СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ С ЗОНАМИ РАЗЛИЧНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ Российский патент 2018 года по МПК E21B43/00 E21B29/10 E21B43/14 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам изоляции зон осложнений при бурении и ремонте скважин.

Известно «Устройство для пласта с зонами различной проницаемости» (патент на полезную модель RU №94628, МПК Е21В 43/14, 33/13, 43/12 опубл. в бюл. №15 от 27.05.2010 г.), содержащее обсадную колонну с пакерами, предназначенными для установки в пределах пластырей, предназначенных для изоляции зон с низкой проницаемостью, а также устройство включает клапаны, размещенные между пакерами и имеющие возможность управления с устья, каждый из которых выполнен в виде корпуса с проходными отверстиями и подвижной в осевом направлении втулкой, выполненной с возможностью открытия и закрытия отверстий в крайних положениях и оснащенной сужением, снаружи клапанов размещены фильтры, при этом для перемещения втулки вниз технологическая колонна оснащена толкателем, поджатым вниз пружиной, усилие которой превосходит усилие сдвига втулки, патрубка с кольцевым выступом, наружный диаметр которого больше проходного диаметра соответствующего ему сужения втулки, но меньше аналогичных проходных диаметров сужений втулки, дальше расположенных от забоя скважины, а для перемещения втулки вверх технологическая колонна оснащена захватом, выполненным в виде корпуса с поджатыми наружу пружинами шариками, диаметр описанной окружности вокруг которых больше проходного диаметра соответствующего ему сужения втулки, но меньше аналогичных проходных диаметров сужений втулок, дальше расположенных от забоя скважины, а усилие пружин достаточно для сдвига соответствующей втулки шариками.

Способ, осуществляемый с помощью этого устройства, включает бурение скважины, спуск в скважину обсадной колонны с пакерами и клапанами между ними и установку устройства с размещением пакеров в пределах пластырей, расположенных в открытом стволе, с разобщением зон пласта с различной проницаемостью, для перемещения втулки вниз производят спуск технологической колонны в скважину, при этом толкатель проходит вышележащие от забоя клапаны до упора его в соответствующее сужение втулки, которая перемещается вниз под весом технологической колонны, по достижении нижнего крайнего положения втулкой пружина сжимается, и технологическая колонна разгружается на сужение втулки, после чего технологическая колонна с толкателем извлекается из скважины, а для перемещения втулки вверх производят спуск технологической колонны в скважину, при этом захват проходит вышележащие от забоя клапаны до упора его в соответствующее сужение втулки, которая опирается на упор, под весом технологической колонны шарики, взаимодействуя с фасками соответствующего сужения, сжимают пружину и утапливаются в корпус захвата, после чего шарики проходят данное сужение, затем захват для гарантированного прохода шарика через сужение втулки приспускают вниз на 0,5-1,5 м с последующим поднятием вверх, в результате шарики упираются со стороны забоя в сужение соответствующей втулки, приподнимая ее до верхнего крайнего положения, после чего под усилием подъемного механизма, тянущего технологическую колонну вверх, шарики, взаимодействуя с фасками соответствующего сужения, сжимают пружину, утапливаются в корпус захвата и проходят данное сужение, после чего технологическая колонна с захватом извлекается из скважины.

Недостатками способа и устройства являются:

- дополнительные затраты на спуск колонны с клапанами и пакерами с установкой последних в пластырях, предварительно установленных в стволе скважины для изоляции зон с низкой проницаемостью;

- сложная конструкция клапанов, что может привести к аварийной ситуации в случае их несрабатывания;

- значительное сужение ствола скважины за счет установки пластырей и пакеров в них, а также сужение внутреннего диаметра обсадной колонны за счет наличия втулок с сужениями и патрубка с кольцевым выступом, что может привести к затруднениям при спуске инструмента для проведения технологических операций;

- необходимость использования сложного оборудования для открытия и закрытия втулок клапанов, что может привести к аварийной ситуации в случае их несрабатывания;

