Способ строительства скважин для разведки и добычи флюидов, аккумулированных в трещинных резервуарах Российский патент 2020 года по МПК E21B7/00 E21B21/00 E21B43/02 

Область техники, к которой относится изобретенние

Изобретение относится к процессам строительства скважин. Более конкретно оно относится к процессам строительства скважин для разведки и добычи преимущественно нефти и газа. Еще более конкретно, оно относится к процессам бурения и заканчивания скважин для разведки и эксплуатации этих ресурсов, приуроченных к природным резервуарам трещинного типа.

Примерами скоплений углеводородов в резервуарах трещинного типа являются месторождения баженовской свиты Западной Сибири, древних пород Иркутского амфитеатра, плеи «сланцев» Баккен Северной Дакоты (США), пород кристаллического фундамента месторождения Белый Тигр Вьетнама.

Строительство скважин для разведки и добычи нефти и газа включает бурение, заканчивание и освоение скважины.

Бурение скважины включает создание горной выработки путем разрушения породы долотом. Заканчивание скважины может включать спуск обсадной колонны, перекрывающей резервуарную секцию скважины, разобщение пластов в затрубном пространстве этой колонны, установление гидравлической связи внутреннего пространства колонны с резервуаром, проведение мероприятий по стимулированию притока пласового фляида.

Бурение скважины включает использование бурильной колонны составленной из отдельных труб. По мере углубления скважины длина бурильной колонны увеличивается за счет добавления отдельных бурильных труб или свечей, собранных из 2-3 бурильных труб.

Вскрытие углеводородного подземного резервуара при бурении происходит с использованием буровых растворов, часто представляющих собой суспезию глин в воде или углеводородах.

Обломки выбуренной породы (шлам) выносятся на поверхность буровым раствором, обычно подаваемым к забою скважины по бурильной колонне. Этот вид промывки скважины известен как прямая циркуляция (прямая промывка). При прямой циркуляции буровой раствор транспортирует шлам на поверхность по кольцевому пространству за бурильной колонной его. Буровой раствор может подаваться к долоту и по кольцевому пространству за бурильной колоной. Данный вид промывки скважины известен как обратная циркуляция (обратная промывка).

Важная функция бурового раствора - защита резервуара от вредных воздействий компонентов раствора. Эта функция в резервуарах гранулярного типа (например, в песчаниках) реализуется формированием непроницаемой глинистой корки на стенках скважины в интервалах проницаемых пород и регулированием химического состава фильтрата бурового раствора.

В резервуарах трещинного типа глинистая корка при бурении не формируется. Здесь буровой раствор может поступать в пересекаемые скважиной трещины. По трещинам со значительной раскрытостью шлам может транспортироваться буровым раствором на значительое расстояние от скважины. Буровой раствор, особенно в условиях высокой пластовой температуры, может в трещинах превращаться в «камень», а смесь бурового раствора и шлама твердых пород - это «бетон». Происходит кольматация природных трещин.

Кольматация трещин происходит как в вертикальных, так и горизонтальных скважинах. В результате кольматации трещин связь скважины с резервуарам или отсутствует («сухая» скважина) или существенно затруднена (низкопродуктивная скважина).

Для восстановления связи скважины и резервуара проводятся дорогостоюшие работы по стимулированию притока пластового флюида как часть мероприятий по заканчиванию скважины.

Уровень техники

Проблема кольматации трещинных резервуаров известна давно. Индустрия применяла ряд технологий по восстановлению связи скважины с пластом и стимулирования притока пластовых фляидов.

Известем способ первичного вскрытия трещинного резервуара на депрессии, целью которого является предотвращение кольматации природных резервуаров. В соответствии с этим способом давление бурение бурового раствора в скважине поддержживается ниже давления в резервуаре. Пластовый флюид поступает из резервуара, исключая его кольматацию. Эта технология, активное применение которой началось в конце 1980-х, в настоящее время используется ограниченно, в частности из-за необходимости усложнения конструкции скважины, громоздкостью дополнительного оборудования, нежелания подрядчиков работать с «живой» скважиной из-за опасения получить неконтролируемый приток углеводородов (открытый фонтан).

В настоящее время наиболее распространенной технологией строительства скважин трещинных резервуаров является бурение горизонтальной секции в резервуаре и проведение многостадийного многотоннажного гидроразрыва (ММГР). Именно щта технология используется при освоении «сланцевых» месторождений углеводородов в США. К недостаткам этой технологии относится отсутствие притоков пластового флюида по 50 - 60% стадий гидроразрыва. Т.е. 2-3 миллиона долларов, затраченные на проведение гидроразрывов по этим стадиям являются напрасными. Причиной такой ситуации является практика размещения стадий гидроразрыва равномерно вдоль горизонтальной секции в связи с отсутствием геологических критериев размещения стадий гидроразрыва. При таком размещении часть стадий оказываются вне зон развития естественной трещиноватости, откуда получение притока невозможно.

