井下作业方法和用于分采分注的射孔短节与流程

本发明涉及油气井施工作业技术领域，特别是涉及一种井下作业方法。本发明还涉及一种用于分采分注的射孔短节。

背景技术：

在石油天然气开采过程中，往往需要进行分层注水、分层开采。一般，在本领域中，会在固井之后下入生产管柱，其中包括油管和多个封隔器，在封隔器之间的油管上设置相应的射孔压裂、采油、注水短节等。在生产管柱下入到位后，通过封隔器对套管与油管之间的环空进行封堵。由此，在井下形成封闭的环空段。射孔压裂、采油、注水短节等位于该封闭的环空段内，并与预期的储层相对。然后，通过封闭的环空段内的压裂、采油、注水短节等进行相应的射孔压裂、采油、注水作业，以此来实现分层注水、分层开采。

然而，上述这种方式使得生产管柱具有非常复杂的结构，并且生产管柱的操作过程也非常复杂繁琐。尤其是，如果想要对较多的储层进行注水、开采，那么上述这种结构和操作过程的反复程度就会大幅增加。复杂的结构和操作往往容易导致作业过程的失误和不顺利。另外，通过生产管柱射孔压裂，射流需穿过套管与油管之间的环空、套管壁、套管与储层之间的水泥层，最终在储层上形成射孔或压裂通道。如果射流的压力不够强，那么射孔压裂的效果会变得不好。上述问题对于井下作业的成本和效率来说都是非常不利的，不利于井下作业的顺利进行。

因此，希望能提出一种有利于井下作业顺利进行的井下作业方法。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种井下作业方法，通过这种井下作业方法有利于确保井下作业的顺利进行。本发明还提出了一种射孔短节。

根据本发明的第一方面，提出了一种井下作业方法，包括：向裸眼井内送入套管，所述套管包括射孔短节，所述套管送入至所述射孔短节与预期的储层相对的位置；以及通过所述射孔短节在相对的储层上进行射孔，以在所述储层和所述套管内腔之间形成流通通道。

通过上述井下作业方法，可在下入套管的同时，就将用于射孔的射孔短节一起下入。在套管下入到位之后，射孔短节与要被射孔的储层相对。由此，可通过套管上的射孔短节直接对地层进行射孔。通过这种设置，用于射孔的射流可更容易地射向地层，顶多需要射透射孔短节的一部分侧壁和套管与储层之间的水泥层即可。由此，即便射流的强度较小，也能有效地在储层上形成射孔和压裂的通道。这种作业方法的成本较低，效率较高，并且其会导致后续作业的成本较低，效率较高。因此，这种井下作业方法有利于井下作业的顺利进行。

在一个实施例中，所述射孔短节构造为能通过爆炸的方式在储层上进行射孔。

在一个实施例中，所述射孔短节构造为响应于向所述套管内腔中打压而进行射孔。

在一个实施例中，在形成流通通道之后，在所述套管内腔中下入生产管柱，以用于进行采油和/或注水。

在一个实施例中，在进行采油和/或注水时，所述流通通道构造为选择性打开的，在针对不同的储层设置有多个不同射孔短节的情况下，各个射孔短节可相对于彼此独立地打开和关闭。

根据本发明的第二方面，提出了一种射孔短节，所述射孔短节作为套管的一部分，所述射孔短节包括：筒状主体，所述筒状主体构造有沿纵向方向在中心处贯穿所述筒状主体的主体内腔；以及射孔机构，所述射孔机构埋设在所述筒状主体的侧壁内，所述射孔机构构造为能进行射孔以在所述筒状主体的内腔与储层之间形成流通通道。

在一个实施例中，所述射孔短节能用于上述井下作业方法，和/或所述射孔机构包括：形成于所述筒状主体的侧壁内的容纳腔，在所述容纳腔内设置有爆炸物，位于所述爆炸物与所述筒状主体的外侧面之间的侧壁部分薄到足以使得所述侧壁部分在所述爆炸物发生爆炸时被穿透；以及形成于所述筒状主体的侧壁内的连通腔，所述连通腔连通在所述容纳腔和所述主体内腔之间，在所述爆炸物爆炸后，所述容纳腔和所述连通腔形成为所述流通通道的一部分。

