[发明专利]无残片射孔设备和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及油田勘探、开采和检测领域，更具体而言，涉及设计用于建立无残片射孔设备和方法的材料用于增强烃类开采的用途。

背景技术

为了增强井筒和含烃地质岩层之间的流体连通，在操作过程中从井筒向岩层穿孔，在油田中称作射孔操作。更具体而言，在这些操作过程中，称作射孔枪的长管状设备下入井筒为开采作准备。在将射孔枪设置在井下其适当的位置后，引爆装在射孔枪中的射孔弹(例如聚能射孔弹)。作为引爆所述聚能射孔弹的结果，产生能够穿过套管和衬管(如果井筒设有套管)打通射孔孔道的超高压射流，从而使周围岩层的表面更具可渗透性以释放出烃类。

对聚能射孔弹进行设计，从而产生空腔效应爆炸反应(cavity-effectexplosive reaction)并会聚成高压、高速射流，所述射流可使材料(例如钢(套管)、水泥和岩层)破裂，然后围绕射流塑性流动并有效地打通射孔孔道。可根据孔道深度、射流形式和孔道入口处的截面直径(称作“孔大小(hole size)”)，对聚能射孔弹进行分类。一类称作“大孔”聚能射孔弹(″big hole″shaped charge)的聚能射孔弹在套筒上造成直径较大的孔并且穿透岩层的深度较浅。这类“大孔眼”聚能射孔弹常用于防砂作业(sand control application)。另一类通用聚能射孔弹为“深穿射孔弹”(deep penetrating charge)。这类聚能射孔弹在油井套筒中留下直径较小的孔，但其优势在于较深入地穿透地质岩层。射孔弹较大的穿透深度非常有益于越过任何受损地带(钻井导致的)提供良好的流体连通，并且还趋于显著增强油井生产力。深穿射孔弹用于正常完井作业。

聚能射孔弹可容纳于管状部件内部作为有枪身射孔枪(hollow carrierperforating gun)的一部分或者可独立封装。为了防止容纳于聚能射孔弹内的炸药由于无意中与井产流体接触而变差，利用相应的罩体密封各聚能射孔弹。与有枪身射孔枪装载的同等大小的射孔弹相比，封装的聚能射孔弹由于较重而趋于产生明显较多的残片。封装的射孔弹还趋于在套管中形成向地质岩层中更深处延伸的直径较大的孔。

射孔枪的引爆造成来自聚能射孔弹和定位于接近炸药的射孔枪其它部分的残片。虽然残片大部分容纳于射孔枪和井筒中，但一些残片不可避免地引入岩层。在大量残片(特别是来自聚能射孔弹药柱衬套(liner)的残片)到达岩层的情况下，可能降低油井的生产力，造成通常称作“表皮损伤”(skin damage)的问题。为减轻留在射孔孔道中的残片造成的有害后果，通常在负压下(underbalanced)(即在井筒压力低于地层压力的条件下)进行射孔，这是因为较高的地层压力致使残片随涌入油井的地层流体排出。为克服这种损伤并使油井发挥到其最大潜力，目前，通常采用其它增产方法(stimulation)例如酸化和推进剂压裂(propellent fracturing)。如果没有正确地进行，射孔残片可能导致油井运行时间和运行成本方面的巨大损失。例如，油井中可能需要额外的措施以从断裂带清除残片。充分考虑现场操作机构，残片可能对油井造成额外的损伤，例如对封隔器弹性体密封件造成的损伤或井下油嘴堵塞造成的损伤。

因而，需要新型和/或改善的解决方案以减少油井中的残片量，从而实现新型和改善的射孔作业。

发明内容

在本发明的一种实施方案中，可用于油井的设备包括适于在井下引爆的射孔系统。所述射孔系统包括并入具有负腐蚀电位且不能够被钝化的合金的部件，该部件适于随着射孔系统的引爆而分解，从而形成基本上不含残片的物质。

在本发明的另一种实施方案中，可用于油井的方法包括提供井下射孔系统并引爆射孔系统的至少一枚射孔弹。随着射孔弹的引爆，将含具有负腐蚀电位且不能够钝化的合金的射孔系统部件分解。

具体地，本发明涉及如下方面：

(1)一种可用于油井的设备，其包括：适合在井下引爆的射孔系统，该射孔系统包括并入具有负腐蚀电位且不能够被钝化的合金的部件，所述部件适合随着所述射孔系统的引爆而分解，从而形成基本不含残片的物质。

(2)(1)的设备，其中所述基本上不含残片的物质基本上由约为沙粒大小的个别碎片和/或溶解的材料组成。

(3)(1)的设备，其中所述合金包括含镓、铟以及任选的锡和铋的铝合金，从而该合金为阳极性的且不钝化，以致在含水油井流体中自分解。

(4)(1)的设备，其中所述合金包括任何钙合金或镁和碱金属合金，条件是该合金为阳极性的且不钝化，以致在含水油井流体中自分解。