CN1690357A - 开口钻孔设备 - Google Patents

Abstract

一欠平衡钻孔装置公开了其用于开口完井，从而最大化该井眼和基岩的清除效率，并连接天然裂缝曲线，和/或在困难的井下状态下启动新钻井流体技术。该开口钻孔装置能用于任何岩石学中涉及的任何烃类地层。

Description

开口钻孔设备

技术领域

本发明一般涉及提高从地下岩层提取的烃产量，尤其涉及用于在一开孔井眼中钻孔的设备。

背景技术

为了获得烃(比如，石油、天然气)，在地面下钻孔至接触到烃类地层中当然是必需的。这样，烃才能从该地层流出，进入井眼并且到达地表面。从地下岩层获得的烃被称为“石油产品”。在一些石油产品中，在该钻孔井眼中安装一能外壳以提供一结构探测管道从而获得到烃。在其它的开采产品中，烃是从不具有外壳或“开口”井中获得的。

在开口井的石油产品中，影响产品生产率的一个主要参数是地层的渗透率，该地层是指烃到达井眼必经的层段。有时，该地层的岩石具有一固有的低渗透率；其它时候，比如在给该井钻孔时，该地层渗透率会降低。当给一井钻孔时，有一流体循环进入该孔而接触到钻头区域，这是出于很多原因——包括为了冷却该钻头，运送该岩屑远离钻孔点，以及在地层壁上保持一静水压力以阻止钻孔期间石油产品流出。

钻孔用的流体是昂贵的，尤其是在钻孔期间必须被大量使用时。另外，钻孔用的流体可能由于漏入地层而损失。为了阻止这种情况发生，该钻孔用的流体经常有针对性地被改进，以便达到少量的漏泄并在开口井眼上形成一外壳或是“过滤块”。

一旦完成钻孔，地层中的石油产品需要流经开口井眼，则为了随后完成预定的生产量，必须移走过滤块。当前的清除工艺包括经过化学处理溶解过滤块和井眼附近的残渣，和/或使用一喷嘴沿该井眼鼓风以便机械地分解过该滤块。在长的水平井中，这些过程需要大量的时间去完成。因此，首先清理一局部区域有益于引导处理中的流体流入，并留下大部分没有被处理中的流体覆盖的区域。在设法从长的开口井产出石油产品时，不能均匀地清理整个井是石油工业面对一个的主要问题。当前工艺的第二个缺点是正在不能将地层深处处理中的流体输出由该钻孔损坏的地层。因此，即使在处理中的流体区域内，过滤块的最大清理量也不能获得。由于这两个问题的综合——正在处理的流体的不均匀覆盖和其浅小的渗透率——钻孔经常不能如期完成。

因此，需要一个在钻孔和完井工业中能快速、有效地移去过滤块的可靠设备，并且完全是为了制造该井。这是本发明的主要目的。

发明内容

一般而言，根据一个具体实施方式，本发明提供一使用钻孔工具给一开口完井的地层钻孔的装置。

举例来说，本发明的钻孔装置的一具体实施方式包括用于穿透一开口井眼地层的一个或多个成形炸药的使用。

在另一个具体实施方式中，本发明的钻孔装置包括用于穿透一开口井眼地层的一个或多个的成形炸药的使用，其是在一瞬间不平衡的状态下进行，以有利于过滤块从井眼更快速的移去。

本发明的一个具体实施方式中的一个目的和特征是从井眼的预定生产层段移去过滤块，并在瞬间不平衡的状态下快速给间隔布置有成形炸药的井眼钻孔。

本发明的一个具体实施方式中的另一个目的和特征是便于穿过钻孔破损区域的钻孔管道的通过。

本发明的一个具体实施方式中的另一个目的和特征是通过引爆较多的存在于低渗透率井区域的孔眼和较少的存在于高渗透率区域的孔眼，给一开口井眼钻孔，以克服储层的非均质性。“较多”或“较少”与爆装料的数量和/或能量有关。