- дополнительные затраты на спуск технологической колонны для открытия и закрытия втулок клапанов.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки горизонтальной скважиной пласта с зонами различной проницаемости (патент RU №2485290, МПК Е21В 43/14, опубл. в бюл. №17 от 20.06.2013 г.), включающий бурение горизонтальной скважины и цементирование обсадной колонны до кровли пласта, определение в пласте зон с различной проницаемостью, спуск в скважину колонны труб с фильтрами, изготовленными с возможностью механического открытия и закрытия изнутри, и пакерами снаружи, установку пакеров с разобщением фильтров в открытом стволе и зон пласта с различной проницаемостью, определение продуктивности и обводненности зон последовательным открыванием и закрыванием фильтров, расположенных напротив соответствующей зоны пласта, определение зон с близкой проницаемостью и объединение их в группы, эксплуатацию скважины поочередно из каждой группы, открывая соответствующие группе фильтры и закрывая остальные, при увеличении обводненности в одной из групп определение в ней зоны с наибольшей обводненностью последовательным закрыванием и открыванием соответствующих фильтров в группе, обработку зоны с наибольшей проницаемостью водоизолирующим составом или полным перекрытием соответствующего фильтра, продолжение эксплуатации скважины в прежнем режиме, технологическую выдержку зоны, обработанной водоизолирующим составом, вызов притока из этой зоны и эксплуатацию с зонами, имеющими близкую к ней проницаемость.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для осуществления способа (патент RU №2548465, МПК Е21В 43/14, опубл. в бюл. №11 от 20.04.2015 г.), включающее колонну труб, оснащенную фильтрами с возможностью открытия и закрытия изнутри и пакерами снаружи, выполненными в виде пластырей, установленных с учетом длины зон с соответствующей проницаемостью, один из концов которых жестко закреплен на колонне труб, а другой выполнен с возможностью перемещения вдоль колонны труб и соединен с защитным перфорированным кожухом, установленным снаружи фильтра с перекрытием его отверстий и выполненным с возможностью совмещения отверстий фильтра и кожуха за счет смещения кожуха при выправлении пластырей под действием давления жидкости, создаваемого в колонне труб, причем пластыри выполнены с герметизацией снаружи, а изнутри с сообщением с колонной труб через обратный клапан, установленный на сообщающем отверстии, при этом нижний фильтр при спуске устройства остается открытым, а после закрепления в эксплуатационной колонне его закрывают и производят выправление и закрепление пластырей в скважине созданием давления жидкости, кроме этого, обратные клапаны выполнены с возможностью исключения выправления пластырей при спуске устройства с промывкой.

Недостатками известных способа и устройства являются:

- вероятность возникновения аварийной ситуации, так как существует риск заклинивания и несрабатывания механически открываемых и закрываемых фильтров;

- сужение внутреннего диаметра обсадной колонны за счет наличия втулок или шторок для перекрытия фильтров, что может привести к затруднениям при спуске инструмента для проведения технологических операций;

- дополнительные затраты на спуско-подъемную операцию для закрытия нижнего фильтра, который при спуске устройства остается открытым, после чего производят закрепление пластырей в скважине созданием давления жидкости.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются создание способа и простой, надежной конструкции устройства, позволяющих снизить вероятность возникновения аварийной ситуации за счет исключения операции механического открытия и закрытия фильтров, исключения сужения внутреннего диаметра обсадной колонны и соответственно исключения затруднения при спуске инструмента в скважину для проведения технологических операций, исключения дополнительной спуско-подъемной операции для закрытия нижнего фильтра за счет наличия в нижней части перепускного клапана вместо нижнего фильтра.

Технические задачи решаются способом для исследования и эксплуатации горизонтальной скважины с зонами различной проницаемости, включающим бурение горизонтальной скважины и цементирование обсадной колонны до кровли пласта, определение в пласте зон с различной проницаемостью, спуск в скважину колонны труб с пакерами снаружи, установку пакеров с разобщением зон пласта с различной проницаемостью в горизонтальном стволе, эксплуатацию зон с различной проницаемостью с последовательной изоляцией зон с наибольшей обводненностью.

Новым является то, что перед спуском колонну труб снизу снабжают обратным клапаном, а пакеры изготавливают в виде пластырей, сообщенных с колонной труб и установленных с учетом длины зон с соответствующей проницаемостью, один из концов которых жестко закреплен на колонне труб, а другой выполнен с возможностью перемещения вдоль колонны труб, причем пакеры устанавливают после спуска в скважину созданием высокого давления внутри колонны труб и пакеров, эксплуатацию зон с различной проницаемостью осуществляют последовательно от забоя к устью до обводнения соответствующих зон, начиная с эксплуатации через обратный клапан, а потом после последовательной перфорации колонны труб напротив соответствующей зоны, причем изоляцию обводнившихся зон осуществляют установкой пакер-пробки внутри колонны труб перед вскрытием перфорацией следующей зоны.

