СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЗАКАНЧИВАНИЯ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН Российский патент 2007 года по МПК E21B43/08 E21B43/16 

Родственные заявки

По данной заявке испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент США №60/387, 158 от 6 июня 2002 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам бурения и заканчивания скважин. В частности, изобретение относится к способу размещения между зоной нагнетания и стволом скважины средства их сообщения друг с другом без перфорирования обсадной колонны и сооружения гравийных фильтров. Предлагаемый способ направлен на повышение надежности по сравнению с существующими способами борьбы с пескопроявлением в нагнетательных скважинах и также позволит сократить время, повысить безопасность и снизить стоимость проведения работ.

Уровень техники

Необходимость надежной оснастки для заканчивания нагнетательных (инжекционных) скважин выходит за рамки стоящих перед отраслью задач. Высококоррозионные или токсичные отходы химических производств, сточные воды из горных разработок, вода, отделяемая от добываемых углеводородов, и охлаждающие воды электростанций могут быть надежно захоронены между подземными геологическими пластами. При этом оснастка нагнетательных скважин, в которые закачиваются такие отходы, должна быть достаточно надежна, чтобы обеспечить безопасность обслуживающего персонала скважин, а также живущего поблизости населения и окружающей среды. Кроме того, высокая надежность требуется для обеспечения бесперебойной работы химических, горных и энергетических производств при выходе из строя оборудования нагнетательных скважин. Цена аварии на нагнетательной скважине может быть очень высока, причем не столько в финансовом отношении, сколько в отношении риска причинения ущерба здоровью людей и окружающей среде. Ввиду тех издержек материального и нематериального характера, что сопряжены с авариями в нагнетательных скважинах, важно, чтобы надежность нагнетательных скважин была как можно более высокой. Важно также для сведения к минимуму расходов искать пути снижения времени, затрачиваемого на строительство и заканчивание скважин. Кроме того, снижение численности обслуживающего персонала и уменьшение объема оборудования, задействованного в оснастке нагнетательной скважины, естественным путем повышает безопасность работ по заканчиванию.

По своей природе многие зоны нагнетания состоят из слабых или неконсолидированных пород и/или песчаников. В состав этих слабых в прочностном отношении пород входят обломки и прочие включения, которые могут осыпаться в ствол скважины и неблагоприятно влиять на пропускную способность, или приемистость, скважины. На предотвращение осыпания пород в эксплуатационных скважинах затрачивается много усилий и средств. Основное внимание в отношении борьбы с выносом песка или осыпанием/обрушением породы в скважину уделялось водяным (гидрогеологическим) скважинам и скважины для добычи углеводородов. Те же средства предотвращения осыпания горных пород и выноса песка, что использовались для эксплуатационных (добывающих) скважин, на протяжении многих лет применялись и в нагнетательных скважинах.

Распространенным методом при строительстве и заканчивании нагнетательных скважин является сооружение гравийного фильтра для борьбы с осыпанием/обрушением пород. Гравийный фильтр является двухступенчатым и состоит из сетчатого фильтра с отверстиями заданного размера и гравия или крупнозернистого песка заданной крупности. Песчаная масса препятствует осыпанию матрицы (окружающих пород), а сетчатый фильтр удерживает гравий на месте. При строительстве и заканчивании скважины обычно ведут бурение скважины с использованием обычных буровых растворов, в скважину опускают обсадные трубы и цементируют их по месту установки в пласте, обычный буровой раствор замещают чистым солевым раствором, солевой раствор фильтруют и очищают ствол скважины, в скважину опускают стреляющие перфораторы и перфорируют обсадную трубу, перфораторы извлекают, повторно чистят обсадные трубы, повторно фильтруют солевой раствор до необходимой степени чистоты, в скважину опускают сетчатый фильтр, с помощью насосов высокого давления между фильтровым узлом, с его стороны, обращенной к перфорационным отверстиям в обсадной колонне и прилегающей породе, и поверхностью горной породы намывается песок, что приводит к заполнению кольцевых полостей между сетчатым фильтром и обсадными трубами. Это дорогостоящий процесс, требующий значительных затрат времени.

Описанная выше процедура имеет многочисленные недостатки. Эти недостатки можно разбить на две категории: относящиеся к надежности оборудования и к надежности технологического процесса. Известны случаи, когда утечки приводили к неполной детонации скважинных перфораторов, что влекло за собой снижение или потерю их производительности и необходимость дорогостоящих ловильных работ для извлечения из скважины поврежденных корпусов перфораторов. Кроме того, были случаи разрушения сетчатых фильтров при намывании песка под высоким давлением в область вокруг фильтра, что приводит к необходимости проведения в скважине дополнительных ловильных работ.

