或?qū)⑦@種可能性減至最小。
根據(jù)特定的井底工具組合元件以及當(dāng)發(fā)射時(shí)射孔彈是否形成了強(qiáng)烈的沖擊波并產(chǎn)生意外的過度振動(dòng)，井底工具組合可以構(gòu)造成帶有振動(dòng)/沖擊阻尼接頭的形式，該阻尼接頭能夠消除任何由于射孔彈爆炸而產(chǎn)生的對(duì)系統(tǒng)性能負(fù)面影響或?qū)⑵錅p至最小。
根據(jù)采用的布置系統(tǒng)以及特定作業(yè)的目的，射孔裝置和任何其他需要的BHA元件也可定位到可重置的密封裝置的上方或下方并且以任意所需的互相相對(duì)順序來布置。不管是電纜、電線、撓性管、傳統(tǒng)的連接油管還是井底牽引裝置，布置系統(tǒng)本身都可被用來傳遞信號(hào)，以啟動(dòng)密封裝置和/或射孔裝置。還可以在用于懸掛密封和射孔裝置本身的傳統(tǒng)連接油管或撓性管中懸掛這種信號(hào)裝置。作為替換形式，信號(hào)裝置、不管它是電子的、液力的或其他裝置，都能夠在油井中移動(dòng)，并位于懸掛裝置的外部，或者容納在一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的撓性管管柱或傳統(tǒng)的連接油管柱內(nèi)，或者由這些管柱構(gòu)成。
相對(duì)于在深于8,000英尺的油井中采用高粘度流體系統(tǒng)進(jìn)行處理來說，可從本新發(fā)明的應(yīng)用中立即獲得多個(gè)主要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。摩擦壓力限制的降低使得能夠?qū)Ω畹木M(jìn)行處理，并減少了對(duì)特定壓裂流體配方的要求。能夠降低或消除摩擦壓力限制是因?yàn)楦哒扯鹊牧黧w能夠沿?fù)闲怨芑蚱渌麘覓煅b置和生產(chǎn)套管之間的-環(huán)形空間向下泵送。由于通過將高粘度的流體系統(tǒng)沿?fù)闲怨艿膬?nèi)部向下泵送而能夠降低或消除摩擦壓力限制，所以實(shí)施這種技術(shù)的油井能夠很大程度地增加深度。例如，假設(shè)將1-1/2英寸的撓性管設(shè)置到外徑為5-1/2英寸、每英尺17磅的套管中，有效的過水?dāng)嗝娣e大約與5英寸外徑的套管柱相當(dāng)。使用這種有效的過水?dāng)嗝娣e，可處理20,000英尺或更長的井深，并能夠?yàn)橛行У剡M(jìn)行支撐劑輸送以及采用高粘度流體進(jìn)行液力壓裂取得更高的泵送速率(例如，在每分鐘10到30桶(10 to30-barrels-per-minute)的范圍內(nèi)或更多)。
由于環(huán)形空間通常具有更大的等效過水?dāng)嗝娣e，所以可采用傳統(tǒng)的壓裂流體，這與為了降低通過撓性管的摩擦壓力降而采用的特定低粘度流體(例如Dowell-Schlumberger的C1earFracTM流體)相反。采用傳統(tǒng)的壓裂液技術(shù)就可以處理高于250°F的溫度的地層，如果高于該溫度，則現(xiàn)有可應(yīng)用的昂貴的特定壓裂流體就可能開始降解。
這里使用的密封裝置可以是可膨脹的裝置、機(jī)械式壓縮形變的可重置的封隔器、機(jī)械式壓縮形變的跨式雙封隔器、杯形密封裝置或任何可通過懸掛裝置布置并提供可重置的液體密封性能或等效功能的其他可替代的裝置。存在的可膨脹的裝置和壓縮形變的裝置都在密封部分和套管壁之間提供徑向間隙(如，對(duì)于可膨脹的裝置，間隙大小為0.25英寸到1英寸，或者對(duì)于壓縮形變的裝置，間隙大小為0.1-0.2英寸)，致使密封部分的磨損明顯減少或者完全被消除。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在不啟動(dòng)狀態(tài)下的密封裝置和套管壁之間有足夠的間隙，使得工具能夠快速地移動(dòng)下入井筒或從井筒中移動(dòng)移出，而不會(huì)明顯地?fù)p壞密封裝置，或者不會(huì)產(chǎn)生與由于工具移動(dòng)而形成的對(duì)油井的波動(dòng)/擦洗相關(guān)的壓力控制問題。密封表面和套管壁之間增大的空隙(當(dāng)密封件未啟動(dòng)時(shí))還將使起出或下入井筒的撓性管/BHA的速度比現(xiàn)有的撓性管系統(tǒng)的速度快很多。另外，為了減少可能產(chǎn)生的、且并不期望的密封件磨損，在優(yōu)選實(shí)施例中，射孔裝置將適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)對(duì)套管壁進(jìn)行的射孔，從而獲得具有相對(duì)平滑邊緣的射孔。作為替換形式，機(jī)械可重置的密封裝置可不必提供完美的液體密封效果，例如，可以在裝置的周圍保持小的間隙。這一小間隙的尺寸可以被加工成提供一種密封裝置，(如果需要)從而使支撐劑跨過小間隙，并且提供一種密封，(如果需要)該密封可在流體循環(huán)作用下被去除。另外，根據(jù)特定的應(yīng)用，還可以用更為經(jīng)濟(jì)可行的方式實(shí)施該增產(chǎn)作業(yè)，即使因?yàn)槭褂脵C(jī)械可重置的密封裝置不能取得完美的液體密封。
由于射孔裝置與可重置的密封裝置同時(shí)布置，所以可用相同的測量標(biāo)準(zhǔn)在相同的時(shí)間對(duì)所有的元件進(jìn)行深度控制。這就消除了現(xiàn)有的方法的深度控制問題，在現(xiàn)有的方法中用兩種不同的測量系統(tǒng)在不同的時(shí)間以及不同的下井作業(yè)中來進(jìn)行射孔操作和增產(chǎn)操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生深度控制問題。通過使用套管接箍定位器，能夠獲得非常精確的深度控制，套管接箍定位器是深度控制的優(yōu)旋的方法。
