СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК E21B43/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу обработки призабойной зоны пласта путем формирования скважинного импульса давления в стволе нефтяной скважины, который основывается на сочетании элементов технологии волоконной закупорки и элементов технологии гидравлического разрыва.

Эффективная разработка продуктивных пластов на поздней стадии представляет собой одну из наиболее перспективных проблем в нефтяной промышленности. Ограничение запасов нефти заставляет промышленность уделять более пристальное внимание месторождениям с низким дебетом, а также использовать технологии, связанные с мощным виброакустическим воздействием на продуктивные пласты. По вопросам извлечения нефти из таких пластов существует целый ряд методов для повышения подвижности нефти в замкнутых областях, расположенных в пластах с высокой степенью обводнения. Множество таких методов включают акустическую обработку прискважинной зоны для очистки пористой среды от загрязнения, тогда как другие методы предусматривают применение сейсмических воздействий, оказывающих влияние в дальней зоне.

Уровень техники

Разработан целый ряд скважинных источников внутрипластовых импульсов давления. Также существует огромное количество патентов, в которых раскрываются способы добычи нефти с использованием скважинных импульсов давления. В некоторых из них предлагаются принципы устройства специальных скважинных вибраторов и раскрывается их конструкция. См., например, патенты US 4788467, 1988, US 4817712, 1989, RU 2334873, 2008.

Наиболее близким аналогом изобретения (прототипом) является способ обработки призабойной зоны пласта, включающий проведение импульсной обработки призабойной зоны посредством нагнетания жидкости в насосно-компрессорную трубу (НКТ), размещенную в стволе нефтяной скважины или обсадной колонны, с помощью насоса, установленного в устье скважины, описанный в патенте [US 6899175, публ. 30.10.2003]. Авторы предлагают формировать скважинный импульс давления в стволе нефтяной скважины с помощью специально сконструированного устройства, содержащего полый узел цилиндров и пару плунжеров. Перемещение плунжеров определяет сокращение объема камеры сжатия, при этом заключенная в ней жидкость сжимается, а затем при ходе поршня вниз сбрасывается в нефтяную скважину. Недостатком указанного способа является сложность конструкции и уникальность применения с точки зрения условий месторождений.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании простого, быстрого и эффективного способа обработки призабойной зоны скважины, применимого в различных полевых условиях.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в создании эффективного способа обустройства нефтяной скважины для гидравлического разрыва пласта, который технически просто осуществим.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что способ обработки призабойной зоны пласта включает проведение импульсной обработки призабойной зоны посредством нагнетания жидкости в НКТ, размещенную в стволе нефтяной скважины или обсадной колонны, с помощью насоса, установленного в устье скважины, дополнительно в зазоре между НКТ и поверхностью скважины или обсадной колонны устанавливают пакеры с отверстиями по высоте НКТ. Причем по первому варианту реализации способа осуществляют нагнетание насосом жидкости, содержащей волокна, до образования пробки в нижней части НКТ, после снижения расхода на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуаций, при постоянном давлении в насосе, закачивают жидкость без волокон, постепенно повышая давление в насосе до момента резкого нарастания расхода жидкости. По второму варианту реализации способа осуществляют нагнетание жидкости, содержащей сферические элементы, до образования пробки в выходном отверстии НКТ, после снижения расхода на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуаций, при постоянном давлении в насосе, закачивают жидкость без сферических элементов, постепенно повышая давление в насосе до момента резкого нарастания расхода жидкости, причем диаметр выходного отверстия НКТ меньше внутреннего диаметра НКТ, а диаметр каждого сферического элемента больше диаметра выходного отверстия НКТ.

Кроме того, по первому варианту реализации способа в нижней части НКТ расположено препятствие для инициирования волоконной пробки.

Кроме того, по первому варианту реализации способа применяют растворимые полимерные волокна.

Кроме того, по второму варианту реализации способа применяют полимерные растворимые сферические элементы, причем диаметр каждого сферического элемента превышает диаметр выходного отверстия НКТ на такую величину, чтобы при последующем повышении давления сферический элемент выбивался из выходного отверстия при давлении, не превышающем максимально допустимое давление в НКТ, либо нерастворимые сферические элементы.

