СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРОВОГО ЭКРАНА Российский патент 1996 года по МПК E21B43/32 

Изобретение относится к строительству скважин, в частности к созданию противофильтровых экранов (завес) для предотвращения перетоков воды и нефти в продуктивных пластах с подошвенной водой, а также проникновения газа через кровлю (покрышку) залежи, и найдет применение в нефтегазодобыче.

Известен способ разработки нефтяной залежи, заключающийся в изоляции зоны перетока между нефтеносной и водоносной частями пласта закачкой изолирующего агента (А.с. СССР N 1627675 от 15.02.91, БИ N 6, кл. Е 21 В 43/00).

Недостатком известного способа является невозможность обеспечить надежную изоляцию пласта от перетоков воды и газа, поскольку трещинные каналы, образующиеся в зоне дезинтеграции горных пород при бурении скважины, проходят, как правило, параллельно оси скважины, и поэтому нельзя гарантировать, что изолирующий агент перекроет все образовавшиеся каналы.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сооружения технологической бесфильтровой скважины, включающий проходку скважины, вскрывающей продуктивный пласт, и создание твердых пропластков при помощи образования в интервале приемной части скважины горизонтальных разрывов продуктивного пласта и заполнения образовавшихся трещин твердеющим материалом (А.с. СССР N 678181 от 05.08.79, БИ N 29, кл. Е 21 В 43/00, E 21 B 43/28).

Недостатком способа является невозможность обеспечить при помощи горизонтальных разрывов создание полости дисковой формы заданного радиуса и объема для надежной изоляции пласта от перетоков воды и проникновения газа через кровлю к дневной поверхности по вертикальным каналам зон трещинообразования в области дезинтеграции горных пород, образующихся при бурении скважины.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в ограничении перетока воды и нефти между водоносной зоной и нефтенасыщенным пластом, а также в изоляции проникновения (диффузии) газа через покрышку (кровлю) к дневной поверхности по вертикальным каналам зон трещинообразования в области дезинтеграции горных пород вдоль ствола скважины с помощью закупоривания каналов дренажа непроницаемым материалом.

Поставленная задача решается тем, что в способе создания противофильтрового экрана (завесы) при бурении скважины, включающем образование полостей в приемной части пласта и заполнение их материалом, каждую полость образуют вдоль очередной границы продуктивного пласта до начала бурения последующего пласта, выполняют ее дисковой формы радиусом
(1)
объемом
V = (4÷8)πR³•10^-2 (2)
а ее заполнение осуществляют непроницаемым материалом до закупоривания трещинных каналов дренажа,
где R максимальное расстояние от контура скважины до внешней границы предельной зоны трещинообразования в области дезинтеграции горных пород на глубине образования полости;
k, n индекс кровли и пласта (соответствующих нижней и верхней плоскости по границе пластов);
d диаметр скважины;
j_k,n плотность граничных пород;
σ_k,n предел прочности на растяжение для граничных пород;
H глубина образования очередной полости;
π 3,14.

Каждую полость образуют вдоль очередной границы продуктивного пласта, что позволяет использовать для ее образования плоскость естественного раздела сред, обеспечивает одновременное перекрытие зон трещинообразования в области дезинтеграции пород сопрягаемых пластов (блоков) и не разрушает коллектор в приемной части пласта.

Полость образуют дисковой формы, что позволяет перекрыть вертикальные каналы трещин по всему периметру вокруг скважины, т.к. при бурении скважины (проходке штрека и т. д. ) образуются концентрические зоны разрушения (дезинтеграции) горных пород (Шемякин Е.И. Фисенко Г.Л. Курленя М.В. Опарин В. Н. и др. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. Ч. II: Разрушение горных пород на моделях из эквивалентных материалов. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1986. N 4).

Максимальное расстояние до внешней границы предельной зоны трещинообразования вычисляют по формуле (1), что позволяет выбрать радиус дисковой полости для надежного перекрытия вертикальных трещинных каналов по всей ширине области дезинтеграции вокруг скважины. Расчетные величины в формуле (1) подставляют сначала для породообразующего материала кровли (вышележащего пласта с индексом К), затем продуктивного (нижележащего с индексом n) пласта. Максимальную величину из вычисленных параметров используют как предельный радиус полости дисковой формы, обеспечивающей гарантированное перекрытие каналов дренажа в области дезинтеграции горных пород, образующейся при бурении скважины.

Объем полости, вычисленный по формуле (2), позволяет также определить минимально необходимый расход непроницаемого материала, используемого для закупоривания вертикальных трещинных каналов, что позволяет изолировать переток жидкости вдоль ствола скважины и ограничить проникновение газа через кровлю (покрышку) к дневной поверхности.

