УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОБЩЕНИЯ ПЛАСТОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения нефтеносных и водоносных пластов.

Известно устройство для селективной изоляции пластов, принятое за прототип, включающее корпус в виде двух концентричных труб с пакерующими узлами по концам с гибкими уплотнительными элементами и привод их раскрытия в виде кольцевого цилиндра, размещенного на внешней стороне внутренней трубы и кольцевого поршня-клина (а.с. 1488437, Е 21 В 33/14, опубл. 23.06.89). Известное устройство обеспечивает надежную изоляцию продуктивных пластов в скважинах, стволы которых не имеют каверн и желобов. В скважинах с осложненными стволами известное устройство работает недостаточно надежно, так как резиновые уплотнительные элементы не обеспечивают необходимой герметизации таких скважин.

Таким образом, возникла проблема надежного разобщения нефтеносных и водоносных пластов при цементировании скважин с осложненными стволами.

Технический результат, достигаемый при решении этой проблемы, - усиление заколонной цементной перемычки, разобщающей нефтеносный и водоносный пласты, в осложненных условиях.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем корпус из двух концентричных труб, образующих кольцевой канал, по концам которого установлены пакерующие узлы, по крайней мере, один из которых содержит гибкие уплотнительные элементы, согласно изобретению в качестве, по крайней мере, одного из пакерующих узлов использован фильтрующий рукав, внутренняя полость которого сообщена в нижней своей части с затрубным пространством посредством кольцевого канала, при этом фильтрующий рукав в верхней своей части снабжен каналом для выхода цементного раствора, а внутри фильтрующего рукава размещены армирующие элементы, расширенные по нижним концам и прикрепленные своими верхними концами к корпусу устройства.

Пакерующие узлы целесообразно установить на корпусе с возможностью изменения расстояния между ними.

Также желательно фильтрующий рукав снабдить разрезными кольцами. Наличие фильтрующего рукава с армирующими элементами, выполненными расширенными книзу в совокупности с пакерующим узлом с гибкими уплотнителями, позволяет по сравнению с прототипом в несколько раз увеличить прочность разобщающей перемычки.

Сопоставление устройства с соответствующим прототипом показало наличие новых элементов и новых связей между элементами в устройстве. Таким образом можно сделать вывод о соответствии данного изобретения критерию "новизна".

Поиск по отличительным признакам выявил пакерующее устройство (пол. мод. 6406, опубл. 16.04.98), представляющее собой фильтрующий рукав, установленный на корпусе, связанном с колонной труб, при этом цементный раствор поступает в полость рукава из внутритрубного пространства через центральный канал. Назначение этого устройства то же самое, что у предлагаемого устройства - изоляция продуктивного пласта при цементировании скважин со сложной конфигурацией. Однако прочность такого цементного образования бывает не всегда надежна. В предлагаемом устройстве такое цементное образование усилено пакером с гибкими уплотнительными элементами и, кроме того, фильтрующими элементами, размещенными в полости рукава и выполненными расширенными книзу. Поступление цементного раствора через нижний канал рукава позволяет армирующим элементам быстрее отклониться к стенке скважины. Таким образом новый технический результат - увеличение скорости пакеровки и многократно усиленная герметизация затрубного пространства, что позволяет сделать вывод о соответствии устройства критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство в статическом состоянии, на фиг. 2 - в работе, где 1 - скважина с кавернозным стволом, 2 - колонна труб с верхним пакерующим узлом в виде фильтрующего рукава 3 и нижним пакерующим узлом с резиновыми уплотнителями 4. Рукав 3 имеет входные 5 и выходные 6 каналы для цементного раствора. Внутри рукава 3 на корпусе укреплены армирующие пластины 7, расширенные в нижних концах. Нижний пакерующий узел имеет кольцевой поршень - клин 8 с каналом 9, сообщающим внутреннюю полость узла с затрубным пространством, и кольцевой цилиндр 10 с отверстиями 11, связывающими его с внутритрубным пространством. Ниже нижнего пакерующего узла на расчетном расстоянии от башмака колонны 12 размещено посадочное срезное (верхнее) стоп-кольцо (СКС) 13. В нижней части колонна оборудуется нижним кольцом "стоп" с обратным клапаном 14. Для продавки тампонажного раствора предусмотрена проходная пробка 15.

