[发明专利]地下压裂方法

说明书

一种井筒12操作的系统和方法，该系统在地层14压裂之前将凹口30在形成到环绕井筒12的地下地层14中。凹口30延伸超过围绕井筒12的环向应力区域34，使得通过压裂形成的裂缝在指定平面中取向。在一个示例中，使用流体射流28来形成凹口30，并且流体射流28从围绕井下工具旋转的喷嘴70排出。喷嘴70设定在可绕井下工具旋转的套筒68中，并且加压流体78被输送到布置在套筒64的内表面上的增压室84。喷嘴70相对于套筒64的半径倾斜地取向，使得从喷嘴70排出的流体产生使套筒64旋转的力。

技术领域

本公开涉及地下地层中的压裂。更具体地，本公开涉及直接在从井筒(井眼)径向向外设定的地层中并且经过环绕(circumscribe)井筒的地层中的井筒影响应力的区域而引发裂缝。

背景技术

油气生产井筒延伸到地下，并与富集油气的地层相交。钻井系统通常用于挖掘井筒，钻井系统包括位于钻柱端部上的钻头和位于井筒开口上方的驱动系统，驱动系统使钻柱和钻头旋转。当钻头旋转时，钻头上的切削元件刮擦井筒的底部，并从地层挖掘岩石，从而使井筒加深。在钻井操作期间，钻井液通常沿着钻柱向下泵送并且从钻头排放到井筒中。钻井液在钻柱和井筒壁之间的环形空间中向上流回井筒。挖掘时产生的钻屑被循环的钻井液携带到井筒上。

在钻井之后，有时在井筒的壁中产生裂缝，这些裂缝从井筒延伸到地层中。裂缝意味着增加从地层到井筒中的排放体积，从而又增加来自地层的油气产量。通常通过将加压流体注入井筒中来进行压裂。通常当井筒中的压力在岩石上施加超过其在地层中的强度的力时，开始进行压裂。然而，在地层中产生的裂缝的取向受到由井筒地层引起的环向应力的影响，并且所述环向应力通常存在于井筒周围的地层中。即使在地层中沿最小应力方向钻探井筒，环向应力通常也会导致裂缝沿井筒的长度延伸。这种纵向裂缝有时延伸到相邻的地下区域，当这些区域处于不同的压力下并且可能存在横向流动时，这是特别不期望的。此外，尽管当径向经过井筒产生环向应力时，裂缝取向可旋转至垂直于最小应力方向的取向，但这可引起裂缝路径中的尖灭，以在压裂处理期间增加可能的过早脱砂(pre-maturedscreen-out)，并对流过裂缝的油气引入流动限制。

发明内容

公开了一种用于在井筒中操作的系统，在一个示例中，该系统包括将加压流体连通到环形心轴中的孔的加压流体源。心轴上的喷嘴也与加压流体连通，并将加压流体作为流体射流排出；该流体射流冲击并在井筒的侧壁中切出凹口。使心轴旋转以沿环绕侧壁的路径切割。压裂系统与心轴联接，并且被置于将加压流体保持在压裂系统中的闭合构造。将压裂系统置于打开构造从压裂系统释放加压流体。在示例中，喷嘴设置在围绕心轴的一部分安装的喷嘴套筒中。喷嘴中的通道是成角度的，这使得当加压流体流过通道时套筒旋转。使套筒旋转以沿围绕井筒的侧壁的圆形路径引导射流。凹口可径向延伸超过形成井筒时产生的环向应力区。可选地，包括环形喷嘴阀构件，其选择性地允许或阻止通过喷嘴的流动。加压流体可以被调节到不同的压力以用于切入侧壁和用于压裂。用于压裂的压力可选地处于指定用于压裂被凹口切入(intersect)的地下地层的值。可以包括环形壳体，该环形壳体具有环绕环形壳体的内表面的凹槽，其中开口环位于凹槽中。在该示例中，环形锚固套筒位于壳体中，该环形锚固套筒与加压流体选择性地连通。锚固套筒的端部上的唇部将环保持在凹槽中。可以通过使用加压流体使唇部沿轴向远离环移动来打开压裂系统。壳体中可选的环形阀套筒在压裂系统处于闭合构造时邻近壳体的侧壁中的开口，并且环形阀套筒在压裂系统处于打开构造时与开口间隔开。阀套筒的端部可以邻接开口环，使得远离开口环移动锚固套筒和唇部将开口环从凹槽释放，并且阀套筒可移动经过凹槽并远离开口。该系统可包括封隔器，该封隔器可经由流动回路利用加压流体而膨胀。移动阀套筒以选择性地允许加压流体填充封隔器，并且还允许通过喷嘴的流动以形成凹口。一个替代实施例具有多个喷嘴主体，每个喷嘴主体具有通道，所述通道的轮廓被设计成使得来自相邻喷嘴主体的射流基本上彼此接近。存在不同的实施例，其中加压流体包括对环绕井筒的地下地层具有腐蚀性的化合物，并且其中喷嘴由当暴露于该化合物时可溶解的材料形成。