В качестве нагнетаемой жидкости используется любая жидкость, например жидкость гидравлического разрыва (вода, полимерный раствор).

В качестве препятствия для инициирования волоконной пробки используют любой твердый уступ, выполненный внутри НКТ.

В качестве сферических элементов могут применяться, например, шары.

Формирование отводящей пробки начинается с так называемого "образования перемычки", которая представляет собой первоначальный блок, постоянно улавливающий твердые частицы в разрыве. Вместе с тем жидкость продолжает протекать через блокирующий (перемыкающий) твердый осадок. Таким образом, фильтрация суспензии твердых веществ в жидкости создает все более уплотняемую пробку, проницаемость которой снижается до полного перекрытия потока.

При проведении поиска по патентной и научно-технической информации не было обнаружено решений, содержащих всей совокупности предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1A представлен процесс формирования волоконной пробки по первому варианту реализации способа.

На фиг.1B представлен процесс формирования импульса давления после разрушения волоконной пробки по первому варианту реализации способа, где:

1 - насос,

2 - НКТ,

3 - призабойная зона,

4 - препятствие для инициирования волоконной пробки,

5 - волоконная пробка,

6 - пакер с отверстиями для циркуляции жидкости,

7 - импульс давления.

На фиг.2A представлен процесс формирования пробки из сферических элементов по второму варианту реализации способа.

На фиг.2B представлен процесс формирования импульса давления после разрушения пробки из сферических элементов по второму варианту реализации способа, где:

1 - насос,

2 - НКТ,

3 - призабойная зона,

4 - круглое отверстие в нижней части НКТ,

5 - сферический элемент,

6 - пакер с отверстиями для циркуляции жидкости,

7 - импульс давления.

Настоящее изобретение относится к способу обработки призабойной зоны пласта, включающему проведение импульсной обработки призабойной зоны посредством нагнетания жидкости в НКТ, размещенную в стволе нефтяной скважины или обсадной колонны, с помощью насоса, установленного в устье скважины, дополнительно в зазоре между НКТ и поверхностью скважины или обсадной колонны устанавливают пакеры с отверстиями по высоте НКТ. Причем по первому варианту реализации способа осуществляют нагнетание насосом жидкости, содержащей волокна, до образования пробки в нижней части НКТ, после снижения расхода на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуаций, при постоянном давлении в насосе, закачивают жидкость без волокон, постепенно повышая давление в насосе до момента резкого нарастания расхода жидкости. По второму варианту реализации способа осуществляют нагнетание жидкости, содержащей сферические элементы, до образования пробки в выходном отверстии НКТ, после снижения расхода на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуаций, при постоянном давлении в насосе, закачивают жидкость без сферических элементов, постепенно повышая давление в насосе до момента резкого нарастания расхода жидкости, причем диаметр выходного отверстия НКТ меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорной трубы, а диаметр каждого сферического элемента больше диаметра выходного отверстия НКТ. По первому варианту реализации способа в нижней части НКТ расположено препятствие для инициирования волоконной пробки, а в качестве волокон могут быть применены растворимые полимерные волокна. По второму варианту реализации способа применяют полимерные растворимые сферические элементы, причем диаметр каждого сферического элемента превышает диаметр выходного отверстия насосно-компрессорной трубы на такую величину, чтобы при последующем повышении давления сферический элемент выбивался из выходного отверстия при давлении, не превышающем максимально допустимое давление в насосно-компрессорной трубе, либо нерастворимые сферические элементы.

Сущность настоящего изобретения по первому варианту реализации способа заключается в обустройстве нефтяной скважины или обсадной колонны, как для гидравлического разрыва за счет закачивания жидкости с волокнами до образования пробки в области препятствия в нижней части НКТ. В качестве препятствия может быть выполнен любой твердый уступ внутри НКТ. После образования волоконной пробки и блокирования потока жидкости предлагается далее закачивать жидкость без волокон, постепенно повышая давление до разрушения пробки, что создает волну давления высокой интенсивности.

