СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН Российский патент 1999 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способу строительства скважин, креплению и изоляции трубных колонн различного типа для параметрических, разведочных и эксплуатационных скважин с различными типами профилей, включая вертикальные, наклонные и с горизонтальным участком ствола, а также для водяных скважин. Способ может использоваться в трубных переходах через подводные, подземные переходы и преграды с агрессивной средой, а также при многозабойной эксплуатации одного продуктивного пласта при одном основном стволе.

Известен способ строительства скважин, включающий бурение скважины, спуск обсадной колонны, закачку цементного раствора в обсадную колонну и продавку его в заколонное пространство [1]. Недостатками известного способа являются:
- крепи, которые служат в 3-5 раз меньше расчетного проектного срока, особенно в агрессивной сероводородной среде, а замена их невозможна из-за цементного камня в затрубьях;
- при затвердении цементного раствора создается депрессия на продуктивный пласт, в результате чего возникают выбросы с катастрофическими последствиями, а из-за цементного камня в затрубьях невозможно воздействовать на пласт циркуляцией жидкостью;
-депрессия продуктивного пласта, закачиваемым цементным раствором, затрудняет освоение и снижает нефтеотдачу пласта:
- большие затраты материалов и энергии, связанные с креплением, изоляцией, перфорацией и т.д.;
- низкая надежность герметизации заколонного пространства, особенно скважин с горизонтальным участком ствола в контактах порода - цементный камень - обсадная колонна, в результате воздействия температурных колебаний, ударов, земных катаклизмов и т.д.

Наиболее близким предлагаемому способу является способ строительства скважин [2], включающий бурение скважины, формирование боковых выработок на глубине спуска обсадной колонны, закачку цементного раствора в обсадную колонну и продавку его в интервал боковых выработок, предварительно сформированных в стенках скважин, с предварительной закачкой вязкой жидкости-гидрозатвора с плотностью, обеспечивающей гидростатическое давление на 10-15% выше пластового давления, который имеет следующие недостатки:
- из-за наличия цементного кольца в боковых выработках, крепящих обсадные колонны, невозможно контролировать и управлять затрубными и межтрубными пространствами, что также не обеспечивает полную замену отработанных, деформированных со временем трубных конструкций и изоляционного материала-жидкости-гидрозатвора;
- крепящее обсадную колонну цементное кольцо, на которое опирается гидрозатвор, в совокупности обеспечивая изоляцию, со временем под влиянием ударов, температурных колебаний и т.д. растрескивается с образованием каналов (нарушается герметичность), по которым ионы углесероводорода мигрируют в жидкость-гидрозатвор и далее, снижая качество изоляции;
- наклонные и горизонтальные участки предыдущей колонны быстро разрушаются от трения торца и боковых стенок предыдущей колонны труб (например насосно-компрессорных) при спускоподъемных операциях, увеличивая затраты на капитальный ремонт скважин, включая операции по размыванию осадков из зумпфа;
- не снижает ударные гидрогазовоздействия продуктивного пласта на эксплуатационную колонну труб;
- этот способ требует больших энергозатрат и материалов.