Другой проблемой, связанной с закачиванием в породу текучих сред при использовании данного способа строительства и заканчивания нагнетательных скважин, является повреждение окружающих пород с нарушением их проницаемости. При использовании стандартных буровых растворов фильтрат и твердые частицы могут внедряться в породу, вызывая снижение эффективного перового пространства. Еще одной причиной повреждения породы является использование кумулятивных зарядов или взрывчатых веществ в процессе перфорирования. При пробивании перфорационных отверстий в обсадной колонне и прилегающей породе энергия взрыва распирает обсадные трубы, цемент и окружающие породы. Это вызывает крошение и обрушение основной породы, что уменьшает ее проницаемость и ограничивает ее фильтрационный потенциал при закачивании в породу текучих сред.

Другой общеизвестный метод строительства и заканчивания нагнетательных скважин предусматривает бурение скважины без установки обсадных труб в продуктивном пласте. Скважины такого типа называются открытыми или необсаженными. Как правило, в скважину опускают узел сетчатого фильтра с отверстиями заданного размера, который устанавливают на необсаженном участке, и заполняют пространство между сетчатым фильтром и поверхностью горной породы песком заданной крупности. В открытой скважине с такой оснасткой существенное увеличение поверхности горной породы, способной принять в себя закачиваемую текучую среду, помогает повысить приемистость скважины по сравнению со скважинами, оборудованными перфорированными обсадными трубами.

Как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах сам сетчатый фильтр может представлять собой сужение проходного сечения в стволе скважины. Это может вызвать нежелательное падение давления, ограничивающее нагнетание жидкости в скважину. Кроме того, может возникнуть необходимость в извлечении сетчатого фильтра из скважины для проведения ремонтных работ. Процесс извлечения объекта из ствола скважины называется ловильными работами. Эти работы связаны со значительными финансовыми затратами и затратами времени, а результат их не всегда успешен и может потребовать перебуривания части скважины или даже скважины целиком. После закачивания в скважину токсичных отходов ловильные работы могут оказаться опасными для рабочих, местного населения и окружающей среды. Надежность - это ключевой фактор, влияющий на проектирование и заканчивание нагнетательных скважин.

Учитывая, что описанные выше методы разрабатывались для добывающих скважин, вопрос надежности нагнетательной скважины становится важной проблемой. В условиях добывающей скважины поток добываемого флюида идет из продуктивного пласта, при этом любое возможное обрушение или смещение материала породы сдерживается обсыпкой из песка, которая, в свою очередь, удерживается на месте сетчатым фильтром. Эта конструкция представляет собой надежное средство предотвращения обрушения материала породы в ствол скважины. Однако при эксплуатации скважины в режиме нагнетания закачиваемая жидкость или газ проходит из ствола скважины через сетчатый фильтр и далее через песок уходит во вмещающую породу. Если песок гравийного фильтра отойдет от сетчатого фильтра, материал вмещающей породы сможет свободно попадать через сетчатый фильтр внутрь скважины. При этом существует несколько возможных механизмов, приводящих к выносу песка в сторону от сетчатого фильтра.

Как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах сам сетчатый фильтр повреждение вмещающих пород может ограничить нагнетание жидкостей или газов в скважину. В определенные моменты времени может возникнуть необходимость закачивания в скважину повышенных объемов жидкости при повышенной интенсивности нагнетания. Если потребное давление и интенсивность нагнетания превысят давление гидроразрыва пласта, произойдет разделение вмещающей породы с образованием трещины. Соответственно, в случае разрыва пласта площадь поверхности зоны нагнетания увеличится за счет поверхности трещины. Это позволит закачивать текучую среду в породу с требуемой интенсивностью. Вредным побочным эффектом разрыва пласта является вымывание песка, окружающего сетчатый фильтр и являющегося важным компонентом гравийного фильтра, в трещины, образовавшиеся при разрыве пласта вмещающей породы. Если это произойдет, может начаться осыпание породы в ствол скважины через сетчатый фильтр.

