СПОСОБ ЗАКАНЧИВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B33/13 E21B33/12 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к разобщению и креплению коллекторов нефтяных и газовых скважин в процессе их заканчивания.

Известны различные способы разобщения и крепления пластов в процессе заканчивания строительства скважин [1], которые осуществляются в зависимости от горно-геологических условий эксплуатации скважин - от спуска до забоя эксплуатационной колонны и прямого цементирования с применением верхней и нижней разделительных пробок до спуска эксплуатационной колонны до кровли продуктивного пласта и ее цементирования с последующим вскрытием коллектора, расширением ствола в этом интервале и закачкой проницаемого тампонажного состава.

Известен способ заканчивания скважин со слабосцементированными коллекторами [2] , который включает крепление скважины колонной до кровли продуктивного пласта, вскрытие пласта коллектора и расширение ствола до диаметра 400 - 500 мм, спуск до забоя бурильных труб и закачку в интервал слабосцементированного коллектора проницаемого тампонажного состава, подъем бурильных труб, спуск до забоя эксплуатационной колонны - фильтра, оборудованного отверстиями с большой площадью фильтрации, ожидание затвердения проницаемого тампонажного стакана и разбуривание его в колонне. К недостаткам известного способа относят то, что не обеспечивается герметичность и надежность разобщения пластов, а также уменьшение проходного сечения эксплуатационной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому способу по количеству совпадающих существенных признаков является способ заканчивания строительства скважин [3], по которому осуществляют крепление ствола скважины до кровли продуктивного горизонта колонной обсадных труб, расширяют ствол против продуктивного горизонта, спускают до забоя непроницаемую оболочку (перекрыватель пласта) вместе с обсадной эксплуатационной колонной, вторично вскрывают пласт - коллектор и вызывают приток флюида.

Недостатком известного способа является то, что при расширении непроницаемой оболочки давлением изнутри выпуклые части профильных труб (непроницаемой оболочки) при упирании о стенку скважины препятствуют распространению герметизирующей пасты вокруг перекрывателя, вследствие чего она выдавливается в продольных направлениях по впадинам профильных труб, оставляя незагерметизированные участки. В результате не обеспечивается герметичность и надежность разобщения пластов. Кроме того, в данном случае при вторичном вскрытии пласта взрывными методами давление взрыва передается на верхнюю, цементированную часть ствола скважины, создавая микротрещины в цементном камне. При вторичном вскрытии сверлящими перфораторами верхняя часть продуктивного горизонта на значительном расстоянии (более 2 метров) из-за разности диаметров ствола скважины и расширенной части остается неперфорированной, т. к. на этом участке прижатие перфоратора к стенке не представляется возможным. По той же причине произвести перфорацию с использованием гидромеханического щелевого перфоратора, спускаемого на НКТ, вообще не представляется возможным. Кроме того, одним из основных недостатков способа является то, что он не позволяет провести селективную обработку призабойной зоны пласта (ПЗП) в расширенной части продуктивного пласта и вынести из ПЗП загрязняющие компоненты, что не способствует повышению продуктивности скважины.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для осуществления способа является устройство для изоляции пластов [4], включающее корпус, пакерующий узел с изолирующими элементами и приводом, выполненным в виде цилиндра и кольцевого поршня - толкателя (принято за прототип).

Недостатком известного устройства является ограниченность технологических возможностей, поскольку оно не позволяет производить технологические операции по селективной обработке ПЗП, а также невозможность разобщения межтрубного пространства и извлечения устройства на поверхность вместе с продавочными пробками.

Единой задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является проблема качественного разобщения и крепления пластов в процессе заканчивания строительства скважин при одновременном обеспечении гидравлического совершенства продуктивной части в ходе эксплуатации их с запланированным дебитом при наименьшей обводненности.

Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении группы изобретений:
- уменьшение обводненности продукции в период длительной эксплуатации скважин за счет обеспечения герметичности и надежности разобщения и крепления коллекторов;
- повышение продуктивности скважин за счет достижения гидравлического совершенства продуктивной части скважины;
- ускорение процесса освоения скважины;
- расширение технологических возможностей по селективной обработке ПЗП.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что в известном способе заканчивания скважин, включающем крепление ствола скважины до кровли продуктивного горизонта обсадной эксплуатационной колонной, расширение ствола против продуктивного горизонта, спуск до забоя непроницаемой оболочки (перекрывателя пласта) вместе с обсадной эксплуатационной колонной, вторичное вскрытие пласта-коллектора и вызов притока флюида, согласно изобретению до цементирования обсадной эксплуатационной колонны производят пакеровку основного ствола над кровлей продуктивного горизонта, после цементирования пакеруют кольцевое пространство между НКТ, на которых спускают дополнительный внутритрубный пакер, и стенкой перекрывателя пласта, далее проводят селективную обработку призабойной зоны продуктивного пласта, после которой продавливают в расширенную зону продуктивного пласта проницаемый тампонажный состав, одновременно вытесняя оттуда рабочую жидкость и продукты реакции кислотной обработки.