本发明的一个具体实施方式中的还有另一个目的和特征是通过连接裂缝以有利于在天然裂缝性油藏内生产石油产品。

其它的或可替换的特征从以下的描述、附图和权利要求书中将明显得到。

附图说明

能实现这些目的的和具有其他所需要的特征的方法在以下说明和附图中被解释，其中：

图1为一位于一开口井眼中的钻孔枪的实施例，该钻孔枪包括一根据几个实施例中的一个得到的枪体。

图2，3A和3B为一用于在开口井眼中产生瞬间欠平衡状态的钻孔枪设备的实施例。

图4A-4C为一中空的枪体的实施例，其包括一安装成形炸药的装填软管，该装填软管充满多孔材料。

图5A-5B为一根据本发明一实施例得到的钻孔枪设备，其包括一安装有成形炸药的运送软管和一多孔材料。

图6为用于改善在一开口井眼中的瞬间欠平衡状态的钻孔枪设备的一实施例。

图7A-7D为用于本发明的具有多孔构件的钻孔枪的各种具体实施方式。

图8为一配置在开口井中的一密封腔体的一具体实施方式。

图9为本发明的一钻孔装置的具体实施方式，并标出一钻孔枪组和多个密封腔体。

图10为连接到一锚具装置的一钻孔枪组的一具体实施方式，该锚具装置用于有选择地放松该钻孔枪组。

图11为具有多个炸药启动端口的一钻孔枪组的一具体实施方式。

图12A-12B为本发明的一由阀门启动的低压室的一具体实施方式。

然而，应该注意，这些附图仅仅是本发明的典型具体实施方式，因此不能认为其保护范围仅限于此，对于本发明可以加入其他同样有效的具体实施方式。

具体实施方式

在下面说明中，为了理解本发明，将阐述许多的细节。然而，本领域技术人员会明白本发明可以不需要这些细节，并且从本具体实施方式可以得到许多变化或改进。

在该说明书以及附加的权利要求书中：术语″连接″通常指″直接连接″或″经另一个部件连接″；以及术语″装置″通常指″一个构件″或″多于一个的构件″。在这里作为使用的术语″向上″和″向下″、″较高的″和″较低的″、″向上的″和″向下的″、″逆流的″和″顺流的″；″上面″和″下面″；及其他表示高于或低于一已知点的相对位置的同类术语，这些术语使本发明的一些具体实施方式的描述更清楚。然而，当应用于偏离的或水平的井中的设备和方法时，这类术语可以指一从左到右，从右到左或其它视状态而定的关系。

通常，工具、装置以及方法是用来在开口完井中打孔以使井眼和基岩的有效清理最大化(通过疏松和/或移去在开口井眼上形成的过滤块，随后钻入下伏地层，并且扩大该井眼通过任何钻孔损坏区域的有效半径)，连接天然裂缝，和/或使钻孔流体技术能在困难的井下环境中作业。本发明的开口钻孔装置能用于任何岩石学中涉及的任何烃地层。在本发明的一些具体实施方式中，一开口井眼可以在一欠平衡、失衡或接近平衡的井状态下通过钻孔移去过滤块。

有时候，在钻孔期间降低局部压力以改善瞬间欠平衡状态是所希望的。过滤块的处理可以通过增加局部压降来完成(如，增加局部瞬间欠平衡的状态)，钻孔损坏部分和填料以及从该钻孔孔道出来的地层碎片的移去也是这样。各种方法以及装置可以用来完成以及控制钻孔时的瞬间的欠平衡状态。比如，在一个具体实施方式中，一具有一特殊密封枪体和填料的钻孔枪可以选择地在开口井眼中运行，并产生一动态的欠平衡压力。这样，可以快速地完成过滤块从井眼中的移去。该成形炸药可以选择穿过密封枪体和地层，或者换句话说，仅仅穿过枪体。该密封枪体包括一以低于周围井眼压力的特殊压力密封的内部孔。一旦钻穿，一瞬间欠平衡的状态由于井眼周围和枪体被暴露的内部之间的压力差而产生。该压力差产生以瞬间的振荡，有利于过滤块从该井眼迅速地移去。在另一个例子中，如果穿透该地层是不需要的，那么一井下振荡工具可以用于代替一钻孔枪以产生瞬间欠平衡的状态。

在操作中，一井下操作员识别或确定预定的暂时瞬间欠平衡的状态，这在与井眼压力有关的开口井中的井眼间隙中是必要的。该预定的瞬间欠平衡状态可以由若干个方法中的一个所识别，例如以从早先的井操作中得到的经验数据，或以用模型软件完成的拟态为基准。

以该预定的瞬间欠平衡的状态为基准配置工具组(例如，钻孔枪组)。举例来说，该钻孔枪尺寸、钻孔密度，填料类型、相位、方向、爆炸物质量、流体类型(例如，缓慢水解的酸性溶液，表面活性剂，互溶的溶剂、螯合的流体、或被一胶凝剂稠化的流体)，甚至运输方法都可以适当配置，以便达到该预定瞬间欠平衡的状态。该合适的配置可以以先前作业的经验数据为基准，或以软件模型和拟态为基准。确定该适当配置的使用可以由软件决定，该软件能在一设备中运行，例如一计算机设备。该软件是在该装置中的一或多个操作装置上实行的。各种其它的配置可以获得一最优的结果。在一些具体实施方式，例如在非均质储油层的完工的例子来说(即，一在不同的区域具有不同程度的渗透率的储油层)，该填料的负荷量可以在钻孔后对低渗透率区域给予提高以便增加该流动的区域，并克服流过该高渗透层的先前的流动。在其它的具体实施方式中，该钻孔可以根据该储油层的裂缝网络定向，以致该孔眼和这些天然裂缝连接。