Технические задачи для реализации способа решаются также устройством для исследования и эксплуатации горизонтальной скважины с зонами различной проницаемости, включающим колонну труб с перепускным клапаном снизу, оснащенную пакерами снаружи, причем пакеры выполнены в виде пластырей, сообщенных с колонной труб и установленных с учетом длины зон с соответствующей проницаемостью, один из концов пластыря жестко закреплен на колонне труб, а другой установлен с возможностью перемещения вдоль колонны труб при выправлении пластырей под действием давления жидкости, создаваемого в колонне труб.

Новым является то, что перепускной клапан изготовлен в виде обратного клапана, пропускающего внутрь колонны труб, которая после установки пакеров выполнена с возможностью последовательной перфорации от забоя к устью для вскрытия соответствующих зон после перекрытия предыдущей вскрытой обводнившейся зоны пакером-пробкой.

На фиг. 1 показана эксплуатация через обратный клапан дальней от устья зоны до ее обводнения.

На фиг. 2 показана эксплуатация следующей зоны после перфорации колонны труб напротив соответствующей зоны и изоляции обводнившейся зоны установкой пакер-пробки внутри колонны труб.

Устройство для исследования и эксплуатации горизонтальной скважины 1 (фиг. 1, 2) с зонами различной проницаемости 2, 3 включает колонну труб 4 с перепускным клапаном 5 снизу, изготовленным в виде обратного клапана, пропускающего внутрь колонны труб 4. Колонна труб 4 снаружи оснащена пакерами, выполненными в виде пластырей 6, сообщенных с колонной труб 4 и установленных с учетом длины зон с соответствующей проницаемостью 2, 3. Один из концов пластыря 6 жестко закреплен на колонне труб 4, а другой установлен с возможностью перемещения вдоль колонны труб 4 при выправлении пластырей 6 под действием давления жидкости, создаваемого в колонне труб 4. После закрепления пластырей 6 колонна труб 4 выполнена с возможностью последовательной перфорации 7 (фиг. 2) от забоя 8 (фиг. 1, 2) к устью (не показано) для вскрытия соответствующих зон после перекрытия предыдущей вскрытой обводнившейся зоны пакером-пробкой 9 (фиг. 2).

Способ реализуется в следующей последовательности.

После бурения скважины 1 (фиг. 1, 2) производят ее крепление обсадной колонной 10 выше продуктивного пласта 11. Вскрытие пласта 11 производят бурением горизонтального участка 12. Затем геофизическими исследованиями выявляют в пласте 11 зоны с низкой 2 и высокой 3 проницаемостью. Далее производят спуск в горизонтальный участок 12 устройства для исследования и эксплуатации горизонтальной скважины 1. При этом через перепускной клапан 5, изготовленный в виде обратного клапана, происходит заполнение колонны труб 4 при спуске в скважину 1. После достижения устройством проектной глубины его закрепляют в обсадной колонне 10, например, с помощью пакера, продольно-гофрированной подвески и т.п. Затем в колонне труб 4 буровым насосом с расходом 12-15 л/с создают давление жидкости, пакеры, выполненные в виде пластырей 6, выправляясь, закрепляются в горизонтальном участке 12. При этом пластыри 6 располагают таким образом, чтобы они изолировали зоны с низкой 2 и высокой 3 проницаемостью горизонтального участка 12 друг от друга.

Производят освоение скважины 1 любым известным способом, при этом работает дальний участок 13 через перепускной клапан 5, изготовленный в виде обратного клапана. После того как участок 13 обводнится или дебит жидкости снизится до нерентабельного, производят спуск и установку в интервал дальнего пластыря 6 пакер-пробки 9 (фиг. 2) и перекрывают участок 13 (фиг. 1, 2) от забоя 8 до пакер-пробки 9 (фиг. 2). После этого производят перфорацию 7 следующей зоны 3 (фиг. 1, 2) между дальним пластырем 6 и следующим пластырем 6¹. Производят освоение и эксплуатацию вскрытой зоны 3. Аналогичным образом последовательно перекрывают, осваивают и эксплуатируют все зоны 2 и 3 горизонтального участка 12 скважины 1.