各個(gè)射孔目標(biāo)層段的每一層段的總高是不受限制的。這與現(xiàn)有的采用跨式雙封隔器狀的裝置的撓性管布置系統(tǒng)所存在的問題是相反的，因?yàn)槟欠N跨式雙封隔器狀的裝置的應(yīng)用范圍限制在15-30英尺高的射孔層段。
由于無需采用永久的橋塞，所以消減了與橋塞鉆碎操作相關(guān)聯(lián)的增加費(fèi)用以及井筒風(fēng)險(xiǎn)。
如果用撓性管系統(tǒng)作為布置裝置，則用于增產(chǎn)作業(yè)的撓性管管柱就可以懸掛在井口并用作生產(chǎn)油管管柱，由于不必將設(shè)備移動(dòng)到井位來安裝由連接的油管構(gòu)成的傳統(tǒng)生產(chǎn)油管管柱，就明顯地節(jié)約了費(fèi)用。
對(duì)要處理的區(qū)域的順序進(jìn)行控制，就可以根據(jù)每一單獨(dú)區(qū)域的特性對(duì)各個(gè)處理級(jí)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。另外，通過僅將一組開放的射孔暴露在每一處理級(jí)上，所以消除了由于同時(shí)處理多個(gè)區(qū)域所產(chǎn)生的亞優(yōu)化(sub-optimal)增產(chǎn)處理的可能性。例如，在液力壓裂情況下，本發(fā)明可減少酸化頂替液進(jìn)入裂縫或支撐劑在裂縫中的亞優(yōu)化分布的可能性。另外，如果發(fā)生了使處理必須終止的問題，井身上部區(qū)域沒有受到影響，因?yàn)檫@些區(qū)域還沒被射孔。這與傳統(tǒng)的封堵球或撓性管增產(chǎn)方法是相反的，在那些方法中，所有的射孔都必須在作業(yè)之前射好。如果傳統(tǒng)的撓性管作業(yè)失敗了，就可能在很長的完井層段上很難有效地進(jìn)行導(dǎo)流作業(yè)和增產(chǎn)處理。另外，如果在密封元件上僅有一組射孔打開，流體也能夠循環(huán)，而不會(huì)擊破頂部密封元件上方的其他多組打開的射孔，而這種擊破現(xiàn)象在傳統(tǒng)的撓性管作業(yè)中就可能發(fā)生。這就減少或消除了當(dāng)井底循環(huán)壓力超過地層孔隙壓力的時(shí)候的流體損失和對(duì)地層的損壞。
全部的處理液都可以在單獨(dú)的一次井下作業(yè)中被泵送，這就比其他技術(shù)明顯節(jié)約了費(fèi)用，在其他技術(shù)中，需要多次電纜或設(shè)備安裝工作以在各處理級(jí)之間往油井中下入和從其中取出工具。
本發(fā)明也可應(yīng)用于斜井和水平井的多級(jí)處理。通常，在斜井和水平井中，其他傳統(tǒng)的導(dǎo)流技術(shù)難度都很大，這是由通常對(duì)應(yīng)于斜井和水平井的長層段上的導(dǎo)流材料的流體傳輸特性所決定的。
如果在壓裂處理過程產(chǎn)生了濾砂現(xiàn)象，則本發(fā)明提供了一種方法，使得環(huán)形空間中的含砂流體立即被循環(huán)流出井筒，從而使增產(chǎn)操作可重新開始，而不必將撓性管/BHA取出井筒。撓性管系統(tǒng)的使用提供了一種能夠在射孔之后或者增產(chǎn)操作過程中測量井底壓力的裝置，這一壓力是根據(jù)在關(guān)閉(或低流動(dòng)速率)條件下的與撓性管管柱相關(guān)的壓力計(jì)算值得出的。
如果將撓性管或傳統(tǒng)的連接油管系統(tǒng)用作布置裝置，則提供了一種獨(dú)立于注入環(huán)形空間的流體的井底流體注入裝置。這是非常有用的，例如，還可應(yīng)用于以下用途(a)通過以額定速率將流體泵送到井底而清潔密封裝置和液流口，從而保持BHA密封裝置和液流口清潔而無支撐劑聚集(這種聚集可能會(huì)導(dǎo)致工具卡住)；(b)井底混合用途(下面將進(jìn)一步討論)；(c)在射孔期間向井底滴酸以幫助清潔射孔以及幫助與地層的連通；(d)獨(dú)立地對(duì)通過可重置的密封裝置相互隔開的兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行增產(chǎn)處理。由此，如果將油管用作布置裝置，根據(jù)需要的特定操作以及特定的井底工具組合元件，可在任何時(shí)間內(nèi)將流體循環(huán)到井底；或者僅在密封元件啟動(dòng)后，或僅當(dāng)密封元件未啟動(dòng)時(shí)；或者在均衡口打開或關(guān)閉時(shí)。根據(jù)特定的井底工具組合元件和井底液流控制閥的特殊設(shè)計(jì)，例如就像被用作均衡口接頭、循環(huán)口接頭或液流口接頭的一體的元件，井底液流控制閥的操縱可由電纜啟動(dòng)、液壓啟動(dòng)、液流啟動(dòng)、“J形鎖銷”啟動(dòng)、滑套啟動(dòng)，或者由在井底液流控制閥的操作和啟動(dòng)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的任何其他裝置啟動(dòng)。
撓性管系統(tǒng)還允許各個(gè)處理級(jí)中的液流在控制下回流，以幫助清潔并幫助壓裂裂縫封閉。回流可通過沿?fù)闲怨芎蜕a(chǎn)套管之間的環(huán)形空間向上流而實(shí)現(xiàn)，或者作為替換形式，如果不認(rèn)為過量的支撐劑回流是問題的話，回流也可通過沿?fù)闲怨芄苤蛏狭鱽韺?shí)現(xiàn)。
