СПОСОБ ЗАКАНЧИВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН Российский патент 2000 года по МПК E21B43/10 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности вскрытия продуктивных пластов.

Известен способ заканчивания строительства скважины, включающий бурение ее ствола в продуктивном пласте и зумпфа в его подошве, сопровождаемое удалением шлама разбуренной породы из скважины путем промывки буровым раствором, спуск трубного перфорированного хвостовика и вызов притока пластового продукта в скважину /1/.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе расширение ствола сопровождается выносом шлама разбуренной породы из скважины, при этом создается избыточное гидродинамическое давление бурового раствора со шламом на продуктивный пласт и как следствие поровые каналы призабойной зоны пласта (ПЗП) блокируют фильтратом и твердой фазой бурового раствора, тем самым ухудшаются коллекторские свойства ПЗП, а набухание породы ведет к потере устойчивости зоны фильтрации ПЗП.

Известен способ заканчивания строительства скважины, включающий бурение ее ствола в продуктивном пласте и зумпфа в его подошве, сопровождаемое удалением шлама разбуренной породы из скважины путем промывки буровым раствором, расширение ствола, спуск трубного хвостовика, перфорируемого после спуска, вызов притока пластового продукта в скважину /2/.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе расширение ствола сопровождается выносом шлама разбуренной породы из скважины. При этом создается избыточное гидродинамическое давление бурового раствора со шламом на продуктивный пласт, что усиливает проникновение фильтрата, твердой фазы бурового раствора и мелких частиц шлама в поровые каналы ПЗП, тем самым ухудшаются ее коллекторские свойства, а набухание породы пласта ведет к потере устойчивости зоны фильтрации.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ заканчивания строительства скважины, включающий бурение ее ствола в продуктивном пласте и зумпфа в его подошве, сопровождаемое удалением шлама разбуренной породы из скважины путем буровым раствором, расширение ствола, спуск трубного перфорированного хвостовика и вызов притока пластового продукта в скважину /3/, который принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип относится то, что в известном способе расширение ствола сопровождается выносом шлама разбуренной породы из скважины. При этом создается избыточное гидродинамические давление бурового раствора со шламом на продуктивный пласт, что усиливает проникновение фильтрата, твердой фазы бурового раствора и мелких частиц шлама в поровые каналы ПЗП, тем самым ухудшение ее коллекторских свойств, а набухание породы пласта ведет к потере устойчивости зоны фильтрации ПЗП.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение продуктоотдачи пласта при эксплуатации скважины.

Техническим результатом осуществления изобретения является улучшение коллекторских свойств и повышение устойчивости зоны фильтрации ПЗП путем предотвращения ее загрязнения фильтратом и твердой фазой бурового раствора.

Указанный технический результат достигается тем, что по способу заканчивания строительства скважины, включающему бурение ее ствола в продуктивном пласте и зумпфа в его подошве, сопровождаемое удалением шлама разбуренной породы из скважины путем промывки буровым раствором, расширение ствола, спуск трубного хвостовика, перфорируемого до или после спуска, вызов притока пластового продукта в скважину, согласно изобретению расширение ствола осуществляют без промывки скважины, причем весь шлам разбуренной при расширении ствола породы удаляют в зумпф.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что одновременно с бурением ствола и(или) промежуточным его и(или) зумпфа расширением образуют в породе стенки ствола слой кольматации, который затем разрушают при окончательном расширении.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что одновременно с расширением ствола осуществляют спуск хвостовика.

Кроме того, особенность способа состоит в том, что после расширения ствол частично заполняют фильтрующей, например, гравийно-песчаной массой, через которую затем продавливают спускаемый хвостовик.

Кроме того, особенность способа состоит в том, что перед спуском в хвостовике выполняют щелевые перфорационные отверстия, ширина которых не больше размера частиц фильтрующей массы, а при продавливании спускаемого хвостовика сквозь фильтрующую массу из его полости через перфорационные отверстия подают жидкость освоения, например нефть.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что после спуска хвостовика производят гидроразрыв продуктивного пласта, при осуществлении которого в качестве расклинивающей твердой фракции в жидкости разрыва используют частицы фильтрующей массы, находящейся между хвостовиком и стволом.

