СПОСОБ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА В ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЕ Российский патент 2000 года по МПК E21B43/11 E21B43/26 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для повышения производительности как вновь вводимых, так и действующих добывающих и нагнетательных скважин.

Известен способ гидравлического разрыва пласта, включающий спуск в скважину на заданную глубину гидропескоструйного перфоратора с вращателем, прорезание щелей в горизонтальной плоскости продуктивного пласта, подъем перфоратора с вращателем, спуск в скважину колонны труб с пакером и его установку, последовательную закачку в колонну труб жидкости разрыва, жидкости-песконосителя и продавочной жидкости с темпом закачки, обеспечивающим давление на забое скважины выше давления разрыва пласта, технологическую выдержку и ввод скважины в эксплуатацию - см., например, "Временную инструкцию по гидропескоструйному методу перфорации и вскрытию пласта". М., ВНИИ, 1967, с. 12-15, 32-35, который принимаем за аналог.

Однако известный по аналогу способ обеспечивает развитие трещин гидроразрыва в ограниченном интервале лишь на определенном радиусе от скважины. Развиваясь вглубь пласта, трещина, даже первоначально локализованная щелевыми надрезами, может выйти за пределы заданного интервала, не обеспечивая ожидаемого повышения производительности скважины. Для локализации развития трещин по разрезу и по простиранию пласта способ по аналогу требует проведения дополнительных работ, что увеличивает затраты времени и технических средств.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков из числа известных способов вскрытия продуктивного пласта в обсаженной скважине является изобретение по патенту РФ N 2055172 М. кл.⁶ E 21 B 43/26 от 10.02.94, заявка N 94004737/03, дата публикации патента 27.02.96, бюл. N 6 под названием "Способ гидравлического разрыва пласта".

В способе по прототипу проводят следующие существенные операции: прорезание из ствола скважины через обсадную колонну и ее заколонный цементный камень сквозных щелей в породу пласта, например, гидропескоструйным перфоратором, спуск в скважину колонны труб с пакером и закачку в пласт через колонну труб и щели при запакерованном межтрубном пространстве скважины жидкости разрыва, жидкости - песконосителя и продавочной жидкости. При этом прорезание сквозных щелей в прототипе выполняют обычно в виде двух диаметрально противоположных секторов в заданном интервале разреза продуктивного пласта. Расчетным путем определяют режимы, регламент и объемы закачки жидкости разрыва и жидкости - песконосителя, при осуществлении которых обеспечивается создание в продуктивном пласте закрепленных трещин заранее заданных размеров.

Способ по прототипу по сравнению с аналогом позволяет повысить производительность скважин и интенсифицировать выработку отдельных пропластков при меньшем расходе энергии и материалов.

Однако известный по прототипу способ вскрытия продуктивного пласта в обсаженной скважине не в полной мере позволяет повысить производительность скважин из-за того, что при его реализации фильтрационно-емкостные характеристики призабойной зоны продуктивного пласта остаются ниже тех значений, которые они имели первоначально в естественных условиях до бурения скважины. Производительность скважин сдерживается еще и из-за того, что при реализации способа по прототипу поверхность фильтрации продуктивного пласта у стенки ствола скважины ограничивается только размерами поперечного живого сечения горизонтально ориентированных трещин заданных размеров. Способ по прототипу для его реализации требует большого количества единиц техники и существенных затрат материалов. Не исключены при этом и аварийные ситуации - смятие обсадных колонн.

Основной целью изобретения является достижение нового технического результата, а именно восстановление фильтрационно-емкостных характеристик призабойной зоны продуктивного пласта до значений, близких к первоначальным, что позволит существенно повысить производительность скважин.

Еще одной целью изобретения является увеличение поверхности фильтрации продуктивного пласта у стенки ствола скважины, что позволит дополнительно повысить производительность скважин.

Еще одной целью изобретения является сокращение единиц техники и затрат материалов на вскрытие продуктивного пласта в обсаженной скважине.

Кроме того, целью изобретения является также исключение аварийных ситуаций, конкретно - предотвращение смятия обсадных колонн.