Спуск пакерующего узла в компоновке с обсадной эксплуатационной колонной и перекрывателем пласта и пакеровка над кровлей продуктивного пласта до цементирования позволяет: подготовить основной ствол скважины к цементированию в соответствии с техническими условиями, а также надежно изолировать продуктивный пласт от вышележащих водоносных пластов, что обеспечивает снижение обводненности продукции в период длительной эксплуатации скважин.

Цементирование обсадной эксплуатационной колонны после пакеровки предохраняет от ухудшения фильтрационной способности ПЗП под воздействием столба цементного раствора.

Спуск на НКТ дополнительного пакера, пакеровка кольцевого пространства между НКТ и перекрывателем пласта позволяет произвести селективную обработку призабойной зоны продуктивного пласта различными ингибиторами, пенными и пенокислотными системами, кислотой и т.д.; продавку в расширенную зону продуктивного пласта расчетного объема проницаемого тампонажного состава, одновременно осуществляя вынос из ПЗП загрязняющих компонентов и продуктов реакции кислотной обработки, что способствует повышению продуктивности скважины за счет достижения гидравлического совершенства продуктивной (расширенной) части скважины, ускоряет процесс освоения.

Все это показывает наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков предлагаемого технического решения и техническим результатом.

Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройство достигается тем, что в известном устройстве для изоляции пластов, содержащем корпус, пакерующий узел с изолирующими элементами и приводом, выполненным в виде цилиндра и кольцевого поршня - толкателя, согласно изобретению оно дополнительно снабжено внутритрубным пакером, спускаемым на НКТ, в полом корпусе которого в нижней части выполнена перегородка с каналами и центральным отверстием, внутри которого размещен с возможностью осевого перемещения ограничитель хода, в стенках корпуса пакера выполнены радиальные каналы, нижнее из которых расположено между двух продавочных пробок, а верхнее над продавочными пробками; хвостовиком, перегородка которого ограничивает ход ограничителя; перекрывателем пласта, снабженным двумя обратными клапанами, верхний из которых перекрывает жидкость из внутритрубного пространства и расположен в муфте, соединяющей корпус устройства с перекрывателем пласта, а нижний клапан размещен внутри башмака и выполнен пропускающим жидкость из внутритрубного пространства.

Снабжение устройства дополнительным внутритрубным пакером, спускаемым на НКТ, позволяет прокачивать через НКТ различные реагенты непосредственно в расширенную зону продуктивного пласта.

Снабжение полого корпуса дополнительного внутритрубного пакера в нижней части перегородкой с каналами позволяет осуществлять подъем компоновки вместе с продавочными пробками и исключить тем самым дополнительный спуск - подъем компоновки для фрезерования продавочных пробок.

Выполнение в перегородке центрального отверстия позволяет разместить в нем ограничитель хода с возможностью осевого перемещения, который, взаимодействуя с перегородкой хвостовика и продавочными пробками, позволяет манипулировать открытием и перекрытием радиальных отверстий в стенках полого корпуса и обеспечить тем самым выполнение технологических операций по закачке различных реагентов, тампонажного состава и осуществить подъем колонны с дополнительным пакером без излива жидкости на устье скважины.

Снабжение устройства перекрывателем пласта с двумя обратными клапанами, верхний из которых размещен непосредственно на муфте, соединяющей корпус устройства с перекрывателем, позволяет отказаться от применяемых в настоящее время непроницаемых оболочек, изготовляемых из профильных труб с применением сложного и дорогостоящего оборудования, которые после спуска в скважину приобретают цилиндрическую форму путем закачки рабочей жидкости под большим давлением.

В данном случае перекрыватель может быть выполнен из трубы такого же типоразмера, что и обсадная эксплуатационная колонна, что в свою очередь позволяет использовать при вторичном вскрытии продуктивного пласта эффективный способ вскрытия - способ гидромеханической щелевой перфорации без вызова геофизической партии для "привязки", что в конечном счете способствует ускорению процесса освоения и повышению продуктивности скважины.