Кроме того, особенность способа состоит в том, что при осуществлении расширения ствола в продуктивном пласте дополнительно расширяют ствол в его кровле.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что при продавливании через фильтрующую массу в хвостовике создают вибрации и(или) колебания давления в жидкости его полости.

Кроме того, особенность способа состоит в том, что при расширении ствола образуют в его стенке углубления, например кольцевые, продольные или спиральные.

Кроме того, особенность способа состоит в том, что перед спуском хвостовика в местах последующего образования перфорационных отверстий в его стенках создают дефекты, например крестообразные или круговые углубления, а перфорацию хвостовика осуществляют путем создания одного или нескольких скачков давления в среде его полости.

Удаление всего шлама разбуренной при расширении ствола породы в зумпф дает возможность осуществить расширение без промывки буровым раствором, например, на жидкости освоения.

Это обеспечивает снижение гидродинамического и гидростатического давления на ПЗП, позволяет улучшить коллекторские свойства и повысить устойчивость зоны фильтрации ПЗП путем предотвращения загрязнения фильтратом и твердыми частицами раствора и шлама.

Известный в области строительства скважины способ, включающий сооружение зумпфа, предусматривает его использование для накопления в процессе расширения ствола лишь осаждающейся в восходящем потоке бурового раствора части шлама /3/.

Все признаки независимого пункта формулы являются существенными, то есть необходимыми для обеспечения технического результата. Остальные признаки являются часто существенными, необходимыми для реализации частных случаев способа.

Так образование в породе стенки ствола слоя кольматации позволяет уменьшить загрязнение фильтратом и твердой фазой ПЗП при бурении ствола, а при расширении удалить слой кольматации и восстановить коллекторские свойства зоны фильтрации ПЗП.

Одновременное с расширением ствола осуществление спуска хвостовика дает возможность сократить продолжительность неблагоприятного воздействия фильтрата и твердой фазы, проникших в поровые каналы зоны фильтрации ПЗП за счет сокращения времени заканчивания строительства скважины и ускорения вызова притока пластового продукта в скважину.

Заполнение фильтрующей массой ствола перед спуском хвостовика позволяет при его продавливании создать прочный слой фильтрующей массы в пространстве между хвостовиком и стволом, тем самым обеспечить устойчивость зоны фильтрации и улучшить ее коллекторские свойства. Известный в области строительства скважин способ сооружения гравийного фильтра /1/, предусматривающий его намывку через перфорационные отверстия хвостовика, имеет следующие существенные недостатки. Так для намывки требуется чистая без твердой фазы промывочная жидкость с низкой фильтратоотдачей и сложная система замкнутой циркуляции, которую необходимо тщательно очистить. При намывке гравийного фильтра создается избыточное гидродинамическое давление на пласт, вызывающее проникновение жидкости в ПЗП и ухудшение ее коллекторских свойств.

При реализации другого известного способа, включающего закачку через отверстия в хвостовике в пространство между ним и стволом в качестве фильтрующей массы цементно-песчаной смеси /3/ также создается избыточное гидродинамическое давление на пласт, вызывающее проникновение фильтрата и твердой фазы в ПЗП и ухудшение ее коллекторских свойств. Кроме того, требуется проведение дополнительной дорогостоящей операции по созданию в затвердевшей смеси фильтрационных трещин, фильтрационные свойства которых уступают подобным свойствам гравийной массы.

Выполнение щелевых перфорационных отверстий в хвостовике шириной не больше частиц фильтрующей массы предотвращает вымывание пластовым продуктом при его добыче частиц гравия в полость хвостовика, а подача жидкости освоения через полость в фильтрующую массу снижает усилие продавливания хвостовика, тем самым давление на стенки ствола, что позволяет повысить устойчивость зоны фильтрации и улучшить ее коллекторские свойства. В известном же способе /1/ во избежание при намывке гравийной массы образования пробок в перфорационных щелевых отверстиях их ширина должна быть существенно больше размеров частиц гравия, что при эксплуатации скважины приведет к вымыванию последних из фильтра, нарушению плотности укладки гравия и как следствие к снижению устойчивости зоны фильтрации.

Осуществление гидроразрыва продуктивного пласта с использованием в качестве расклинивающей твердой фракции в жидкости разрыва частиц фильтрующей смеси в гравийном фильтре не выявлено в данной области техники. Оно позволяет существенно улучшить коллекторские свойства зоны фильтрации, а дополнительное расширение ствола в кровле пласта образовать резерв фильтрующей массы для пополнения израсходованной при гидроразрыве пласта.