Пакерующие узлы установлены по концам корпуса (переводника) 16. Фильтрующий рукав снабжен разрывными кольцами 17.

Устройство работает следующим образом. Устройство, введенное в компановку обсадной колонны, спускают в осложненную скважину и устанавливают в намеченном интервале таким образом, чтобы фильтрующий рукав был размещен напротив кавернозного участка ствола скважины, а пакер с резиновым уплотнением - на ровном участке скважины. Расстояние между пакерующими узлами регулируется переводником 16. Далее готовят тампонажный цементный раствор. В последнюю порцию тампонажного раствора вводят порошок из быстронабухающих частиц, например полиакриламида. Тампонажный раствор нагнетают в обсадную колонну 2 и продавливают проходной пробкой 15 в заколонное пространство. При посадке пробки на посадочное кольцо 13 и увеличении давления до 6-8 МПа поршень-клин 8 под действием продавочной жидкости перемещается вверх и раскрывает резиновые уплотнители 4, которые перекрывают затрубное пространство перед изолируемым интервалом. При этом открываются циркуляционные входные отверстия 9 поршня-клина 8. При дальнейшем повышении давления (до 9,0-12 МПа) срезается стоп-кольцо 13 и раствор по каналу 5 поступает в полость фильтрующего рукава 3 верхнего пакерующего узла, при этом разрываются кольца 17.

В процессе нагнетания тампонажного раствора фильтрующий рукав из проницаемой прочной ткани за счет выправления предварительно уложенных складок расширяется, одновременно излишняя вода из раствора отфильтровывается через рукава, при этом образуется плотный упрочненный объемный армированный цементный камень. В процессе нагнетания раствора в полость фильтрующего и расширяющегося рукава 3 стальные подпружиненные пластины 7 раскрываются в направлении к стенке скважины и армируют тампонажный камень. Срезное кольцо "стоп" 13 устанавливается на таком расстоянии от нижнего кольца "стоп" 14, чтобы объем раствора под ним был равен 2,0-2,5 объемам пространства под раскрывшимся полностью фильтрующим рукавом. Излишки раствора через отверстие 6 с клапаном, рассчитанным на конечное давление в рукаве, выходит в заколонное пространство над пакерующими узлами. Часть раствора и его фильтрата за счет повышения давления проникает в водоносный пласт, уплотняя цементный камень под нижним пакером, дополнительно увеличивая эффект водоизоляции.

В процессе загустевания и схватывания цементный раствор расширяется за счет набухания быстро впитывающего воду частиц полимерного порошка. В результате между водоносным и нефтеносным пластами создается прочная изолирующая перемычка из композиционного армированного материала. Прочность этого материала в десятки раз выше прочности цементного камня, получаемого при обычном способе цементирования.

Пример проведения работ по предлагаемому способу на скв. 3040 Новоселкинской площади.

Комплект скважинных пакерующих устройств (СУП) установили в скважине с таким расчетом, чтобы пакерующий модуль гидромеханический был в подошве эксплуатационного объекта в интервале номинального ствола, а пакерующий модуль надувной - ниже подошвы верхнего водоносного пласта независимо от состояния ствола скважины (каверны, желоба). При небольшой площадке номинального ствола (менее 2 м) для повышения точности расположения модуля гидромеханического пакера провели привязку по данным геофизических замеров. Стоп-кольцо со срезным элементом установили из расчета объема труб между стоп-кольцами - 0,27 м³. Муфту ступенчатого цементирования установили на расстоянии 60-80 м от устройства СУП.