一旦适当地完成配置，该工具组就被降低到一开口井眼的间隙中，在那里启动该工具组以便在其中引爆爆炸物。该启动使预定的瞬间欠平衡状态基本(举例来说，70％的)完成。因此，通过该过滤块和地层和/或该过滤块的快速移去来完成钻孔。

下面提供用于本发明的装置和方法的各种钻孔枪和/或其它的工具的具体实施方式，其使在一开口井眼中产生一瞬间欠平衡状态，并有利于过滤块的快速移去。

关于图1，根据一个具体实施方式，一钻孔枪10(单个枪或枪组)位于一开口(例如无外壳)井眼20中，该开口井眼具有一包裹于过滤块24中的产油层22。在另一个具体实施方式中，该钻孔枪被设定为贯穿管(未示出)。该射孔枪10可以包括一密封枪身12(或其它的密封腔体)以及一或多个排列其中的成形炸药14。该枪身12可以附于一适配器30，该适配器又连接到一运送线40上，其用于中止和运送该射孔枪10进入该开口井眼20.该运送线40可以包括，但不局限于一钢缆、一滑线、e-线、钻杆或软管。该枪身12被密封以产生一压差，其中其内压力小于其周围井眼压力。

在操作中，根据图2，该射孔枪10在穿过该井眼20的运送线40的下面，并邻近或最接近该地层22。为帮助过滤块24的移去，该射孔枪10被点燃。在一具体实施方式中，该钻孔枪10配置了成形炸药14(或其它的炸药)，用于穿过密封枪身12和周围地层22(见图3A)。在另一个具体实施方式中，该钻孔枪10配置了成形炸药14(或其它的炸药)，用于仅仅穿过密封枪身12而不穿过周围地层22(见图3B)。在两个具体实施方式中，只要该枪身12破裂，井眼周围和枪身中的柱体之间的瞬间欠平衡压差会引起一因破裂的振荡或者相反地将过滤块24从该井眼20移去。

本发明地另一个具体实施方式包括一具有一多孔材料地钻孔枪设备，以致该设备一点火，该多孔材料的密封容积暴露于该井底压力下，从而瞬间减小该井底压力以加强该局部的欠平衡状态。最初，该多孔材料(例如，一多孔质固体)包含有密封的容积，其包含有气体轻质液体或一真空。当爆炸物被引爆时，该多孔材料破碎或分裂，以致于该容积暴露于该井眼。这有效地产生了一新容积，井内流体可以流入新容积，并产生一局部的瞬态压力降。因此，通过使用一多孔材料增强了一瞬间欠平衡的状态，以便于在一开口井眼中移去过滤块。

举例来说，如图2A-2B所示，一钻孔枪设备100A的一具体实施方式中包括一线性条102，其上成对的设置了多个胶囊式的成形炸药106。一引爆线103与每一个成形炸药106连接。该成形炸药106装在相应一托架105的支撑环104上。该托架105可以被扭曲以提供一需要的相位(例如，45°螺旋、60°螺旋、三体相位，等等)。换句话说，该托架105可以以一非相位模式排列(例如，0°相位)。在另一个装置中，该线性条102可以从略，是由于该托架505提供用于该胶囊式填料106的主要支撑。

在一具体实施方式中，该线性条102、托架105、支撑环104、引爆线103和胶囊式填料106都胶囊式地装入多孔材料110中。该多孔材料的一个例子是包括一多孔质固体，例如，孔隙胶结物。一孔隙胶结物的一例子包括LITECRETE产品。孔隙胶结物由混合具有空心结构的水泥形成，例如装满气体(例如，空气)的微球体或由其它种类气体-或真空的-填充的球体或壳体。微球体通常是薄壁的玻璃外壳，其比较大的部分是空气。

孔隙胶结物是一具有一密封容积的多孔质固体的例子。当填充气体或真空的掩蔽构造被打破，随着该成形炸药106的爆炸，另外的容积被增加给该井眼，从而瞬间减小压力。

为了给该密封剂110提供结构支撑，绕该密封剂110设置套筒112。该套筒112由任何种类的材料形成，该材料能提供结构支撑，例如，塑料、金属、弹性体，等等。该套筒112也被设计用来保护该密封剂110，因为枪装置100A放入该井眼与其它井下结构碰撞。换句话说，一涂层可以代替一单独的套筒被增加到该密封剂110的外表面。该涂层使用时粘附在该密封剂上。该涂层可以由一精选的材料形成以减少液体渗透。该材料也可以具有一低摩擦力。

在此外的具体实施方式中，为提供较高的压力率，该密封剂110可以利用另一个种材料形成。举例来说，可使用3M公司制造的具有S60微球体的较高的压力率水泥。作为一替换物，该密封剂110可以是与微球体混合的一环氧树脂(例如，聚氨酯)或与填充其它种类气体-或真空-的球体或壳体混合。仍然在此具体实施方式中，该密封剂110可以具有复数个层。举例来说，一层可以由孔隙胶结物形成，而另一个层可以由多孔的环氧树脂或其它的多孔质固体形成。换句话说，该密封剂110可以是一液体或以凝胶为基础的材料，该套筒112为该密封剂110提供一密封容器。