Создание вибраций в хвостовике и(или) колебаний давления в подаваемой через него жидкости при продавливании через фильтрующую массу ускоряет завершение спуска хвостовика и уплотняет фильтрующую массу в кольцевом пространстве, что позволяет улучшить коллекторские свойства и устойчивость зоны фильтрации. В данной области техники известно использование вибраций, создаваемых в жидкости, транспортирующей гравий, при намывке для уплотнения укладки гравия /1/, но так как в заявленном изобретении способ создания гравийного фильтра совершенно иной, то известный технологический прием здесь неприменим.

Образование при расширении ствола в его стенке углублений увеличивает зону фильтрации, то есть улучшает ее коллекторские свойства.

Создание в стенке хвостовика ослабляющих ее дефектов в местах последующего образования перфорационных отверстий путем образования скачков давления в полости хвостовика позволяет сократить продолжительность неблагоприятного воздействия фильтрата и твердой фазы, проникших в ПЗП, за счет ускорения вызова притока пластового продукта в скважину.

В связи с тем, что из данной области не известна совокупность признаков, характеризующих предложенное изобретение, позволяет сделать вывод о том, что заявленное изобретение отвечает условию "новизна".

Из изложенного выше следует, что изобретение отвечает и условию "изобретательский уровень", так как не является очевидным для специалиста в данной отрасли промышленности.

Предлагаемый способ может быть реализован по схеме, приведенной на следующих чертежах.

На фиг. 1 представлена схема бурения зумпфа для шлама, создания слоя кольматации; на фиг. 2 - расширения ствола в продуктивном пласте, разрушения слоя кольматации; на фиг. 3 - спуска хвостовика с одновременным расширением ствола; на фиг. 4 - частичного заполнения фильтрующей массой расширенного ствола, продавливания через нее хвостовика и образование трещины гидроразрыва пласта; на фиг. 5 - продавливание хвостовика с созданием в нем вибраций; на фиг. 6 - образование углублений в стенке ствола при его расширении, перфорация хвостовика.

На фиг. 1 - 6 показаны позиции:
1 - ствол; 2 - продуктивный пласт; 3 - подошва пласта; 4 - его кровля; 5 - зумпф; 6 - устройство для кольматации; 7 - зона фильтрации ПЗП; 8 - слой кольматации; 9 - расширитель; 10 - шлам; 11 - хвостовик; 12 - шнек хвостовика; 13 - перфорационные отверстия в хвостовике; 14 - фильтрующая масса; 15 - расширенная часть ствола в кровле пласта; 16 - трещина гидроразрыва пласта; 17 - гидравлический вибратор; 18 - углубления в стенке ствола; 19 - дефекты (надрезы) в стенке хвостовика; 20 - разрывная мембрана; 21 - перфорационное отверстие, полученное в результате разрыва дефекта.

Возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата подтверждается следующим образом.

После завершения бурения ствола 1 в продуктивном пласте 2 по известному способу бурят зумпф 5 в подошве 3 пласта, а удаление шлама разбуренной породы из скважины производят путем промывки ее буровым раствором. При этом в скважине на пласт воздействует избыточное гидростатическое и гидродинамическое давление 3...5 МПа, вызывающее загрязнение ПЗП на глубину 0,01...0,02 м твердой фазой и 0,5...0,8 м фильтратом бурового раствора. Вследствие чего особенно заметно ухудшаются коллекторские свойства ПЗП в зоне проникновения твердой фазы, так проницаемость породы снижается в 6...10 раз, а из-за набухания, например, глинистого материала песчаников происходят потери устойчивости зоны фильтрации и обрушение стенки ствола. Последующее расширение ствола 1 расширителем 9, которое осуществляют без промывки скважины буровым раствором на жидкости освоения, например нефти, сопровождается удалением наиболее загрязненного слоя продуктивной породы в зумпф 5 в виде шлама 10. При этом образуется более устойчивая и менее загрязненная зона фильтрации ПЗП, проницаемость которой увеличивается и составляет 60...80% от исходной, при естественном состоянии пласта. Затем спускают в скважину хвостовик 11, производят известными способами перфорацию и вызов притока пластового продукта.