Для повышения приемистости вмещающих пород в нагнетательных скважинах иногда используют кислоту. В некоторых случаях кислота может растворить объем вмещающей породы, достаточный для выноса песка в сторону от сетчатого фильтра, что сделает возможным попадание материала вмещающей породы в ствол скважины. В некоторых случаях закачиваемая в скважину текучая среда вызывает перераспределение материала вмещающей породы, что может привести к такому ее уплотнению или перегруппировке, в результате которого песок будет выноситься от сетчатого фильтра. Любая операция, приводящая к появлению даже малейших пустот в массиве песка гравийного фильтра, может привести к осыпанию вмещающих пород и потере приемистости скважины.

Для применения в нефтегазодобывающих скважинах разработаны устройства, позволяющие обходиться без перфорационных работ и сооружения гравийных фильтров в скважинах. В патенте US 3347317 (Zandmer) раскрыта конструкция удлиняющегося канала с твердыми частицами, использующимися в качестве набивки фильтра. Раздвижная конструкция предложена в публикации WO 96/26350 (Johnson). Эти устройства не нашли широкого применения в нефтегазодобывающей промышленности. Они захватывают фильтрационную корку бурового раствора между набивкой фильтра, препятствующего выносу пластового песка в скважину, и поверхностью вмещающей породы, которая ограничивает продуктивность скважины из-за закупорки породы и набивки фильтра. В другом изобретении, ориентированном на добычу углеводородов, см. патент US 5425424 (Reinhardt), в таких удлиняющихся каналах набивка фильтра не используется. Эти устройства не нашли общего применения в нефтегазодобывающей промышленности из-за их низкой производительности при использовании в добывающих скважинах.

В нагнетательных скважинах проблема низкой приемистости может быть преодолена путем закачивания текучих сред при давлении нагнетания, превышающем давление гидроразрыва пласта, что может диктоваться требованиями по интенсивности нагнетания. Если использовать предварительно изготовленную перфорированную конструкцию с высокопрочным фильтрующим материалом, размер отверстий которого достаточен для предотвращения осыпания вмещающей породы, то надежность нагнетательных скважин может быть значительно повышена.

Таким образом, в данной области техники существует необходимость в способе строительства и заканчивания нагнетательных скважин, который надежно предотвращал бы осыпание вмещающей породы в ствол нагнетательной скважины, одновременно избегая сужений проходного сечения в полости трубы, сопряженных с использованием сетчатых фильтров.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагается способ строительства и заканчивания нагнетательных скважин, предусматривающий бурение скважины через продуктивный интервал или вмещающую породу и установку на обсадной трубе устройства, удлиняющегося в боковом (поперечном) направлении и имеющего фильтрующий материал, таким образом, чтобы после спуска обсадной трубы или обсадной колонны это удлиняющееся устройство располагалось на уровне зоны нагнетания. Предлагаемый способ также предусматривает выдвижение удлиняющегося устройства, в результате чего его рабочий элемент входит в непосредственный контакт с зоной нагнетания в продуктивном интервале, а также спуск в скважину оборудования/системы трубопроводов и подачу текучих сред в удлиняющиеся устройства и через них - в зону нагнетания продуктивного пласта скважины. Способ также может предусматривать выполнение действий по цементированию обсадной трубы (колонны), проводимое до начала закачивания текучих сред.

Объектом изобретения является также система транспортирования текучей среды для заканчивания нагнетательных скважин, включающая ствол скважины, пробуренный в зону нагнетания продуктивного интервала вмещающей породы, и обсадную колонну с удлиняющимся устройством, спущенную в скважину так, чтобы удлиняющееся устройство располагалось рядом с участком соответствующего интервала и выступало, находясь в непосредственном контакте с поверхностью породы на этом участке, с образованием нагнетательного канала, причем в выдвигающейся части удлиняющегося устройства расположен фильтрующий материал. Система также включает оборудование и систему трубопроводов, а также систему подачи текучей среды, выполненную с возможностью закачивания нагнетаемой жидкости в породу через каналы. Предпочтительно, чтобы обсадная труба содержала несколько удлиняющихся устройств, каждое из которых расположено рядом с соответствующим участком породы на интервале и выдвинуто с образованием канала между внутренним пространством обсадной трубы и вмещающей породой, по которому может двигаться текучая среда. В качестве нагнетаемой жидкости предпочтительно использовать жидкость, давление нагнетания которой ниже давления гидроразрыва породы. Такие жидкости, которые используются при строительстве нефтегазодобывающих скважин для бурения необсаженных горизонтальных скважин, принадлежат к классу буровых растворов, известных как жидкости для вскрытия пласта (Drill-In Fluid). Можно использовать и обычные буровые растворы, хотя в большинстве случаев давление нагнетания для этих растворов превышает давление гидроразрыва пород зоны нагнетания.