在一些具体实施方式中，该多孔材料是一复合材料，包括一空心的填充材料(用于孔隙率)、一重粉剂(用于密度)、以及一粘合剂/基块。该粘合剂/基块可以是一液体、固体或凝胶。固体粘合剂/基块的实例包括聚合物(例如，可铸的热凝物橡胶如环氧树脂、橡胶、等等、或一注射的/可模压的热塑塑料)、一化学粘合的陶器(例如，一以水泥为基础的化合物)、一金属或一可高度压缩的弹性体。一非固体粘合剂/粘结材料包括一凝胶(该凝胶比一固体更经得起震荡和压缩)或一液体。用于阻止震荡的空心的填料可以是一细粉，其每个颗粒包括一外壳，该外壳包裹了许多气体或是真空。在一具体实施方式中，该空心填料可以达到总化合物体积的大约60％，每个空心的填料粒子按体积包含70％至80％的空气。该空心的填料的壳体具有不渗透性，而且是高强度的，以防止在特定的井底压力(在一实例中是大约10千磅/平方英寸左右)下崩溃。可以代替空心填料使用的方法是经混合物、表面活性剂等等直接在基块内制造和保持稳定气团气泡。

在一具体实施方式中，该重填料粉剂可以达到总化合物体积的50％，该粉剂是金属例如铜、铁、钨或任何其它的高密度材料。换句话说，该重填料可以是沙。在其它的具体实施方式中，该重粉剂可以达到总化合物体积的大约10％、25％或40％。该高密度粉末的颗粒形状被选来制造成具有恰当的混合流变能力以完成一均匀的(自由分隔的)最终化合物。

用沙作为该重填料来代替金属具有一或多个优点。举例来说，沙为为现场工作人员所熟知，因此可以更不费力地易于管理。此外，由于沙量的增加，该基块/粘合剂的量减小，并减少爆炸后由该基块/粘合剂产生碎片的数量。

在某些例子中，该减震材料的体积密度大约在0.5克/立方厘米(每立方厘米的克数)到10克/立方厘米的范围内，该化合物的孔隙率大约在2％到90％之间。

其它实例中的多孔的固体颗粒包含一10克/立方厘米、并占40％的多孔材料，例如混合有空心微球体的钨粉，按体积每个占50％。另一个实例的化合物按体积比算包含53％的低粘度环氧树脂，42％的空心玻璃珠、5％的铜粉。该化合物的密度大约是1.3克/立方厘米，其孔隙率大约33％。另一个化合物按体积比算包含约39％的水、21％的高等级的H水泥、40％玻璃球体，以及追加添加剂至最佳化流变能力和固化速率。该化合物的密度大约是1.3克/立方厘米，其孔隙率大约30％。

为形成该密封剂110，该多孔材料(呈液体或浆状)可以绕包含于套筒112内的运送条102而被注入。该多孔材料然后被硬化。由于孔隙胶结物，粉状的水泥可以与水及其他添加剂混合形成水流体。在该水泥的混合期间，将微球体加入该混合物中。仍然处于浆状的该混合物是在浇注到该套筒112内后硬化的。被用来生产该所需的混合物的设备可以是任何通用的水泥混合设备。纤维(例如，玻璃纤维、碳纤维、等等.)的加入还可以增加该密封剂的强度。

该密封剂110还可以是预制的。举例来说，该密封剂可以被分成两部分，通过模型在该两部分的内表面形成合适的轮廓以容纳一钻孔枪或一或多个的填料。因此该枪能置于该两部分之间，这两部分被紧固起来以提供如图4B所示的密封剂110。在另一实例中，该多孔材料可以通过模子形成在两个填料和已装填的填料之间的形状。

在另一个具体实施方式中，如图4C所示，该线性条102可从略，因为该支托105和密封剂110提供其所需要的支撑。

参见图5A-5B，根据另一个具体实施方式，运送条102的替换在图4A和4B中示出，一类似的方案可以是一中空运送钻孔枪100B，其用于在一开口井眼中产生一瞬间负压状态以有利于过滤块的移去。在该空心运送枪100B中，一装填软管120位于一射孔器枪身122内。该装填软管120提供开口124，通过开口成形炸药126可以面向空气。该成形炸药126可以是非胶囊式填料，因为该成形炸药是由该射孔枪身122使其免于外界接触的，这种情况是典型的密封方式。该成形炸药126在装配期间被安装在该装填软管120内以后，一最初呈液体或浆状的多孔材料(例如，孔隙胶结物)可以通过该装填软管的上或下端孔130灌注。允许该材料凝固以在该装填软管120内提供一多孔材料的填充物125。图5B示出了一该枪100B的一截面。