在一个实施例中，所述连通腔包括：沿纵向方向延伸的第一腔体，所述第一腔体与容纳腔相连通；以及在所述第一腔体的第一端处沿径向方向延伸以连通所述第一腔体和所述主体内腔的第二腔体；其中，在所述第一腔体的第一端处构造有沿纵向方向延伸的活塞腔，在所述活塞腔内设置有活塞，在第一状态下，所述活塞处于所述活塞腔内，使得所述第一腔体与所述第二腔体相连通；在第二状态下，所述活塞移动到所述第一腔体的第一端内，以将所述第一腔体和所述第二腔体阻隔开。

在一个实施例中，所述爆炸物构造为响应于与其接触的流体压力而发生爆炸。

在一个实施例中，与套筒的其他部分相比，所述筒状主体的侧壁径向向外延伸，使得埋设在所述筒状主体的容纳腔内的爆炸物更加靠近储层。

在一个实施例中，所述射孔短节还包括嵌设在所述筒状主体的侧壁内的控制机构，所述控制机构构造为用于检测所述射孔短节周围的流体状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过上述井下作业方法，可在下入套管的同时，就将用于射孔的射孔短节一起下入。在套管下入到位之后，射孔短节与要被射孔的储层相对。由此，可通过套管上的射孔短节直接对地层进行射孔。通过这种设置，用于射孔的射流可更容易地射向地层，顶多需要射透射孔短节的一部分侧壁和套管与储层之间的水泥层即可。由此，即便射流的强度较小，也能有效地在储层上形成射孔和压裂的通道。这种作业方法的成本较低，效率较高，并且其会导致后续作业的成本较低，效率较高。因此，这种井下作业方法有利于井下作业的顺利进行。

附图说明

在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1至图5显示了根据本发明的一个实施方案的井下作业方法的多个状态；且

图6显示了根据本发明的一个实施方案的射孔短节的示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1至图5显示了根据本发明的一个实施方案的井下作业方法的多个状态。

如图1所示，根据本发明的井下作业方法首先向裸眼井中下入套管200。该套管200包括设置在相应位置处的射孔短节。根据需要，可设置一个或多个射孔短节。例如在图1所示的实施例中，设置有三个射孔短节100a、100b和100c，它们分别对应需要射孔的储层300a、300b和300c。在套管200下入到位之后，射孔短节100a与储层300a相对，射孔短节100b与储层300b相对，射孔短节100c与储层300c相对。

在套管200下入到位之后，可进行注水泥浆固井作业，以在套管200与裸眼井之间的环空内形成水泥层。由此，水泥层会填充在射孔短节100a、100b和100c与相应的储层300a、300b和300c之间。

此后，如图2所示，可通过套管200上的射孔短节100a、100b和100c对储层300a、300b和300c进行射孔。在这里，由于是通过套管200上的射孔短节来进行射孔，所以产生的射流最多只需穿过射孔短节的侧壁的一部分以及水泥层即可到达储层。通过这种方式，以强度较弱的射流即可得到现有技术中的射孔深度。换句话说，以与现有技术中相同强度的射流，可得到更深的射孔结果。如果射流的强度更大，那么射孔的深度能得到非常大幅的增加。

在图2所示的实施例中，可通过从井口处向套管200的内腔中打压来驱动射孔短节100a、100b和100c进行射孔作业。例如，可打压大约10mpa至15mpa来实现上述射孔作业。

在本发明中，射孔短节优选地通过爆炸的方式来实现射孔。通过爆炸的方式有利于增加射流的强度，从而有利于确保射孔产生的裂缝足够深入地层。在下文中会结合图6来对其进行更加详细的描述。然而，应当理解的是，根据需要，射孔短节也可通过其他方式来实现射孔。

通过上述射孔步骤，可在储层与套管200的内腔之间形成流通通道，其允许储层中的流体流向套管200内。

在射孔之后，可如图3所示，向套管200内下入生产管柱400。

在一个优选的实施例中，上述射孔作业在射孔短节上形成的流通通道是可选择性打开和关闭的。在这种情况下，优选地，在射孔之后，先关闭所有的射孔短节上的流通通道，再下入生产管柱400，以此来确保生产管柱400更加顺利地下入。