射孔裝置可由市場上供應(yīng)的射孔系統(tǒng)構(gòu)成。這些槍系統(tǒng)可包括這里稱之為“選擇性發(fā)射”的系統(tǒng)，使得單一的射孔槍裝置由多個(gè)或多組射孔彈構(gòu)成。每個(gè)由一個(gè)或多個(gè)射孔彈組成的組都能采用電、無線電、壓力、光纖或其他啟動(dòng)信號(hào)從地面受到遙控并發(fā)射。每一組射孔彈(彈數(shù)量、每英尺射點(diǎn)數(shù)、孔的尺寸、穿透特性)都能設(shè)計(jì)以取得對(duì)欲被各級(jí)處理的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行的優(yōu)化射孔。根據(jù)現(xiàn)有的選擇性發(fā)射槍技術(shù)，商業(yè)上可供槍系統(tǒng)能夠在單獨(dú)的一次井下作業(yè)中依次處理30至40個(gè)要被射孔的層段。還可將槍預(yù)先加工和設(shè)計(jì)成能夠?qū)Χ嘟M射孔發(fā)射的形式。槍可以位于井底工具組合上的任一位置，包括位于機(jī)械可重置的密封裝置的上方和下方的位置。
可根據(jù)儲(chǔ)層特性、處理操作設(shè)計(jì)考慮因素或者設(shè)備的限制對(duì)層段進(jìn)行分組處理。在每一組層段(最好是5到大約20)之后，在作業(yè)日的結(jié)尾(通常由光照條件確定)，或者在碰到很難密封一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的情況下，最好采用橋塞或者其他機(jī)械裝置來將已經(jīng)處理的層段組與下一要處理的層段組隔離。可以將一個(gè)或多個(gè)選擇性發(fā)射設(shè)置的橋塞或者壓裂擋板與井底工具組合一起下入，并且在完井操作過程中按需要將其設(shè)置以在已射孔的層段之間提供可靠的機(jī)械式隔離，并消除下入單獨(dú)的電纜來在成組的壓裂級(jí)之間設(shè)置機(jī)械式隔離設(shè)備或?qū)Я鹘橘|(zhì)的需要。
通常，使用現(xiàn)有的商業(yè)上可供的射孔槍系統(tǒng)和機(jī)械可重置的密封裝置，本發(fā)明方法可以很容易地用于4-1/2英寸直徑到7英寸直徑的生產(chǎn)套管。通過使用為更小或更大的套管適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)的機(jī)械可重置的密封裝置，本發(fā)明方法還可用于更小或更大的套管。
如果使用了選擇性發(fā)射的射孔槍，則每一單獨(dú)的槍的長度可為2至8英尺，并且包含8至20個(gè)沿著槍管設(shè)置的射孔彈，這些彈的點(diǎn)密度范圍是在每英尺1和6點(diǎn)之間，但是最好是每英尺2至4點(diǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，15至20個(gè)單獨(dú)的槍可以一個(gè)在另一個(gè)上面的方式疊放，使得組合后的槍系統(tǒng)的總長最好小于大約80至100英尺。這種總長的槍可通過很容易準(zhǔn)備的地面起重機(jī)和防噴管系統(tǒng)而下到井筒中。也可以使用更長的槍，但是根據(jù)構(gòu)成整個(gè)射孔裝置的槍的總數(shù)，可能需要附加的或者特別的地面設(shè)備。應(yīng)該注意到，在某些獨(dú)特的應(yīng)用場合，槍的長度、每支槍的彈數(shù)以及射點(diǎn)密度可以大于或者小于上述數(shù)值，這是因?yàn)樽罱K的射孔裝置設(shè)計(jì)將受到欲被增產(chǎn)處理的井筒中的特定地層特性的影響。
為了減小槍系統(tǒng)和BHA的總長，理想的是采用多個(gè)(兩個(gè)或更多)彈裝載器，這些裝載器均勻分布在撓性管周圍并捆綁、焊接或者以其他方式安裝在撓性管上，或者連接到機(jī)械可重置的密封裝置的下方。例如，如果需要增產(chǎn)處理30個(gè)區(qū)域，其中每一區(qū)域都用一個(gè)4英尺的槍射孔，則單一的槍裝置將會(huì)形成大約150英尺的總長，這在地面上是不可操縱的。作為替換形式，可采用位于撓性管上的相互面對(duì)的兩個(gè)槍裝置，其中每一槍裝置包含15支槍，總長度約為75英尺，這就能用現(xiàn)有防噴管和起重機(jī)系統(tǒng)在地面上很容易地進(jìn)行操作。
射孔槍的其他替代布置方案可以是將一支或多支槍定位在可重置的機(jī)械密封裝置的上方?？梢詫芍Щ蚋嗟莫?dú)立槍裝置以下述方式安裝，即，使彈的取向背離井底工具組合或撓性管上的元件。還可以形成單一的裝置，該裝置帶有以更大密度加載的彈和發(fā)射裝置，發(fā)射裝置被設(shè)計(jì)為在給定的層段內(nèi)僅使一個(gè)子組的彈同時(shí)發(fā)射，有可能該一次發(fā)射的所有的彈都在一個(gè)給定的相位方向上。
盡管在該實(shí)施例中描述的射孔裝置采用了遙控發(fā)射的射孔彈或者流體噴射方式而在套筒和水泥環(huán)上射孔，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)在井筒和周圍地層之間建立流通路徑的目的，也可以采用替換形式的射孔裝置，包括但不局限于以下方式化學(xué)溶解或者采用鉆/磨銑切割裝置。對(duì)于本發(fā)明的目的，使用的術(shù)語“射孔裝置”廣義上包括上述所有的，以及任何為了觸發(fā)射孔彈而懸掛在井筒中的啟動(dòng)觸發(fā)裝置，或者是可能由井底工具組合外部的套管或其他裝置傳輸?shù)?、或者由用于支撐井底工具組合的懸掛方法懸掛的其他射孔裝置。