该多孔材料的填充物还可以在该钻孔枪身122内部填充以提供一较大的体积。除了加强该局部的瞬间欠平衡状态之外，一该多孔材料的另外一个好处是一减能器，其能减少填料与填料之间的干涉。同时该多孔材料可以提供用于该钻孔枪身的结构支撑，以致一薄壁空心的枪体能被使用。该多孔材料在该钻孔枪身内提供支撑时由于井底压力产生一反力。由于薄的钻孔枪身，一重量更轻的钻孔枪能更方便的处理与操作。绕该钻孔枪身122的外表面还可以提供一由多孔材料形成的层123。位于该空心枪体内外的多孔材料的化合物提供一容积的以容纳爆炸时的井眼中的流体。

关于图6，根据另一具体实施方式，一钻孔枪装置100C包含一管状运送器202，其可以用来运送安装在管状运送器202的开口206邻近处的胶囊式填料204，用于产生一瞬间的负压状态以有利于过滤块从一井眼中的移去。除了该管状的运送器202不在一钻孔枪身内之外，该管状的运送者运送器202可以按类似于该空心钻孔枪100B的装填软管120的方式排列。因此，胶囊式填料204是可以用图5A所示的非胶囊式填料代替的。在一排列中，一引爆线208可以沿该管状的运送器202的表面设置，并连接这些胶囊式填料206。在另一个排列中，该引爆线208可以在该管状的运送器202的内部设置。正如图5A所示的装填软管120的状态一样，一最初呈液体或浆状的多孔材料(例如，孔隙胶结物)可以通过该管状运送器202的一上部或底孔210灌注。该多孔材料在该管状运送器202内凝固以形成多孔材料，用于减少震荡和干扰。一利用该管状的运送器202的优点是该多孔材料的破坏多半较少，因为该多孔材料受到该管状的运送器206的保护，该管状的运送器206一般是一强的刚性结构。

关于7A，根据另一具体实施方式，一条状枪100D包含复数个在一线性条302上按一相位模式排列的成形炸药(例如，螺旋，三重相位，等等)。换句话说，一该炸药可以使用非相位排列。0°相位的成形炸药(参考304)可以直接地安装到线性条302。另一个填料(未示出)是安装在附着于线性条302的内管306内。开口308设置在每个软管306上，以用于相应的成形炸药。一多孔材料在每个软管306中都有，其可以是上述多孔材料中的一个。

该软管306可以由金属或其它的适当地刚性材料形成。换句话说，该软管306还可以由一多孔材料形成，例如一多孔质固体(例如，孔隙胶结物，多孔的环氧树脂，等等)。

在图7B-7D中的另一个具体实施方式中，一空心管306的代替物是一具有空腔308A(用于该成形炸药)的实心杆306A。图7B-7D示出三个不同的没有安装填料的实心杆306A的三个视图。该实心杆306A由一多孔材料制成，例如多孔质固体。如图5B-5D所示，第一槽310和第二槽312是在该实心杆306A的端部形成的，以变容纳0°相位的成形炸药304。槽314也是形成在该实心杆306A外面的开口308A之间以容纳一引爆线，该引爆线根据弹道学与该实心杆306A中的每一成形炸药连在一起。

为更进一步加强欠平衡作用，绕每个枪体可以提供更大数量的多孔质固体。举例来说，多孔质固体的一圆柱形块可以具有一略小于最小限制(例如，油管柱)的最大直径，其最小限制必须是枪体能穿过的。

换句话说，可以沿着和绕着该枪体泵送一多孔的浆液。在这种方案中，对尺寸的限制不是对有多少多孔材料可以绕该枪体设置的限制。因此，举例来说，在图1中，绕该枪体10的井眼环20充满了由沿着和绕着该枪体10泵送的该多孔流体。

下面描述其它的增加瞬态压力降和瞬间欠平衡状态的具体实施方式。在一这种其它的具体实施方式中，地层钻孔后将一密封大气的容器降到该井眼里去。采油开始后，在容器的外壳内制造开口(例如，通过爆破器材、阀门或其它装置)以产生一瞬态的欠平衡状态或流体涌出使过滤块的损坏部分移去，过滤块是绕着地层的钻孔孔道设置的。

在另一具体实施方式中，一枪体中的空腔被作为井内流体的水槽使用，是为了产生欠平衡状态。随着填料爆炸，热爆炸气体填充该枪体的内腔体。<如果形成的爆炸气体压力小于该井底压力，则因冷却，井内流体被吸入该枪体外壳在穿过枪体外壳的钻孔端口时速度加大，这中断了流体向上变成水滴过程，并使汽油快速冷却。因此，枪体压力的快速损失和甚至更快的井内流体排出的现象出现，使井底压力产生一压降。该井底压力的压降产生一欠平衡状态。

