当含烃的地下储油层不具有足够的渗透性或者烃不具有足够的 流动能力从而以经济的流量或以最佳速率流到地面上时，通常采用液 力压裂或者化学增产(通常用酸)方法来提高流动能力。穿过地下地 层的井筒通常由用水泥封装在原始钻孔中的金属管(套管)构成。还 设置了孔(射孔)以穿过套管和环绕套管的水泥环，从而使烃流入井 筒，并且如果需要的话，使处理液从井筒流到地层中。
液力压裂操作包括将流体(通常是粘稠的剪切稀释的非牛顿凝胶 体或者乳化液)在高压和高速率下注入地层，使得储油岩石破裂并形 成平面的通常是竖直的裂缝(或者裂缝网络)，就象当楔子敲入原木 中时穿过木头中延伸的裂缝。颗粒状的支撑剂材料，例如砂子、陶瓷 粒或者其他材料，通常随着压裂流体的后些部分而注射，以在释放压 力后保持裂缝敞开。储油层中增大的液流能力是通过裂缝中的支撑剂 材料的颗粒之间留下的容易流通的路径来获得的。在化学增产处理中， 液流能力是通过溶解地层中的材料或者改变地层特性来提高的。
应用上述液力压裂方法是应用于地层总的垂直厚度大约为60米 (200英尺)的各个目标区域中的石油工业操作的常规步骤。当存在多 层或者层叠的储油层需要被液力压裂时，或者碰到非常厚的含烃地层 (超过大约60米)时，就需要采用其他的处理技术对整个目标区域进 行处理。在石油工业术语中，提高有效处理范围的方法通常被认为是 “导流(diversion)”方法。
当通过液力压裂或者化学增产处理对多个含烃区域进行增产处理 时，可通过注入多批处理级流体来获得经济和技术上的收益，这些处 理级流体能够被多种装置导流(或隔离)，包括机械装置，例如桥塞、 封隔器、井下阀、滑动套管和导流板/塞子组合物；封堵球；颗粒物， 例如砂子、陶瓷材料、支撑剂、盐、腊、树脂或其他化合物；或者通 过替代的流体系统，例如粘稠流体、凝胶状流体、泡沫或其他化学配 方的流体；或者使用限制进入(limited entry)的方法。这里，这些 以及所有其他用于暂时阻挡液流进入和流出给定组的射孔的方法和装 置在本文中都被称为“导流介质(diversion agent)”。
在机械式桥塞导流中，例如，首先对最深的层段进行射孔和压裂 增产，然后通常用电缆设置的桥塞隔离那一层段，并在下一个上方的 层段重复进行处理工艺。假设有十个目标射孔层段，在这种方式下， 处理300米(1,000英尺)的地层通常需要10次作业，经过10天到2周的 时间段，这不仅需要多次压裂处理，还要进行多次射孔和桥塞移动操 作。在处理过程的结尾，还需要对井筒进行清洁处理，以去除桥塞并 将油井投入生产。采用桥塞或其他机械导流介质的主要优点是：具有 处理了全部目标区域的很高的可信度。主要缺点是由于多次下井和出 井而使处理费用很高，并且由于在井中进行这么多操作，带来工艺复 杂的风险。例如，桥塞可能卡在套管中，需要花费很多来将其钻碎。 另一个缺点是所需的清洗操作可能损坏某些已经压裂的层段。
使用桥塞的一种替代形式是将对应于刚刚压裂的层段的油井部分 填充压裂砂，通常称为松树岛(the Pine Island)技术。油井中的砂 柱基本上塞住了已经压裂的层段，并且能对下一层段进行独立的射孔 和压裂。这种方法的主要优点是消除了桥塞所带来的问题和危险。缺 点是砂塞并不能形成完美的液体密封，并且很难在所有压裂增产操作 结束时从井筒中去除砂塞。除非油井的产出流体很强大而从井中携带 出砂子，否则仍需要采用修井设备或者挠性管装置来进行清洗。如上 所述，附加的油井操作增加了费用、增大了机械风险以及损坏压裂层 段的风险。
另一种导流方法包括采用颗粒材料，将固体颗粒置于处理液中以 帮助导流。当泵送流体时，颗粒也进入射孔，如果在液流中采用了足 够高密度的颗粒，则会在接收流体的区域内形成暂时的堵塞。这种流 动限制就会使流体导流到其他区域。处理结束之后，用产生的地层流 体或通过注入清洗液来清除颗粒，既可通过流体传输也可以通过溶解 进行清除。通常，可用的颗粒导流材料包括苯酸、萘、岩石盐(氯化 钠)、树脂材料、蜡和聚合物。作为替换形式，也可以用砂、支撑剂 和陶瓷材料作为颗粒导流材料。其他特殊的颗粒也可被设计成以在处 理过程中沉淀和成型。
另一种导流方法包括采用粘稠流体、粘稠凝胶体或泡沫来作为导 流介质。这种方法包括泵送导流流体并使之穿过和/或进入射孔层段。 这些液流系统配置成由于粘稠度作用或者地层相对渗透性降低而暂时 阻碍液流流入射孔中；还可以设计成在期望的时间上，流体系统破裂、 衰弱或者溶解的形式(采用或不采用附加的化学物质或者其他添加剂 来启动这种破裂或溶解)，使得液流能够恢复流向射孔或从射孔中流 出。这些液流系统可用于基岩化学增产处理和压裂处理的导流操作。 有时也将颗粒导流材料和/或封堵球加入这些流体中以增强导流效果。
另一种可行的工艺是限制进入导流方法，其中欲被处理的地层的 整个目标区域都被射成具有很少量的射孔的形式，通常射孔直径很小， 使得在泵送期间跨过这些射孔的压力降能够形成很高的内部井筒压 力。这种内部井筒压力足够高以使得所有的射孔层段都同时压裂。如 果压力太低，则仅是地层的最弱部分被压裂。限制进入导流方法的主 要优点是不会存在类似桥塞或砂等套管内部的障碍物，从而不会因它 们而产生后续问题。缺点是对于很厚的层段，限制性的进入压裂方法 通常不能很好的作业，这是因为最终的裂缝经常太窄(支撑剂不能完 全地泵送到窄裂缝中而是滞留在井筒中)，并且不能保持最初的高井 压。当砂材料被泵送时，射孔直径经常很快地被侵蚀成较大的尺寸， 从而降低了内部井压。最终的结果是并非所有的目标区域都经过增产 操作了。另外需考虑的因素是，由于射孔数目少，这就限制了可能流 入井筒中的液流能力。
上述的由无法对整个区域进行增产操作所产生的问题，或者采用 需要多次井筒操作的机械方法以及可能产生更大风险和更多费用的井 筒进入方法所产生的问题，可以通过采用被封堵球导流的有限的、集 中射孔层段来予以减少。欲被处理的区域可分成子区，射孔位于那些 子区的每一个子区的大约中部，或者根据地层分析而将子区选择为期 望的目标压裂位置。然后在每一级的末尾用封堵球导流，并泵送压裂 级流体。具体地，总厚度300米(1,000英尺)的地层可分为每层大约 30米(大约100英尺)的10个子区。在每一个30米(100英尺)的子区 的中央，可以以每米3个点的密度(1点/英尺)在套管上射出10个射孔。 然后通过泵送用含支撑剂的流体注入压裂级，跟随着所述含支撑剂流 体的是10个或更多的封堵球，对于单独一个射孔组或者层段中的每一 敞开射孔，至少有一个封堵球。可以重复上述过程，直到所有的射孔 组都压裂。这种系统在1999年4月6日颁布的美国专利5,890,536中进行 了更详细地描述。
以前，要在采用封堵球作为导流剂的特定作业中进行处理的所有 区域必须在泵送处理流体之前进行射孔，并且已经采用封堵球将处理 液从已经压裂的区域导流，或者从在释放封堵球以前具有最大液流的 区域导引到具有小液流或无液流的区域。理论上是根据相对的压裂压 力或渗透性来一个区域一个区域地进行处理和密封，但是经常会碰到 球过早地座落于目标层段之外的一个或多个敞开射孔中而使得有两个 或多个区域被同时处理的问题。另外，这些技术假定每一射孔层段或 子区都会在足够的压差下破裂和压裂使得每一处理级流体仅进入一组 射孔。
封堵球导流方法的主要优点是费用低并且产生机械问题的风险 小。费用低是因为这一工艺通常在一个连续的操作过程内完成，通常 仅在一天中的几个小时内完成。只有封堵球留在井筒中，封堵球或者 随产生的烃流出，或者坠落在井底的被称为鼠(废料)洞的区域中。 主要缺点是不能确保每次只有一组射孔被压裂以使每次处理级末尾有 正确数量的封堵球坠落。实际上，该工艺的最大优点取决于一个压裂 级流体仅通过一组射孔进入地层，而其他敞开的射孔在该处理级中仍 保持基本上不受影响。另一个缺点是不能确保在进行作业时所有的射 孔层段都能经过处理以及按顺序处理这些层段。当区域处理的顺序是 未知的或未受控制时，就不可能保证每一单独区域都受到处理，或者 不能保证为目标区域设计单独的增产处理级最优。在某些情况下，可 能无法控制处理操作以使各个处理区域在单一的处理级中被处理。
为了克服当采用泵送处理液之前对多个区域进行射孔的方法时可 能发生在增产处理过程中的问题，已经研究出替代的机械导流方法， 该方法包括采用挠性管增产系统来对多个层段依次以单独的处理操作 进行增产处理。就象传统的封堵球导流方法，要被处理的所有层段都 在泵送增产处理液之前进行了射孔。接着挠性管被下到井筒中，且其 未端安装有一个机械“跨式双封隔器型”导流工具。该导流工具，当 跨过射孔正确地放置并启动时，就在导流工具的上方和下方形成了流 体隔离。在导流工具被放置以及启动以隔离最深一组的射孔之后，将 增产液沿挠性管的内部向下泵送，并从上部和下部密封元件之间的导 流工具中的液流口排出。在进行完第一级处理之后，包含在导流工具 上的密封元件停止作用或脱离啮合，并且挠性管被向上拉，以将导流 工具定位于跨过第二组最深的射孔的位置上，并且继续上述工艺，直 至所有的目标层段都经过增产处理或者由于操作失常而中止该工艺。
这种挠性管增产装置和方法已经用于对深度达大约8,000英尺的 油井的多个区域进行液力压裂处理。但是，许多技术障碍，包括摩擦 阻力损失、对密封件的损坏、深度控制、移动(running)速度和挠性 管的潜在腐蚀都在现在限制了其在更深的井中的应用。
当以高速率通过较长的挠性管泵送增产液时，会产生过度的摩擦 压力，特别是对于含支撑剂和/或高度粘稠的流体更是如此。根据挠性 管的长度和直径、流体粘度和最大可允许的地面设备作业压力，泵速 率可限制在每分钟仅几桶；根据特定地下地层的特性，这不能在液力 压裂处理期间形成有效的支撑剂安置，或者不能在酸增产处理期间形 成有效的地层材料溶解。
当含支撑剂的流体以高速沿挠性管的内部向下泵送时，挠性管的 腐蚀也是一个问题，包括仍然卷绕在地面卷轴上的挠性管部分。当含 有支撑剂的流体冲击到与地面卷轴上的挠性管部分对应的“连续弯曲 (continuous bend)”部分上时，腐蚀的影响更加严重。
对于目前用在上述挠性管增产操作中的大多数密封元件(例如“杯 形”密封技术)来说，当它们在深井的较高井温下移动经过大量射孔 时，也可能在深井中产生密封问题或者密封失效。由于密封件在与管 壁接触或者仅留很小间隙的情况下移动，所以粗糙的管内表面和/或射 孔毛刺会损坏密封元件。现有的在跨式双封隔器型导流工具中采用的 密封件是由弹性材料制成的，这种弹性材料可能无法承受深井中经常 出现的高温。