BHA可包含井底馬達(dá)或者其他裝置以形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)/扭矩，從而滿足需要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)/扭矩才能啟動(dòng)的機(jī)械密封裝置的啟動(dòng)需要。這種裝置，與定向裝置(例如陀螺儀或羅盤儀)結(jié)合，就能進(jìn)行定向射孔，使得射孔按優(yōu)選的羅盤儀方向設(shè)置。作為替換形式，如果要使用傳統(tǒng)的接頭連接油管，就可以通過直接旋轉(zhuǎn)連接油管而將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩傳遞給井下，所述旋轉(zhuǎn)連接的油管是通過采用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，而該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在傳統(tǒng)的修井設(shè)備上是很容易提供的。作為BHA的部件，還可以設(shè)置用于測量油井條件(套管接箍定位器、壓力、溫度和其他測量儀)、用于實(shí)時(shí)監(jiān)測井下的增產(chǎn)作業(yè)參數(shù)、儲(chǔ)層性能和/或油井動(dòng)態(tài)的井底測量儀。
除了可重置的機(jī)械導(dǎo)流裝置，在處理時(shí)還可以將其他導(dǎo)流材料/裝置泵送到井下，這包括但不局限于以下材料封堵球或顆粒，例如砂、陶瓷材料、支撐劑、鹽、蠟、樹脂或其他有機(jī)或無機(jī)化合物，或者是可替代的流體系統(tǒng)，例如粘稠流體、凝膠狀流體、泡沫或其他化學(xué)成分的流體，或其他可注入的導(dǎo)流劑。附加的導(dǎo)流材料能用于幫助減少增產(chǎn)處理的持續(xù)時(shí)間，因?yàn)榭梢酝ㄟ^減少機(jī)械導(dǎo)流裝置的設(shè)置次數(shù)來節(jié)約時(shí)間，同時(shí)仍然取得在多個(gè)區(qū)域上的導(dǎo)流效果。例如，在3,000英尺的層段中，要處理標(biāo)稱地隔開100英尺的各個(gè)區(qū)域，理想的是在井內(nèi)向上增加500英尺處采用可重置的機(jī)械導(dǎo)流裝置，然后用處理液中攜帶的導(dǎo)流劑對(duì)這六級(jí)中的每一級(jí)進(jìn)行導(dǎo)流。作為替換形式，可對(duì)作為欲被處理的總層段的子組的多個(gè)層段使用有限進(jìn)入技術(shù)。這些不同方案都會(huì)減少機(jī)械導(dǎo)流裝置的機(jī)械設(shè)置的次數(shù)并能延長其有效壽命。
如果用油管柱作為布置裝置，則油管可允許設(shè)置井下混合裝置并易于應(yīng)用井下混合技術(shù)。特別地，可用油管柱將化學(xué)物質(zhì)泵送到井下并使之通過井底工具組合的液流口，以接著通過生產(chǎn)套管環(huán)形空間而與泵送到油管中的流體混合。例如，在液力壓裂處理過程中，理想的是將氮或二氧化碳泵送到井下的油管中并使之與井下處理液混合，使得能夠提供氮輔助或者二氧化碳輔助的回流。
這種方法和裝置能夠用于處理豎井、斜井或水平井。例如，本發(fā)明提供了一種方法，能夠產(chǎn)生與水平井或者斜井交叉貫穿的多個(gè)垂直(或者大致垂直)的壓裂裂縫。這種技術(shù)能夠在單一的基座位置更經(jīng)濟(jì)地對(duì)多口油井完井。還可以這樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多支井的處理，其中最深支的井首先被處理；接著設(shè)置塞子或者啟動(dòng)套筒以隔離這一最低支的井；然后處理下一個(gè)沿井身向上的支井；再次設(shè)置塞堵或者啟動(dòng)套筒以隔離該支；然后重復(fù)這些步驟以處理在單一的井筒內(nèi)的所需數(shù)量的支井。
如果采用了選擇性發(fā)射的射孔槍，盡管從使能夠被處理的層段的數(shù)量達(dá)到最多的觀點(diǎn)來說選擇性發(fā)射的射孔槍是理想的，但是與采用較長的槍相比，采用短槍(例如長度為4英尺或更短)會(huì)在某些情況下限制油井生產(chǎn)率，因?yàn)閷?dǎo)致了附近的井筒儲(chǔ)油層區(qū)域中的壓降增大。如果采用研磨噴射而僅對(duì)短的層段(例如長度為4英尺或更短)進(jìn)行射孔，則油井生產(chǎn)率也同樣受到限制。還會(huì)增加過量的支撐劑回流的可能性，而這會(huì)導(dǎo)致降低增產(chǎn)效果。所述回流最好在受控制的低速率下進(jìn)行，以限制可能的支撐劑回流。根據(jù)回流結(jié)果，可采用樹脂涂覆的支撐劑或者另外的槍結(jié)構(gòu)來增加增產(chǎn)效果。
另外，如果采用油管或線纜作為布置裝置，為幫助減小在流體被泵送到側(cè)出口注入口時(shí)，由于含支撐劑的流體的直接沖擊而在油管或線纜上可能產(chǎn)生的不理想的支撐劑腐蝕的可能性，可在井口安裝“隔離裝置”。該隔離裝置可由帶有短油管的法蘭構(gòu)成，并且沿井口的中心向下延伸到注入口下方幾英尺的位置。井底工具組合和油管或者線纜能夠在隔離裝置油管中移動(dòng)。這樣，隔離裝置的油管就能使支撐劑轉(zhuǎn)向并將油管或線纜隔離不受支撐劑的直接沖擊。這種隔離裝置可由適當(dāng)直徑的管道構(gòu)成，使得它能夠很容易地讓與油管或線纜和井底工具組合相應(yīng)的最大外徑尺寸不受阻礙地通過。該隔離裝置的長度可以加工成使得在損壞的情況下下部的主壓裂閥仍然能被關(guān)閉，并能夠根據(jù)需要拆下井口設(shè)備以拆除隔離工具。根據(jù)增產(chǎn)液和注入方法，如果不考慮腐蝕，也可不需要隔離裝置。盡管對(duì)隔離裝置的油田試驗(yàn)顯示出不會(huì)產(chǎn)生腐蝕問題，根據(jù)作業(yè)設(shè)計(jì)，存在可能對(duì)隔離工具管道裝置產(chǎn)生腐蝕損害的風(fēng)險(xiǎn)，而這種腐蝕會(huì)使隔離工具的拆除困難。如果采用了隔離工具，最好的做法是將沖擊到隔離工具上的速率保持在一般的腐蝕極限之下，優(yōu)選的是低于大約180英尺/秒，更優(yōu)選的是低于大約60英尺/秒。