参见图8，一具有一密封大气的腔体510的(或具有一内部压力的腔体，该压力低于在地层512中间隔设置的井眼中的所需压力)工具组位于一开口井眼524的下面，并与要处理的钻孔地层512邻近。该工具组在一运送线522的下面(例如，钢缆、滑线、e-线、盘管或接头管、钻杆、等等)。腔体510包括一充满气体(例如，空气、氮)或其它的流体的容器。腔体510具有一足够长度以处理整个地层512，并具有多个能利用爆炸物打开的端口516。

在一个具体实施方式中，在制造该井时(在该地层512中的钻孔已经形成后)，容器510中的常压腔体被炸开至井眼。本技术能在有或者没有一钻孔枪的状态下使用。当以钻孔枪的方式使用时，该常压容器允许一动态的欠平衡的作用，即使该井眼流体仅仅在先前或钻孔时处于失衡状态。该常压容器510也可以在钻孔已经完成后使用。在后者的排列中，由于该常压的容器510的端口516的爆炸产生一瞬态的欠平衡状态，石油产品从该地层中形成。

根据一个具体实施方式，由爆炸启动的容器510内侧包含空气(或其它的适当的气体或流体)。通过钢缆、滑线、e-线、盘管或接头管、钻杆或者其它的装置，该容器510的尺寸可以满足降入一已完成的井中。该容器的壁厚是用来经受该井底压力和其温度的。该容器的长度由要处理的钻孔地层的厚度决定。多个端口516可以沿该容器510的器壁设置。爆炸物被置于邻近端口的常压容器中。

在一种排列中，包含容器510的工具组被降到井眼里，并置于该钻孔地层512的邻近处。在本排列中，该常压容器510被用作一产生震荡的装置，以产生一瞬态欠平衡状态。在降低该常压容器之前，一清理完井液或处理液可以有选择性的用来注入到该地层结构或者相反的填充该井眼，并允许自然漏入该地层。该完井液是以该地层的润湿性和该地层流体的流体特性为基准选择的。这些可以在流体流动期间辅助过滤块和/或其它的微粒从该钻孔孔道中移去。

该常压的容器510被降低且置于该钻孔地层512的邻近处后，该地层512通过打开地面上的一生产阀门而流动。当该地层流动时，爆炸物在常压的容器内被点燃，并打开容器510的端口至井底压力。由该爆炸物产生的冲击波可以提供排除过滤块和/或其他颗粒的力量。井眼内的压力突降可以引起从地层流出的流体冲进井眼内由常压的容器510保留的真空区。这些流体将松动的颗粒带入井眼中，留下含泥很少的地层隧道和井眼表面。该腔体可以跌入该井或被拉入该表面。

如果以一钻孔枪的方式使用，该钻孔枪的启动可以与端口516的打开基本上一致。这些可提供处于欠平衡状态的孔眼。参见图9，根据另一个具体实施方式，给出一常压容器510A与一钻孔枪530协同使用的图解。在图7的具体实施方式中，容器510A被分成两个部分，第一部分在钻孔枪530的上面，第二部分在钻孔枪530的下面。容器510A包括各种开口516A，该开口是随爆炸力而打开的，例如，由于一引爆线520A的起爆或连接到该引爆线520A的爆炸物的爆炸而产生的一爆炸力。该引爆线也是在该钻孔枪530上连接成形炸药532的。在一个具体实施方式中，如图所示，该钻孔枪530可以是一条形枪，其中胶囊式成形炸药被安装在一运送体534上。换句话说，该成形炸药532可以是非胶囊式成形炸药，其置于密封腔体中。

该流体的振荡可以在钻孔不久以后相对快地完成。举例来说，该流体振荡可以在钻孔后大约一分钟内完成。在其它的具体实施方式中，例如，该压力的剧增可以在钻孔后大约(小于或等于)10秒、1秒、或100毫秒内完成。在钻孔和流体流动振荡之间的相对时间也适用于在这里描述的其它具体实施方式。

参见图10，根据另一个具体实施方式，一具有多个的腔体的工具组可以使用在一开口井眼中。该工具组包括一附着于一锚件602上的钻孔枪600。该锚件602可以被爆发式地启动以放松该钻孔枪600。因此，举例来说，为点燃在该钻孔枪600内的成形炸药606而启动一引爆线604，该启动也将启动该锚件602以放松该钻孔枪600，从而该钻孔枪下降到该井眼底部。

该锚件602包括一环形管道608以使在环空区域610(也称为一井底小直径井眼)中的流体与位于该工具组的第一腔体614外部的一区域的流体交流。该第一腔体614具有一预定用量的气体或流体。限定第一腔体614的外壳可以包括端口616，这些端口可以是开口的，既可以爆发式打开也可以不是。在一个实施例中，该第一腔614的容积可以大约是7公升或2加仑。当该端口616是开口时，，这些是为在环空中区域610中粗略地完成200psi(每平方英寸磅数)的欠平衡状态提供的。在其它的配置中，该腔体614的其它尺寸可以用来完成一想要的欠平衡状态，该状态是以该井眼和地层压力的几何结构为基准的。一控制模块626可以包括一引爆头(或其它的启动装置)以启动一引爆线629(或启动其它的装置)从而打开端口616。