Краткое описание чертежей

Изобретение раскрывается более наглядно в следующем подробном описании, сопровождаемом чертежами, иллюстрирующими примеры его осуществления. На этих чертежах, где аналогичные элементы конструкции имеют одинаковые ссылочные номера:

на фиг.1 схематично представлена установка для бурения нагнетательной скважины до точки, находящейся выше предполагаемой зоны нагнетания;

на фиг.2 схематично представлена установка для бурения через зону нагнетания с использованием жидкости для вскрытия пласта. Также показано оборудование каротажа во время бурения, которое может использоваться для определения глубины и длины зоны нагнетания;

на фиг.3 схематично показаны удлиняющиеся устройства на обсадной трубе и их размещение в зоне нагнетания;

на фиг.4 схематично показаны удлиняющиеся устройства, выдвинутые до контакта с поверхностью вмещающей породы, с обеспечением центрирования обсадных труб;

на фиг.5 схематично показана обсадная труба, зацементированная по месту установки;

на фиг.6 схематично представлена работа устройства в режиме нагнетания;

на фиг.7А-7В представлены варианты взаимного расположения удлиняющихся устройств.

Подробное описание изобретения

Автором изобретения разработаны новые система и способ строительства и заканчивания нагнетательных скважин, предусматривающие бурение скважины в продуктивном пласте и установку в нем обсадной трубы, снабженной по меньшей мере одним, а предпочтительно - несколькими удлиняющимися устройствами. После установки обсадной трубы таким образом, чтобы удлиняющиеся устройства располагались в пределах продуктивного пласта и, прежде всего, в пределах зоны нагнетания продуктивного пласта, удлиняющиеся устройства выдвигаются таким образом, чтобы дистальными концами войти в непосредственное соприкосновение с поверхностью породы. После выдвижения удлиняющихся устройств обсадная труба может быть зацементирована, и в скважину можно опустить эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и соответствующее оборудование. Далее в НКТ может закачиваться текучая среда (флюид), откуда она под давлением будет проходить через выдвинутые устройства в зону нагнетания продуктивного пласта.

Изобретение в широком смысле относится к способу строительства и заканчивания нагнетательных скважин. Способ предусматривает бурение скважины в продуктивном интервале или вмещающей породе и размещение в скважине обсадной трубы, снабженной по меньшей мере одним устройством, удлиняющимся в боковом направлении и имеющим фильтрующий материал, таким образом, чтобы обеспечить возможность выдвижения удлиняющихся устройств с образованием каналов, ведущих в зону нагнетания продуктивного интервала. Способ предусматривает также выдвижение удлиняющихся устройств таким образом, чтобы они входили в непосредственный контакт с поверхностью породы в зоне нагнетания продуктивного интервала, а также спуск в ствол скважины эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и соответствующего оборудования и нагнетание в трубы текучих сред, откуда жидкость через удлиняющиеся устройства попадает в зону нагнетания породы продуктивного пласта. Способ может также включать цементирование обсадной трубы до начала закачивания в скважину текучих сред.

Изобретение в широком смысле относится также к системе оснащения скважины, законченной в зоне нагнетания. Система включает ствол скважины, проходящий через определенный интервал в продуктивном пласте, а также спущенную в скважину обсадную трубу, снабженную по меньшей мере одним удлиняющимся устройством. При этом удлиняющиеся устройства расположены в пределах вышеупомянутого интервала, а их элементы выдвинуты с образованием каналов между обсадной трубой и вмещающей породой интервала скважины за счет того, что дистальные концы этих элементов непосредственно контактируют с поверхностью вмещающей породы на соответствующих участках в пределах указанного интервала. В состав системы также входят система трубопроводов, оборудование и система подачи текучей среды, выполненная с возможностью нагнетания текучей среды через каналы в породу.