這種技術(shù)需要考慮的其他因素是如果在泵送過程中不能恰當(dāng)?shù)販y出流體驅(qū)替，就可能發(fā)生過早的脫砂，因?yàn)橐胗每邕^欲被射孔的下一區(qū)域的含有支撐劑的流體來開始展開一條裂縫可能是困難的。理想的是采用KCl流體或其他非凝膠狀流體系統(tǒng)作前置液而不用凝膠狀的前置液，以更好地開始展開對(duì)下一區(qū)域的壓裂。在各級(jí)之間以較高速度在作業(yè)中泵送注入將非凝膠狀流體以形成對(duì)套管的渦流沖洗/清洗，將減小支撐劑脫砂的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在工具串上還設(shè)置有備用槍，以在適當(dāng)?shù)牡却龝r(shí)間之后能使作業(yè)繼續(xù)。
盡管上述實(shí)施例主要是當(dāng)本發(fā)明的方法用于液力壓裂處理時(shí)所產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)，這不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求所規(guī)定的發(fā)明，本發(fā)明可應(yīng)用于下述任何情況下，即其中在單一的下井作業(yè)中進(jìn)行射孔以及其他井筒操作。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，實(shí)施例中未特別描述的許多變化型式也可以作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的功能等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)與井筒相交的一個(gè)或多個(gè)地下地層的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和處理的方法，所述方法包括(a)在所述井筒中布置連接于油管柱上的井底工具組合(“BHA”)，所述BHA具有一個(gè)射孔裝置和一個(gè)密封裝置；(b)采用所述射孔裝置對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)地下地層的至少一個(gè)層段進(jìn)行射孔；(c)將所述BHA定位在所述井筒中，并啟動(dòng)所述密封裝置，從而在所述至少一個(gè)已射孔的層段的下方建立起液體密封；(d)將處理液沿所述油管柱和所述井筒之間的環(huán)形空間向下泵送并使其流入由所述射孔裝置形成的射孔中，而不必將所述射孔裝置從所述井筒中取出；(e)釋放所述密封裝置；以及(f)對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)地下地層的至少另一個(gè)層段重復(fù)進(jìn)行步驟(b)至(e)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述油管柱是撓性管。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述油管柱是接頭連接的油管。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述BHA還包括套管接箍定位器。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是選擇性發(fā)射的射孔槍，該射孔槍包含多組射孔彈，每一組射孔彈由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈構(gòu)成；所述由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈構(gòu)成的組的每一個(gè)組都由通過布置在井筒中的線纜傳輸?shù)碾娀蚬庑盘?hào)來單獨(dú)地控制和啟動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是噴射切割裝置，該切割裝置使用沿所述油管柱向下泵送的流體，來在所述井筒和所述一個(gè)或多個(gè)地下地層的所述一個(gè)或多個(gè)層段之間建立起液體連通。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理液還沿所述油管柱向下泵送，通過所述BHA上的液流口，并流入所述射孔。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第二處理液沿所述油管柱向下泵送，通過所述BHA上的液流口，并流入所述射孔。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二處理液是氮。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封裝置是可重置的封隔器。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理液是具有支撐劑材料和攜帶液的稀漿。