带有杯形密封件的已知系统的移动速度通常是：沿井身向下移动 即下入为15至30英尺/分钟，沿井身向上移动即取出为30至60英尺/分 钟。例如，在较低的移动速度下，在增产操作开始之前，大约需要13 小时才能到达12,000英尺的深度。考虑到夜间操作的安全性，这种较 慢的移动速度可能会使完成一个增产作业需要多天。如果在这种作业 中碰到任何问题，由于很慢的移动速度要使总操作时间很长，所以将 工具下到井中或从井中取出是非常费钱的。
对挠性管系统和分离式封隔器型导流工具的深度控制也随着深度 的增加而更为困难，使得将工具定位到正确的深度以成功地实施增产 操作变得困难。由于在把挠性管系统下入井中之前进行射孔该问题变 得更加严重。射孔操作采用了不同的深度测量设备(通常是套管接箍 定位器)，而不是通常在挠性管系统中使用的设备。
另外，上述挠性管方法还需要在泵送增产液作业之前在单独的射 孔操作中将所有的射孔都设制于井筒中。由于存在着在导流工具上方 的多个敞开的射孔组，这就产生了操作困难。例如，如果来自当前区 域的支撑剂裂缝垂直向上生长和/或在管道后面的水泥质量较差，则裂 缝会与导流工具上方的射孔组相交贯穿，使得支撑剂会“倾泻”回导 流工具顶部的井筒中并阻止工具进一步移动。另外，如果在导流工具 上方有多个射孔组敞开，则很难实施环流操作。例如，如果环流压力 超过在导流工具上方的敞开的射孔的开裂压力，环流就不能被保持， 环流流体会意外地流失到地层中。
采用接头连接的油管(jointed tubing)和修井设备而不是挠性管 系统也可以实施相同类型的增产处理。采用布置在接头连接的油管上 的导流工具可使大直径油管减少摩擦阻力损失并提高泵送速率。另外， 与挠性管系统相比，由于采用了更重的壁厚的连接油管，并且当在井 筒中移动时，接头连接的油管不会发生塑性变形，所以可减少对腐蚀 以及油管整体性方面的忧虑。但是，采用这种方法可能会增加操作的 时间和费用，这是因为油管移动速度可能比挠性管速度低。
为了克服由于要将设备多次下到井筒中或从井筒中取出以对地 下地层进行射孔和增产操作等完井作业所带来的限制，已经提出了一 种对井底工具串进行“单次起下作业”布置的方法，以能够将对区域进 行压裂增产处理操作与射孔操作结合。特别地，这些方法提出了能够 减少所需井筒操作的次数和完成这些操作所需时间的操作方法，从而 减少了增产处理费用。这些措施包括：1)，在超平衡压力下进行射孔 时将砂泥浆注入井筒；2)发射射孔弹时从泥浆筒中倾倒砂子；以及3) 将砂子装到单独的爆炸释放的容器中。这些措施都仅能在井筒周围形 成少量的穿透裂缝，不适于这里所述的多级液力压裂需要。
因此，需要提供一种改进的方法和装置，用于单独地对由井筒穿 透的地层中的多个层段的每一层段进行处理，同时保持多级处理的经 济效果。还需要提供一种方法和装置，它们能够减少现有的增产处理 操作中固有的风险，所述增产处理操作是用于带有多层或层叠储油层 的含烃地层或厚度超过大约60米(200英尺)的地层的，上述方法和 装置能同时保证借助机械导流介质而实施最佳的处理液充填分布，所 述机械导流介质能够将处理级流体正向地引导到期望的位置。

本发明提供了一种用于对与井筒相交的一个或多个地下地层的 多个层段进行射孔和处理的装置和方法。
本发明的技术方案如下：
一种用于对与井筒相交的一个或多个地下地层的多个层段进行射孔 和处理的方法，所述方法包括：(a)采用布置装置把井底工具组合(“BHA”) 布置在所述井筒中，所述BHA具有一个射孔装置和一个密封装置；(b) 用深度控制装置将所述BHA定位在所述井筒中；(c)采用所述射孔装置 对所述层段进行射孔；(d)启动所述密封装置，从而在所述井筒中建立 起液体密封；(e)将处理液沿所述布置装置和所述井筒之间的环形空间 向下泵送并使其流入由所述射孔装置形成的射孔中，而不必将所述射孔装 置从所述井筒中取出；(f)释放所述密封装置；和(g)对于所述一个或 多个地下地层的至少另一个层段重复进行步骤(b)至(f)。
一种用于对与井筒相交的一个或多个地下地层的多个层段进行 射孔和处理的增产处理系统，所述系统包括：(a)处理液；(b)步 置在所述井筒中的布置装置；(c)井底工具组合(BHA)，它适于 用所述布置装置被布置在所述井筒中，所述BHA具有至少一个用于 依次地对所述多个层段进行射孔的射孔装置和至少一个密封装置，所 述BHA能够用深度控制装置被定位于所述井筒中，以使得所述射孔 装置和所述密封装置被启动；(d)所述密封装置能够在所述井筒中 建立起液体密封，还能够释放所述液体密封以使所述BHA能移动到 所述井筒中的不同位置，从而使所述多个处理层段的每一个层段都用 与所述其他处理层段隔离开的所述处理液来处理。
一种用于对与井筒相交的一个或多个地下地层的多个层段进行 射孔和处理的装置，所述装置包括：(a)井底工具组合(BHA)， 它适于通过布置装置被布置在所述井筒中，并适于通过深度控制装置 被定位在所述井筒中，所述BHA具有至少一个用于依次地对所述多 个层段进行射孔的射孔装置和至少一个密封装置；以及(b)所述密 封装置能够在所述井筒内建立起液体密封，还能够释放所述液体密封 以使所述BHA移动到所述井筒中的不同位置，从而使所述多个处理 层段的每一个层段都被与所述其他处理层段隔离开地处理。
该装置包括布置装置(deployment means)(例如，挠性管，连 接的油管，电线，电缆，井下牵引机等)，该布置装置带有井底工具 组合(bottom hole assembly)(“BHA”)，所述井底工具组合至少由 一个射孔装置和一个可重置的机械密封装置构成，所述密封装置可以 通过一个或多个信号装置(例如，通过电缆传输的电信号；通过油管、 环形空间、控制管缆传输的液压信号；拉伸或压缩载荷；无线电传输； 光纤传输；板载BHA计算机系统等)而被单独地操纵。
该方法包括采用布置装置将BHA设置在井筒中的步骤，其中布置 装置可以是油管柱、线缆或井下牵引机。射孔装置位于靠近要被射孔的 层段，并用于对该层段射孔。采用布置装置使BHA位于井筒中，并启 动密封装置以建立液体密封，从而强制地导引沿井筒向下泵送的流体， 使之进入射孔层段。释放密封装置。然后，可以在一个或多个地下地层 的至少一个另外的层段中重复这个过程，而不必从井筒中取出BHA。
布置装置可以是油管柱，包括挠性管系统或标准的接头连接油 管、电缆、钢丝或线缆。除了油管或线缆布置装置，该布置装置还可 以是安装在BHA上的牵引系统。牵引系统可以是自驱动的、计算机 控制的，并带有板载(on-board)信号系统，使其不必安装线缆或油 管以控制或启动BHA和/或牵引系统。作为替换形式，牵引系统可由 线缆或油管控制管缆控制和启动，这种牵引系统和BHA是通过采用 控制管缆而向井底传送的信号控制和启动的。根据悬挂系统和BHA 的特定元件，本发明可采用许多不同的实施例。
在本发明的第一实施例中，当布置装置是油管柱时，一旦一个层 段被射孔，则BHA就可被移动并且使密封装置启动，从而在已射孔 的层段的下方建立起液体密封。然后可将处理液沿油管柱和井筒之间 的环形空间向下泵送并使其流入已射孔的层段。并且第二处理液，例 如氮，也可在第一处理液被沿油管柱和井筒之间的环形空间向下泵送 的同时，被沿油管柱向下泵送。
在第二实施例中，当布置装置是油管柱时，一旦一个层段被射孔， 则BHA就可被移动并且使密封装置启动，从而在已射孔的层段的上 方建立起液体体密封。然后可将处理液沿到油管柱向下泵送并使其流 入已射孔的层段。
在第三实施例中，当布置装置是油管柱时，BHA可以被移动并 且使密封装置被启动，从而在已射孔的层段的上方和下方建立起液体 密封(其中密封装置由两个隔开足够距离以跨过已经射孔的层段的元 件组成)。在该第三实施例中，处理液可沿油管柱本身向下泵送，通 过密封装置的两个密封元件之间的液流口并流入已射孔的层段。
在本发明的第四实施例中，当采用电缆、钢丝或线缆将BHA布 置在井筒中时，BHA就可被移动并且密封装置被启动，从而在要被处 理的已射孔的层段的下方建立起液体密封，处理液将被沿电缆、钢丝 或线缆和井筒之间的环形空间向下泵送。
在本发明的第五实施例中，“控制管缆”被布置作为附加装置来启 动BHA元件。在最广的意义上，控制管缆可采取小直径油管或多条 管道的形式，以提供与BHA元件的液压连通；和/或控制管缆也可采 取线缆或多条线缆的形式，以提供与BHA元件的电或光电连通。
在本发明的第六实施例中，当布置装置是安装在BHA上的牵引系 统时，BHA可被移动并且密封装置可被启动，从而在已射孔的层段的下 方建立起液体密封。处理液可被沿井筒向下泵送并流入已射孔的层段。
在本发明的第七实施例中，采用了研磨流体喷射切割技术来射 孔，并且BHA靠油管悬挂，使得BHA可以被移动并且使密封装置被 启动，从而在已射孔的层段的下方建立起液体密封。然后处理液被沿 油管和井筒之间的环形空间向下泵送。
这种装置和方法的一个主要优点是BHA、包括密封装置和射孔装 置，都不必在用处理液处理之前以及对多个地层区域或层段进行处理之 间从井筒中被取出。这种装置和方法的另一个主要优点是都采用机械导 流介质对每一处理级流体进行导流，这就能对处理导流过程进行精确控 制，并使每一区域受到最佳的增产处理。结果是通过减少对井筒中的多 个层段进行射孔和增产处理的时间而明显节约了费用。另外，当对井筒 中的多个地层层段进行增产处理时，由于采用了机械导流介质而形成了 精确控制的导流处理，所以提高了产量。这样，与已有的方法和装置相 比，由于井底工具组合提供了作为机械导流介质和射孔装置的双重功 能，所以本发明方法和装置允许只需单独一次的井底工具组合的下入井 筒以及后续的从井筒取出的操作就可以对多个区域进行射孔和增产处 理，从而，本发明方法和装置在经济上具有显著的优点。
附图说明
参照下面的详细描述以及附图，将更好地理解本发明及其优点， 其中：
图1表示了一种可能的代表性井筒构造，其外围设备可用于支撑 本发明所使用的井底工具组合。图1还表示了具有代表性的井底工具 组合的储存井筒，它具有地面卡瓦，这些储存井筒可用于储存那些备 用的或应急的井底工具组合。
图2A表示了井底工具组合的第一实施例，使用挠性管将它布置 在未射孔的井筒内，且它位于将要用第一组选择性发射的射孔弹进行 射孔的深度位置。图2A还表示了由射孔装置、可膨胀且可重置的封 隔器、可重置的轴向卡瓦装置和附件构成的井底工具组合。
图2B表示了当第一组选择性发射的射孔弹被发射后的图2A所 示的井底工具组合、挠性管和井筒，所述发射导致了射孔穿过生产套 管以及水泥环并进入第一地层区域，使井筒和第一地层区域之间建立 了液体连通。