Для построения гибкой, управляемой системы сооружения скважин различных профилей, типов и видов при обеспечении экологической безопасности и долговечности с возможностью полного извлечения из скважины нарушенных и отработанных трубных конструкций с их оснасткой, изоляционного материала-жидкости-гидрозатвора и заменой их по мере износа или необходимости при строительстве нефтегазовых скважин с многоколонной конструкцией последние, включая перфорированную вне скважины потайную колонну, крепят съемным якорем, или изолируют закачиваемой предварительно креплению жидкостью-гидрозатвором в совокупности с герметичным разделителем среды установленным над съемным якорем, потайную перфорированную вне скважины колонну крепят и изолируют над кровлей продуктивного пласта, а эксплуатационную колонну снабжают гидромониторным соплом, центратором на роликах, герметичным разделителем среды с расположенными над ним гидравлическим клапаном, датчиком контроля среды и термокомпенсатором, крепят на устье с изоляцией и дополнительным усилием от выдавливания ее из скважины, весом столба жидкости-гидрозатвора, предварительно закачанного и действующего на герметичный разделитель среды, установленный в потайной перфорированной колонне над кровлей продуктивного пласта, при этом контроль и управление затрубным, межтрубным и трубным пространством осуществляют циркуляцией жидкостью-гидрозатвором через гидравлический клапан и датчик контроля среды, установленные на все трубные конструкции над герметичным разделителем среды. При изоляции в совокупности с герметичным разделителем среды в качестве жидкости-гидрозатвора используют термостойкую, седиментационно устойчивую, высокоструктурированную, вязкопластичную жидкость, приготовленную на основе используемого при бурении бурового раствора плотностью, равной плотности бурового раствора при поинтервальном бурении на глубину спуска очередной обсадной колонны, например добавлении в буровой раствор ингредиентов, как коррексит, полиакриламид и т.д.; все трубные конструкции с изоляционным материалом-жидкостью-гидрозатвором полностью извлекают из скважины, заменяют после привода съемного якоря и герметичного разделителя среды в транспортное положение; перед спуском эксплуатационной колонны герметизируют установленную потайную перфорированную вне скважины очередную колонну, затем осуществляют бурение из основного ствола по заданному профилю, спуск предварительно перфорированной вне скважины потайной колонны, ее крепление изоляцией с последующей разгерметизацией предыдущей потайной перфорированной колонны и спуском, креплением и изоляцией эксплуатационной колонны.

Таким образом, обеспечивают строительство однозабойной или многозабойной скважины для эксплуатации с одного ствола одного продуктивного пласта.

Способ строительства скважины - схематично представлен на чертеже. Показан горизонтальный участок ствола как наиболее сложный тип профиля, где: 1 - показывающие манометры от датчиков контроля среда, могут быть вынесены на диспетчерский пульт; 2 - зацементированное направление ствола скважины; 3 - кондуктор; 4 - скомпонованная система в башмаке кондуктора: внизу съемный якорь, например металлический и т д., над ним герметизирующий разделитель среды, например резиновый с воздушным сердечником, пакер и т.д., над ним гидравлический (подпружиненный) клапан с датчиком контроля среды; 5 - техническая обсадная колонна, оснащенная в башмаке также съемным якорем, герметизирующим разделителем среды, гидравлическим клапаном с датчиком контроля среды 6; 7 - потайная перфорированная вне скважины обсадная колонна, также оснащенная съемным якорем, герметичным разделителем среды, гидравлическим (подпружиненным) клапаном с датчиком контроля среды 8; фильтром 12; направляющей воронкой с левой резьбой 14; с размещением этой колонны в продуктивном пласте 13; в затрубьях и межтрубьях размещается жидкость-гидрозатвор 15; с эксплуатационной колонной 10 (например насосно-компрессорные трубы), оснащенной центратором на роликах с гидромониторным соплом 11, герметичным разделителем среды, гидравлическим (подпружиненным) клапаном с датчиком контроля среды 9, термокомпенсатором 16.

Способ осуществляют следующим образом.

