СПОСОБ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2006 года по МПК E21B43/11 E21B43/08 E21B43/26 

Область техники.

Изобретение относится к области нефтяной и газодобывающей промышленности, а более конкретно к области подземного бурения на нефть и газ, в частности на дне океанов. Изобретение может быть использовано для вскрытия продуктивных нефтяных и газовых пластов при заканчивании бурения скважины, в частности, направленной вдоль продуктивного пласта.

Уровень техники.

Известен способ заканчивания скважин [1], включающий выполнение в стенке обсадной колонны наружных несквозных канавок, установку обсадной колонны в скважину, выполнение в стенке обсадной колонны в местах наружных несквозных канавок и окружающем продуктивном пласте каналов посредством создания давления на внутреннюю поверхность обсадной колонны.

Недостатком способа является низкая производительность скважины в процессе ее эксплуатации. Это связано с тем, что гидродинамическая связь скважины с продуктивным слоем обеспечивается лишь по площади сечения и поверхности каналов.

Известен способ заканчивания скважины [2], по которому в скважину устанавливают обсадную колонну, устанавливают в колонну заряд взрывчатого вещества, выполняют в стенке обсадной колонны и прилегающем продуктивном пласте перфорационные отверстия и устанавливают в колонну газогенерирующий заряд. После инициирования газогенерирующего заряда образующиеся газообразные продукты выжимают скважинную жидкость через перфорационные отверстия, вызывая разрыв (растрескивание) пласта в околоскважинной зоне. Возникающие трещины увеличиваются под действием давления выжимаемой в них жидкости. В результате этого процесса значительно возрастает площадь поверхности фильтрации перфорационных каналов.

Недостатком способа является его сложность вследствие применения раздельных технологий выполнения перфорационных отверстий и создания трещин в продуктивном пласте. Недостатком способа также является низкая производительность скважины в процессе ее эксплуатации вследствие того, что гидродинамическая связь скважины с продуктивным слоем обеспечивается лишь по площади сечения и поверхности каналов, которая определяется размерами применяемого в интервале продуктивного пласта перфоратора с кумулятивными зарядами взрывчатого вещества.

Указанные недостатки частично устранены в способе заканчивания скважины, описанном в [3]. Способ заключается в установке в скважину обсадной колонны, установке в обсадную колонну заряда взрывчатого вещества, состоящего из кумулятивных и газогенерирующих зарядов с последующим их инициированием. Сначала инициируют кумулятивные заряды и выполняют в обсадной колонне и прилегающем продуктивном пласте перфорационные каналы, а затем сгорают газогенерирующие заряды, в результате чего образуются газообразные продукты, которые выжимают скважинную жидкость через перфорационные каналы, вызывая образование сетки трещин в продуктивном пласте. В результате этого процесса происходит значительный прирост площади поверхности фильтрации продуктивного пласта в окрестности перфорационных каналов.

Недостатком способа является его высокая сложность при применении для перфорирования длинных скважин, в частности направленных вдоль продуктивного пласта. Применение данного способа для перфорации длинной (сотни метров) скважины потребует многократного опускания в скважину и подъема после проведения взрыва взрывных и сопутствующих им устройств. Необходимость многократного применения перфораторов для перфорации большой длины скважины сопровождается повышением вероятности местного разрушения обсадной колонны и искривления ее проходного сечения, что препятствует спуску и подъему требуемого оборудования и даже выходу скважины из строя. При применении данного способа для перфорации короткого участка обсадной колонны, сравнимой по длине с длиной существующих перфораторов, производительность скважины в процессе ее эксплуатации оказывается недостаточно высокой, так как рабочим участком является лишь часть длины скважины.

В настоящем изобретении в качестве прототипа выбран способ [1] как наиболее близкий по технической сущности.

Сущность изобретения.

Задачей изобретения является упрощение процесса закачивания скважины, в частности направленной вдоль продуктивного пласта.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение продуктивности нефтяной или газовой скважины.