图2C表示了当井底工具组合重新定位以及用多级液压支撑剂压 裂处理的第一级处理操作对第一地层区域进行增产处理之后的图2B 所示的井底工具组合、挠性管和井筒，其中压裂处理的第一级沿存在 于挠性管和生产套管之间的井筒环形空间被泵送到井底中。在图2C 中，密封装置表示为处于未启动的位置，为了图示的目的，假定除了 那些与第一区域相关的射孔外不存在其他射孔，因此，不需要为了处 理第一区域而设置隔离。
图3A表示了当井底工具组合重新定位以及第二组选择性发射的 射孔弹发射后的图2C所示的井底工具组合、挠性管和井筒，所述发 射导致了射孔穿过生产套管以及水泥环并进入第二地层区域，使井筒 和第二地层区域之间建立了液体连通。
图3B表示了当井底工具组合重新定位在第二射孔组的最深射孔 下方足够距离处之后的图3A所示的井底工具组合、挠性管和井筒， 所述定位使得BHA能够稍微向上移动以设置那个可重置的轴向卡瓦 装置，同时保持循环口的位置在第二射孔组的最底部射孔以下。
图3C表示了当可重置的机械式卡瓦装置启动之后的图3B所示 的井底工具组合、挠性管和井筒，所述启动后会防止向下的移动，以 保证可膨胀且可重置的封隔器和可重置的机械式卡瓦装置能够定位于 第一区域射孔和第二区域射孔之间。
图3D表示了当可膨胀且可重置的封隔器启动之后的图3C所示 的井底工具组合、挠性管和井筒，所述启动后会形成一种阻挡，即阻 止了可膨胀且可重置的封隔器正上方的井筒部分和可膨胀且可重置的 封隔器正下方的井筒部分之间的液体流动。
图3E表示了当第二地层区域通过多级液压支撑剂压裂处理的第 二级处理操作被增产处理之后的图3D所示的井底工具组合、挠性管 和井筒，其中压裂处理的第二级流体被泵送到井底中存在于挠性管和 生产套管之间的井筒环形空间中。
图3F表示了当可膨胀且可重置的封隔器停止作用之后的图3E 所示的井底工具组合、挠性管和井筒，所述停止作用会在可膨胀且可 重置的封隔器正上方的井筒部分和可膨胀且可重置的封隔器正下方的 井筒部分之间再次形成压力连通。可重置的机械式卡瓦装置仍然加电 工作并继续防止挠性管和井底工具组合向井筒下方移动。
图4A表示了一种改进的井底工具组合，它与图2A至图2C以及 图3A至图3F所述的井底工具组合相似，只是增加了一个可用选择性 发射弹设置系统设置的机械式塞子，它位于一串射孔枪的下方。图4A 还表示了当附加的第三射孔和压裂增产操作已经进行之后的图3F所示 的挠性管和井筒。在图4A中，应该注意到只显示了第二和第三压裂和 射孔组。在图4A中所示的改进的井底工具组合被挠性管悬挂，使得桥 塞位于最后一个已射孔层段的上方以及下一个要射孔层段的下方。
图4B表示了当机械式塞子已经以选择性发射弹设置的方式被设 置在油井中并且当井底工具组合再次定位以及第一组选择性发射的射 孔弹已经发射之后的图4A所示的井底工具组合、挠性管和井筒，上 述操作会导致射孔穿过生产套管以及水泥环并进入第四地层区域，使 井筒和第四地层区域之间建立了液体连通。
图5表示了本发明的第二实施例。在该实施例中，悬挂装置是油 管柱，并且一旦层段被射孔，BHA就可移动、密封装置也被启动以在 已射孔层段的上方形成液体密封。然后，处理液可沿油管柱被向下泵 送并进入已射孔层段。
图6表示了本发明的第三实施例。悬挂装置是油管柱，并且BHA 可以移动、密封装置也可被启动以在已射孔层段的上方或下方形成液 体密封(其中密封装置由两个隔开足够距离以跨过射孔层段的密封元 件构成)。在该第三实施例中，处理液能够通过位于密封装置的两个 密封元件之间的流动口而沿油管柱本身向下泵送，并进入已射孔层段。
图7表示了本发明的第四实施例。采用电缆(或钢丝或线缆)将 BHA悬挂在井筒中。BHA将被移动并且密封装置被启动以在要被处 理的射孔层段的下方形成液体密封，处理液将被沿电缆、钢丝或线缆 和井筒之间的环形空间向下泵送。
图8A和图8B表示了本发明的第五实施例，它采用了一个控制 管缆管道，用于启动可重置的密封机构，该控制管缆管道设置在用作 布置装置的油管的内部。
图9表示了本发明的第六实施例，它采用了一个安装在BHA上 的牵引装置，使得BHA能够被移动并且密封装置能被启动以在已射 孔层段的下方形成液体密封。处理液可被沿井筒向下泵送并进入已射 孔层段。
图10表示了本发明的第七实施例，它采用了用于射孔装置的研 磨或腐蚀性流体喷射切割技术。采用连接的油管而将BHA悬挂在井 筒中，BHA由一个机械压缩形变的可重置的封隔器、一个研磨或腐蚀 性流体喷射射孔装置、一个机械式套管接箍定位器和附件组成。在该 实施例中，通过下面的方法形成射孔：使研磨流体沿连接的油管被向 下泵送并且从位于BHA上的喷射工具中喷出，以便高压高速的研磨 或腐蚀性流体射流被形成并被用来射穿生产套管和周围的水泥环以与 期望的地层层段内建立液体连通。在将可重置的封隔器设置在要进行 增产处理的区域的下方之后，可将增产处理剂沿位于油管柱和生产套 管串之间的环形空间向下泵送。

下面将参照优选实施例对本发明进行描述。但是，对于下面这些 特别针对特定实施例或本发明的特别应用所进行的描述，仅仅是示意 性的，并不构成对本发明范围的限制。相反，本说明书意欲覆盖所有 落入本文所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换、改进和 等同形式。
本发明提供了一种新的方法、新的系统和新的装置，用于对多个 地层层段进行射孔和增产处理，使得每一单独区域都受到单个的处理 级的处理，同时消除或者减少现有的挠性管或连接油管(jointed tubing)增产处理方法所存在的问题，并由此提供明显优于已知方法 的经济和技术效益。
特别地，本发明包括将井底工具组合悬挂在井筒中以逐个和顺序 地射孔并处理期望的多个区域中的每一个区域，同时将多级增产处理 剂泵送，并设置可重置的机械密封装置以使每一个单独的处理级流体 能够受控导流。为了该申请的目的，“井筒”应该理解为包括油井的地 下密封元件以及所有的地上密封装备，例如井口、短管、防喷器和防 喷管。
新的装置包括布置装置(例如，挠性管，连接的油管，电线，电 缆，牵引系统等)，该布置装置带有井底工具组合，所述井底工具组 合至少由一个射孔装置和一个可重置的机械式密封装置构成，所述密 封装置可以单独地由地面设备通过一个或多个信号装置(例如，通过 电缆传输的电信号；通过油管、环形空间、控制管缆传输的液压信号； 拉伸或压缩载荷；无线电传输；光纤传输等)而被操纵，并设计成预 先考虑井筒环境和载荷条件。
在最广的意义上，术语“井底工具组合”用于指示一串元件，它 由至少一个射孔装置和一个可重置的密封装置构成。附加的元件包括 但不局限于下述元件：打捞颈、剪切接头、冲洗工具、循环口接头、 流动口接头、压力均衡口接头、温度计、压力计、电缆连接接头、可 重置的机械卡瓦、套管接箍定位器、扶正器接头和/或连接器接头，它 们也可以设置在井底工具组合上以使其他所需的辅属或者辅助操作以 及可能在增产处理过程中需要进行的测量操作更容易实施。
在最广的意义上，可重置的机械密封装置具有提供“液体密封 (hydraulic seal)”的功能，其中液体密封定义为形成足够的液流 约束或者堵塞，使得流体被迫向着与不受液流约束时其要流向的位置 所不同的位置流动。特别地，这种广义的“液体密封”定义还意味着 包括：“完美的液体密封(perfect hydraulic seal)”，即所有的液 流都向着与不受液流约束时其要流向的位置所不同的位置流动；以及 “不完美的液体密封(imperfect hydraulic seal)”，即一部分可估 计的液流向着与不受液流约束时其要流向的位置所不同的位置流动。 尽管通常最好采用能够形成完美液体密封以获得最优增产处理的可重 置的机械密封装置；但也可采用仅提供不完美的液体密封的密封装置， 从而获得更为经济的处理，即使可能不会获得完美的导流增产处理。
在本发明的第一实施例中，将挠性管用作布置装置，并且新的方 法包括从整个完井层段的底部到顶部顺序地射孔然后对各个区域进行 增产处理，将增产液沿生产套管和挠性管之间的环形空间向下泵送。 如下面将要讨论的那样，该新装置和新方法的实施例比已知的挠性管 和连接油管增产技术有实质性的改进，并能广泛地应用于各种井筒结 构和增产处理设计中。
特别地，新方法和新装置的第一优选实施例包括布置系统、信号 装置、井底工具组合以及下面将要详细讨论的操作，其中，仅为了描 述的目的，各种元件、它们的布置取向和操作步骤都被选择为那些用 于适合多层段液压支撑剂压裂增产的元件和操作相应。
在用于液压支撑剂压裂增产处理的第一实施例中，该装置由通过 挠性管而布置在井筒中的BHA构成。该BHA可包括一个射孔装置；可重 置的机械密封装置；套管接箍定位器；循环口；和其他附件(下面将 详细描述)。
另外，在该第一优选实施例中，射孔装置可由选择性发射的射孔 枪系统(采用聚能型射孔弹)构成；可重置的机械密封装置可由可膨 胀且可重置的封隔器构成；可重置的机械式卡瓦装置设置后能够防止 井底工具组合的向下的轴向移动；压力均衡口位于可膨胀且可重置的 封隔器的上方或下方。
另外，在该第一优选实施例中，电缆被设置在挠性管的内部，并 用于提供一信号装置，所述信号装置是用于启动选择性发射的射孔弹， 以及与用于测量BHA深度的套管接箍定位器相关的电信号的传输。
现在参见图1，可用于第一优选实施例中的地面设备类型的实例可 以是一套专用设备，它采用了很长的防喷管2，且挠性管注入头4由安 装在起重机基座8上的起重臂6高高地悬挂在空中。井筒通常包括：一 定长度的表层套管78，它的一部分或者全部都位于水泥环80内；和一 个生产套管82，它的一部分或者全部都位于水泥环84内，其中井筒的 内壁由生产套管82构成。井筒的深度最好延伸到要被增产处理的最低 层段的下方一定距离，以容纳将安装在挠性管106末端的井底工具组合 的长度。使用挠性管注入头4和防喷管2将挠性管106插入到井筒内。在 防喷管2上还安装有防喷器10，在操作失常的情况下，防喷器10可被遥 控操纵。起重机基座8、起重臂6、挠性管注入头4、防喷管2、防喷器 10(及其相关的附属控制和/或启动元件)都是本领域技术人员公知的 标准设备元件，适用于为了在压力下在井中安全地安装挠性管井底工 具组合，以及后续的在压力下从井中拆除挠性管井底工具组合的方法 和步骤。
根据这种易于安装的已知设备，从地面到挠性管注入头4的顶部的 高度可大约为90英尺，“鹅颈(goose neck)”12(其中挠性管弯曲以 垂直向下延伸到油井)高出地面接近约105英尺。起重臂6和起重机基 座8将支撑注入头4、挠性管106的载荷，以及任何欲用于可能的打捞操 作(振动和拖拉)所需的载荷。