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理液是不包含支撐劑的流體。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理液是酸性溶液。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理液是有機(jī)溶劑。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟，在釋放所述密封裝置之前，將至少一個(gè)導(dǎo)流介質(zhì)布置在所述井筒中，以堵塞處理液繼續(xù)流進(jìn)所述射孔。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述布置在所述井筒中的導(dǎo)流介質(zhì)從下列材料組成的組中選出顆粒，凝膠體，粘稠流體，泡沫和封堵球。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封裝置是通過從地面經(jīng)過控制管纜傳輸?shù)囊后w壓力被啟動(dòng)的。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過控制管纜傳輸?shù)囊后w壓力被啟動(dòng)的。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述井筒傳輸?shù)囊后w壓力被啟動(dòng)的。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述油管柱傳輸?shù)囊后w壓力被啟動(dòng)的。
21.一種用于對(duì)與井筒相交的一個(gè)或多個(gè)地下地層的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和處理的方法，所述方法包括(a)采用布置裝置把井底工具組合(“BHA”)布置在所述井筒中，所述BHA具有一個(gè)射孔裝置和一個(gè)密封裝置；(b)將所述射孔裝置定位于靠近要被射孔的層段的位置，并采用所述射孔裝置對(duì)所述層段進(jìn)行射孔；(c)將所述BHA定位在所述井筒中，并啟動(dòng)所述密封裝置，從而在所述至少一個(gè)已射孔的層段的下方建立起液體密封；(d)將處理液沿所述懸掛裝置和所述井筒之間的環(huán)形空間向下泵送并使其流入由所述射孔裝置形成的射孔中，而不必將所述射孔裝置從所述井筒中取出；(e)釋放所述密封裝置；和(f)對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)地下地層的至少另一個(gè)層段重復(fù)進(jìn)行步驟(b)至(e)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述布置裝置從由下列組成的組中選出電纜，鋼絲和線纜。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述布置裝置是油管柱。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述油管柱是撓性管。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述油管柱是接頭連接的油管。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，將所述處理液沿所述油管柱向下泵送，通過所述BHA上的液流口，并流入所述射孔。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述處理液還被沿所述油管柱和所述井筒之間的環(huán)形空間向下泵送。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，將所述處理液沿所述油管柱和所述井筒之間的環(huán)形空間向下泵送。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述密封裝置是可重置的封隔器。
30.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述處理液是具有支撐劑材料和攜帶液的稀漿。
31.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述處理液是不包含支撐劑的流體。
32.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述處理液是酸性溶液。
33.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述處理液是有機(jī)溶劑。
34.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是選擇性發(fā)射的射孔槍，該射孔槍包含多組射孔彈，每一組射孔彈由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈組成；所述由一個(gè)或多個(gè)聚能彈射孔彈組成的組中的每一個(gè)組都由通過布置在井筒中的線纜傳輸?shù)碾娀蚬庑盘?hào)來單獨(dú)控制和啟動(dòng)。
35.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述井筒傳輸?shù)囊后w壓力被啟動(dòng)的。
36.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述油管柱傳輸?shù)囊后w壓力被啟動(dòng)的。