Технический результат в заявляемом способе достигается способом заканчивания скважины, включающим выполнение в стенке обсадной колонны наружных несквозных канавок, установку обсадной колонны в скважину, выполнение в стенке обсадной колонны в местах наружных несквозных канавок и окружающем продуктивном пласте каналов посредством создания давления на внутреннюю поверхность обсадной колонны. Согласно изобретению при заканчивании скважины с жидкостью снаружи обсадной колонны давление на ее внутреннюю поверхность создают взрывом протяженного газогенерирующего заряда с формой, амплитудой и длительностью импульсов давления, обеспечивающими пластическое расширение обсадной колонны до размеров скважины, при этом обеспечивают передачу давления на жидкость скважины, разрыв продуктивного пласта и последующий разрыв обсадной колонны.

При этом каналы в стенке колонны выполняют в местах предварительно изготовленных местных повреждений стенки колонны, прочность которой обеспечивает переход материала стенки под действием давления продуктов реакции взрывчатого вещества в пластическое состояние и ее расширение вплоть до размера скважины, а заряд взрывчатого вещества выбирают с характеристиками, при которых продукты химической реакции обеспечивают требуемую форму, амплитуду и длительность импульса давления.

Местные повреждения стенки колонны выполняют в виде наружных несквозных канавок.

Снаружи обсадной колонны может быть установлен фильтрующий элемент, который расширяют при расширении колонны вплоть до касания стенки скважины.

Не обнаружены технические решения, совокупность признаков которых совпадает с совокупностью признаков заявляемого способа по п.1-4, в том числе с отличительными признаками. Эта новая совокупность признаков является новым техническим средством, которое обеспечивает получение технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "изобретательский уровень".

Выполнение каналов в стенке колонны путем ее разрыва при расширении под действием давления продуктов реакции взрывчатого вещества позволяет провести этот процесс одновременно по всей длине обсадной колонны в течение одного подрыва взрывчатого вещества. Распространение давления на стенку по длине колонны осуществляется со скоростью детонации протяженного заряда взрывчатого вещества. При расширении колонны до образования каналов давление, создаваемое движущейся стенкой, передается на стенку скважины, разрывая ее с образованием множества трещин. Продукты реакции взрывчатого вещества внутри обсадной колонны через образовавшиеся в стенке колонны каналы перемещаются в зазор между колонной и стенкой скважины, вызывают дополнительный разрыв пласта и образование в нем трещин, что обеспечивает гидродинамическую связь между скважиной и продуктивным пластом.

Выполнение каналов в стенке колонны в местах предварительно изготовленных местных повреждений стенки колонны позволяет регулировать количество образующихся в стенке колонны каналов, обеспечивая оптимальную гидродинамическую связь скважины и внутренней полости обсадной колонны. Выполнение местных повреждений стенки колонны с учетом обеспечения перехода материала стенки колонны под действием давления газообразных продуктов реакции взрывчатого вещества в пластическое состояние до образования каналов и ее расширения вплоть до размера скважины позволяет передать давление, создаваемое расширяющейся колонной на стенку скважины, обеспечивая разрыв пласта по всей длине скважины. Заряд взрывчатого газогенерирующего вещества при этом выбирают из условия обеспечения требуемой для этой цели формы, амплитуды и длительности импульса давления продуктов реакции.

Выполнение местных повреждений стенки колонны в виде наружных несквозных канавок позволяет регулировать площадь и момент образования каналов под действием давления продуктов реакции так, чтобы обеспечить расширение колонны и разрыв пласта по всей длине скважины до образования каналов и расширение трещин в пласте под действием истекающих продуктов реакции после образования в стенке колонны каналов.

Установка снаружи обсадной колонны фильтрующего элемента, который расширяют при расширении колонны вплоть до касания стенки скважины, что препятствует загрязнению каналов и попаданию в обсадную колонну песка и других загрязняющих элементов, способствуя сохранению производительности скважины в процессе эксплуатации на первоначальном уровне. Выполнение каналов за счет давления на стенку колонны продуктов реакции и ее расширения, а не за счет действия кумулятивной струи способствует сохранности и работоспособности фильтрующего элемента.