В качестве нагнетаемых текучих сред без ограничений подходят любые жидкости или газы, которые можно закачивать в скважины. Хотя могут использоваться и обычные буровые растворы, однако в большинстве случаев давление, необходимое для нагнетания в скважину этих растворов, значительно превосходит давление гидроразрыва пород в зоне нагнетания. К предпочтительным относятся жидкости, описанные в патентах US 5504062 (Johnson), US 4620596, US 4369843 и US 4186803 (Mondshine), включенных в данное описание путем ссылки, или любые аналогичные им жидкости. Для специалиста должно быть понятно, что типы жидкостных систем, описанных в патенте US 5504062, обладают способностью сводить к минимуму проникновение во вмещающую породу фильтрата и твердых частиц. Жидкости, описанные в патенте US 5504062, представляют собой текучие композиции, в которых размер взвешенных частиц позволяет им проходить обратно через стандартные материалы гравийных фильтров с минимальными повреждениями породы, что защищает вмещающую породу. Эти жидкости были разработаны для использования при строительстве необсаженных скважин для добычи нефти и газа; в частности, они используются при бурении горизонтальных скважин без обсадных труб. Описанные в патентах Mondshine'a жидкостные системы, содержащие солевые кристаллы заданного размера, защищают породу в процессе строительства или ремонта скважин, проходящих через нефтегазоносные пласты. Жидкости Mondshine'a применяются как буровые растворы при бурении горизонтальных скважин без обсадных труб. Если использовать жидкости Mondshine'a при осуществлении данного изобретения, то для уменьшения размера частиц осадка на фильтре или полного растворения частиц солей в осадке можно использовать растворитель. Эти жидкости представляют интерес для реализации данного изобретения, поскольку растворитель может происходить из нагнетаемой в скважину воды или растворов на основе воды, закачиваемых в зону нагнетания. Хотя упомянутые выше жидкости используются в предпочтительном исполнении изобретения, тем не менее, использование этих жидкостных систем не должно интерпретироваться как ограничение. С течением времени будут проходить испытания и предлагаться на рынке новые полимеры и жидкие составы, защищающие породу и образующие растворы для достижения максимальной приемистости. Эти жидкости, используемые при строительстве скважин для добычи нефти и газа в случае бурения необсаженных горизонтальных скважин, относятся к классу буровых растворов, известному как жидкости для вскрытия пласта (Drill-In Fluid, сокращенно DIF).

При строительстве скважин зоны нагнетания можно определять при помощи приборов для каротажа в процессе бурения или методами электрического каротажа необсаженных скважин. Эти приборы определяют глубину залегания и мощность (толщину) пластов проницаемых пород в зонах нагнетания.

Удлиняющиеся устройства, которые должны заменить методы заканчивания с применением перфорационных работ и гравийных фильтров, размещаются по поверхности обсадной трубы на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы их можно было располагать на уровнях зон нагнетания, определяемых по данным каротажа. В зависимости от требований по расчетной приемистости вмещающей породы для минимизации давления нагнетания в стволе скважины обычно может требоваться от 1 до 20, а предпочтительно - от 1 до 12 удлиняющихся устройств на один фут обсадной трубы. Во многих случаях четырех удлиняющихся устройств на фут будет достаточно. Затем обсадную трубу опускают в скважину таким образом, чтобы удлиняющиеся устройства расположились в пределах зоны нагнетания и рабочие элементы этих устройств при их выдвижении вошли бы в непосредственный контакт с вмещающей породой. Удлиняющиеся устройства могут иметь механический, электромеханический или гидравлический привод, обеспечивающий выдвижение их рабочих элементов до контакта с поверхностью породы. Кроме того, удлиняющиеся устройства способствуют центрированию обсадной трубы в стволе скважины. После выдвижения рабочих элементов удлиняющихся устройств обсадная труба может быть зацементирована. Затем в скважину опускают систему трубопроводов и оборудование для нагнетания. В зависимости от типа жидкости для вскрытия пласта, использовавшейся при бурильных работах, скважина может быть переведена в режим нагнетания или в нее может быть закачан растворитель для растворения корки на стенках скважины.

На фиг.1 изображена буровая система 100, включающая буровое судно или платформу 102, на которой установлена буровая вышка 104. Как возможный вариант, буровая система 100 может иметь подводный блок противовыбросовых превенторов (на фиг.1 не показан), расположенный над устьем скважины 106, находящейся на морском дне 108. В систему 100 входят также колонна 110 обсадных труб, включающая направляющую трубу 112, забивную трубу 114 и промежуточную трубу 116. Как известно специалистам, колонна 110 обсадных труб размещается в стволе скважины 118 и цементируется по месту установки. Как показано на фиг.1, бурение продолжается до намеченной зоны нагнетания 120 в продуктивном пласте 122 (см. фиг.2) с использованием буровой компоновки 124. Буровая компоновка 124 включает бурильную колонну 126 и компоновку 128 низа бурильной колонны (КНБК). В состав КНБК 128 входят датчики 130 аппаратуры каротажа в процессе бурения для исследования пластов, буровой двигатель 132, стабилизатор 134 бурильной колонны и буровое долото 136.