Известен способ первичного вкрытия трещинного резервуара в соответствии с патентом РФ 2602437, выданным Вахрамееву и другим ( прототип; далее - «Способ»). В соответствии со Способом, после полного вскрытия долотом каждого поглощающего трещиноватого интервала, в интервале зоны поглощения размещают кольматационную кислоторастворимую пачку для временной изолюции зоны поглощения. Затем осуществляют подъем компоновки низа бурильной колонны и спуск бурильного инструмента с «воронкой» в зону поглощения. После этого кольматационную пачку вымывают. Проводят закачку некоторого объема кислотоустойчивого проппанта в поглощающий интервал. Вновь размещают в открытом горизонтальном стволе кольматационную кислоторастворимую пачку, перекрывая заполненные проппантом трещины. Выполняют спуско-подъемную операцию для смены «воронки» на долото. Продолжают первичное вскрытие бурением горизонтального ствола до следующей зоны поглощения. После этого операцию закрепления трещин повторяют. Подразумевается, что после достижения скважиной проектной глубины кольматационные пачки будут удалены кислотной обработкой

«Способ» имеет существенные недостатки. Изоляция интенсивных поглощений в трещинных резервуарах, по опыту десятилетий, в том числе с использованием различных кольматирующих материалов, часто недостижима. Кольматационная пачка оказывается в трещине. Кроме того, последовательная, по Способу, изоляция каждой зоны поглощения и закачка проппанта требует проведения большого числа спусков и подъемов бурильной колонны и значительных затрат времени и денег.

Задачей настоющего изобретения является создание технологии, обеспечивающей повышение эффективности строительства скважин нефтяных и газовых месторождений, приуроченных природным резервуарам трещинного типа, путем предотвращения кольматации открытых природных трещин при первичном вскрытии бурением и путем проведения операций по стимулированию притока только в геологически благоприятных интервалах, вскрытых скважиной.

Раскрытие изобретения

В интервале резервуара скважина бурится с обратной непрерывной промывкой, т.е. без остановки бурового насоса на время проведения наращивания бурильной колонны. Обратная непрерывная промывка исключает кольматацию естественных трещин частицами выбуренной породы, формирование шламовых пробок в бурильной колонне, а также перемешивание шлама из нескольких интервалов. Последнее позволяет надежно привязывать по глубине получаемые на поверхности образцы породы, т.е. фиксировать с достатоной точностью интервалы пересечения скважиной открытых и «залеченных» трещин по появлению специфических минералов заполнения трещин (например, кальцита).

По интенсивности поглощений промывочной жидкости и проявлений пластового флюида определяются интервалы пересечения скважиной трещин, получение промышленного притока флюидов из которых возможно без проведения стимулирования (например, гидроразрыва).

Залеченные полностью или почти полностью трещины являются перспективными объектами для стимулирования, т.к. на некотором расстоянии от скважины эти трещины могут быть раскрытыми и трещины гидроразрыва могут соединить скважину с такими зонами.

После достижения конечной глубины в скважину спускается эксплуатационная колонна. Эксплуатационная колонна снабжается устройствами (например, набухающими пакерами) для изоляции (разделения) кластеров природных трещин.

Проводится стимулирование намеченных интервалов. После этого эксплуатационная колонна перфорируется в интервалах открытых трещин, где не требовалось стимулирования, и проводится освоение скважины.

Техническим результатом изобретения является исключение кольматации и максимальное сохранение продуктивности наиболее открытых природных трещин после первичного вскрытия бурением, а также определение интервалов пересечения скважиной кластеров минерализованных трещин перспективных для проведения стимулирования, например, идроразрывов.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлено размещение оборудования и схема потоков бурового раствора при бурении скважины с непрерывной обратной промывкой

На фиг. 2 представленa схема потоков бурового раствора при обратной непрерывной промывке на момент подготовки к наращиванию бурильной колонны.

На фиг. 3 представлена схема резервуарной части скважины, подготовленной к освоению после проведения операций по стимулированию притока и перфорации колонны

Осуществление изобретения

Как показано на фиг. 1, скважина 2 вскрывает нефтяной резервуар 1 из-под башмака колонны 6. Для бурения используется составная бурильная колонна 8, передающая вращение долоту 10 от верхнего привода 12. Очистка скважины от выбуренной породы (шлама) осуществляется буровым раствором 14 по схеме обратной промывки. Буровой раствор подается насосом 16 по линии 17 в кольцевое пространство между обсадной колонной 6 и бурильной колонной 8 через боковой отвод корпуса вращающегося герметизатора 20. Буровой раствор движется по кольцевому пространству за бурильной колоной к долоту 10, подхватывает шлам 11, через промывочные отверстия долота попадает внутрь бурильной колонны и траспортирует шлам на поверхность. Далее по линии 13 буровой раствор со шламом подается к системе очисткиа 22. Из системы очистки буровой раствор по линии 23 попадает в отстойник 24, откуда он забирается насосом 16.

