СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ БЛОКИРУЮЩЕЙ ПРОБКИ В СКВАЖИНЕ Российский патент 2011 года по МПК E21B33/12 

Настоящее изобретение относится к нефтедобывающей области и может быть использовано для ситуаций блокирования течения потока флюида в скважине, т.е. создания блокирующей пробки в нефтяной скважине.

Для скважинных операций часто требуется осуществить изоляцию одной зоны скважины от другой. Для этого обычно используют специальные запирающие устройства (пакеры).

Вместе с тем, в нефтегазовой отрасли применяются методы формирования временных или постоянных пробок для изоляции определенных зон (перфорации, трещины, скважина в целом и пр.) Так, образование пробок из твердых частиц называется бриджингом (bridging). Процесс происходит при течении суспензии, содержащей частицы выбранной формы, размера и свойств. Процесс бриджинга начинается с блокирования движения нескольких частиц, которые препятствуют дальнейшему течению частиц, накапливая их за собой, постепенно формируя пробку вплоть до полного прекращения течения. Наиболее близким к заявленному изобретению является способ формирования блокирующей пробки при проведении скважинных операций по патенту US 7380600, Е21В 33/138, опубл. 03.06.2008. Способ включает закачивание суспензии, включающей в себя волокнистый материал, который способен к разложению. Формирование пробки из волокнистого материала осуществляют в трещине, перфорации, в скважине или одновременно в нескольких из указанных мест. Затем осуществляют выполнение глубинных работ. Впоследствии в случае, если пробка является временной, осуществляют разложение волокнистого материала за заданное время, в результате чего пробка исчезает.

Однако в указанном способе отсутствуют средства и методы, позволяющие точно расположить пробку в том месте скважины, где это необходимо. По сути, осуществляют закачивание волокнистой суспензии в перфорационные отверстия или трещины, т.е. рост пробки в скважине начинается с этих зон с последующим заполнением и блокированием волокнистым материалом скважины в этой зоне. Таким образом, пробка достраивается до требуемого месторасположения при увеличении толщины слоя волокнистого материала, что приводит к повышенным затратам волокнистой суспензии и удорожанию способа в целом. В такой ситуации точность месторасположения блокирующей пробки неудовлетворительная.

Техническим результатом является создание блокирующей пробки непосредственно внутри скважины с обеспечением точности месторасположения, быстродействия реализации и уменьшения капиталозатрат.

Заявленный технический результат достигается за счет осуществления размещения в скважине насосно-компрессорной трубы. Далее, в трубном пространстве насосно-компрессорной трубы на уровне требуемого расположения блокирующей пробки размещают магнитное устройство. Осуществляют закачивание магнитных частиц в затрубное пространство и активизируют магнитное поле магнитного устройства в результате чего, на стенках насосно-компрессорной трубы формируется барьер из магнитных частиц, который, в свое очередь, служит инициатором механического накопления волокнистого материала, подаваемого в затрубное пространство.

В качестве магнитных частиц могут быть использованы частицы с пара- и ферромагнитными свойствами.

В качестве магнитных частиц могут быть использованы частицы феррита бария, оксида железа, магнетита.

Волокнистый материал может включать волокна органических полимеров, неорганических полимеров, сополимеров, стекловолокна.

Заявленное изобретение поясняется чертежом, где показано сечение участка скважины, на котором формируется блокирующая пробка, вид спереди.

Данное изобретение предполагает комбинирование использования магнитных частиц (или гранул) и волокнистых материалов для формирования блокирующей пробки в заданном месте непосредственно внутри канала (скважины). Установлено, что магнитные частицы могут сформировать барьер, который будет служить инициатором постепенного накопления волокнистого материала внутри канала вплоть до формирования блокирующий пробки. Расположение барьера из магнитных частиц, а значит и блокирующей пробки из волокнистого материала, может задаваться при помощи магнитного поля. В частности, такая пробка может использоваться для изоляции одной зоны скважины от другой, как постоянной, так и временной. В последнем случае удаление пробки может быть выполнено, если в качестве волокнистого материала использовать разлагаемые волокна, а для ускорения процесса можно использовать нагревательный элемент, встроенный в магнитное устройство или расположенный рядом с ним. Описанная процедура позволит контролировать формирование пробки с использованием магнитного инструмента.

Способ формирования блокирующей пробки в скважине реализуется следующим образом и проиллюстрирован с помощью Фиг.1.