На фиг.1 также видно, что КНБК 128 прошла маркирующий (контрольный) горизонт 138. Маркирующий горизонт 138 - это выбранный геологический индикатор, пересекаемый скважиной прежде, чем она войдет в намеченную зону нагнетания. Маркирующий горизонт 138 является источником информации о необходимой глубине добуривания скважины для достижения забоем скважины положения 140 в зоне нагнетания 120. Когда забой, или дно, 140 скважины находится примерно на 200-500 футов выше зоны нагнетания 120, обычный буровой раствор замещают жидкостью для вскрытия пласта, выбранной для защиты породы в зоне нагнетания 120. Жидкость для вскрытия пласта при закачивании в бурильную колонну 126 замещает обычный буровой раствор, вытесняя его вверх через затрубное пространство 142 ствола скважины 118.

Как показано на фиг.2, при добуривании с использованием жидкости для вскрытия пласта скважина 118 прошла зону нагнетания 120. На фиг.2 дно 140 скважины уже прошло через зону нагнетания 120. После достижения заданной конечной глубины бурильная колонна 126 и КНБК 128 извлекаются из ствола скважины 118. Затем в скважину опускаются обсадные трубы 144 (см. фиг.3-6). Обсадная труба 144 снабжена несколькими удлиняющимися устройствами 146 таким образом, чтобы при достижении этой обсадной трубой или колонной обсадных труб забоя дна 140 скважины 118 удлиняющиеся устройства 146 располагались в пределах зоны нагнетания 120 продуктивного пласта 122.

На фиг.3, 4, 5, 6 и 7А-7В в увеличенном масштабе показан участок 148 зоны нагнетания 120, включая удлиняющееся устройство 146. Как показано на фиг.7А-7В и как было сказано выше, на обсадной трубе 144 установлено удлиняющееся устройство 146 или несколько таких устройств, расположенных на расстоянии друг от друга в определенном порядке, соответствующем взаимному расположению каналов, проходящих из внутреннего пространства 150 обсадной трубы 144 к участкам 152 породы в зоне нагнетания 120, расположенным рядом с соответствующими удлиняющимися устройствами 146. Число удлиняющихся устройств 146 зависит от требований к пропускной способности скважины.

Предполагается, что для большинства случаев достаточным количеством является двенадцать удлиняющихся устройств на фут зоны нагнетания, однако возможно также использование большего или меньшего числа удлиняющихся устройств с единственным ограничением на максимальное их число, которое определяется необходимостью сохранения прочности трубы, достаточной для ее применения в скважине. Фиг.7А-7В иллюстрируют три возможных варианта взаимного расположения удлиняющихся устройств 146 в случае двенадцати удлиняющихся устройств на фут обсадной трубы 144.

На фиг.3 изображено удлиняющееся устройство перед спуском обсадной трубы в скважину. Удлиняющееся устройство 146 встроено в обсадную трубу 144. Кольцевой зазор, или затрубное пространство 142 (теперь уже находящееся между обсадной трубой 144 и стволом скважины 118) может быть заполнено на этой стадии сооружения скважины жидкостью для вскрытия пласта или жидкостью для вскрытия пласта, не содержащей твердой фазы. Удлиняющееся устройство 146 имеет возможность выходить наружу мимо внешней стенки 154 обсадной трубы 144 и убираться внутрь, во внутреннее пространство 150 обсадной трубы 144. Удлиняющееся устройство 146 включает неподвижную часть 156 и подвижную часть 158, имеющую песчаный фильтр (фильтр для предотвращения выноса песка) или фильтрующий материал 160, расположенный в дистальной части 162 подвижной части 158 удлиняющегося устройства. Неподвижная часть 156 крепится в обсадной трубе 144 и служит опорой для подвижной части 158 таким образом, что подвижная часть 158 установлена с возможностью телескопически выдвигаться за пределы внешней стенки 154 обсадной трубы 144 по направлению к участку 152 в зоне нагнетания 120.