По способу строительства скважины, включающему геофизические работы, бурение скважины, отклонение ствола от вертикали или без него, в зависимости от заданного типа профиля скважины, спуск очередной обсадной колонны 3, 5, 7, 10, закачку с ингибиторами коррозии термостойкой седиментационно устойчивой высокоструктурированной вязкопластичной жидкости-гидрозатвора 15, приготовленного на основе использованного бурового раствора, по пройденному бурением участка спуска очередной обсадной колонны с плотностью гидрозатвора, равной буровому раствору в этом интервале, последовательно производят крепление очередной обсадной колонны 3, 5, 7, 10, съемным якорем 4, 6, 8 (например, металлическим плашечным и т.д.) путем, например, упора обсадной колонны на забой и т.д. в зависимости от конструкции привода съемного якоря в рабочее положение с последующим натяжением колонны (подъемом) на 5-6% выше собственного веса обсадной колонны, далее производят изоляцию, приводя в действие герметичный разделитель среды 4, 6, 7, 9, например камера с воздушным сердечником, пакер и т.д. с механическим или гидравлическим приводами, предварительно разгрузив обсадную колонну до 4-5 тонн. Не исключается одновременно крепление и изоляция с совместным приводом в рабочее положение съемного якоря с герметичным разделителем среды 4, 6, 8, 9 в зависимости от их конструкций, например с упором обсадной колонны на забой, но с обязательной натяжкой колонны до 5 тонн. Проверку крепления и изоляции производят опрессовкой, закачивая в трубы гидрозатвор при давлении, заданными прочностными характеристиками, в совокупности с гидростатическим столбом гидрозатвора по всей длине обсадной колонны. Циркуляции гидрозатвора 15(15) в затрубном пространстве при качественном креплении и изоляции не будет. При возникновении циркуляции операции крепления и изоляции или только изоляции повторяют. Фундаментом трубных конструкций являются зацементированное направление 2. После крепления и изоляции очередной обсадной колонны жидкость-гидрозатвор меняют на буровой раствор и продолжают бурение до спуска следующей очередной обсадной колонны. Для контроля и управления заколонным пространством очередной обсадной колонны, состоянием качества гидрозатвора над герметичным разделителем среды устанавливают гидравлический (подпружиненный) клапан и датчик контроля среды 4, 6, 8, 9. При необходимости замены изоляционного материала-гидрозатвора 15 и нарушенной или отработанной обсадной колонны последовательно, через гидравлический клапан (через затрубье) восстанавливают циркуляцию гидрозатвора, раскрепляют съемный якорь 4, 6, 8, герметичный разделитель среды 4, 6, 8, 9 (транспортное их положение) в зависимости от их привода, например, резким сбросом натяга обсадной колонны. Потайную колонну 7, заранее перфорированную вне скважины и оборудованную фильтром 12, спускают на бурильных трубах, оснащают съемным якорем, герметичным разделителем среды над якорем, гидравлическим клапаном (подпружиненным) датчиком контроля среды 8, крепят и изолируют над кровлей продуктивного пласта как и последующие обсадные колонны, но без остаточного натяга в 4 - 5 тонн с последующим отворачиванием в левой резьбе направляющей воронки 14 и подъемом бурильных труб. А эксплуатационную колонну 10, оснащенную центраторами на роликах 11 (на кривых и горизонтальных участках), термокомпенсатором 16, в торце - гидромониторным соплом 11 диаметром, зависимым от давления продуктивного пласта 13 (для размыва осадков в зумпфе и компенсации гидрогазоударов при обратном воздействии через сопло на колонну труб со стороны продуктивного пласта), герметичным разделителем среды 9, гидравлическим (подпружиненным) клапаном 9, датчиком контроля среды 9 крепят в предыдущей колонне 5 на устье скважины с дополнительным усилием от веса столба гидрозатвора (от герметичного разделителя среды до устья), действующего на герметичный разделитель среды 9 против выдавливающих из скважины усилий продуктивного пласта, причем герметичный разделитель среды 9 приводят в рабочее положение, как и в последующих обсадных колоннах в потайной перфорированной колонне 7 над кровлей продуктивного пласта, предварительно заменив буровой раствор на жидкость-гидрозатвор 15, а вызов притока из продуктивного пласта - бескомпрессорный, путем спуска опорожненных от жидкости труб или путем свабирования, контроль ведется показанием манометров 1.