37.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述射孔裝置是噴射切割裝置，該噴射切割裝置采用沿所述油管柱向下泵送的流體，以在所述井筒和所述一個(gè)或多個(gè)地下地層的所述一個(gè)或多個(gè)層段之間建立起液體連通。
38.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟，在釋放所述密封裝置之前，將至少一個(gè)導(dǎo)流介質(zhì)布置在所述井筒中，以堵塞處理液防止其繼續(xù)流進(jìn)所述射孔。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述布置在所述井筒中的導(dǎo)流介質(zhì)從由下列材料組成的組中選出顆粒，凝膠體，粘稠流體，泡沫和封堵球。
40.一種用于對(duì)與井筒相交的一個(gè)或多個(gè)地下地層的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和處理的增產(chǎn)處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)處理液；(b)步置在所述井筒中的布置裝置；(c)井底工具組合(BHA)，它適于用所述布置裝置被布置在所述井筒中，所述BHA具有至少一個(gè)用于依次地對(duì)所述多個(gè)層段進(jìn)行射孔的射孔裝置和一個(gè)密封裝置，所述BHA能夠被定位于所述井筒中，以使得所述射孔裝置和所述密封裝置啟動(dòng)；(d)所述密封裝置能夠在所述密封裝置的上方和下方建立起液體密封，還能夠釋放所述液體密封以使所述BHA移動(dòng)到所述井筒中的不同位置，從而使所述多個(gè)處理層段的每一個(gè)層段都用與所述其他處理層段隔離開的所述處理液來處理。
41.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述布置裝置是油管柱。
42.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油管柱是撓性管。
43.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油管柱是接頭連接的油管。
44.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述布置裝置從下組中選出電纜，鋼絲和線纜。
45.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述BHA還包括套管接箍定位器。
46.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述射孔裝置是選擇性發(fā)射的射孔槍，該射孔槍包含多組射孔彈，每一組射孔彈都由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈組成；所述由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈組成的多組射孔彈中的每一組都由通過布置在井筒中的線纜傳輸?shù)碾娀蚬庑盘?hào)來單獨(dú)地控制和啟動(dòng)。
47.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述密封裝置是通過從地面經(jīng)過控制管纜傳輸?shù)囊后w壓力來啟動(dòng)的。
48.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過控制管纜傳輸?shù)囊后w壓力來啟動(dòng)的。
49.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述井筒傳輸?shù)囊后w壓力來啟動(dòng)的。
50.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述油管柱傳輸?shù)牧黧w壓力來啟動(dòng)的。
51.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述射孔裝置是噴射切割裝置，該噴射切割裝置采用沿所述油管柱向下泵送的流體，以在所述井筒和所述一個(gè)或多個(gè)地下地層的所述一個(gè)或多個(gè)層段之間建立起液體連通。
52.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述密封裝置是可重置的封隔器。
53.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理液是具有支撐劑材料和攜帶液的稀漿。
54.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理液是不包含支撐劑的流體。
55.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理液是酸性溶液。
56.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理液是有機(jī)溶劑。
57.一種用于對(duì)與井筒相交的一個(gè)或多個(gè)地下地層的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和處理的裝置，所述裝置包括(a)井底工具組合(BHA)，它適于通過所述布置裝置被布置在所述井筒中，所述BHA具有至少一個(gè)用于依次地對(duì)所述多個(gè)層段進(jìn)行射孔的射孔裝置和至少一個(gè)密封裝置；以及(b)所述密封裝置能夠在所述井筒內(nèi)建立起液體密封，還能夠釋放所述液體密封以使所述BHA移動(dòng)到所述井筒中的不同位置，從而使所述多個(gè)處理層段的每一個(gè)層段都被與所述其他處理層段隔離開地處理。