Размещение обратных клапанов в перекрывателе: нижнего, размещенного внутри башмака и пропускающего жидкость из внутритрубного пространства, и верхнего, расположенного в муфте на уровне кровли продуктивного пласта, перекрывающего поток жидкости из внутритрубного пространства, позволяет в зависимости от горно-геологических условий провести селективную обработку ПЗП различными ингибиторами, пенными и пеннокислотными системами, соляной кислотой и т.д.

Все это показывает наличие причинно-следственной связи между совокупностью признаков формулы изобретения и техническим результатом. Тем самым доказывается существенность признаков формулы изобретения.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысли, причем один из заявленных объектов группы - устройство для заканчивания строительства скважин - предназначен для осуществления другого заявленного объекта группы - способа заканчивания строительства скважин, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

В связи с тем что из данной области не известна совокупность признаков, характеризующих изложенное изобретение, можно 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.

На чертежах представлено устройство в заявленной группе изобретений, где на фиг. 1 изображен продольный разрез до цементирования основного ствола; на фиг. 2 - продольный разрез после пакеровки и цементирования основного ствола (продавочные пробки не показаны); на фиг. 3 - продольный разрез в процессе селективной обработки ПЗП после спуска и пакеровки дополнительного пакера; на фиг. 4 - продольный разрез в процессе продавливания проницаемого тампонажного состава; на фиг. 5 - продольный разрез при подъеме дополнительного пакера; на фиг. 6 - продольный разрез в процессе вторичного вскрытия продуктивного пласта щелевым перфоратором (после подъема НКТ с дополнительным пакером вместе с продавочными пробками и спуска перфоратора).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого объекта заявленной группы изобретений с получением указанного технического результата:
По объекту - способ заканчивания строительства скважин.

Известными методами производят бурение основного ствола скважины, расширяют в зоне продуктивного пласта, проводят очистку и подготовку основного ствола. Затем спускают в скважину устройство, собираемое в следующей последовательности: башмак 1 с клапаном 2, перекрыватель пласта 3, пакерующий узел 4, обсадная эксплуатационная колонна 5. Спускают устройство так, чтобы перекрыватель пласта 3 оказался напротив продуктивного горизонта в расширенной части продуктивного ствола скважины, и пакеруют пакерующим узлом 4 основной ствол скважины над кровлей продуктивного пласта. Затем проводят цементирование обсадной эксплуатационной колонны 5 над кровлей продуктивного пласта известным образом с использованием известных устройств - продавочных пробок. После цементирования обсадной эксплуатационной колонны известные устройства (шар, плавающее седло, продавочные пробки) разбуривают.

Затем на насосно-компрессорных трубах (НКТ) спускают дополнительный пакер и пакеруют кольцевое пространство между НКТ и стенкой перекрывателя 3 пласта ниже обратного клапана 2, смонтированного на муфте, соединяющей обсадную эксплуатационную колонну 5 с перекрывателем 3. Далее, в зависимости от горно - геологических условий, производят селективную обработку призабойной зоны продуктивного пласта (ПЗП) различными ингибиторами, пенными, пенокислотными системами, кислотой и т.д. При этом закачиваемая по НКТ жидкость открывает обратный клапан, смонтированный на башмаке, и, вынося из ПЗП загрязняющие компоненты, выходит через радиальное отверстие обратного клапана 2, вмонтированного в муфту, в кольцевое пространство над дополнительным пакером. Затем, не распакеровывая дополнительный пакер, закачивают в НКТ между продавочными пробками расчетный объем проницаемого тампонажного состава и продавливают по тем же каналам в кольцевое пространство расширенной части продуктивного пласта, одновременно вытесняя оттуда продукты реакции кислотной обработки ПЗП (в случае, если проводилось воздействие кислотой).

После получения информации о завершении операции продавливания проницаемого тампонажного состава распакеровывают и вместе с продавочными пробками поднимают на поверхность дополнительный пакер. При этом обратные клапана закрываются.

По объекту - устройство для заканчивания строительства скважины.