Преимущество изобретения заключается в том, что крепление очередных обсадных колонн, включая потайную перфорированную вне скважины колонну крепят съемным якорем, а изолируют совокупной работой герметичного разделителя среды с жидкостью-гидрозатвором с плотностью, равной буровому раствору, но вязкопластичной, термостойкой, седиментационно устойчивой, высокоструктурированной, антикоррозийной за счет добавок в использованный буровой раствор соответствующих инградиентов; в этой комплексной системе изоляции скорость миграции ионов углесероводорода равна нулю, так же как например в ацетиленовом аппарате "карбид-на-воду" через гидрозатвор (в данном случае - вода), ограниченный запорным вентилем (здесь - герметичным разделителем среды), скорость миграции ионов газа через совместную систему также равна нулю. Эксплуатационную колонну не перфорируют, крепят на устье с дополнительным усилием от выброса ее из скважины, изолируют совокупной работой герметичного разделителя среды с жидкостью-гидрозатвором. В способе строительства скважины, например камеры с воздушным сердечником, пакера используются только как герметичный разделитель среды без крепящих функций, а гидравлический клапан с датчиком контроля среды, установленные над герметичным разделителем среды, позволяют контролировать и управлять затрубными и межтрубными пространствами путем восстановления циркуляции гидрозатвора и любой жидкости через гидравлический клапан. В совокупности система крепления, изоляции и управления по способу строительства скважины обеспечивает возможность полного извлечения нарушенных, изношенных трубных конструкций из скважины, включая потайную перфорированную колонну, с их оснасткой вместе с деформированным со временем изоляционным материалом-жидкостью-гидрозатвором.

Способ строительства скважин может быть применен для всех видов и типов профилей скважин, обеспечивая полную экологическую безопасность, включая наклонные и с горизонтальным участком ствола скважины, где практически невозможно противостоять залеганию обсадных колонн на стенку скважины.

При производстве ремонта таких скважин (размыв и вынос на поверхность из зумпфа осадков и т.д.) нет необходимости поднимать эксплуатационную колонну 10 (в качестве которой могут быть насосно-компрессорные трубы), достаточно "заглушить" продуктивный пласт 13 жидкостью-гидрозатвором 15 (обратной промывкой через гидравлический клапан 9 и давлением в "лоб"), распакероваться, заменить жидкость-гидрозатвор на требуемую жидкость и интенсивной промывкой через гидромониторное сопло 11 очистить зумпф.

В способе строительства скважины используют оборудование, материалы и устройства стандартно выпускаемые заводами, а исключение из производства большого объема цементов, цементировочных агрегатов, забойных перфораций, центраторов для обсадных колонн, возврат отработанных трубных колонн и т.д. с использованием отработанного бурового раствора, позволяет резко повысить экономичность и эффективность строительства скважины с высокой экологической безопасностью с применением предложенной изоляции трубных конструкций, особенно на сероводородных месторождениях.

Способ обеспечивает возможность эффективного строительства многозабойных окончаний в одном продуктивном пласте с "выходом" из основного ствола путем спуска, крепления и изоляции предлагаемым способом потайной перфорированной вне скважины колонны, предварительно герметизируя пакером предыдущий ствол скважины с потайной перфорированной колонной; обеспечивается экологическая безопасность (предлагаемого способа) при переходе эксплуатации вышележащих продуктивных пластов в старых скважинах с разрушенными со временем трубными конструкциями. Технология приготовления гидрозатвора, технология ввода ингредиентов в буровой раствор, изготовления фильтра, новая методика расчета крепления и т.д. заложены в "ноу-хау" и являются приоритетом авторов.

Литература
1. Формирование и работа цементного камня в скважине. Монография Булатова А.И. - М.: Недра, 1990.

2. Патент РФ N 2012777, E 21 B 33/14 и РК N 2140, "Способ строительства скважин", Калмыков Г.И. и др.