Предварительно в скважине устанавливают насосно-компрессорную трубу 1. В результате такой операции обеспечивают течение скважинного флюида в затрубном пространстве. Магнитный инструмент 2 вводят в трубное пространство и устанавливают внутри насосно-компрессорной трубы 1 на уровне точной зоны планируемой изоляции потока скважины, т.е. расположения блокирующей пробки 4.

Далее, осуществляют закачивание магнитных частиц 3 в виде суспензии в затрубное пространство. Под магнитными частицами подразумеваются: частицы с пара- и ферромагнитными свойствами размером 0,1-5 мм или капсулы тех же размеров, содержащие магнитные частицы. Использование магнитных капсул позволяет контролировать эффективную плотность гранул, что позволит удерживать их в заданной области с меньшей магнитной силой. Магнитные частицы с пара- и ферромагнитными свойствами и способы их получения описаны в литературе. В литературе можно найти описание различных процедур получения магнитных гранул. Магнитные гранулы обычно представляют собой капсулы, содержащие магнитные вещества или магнитные частицы: феррит бария (Lee D.-Y. et al. Synthesis and performance of magnetic composite comprising barium ferrite and biopolymer, IEEE Transactions on Magnetics, 40, 4 11 (2004), pp.2961-2963), оксид железа (Llanes F. et al. Magnetic nanostructured composites using alginates of different M/G ratios as polymeric matrix. Internotional Journal of Biological macromolecules, 27, 1 (2000), pp.35-40) и магнетит (Tyagi R. and Gupta M.N. Purification and immobilization of Aspergillus niger pectinase on magnetic latex beads. Biocatalysis and Biotransformation, 12, 4 (1995) pp.293-298).

Активизируют работу магнитного устройства путем подачи переменного электрического тока на его полюса в случае использования, например, переменного магнита. Допускается использование магнитного элемента для создания постоянного магнитного поля. Под действием магнитного поля магнитные частицы 2 начинают концентрироваться в области месторасположения магнита, образуя кольцевой барьер на внешней стенке насосно-компрессорной трубы 1. Следует отметить, что количество магнитных частиц (или их концентрацию в суспензии) рассчитывают с учетом площади проходного сечения затрубного пространства, расхода флюида через него, а также мощности магнитного устройства. Так в результате проведения исследований было установлено, что при помощи магнита силой поля порядка 0,2 Тл возможно создать пробку из магнитных гранул, выдерживающую перепад давления до 5 атм в канале шириной до 10 мм.

Вместе с тем, при определении количества магнитных частиц учитывают их размеры, плотность, магнитные характеристики и форму. Так, например, полимерные гранулы по заявке WO/2009/088318, C08J 3/20, опубл. 16.07.2009, возможные к применению в качестве магнитных частиц, имеют в своем составе, в частности, ферромагнитные микрочастицы в концентрации от 0,5 до 5%, размеры самих гранул составляют 0,7-2,4 мм. Плотность гранул влияет на массу барьера, а значит, и на усилие, необходимое для удержания частиц в области магнитного устройства. Форма гранул влияет на концентрацию гранул в барьере или «пористость» барьера (свободное пространство между гранулами), что отражается на механических свойствах барьера (чем выше концентрация, тем надежнее барьер, служащий, как будет указано далее инициатором механического накопления волокнистого материала).

Таким образом, варьируя размеры, форму гранул, их плотность, магнитные свойства и мощность магнитного устройства в зависимости от характеристик скважинного течения (площадь проходного сечения затрубного пространства, расход флюида через него и пр.) можно оптимизировать процесс формирования барьера, в т.ч. его геометрические параметры (форма барьера) и механические параметры (плотность/пористость барьера), что, безусловно, влияет на качество, надежность и время образования блокирующей пробки.

Далее, суспензию, содержащую волокнистый материал, закачивают в затрубное пространство. Сформированный из магнитных частиц барьер будет служить инициатором механического накопления волокнистого материала вокруг него, с частичной и далее полной изоляцией течения флюида скважины в указанном месте. Таким образом, реализуется возможность с помощью указанных операций способа формировать блокирующую пробку в скважине и, что особенно важно, в любом месте скважины, т.е. там, где это потребуется. Точность расположения блокирующей пробки определяется точностью расположения магнитного устройства.

Следует отметить, что в качестве волокнистого материала используются суспензии, включающие волокна органических или неорганических полимеров, сополимеров, и/или стекловолокна различной формы.