通常，防喷管2的长度必须大于井底工具组合的长度，以使井底工 具组合能够在压力下安全地布置在井筒中。根据总长度要求以及根据 为具体应用而进行的工程设计计算所确定的精确数值，为了使挠性管 注入头4和防喷管2稳定，可在挠性管注入头4和防喷管2的不同位置上 安装拉索14。拉索14可以牢固地锚定在地面上，以防止挠性管注入头4 和防喷管2过度的移动，使得用于保持压力的那些地面元件的整体性不 会受到损害。根据总长度要求，也可以采用其他的注入头/防喷管系统 悬挂系统(挠性管设备或与目的相适应的完井/修井设备)。
再次参见图1，可采用多个不同的井口短节来控制设备安装操作、 增产处理操作和设备拆卸操作期间的液流和流体隔离状况。顶部阀 (crown valve)16形成了用于将高于顶部阀16的部分与低于顶部阀16 的部分隔离的装置。上部的主压裂阀18和下部的主压裂阀20形成了用 于将其各自位置的上方和下方的井筒压力隔离的阀系统。根据实际的 特定的场地做法以及增产作业的设计，实际上并不是所有这些隔离式 阀都是被需要或者采用。
图1所示的侧出口注入阀22提供了将增产液注入井筒的位置。从用 于注入增产处理液的地面泵和储罐伸出的管子可用适当的装配接头和 /或连接件安装在侧出口注入阀22上。增产处理液可通过这一液流路径 被泵送到井筒中。通过安装其他适当的液流控制装置，也可以利用侧 出口注入阀22从井筒产出流体。应该注意到挠性管106的内部也可以用 作将流体注入井筒的液流管道。
图1所示的井底工具组合储存井筒24提供了用于存放备用的或者 应急的井底工具组合27或者用于存放在先前操作中已经使用的井底工 具组合的位置。井底工具组合储存井筒24可钻成较浅的深度，使得可 能包含射孔弹的井底工具组合能够用地面卡瓦26被安全地保持定位， 使射孔弹位于地下，直到准备将井底工具组合安装到挠性管106上时为 止。井底工具组合储存井筒24可以被钻成能够适于放置用水泥或者不 用水泥封固的套管柱的形式，或者干脆制成无套管的形式。特定操作 所需的井底工具组合储存井筒24的实际数量是根据整个作业需要确定 的。井底工具组合储存井筒24可位于起重臂6能够到达的范围内，以在 增产操作期间适于快速地换出井底工具组合，而无需使起重机基座8 本体重新定位到其他位置。
现在参见图2A，挠性管106配备有可与剪切-释放(shear-release) /打捞颈结合接头112相连的挠性管连接件110，所述接头112包含剪切- 释放机构和打捞颈，并允许压力流体和电缆102穿过。剪切-释放/打捞 颈结合接头112可与包含循环口接头114的接头连接，所述循环口接头 114可提供从可膨胀且可重置的封隔器120的上方冲洗岩屑的流通路 径，或者提供采用挠性管106向井下注入流体的流通路径。循环口接头 114包含一个阀装置，该阀装置能够操纵循环口114和上部均衡口116。 上部均衡口116可借助油管通过可膨胀且可重置的封隔器120而连接到 下部均衡口122。循环口114和上部均衡口116在“移动状态(running position)”上最好打开，从而使内部挠性管压力和套管环形空间侧 的挠性管压力之间连通。在本文中，“移动状态”指的是下述状态， 即井底工具组合的所有元件都具有一种结构构造形式，这种结构构造 形式使其能够在井筒中进行不受阻碍地上下轴向移动。位于可膨胀且 可重置的封隔器120下方的下部均衡口122总是打开的，并且通过均衡 口的液流受到上部均衡口116的控制。通过在BHA上施加轻微的按压载 荷，循环口和均衡口可同时关闭。为了防止在移动状态上，当循环口 114打开时可能发生的流体向挠性管的回流，可将地面压力施加在挠性 管106上，使得循环口114中的压力超过正好在循环口114外侧的井筒压 力。在移动状态上，可重置且可膨胀的封隔器120与内部挠性管压力液 力隔离。通过在BHA上施加轻微的按压载荷，可膨胀且可重置的封隔器 120能够通过内部阀与内部挠性管压力相通。机械启动的、可重置的轴 向位置锁定装置，或者“卡瓦”124可设置在可膨胀且可重置的封隔器 120的下方，以防止向井下移动。通过使轴向载荷在挤压和拉伸之间循 环，机械卡瓦124可通过“连续的J(continuous J)″机构操纵。电缆 连接接头126位于套管接箍定位器128和选择性发射的射孔枪系统的上 方。枪连接接头130将套管接箍定位器128连接到选择性发射头152上。 射孔枪系统可以根据目标区域中的含烃砂岩地层的已知数量、位置和 厚度来设计。枪系统可为每一要处理区域包括一个枪装置(例如134)。 第一(最低)枪装置可由一个选择性发射头132和一个枪外壳134构成， 所述枪外壳134将装载有射孔弹136以及选择性发射引爆系统。
特具体地，新方法的实施例包括下述步骤，其中为了描述的目的， 将增产作业选择成一种多级、液压、支撑剂压裂增产工艺。
1.钻井并用水泥固定穿过要完井的层段的套管，如果需要，还 可钻出一个或多个井底工具组合储存井筒并对其完井。
2.识别出(通常通过对裸井和已下套管的井的测井记录的组 合)完井层段内的目标区域。
3.根据目标区域中的含烃砂岩地层的已知数量、位置和厚度来 设计井底工具组合(BHA)和将要布置在每一个在增产操作期间使用的 BHA上的射孔枪装置。
4.制成一卷绕在卷轴上的挠性管使其具有上述优选实施例的 BHA。该卷挠性管还制成包含电缆的形式，所述电缆用于提供启动射孔 枪的信号装置。最好还制成有需要数量的适当结构的备用或应急BHA， 并将其储存在井底工具组合储存井筒中。可在将BHA安装到挠性管上之 前或者之后，对挠性管预先加载流体。
5.如图1所示，通过一个防喷管2将带有BHA的挠性管106下到井 中并且用起重臂6悬挂挠性管注入头4。
6.将挠性管/BHA下到井中，同时相对于与套管接箍定位器128 的关系确定BHA的深度(图2A)。
7.将挠性管/BHA下到最低目标区域的下方，以保证在最低射孔 下方有足够的井筒深度，以在压裂操作期间将BHA定位在第一组射孔下 方。如图2A所示，可膨胀且可重置的封隔器120和可重置的机械操纵卡 瓦124处于移动状态。
8.如图2B所示，挠性管/BHA上升到井筒中的一个位置，使得包 含在选择性发射射孔枪系统的第一枪装置134中的第一组(最低)射孔 弹136正好位于横跨最低目标区域的位置，其中可根据套管接箍定位器 128和挠性管里程计系统(未表示)的读数来进行精确的深度控制。将 BHA向上移动到第一射孔层段的位置的动作将使机械卡瓦“连续的J形” 机构(未表示)循环进入预锁状态，其中后续的下降运动将迫使可重 置的机械卡瓦124进入锁定状态，从而防止继续向下运动。应该注意到 挠性管轴向载荷从挤压到拉伸以及返回的附加循环将使可重置的机械 卡瓦返回到移动状态。通过这种方式，机械卡瓦的连续J形机构与通过 悬挂装置(挠性管)而传递的挤压和拉伸载荷结合一起用于提供机械 卡瓦的井底启动和停止作用的操作。
9.第一组射孔弹136靠通过与第一选择发射头132连通的电缆 102的遥控启动的作用而被选择性发射，以穿过套管82和水泥环84并通 过产生的射孔230-231建立与地层86的液体连通。应该理解到，如果 需要，任何给定的射孔组可以仅是一个孔的组，尽管通常多个射孔可 提供改进的处理效果。还应该理解到，如果需要，枪装置的一个以上 的部分都可以发射，以获得目标数量的射孔，不管是补偿实际的或者 可察觉的空射情况，还是仅为了增加射孔的数量。还应该理解到，层 段不必局限于单一的储油砂岩地层。采用适于与本发明方法同时布置 在给定的处理级中其的他导流介质可以对多个砂岩地层作为单独级而 进行射孔和处理。
10.如图2C所示，挠性管可以被移动而使循环口114正好定位于 该第一区域的最深射孔231下方的位置，以使支撑剂充满可膨胀且可重 置的封隔器120上方的可能性减到最小，并使高速流动经过BHA的支撑 剂液流减到最小。
11.靠使少量的流体沿着挠性管106向下环流经过循环口114(通 过正排量泵)，压裂增产处理的第一级开始进行。然后开始进行对增 产液(stimulation fluid)的泵送操作，使增产液以压裂增产速率沿 挠性管106和生产套管82之间的环形空间向下流。沿挠性管106向下流 的少量流体是用于使挠性管106内保持正压力，以阻止含有支撑剂的流 体回流到挠性管106中，并防止压裂操作期间挠性管在受载荷下塌陷崩 溃。应该注意到，作为防止挠性管塌陷崩溃的替换方案，也可以采用 一个内部阀结构来使循环口114保持在关闭位置，并采用地面泵将正压 施加到挠性管106中。作为用于对含有烃气体的15-英亩大小的透镜状 砂层增产的压裂处理设计的示意性实例，第一压裂级可由下述的“子 级”构成：(a)5,000加仑(gallon)的2％KCl水；(b)2,000加 仑的包含1磅/加仑的支撑剂的交联凝胶；(c)3,000加仑的包含2磅/ 加仑的支撑剂的交联凝胶；(d)5,000加仑的包含3磅/加仑的支撑剂 的交联凝胶；(e)3,000加仑的包含4磅/加仑的支撑剂的交联凝胶， 这样就使35,000磅的支撑剂置于第一区域中。
12.如图2C所示，第一压裂操作的所有子级都已经进行完毕，建 立了第一支撑剂压裂裂缝232。
13.在增产处理的第一级末尾，如果井筒中的支撑剂阻止了挠性 管/BHA立即移动；流体可被环流通过循环口11环冲洗和清除支撑剂， 以清洁挠性管/BHA并使之能移动。
14.如图3A所示，接着将挠性管/BHA沿井身向上提拉以稍高于 第二最深目标区域，使包含于选择性发射射孔枪系统144中的第二组射 孔弹146位于稍高于第二最深目标区域的位置，其中可根据套管接箍定 位器128和挠性管里程计系统的读数来再次进行精确的深度控制。BHA 向上移动(直至稍高于要射孔的第二层段)的动作将使可重置的机械 卡瓦“连续的J形”机构循环进入预锁状态。实施进一步的挤压/拉伸 载荷的循环将使机械卡瓦的连续J形机构返回到移动状态。接着，挠性 管/BHA向下运动，将包含于选择性发射射孔枪系统144中的第二组射孔 弹146定位于正好横跨第二最深目标区域的位置，在所述区域中，可根 据套管接箍定位器128和挠性管里程计系统的读数来再次进行精确的 深度控制。
15.第二组射孔弹136在经过第二选择性发射头142的遥控启动 作用下被选择性发射，以穿过套管82和水泥环84并通过产生的射孔240 -241建立与地层86的液体连通。
16.如图3B所示，可将挠性管沿井筒向下方移动，以使BHA定位 于第二目标区域的最深射孔241下方的几英尺处。后续的BHA沿井筒向 上方的移动将使循环口114正好定位于该第二区域的最深射孔241下 方，这将使可重置的机械卡瓦124循环进入预锁状态，其中后续的下降 运动将迫使可重置的机械卡瓦124进入锁定状态，从而防止继续向下运 动。