На фиг.1 представлен поперечный разрез скважины с обсадной колонной, снаряженной зарядом взрывчатого газогенерирующего вещества, где: 1 - стенка обсадной колонны; 2 - канавки на наружной стенке обсадной колонны; 3 - продуктивный пласт; 4 - фильтрующий элемент; 5 - внутренняя полость скважины со скважинной жидкостью; 6 - заряд взрывчатого газогенерирующего вещества; направление детонации, 7 - направление детонации заряда взрывчатого вещества.

На фиг.2 представлена схема расчетной проверки работоспособности заявляемого способа, где: D - наружный диаметр колонны; h - толщина стенки колонны; d - поперечный размер заряда взрывчатого вещества; L - продольный размер заряда взрывчатого вещества.

На фиг.3 представлены результаты расчетной проверки работоспособности заявляемого способа, где 1 - изменение окружных деформаций (относительных перемещений) на внутренней поверхности стенки колонны; 2 - изменение окружных деформаций (относительных перемещений) на наружной поверхности стенки колонны; 3 - изменение давления в жидкости у внутренней стенки колонны после срабатывания заряда.

Заявляемый способ по п.1 работает следующим образом. В обсадной колонне 1 устанавливают заряд взрывчатого вещества 6. Инициируют химическую реакцию в заряде 6 в направлении 7. При срабатывании заряда давление продуктов реакции вызывает расширение стенки обсадной колонны 1, которая передает давление через скважинную жидкость во внутренней полости скважины 5 на стенку скважины и продуктивный пласт 3, который под действием этого давления разрывается с образованием множества каналов (трещин). При превышении предела прочности материала стенки обсадной колонны происходит ее разрыв с образованием каналов, которые обеспечивают гидродинамический контакт внутренней полости колонны 1 с внутренней полостью скважины 5. Продукты реакции взрывчатого вещества через образовавшиеся в стенке колонны каналы перемещаются в зазор между колонной и стенкой скважины 5 и вызывают дополнительный разрыв пласта 3 и образование в нем трещин, что обеспечивает гидродинамическую связь между скважиной 5 и продуктивным пластом 3.

Заявляемый способ по п.2 и 3 работает следующим образом. В стенке обсадной колонны 1 выполняют местные повреждения (местные ослабления прочности), например в форме продольных канавок 2, устанавливают заряд взрывчатого вещества 6. Инициируют химическую реакцию в заряде ВВ 6 в направлении 7. При срабатывании заряда ВВ 6 давление продуктов реакции вызывает расширение стенки обсадной колонны 1, которая передает давление через скважинную жидкость 5 на стенку скважины и продуктивный пласт 3, который под действием этого давления разрывается с образованием множества каналов (трещин). При превышении предела прочности материала обсадной колонны в местах предварительно изготовленных местных повреждений стенки 2 происходит ее разрыв с образованием каналов в ее стенке, которые обеспечивают гидродинамический контакт колонны 1 с продуктивным пластом 3. Образование каналов в стенке обсадной колонны в местах предварительно выполненных местных повреждений 2 позволяет регулировать площадь каналов, что обеспечивает необходимый гидродинамический контакт внутренней полости обсадной колонны 1 с продуктивным пластом 3 в процессе эксплуатации скважины.

Заявляемый способ по п.4 работает следующим образом. В обсадной колонне 1 устанавливают фильтрующий элемент 4 и заряд взрывчатого вещества 6. Инициируют химическую реакцию в заряде взрывчатого газогенерирующего вещества 6. При срабатывании заряда взрывчатого газогенерирующего вещества давление продуктов реакции вызывает расширение стенки обсадной колонны 1 и фильтрующего элемента 4. При расширении стенка обсадной колонны 1 передает давление через скважинную жидкость 5 на стенку скважины и продуктивный пласт 3, который под действием этого давления разрывается с образованием множества каналов (трещин). При превышении предела прочности материала обсадной колонны происходит ее разрыв с образованием каналов в ее стенке, которые обеспечивают гидродинамический контакт внутренней полости колонны 1 с продуктивным пластом 3. При обратном течении скважинной жидкости и флюида из продуктивного пласта 3 фильтрующий элемент 4 препятствует закупорке каналов песком и другими загрязняющими элементами (куски подрывного кабеля, конструктивные элементы для крепления заряда и т.д.), что способствует поддержанию продуктивности скважины на первоначальном уровне.