По второму варианту реализации способа обустраивают нефтяную скважину или обсадную колонну, как для гидравлического разрыва за счет закачивания жидкости со сферическими элементами до образования пробки в области выходного отверстия НКТ. После образования пробки из сферических элементов и блокирования потока жидкости предлагается далее закачивать жидкость без сферических элементов, постепенно повышая давление до разрушения пробки, что создает волну давления высокой интенсивности. Для создания пробки можно использовать полимерные растворимые (деградируемые) (разлагаемые под воздействием внешних факторов: температуры, ph) или нерастворимые (недеградируемые) сферические элементы. В этом случае в нижней части НКТ жидкость должна выходить в призабойную зону через отверстие круглой формы диаметром, меньшим диаметра каждого из сферических элементов, а каждый сферический элемент должен иметь диаметр, меньше внутреннего диаметра НКТ. При использовании растворимых сферических элементов, ph (температура или другой фактор) жидкости должен быть подобран исходя из следующего условия: при блокировании сферическим элементом потока жидкости диаметр сферического элемента должен превышать диаметр отверстия на такую величину, чтобы при последующем повышении давления сферический элемент выбивался при давлении, не превышающем максимально допустимое давление для НКТ. Для нерастворимых сферических элементов, вне зависимости от ph или других факторов воздействия, жидкости, диаметр и эластично-прочностные свойства сферического элемента должны удовлетворять условию непревышения максимально допустимого давления.

Технологическая последовательность для реализации способа обработки призабойной зоны пласта состоит в следующем.

Первый вариант

Жидкость с волокнами нагнетается насосом (1), установленным в устье скважины, в НКТ (2). В качестве волокон могут использоваться, например, растворимые полимерные волокна из полилактида, разлагающегося под действием температуры в водной среде, или нерастворимые волокна. Процесс нагнетания осуществляют до образования волоконной пробки 5 на препятствии 4, выполненном в нижней части НКТ. Снижение расхода (определяемого по расходомеру) закачиваемой жидкости с волокнами на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуаций, при постоянном давлении в насосе указывает на процесс образования волоконной пробки. При приближении расхода закачиваемой жидкости к нулю происходит полное образование перемычки волоконной пробки. Процесс по началу разрушения пробки можно начинать и на этапе неполного ее сформирования. После образования волоконной пробки закачивают жидкость без волокон при постепенном повышении давления до момента резкого нарастания расхода жидкости. Падение давления в НКТ и резкое нарастание расхода указывают на разрушение волоконной пробки, которое приводит к формированию скважинного импульса (7) давления, распространяющегося от выходного отверстия НКТ непосредственно в призабойную зону (3) скважины. Циркуляция жидкости в направлении поверхности обеспечивается при помощи пакеров (6) с отверстиями, установленных в зазоре между НКТ и поверхностью скважины или обсадной колонны по высоте НКТ, через которые жидкость может подниматься вверх по пространству между НКТ и обсадной колонной (в случае обсаженной скважины) или между НКТ и поверхностью скважины (в случае необсаженной скважины).

Второй вариант

Жидкость со сферическими элементами нагнетается насосом (1), установленным в устье скважины, в НКТ (2). В качестве сферических элементов могут использоваться, например, растворимые полимерные сферические элементы из полилактида, разлагающегося под действием температуры в водной среде, или нерастворимые сферические элементы, например, из резины. При использовании растворимых сферических элементов при блокировании сферическим элементом потока жидкости диаметр каждого сферического элемента превышает диаметр выходного отверстия насосно-компрессорной трубы на такую величину, чтобы при последующем повышении давления сферический элемент выбивался из выходного отверстия при давлении, не превышающем максимально допустимое давление для насосно-компрессорной трубы. После образования пробки из сферических элементов (5) в выходном отверстии НКТ закачивают жидкость без сферических элементов при постепенном повышении давления до момента резкого нарастания расхода жидкости. Падение давления в НКТ и резкое нарастание расхода указывают на разрушение или проталкивание пробки из сферических элементов, которое приводит к формированию скважинного импульса (7) давления, распространяющегося от выходного отверстия НКТ непосредственно в призабойную зону (3) скважины. Циркуляция жидкости в направлении поверхности обеспечивается при помощи пакеров (6) с отверстиями, установленных в зазоре между НКТ и поверхностью скважины или обсадной колонны по высоте НКТ, через которые жидкость может подниматься вверх по пространству между НКТ и обсадной колонной (в случае обсаженной скважины) или между НКТ и поверхностью скважины (в случае необсаженной скважины).