В цементировочную головку установили первую продавочную пробку.

Закачали буферную жидкость. Затворили и закачали тампонажный раствор с добавлением стабилизатора и ускорителя схватывания.

Объем тампонажного раствора определили из расчета заполнения затрубного пространства от башмака колонны до муфты с перекрытием на 30 м. Освободив пробку, произвели продавку. По достижении пробки стоп-кольца со срезным элементом при давлении 90 кг/см² прошла пакеровка гидромеханического модуля, открытие канала для заполнения уплотнительного рукава тампонажным раствором и тем самым пакеровка во втором модуле СУП. Продолжая продавку при давлении 120 кг/см², разрушили срезные элементы в стоп-кольце и продвинули его вместе с продавочной пробкой. Вытесняемый из колонны тампонажный раствор (в объеме рукава при полном раскрытии до ⊘ 430 мм - 180 л, а необходимый объем тампонажного раствора с учетом отфильтровывания - 240 л) заполнил уплотнительный рукав СУП. При отфильтровывании тампонажного раствора произошло ускоренное его схватывание и образование обезвоженного камня.

При достижении продавочной пробкой кольца "стоп" с обратным клапаном и давления 150 кг/см² открылись заливочные отверстия муфты. Произвели срезку цемента и промывку скважины.

Скважину оставили на время ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) - 8 ч.

Во время ОЗЦ в цементировочную головку установили вторую (запорную) пробку.

После восстановления циркуляции закачали буферную жидкость, затворили и закачали тампонажный раствор с добавлением в последнюю порцию ускорителя схватывания. Объем тампонажного раствора определили расчетом объема затрубного пространства от муфты до устья.

Освободив пробку в головке, произвели продавку. При посадке пробки в муфту повысили давление дополнительно к конечному рабочему - 5 кг/см², при котором достигнуто закрытие заливочных отверстий заслонкой. Проверив герметичность закрытия, давление в колонне снизили.

После ОЗЦ разбурили пробку и разбуриваемую втулку в муфте. Провели замеры цементомерами и провели вторичное вскрытие и освоение скважины.

Получили приток практически безводной нефти, тогда как в трех скважинах этого же куста ( 3041, 3042, 3047), законченных по обычной технологии, получен приток пластовой воды из верхнего водоносного пласта.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать надежную герметизацию цементного кольца в заколонном пространстве скважин с осложненными стволами и получить безводную нефть с минимальным содержанием воды.

Использование: в нефтедобывающей промышленности для разобщения пластов. Технический результат: улучшение герметизации заколонного пространства в скважинах с осложненными стволами. Сущность изобретения: устройство содержит корпус из двух концентричных труб, образующих кольцевой канал, по концам которого установлены пакерующие узлы, по крайней мере, один из которых содержит гибкие уплотнительные элементы. В качестве, по крайней мере, одного из пакерующих узлов использован фильтрующий рукав, снабженный разрезными кольцами. Внутри фильтрующего рукава размещены армирующие элементы. Пакерующие узлы установлены на корпусе с возможностью изменения расстояния между ними. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для разобщения пластов, включающее корпус из двух концентричных труб, образующих кольцевой канал, по концам которого установлены пакерующие узлы, по крайней мере, один из которых содержит гибкие уплотнительные элементы, отличающееся тем, что в качестве, по крайней мере, одного из пакерующих узлов использован фильтрующий рукав, внутренняя полость которого сообщена в нижней своей части с затрубным пространством посредством кольцевого канала, при этом фильтрующий рукав в верхней своей части снабжен каналом для выхода цементного раствора, а внутри фильтрующего рукава размещены армирующие элементы, расширенные по нижним концам и прикрепленные своими верхними концами к корпусу устройства. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пакерующие узлы установлены на корпусе с возможностью изменения расстояния между ними. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что фильтрующий рукав снабжен разрезными кольцами.