Указанные цели изобретения достигаются тем, что в известном способе вскрытия продуктивного пласта в обсаженной скважине, включающем прорезание из ствола скважины через обсадную колонну и ее заколонный цементный камень сквозных щелей в породу пласта, например, гидропекскоструйным перфоратором, спуск в скважину колонны труб с пакером и закачку в пласт через колонну труб и щели при запакерованном межтрубном пространстве скважины жидкости разрыва, жидкости - песконосителя и продавочной жидкости, нами предложено в совокупности с изложенными выше известными операциями осуществлять в заявляемом способе следующие новые существенные операции, согласно которым прорезание щелей из ствола скважины производят ярусами с интервалами между ними по высоте пласта, спускаемый на колонне труб пакер вначале запакеровывают в интервале между первым и вторым ярусами щелей от кровли пласта, затем за заколонным цементным камнем обсаженной скважины в породе пласта в интервале между вторым и первым ярусами щелей создают вертикальные каналы-полости путем закачки жидкости разрыва под давлением в пласт через колонну труб и через щели второго яруса до появления в межтрубном пространстве скважины над пакером из щелей первого яруса циркуляции жидкости разрыва, затем пакер на колонне труб опускают и запакеровывают его в интервале между вторым и третьим ярусами щелей, производят создание вертикальных каналов-полостей в породе пласта за заколонным цементным камнем обсаженной скважины в интервале между третьим и вторым ярусами щелей путем закачки жидкости разрыва под давлением в пласт через колонну труб и через щели третьего яруса до появления в межтрубном пространстве скважины над пакером из щелей второго яруса циркуляции жидкости разрыва, после чего указанные операции по созданию вертикальных каналов-полостей в породе пласта за заколонным цементным камнем обсаженной скважины повторяют между каждой нижерасположенной парой ярусов щелей до подошвы пласта, при этом закачку жидкости-песконосителя в создаваемые вертикальные каналы-полости производят после промывки последних.

Указанные выше новые существенные операции являются отличительными признаками предлагаемого изобретения по отношению к известному способу по прототипу.

Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации нам не известны способы вскрытия продуктивного пласта в обсаженной скважине, в которых вместе с изложенными выше известными операциями была бы использована введенная нами новая операция, а именно - создание вертикальных каналов-полостей в породе пласта за заколонным цементным камнем обсаженной скважины. При этом условия выполнения известных операций и порядок их выполнения во времени в заявляемом способе совершенно иные, чем в прототипе и других известных способах. В совокупности новые признаки в заявляемом способе при его реализации обеспечивают достижение нового технического результата, изложенного в целях заявляемого изобретения.

Так, в заявляемом способе проведение операции по прорезанию щелей из ствола скважины через обсадную колонну и ее заколонный цементный камень в породу пласта предложено производить по иному - ярусами с интервалами между ярусами по высоте пласта. Предложен иной порядок установки пакера (его запакеровки), а именно - пакер вначале запакеровывают в интервале между первым и вторым ярусами щелей от кровли пласта. Предложен новый режим закачки жидкости разрыва под давлением в пласт через колонну труб и через щели второго яруса, а именно - до появления в межтрубном пространстве скважины над пакером из щелей первого яруса циркуляции жидкости разрыва, что обеспечивает в предлагаемом способе выполнение новой операции, а именно - создание вертикальных каналов-полостей за заколонным цементным камнем обсаженной скважины в породе пласта в обрабатываемом интервале между ярусами щелей.

Повторение предложенного порядка установки пакера последовательно между каждой нижерасположенной парой ярусов щелей, начиная от кровли до подошвы пласта, совместно с предложенным режимом закачки жидкости разрыва в пласт обеспечивают создание вертикальных каналов-полостей за заколонным цементным камнем обсаженной скважины в породе пласта по всей толще продуктивного пласта от его кровли до подошвы.

Создание вертикальных каналов-полостей за заколонным цементным камнем обсаженной скважины в породе пласта по всей его толще от кровли до подошвы вместе с тем обеспечивает снятие напряженного состояния призабойной зоны пласта, создаваемого во всех случаях при вскрытии любых горных пород скважиной. Снятие напряженного состояния призабойной зоны пласта позволяет восстановить фильтрационно-емкостные характеристики призабойной зоны продуктивного пласта до первоначального значения, что в свою очередь позволит существенно повысить производительность скважин.