Согласно экспериментальным данным первоначальное падение давления вдоль зоны закупорки пробкой перед разрушением пробки может достигать 1-10 бар.

Предложение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку его осуществление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

Изобретение относится к способу формирования скважинного импульса давления в стволе нефтяной скважины, который основывается на сочетании элементов технологии волоконной закупорки и элементов технологии гидравлического разрыва. Обеспечивает повышение эффективности способа при гидравлическом разрыве пласта. Сущность изобретения: способ включает проведение импульсной обработки призабойной зоны посредством нагнетания жидкости в насосно-компрессорную трубу, размещенную в стволе нефтяной скважины или обсадной колонны, с помощью насоса, установленного в устье скважины. Дополнительно в зазоре между насосно-компрессорной трубой и поверхностью скважины или обсадной колонны устанавливают пакеры с отверстиями по высоте насосно-компрессорной трубы. Осуществляют нагнетание насосом жидкости, содержащей волокна, до образования пробки в нижней части насосно-компрессорной трубы, после снижения расхода на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуаций при постоянном давлении в насосе, закачивают жидкость без волокон, постепенно повышая давление в насосе до момента резкого нарастания расхода жидкости. Также возможно применение сферических элементов для образования пробки. Причем диаметр выходного отверстия насосно-компрессорной трубы меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорной трубы, а диаметр каждого сферического элемента больше диаметра выходного отверстия насосно-компрессорной трубы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки призабойной зоны пласта, включающий проведение импульсной обработки призабойной зоны посредством нагнетания жидкости в насосно-компрессорную трубу, размещенную в стволе нефтяной скважины или обсадной колонны, с помощью насоса, установленного в устье скважины, отличающийся тем, что дополнительно в зазоре между насосно-компрессорной трубой и поверхностью скважины или обсадной колонны устанавливают пакеры с отверстиями по высоте насосно-компрессорной трубы, осуществляют нагнетание насосом жидкости, содержащей волокна, до образования пробки в нижней части насосно-компрессорной трубы, после снижения расхода на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуации, при постоянном давлении в насосе закачивают жидкость без волокон, постепенно повышая давление в насосе до момента резкого нарастания расхода жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нижней части насосно-компрессорной трубы расположено препятствие для инициирования волоконной пробки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют растворимые полимерные волокна

4. Способ обработки призабойной зоны пласта, включающий проведение импульсной обработки призабойной зоны посредством нагнетания жидкости в насосно-компрессорную трубу, размещенную в стволе нефтяной скважины или обсадной колонны, с помощью насоса, установленного в устье скважины, отличающийся тем, что дополнительно в зазоре между насосно-компрессорной трубой и поверхностью скважины или обсадной колонны устанавливают пакеры с отверстиями по высоте насосно-компрессорной трубы, осуществляют нагнетание жидкости, содержащей сферические элементы, до образования пробки в выходном отверстии насосно-компрессорной трубы, после снижения расхода на величину, превышающую характерную амплитуду флуктуации, при постоянном давлении в насосе закачивают жидкость без сферических элементов, постепенно повышая давление в насосе до момента резкого нарастания расхода жидкости, причем диаметр выходного отверстия насосно-компрессорной трубы меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорной трубы, а диаметр каждого сферического элемента больше диаметра выходного отверстия насосно-компрессорной трубы.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что применяют полимерные растворимые сферические элементы, причем диаметр каждого сферического элемента превышает диаметр выходного отверстия насосно-компрессорной трубы на такую величину, чтобы при последующем повышении давления сферический элемент выбивался из выходного отверстия при давлении, не превышающем максимально допустимое давление для насосно-компрессорной трубе.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что применяют нерастворимые сферические элементы.