Устройство для заканчивания строительства скважин включает в себя башмак 1 с размещенным внутри обратным клапаном 2, пропускающим жидкость из внутритрубного пространства перекрывателя 3, представляющего собой непроницаемую оболочку, выполненную из обсадной трубы того же размера, что и обсадная эксплуатационная колонна; пакерующий узел 4, соединенный в верхней части с обсадной эксплуатационной колонной 5; корпус 6, выполненный из обсадной трубы. Внутри корпуса 6 размещено плавающее седло 7, имеющее сквозное отверстие 8. Плавающее седло 7 в корпусе 6 удерживается срезным штифтом 9 и перекрывает отверстие 10 в корпусе 6. В верхней части к корпусу 6 ввернут цилиндр 11, в котором выполнено отверстие 12. Внутри цилиндра 11 размещен кольцевой поршень - толкатель 13.

Перекрыватель 3 пласта соединен с корпусом 6 посредством муфты 14, внутри которой размещен обратный клапан 15. В муфте 14 выполнено радиальное отверстие 16. В башмаке 1 выполнено радиальное отверстие 17.

В состав устройства входит дополнительный пакер 18, спускаемый на НКТ, включающий полый корпус 19, пакерующий узел 20 с хвостовиком 21. Полый корпус 19 в нижней части оснащен перегородкой 22 с каналами 23 для пропуска жидкости и центральным отверстием 24, внутри которого имеет свободу осевого перемещения ограничитель 25 с резьбовым регулятором хода 26. В полом корпусе 19 выполнены: радиальный канал 27, через который продавливается проницаемый тампонажный состав в завершающей стадии продавливания, и радиальный канал 28, который служит для слива жидкости из внутренней полости колонны НКТ при подъеме дополнительного пакера 18 вместе с продавочными пробками 29 и 30 (см. фиг. 4). Над радиальным каналом 28 полый корпус 19 оснащен опорным кольцом 31. Хвостовик 21 имеет перегородку 32 с отверстиями 33 для пропуска жидкости.

Устройство работает следующим образом. Внутрь обсадной эксплутационной колонны 5 (см. фиг. 1, фиг. 2), на которой устройство спускается в скважину, сбрасывают шар, который перекрывает отверстие 8. Затем, подсоединив нагнетательную линию насосного агрегата, создают давление во внутренней полости обсадной эксплуатационной колонны 5, при этом срезается срезной штифт 9 и плавающее седло 7 перемещается вниз, открывая отверстие 10 в корпусе 6. Рабочая жидкость попадает в полость цилиндра 11 и перемещает кольцевой поршень - толкатель 13 до тех пор, пока не откроется отверстие 12 в цилиндре 11. При этом пакерующий узел 4 полностью перекрывает основной ствол скважины над кровлей продуктивного пласта, а рабочая жидкость поднимается на поверхность по кольцевому пространству А.

После цементирования обсадной эксплуатационной колонны 5 с использованием известных продавочных пробок (на чертеже не показаны), ожидания затвердения цементного раствора и разбуривания плавающего седла 7 спускается на НКТ дополнительный пакер 18 (см. фиг. 3) и перегородкой 32 хвостовика 21 упирается в башмак 1 - происходит пакеровка пакерующего узла 20. При этом перегородка 32 взаимодействует с ограничителем 25 и поднимает его в исходное положение.

Произведя закачку выбранной в зависимости от горно-геологических условий системы через НКТ, проводят селективную обработку ПЗП в расширенной части продуктивного пласта Б. При этом система (жидкость) проходит через каналы 23, 24, 27,28 в полом корпусе 19 и перегородке 23. Далее жидкость через отверстие 33 в перегородке 32 открывает клапан 2 и через радиальное отверстие 17 доходит до обратного клапана 15 и через радиальное отверстие 16 выходит над дополнительным пакером 18 в кольцевое пространство между НКТ обсадной эксплуатационной колонной 5. Через те же каналы проходит закачиваемый расчетный объем проницаемого тампонажного состава, находящегося между продавочными пробками 29 и 30 (см. фиг. 4).

После дополнительный пакер 18 поднимается. В процессе распакеровки хвостовик 21 с перегородкой 32 перемещается вниз в исходное положение, а под действием столба жидкости продавочные пробки 29 и 30 перемещают ограничитель 25 в нижнее положение, открывая радиальный канал 28, через который сливается жидкость из внутренней полости НКТ. Перемещение хвостовика 21 ограничивается опорным кольцом 31, что дает возможность каналу 28 находиться в открытом состоянии при подъеме дополнительного пакера 18.

После подъема дополнительного пакера 18 скважина перфорируется одним из способов безвзрывной перфорации и осуществляется вызов притока пластового флюида в скважину.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что при использовании заявленной группы изобретений выполнена следующая совокупность условий:
- устройство для заканчивания строительства скважины, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в нефтегазовой промышленности, а именно для разобщения и крепления продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин в процесс их заканчивания;
- для заявленной группы изобретений в том виде, как она охарактеризована в независимых пунктах изложенной формы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов.

Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию "промышленная применимость".

Источники информации
1. Ашрафьян М.О. и др. Совершенствование конструкций забоев скважин.- М: Недра, 1987, 156 с.

2. А.с. SU N 727838, кл. E 21 В 33/138, 1980.

3. А.с. SU N 1639120, кл. E 21 В 33/13, 1996.

4. Патент РФ N 2098602, кл. E 21 В 33/14, 1997.1

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к разобщению и креплению коллекторов и газовых скважин в процессе их заканчивания. Обеспечивает повышение качества разобщения и крепления пластов в процессе заканчивания строительства скважин при одновременном обеспечении гидравлического совершенства продуктивной части в ходе эксплуатации их с запланированным дебитом при наименьшей обводненности. Сущность изобретения: по способу осуществляют крепление ствола скважины до кровли продуктивного горизонта обсадной эксплуатационной колонной. Расширяют ствол против продуктивного горизонта, спускают до забоя перекрыватель пласта в виде непроницаемой оболочки вместе с обсадной эксплуатационной колонной. Вскрывают пласт - коллектор и вызывают приток флюида в скважину. До цементирования обсадной колонны проводят пакеровку основного ствола над кровлей продуктивного горизонта. После цементирования пакеруют кольцевое пространство между насосно-компрессорными трубами, на которых спускают дополнительный внутритрубный пакер, и стенкой перекрывателя пласта. Далее проводят обработку призабойной зоны продуктивного пласта. После нее продавливают в расширенную зону продуктивного пласта проницаемый тампонажный состав. Одновременно вытесняют оттуда рабочую жидкость и продукты реакции кислотной обработки. Устройство для заканчивания строительства скважины по предлагаемому способу включает в себя корпус, пакерующий узел с изолирующими элементами и приводом, выполненным в виде цилиндра и кольцевого поршня - толкателя, дополнительный пакер, соединенный с насосно-компрессорными трубами, хвостовик, перекрыватель пласта, башмак с клапаном. В нижней части дополнительного пакера выполнена перегородка с каналами и центральным отверстием и расположенным в нем с возможностью осевого перемещения ограничителя хода. В стенках пакера выполнены радиальные каналы. Нижнее из них расположено между двух продавочных пробок, а верхнее - выше них. Хвостовик имеет перегородку, которая ограничивает ход ограничителя. В верхней части перекрывателя пласта установлена муфта с обратным клапаном. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ заканчивания строительства скважины, включающий крепление ствола скважины до кровли продуктивного горизонта обсадной эксплуатационной колонной, расширение ствола против продуктивного горизонта, спуск до забоя перекрывателя пласта в виде непроницаемой оболочки вместе с обсадной эксплутационной колонной, вторичное вскрытие пласта - коллектора и вызов притока флюида, отличающийся тем, что до цементирования обсадной эксплутационной колонны производят пакеровку основного ствола над кровлей продуктивного горизонта; после цементирования пакеруют кольцевое пространство между насосно-компрессорными трубами, на которых спускают дополнительный внутритрубный пакет, и стенкой перекрывателя пласта; производят селективную обработку призабойной зоны продуктивного пласта, после которой продавливают в расширенную зону продуктивного пласта проницаемый тампонажный состав, одновременно вытесняя оттуда рабочую жидкость и продукты реакции кислотной обработки в случае, если обработку призабойной зоны пласта проводят соляной кислотой. 2. Устройство для заканчивания строительства скважины, включающее корпус, пакерующий узел с изолирующими элементами и приводом, выполненным в виде цилиндра и кольцевого поршня - толкателя, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным внутритрубным пакером, спускаемым на насосно-компрессорных трубах, полый корпус которого в нижней части снабжен перегородкой с каналами и центральным отверстием, внутри которого с возможностью осевого перемещения размещен ограничитель хода, а в стенках корпуса пакера выполнены радиальные каналы, нижнее из которых расположено между двух продавочных пробок, а верхнее - над продавочными пробками, хвостовиком, перегородка которого ограничивает ход ограничителя; перекрывателем пласта, снабженным двумя обратными клапанами, верхний из которых перекрывает жидкость из внутритрубного пространства и расположен в муфте, соединяющей корпус устройства с перекрывателем пласта, а нижний клапан размещен внутри башмака и выполнен пропускающим жидкость из внутритрубного пространства.