На предприятии проведена расчетная оценка работоспособности способа. Выбранная для расчета схема приведена на фиг.2. В расчете использованы следующие исходные данные: скважина расположена на глубине моря 2000 м; внутри и снаружи колонны находится вода при одинаковом давлении, внутри колонны установлен заряд стандартного взрывчатого газогенерирующего вещества; h=10 мм; D=180 мм; L>100 м. Результаты расчета приведены на фиг.3. Из фиг.3 видно, что после срабатывания заряда взрывчатого газогенерирующего вещества на внутренней стенке колонны возникает пичковое давление (см. фиг.3, кривая 3), которое приводит стенку колонны в движение (фиг.3, кривые 1 и 2). При движении стенки давление через скважинную жидкость передается на стенку скважины, что должно привести к ее разрыву с образованием множества каналов (трещин). При превышении предела прочности материала стенок колонны, который в расчете отвечал деформации стенки колонны в 25%, происходит ее разрыв с образованием каналов. Из расчета видно также, что практически значимыми являются лишь первые 3 пичка давления (см. фиг.3, кривая 3), которые и определяют расширение колонны и ее разрыв с образованием каналов.

Заявляемый способ найдет применение для вскрытия продуктивных нефтяных и газовых пластов при заканчивании бурения скважины, в частности направленной вдоль продуктивного пласта, благодаря возможности провести этот процесс одновременно по всей длине обсадной колонны в течение одного подрыва заряда взрывчатого газогенерирующего вещества.

Источники информации

1. А.С. SU №135445, опубликован 01.01.1961.

2. Патент US №4673039 МКИ: Е 21 В 43/263, опубликован 16.06.87.

3. Бойдаченко В.Н. и др. Геофизические и прострелочно-взрывные работы в геолого-разведочных скважинах, М.: Недра, 1976, стр.231-233.

Изобретение относится к области нефтяной и газодобывающей промышленности. Обеспечивает повышение продуктивности нефтяной и газовой скважины. Сущность изобретения: в стенке обсадной колонны выполняют наружные несквозные канавки. Устанавливают обсадную колонну в скважину. Посредством создания давления на внутреннюю поверхность обсадной колонны выполняют в стенке обсадной колонны в местах наружных несквозных канавок и окружающем продуктивном пласте каналы. Согласно изобретению при заканчивании скважины с жидкостью снаружи обсадной колонны давление на внутреннюю поверхность обсадной колонны создают взрывом протяженного газогенерирующего заряда с формой, амплитудой и длительностью импульсов давления, обеспечивающими пластическое расширение обсадной колонны до размеров скважины. Обеспечивают передачу давления на жидкость скважины, разрыв продуктивного пласта и последующий разрыв обсадной колонны. 3 ил.

Способ заканчивания скважины, включающий выполнение в стенке обсадной колонны наружных несквозных канавок, установку обсадной колонны в скважину, выполнение в стенке обсадной колонны, в местах наружных несквозных канавок и окружающем продуктивном пласте каналов посредством создания давления на внутреннюю поверхность обсадной колонны, отличающийся тем, что при заканчивании скважины с жидкостью снаружи обсадной колонны давление на ее внутреннюю поверхность создают взрывом протяженного газогенерирующего заряда с формой, амплитудой и длительностью импульсов давления, обеспечивающими пластическое расширение обсадной колонны до размеров скважины, при этом обеспечивают передачу давления на жидкость скважины, разрыв продуктивного пласта и последующий разрыв обсадной колонны.