17.如图3C所示，向下的运动使得可重置的机械卡瓦124与套管 壁82啮合，从而防止BHA的继续下移。接着，向挠性管施加压缩载荷， 这一载荷将使循环口114和上部均衡口116关闭，并在可膨胀且可重置 的封隔器120和内部挠性管压力之间建立压力连通。压缩载荷还将循环 口114锁定到第二目标区域的最深射孔241的正好下方的位置(以使支 撑剂充满可膨胀且可重置的封隔器120上方的可能性减到最小，并使流 经BHA的高速度支撑剂液流最少)，并且使可重置且可膨胀的封隔器120 定位于第一和第二射孔层段之间。
18.再向下对挠性管/BHA施加压缩载荷以检测可重置的机械卡 瓦124，并保证附加的向下的力不会造成BHA沿井筒向下的继续移动。
19.如图3D所示，通过对挠性管106施压而启动可膨胀且可重置 的封隔器120，以在可膨胀且可重置的封隔器120的上方和下方形成液 体密封。在BHA上保持压缩载荷，以保持内部挠性管压力和可膨胀且可 重置的封隔器120之间的压力连通，并且保持循环口114和上部均衡口 116关闭，并保持可重置的机械卡瓦124处于锁定和工作状态。通过借 助地面泵系统来保持挠性管106中的压力，可膨胀且可重置的封隔器 120保持在启动状态(应该注意到，作为替换形式，也可以通过采用内 部阀锁住元件内的压力而使可膨胀且可重置的封隔器120保持在启动 状态，所述内部阀由与其他BHA元件和其他现有的信号装置相容的信号 装置从地面进行遥控)。
20.随着以压裂增产速率将流体沿挠性管106和生产套管82之间 的环形空间向下泵送，对压裂增产处理的第二级开始进行，同时保持 BHA上的压缩载荷以使循环口114和上部均衡口116保持关闭，并保持挠 性管压力处于足够的水平以防止挠性管管柱塌陷崩溃，并保持可膨胀 且可重置的封隔器120膨胀以及在压裂操作之前、之中和之后，封隔器 上方的环形空间的压力和可膨胀且可重置的封隔器下方的密封井筒压 力之间的液体密封。
21.所有的压裂操作子级都被泵送后，在井筒中留下了最少量的 欠冲洗的最后子级的含支撑剂的流体，以不对压裂增产处理裂缝过分 顶替。如果在这一处理级阶段，认为可膨胀且可重置的封隔器120的密 封整体性受到破坏，可在将可膨胀且可重置的封隔器120设置在无孔的 空管内之后，暂时地停止进行处理级操作，以在最高(最浅)的已经 存在的射孔(例如图3D中的射孔240)的上方检测封隔器的密封整体性。 如果要进行密封整体性检测，最好进行环流/清洗操作，以保证在进行 检测前，将可能存在于井筒中的任何支撑剂都循环排出井筒。环流/ 清洗操作可以通过打开循环口114、然后沿挠性管106向下泵送循环液 而将支撑剂循环排出井筒来实施。
22.如图3E所示，第二压裂操作的所有子级都已经进行完毕，建 立了第二支撑剂压裂裂缝242。
23.当进行完第二级压裂操作并停止沿挠性管106和生产套管82 之间的环形空间向下注入增产液后，向挠性管106施加小的拉伸载荷， 同时保持内部挠性管压力。施加的小拉伸载荷首先将可膨胀且可重置 的封隔器压力与挠性管压力分隔，从而锁定可膨胀且可重置的封隔器 120中的压力，从而保持正压密封并给予显著的阻力阻止可膨胀且可重 置的封隔器120的轴向移动。在同样的运动下，施加的拉伸载荷可使循 环口114和均衡口116打开，从而使挠性管压力泄入挠性管106和生产套 管82之间的环形空间，同时使可膨胀且可重置的封隔器120上方和下方 的压力相等。在井下压力均衡后，提供内部挠性管压力的地面泵系统 可停止运转。
24.当挠性管中的压力、位于可膨胀且可重置的封隔器120上方 由挠性管106和生产套管82形成的环形空间中的压力、位于可膨胀且可 重置的封隔器120下方由BHA和生产套管82形成的环形空间中的压力都 相等后，在把封在可膨胀且可重置的封隔器120中的压力释放泄入挠性 管106之前，施加在挠性管上的压缩载荷将关闭循环口114和上部均衡 口116。在没有跨过可膨胀且可重置的封隔器120的外部压差的情况下， 如图3F所示，可膨胀且可重置的封隔器120的这种内部压力释放将使得 可膨胀且可重置的封隔器120从生产套管壁上缩回，否则会产生可能损 坏挠性管106或BHA的力以及移动。
25.一旦可膨胀且可重置的封隔器120复位，如图3F所示，则拖 拉挠性管/BHA的拉力将使可重置的机械卡瓦124停止工作，从而使BHA 能够自由移动并再次定位到井筒上部。
26.如果在增产处理的第二级末尾，井筒中的支撑剂阻止了挠性 管/BHA立即移动，则流体可通过循环口114来循环冲洗和清除支撑剂， 以使挠性管/BHA自由并允许BHA在释放可膨胀且可重置的封隔器之后 向上移动。
27.重复上述步骤直到所有的计划区域都逐个地受到增产处理 (图3A至3F表示了为三个区域增产操作而设计的BHA)。
28.当完成这一增产处理过程后，BHA的元件返回到移动状态并 且从井筒中将挠性管/BHA装置取出。
29.如果所有期望的区域都被增产处理了，则油井可立即投入生 产。
30.如果希望增产处理其他的区域，则可制造带有如图4A所示的 稍有改进的BHA的一卷挠性管。在该井底工具组合中，与上述优选实施 例中的BHA的唯一不同是增加了选择性发射设置的机械塞164或选择性 发射设置的桥塞164，它位于图4A所示的最低选择性发射的枪装置的下 方。通常，选择性发射设置的机械塞164既可以是桥塞，也可以是压裂 挡板(fracture baffle)。如果希望在增产作业之后立即同时产生由 塞子分隔的区域，则通常最好采用压裂挡板。
31.如图4A所示，改进的BHA由选择性发射的射孔枪系统(图4A 表示了一种枪系统，它包括射孔枪174、184和194以及相应的射孔弹 176、186和196，和选择性发射头172、182和192)、一个套管接箍定 位器128、液流口114、116和122、一个可膨胀且可重置的封隔器120、 一个可重置的机械式轴向卡瓦装置124和用选择性发射头162设置的选 择性发射的桥塞164。改进的BHA通过由井口上方的起重机或钻架悬挂 的防喷管和挠性管注入头而下到井中。
32.挠性管/BHA被下入井中，同时用套管接箍定位器与深度的关 系来确定深度。
33.如图4A所示，挠性管/改进的BHA被下入井中并使选择性发射 的机械塞164定位于最后一个在先增产处理的区域252的上方的位置。
34.如图4B所示，选择性发射头162发射，以使选择性发射的机 械塞164设置在最后一个先前增产处理的区域252的上方的位置。
35.当桥塞的选择性发射头162被触发以设置选择性发射桥塞 164之后，挠性管/改进的BHA上升到井筒中下述位置，即，使得包含在 选择性发射射孔枪系统中的第一(最低)组射孔弹176位于正好跨过要 被射孔的下一最低目标区域，其中可根据套管接箍定位器128和位于地 面设备上的挠性管里程计系统的读数来进行精确的深度控制。BHA向上 移动到第一射孔层段的位置的动作将使可重置的机械卡瓦124循环进 入锁定状态，并将要求挠性管轴向载荷从挤压到拉伸并且返回的循环 操作才可使可重置的机械卡瓦回复到移动状态。
36.如图4B所示，改进的BHA上的第一组射孔弹176靠遥控启动作 用通过第二选择性发射头172被选择性发射，并以射孔270和271穿透套 管82和水泥环84，并通过产生的射孔270-271建立与地层86的液体连 通。
37.如果在最后的先前设置的射孔250、251和下一组要被增产处 理的射孔270、271的位置之间没有足够的空间以恰当地放置用于对下 一组射孔270进行射孔、分隔、增产处理的BHA，则可将选择性发射的 桥塞164设置在最后一个先前增产处理的射孔250、251的下方，并在第 一增产处理操作期间采用可膨胀且可重置的封隔器，以将最上部的射 孔270、271与先前增产处理的射孔250、251分隔。
38.适当重复上述整个工艺直到所有的计划区域都逐个地被增 产处理(图4A至4B表示了为另外三个区域增产处理操作而设计的BHA)。
本领域的技术人员应该认识到，在采用包含支撑剂的流体情况下， 优选的悬挂方法是采用传统的接头连接油管或者挠性管，最好还带有 一个或多个循环口，使得沉降在井筒中的支撑剂能够被很容易地循环 排出井筒。诸如酸性压裂或岩体酸化等处理操作也可以不需要这种功 能，并且借助以诸如钢丝或电缆等线缆、或者以井底牵引系统为基础 的布置系统很容易实施上述操作。
根据特定作业任务的目的，本领域的技术人员应该理解到，可采 用不同的泵送系统，并且泵送系统可能包括以下操作：(a)沿线缆或 油管(如果上述布置方法采用了线缆或油管)和套管壁之间形成的环 形空间向下泵送流体；(b)如果悬挂方法包括采用挠性管或接头连接 的油管，并且对于所考虑的井深来说，过度的摩擦和支撑剂腐蚀无太 大的影响，则沿挠性管或接头连接的油管的内部向下泵送流体；(c) 如果对于所考虑的井深来说，过度的摩擦和支撑剂腐蚀无太大的影响， 则同时沿油管(如果上述布置方法采用了油管)和套管壁之间形成的 环形空间以及油管的内部向下泵送流体。
图5表示了本发明的第二实施例，其中采用了挠性管作为布置装 置，并且过度的摩擦无太大的影响，以及在作业时不泵送支撑剂或者 不考虑支撑剂的使用。图5表示了采用挠性管106来悬挂BHA和BHA元件。 在该实施例中，按序从较浅的井筒位置到较深的井筒位置对各个区域 进行处理。在该实施例中，如图5所示，循环口114设置在可膨胀且可 重置的封隔器120下方，使得处理液能够沿挠性管106的内部向下泵送， 并从循环口114流出，并受正压力而进入目标射孔。作为显示那些操作 的示意图，图5表示出可膨胀且可重置的封隔器120已经被启动并设置 在射孔241下方，所述射孔241对应于先前的液压压裂区域242。可膨胀 且可重置的封隔器120形成了流体隔离，使得当后续的处理液沿挠性管 106向下泵送时，处理液被迫进入先前设置的射孔230和231中并形成新 的液力压裂裂缝232。接着，为了形成所需数量的地层区域和层段，适 当地继续进行并重复这种操作。
图6表示了本发明的第三实施例，其中采用了挠性管作为布置装 置，并且过度的摩擦无太大影响，以及在作业时不泵送支撑剂或者支 撑剂的使用无太大影响。图6表示了采用挠性管106来悬挂BHA和BHA元 件。在该实施例中，能以任意的顺序对各个区域进行处理。在该实施 例中，如图6所示，采用了一个跨式双封隔器的可膨胀密封装置125作 为可重置的密封装置，并且将循环口114设置在上部可膨胀密封元件 121和下部可膨胀密封元件123之间。当上部可膨胀密封元件121和下部 可膨胀密封元件123启动后，处理液能够沿挠性管106的内部向下泵送 并从循环口114流出，然后受正压力而进入目标射孔。作为显示那些操 作的示意图，图6表示出上部可膨胀密封元件121和下部可膨胀密封元 件123已经被启动并设置成跨过射孔241，所述射孔241对应于将要被压 裂的下一区域。可膨胀且可重置的封隔器120提供了流体隔离，使得当 后续的处理液沿挠性管106向下泵送时，处理液被迫进入先前设置的射 孔240和241中并建立新的液力压裂裂缝242。接着，为了形成所需数量 的地层区域和层段，适当地继续进行并重复这种操作。