Способ и устройство позволяют снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций за счет исключения операции механического открытия и закрытия фильтров, исключения сужения внутреннего диаметра обсадной колонны и соответственно исключения затруднения при спуске инструмента в скважину для проведения технологических операций, исключения дополнительной спуско-подъемной операции для закрытия нижнего фильтра за счет наличия в нижней части перепускного клапана вместо нижнего фильтра.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам освоения и эксплуатации скважин с зонами различной проницаемости. Способ включает бурение горизонтальной скважины и цементирование обсадной колонны. В пласте определяют зоны с различной проницаемостью. Спускают в скважину колонну труб, снизу снабженную обратным клапаном и пакерами снаружи, изготовленными в виде пластырей, сообщенных с колонной труб и установленных с учетом длины зон с соответствующей проницаемостью, один из концов которых жестко закреплен на колонне труб, а другой выполнен с возможностью перемещения вдоль колонны труб. Пакеры устанавливают после спуска в скважину созданием высокого давления внутри колонны труб и пластырей. Эксплуатацию зон с различной проницаемостью осуществляют последовательно от забоя к устью до обводнения соответствующих зон, начиная с эксплуатации через обратный клапан, потом после последовательной перфорации колонны труб напротив соответствующей зоны. Изоляцию обводнившихся зон осуществляют установкой пакер-пробки внутри колонны труб перед вскрытием перфорацией следующей зоны. Колонна труб после установки пакеров выполнена с возможностью последовательной перфорации от забоя к устью для вскрытия соответствующих зон после перекрытия предыдущей вскрытой обводнившейся зоны пакером-пробкой. Снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций за счет исключения операции механического открытия и закрытия фильтров, исключения сужения внутреннего диаметра обсадной колонны и соответственно исключения затруднения при спуске инструмента в скважину для проведения технологических операций, исключения дополнительной спуско-подъемной операции. 2 н. п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ для исследования и эксплуатации горизонтальной скважины с зонами различной проницаемости, включающий бурение горизонтальной скважины и цементирование обсадной колонны до кровли пласта, определение в пласте зон с различной проницаемостью, спуск в скважину колонны труб с пакерами снаружи, установку пакеров с разобщением зон пласта с различной проницаемостью в горизонтальном стволе, эксплуатацию зон с различной проницаемостью с последовательной изоляцией зон с наибольшей обводненностью, отличающийся тем, что перед спуском колонну труб снизу снабжают обратным клапаном, а пакеры изготавливают в виде пластырей, сообщенных с колонной труб и установленных с учетом длины зон с соответствующей проницаемостью, один из концов которых жестко закреплен на колонне труб, а другой выполнен с возможностью перемещения вдоль колонны труб, причем пакеры устанавливают после спуска в скважину созданием высокого давления внутри колонны труб и пластырей, эксплуатацию зон с различной проницаемостью осуществляют последовательно от забоя к устью до обводнения соответствующих зон, начиная с эксплуатации через обратный клапан, а потом после последовательной перфорации колонны труб - напротив соответствующей зоны, причем изоляцию обводнившихся зон осуществляют установкой пакер-пробки внутри колонны труб перед вскрытием перфорацией следующей зоны.

2. Устройство для исследования и эксплуатации горизонтальной скважины с зонами различной проницаемости, включающее колонну труб с перепускным клапаном снизу, оснащенную пакерами снаружи, причем пакеры выполнены в виде пластырей, сообщенных с колонной труб и установленных с учетом длины зон с соответствующей проницаемостью, один из концов пластыря жестко закреплен на колонне труб, а другой установлен с возможностью перемещения вдоль колонны труб при выправлении пластырей под действием давления жидкости, создаваемого в колонне труб, отличающееся тем, что перепускной клапан изготовлен в виде обратного клапана, пропускающего внутрь колонны труб, которая после установки пакеров выполнена с возможностью последовательной перфорации от забоя к устью для вскрытия соответствующих зон после перекрытия предыдущей вскрытой обводнившейся зоны пакером-пробкой.