Расчетные формулы (1) и (2) получены авторами в результате исследований и экспериментов, являющихся продолжением научных работ, зарегистрированных как открытие N 400 (Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок. // Авт. Шемякин Е.И. Курленя М.В. Опарин В.Н. и др./ БИ N1, 1992), а также опубликованных в работе (М.В.Курленя, В.Н.Опарин, А.А. Еременко. Об отношении линейных размеров блоков горных пород к величинам раскрытия трещин в структурной иерархии массивов. //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1993. N 3. 3-9 c).

Предполагаемое изобретение поясняется чертежом, где изображена технологическая скважина 1, вертикальный разрез по кровле 2 (покрышке), продуктивным пластам 3, 4, 5, а также показаны зоны дезинтеграции 6 и полости 7 дисковой формы, образованные по границам 8 пластов.

Способ заключается в следующем.

Проходят скважину 1, вскрывающую продуктивный пласт 3, по формуле (1) вычисляют максимальное расстояние R до внешней границы предельной зоны трещинообразования в области дезинтеграции горных пород сопрягаемых пластов (блоков). С помощью выражения
(3)
определяют предельно допустимое число зон дезинтеграции, вдоль которых образуются трещинные каналы,
где i предельно допустимое число зон дезинтеграции по критерию перехода первого "ложного" контура в действительный (Шемякин Е.И. Фисенко Г.А. Курленя М.В. Опарин В.Н. и др. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок.// Доклады Академии наук. 1986. Т. 289. N 5);
r_o радиус скважины (r_o=1/2d).

R см. формулу (1).

Радиус полости 7 дисковой формы принимается равным максимальному расстоянию R, вычисляемому по (1), а ее объем определяется по (2). Зная размеры зон дезинтеграции и объем полости определяют ее расположение на границе 8 кровли 2 и пласта 3 (или сопрягаемых пластов 3-4, 4-5) c учетом предельно допустимого числа зон дезинтеграции. Известными методами (гидроразрыв, искусственное щелеобразование и т.д.) образуют полость 7 дисковой формы, увеличивают ее до заданных размеров (по радиусу и объему) и образовавшуюся полость заполняют непроницаемым материалом до закупоривания трещинных каналов в зоне дезинтеграции пород кровли и пласта (или сопрягаемых пластов).

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Скважину 1 бурят в кровле 2 при помощи бурового станка известным способом. После достижения границы 8 продуктивного пласта 3 отбирают керны граничных пород (для кровли 2 и пласта 3), по кернам определяют плотность и предел прочности на растяжение для этих пород (соответственно с индексами к и n), по формулам (1, 2 и 3) вычисляют максимальное расстояние до внешней границы предельной зоны трещинообразования, объем образуемой полости дисковой формы и количество зон дезинтеграции соответственно для кровли и пласта. Буровой инструмент вынимают из скважины и известными методами (гидроразрыв, искусственное щелеобразование и т.д.) вдоль границы сопрягаемых пластов образуют дисковую полость заданных размеров (по радиусу и объему). Образовавшуюся полость заполняют непроницаемым материалом до закупоривания трещинных каналов дренажа в зоне дезинтеграции пород кровли и пласта. При этом объем непроницаемого материала принимается равным объему полости. В случае, если материал будет заполнять трещинные каналы, его фактический расход может возрасти. При этом заполняться будут, как правило, трещинные каналы вышележащего пласта (кровли), т.к. нижележащий пласт не забуривается до начала образования полости, поэтому в нем трещины не образуются и непроницаемый материал в пласт не проникает.

Использование: в области нефтедобычи. Обеспечивает предотвращение перетоков воды и нефти в продуктивных пластах и ограничивает диффузию газа через кровлю пласта к дневной поверхности. Сущность изобретения: по способу создают противофильтровый экран при бурении скважины. Его создают в виде дисковой полости заданных радиуса и объема. Полость создают вдоль границы продуктивного пласта. Радиус полости выбирают равным максимальному расстоянию от контура скважины до внешней границы предельной зоны трещинообразования в области дезинтеграции горных пород по глубине образования полости. Полости заполняют непроницаемым материалом до закупоривания трещинных каналов. 1 ил.

Способ создания противофильтрового экрана при бурении скважины, включающий образование полостей в приемной части пласта и заполнение их материалом, отличающийся тем, что каждую полость образуют вдоль очередной границы продуктивного пласта, выполняют ее дисковой формы радиусом (R), определяемым из выражения

и объемом (V), определяемым из выражения
V = (4-8)πR³•10^-2,
где R максимальное расстояние от контура скважины до внешней границы предельной зоны дезинтеграции горных пород на глубине образования полости, м;
k, n индекс кровли и пласта (соответствующий нижней и верхней плоскости по границе);
d диаметр скважины, м;
j_k , n плотность граничных пород, кг/м³;
σ_k,n предел прочности на растяжение для граничных пород, кг/м²;
H глубина образования очередной полости, м,
а заполнение полостей осуществляют непроницаемым материалом до закупоривания трещинных каналов.