58.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述布置裝置是油管柱。
59.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述油管柱是撓性管。
60.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述油管柱是接頭連接的油管。
61.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述布置裝置從下組中選出電纜，鋼絲和線纜。
62.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述BHA還包括套管接箍定位器。
63.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述密封裝置是可重置的封隔器。
64.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述射孔裝置是選擇性發(fā)射的射孔槍，該射孔槍包含多組射孔彈，每一組射孔彈都由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈組成；所述每一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈組成的組都由通過布置在井筒中的電纜傳輸?shù)碾娦盘?hào)來單獨(dú)地控制和啟動(dòng)。
65.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述井筒傳輸?shù)囊后w壓力來啟動(dòng)的。
66.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述油管柱傳輸?shù)囊后w壓力來啟動(dòng)的。
67.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述射孔裝置是噴射切割裝置，該噴射切割裝置采用沿所述油管柱向下泵送的流體，以在所述井筒和所述一個(gè)或多個(gè)地下地層的所述一個(gè)或多個(gè)層段之間建立起液體連通。
68.一種用于對(duì)與井筒相交的一個(gè)或多個(gè)地下地層的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和處理的裝置，所述裝置包括(a)井底工具組合，它具有至少一個(gè)用于依次地對(duì)所述多個(gè)層段進(jìn)行射孔的射孔裝置，至少一個(gè)密封裝置和至少一個(gè)牽引裝置；(b)所述牽引裝置能將所述的BHA定位在所述井筒中的不同位置；以及(c)所述密封裝置能夠在所述井筒內(nèi)建立起液體密封，還能夠釋放所述液體密封以使所述BHA移動(dòng)到所述井筒中的不同位置，從而使所述多個(gè)處理層段的每一個(gè)都被與其他所述的處理層段隔離開地處理。
69.如權(quán)利要求68所述的裝置，其特征在于，所述BHA還包括套管接箍定位器。
70.如權(quán)利要求68所述的裝置，其特征在于，所述密封裝置是可重置的封隔器。
71.如權(quán)利要求68所述的裝置，其特征在于，所述射孔裝置是選擇性發(fā)射的射孔槍，該射孔槍包含多組射孔彈，每一組都由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈組成；所述由一個(gè)或多個(gè)聚能射孔彈組成的組中的每一個(gè)組都由通過步置在井筒中的電纜傳輸?shù)碾娦盘?hào)來控制和啟動(dòng)。
72.如權(quán)利要求68所述的裝置，其特征在于，所述射孔裝置是通過從地面經(jīng)過所述井筒傳輸?shù)囊后w壓力來啟動(dòng)的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于對(duì)與井筒相交的一個(gè)或多個(gè)地下地層(86)的多個(gè)層段進(jìn)行射孔和處理的裝置和方法，它將具有射孔裝置(134)和至少一個(gè)密封裝置(120)的井底工具組合布置于所述井筒中。射孔裝置(134)用于對(duì)要被處理的第一層段進(jìn)行射孔。然后將井底工具組合定位于井筒內(nèi)，使得當(dāng)密封裝置(120)啟動(dòng)后，在井筒中建立起液體密封，以正壓驅(qū)動(dòng)流體使之進(jìn)入對(duì)應(yīng)于要被處理的第一層段的射孔(230，231)。然后將處理液沿井筒向下泵送并使其流入在已射孔的層段中形成的射孔(230，231)中。釋放密封裝置(120)，然后按照所需的許多層段來重復(fù)上述步驟，而不從所述井筒中取出井底工具組合。
文檔編號(hào)E21B33/12GK1416499SQ01804951
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2001年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月15日
發(fā)明者蘭迪·C·托爾曼, 勞倫斯·O·卡爾森, 戴維·A·基尼森, 克里斯·J·尼高, 格倫·S·戈斯, 威廉·A·索里姆, 李·L·謝弗 申請(qǐng)人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>