Создание вертикальных каналов-полостей за заколонным цементным камнем обсаженной скважины кроме снятия напряженного состояния призабойной зоны пласта позволяет резко увеличить поверхность фильтрации продуктивного пласта непосредственно у стенки ствола скважины, что, как известно, значительно влияет на повышение производительности скважин.

Благодаря тому, что величина интервала между каждыми двумя ярусами щелей в заявляемом способе не поставлена в зависимость от каких-либо обязательных условий и ее можно брать любых размеров, создается возможность устанавливать величину каждого интервала в зависимости только от прочности горной породы (продуктивного пласта). Это исключает необходимость развивать высокие и сверхвысокие давления для разрыва пласта. В заявляемом способе при закачке жидкости разрыва в пласт для создания вертикальных каналов-полостей поэтому достаточно развивать давление жидкости разрыва небольшой величины. Это исключает смятие обсадных колонн и позволяет привлекать меньшее число насосных агрегатов, сокращая до минимума использование единиц техники.

Поскольку в заявляемом способе подаваемая через колонну труб жидкость разрыва поступает в пласт через щели нижнего яруса и, пройдя интервал породы между нижним и верхним смежными ярусами щелей и создав тем самым вертикальные каналы-полости в породе пласта за заколонным цементным камнем обсаженной скважины, далее поступает через щели верхнего яруса в межтрубное пространство скважины над пакером, то таким образом практически весь объем такой жидкости за исключением лишь объема отфильтровавшейся в породу жидкости возвращается для повторного использования, что сокращает расход материалов.

Поскольку суммарный объем создаваемых вертикальных каналов-полостей по заявляемому способу по сравнению с суммарным объемом горизонтальных трещин, создаваемых в способе по прототипу, всегда будет меньше, то расход жидкости-песконосителя в заявляемом способе соответственно будет ниже при достижении одинаковой и даже большей производительности скважины.

Предложенная в заявляемом способе операция по промывке вертикальных каналов-полостей перед закачкой в них жидкости-песконосителя позволяет в большей степени приблизить значения фильтрационно-емкостных характеристик призабойной зоны продуктивного пласта к естественным первоначальным величинам.

Пример реализации способа по изобретению
Заявляемый способ быдл реализован на добывающей скважине, имевшей дебит 20 т/сутки. Глубина обсаженной скважины составляла 2500 м, диаметр обсадной колонны 146 мм, толщина стенки 8 мм. Продуктивный пласт мощностью 12 м залегал в интервале 2460-2472 м. Проницаемость продуктивного пласта составляла 80 мД.

Спустили в скважину серийный перфоратор с диаметром насадок 6 мм и прорезали из ствола скважины через обсадную колонну и ее заколонный цементный камень в породу продуктивного пласта 10 ярусов сквозных щелей. Интервалы (перемычки) между ярусами щелей по высоте пласта составляли от 0,8 м до 1,5 м. В горизонтальной плоскости каждого яруса было выполнено друг над другом по три сквозных щели через 120^o между собой. Размеры каждой щели составляли 5 мм х 30 мм. Давление рабочего агента при прорезании щелей было в интервале 200-300 атм. Ствол скважины после прорезания щелей промыли. Затем на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 89 мм в ствол скважины опустили серийный гидравлический пакер и установили его (запакеровали) в интервале между первым и вторым от кровли продуктивного пласта ярусами щелей. В колонну НКТ закачали жидкость разрыва под давлением 350-480 атм. После появления в межтрубном пространстве скважины над пакером из щелей первого яруса жидкости разрыва, когда ее циркуляция приняла устойчивый характер, закачку жидкости разрыва в колонну НКТ прекратили. После чего созданные вертикальные каналы-полости за заколонным цементным камнем между первой парой щелей закрепили песком путем закачки в них жидкости-песконосителя. Затем на колонне НКТ пакер опустили и запакеровали его в интервале ниже расположенной пары ярусов щелей - между вторым и третьим ярусами щелей. Снова под давлением в колонну НКТ закачивали жидкость разрыва до достижения ее устойчивой циркуляции из щелей второго яруса в межтрубном пространстве скважины над пакером. Созданные вертикальные каналы-полости как и в интервале первой пары щелей закрепили песком. Указанные операции повторяли девять раз до тех пор, пока пакер не достиг установки между самой нижней парой ярусов щелей - между их девятым и десятым ярусами.