图7表示了本发明的第四实施例，其中采用了电缆102作为布置装 置来悬挂BHA和BHA元件。在该实施例中，按序从较深的井筒位置到较 浅的井筒位置对各个区域进行处理。在该实施例中，如图7所示，可将 处理液沿电缆102和生产套管壁82之间的环形空间向下泵送，并使处理 液受正压力而进入目标射孔。在该实施例中，可膨胀且可重置的封隔 器120还包括一个内部电动泵系统117，它由通过电缆传输到井下的电 力驱动，以使用井筒流体而使可膨胀且可重置的封隔器120膨胀或收 缩。图7表示出可膨胀且可重置的封隔器120已经被启动并设置在射孔 241的下方，所述射孔241对应于将要被压裂的下一区域。可膨胀且可 重置的封隔器120提供了流体隔离，使得当后续的处理液沿电缆102和 生产套管82之间的环形空间向下泵送时，处理液被迫进入射孔240和 241中并建立新的液力压裂裂缝242。接着，为了形成所需数量的地层 区域和层段，适当地继续进行并重复这种操作。
本发明的第五实施例包括附加的油管柱或线缆的布置系统，后文 称为在挠性管(或接头连接的油管)的内部和/或外部控制管缆。如图 8A和8B所示，图示的控制管缆104设置在挠性管106的内部。在该实施 例中，控制管缆104与可重置的密封装置120相连，并且在该实施例中， 可重置的密封装置120由通过控制管缆104传递的流体压力而启动。通 常，可在挠性管的内部和/或挠性管和生产套管之间的环形空间中布置 多个控制管缆。通常，可使用控制管缆进行多种不同的操作，包括但 不限于以下操作：提供(a)液体连通以操纵各BHA元件，这些元件包 括但不局限于密封装置和/或射孔装置；(b)用于向井底注入附加流 体或者使附加流体循环的液流管道；(c)用于从井下测量装置获得数 据。应该注意到，如图8A所示，BHA还包括扶正器201、203和205，它 们用于当BHA元件处于移动状态时，保持BHA在井筒中居中。
控制管缆的使用使得可以独立于挠性管中的流体压力条件而使可 重置的机械密封装置进行液压地啮合和/或脱离啮合。这就使得该方法 扩展到可采用那种为了操作而需要独立液压操纵的可重置的机械密封 装置。需要液压压力来选择性发射的射孔装置可通过控制管缆而启动。 这可以使电缆-如果在挠性管和BHA中设置了电缆-被用作传输电信 号的附加通道，就象获取井底工具组合上的测量仪器的数据时所需要 的；或者用作启动其他的BHA元件，例如，启动为BHA元件提供旋转动 力/扭矩的井下电驱动马达。作为替换形式，控制管缆还可用于操纵那 些用来启动不同井底元件的液压马达(例如，用于使可重置的密封装 置啮合或者脱离啮合的液压马达)。
采用控制管缆还可以提供向井下的多个期望位置以精确控制方式 注入或循环任何流体的能力。例如，为了在流体支撑剂压裂处理期间 减少沉淀附着在密封装置上的支撑剂，控制管缆可被布置并用于提供 独立的连续或间歇清洗和环流操作，以防止支撑剂聚集在密封装置上。 例如，一个控制管缆可下到可重置的机械密封装置的正上方，同时用 另一控制管缆可下到可重置的机械密封装置的正下方。这样，象期望 的那样，流体(例如氮)能被环流到井下的上述任一个或两个位置上， 以从环绕密封装置的区域上清洗掉支撑剂，从而减少由于支撑剂聚集 而使BHA卡住的可能性。在流体循环的情况下，应该注意到，控制管缆 的尺寸和流体应经过选择，以保证获得期望的速率，并且不会意外地 受到控制管缆内的摩擦压力的限制。
除了将由油管柱构成并在井下提供液体连通的控制管缆作为启动 BHA元件的信号装置(或者可作为用于对井下仪器进行地面记录的信号 传输装置)以外，通常，可在井筒中设置一条或多条电缆或光纤线缆， 以作为启动BHA元件的信号装置(或者可作为用于对井下仪器进行地面 记录的信号传输装置)在井下提供电连通或光电连通。
图9表示了本发明的第六实施例，其中设置了一个安装在BHA上的 牵引系统，它由上部牵引驱动装置131和下部牵引驱动装置133构成， 用于将BHA布置和定位在井筒中。在该实施例中，按序从较深的井筒位 置到较浅的井筒位置对各个区域进行处理。在该实施例中，BHA还包括 一个内部电动泵系统117，它由通过电缆102传输到井下的电力驱动， 以通过使用井筒流体而使可膨胀且可重置的封隔器120膨胀或收缩。在 该实施例中，处理液沿电缆102和生产套管壁82之间的环形空间被向下 泵送，并受正压力而进入目标射孔。图9表示出可膨胀且可重置的封隔 器120已经被启动并设置在射孔241的下方，所述射孔241对应于将要被 压裂的下一区域。可膨胀且可重置的封隔器120提供了流体隔离，使得 当处理液随后沿电缆102和生产套管82之间的环形空间被向下泵送时， 处理液被迫进入射孔240和241中并建立新的液力压裂裂缝242。接着， 为了形成所需数量的地层区域和层段，适当地继续进行并重复这种操 作。
作为第六实施例的替换形式，牵引系统可以是自驱动的，并由板 载计算机系统控制，并且能够携带板载信号系统，使得不需要为了定 位，控制和/或启动牵引系统而安装线缆或管道。另外，不同的BHA元 件也可由板载计算机系统控制，并携带板载信号系统，使得不需要为 了控制和/或启动这些元件而安装线缆或油管。例如，牵引系统和/或 BHA元件能够携带板载动力源(例如电池)、计算机系统和数据传输/ 接收系统，使得牵引装置和BHA元件既能够通过远程信号装置从地面受 到遥控，或者作为替换形式，也能够在地面对不同的板载计算机系统 进行预编程，以当布置到井筒中时执行所需顺序的操作。
在本发明的第七实施例中，采用了研磨(或腐蚀性)流体射流作 为井筒的射孔装置。研磨(或腐蚀性)流体射流是石油工业中常用的 方法，用于对井下油管柱和其他井筒和井口元件进行切割和射孔。采 用挠性管或接头连接油管作为BHA悬挂装置能够提供研磨流体喷射切 割技术所用的液流管道。为了与此相适应，BHA构造成具有一个喷射工 具的形式。该喷射工具使得高压高速的研磨(或腐蚀性)流体系统或 者泥浆能够通过油管以及喷嘴而泵送到井底。研磨(或腐蚀性)流体 切穿生产套管壁、水泥环并穿透地层以形成与地层相通的液流通道。 在增产作业过程中，使用这种喷射工具能在整个层段中设置出任意分 布的孔和裂缝。通常，研磨(或腐蚀性)流体切割和射孔操作能够很 容易地在下述条件下实施，即在宽范围的泵送条件下、采用宽范围的 流体系统(水，凝胶体，油，液体/气体组合的流体系统)，以及如果 在特定的井筒射孔应用中需要使用固体研磨材料，则可以采用多种固 体研磨材料(砂子，陶瓷材料等)。
喷射工具代替了前面六个实施例所述的传统选择性发射射孔枪系 统，由于这种喷射工具的长度可为1英尺到4英尺的范围内，所以当与 采用传统的选择性发射射孔枪装置作为射孔装置时相比时，对地面防 喷管系统的高度要求被大大降低了(可能最多降低了60英尺或降低更 多)。降低了对地面防喷管系统的高度要求能够提供包括降低费用和 操作时间的多个优点。
图10详细表示了本发明的第七实施例，其中采用了喷射工具310 作为射孔装置并用连接的油管302将BHA悬挂在井筒中。在该实施例中， 将一个机械式压缩形变的可重置的封隔器316用作可重置的密封装置； 用一个机械式套管接箍定位器318进行BHA的深度控制和定位；用一个 单向全开的活瓣式止回阀接头304来保证流体不会沿连接的油管302向 上流；一个组合的剪切释放打捞颈接头306用作安全释放装置；还采用 了循环/均衡口接头308，以提供一种流体循环的方法以及在一定的情 形下的在机械压缩形变的可重置的封隔器316的上方和下方的压力平 衡；还采用了一个单向球座止回阀接头314，以保证流体仅能从机械压 缩形变的可重置的封隔器316下方向上流到循环/均衡口接头308。
喷射工具310包含射流口312，该射流口312用于对被沿连接的油管 302向下泵送的研磨流体加速和导向，使研磨流体喷射直接冲击到生产 套管82上。在这种结构中，机械套管接箍定位器318经适当地设计而连 接在机械压缩形变的可重置的封隔器316上，以允许液流能够从机械压 缩形变的可重置的封隔器316的下方向上流动到循环/均衡口接头308。 与循环/均衡口接头308中包含的液流导管对应的过水断面积的尺寸制 造成比与射流口312对应的过水断面积大许多的过水断面积，使得当循 环/均衡口接头308处于打开状态时，连接油管302或BHA中的液流主体 优先地流动通过循环/均衡口接头308而不是射流口312。循环/均衡口 接头308是通过连接管302的上下轴向移动而被打开和关闭的。
在该实施例中，连接油管302最好与机械压缩形变的可重置的封隔 器316一起使用，这是因为机械压缩形变的可重置的封隔器316能够通 过连接油管302施加的垂直运动和/或转动来很容易地被启动或者退 动。借助于作为将连接油管302连接、安装在井筒中以及从井筒中取出 的地面装置的动力旋转装置，使用完井设备辅助的不压井起下作业装 置，通过连接油管302垂直运动和/或转动被施加。应该注意到，对于 在压力下将连接油管302连接、安装在井筒中以及从井筒中拆除来说， 与采用带有动力旋转装置的完井设备辅助的不压井起下作业装置相应 的地面设备、方法和工艺是普通的并为本领域技术人员所公知的。作 为替换形式，采用借助于动力旋转装置的完井钻架以及拆除头来代替 不压井起下作业装置，也能够实现在压力下将连接油管连接、安装在 井筒中以及从井筒中拆除；同样，为了在压力下将连接油管连接、安 装在井筒中以及从井筒中拆除而进行的上述操作也是普通的并为本领 域技术人员所公知的。还应该理解到，地面钻架和管路配置可包括适 当的总管、管道和阀以便调节液流流进、流出所有适当的地面元件/ 设施和井筒以及在它们之间流动，这里适当的地面元件/设施和井筒 包括但不局限于：连接的油管、连接油管和生产套管之间的环形空间、 泵、流体储存罐和回流池。
由于机械式压缩形变的可重置的封隔器通过连接油管302的垂直 运动和/或转动而被启动，所以流体能够沿连接油管302被向下泵送而 无需附加的控制阀和/或隔离阀，如果可膨胀的封隔器被用作可重置的 密封装置时是需要添加上述阀的。以这种方式使用连接油管302的内 部，使其提供在地面和喷射工具310之间的独立的液流导管，使得研磨 流体能被沿连接油管302向下泵送到喷射工具310中。位于喷射工具310 上的射流口312，则提供了高速的研磨喷射液流，该液流被引导对生产 套管82和水泥环84射孔以建立与地层86的液体连通。