Кроме того, в частном случае одновременно с бурением ствола в проницаемой породе его стенки создают слой кольматации 8 устройством 6 на глубину 0,005. ..0,02 м, который препятствует загрязнению твердой фазой и фильтратом раствора ПЗП. Последующее расширение ствола 1 расширителем 9 позволяет образовать устойчивую и существенно менее загрязненную зону фильтрации 7, проницаемость которой составляет 85...95% от исходной.

Кроме того, возможно осуществление одновременного с расширением ствола спуска хвостовика 11 в скважину.

Кроме того, в частности, после расширения ствол 1 частично заполняют гравийно-песчаной массой 14, через которую затем за счет веса колонны спускаемых труб продавливают хвостовик 11 с одновременным проворотом его по направлению спирали шнека 12, что позволяет облегчить процесс вдавливания хвостовика в гравийно-песчаную массу, уплотнить последнюю, повысить, устойчивость зоны фильтрации. Необходимый для заполнения кольцевого пространства между хвостовиком и стволом объем гравийно-песчаной массы определяется из соотношения
V≥П/4[D_с ²L-d_х ²(L-2/3•l)],
где D_с - диаметр ствола;
d_х - диаметр хвостовика;
L - длина расширенной части ствола;
l - длина конусной части хвостовика.

Кроме того, в частном случае возможны предварительное перед спуском выполнение в хвостовике 11 щелевых перфорационных отверстий 13, ширина которых не больше размера гравийных частиц фильтрующей массы 14, а при продавливании через нее спускаемого хвостовика подача жидкости освоения, например нефти, что снижает трение скольжения между хвостовиком и гравием, гравием и стволом; между отдельными частицами гравия.

Кроме того, в частном случае после спуска хвостовика 11 через фильтрующую массу 14 осуществляют гидроразрыв продуктивного пласта за счет подачи жидкости разрыва через полость перфорированного хвостовика и фильтрующую массу, находящуюся между хвостовиком и стволом 1. При этом в породе пласта образуется трещина 16, размер которой больше размеров частиц фильтрующей массы, и в полость трещины потоком жидкости разрыва вовлекаются частицы гравия и песка, которые после прекращения подачи жидкости не дают сомкнуться трещине.

Кроме того, в частности, создают в хвостовике 11 вибратором 17 вибрации продавливания через фильтрующую массу 14.

Кроме того, в частности, при осуществлении расширения ствола 1 в продуктивном пласте 2 дополнительно расширяют ствол в его кровле 4. При спуске хвостовика 11 часть фильтрующей массы 14 продавливается в эту расширенную зону 15 и отсюда по мере уплотнения фильтрующей массы в пространстве между стволом и хвостовиком, расхода гравия и песка на осуществление гидроразрыва пласта эта масса пополняется из резервной расширенной зоны.

Кроме того, в частном случае перед спуском хвостовика 11, например, в виде профилированной трубы в местах последующего образования перфорационных отверстий создают крестообразные или иные надрезы 19, затем сбрасывают внутрь колонны труб, на которых спускают хвостовик, разрывную мембрану 20, закачивают в колонну жидкость освоения, под давлением мембрана разрывается. В полости хвостовика формируется скачок повышенного давления, величина которого достаточна для окончательного расширения хвостовика и разрыва стенки в местах надрезов, в которых образуются отверстия 21. Хотя по пути следования в полости хвостовика амплитуда скачка давления несколько ослабляется вследствие потерь на образование разрывов в стенке, но после отражения от глухой нижней части полости происходит наложение прямого и отраженного скачка давления, что существенно повышает амплитуду скачка. Вслед за скачком повышенного следует скачек пониженного давления. Эти скачки через образовавшиеся перфорационные отверстия воздействуют на ПЗП и способствуют разрушению оставшихся конгломератов твердой фазы в поровых каналах зоны фильтрации 7 и улучшению ее коллекторских свойств.