在下入生产管柱400之后，可通过射孔短节上的流通通道而对储层进行采油或注水操作。

例如，在图3中显示了射孔短节100a、100b和100c上的流通通道全部打开，通过生产管柱400对相应储层中的油气进行开采的情况。

例如，在图4中显示了射孔短节100a和100c上的流通通道打开而射孔短节100b上的流通通道关闭，通过生产管柱400对相应储层中的油气进行开采的情况。

例如，在图5中显示了射孔短节100a、100b和100c上的流通通道全部打开，通过生产管柱400向相应的储层中进行注水作业的情况。应当理解的是，根据需要，在注水作业时，可关闭射孔短节100a、100b和100c中的一部分的流通通道，以实现对部分储层的注水。

在如图3至图5所示的实施例中，生产管柱400的下端口可位于各个储层之上。也就是说，不需要生产管柱400必须下入到各个储层的深度且设置基本上正对各个储层的流通开口。然而，应当理解的是，如果多个储层之间的位置相差较远，例如储层300c与储层300a之间的距离相差较远，则可令生产管柱400延伸穿过储层300a所在的高度、使其下端口位于储层300c之上。在这种情况下，可在储层300a所在高度的生产管柱400的一部分上设置相应的流通开口，以对储层300a进行采油和/或注水。

另外，在上述井下作业方法中，生产管柱400的结构可相对简单，其需要实现的动作和功能也相对较少。这非常有利于降低井下作业的成本，并提高井下作业的效率。由此，有利于确保井下作业的顺利进行。

图6显示了一种可用于上述井下作业方法中的射孔短节100，其可用作为图1至图5中的射孔短节100a、100b和100c中的任一个。

射孔短节100可包括大体上呈圆筒状的筒状主体110。筒状主体110的上、下两端分别与上方和下方的其他套管段210、220相连。在筒状主体110的中心处构造有沿纵向方向贯穿筒状主体110的主体内腔111。该主体内腔111是套管内腔的一部分。

射孔短节100还包括嵌设(或者说埋设)在筒状主体110的侧壁内的射孔机构。该射孔机构可包括沿筒状主体110的径向方向在筒状主体110的侧壁内延伸的容纳腔114。在该容纳腔114内容纳有用于实现爆炸射孔的爆炸物120。容纳腔114的第一端沿径向方向朝向筒状主体110的外侧延伸，但不穿透筒状主体110的外侧表面。也就是说，在该容纳腔114的第一端之外，筒状主体110的侧壁还保留有相应的薄壁部分。该薄壁部分可与筒状主体110的其他部分分体式构造。例如，该薄壁部分可由套筒、盖板等结构形成。薄壁部分的材料和厚度允许爆炸物120在爆炸时穿透该薄壁部分。薄壁部分的厚度例如可在约2mm至约3mm之间，远小于一般套筒壁的厚度(大约在7mm至8mm之间)。

通过上述设置，可以实现爆炸物120的定向爆炸射孔。

爆炸物120优选地设置在容纳腔114的第一端处，以尽可能靠近或贴近上述薄壁部分。或者，爆炸物120可直接设置在该薄壁部分上。由此，爆炸物120爆炸所产生的冲击和射流更容易作用在薄壁部分上，并穿透该薄壁部分、水泥层和储层。

在如图6所示的实施例中，容纳腔114构造有锥形或截锥形的形状，其截面沿径向向外的方向逐渐增大。这种容纳腔114有利于爆炸物120在爆炸时产生朝向储层的相对定向的冲击和射流，从而有利于穿透薄壁部分、水泥层和储层。

另外，爆炸机构还包括连通在容纳腔114与主体内腔111之间的连通腔。由此，通过井口打压来增加主体内腔111中的流体的压力，可相应地提高容纳腔114内的流体的压力。爆炸物120可响应于包围其的流体压力的增加(也就是主体内腔中的压力的增加)而发生爆炸。通过上文中的打压，可实现包围爆炸物120的流体压力上升大约10mpa至15mpa，爆炸物120由此而发生爆炸。

在如图6所示的实施例中，上述连通腔包括沿纵向方向延伸的第一腔体113，该第一腔体与容纳腔114的与第一端相反的第二端相连通。连通腔还包括沿径向方向延伸的第二腔体112，该第二腔体112的一端与第一腔体113相连通，另一端与主体内腔111相连通。由此，主体内腔111能通过第二腔体112和第一腔体113而与容纳腔114相连通。