На фиг.4 показано, что подвижная часть 158 удлиняющегося устройства 146 под действием гидравлического давления выдвинулась, войдя своим дистальным концом 164 в непосредственной контакт с фильтрационной коркой 166 на поверхности 168 ствола в зоне нагнетания 120, расположенной рядом с удлиняющимся устройством 146, где фильтрационная корка 166 защищает зону нагнетания 120. Выдвинутая подвижная часть 158 образует канал 170, проходящий между внутренним пространством 150 обсадной трубы 144 и зоной нагнетания 120. Теперь труба эксплуатационной обсадной колонны готова к цементированию в стволе скважины 118. На фиг.5 показано, как кольцевой зазор 142 заполняется цементом 172, изолирующим зону нагнетания 120 от потока жидкости везде, кроме каналов 170, образованных в удлиняющихся устройствах 146. На этом этапе в скважину опускают оборудование и систему труб для нагнетания, и скважина готова для закачивания в нее газов и/или жидкостей.

Как показано на фиг.6, жидкость 174 нагнетается в породу 122 через канал 170, образованный удлиняющимся устройством 146. Следует отметить, что жидкость 174, нагнетаемая в породу 122, смывает часть 176 фильтрационной корки 166, оказавшуюся под удлиняющимся устройством 146. Нагнетаемая жидкость 174 подается с помощью насоса по системе трубопроводов внутрь обсадных труб 144 и в конечном счете попадает в канал 170, образованный удлиняющимся устройством 146. Далее нагнетаемая жидкость 174 проходит через канал 170, образованный удлиняющимся устройством 146, и уходит во вмещающую породу 122. Само собой разумеется, что все удлиняющиеся устройства 146 работают аналогичным образом, так что во всех удлиняющихся устройствах 146 образуется по каналу, причем схема расположения таких каналов соответствует расположению удлиняющихся устройств на обсадной трубе. Следует также отметить, что нагнетаемая в скважину жидкость 174 может быть сама по себе опасной или коррозийной. Если интенсивность нагнетания жидкости не достигает требуемого уровня без превышения давления гидроразрыва вмещающей породы, то это давление можно превысить, не опасаясь, что вмещающая порода начнет осыпаться или обрушаться в ствол скважины 118, поскольку доступ жидкости в породу возможен только через каналы 170 в удлиняющихся устройствах 146, а поток нагнетаемой жидкости 174 безостановочно движется во вмещающую породу 122 через каналы 170, препятствующие потоку, направленному в ствол скважины 118 или в обсадную трубу 144.

Все упомянутые выше источники информации включены в данное описание путем ссылки. При том, что изобретение описано здесь целиком и полностью, следует иметь в виду, что в объеме своей формулы данное изобретение может быть осуществлено иным образом, чем в данном описании. Хотя сущность изобретения раскрыта на примере предпочтительных вариантов его осуществления, из данного описания специалистам должна быть понятна возможность осуществления изобретения с разного рода изменениями, также подпадающими под патентные притязания.