Вместе с тем, в процессе проведения исследований была установлена взаимосвязь между концентрацией волокнистых материалов в суспензии, расходом суспензии, ее вязкостью и способностью к механическому накоплению волокнистого материала на барьере. Так, увеличение концентрации волокон, уменьшение расхода течения или уменьшение вязкости суспензии способствует более эффективному накоплению материала, а значит, более быстрому формированию блокирующей пробки.

Проведенные исследования показали, что магнитное поле требуется для инициирования формирования пробки. Однако после того как пробка сформирована, магнитное поле может быть как удалено, так и сохранено.

С помощью заявленного изобретения можно создавать при необходимости и временные пробки. Для этого в качестве волокнистого материала используют разлагаемые волокна, и их применение известно, например, из US 7380600, Е21В 33/138, опубл. 03.06.2008. А для ускорения процесса их разложения можно локально повысить температуру (например, использовать нагреватель рядом с магнитным инструментом.

Пример реализации способа

Способ был реализован в лабораторных условиях. Для этого использовалась система коаксиальных трубок. Внутренняя трубка моделировала насосно-компрессорную трубу, а внешняя - обсадную колонну скважины. Для визуального контроля использовались трубки из оргстекла внешними диаметрами 25 и 38 мм, с толщиной стенок 1,5 мм (зазор кольцевого пространства составил 5 мм). Во внутренней трубке был помещен постоянный магнит диаметра 20 мм, высотой 24 мм с магнитной энергией 300 кДж/м. Полюса магнита были расположены так, что максимальное поле создавалось в плоскости, перпендикулярной оси цилиндров.

Для подачи суспензии магнитных частиц, а затем волокнистого материала использовался перистальтический насос. В качестве магнитных частиц использовались гранулы с магнитным наполнителем Fe₃O₄ (3% по массе) диаметром 1 мм. В качестве волокнистого материала использовались полимерные волокна полимолочной кислоты диаметром 12 микрон и длиной 6 мм. В качестве базовой жидкости суспензии использовался 3.6 мас.% водный раствор гуара, имеющий вязкость около 0.04 Па·с при скорости сдвига 170 сек^-1 и температуре 20°С.

Сначала закачивалась суспензия магнитных частиц. Через минуту на внешней стенке внутренней трубки образовалось кольцо из магнитных частиц. Далее в кольцевой зазор закачивалась суспензия волокнистого материала с массовой концентрацией волокон 10^-8% мас.(100 ppt) с расходом 100 мл/мин. При течении суспензии полимерные волокна цеплялись за барьер из магнитных частиц, накапливаясь на барьере и образуя кольцевую пробку. В ходе реализации эксперимента блокирующая пробка, полностью изолирующая указанное проходное сечение, была сформирована за 10 минут.

Изобретение относится к нефтедобывающей области и может быть использовано для блокирования течения потока флюида в скважине, т.е. создания блокирующей пробки в нефтяной скважине. Обеспечивает точное месторасположение пробки, сокращение времени ее установки, уменьшение капитальных затрат. Способ формирования блокирующей пробки в скважине включает подачу в скважину суспензии из волокнистого материала, предварительное размещение в скважине насосно-компрессорной трубы. Далее, в трубном пространстве насосно-компрессорной трубы на уровне требуемого расположения блокирующей пробки размещают магнитное устройство. Осуществляют закачивание магнитных частиц в затрубное пространство и активизируют магнитное поле магнитного устройства, в результате чего на стенках насосно-компрессорной трубы формируется барьер из магнитных частиц, который служит инициатором механического накопления волокнистого материала. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования блокирующей пробки в скважине, включающий подачу в скважину суспензии из волокнистого материала, отличающийся тем, что предварительно в скважине размещают насосно-компрессорную трубу, обеспечивающую течение скважинного флюида через затрубное пространство, в трубном пространстве насосно-компрессорной трубы на уровне требуемого расположения блокирующей пробки размещают магнитное устройство, закачивают магнитные частицы в затрубное пространство и активизируют магнитное поле магнитного устройства, формируя на стенках насосно-компрессорной трубы барьер из магнитных частиц, служащий инициатором механического накопления волокнистого материала, после чего в затрубное пространство подают суспензию из волокнистого материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитных частиц используют частицы с пара- и ферромагнитными свойствами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитных частиц используют феррит бария.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитных частиц используют оксид железа.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитных частиц используют магнетит.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокнистый материал включает в себя волокна органических полимеров.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокнистый материал включает в себя волокна неорганических полимеров.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокнистый материал включает в себя волокна сополимеров.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокнистый материал включает в себя стекловолокна.