При закачке жидкости разрыва в пласт для сокращения времени появления жидкости разрыва в межтрубном пространстве скважины над пакером из щелей верхнего яруса обрабатываемой пары в некоторых случаях повышение давления производили ступенями (по 50 атм) со сбросом давления после каждой ступени и выдержкой времени после сброса давления.

После закрепления песком вертикальных каналов-полостей между десятым и девятым ярусами щелей (между ярусами самой нижней пары щелей) скважину промыли, спустили скважинное оборудование и пустили в эксплуатацию.

После проведения указанных выше операций согласно заявляемому способу дебит скважины увеличился с 20 т/сутки до 60 т/сутки.

Для реализации способа по изобретению используется традиционное известное оборудование.

Использование: в нефтяной промышленности. Обеспечивает повышение производительности скважин, сокращение затрат материалов и техники, предотвращение смятия обсадных колонн. Сущность изобретения: из ствола обсаженной скважины производят прорезание щелей ярусами с интервалами по высоте пласта. Спускают в скважину на колонне труб пакер, который вначале запакеровывают между 1-м и 2-м от кровли пласта ярусами щелей. Затем в колонну труб и щели 2-го яруса закачивают в пласт жидкость разрыва под давлением. Создают вертикальные полости - каналы в породе за заколонным цементным камнем. Указанные операции повторяют между каждой нижерасположенной парой ярусами. Вертикальные полости - каналы промывают и закачивают в них жидкость - песконоситель. 4 з.п.ф-лы.

1. Способ вскрытия продуктивного пласта в обсаженной скважине, включающий прорезание из ствола скважины через обсадную колонну и ее заколонный цементный камень сквозных щелей в породу пласта, например, гидропескоструйным перфоратором, спуск в скважину колонны труб с пакером и закачку в пласт через колонну труб и щели при запакерованном межтрубном пространстве скважины жидкости разрыва, жидкости-песконосителя и продавочной жидкости, отличающийся тем, что прорезание щелей из ствола скважины производят ярусами с интервалами между ними по высоте пласта, спускаемый на колонне труб пакер вначале запакеровывают в интервале между первым и вторым ярусами щелей от кровли пласта, затем за заколонным цементным камнем обсаженной скважины в породе пласта в интервале между вторым и первым ярусами щелей создают вертикальные каналы - полости путем закачки жидкости разрыва под давлением в пласт через колонну труб и через щели второго яруса до появления в межтрубном пространстве скважины над пакером из щелей первого яруса циркуляции жидкости разрыва, затем пакер на колонне труб опускают и запакеровывают его в интервале между вторым и третьим ярусами щелей, производят создание вертикальных каналов - полостей в породе пласта за заколонным цементным камнем обсаженной скважины в интервале между третьим и вторым ярусами щелей путем закачки жидкости разрыва под давлением в пласт через колонну труб и через щели третьего яруса до появления в межтрубном пространстве скважины над пакером из щелей второго яруса циркуляции жидкости разрыва, после чего указанные операции по созданию вертикальных каналов - полостей в породе пласта за заколонным цементным камнем обсаженной скважины повторяют между каждой нижерасположенной парой ярусов щелей до подошвы пласта, при этом закачку жидкости-песконосителя в создаваемые вертикальные каналы - полости производят после промывки последних. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом ярусе в его горизонтальной плоскости производят прорезание не менее одной сквозной щели в породу пласта. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что расположение сквозных щелей по отношению друг к другу в смежных по высоте ярусах при прорезании ориентируют друг под другом или друг над другом. 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что повышение давления при закачке жидкости разрыва в пласт для создания вертикальных каналов - полостей производят ступенями со сбросом давления после достижения им установленной величины каждой ступени. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что во время закачки жидкости разрыва в пласт при достижении величины давления каждой ступени сброс давления производят после выдержки времени.