一封隔器620绕该工具组装置以将区域612与一在封隔器620上面的较高的气室环区域622隔离。该封隔器620的使用隔离了该井底小直径井眼，以致可以使欠平衡状态能获得较快的反应。然而，在其它的具体实施方式中，该封隔器620可以从略。通常，在这里的各种具体实施方式的描述，用于隔离的封隔器的使用或气室环区域的不使用是任选的。

关于图11，下面是在一开口井眼中的钻孔操作期间产生一欠平衡状态的另一具体实施方式的图解。一钻孔枪组包括一钻孔枪702和一运送线704，该运送线可以是一滑线、e-线、钢缆、或盘管或接头管、或钻杆。在一具体实施方式中，该钻孔枪702是一具有成形炸药714的中空钻孔枪，该成形炸药在一密封外壳716的腔体718内。在图11的装置中，该钻孔枪702穿过一管706下降。绕该管706提供一封隔器以隔离区间712，其中该钻孔枪702处于该区间(称为″钻孔井段712″)。一压强Pw存在于该射孔井段712中。

在该成形炸药714的爆炸期间，钻孔端口720是由该成形炸药714产生的钻孔射流而形成的。在该成形炸药714的爆炸期间，热气充满枪体702的内腔体718。如果产生的爆炸气体压强P_G小于该井底压强Pw，通过一给定设置，该较冷的井内流体则被吸入该枪体702的腔体718中。穿过该钻孔端口720的井液的急剧加速将中断流体向上变成水滴，这将导致腔体718内的气体的快速冷却。随后产生的急速的枪体压力损失和甚至更急速的井内流体排入腔体718会引起该井底压强Pw的减少。相对绝对压力，即使在一基本上以失衡状态开始的井中(例如，大约500psi)，这些压降也可足以产生一较大的欠平衡状态(例如大于2000psi)，该欠平衡状态是依赖于与井底压强Pw相比的爆炸气体压力强P_G的水平。

当一钻孔枪被点燃，该爆炸气体基本上比该井内流体热。如果吸入枪体的冷的井内流体使该热气快速的冷却，则气体容积将较迅速地缩小，这将减少压力促使更多的井内流体被吸入枪体。在一个实例中，气体的冷却可以出现在几毫秒的时间内，在射孔井段712以外排出的井眼液体可以使井眼压力Pw降低一相对大的数量(数千的psi)。

根据一些具体实施方式，为取得两个压力Pw和P_G之间数值上的所需的差额，而控制各种参数。举例来说，该爆炸气体压力P_G的水平可以由该爆发载荷或通过调整腔体718的体积来调整。井底压强Pw的水平可以通过用泵给整个井加压或一井体的分段隔离来调整，或通过动态地增加处于一当地水平的该井底压力。

作为射孔枪的代替物，在其它的具体实施方式中可以使用含有爆炸物成分的其它种类的设备。

关于图12A和12B，在其它具体实施方式中，利用一具有较低流体压力的腔体850(或其它的闭合件)来提高一局部的低压降。举例来说，该腔体850包括：(1)一密封孔852，其压力比其周围井眼820的压力低，并包含气体、液体、或其它的流体；和(2)一用于连通密封孔852和井眼820的阀门854。因此，当腔体850的阀门854是打开的，一突然涌出的流体流入较低压力的腔体从而在一与该腔体相连的井眼区域产生局部低压力状态。该瞬间低压力状态和随后的涌出足以将过滤块824从该井眼820中移去。在一些具体实施方式中，该腔体可以是一密室，其由一位于该井的地表面以下的闭合件来部分地限定。换言之，该密室没有一直延伸到井表面。换句话说，在其它的具体实施方式中，该闭合件包含一具有端口的密封容器，这些端口包含可以被一些装置(例如利用爆炸物其它的装置)粉碎的部件。

上面描述的各种钻孔装置和方法的实施例都能完成该井眼的若干目的。第一，由于在钻孔期间的压力控制，该井眼壁可以接受到一高瞬时欠平衡状态从而均匀地将过滤块从整个井眼中迅速地移去。其次，钻孔时产生的流体通道通过钻孔损坏区域。第三，为克服储层非均质性允许使用采油曲线控制。这是通过在低渗透率部分钻更多的孔眼以及在高渗透率部分钻较少的孔眼来实现的。第四，在天然裂缝储层内连接更多的裂缝可以有益于钻孔。

在其它的具体实施方式中，当井眼中具有一反应流体时执行该钻孔作业。在这种具体实施方式中，设计一正压钻孔，以致于该压力在动态欠平衡后恢复失衡从而允许未用完的反应流体深入地层。

虽然根据有限的具体实施方式已经公开了该发明，但是，那些本领域技术人员将从这里得到许多的改进和变化。因此希望附加的权利要求中能覆盖这种改进和变化，并属于在本发明的真实的精神和范围。

