Способ завершения подземных формаций и система для его осуществления

Способ завершения подземных формаций и система для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Существующий уровень техники

Область изобретения

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

Описание аналогов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

а так же тем, что система завершения содержит:

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

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

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

Раскрытие изобретения

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

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

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

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

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

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

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

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

Краткое описание чертежей

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

На чертежах:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Подробное описание предпочтительных выполнений

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

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

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

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

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

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

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

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

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