Способ строительства скважин охватывает как разведочные, эксплуатационные виды, так и по типу профилей как вертикальные, наклонные, так и с горизонтальным окончанием ствола скважин. Обеспечивает создание сооружения, не подвергающегося деформациям, температурным влияниям, ударным силам и пр. при возможности контроля за затрубными пространствами и извлечения из скважины трубных конструкций. Сущность изобретения: по способу осуществляют бурение скважины по заданному профилю и спуск обсадных колонн различных типов, включая потайную перфорированную вне скважины. Осуществляют крепление их съемными якорями. Изолируют их в скважине предварительной закачкой термостойкой, седиментационно устойчивой, высокоструктурированной, антикоррозийной, вязкопластичной жидкостью-гидрозатвором в совокупности с герметичным разделителем среды. Эксплуатационную колонку не перфорируют, крепят на устье за предыдущую колонну с дополнительным усилием от выдавливания из скважины весом столба жидкости-гидрозатвора, действующего на герметичный разделитель среды от устья скважины. Герметичный разделитель среды размещают в потайной перфорированной колонне над кровлей продуктивного пласта. В ее торце размещают центратор на роликах с гидромониторным соплом для размыва осадков и компенсации гидрогазоударов со стороны продуктивного пласта. Контроль и управление затрубными, межтрубными и трубными пространствами осуществляют циркуляцией жидкости-гидрозатвора через гидравлические клапаны, датчики контроля среды, установленные над герметичными разделителями среди всех колонн. Приводят в транспортное положение съемные якоря с герметичными разделителями. После предварительной циркуляции жидкости-гидрозатвора поочередно полностью извлекают и полностью заменяют трубные конструкции колонн с их оснасткой. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ строительства скважин, включающий бурение ствола по заданному профилю, спуск обсадной колонны, включая потайную, их крепление, изоляцию закачкой жидкости-гидрозатвора, спуск эксплуатационной колонны, отличающийся тем, что при строительстве нефтегазовых скважин с многоколонной конструкцией последние, включая перфорированную вне скважины потайную колонну, крепят съемным якорем, изолируют закачиваемой предварительно креплению жидкостью-гидрозатвором в совокупности с герметичным разделителем среды, установленным над съемным якорем, потайную перфорированную колонну крепят и изолируют над кровлей продуктивного пласта, а эксплуатационную колонну снабжают гидромониторным соплом, центратором на роликах, герметичным разделителем среды с расположенными над ним гидравлическим клапаном, датчиком контроля среды и термокомпенсатором, крепят на устье скважины с изоляцией и дополнительным усилием, от выдавливания ее из скважины весом столба жидкости-гидрозатвора, предварительно закаченного и действующего на герметичный разделитель среды, установленный в потайной перфорированной колонне над кровлей продуктивного пласта, при этом контроль и управление затрубным, межтрубным и трубным пространством осуществляют циркуляцией жидкости-гидрозатвора через гидравлический клапан и датчик контроля среды, установленные на все трубные конструкции над герметичным разделителем среды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изоляции в совокупности с герметичным разделителем среды в качестве жидкости-гидрозатвора используют термостойкую, седиментационно устойчивую, высокоструктурированную, вязкопластичную жидкость, приготовленную на основе используемого при бурении бурового раствора плотностью, равной плотности бурового раствора при поинтервальном бурении на глубину очередной обсадной колонны. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что все трубные конструкции изоляционным материалом-жидкостью-гидрозатвором полностью извлекают из скважины, заменяют после привода съемного якоря и герметичного разделителя среды в транспортное положение. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед спуском эксплуатационной колонны герметизируют установленную потайную, перфорированную вне скважины очередную колонну, затем осуществляют бурение из основного ствола по заданному профилю, спуск предварительно перфорированной вне скважины потайной колонны, ее крепление, изоляцию, с последующей разгерметизацией предыдущей потайной колонны и спуском, креплением и изоляцией эксплуатационной колонны. 5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что при давлении продуктивного пласта, не превышающего гидростатического давления от веса водяного столба, включая послефонтанный период эксплуатации, вязко-пластичную жидкость-гидрозатвор заменяют через гидравлический клапан на естественную воду.