在如图6所示的实施例中，沿纵向方向在筒状主体110的侧壁内埋设有多个彼此间隔开的容纳腔114，在各个容纳腔114内均设置有相应的爆炸物120，以用于在一段储层上形成多个射孔。沿纵向方向延伸的第一腔体113可与上述多个容纳腔114均连通，以实现流体交换。

在沿纵向方向延伸的第一腔体113的第一端(优选为下端)处构造有沿纵向方向进一步延伸的活塞腔。在该活塞腔内容纳有活塞130。

在第一状态下，活塞130处于活塞腔130内。此时，第一腔体113和第二腔体112相连通，容纳腔114与主体内腔111相连通。

在第二状态下，活塞130沿纵向方向移动而至少部分离开活塞腔130，并至少部分进入到第一腔体113内，与第二腔体112相重叠。此时，第一腔体113与第二腔体112阻隔开，容纳腔114与主体内腔111不连通。

例如，上述活塞130可由嵌设在筒状主体110的侧壁内的电机130来驱动为沿纵向方向移动。该电机130例如可通过螺杆式驱动的方式来驱动活塞130移动。

在一个实施例中，上述活塞130在初始状态下处于第一状态下，即，保持第一流体113和第二腔体112相连通。由此，井内流体始终充满主体内腔111、第二腔体112、第一腔体113和容纳腔114。在打压发生爆炸之后，在主体内腔111(套筒内腔的一部分)与储层之间形成连通通道。通过活塞130在第一状态和第二状态之间进行移动来改变第一腔体113和第二腔体112之间的连通关系。由此来决定是否对相应的储层进行采油和/或注水。这种实施例的操作过程较为简单。从这一角度来说，有利于降低作业过程的成本，提高作业过程的效率。

在另一个实施例中，上述活塞130在初始状态下处于第二状态下，即，第一腔体113和第二腔体112是阻隔开的。由此，在下入套管200的过程中，主体内腔111与容纳腔114不会进行流体交换。在这种情况下，主体内腔111中的流体压力波动不会影响到容纳腔114内的爆炸物120，从而有利于避免非预期的爆炸。在套管200下入到位之后、需要进行射孔之前，通过活塞130的移动而使第一腔体113和第二腔体112相连通，以允许通过打压的方式进行射孔。在打压发生爆炸之后，在主体内腔111(套筒内腔的一部分)与储层之间形成连通通道。通过活塞130在第一状态和第二状态之间进行移动来改变第一腔体113和第二腔体112之间的连通关系。由此来决定是否对相应的储层进行采油和/或注水。这种实施例更有利于确保射孔作业的顺利、准确的进行。从这一角度来说，也有利于降低作业过程的成本，提高作业过程的效率。应当理解的是，在这种实施例中，容纳腔114中本身也可填充有相应的流体。

如图6所示，筒状主体110优选地具有相对较大的外径，使得容纳腔113的第一端能够更加径向向外延伸而靠近储层。从图6可以明确看出，筒状主体110相较于上方和下方的其他套管段210、220在径向上更加向外凸出。由此一来，储层与爆炸物120之间的距离减小了，有利于提高爆炸物120对储层的作用效果。尤其是，上述设置还能减小在注水泥浆固井之后，筒状主体110与储层之间的水泥层的厚度。这进一步有利于提高爆炸物120对储层的作用效果。

另外，还可在筒状主体110内嵌设控制机构150和数据传输机构160。控制机构150可用于检测流动通过流通通道的流体的参数(例如，性质、温度、流量、流速、流压等)，并将该参数传递至数据传输机构160。数据传输机构160可用于向地面处的接收机构传输相应的参数。地面处的作业人员在通过接收机构接收到参数之后，可根据相应的参数来通过控制机构150对电机140进行控制，以在第一状态和第二状态之间移动活塞130，对流动通道的打开和关闭进行控制。

上述数据传输机构160例如可以是超声波发生器或微波发生器，或任何其他有线或无线的传输机构。

另外，还可在筒状主体110内嵌设电池170。电池170可为上述控制机构150、数据传输机构160和电机140供电，以确保它们顺利运行。

本发明的井下作业方法适于进行固井、射孔压裂、分层采油和分层注水等作业过程，尤其适用于对新井进行作业。通过本发明的井下作业方法和射孔短节能够快速而高效地进行射孔，并进行后续的分层采油和分层注水等作业过程。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。