Claims (20)

1.一用于从井表面延伸的开口井的装置，包括：

一适于在开口井中的闭合件，在该闭合件中限定有一腔体，该腔体的压力比一该井眼中经选择的井眼间隙的压力低；以及

至少一个端口是能选择打开的从而连通该腔体和在该开口井中的井眼间隙，

其特征在于，至少一个端口在打开时产生流体涌入该腔体，从而在该井眼间隙中产生一瞬间欠平衡压力状态。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于该闭合件是一容纳至少一个爆炸物的枪体，以及枪体中的至少一个端口是由于至少一个爆炸物的引爆而打开的。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于至少一个端口的每个都包括一阀门。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于至少一个端口的每个都包括一适于因爆炸力而破裂的流体封闭构件，以及还包括一排列在流体封闭构件的邻近处的爆炸装药构件。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于该瞬间欠平衡压力状态适于将过滤块从该井眼间隙中移出。

6.一用于开口井眼的装置，包括：一具有爆炸物的钻孔枪，该钻孔枪适于在该开口井眼的预定井眼间隙中产生一暂时瞬间欠平衡压力状态；以及

用于在该开口井眼中悬挂该钻孔枪的运送线，以致于该爆炸物邻近于该预定井眼间隙。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于该钻孔枪的爆炸物适于：

在该开口井眼的预定井眼间隙中产生孔眼；

松开在该开口井眼上形成的过滤块；

钻入一以该预定井眼间隙为衬底的地层；以及

扩大该井眼在通过任何钻孔损坏部分的半径。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于该钻孔枪还包括一用于容纳该爆炸物的密封外壳构件。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于该钻孔枪的爆炸物适于断裂该外壳构件从而产生瞬间欠平衡压力状态。

10.如权利要求9所述的装置，其中该钻孔枪的爆炸物还适于在该开口井眼的预定井眼间隙中产生孔眼从而松开在该开口井眼上形成的过滤块。

11.如权利要求6的装置，它还包括：

一排列在该钻孔枪邻近处的多孔部件适于提供一初始密封的容积，该多孔部件还适于随该爆炸物的爆炸而粉碎，该多孔部件的粉碎产生一涌入该初始密封容积的流体，从而在该预定井眼间隙中产生暂时瞬间欠平衡压力状态。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于该多孔的部件包括孔隙胶结物。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于该多孔的部件包括空心的结构，每个空心的结构都填充气体或是真空。

14.如权利要求6所述的装置，它还包括：

一排列在该钻孔枪的邻近处的并高于或低于该钻孔枪的第一密封构件，该第一密封构件中限定一低压腔体，其中该第一密封构件具有至少一个可选择性地打开的端口，其是通过该钻孔枪的爆炸物打开的，从而将该腔体和在该开口井眼中的预定井眼间隙连通，

其特征在于至少一个第一密封构件的端口产生一流体涌入该腔体，当该端口打开时，在该预定井眼间隙中产生暂时瞬间欠平衡压力状态。

15.如权利要求15所述的装置，还包括：

一相对该第一密封构件并邻近该钻孔枪排列的第二密封件，第二密封件在其中限定一低压腔体，第二密封件具有至少一个可选择性地打开的端口，其是通过该钻孔枪的爆炸物打开的，从而将该腔体和在该开口井眼中的预定井眼间隙连通，

其特征在于第二密封件的至少一个端口在打开时产生的一流体涌入该腔体，从而在该预定井眼间隙中产生一暂时瞬间欠平衡压力状态。

16.一控制开口井中的欠平衡状态的方法，包括：

确定一该开口井的钻孔井段的预定暂时瞬间欠平衡状态是以一个或多个预定标准为基准的；

确定一钻孔枪的配置以该预定暂时瞬间欠平衡状态为基准；

根据该预定暂时瞬间欠平衡状态配置该钻孔枪；以及

当该钻孔枪被引爆时，基本上在该开口井的钻孔井段产生该预定暂时瞬间的欠平衡。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

过滤块从该开口井的井眼间隙的预定钻孔井段处开裂；以及

经该瞬间欠平衡状态，从该开口井眼的井眼间隙中移出过滤块。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于配置钻孔枪，其由以下一组中挑选出来的一个或多个步骤组成：

确定一该钻孔枪的尺寸，

确定一用于该钻孔枪的钻孔密度，

确定一用于该钻孔枪的爆炸物的类型，

确定一用于该钻孔枪的爆炸物的相位模式，

确定一该钻孔枪的方位，

确定一注入该开口井内的流体类型，以及

确定一用于在该开口井内配置该钻孔枪的运送方法。

19.在开口井中的使用方法，包括：

在该开口井内运转一振荡工具至一预定井眼间隙；

启动该振荡工具从而在该预定井眼间隙中产生暂时瞬间欠平衡状态。

20.如权利要求19所述的方法，还包括：

从该开口井的预定井眼间隙移出过滤块。

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