图10表示了已经使用喷射工具310制成了射孔320并使射孔320穿 过需要的第一地层层段，并且需要的第一地层层段已经被增产处理液 力并具有了液压压裂裂缝322。图10还表示了喷射工具310于井筒内已 经被重新定位，并被用来在需要的第二地层层段设置射孔324，并且机 械式压缩形变的可重置的封隔器316已被启动，以便在用多级液压支撑 剂压裂处理的第二级对射孔进行增产处理操作之前在井筒中形成液体 密封。
应该注意到，射流口312可位于机械式压缩形变的可重置的封隔器 316的大约6英寸到1英尺范围内的位置，使得在泵送了第二支撑剂压裂 级流体之后，如果积聚在机械式压缩形变的可重置的封隔器316顶部的 支撑剂产生影响，能根据需要将非研磨和非腐蚀性的流体沿连接油管 302向下泵送并通过射流口312和/或循环/均衡口接头308，以将支撑剂 从机械式压缩形变的可重置的封隔器316顶部清除。另外，通过使用可 用地面动力旋转装置来转动的连接油管302，喷射工具310可以被旋转 (当机械式压缩形变的可重置的封隔器316未被启动时)，从而进一步 帮助清除机械式压缩形变的可重置的封隔器316上可能产生的支撑剂 积聚物。由于采用了流体喷射来制出射孔，就不会形成射孔毛刺。由 于没有射孔毛刺，就不会使机械式压缩形变的可重置的封隔器316上的 弹性体受到额外磨损，从而与射孔毛刺可能存在的情况相比，延长了 机械式压缩形变的可重置的封隔器316的寿命。
还应该注意到，由单向球座止回阀接头314和单向全开的活瓣式止 回阀接头304提供的流体控制，仅提供当机械式压缩形变的可重置的封 隔器316下方的压力大于机械式压缩形变的可重置的封隔器316上方的 压力时的机械式压缩形变的可重置的封隔器316上方和下方的压力相 等。当机械式压缩形变的可重置的封隔器316上方的压力大于机械式压 缩形变的可重置的封隔器316下方的压力时，机械式压缩形变的可重置 的封隔器316上方的压力可通过下述方法被容易地降低：采用连接油管 302和生产套管82之间的环形空间实现刚刚被增产处理的区域的受控 的流体回流操作；或者通过使低密度的流体(例如氮)沿连接油管302 向下流并沿连接油管302和生产套管82之间的环形空间向上流动这种 循环而降低上述压力。
单向全开的活瓣式止回阀接头304是优选的，因为这种设计适于将 研磨(或腐蚀性)流体不受限制地泵送到井底，并且还允许控制球通 过，根据各个BHA元件的具体特定设计，这些控制球可能从地面上坠落 以控制各个BHA元件的水力特性以及流体流动，或者提供BHA的安全释 放、根据特定工具的设计，可以布置多种不同的阀结构以提供由本实 施例所述流动控制阀提供的功能。
作为该第七实施例的替换形式，可包括带有能够悬挂并保持其他 测量装置或BHA元件的接套的接头。例如，该接套可以保持一个传统的 套管接箍定位器和伽玛射线工具，所述伽玛射线工具通过电缆被布置 并坐于接套上，以进行对BHA位置以及感兴趣的地层层段位置的额外诊 断分析。另外，可以布置多个研磨喷射工具作为BHA的部件，从而控制 射孔切割特性，例如孔/狭缝的尺寸、切割速率，以适应多种研磨材料， 和/或在过早的元件失效情况下提供备用系统。
对于本领域的技术人员来说，应该认识到，可采用很多不同的元 件作为井底工具组合的一部分。井底工具组合可构造成包含测量储层、 流体和油井特性的仪器，这些测量被认为在特定的应用场合可能会需 要。例如，可设置温度和压力计来测量处理期间的井下流体温度和压 力条件；采用密度计来测量有效的井下流体密度(在液压支撑剂压裂 处理过程中，为了确定井底的支撑剂分布和位置，流体密度测量是非 常有用的)；和采用放射性检测系统(例如伽玛射线或中子测量系统) 来定位含烃区域或者鉴别或确定油井或地层中的放射性材料的位置。
根据特定的井底工具组合元件以及射孔装置是否形成了可能损坏 密封装置的带毛刺的射孔，井底工具组合可以构造成带有“射孔毛刺 去除”工具的形式，该工具能够从套管壁上刮除射孔毛刺。
根据特定的井底工具组合元件以及当该井底工具组合在移动时与 套管壁接触的情况下是否形成了井底工具组合元件的过度磨损，可在 井底工具组合上布置扶正器接头以使该工具组合形成可靠的机械定 位，并防止由于该工具组合移动时与套管壁接触而产生的损坏或将这 种可能性减至最小。
根据特定的井底工具组合元件以及当发射时射孔弹是否形成了强 烈的冲击波并产生意外的过度振动，井底工具组合可以构造成带有振 动/冲击阻尼接头的形式，该阻尼接头能够消除任何由于射孔弹爆炸而 产生的对系统性能负面影响或将其减至最小。
根据采用的布置系统以及特定作业的目的，射孔装置和任何其他 需要的BHA元件也可定位到可重置的密封装置的上方或下方并且以任 意所需的互相相对顺序来布置。不管是电缆、电线、挠性管、传统的 连接油管还是井底牵引装置，布置系统本身都可被用来传递信号，以 启动密封装置和/或射孔装置。还可以在用于悬挂密封和射孔装置本身 的传统连接油管或挠性管中悬挂这种信号装置。作为替换形式，信号 装置、不管它是电子的、液力的或其他装置，都能够在油井中移动， 并位于悬挂装置的外部，或者容纳在一个或多个单独的挠性管管柱或 传统的连接油管柱内，或者由这些管柱构成。
相对于在深于8,000英尺的油井中采用高粘度流体系统进行处理 来说，可从本新发明的应用中立即获得多个主要的技术和经济效果。 摩擦压力限制的降低使得能够对更深的井进行处理，并减少了对特定 压裂流体配方的要求。能够降低或消除摩擦压力限制是因为高粘度的 流体能够沿挠性管或其他悬挂装置和生产套管之间的环形空间向下泵 送。由于通过将高粘度的流体系统沿挠性管的内部向下泵送而能够降 低或消除摩擦压力限制，所以实施这种技术的油井能够很大程度地增 加深度。例如，假设将1-1/2英寸的挠性管设置到外径为5-1/2英寸、 每英尺17磅的套管中，有效的过水断面积大约与5英寸外径的套管柱相 当。使用这种有效的过水断面积，可处理20,000英尺或更长的井深， 并能够为有效地进行支撑剂输送以及采用高粘度流体进行液力压裂取 得更高的泵送速率(例如，在每分钟10到30桶(10 to 30-barrels-per-minute)的范围内或更多)。
由于环形空间通常具有更大的等效过水断面积，所以可采用传统 的压裂流体，这与为了降低通过挠性管的摩擦压力降而采用的特定低 粘度流体(例如Dowell-Schlumberger的ClearFracTM流体)相反。 采用传统的压裂液技术就可以处理高于250的温度的地层，如果高于 该温度，则现有可应用的昂贵的特定压裂流体就可能开始降解。
这里使用的密封装置可以是可膨胀的装置、机械式压缩形变的可 重置的封隔器、机械式压缩形变的跨式双封隔器、杯形密封装置或任 何可通过悬挂装置布置并提供可重置的液体密封性能或等效功能的其 他可替代的装置。存在的可膨胀的装置和压缩形变的装置都在密封部 分和套管壁之间提供径向间隙(如，对于可膨胀的装置，间隙大小为 0.25英寸到1英寸，或者对于压缩形变的装置，间隙大小为0.1-0.2 英寸)，致使密封部分的磨损明显减少或者完全被消除。在本发明的 优选实施例中，在不启动状态下的密封装置和套管壁之间有足够的间 隙，使得工具能够快速地移动下入井筒或从井筒中移动移出，而不会 明显地损坏密封装置，或者不会产生与由于工具移动而形成的对油井 的波动/擦洗相关的压力控制问题。密封表面和套管壁之间增大的空隙 (当密封件未启动时)还将使起出或下入井筒的挠性管/BHA的速度比 现有的挠性管系统的速度快很多。另外，为了减少可能产生的、且并 不期望的密封件磨损，在优选实施例中，射孔装置将适当地调节对套 管壁进行的射孔，从而获得具有相对平滑边缘的射孔。作为替换形式， 机械可重置的密封装置可不必提供完美的液体密封效果，例如，可以 在装置的周围保持小的间隙。这一小间隙的尺寸可以被加工成提供一 种密封装置，(如果需要)从而使支撑剂跨过小间隙，并且提供一种 密封，(如果需要)该密封可在流体循环作用下被去除。另外，根据 特定的应用，还可以用更为经济可行的方式实施该增产作业，即使因 为使用机械可重置的密封装置不能取得完美的液体密封。
由于射孔装置与可重置的密封装置同时布置，所以可用相同的测 量标准在相同的时间对所有的元件进行深度控制。这就消除了现有的 方法的深度控制问题，在现有的方法中用两种不同的测量系统在不同 的时间以及不同的下井作业中来进行射孔操作和增产操作时会产生深 度控制问题。通过使用套管接箍定位器，能够获得非常精确的深度控 制，套管接箍定位器是深度控制的优旋的方法。
各个射孔目标层段的每一层段的总高是不受限制的。这与现有的 采用跨式双封隔器状的装置的挠性管布置系统所存在的问题是相反 的，因为那种跨式双封隔器状的装置的应用范围限制在15-30英尺高 的射孔层段。
由于无需采用永久的桥塞，所以消减了与桥塞钻碎操作相关联的 增加费用以及井筒风险。
如果用挠性管系统作为布置装置，则用于增产作业的挠性管管柱 就可以悬挂在井口并用作生产油管管柱，由于不必将设备移动到井位 来安装由连接的油管构成的传统生产油管管柱，就明显地节约了费用。
对要处理的区域的顺序进行控制，就可以根据每一单独区域的特 性对各个处理级的设计进行优化。另外，通过仅将一组开放的射孔暴 露在每一处理级上，所以消除了由于同时处理多个区域所产生的亚优 化(sub-optimal)增产处理的可能性。例如，在液力压裂情况下，本 发明可减少酸化顶替液进入裂缝或支撑剂在裂缝中的亚优化分布的可 能性。另外，如果发生了使处理必须终止的问题，井身上部区域没有 受到影响，因为这些区域还没被射孔。这与传统的封堵球或挠性管增 产方法是相反的，在那些方法中，所有的射孔都必须在作业之前射好。 如果传统的挠性管作业失败了，就可能在很长的完井层段上很难有效 地进行导流作业和增产处理。另外，如果在密封元件上仅有一组射孔 打开，流体也能够循环，而不会击破顶部密封元件上方的其他多组打 开的射孔，而这种击破现象在传统的挠性管作业中就可能发生。这就 减少或消除了当井底循环压力超过地层孔隙压力的时候的流体损失和 对地层的损坏。
全部的处理液都可以在单独的一次井下作业中被泵送，这就比其 他技术明显节约了费用，在其他技术中，需要多次电缆或设备安装工 作以在各处理级之间往油井中下入和从其中取出工具。
本发明也可应用于斜井和水平井的多级处理。通常，在斜井和水 平井中，其他传统的导流技术难度都很大，这是由通常对应于斜井和 水平井的长层段上的导流材料的流体传输特性所决定的。
如果在压裂处理过程产生了滤砂现象，则本发明提供了一种方法， 使得环形空间中的含砂流体立即被循环流出井筒，从而使增产操作可 重新开始，而不必将挠性管/BHA取出井筒。挠性管系统的使用提供了 一种能够在射孔之后或者增产操作过程中测量井底压力的装置，这一 压力是根据在关闭(或低流动速率)条件下的与挠性管管柱相关的压 力计算值得出的。