Изобретение относится к способам бурения и заканчивания скважин. Обеспечивает повышение надежности заканчивания скважины. По первому варианту бурят скважину через зону нагнетания во вмещающей породе. Опускают в ствол скважины обсадную трубу, снабженную удлиняющимся устройством, имеющим подвижную часть с фильтрующим материалом на ее дистальном конце и неподвижную часть. Удлиняющееся устройство располагают рядом с участком породы в зоне нагнетания. Выдвигают подвижную часть удлиняющегося устройства и вводят ее в контакт с поверхностью вышеупомянутого участка породы с образованием канала между внутренним пространством обсадной трубы и этим участком. Через образованный канал в зону нагнетания закачивают текучие среды. Фильтрующий материал на дистальном конце удлиняющегося устройства препятствует осыпанию в скважину вмещающей породы из зоны нагнетания. Согласно второму варианту проводят бурение скважины с использованием обычного бурового раствора до точки, расположенной выше намеченной зоны нагнетания во вмещающей породе. Замещают обычный буровой жидкостью для вскрытия пласта. Добуривают скважину через зону нагнетания. Опускают в ствол скважины обсадную трубу, снабженную удлиняющимся устройством, имеющим подвижную часть с фильтрующим материалом на ее дистальном конце и неподвижную часть. Удлиняющееся устройство располагают рядом с участком породы в зоне нагнетания. Выдвигают подвижную часть удлиняющегося устройства и вводят ее в контакт с породой с образованием канала между внутренним пространством обсадной трубы и породой. Через образованный канал в породу закачивают текучие среды. Система оснащения скважин для нагнетания текучих сред включает ствол скважины, спущенную в ствол скважины обсадную трубу, снабженную удлиняющимся устройством, имеющим подвижную часть с фильтрующим материалом на ее дистальном конце и неподвижную часть, расположенным рядом с участком породы в зоне нагнетания и выдвинутым до контакта с поверхностью этого участка с образованием канала, проходящего из внутреннего пространства обсадной трубы к зоне нагнетания. Система также включает нагнетательное оборудование и систему трубопроводов; и систему подачи нагнетаемой текучей среды через обсадную трубу и образованный канал в породу, 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ строительства и заканчивания нагнетательных скважин, заключающийся в том, что проводят бурение скважины через зону нагнетания во вмещающей породе, опускают в ствол скважины обсадную трубу, снабженную удлиняющимся устройством, имеющим подвижную часть с фильтрующим материалом на ее дистальном конце и неподвижную часть, таким образом, чтобы удлиняющееся устройство расположилось рядом с участком породы в зоне нагнетания, выдвигают подвижную часть удлиняющегося устройства, вводя ее в контакт с поверхностью вышеупомянутого участка породы, с образованием канала между внутренним пространством обсадной трубы и этим участком и через образованный канал в зону нагнетания закачивают текучие среды, при этом фильтрующий материал на дистальном конце удлиняющегося устройства препятствует осыпанию в скважину вмещающей породы из зоны нагнетания.2. Способ по п.1, в котором после выдвижения подвижной части удлиняющегося устройства, но до начала закачивания текучих сред обсадную трубу цементируют по месту установки.3. Способ по п.1, в котором давление нагнетания при закачивании текучих сред превышает давление гидроразрыва породы в зоне нагнетания.4. Способ по п.1, в котором обсадная труба имеет несколько удлиняющихся устройств, каждое из которых располагается рядом с соответствующим участком породы в зоне нагнетания.5. Способ по п.4, в котором на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 20 удлиняющихся устройств.6. Способ по п.4, в котором на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 12 удлиняющихся устройств.7. Способ по п.4, в котором на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 4 удлиняющихся устройств.8. Способ строительства и заканчивания нагнетательных скважин, заключающийся в том, что проводят бурение скважины с использованием обычного бурового раствора до точки, расположенной выше намеченной зоны нагнетания во вмещающей породе, замещают обычный буровой раствор жидкостью для вскрытия пласта, добуривают скважину через зону нагнетания, опускают в ствол скважины обсадную трубу, снабженную удлиняющимся устройством, имеющим подвижную часть с фильтрующим материалом на ее дистальном конце и неподвижную часть, таким образом, чтобы удлиняющееся устройство расположилось рядом с участком породы в зоне нагнетания, выдвигают подвижную часть удлиняющегося устройства, вводя ее в контакт с породой, с образованием канала между внутренним пространством обсадной трубы и породой и через образованный канал в породу закачивают текучие среды.9. Способ по п.8, в котором после выдвижения подвижной части удлиняющегося устройства, но до начала закачивания текучих сред обсадную трубу цементируют по месту установки.10. Способ по п.8, в котором давление нагнетания при закачивании текучих сред превышает давление гидроразрыва породы в зоне нагнетания.11. Способ по п.8, в котором обсадная труба имеет несколько удлиняющихся устройств, каждое из которых располагается рядом с соответствующим участком породы в зоне нагнетания.12. Способ по п.11, в котором на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 20 удлиняющихся устройств.13. Способ по п.11, в котором на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 12 удлиняющихся устройств.14. Способ по п.11, в котором на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 4 удлиняющихся устройств.15. Система оснащения скважин для нагнетания текучих сред, включающая ствол скважины, проходящий в зону нагнетания во вмещающей породе и через нее спущенную в ствол скважины обсадную трубу, снабженную удлиняющимся устройством, имеющим подвижную часть с фильтрующим материалом на ее дистальном конце и неподвижную часть, расположенным рядом с участком породы в зоне нагнетания и выдвинутым до контакта с поверхностью этого участка с образованием канала, проходящего из внутреннего пространства обсадной трубы к зоне нагнетания, причем фильтрующий материал на дистальном конце подвижной части удлиняющегося устройства препятствует осыпанию вмещающей породы из зоны нагнетания в скважину, нагнетательное оборудование и систему трубопроводов; и систему подачи нагнетаемой текучей среды через обсадную трубу и образованный канал в породу.16. Система по п.15, в которой обсадная труба имеет несколько удлиняющихся устройств, каждое из которых расположено рядом с соответствующим участком породы в зоне нагнетания.17. Система по п.16, в которой на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 20 удлиняющихся устройств.18. Система по п.16, в которой на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 12 удлиняющихся устройств.19. Система по п.16, в которой на один квадратный фут обсадной трубы в пределах зоны нагнетания приходится примерно от 1 до 4 удлиняющихся устройств.