Таким образом, средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в нефтяной и газовой промышленности, а именно в области бурения скважин, в частности вскрытия продуктивных пластов. Для заявленного способ в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Примером осуществления заявленного способа может служить следующий. В процессе бурения ствола нефтедобывающей скважины в песчанике проницаемостью 120. . . 180 мдарси в интервале 2312...2348 м долотом диаметром 0,1397 м на глинистом растворе плотностью 1120 кг/м³ при расходе 0,012 м³/с гидростатическое давление на забое составило 26 МПа, пластовое давление 25,2 МПа, динамическое давление 2,8 МПа. Зона проникновения твердой фазы в глубь ПЗП составила до 0,015 м, фильтрата - до 0,5 м. В подошве пласта был пробурен зумпф глубиной 35 м. Затем глинистый раствор в скважине заменили на солевой плотностью 1080 кг/м³. Гидростатическое давление на забое составило 25,3 МПа. Расширителем РГМ 140/190 разбудили ствол до диаметра 0,19 м без промывки. После спуска перфорированного хвостовика произведено освоение скважины. Среднесуточная добыча нефти в течение месяца составила 35 т. На соседней скважине того же куста, заканчивании строительства которой было проведено по известной технологии, среднесуточная добыча нефти равнялась 23 т.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Источники информации
1. Середа Н. Г. , Соловьев Е. М. Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник для вузов. - 2-ое изд; перераб. и доп. - М.: Недра, 1988. - С. 215 - 221.

2. Авт.св. N 1639120, кл. E 21 B 33/13, 1996.

3. Авт.св. N 1576761, кл. E 21 B 33/13, 1990 (прототип).

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности вскрытия продуктивных пластов. Целью изобретения является повышение продуктивности пласта при эксплуатации скважины. Поставленная цель достигается тем, что в способе заканчивания строительства скважины, включающем бурение ее ствола в продуктивном пласте и зумпфа в его подошве, сопровождаемое удалением шлама разбуренной породы из скважины путем промывки буровым раствором, расширение ствола, спуск трубного хвостовика, перфорированного до или после спуска, вызов притока пластового продукта в скважину, расширение ствола осуществляют без промывки скважины, весь шлам разбуренной при расширении ствола породы удаляют в зумпф. При реализации способа осуществляют кольматацию стенок скважины, слой кольматации затем разрушают при окончательном расширении скважины. Одновременно с расширением ствола осуществляют спуск хвостовика, который продавливают при создании вибрации или колебания давления жидкости в полости хвостовика через фильтрующую массу, причем после спуска хвостовика производят гидроразрыв продуктивного пласта, а в качестве расклинивающей твердой фракции используют частицы фильтрующей массы, находящейся между хвостовиком и стволом. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ заканчивания строительства скважины, включающий бурение ее ствола в продуктивном пласте и зумпфа в его подошве, сопровождаемое удалением шлама разбуренной породы из скважины путем промывки буровым раствором, расширение ствола, спуск трубного хвостовика, перфорируемого до или после спуска, вызов притока пластового продукта в скважину, отличающийся тем, что расширение ствола осуществляют без промывки скважины, причем весь шлам разбуренной при расширении ствола породы удаляют в зумпф. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с бурением ствола и (или) промежуточным его и (или) зумпфа расширением образуют в породе стенки ствола слой кольматации, который затем разрушают при окончательном расширении. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что одновременно с расширением ствола осуществляют спуск хвостовика. 4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что после расширения ствол частично заполняют фильтрующей, например, гравийно-песчаной массой, через которую затем продавливают спускаемый хвостовик. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед спуском в хвостовике выполняют щелевые перфорационные отверстия, ширина которых не больше размера частиц фильтрующей массы, а при продавливании спускаемого хвостовика из его полости через перфорационные отверстия подают жидкость освоения, например, нефть. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что после спуска хвостовика производят гидроразрыв продуктивного пласта, при осуществлении которого в качестве расклинивающей твердой фракции в жидкости разрыва используют частицы фильтрующей массы, находящейся между хвостовиком и стволом. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при осуществлении расширения ствола в продуктивном пласте дополнительно расширяют ствол в его кровле. 8. Способ по любому из пп.4 - 7, отличающийся тем, что при продавливании через фильтрующую массу создают в хвостовике вибрации и (или) в жидкости его полости колебания давления. 9. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что при расширении ствола образуют в его стенке углубления, например кольцевые, продольные или спиральные. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что перед спуском хвостовика в местах последующего образования перфорационных отверстий в его стенках создают дефекты, например крестообразные или круговые углубления, а перфорацию хвостовика осуществляют путем создания одного или нескольких скачков давления в среде его полости.