如果将挠性管或传统的连接油管系统用作布置装置，则提供了一 种独立于注入环形空间的流体的井底流体注入装置。这是非常有用的， 例如，还可应用于以下用途：(a)通过以额定速率将流体泵送到井底 面清洁密封装置和液流口，从而保持BHA密封装置和液流口清洁而无支 撑剂聚集(这种聚集可能会导致工具卡住)；(b)井底混合用途(下 面将进一步讨论)；(c)在射孔期间向井底滴酸以帮助清洁射孔以及 帮助与地层的连通；(d)独立地对通过可重置的密封装置相互隔开的 两个区域进行增产处理。由此，如果将油管用作布置装置，根据需要 的特定操作以及特定的井底工具组合元件，可在任何时间内将流体循 环到井底；或者仅在密封元件启动后，或仅当密封元件未启动时；或 者在均衡口打开或关闭时。根据特定的井底工具组合元件和井底液流 控制阀的特殊设计，例如就像被用作均衡口接头、循环口接头或液流 口接头的一体的元件，井底液流控制阀的操纵可由电缆启动、液压启 动、液流启动、“J形锁销”启动、滑套启动，或者由在井底液流控制 阀的操作和启动领域的技术人员公知的任何其他装置启动。
挠性管系统还允许各个处理级中的液流在控制下回流，以帮助清 洁并帮助压裂裂缝封闭。回流可通过沿挠性管和生产套管之间的环形 空间向上流而实现，或者作为替换形式，如果不认为过量的支撑剂回 流是问题的话，回流也可通过沿挠性管管柱向上流来实现。
射孔装置可由市场上供应的射孔系统构成。这些枪系统可包括这 里称之为“选择性发射”的系统，使得单一的射孔枪装置由多个或多 组射孔弹构成。每个由一个或多个射孔弹组成的组都能采用电、无线 电、压力、光纤或其他启动信号从地面受到遥控并发射。每一组射孔 弹(弹数量、每英尺射点数、孔的尺寸、穿透特性)都能设计以取得 对欲被各级处理的各个区域进行的优化射孔。根据现有的选择性发射 枪技术，商业上可供枪系统能够在单独的一次井下作业中依次处理30 至40个要被射孔的层段。还可将枪预先加工和设计成能够对多组射孔 发射的形式。枪可以位于井底工具组合上的任一位置，包括位于机械 可重置的密封装置的上方和下方的位置。
可根据储层特性、处理操作设计考虑因素或者设备的限制对层段 进行分组处理。在每一组层段(最好是5到大约20)之后，在作业日的 结尾(通常由光照条件确定)，或者在碰到很难密封一个或多个区域 的情况下，最好采用桥塞或者其他机械装置来将已经处理的层段组与 下一要处理的层段组隔离。可以将一个或多个选择性发射设置的桥塞 或者压裂挡板与井底工具组合一起下入，并且在完井操作过程中按需 要将其设置以在已射孔的层段之间提供可靠的机械式隔离，并消除下 入单独的电缆来在成组的压裂级之间设置机械式隔离设备或导流介质 的需要。
通常，使用现有的商业上可供的射孔枪系统和机械可重置的密封 装置，本发明方法可以很容易地用于4-1/2英寸直径到7英寸直径的生 产套管。通过使用为更小或更大的套管适当地设计的机械可重置的密 封装置，本发明方法还可用于更小或更大的套管。
如果使用了选择性发射的射孔枪，则每一单独的枪的长度可为2 至8英尺，并且包含8至20个沿着枪管设置的射孔弹，这些弹的点密度 范围是在每英尺1和6点之间，但是最好是每英尺2至4点。在优选实施 例中，15至20个单独的枪可以一个在另一个上面的方式叠放，使得组 合后的枪系统的总长最好小于大约80至100英尺。这种总长的枪可通过 很容易准备的地面起重机和防喷管系统而下到井筒中。也可以使用更 长的枪，但是根据构成整个射孔装置的枪的总数，可能需要附加的或 者特别的地面设备。应该注意到，在某些独特的应用场合，枪的长度、 每支枪的弹数以及射点密度可以大于或者小于上述数值，这是因为最 终的射孔装置设计将受到欲被增产处理的井筒中的特定地层特性的影 响。
为了减小枪系统和BHA的总长，理想的是采用多个(两个或更多) 弹装载器，这些装载器均匀分布在挠性管周围并捆绑、焊接或者以其 他方式安装在挠性管上，或者连接到机械可重置的密封装置的下方。 例如，如果需要增产处理30个区域，其中每一区域都用一个4英尺的枪 射孔，则单一的枪装置将会形成大约150英尺的总长，这在地面上是不 可操纵的。作为替换形式，可采用位于挠性管上的相互面对的两个枪 装置，其中每一枪装置包含15支枪，总长度约为75英尺，这就能用现 有防喷管和起重机系统在地面上很容易地进行操作。
射孔枪的其他替代布置方案可以是将一支或多支枪定位在可重置 的机械密封装置的上方。可以将两支或更多的独立枪装置以下述方式 安装，即，使弹的取向背离井底工具组合或挠性管上的元件。还可以 形成单一的装置，该装置带有以更大密度加载的弹和发射装置，发射 装置被设计为在给定的层段内仅使一个子组的弹同时发射，有可能该 一次发射的所有的弹都在一个给定的相位方向上。
尽管在该实施例中描述的射孔装置采用了遥控发射的射孔弹或者 流体喷射方式而在套筒和水泥环上射孔，在本发明的范围内，为了实 现在井筒和周围地层之间建立流通路径的目的，也可以采用替换形式 的射孔装置，包括但不局限于以下方式：化学溶解或者采用钻/磨铣切 割装置。对于本发明的目的，使用的术语“射孔装置”广义上包括上 述所有的，以及任何为了触发射孔弹而悬挂在井筒中的启动触发装置， 或者是可能由井底工具组合外部的套管或其他装置传输的、或者由用 于支撑井底工具组合的悬挂方法悬挂的其他射孔装置。
BHA可包含井底马达或者其他装置以形成旋转运动/扭矩，从而满 足需要旋转运动/扭矩才能启动的机械密封装置的启动需要。这种装 置，与定向装置(例如陀螺仪或罗盘仪)结合，就能进行定向射孔， 使得射孔按优选的罗盘仪方向设置。作为替换形式，如果要使用传统 的接头连接油管，就可以通过直接旋转连接油管而将旋转运动和扭矩 传递给井下，所述旋转连接的油管是通过采用旋转驱动设备来实现的， 而该旋转驱动设备在传统的修井设备上是很容易提供的。作为BHA的部 件，还可以设置用于测量油井条件(套管接箍定位器、压力、温度和 其他测量仪)、用于实时监测井下的增产作业参数、储层性能和/或油 井动态的井底测量仪。
除了可重置的机械导流装置，在处理时还可以将其他导流材料/ 装置泵送到井下，这包括但不局限于以下材料：封堵球或颗粒，例如 砂、陶瓷材料、支撑剂、盐、蜡、树脂或其他有机或无机化合物，或 者是可替代的流体系统，例如粘稠流体、凝胶状流体、泡沫或其他化 学成分的流体，或其他可注入的导流剂。附加的导流材料能用于帮助 减少增产处理的持续时间，因为可以通过减少机械导流装置的设置次 数来节约时间，同时仍然取得在多个区域上的导流效果。例如，在3,000 英尺的层段中，要处理标称地隔开100英尺的各个区域，理想的是在井 内向上增加500英尺处采用可重置的机械导流装置，然后用处理液中携 带的导流剂对这六级中的每一级进行导流。作为替换形式，可对作为 欲被处理的总层段的子组的多个层段使用有限进入技术。这些不同方 案都会减少机械导流装置的机械设置的次数并能延长其有效寿命。
如果用油管柱作为布置装置，则油管可允许设置井下混合装置并 易于应用井下混合技术。特别地，可用油管柱将化学物质泵送到井下 并使之通过井底工具组合的液流口，以接着通过生产套管环形空间而 与泵送到油管中的流体混合。例如，在液力压裂处理过程中，理想的 是将氮或二氧化碳泵送到井下的油管中并使之与井下处理液混合，使 得能够提供氮辅助或者二氧化碳辅助的回流。
这种方法和装置能够用于处理竖井、斜井或水平井。例如，本发 明提供了一种方法，能够产生与水平井或者斜井交叉贯穿的多个垂直 (或者大致垂直)的压裂裂缝。这种技术能够在单一的基座位置更经 济地对多口油井完井。还可以这样实现对多支井的处理，其中最深支 的井首先被处理；接着设置塞子或者启动套筒以隔离这一最低支的井； 然后处理下一个沿井身向上的支井；再次设置塞堵或者启动套筒以隔 离该支；然后重复这些步骤以处理在单一的井筒内的所需数量的支井。
如果采用了选择性发射的射孔枪，尽管从使能够被处理的层段的 数量达到最多的观点来说选择性发射的射孔枪是理想的，但是与采用 较长的枪相比，采用短枪(例如长度为4英尺或更短)会在某些情况下 限制油井生产率，因为导致了附近的井筒储油层区域中的压降增大。 如果采用研磨喷射而仅对短的层段(例如长度为4英尺或更短)进行射 孔，则油井生产率也同样受到限制。还会增加过量的支撑剂回流的可 能性，而这会导致降低增产效果。所述回流最好在受控制的低速率下 进行，以限制可能的支撑剂回流。根据回流结果，可采用树脂涂覆的 支撑剂或者另外的枪结构来增加增产效果。
另外，如果采用油管或线缆作为布置装置，为帮助减小在流体被 泵送到侧出口注入口时，由于含支撑剂的流体的直接冲击而在油管或 线缆上可能产生的不理想的支撑剂腐蚀的可能性，可在井口安装“隔 离装置”。该隔离装置可由带有短油管的法兰构成，并且沿井口的中 心向下延伸到注入口下方几英尺的位置。井底工具组合和油管或者线 缆能够在隔离装置油管中移动。这样，隔离装置的油管就能使支撑剂 转向并将油管或线缆隔离不受支撑剂的直接冲击。这种隔离装置可由 适当直径的管道构成，使得它能够很容易地让与油管或线缆和井底工 具组合相应的最大外径尺寸不受阻碍地通过。该隔离装置的长度可以 加工成使得在损坏的情况下下部的主压裂阀仍然能被关闭，并能够根 据需要拆下井口设备以拆除隔离工具。根据增产液和注入方法，如果 不考虑腐蚀，也可不需要隔离装置。尽管对隔离装置的油田试验显示 出不会产生腐蚀问题，根据作业设计，存在可能对隔离工具管道装置 产生腐蚀损害的风险，而这种腐蚀会使隔离工具的拆除困难。如果采 用了隔离工具，最好的做法是将冲击到隔离工具上的速率保持在一般 的腐蚀极限之下，优选的是低于大约180英尺/秒，更优选的是低于大 约60英尺/秒。
这种技术需要考虑的其他因素是：如果在泵送过程中不能恰当地 测出流体驱替，就可能发生过早的脱砂，因为要想用跨过欲被射孔的 下一区域的含有支撑剂的流体来开始展开一条裂缝可能是困难的。理 想的是采用KCl流体或其他非凝胶状流体系统作前置液而不用凝胶状 的前置液，以更好地开始展开对下一区域的压裂。在各级之间以较高 速度在作业中泵送注入将非凝胶状流体以形成对套管的涡流冲洗/清 洗，将减小支撑剂脱砂的风险。另外，在工具串上还设置有备用枪， 以在适当的等待时间之后能使作业继续。
尽管上述实施例主要是当本发明的方法用于液力压裂处理时所产 生的优点，这不应解释为限制权利要求所规定的发明，本发明可应用 于下述任何情况下，即其中在单一的下井作业中进行射孔以及其他井 筒操作。本领域的技术人员应该认识到，实施例中未特别描述的许多 变化型式也可以作为实现本发明目的的功能等同物。