Для проведения наращивания бурильной колонны без прекращения удаления шлама используется система непрерывной промывки, которая состоит из некоторого числа кранов непрерывной промывки (КНП) на верхнем конце всех свечей, включаемых в состав бурильной колонны после перехода на бурение с непрерывной промывкой. Описание инструментов системы непрерывной промывки, которые могут быть использованы при реализации настоящего изобретенив опубликовано в статье «Система непрерывной промывки…» в сентябрьском выпуске 2015 года журнала Бурение & Нефть, стр. 35-38, авторы Ропяной А.Ю., Скобло В.З., Стражгородский С.И.

Схема потоков бурового раствора на момент готовности к наращиванию бурильной колонны без прекращения промывки показана на Фиг. 2. Байпасная линия 32 соединителем 33 присоединена к боковому порту ( не показан) КНП 30. Поворотом штока рабочий орган КНП переведен из первого положения во второе. В первом положении движение бурового раствора происходит по осевому каналу в направлении врхнего привода, как показано на Фиг. 1. Во втором положении осевой канал перекрыт, буровой раствор из бурильной колонны направляется через байпасную линию 32 и к системе очистки бурового раствора. Теперь верхий привод 12 может быть отсоединен от КНП 30 добуренной свечи 9 и очередная свеча с КНП может быть включена в состав бурильной колнны. После присоединения этой свечи поворотом штока рабочий орган крана возвращается в первое положение (осевой поток). Байпасная линия 32 отсоединяется от бокового порта крана 30. Рспределение потоков возвращается к показанному на Фиг. 1. Углубление скважины может быть продолжено

Как показано на Фиг. 1 скважина 2 в резервуаре 1 вскрыла кластеры природных трещин 3,4 и 5, выделенных по наличию в соответствующих интервала кальцита - типичного минерала заполнения трещин.

При прохождении кластера трещин 3 отмечено поглощение бурового раствора с потерй 5 % расхода насоса. Поглощение прекратилось после 20 метров проходки.

При прохождении клстера трещин 4 поглощения бурового раствора не было.

При прохождении клстера трещин 5 отмечено поглощение бурового раствора с потерй 50 % расхода насоса. Поглощение продолжалось после полного всрытия кластера 5. При производительности насоса 20 литров в секунду темп потери бурового раствора составлял около 850 кубометров в сутки. Исходя из данных о поглощении, свидетельствующих о высоком добычном потенциале кластера 5, принято решение о прекращении дальнейшего углубления скважины.

На Фиг. 3 показана скважина 2, которая вскрыла резервуар 1 после выхода из обсадной колонны 6. Скважина 2 вскрыла кластеры природных трещин 3,4 и 5. класт В скважину 2 спущен хвостовик 41, закрепленный в колонне 6 подвеской хвостовика 43. Хвостовик 41 оборудован разделительными устройствами, например, набухающими пакерами 44,45,46,47, изолирующими за хвостовиком интервалы пересечения скважиной 2 кластеров трещин 3,4,5. В соответствии с данными о поглошении бурового раствора при бурении принято решение о проведении гидроразрыва в интервалах кластеров трещин 3 и 4 и об освоении трещин кластера 5 без стимулирования. После активизации разделительных устройств 44,45,46,47 хвостовик 41 перфорирован в интервале кластера минерализованных трещин 4 и через отверстия перфорации 52 проведен гидроразрыв, трещины которого закреплены проппантом 54. Затем хвостовик 41 перфорирован в интервале кластера 3 и через отверстия перфорации 51 проведен гидроразрыв, трещины которого закреплены проппантом 55. После этого хвостовик 41 перфорирован отверстиями 53 в интервале кластера 5. Тем самым скважина подготовлена к вызову притока пластовых флюидов.

.Лицо со средними знаниями в области геологии и бурения скважин понимает, что описанная технология строительства скважин в природных трещинных резервуарах для разведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений применима для разведки и эксплуатации термальных вод и пара и что приведенный пример осуществления технологии является иллюстративным и не может означать ограничение использования технологии некоторым числом групп (кластеров) природных трещин. Равным образом применение технологии не ограничивается трещинными резервуарами, а распросраняется на рзервуары смешанного типа, например, порово-трещинные и трещинно-кавернозные.

Изобретение относится к области строительства скважины, и в частности к строительству скважины, приуроченной к природным резервуарам трещинного типа. Технический результат – повышение эффективности строительства за счет предотвращения кольматации природных трещин и целенаправленного стимулирования. По способу осуществляют первичное вскрытие резервуара скважиной с применением составной бурильной колонны. Производят очистку скважины от выбуренной породы восходящим потоком бурового раствора. Спускают эксплуатационную колонну и разобщают пласты в ее заколонном пространстве и стимулируют приток пластового флюида. При этом первичное вскрытие резервуара проводят с очисткой скважины от выбуренной породы - шлама буровым раствором при обратной непрерывной промывке. Проводят отбор проб шлама для обнаружения характерных минералов заполнения природных трещин и определения по этим данным интервалов вскрытия кластеров природных трещин. Выделяют по данным о поглощениях бурового раствора или притока пластовых флюидов пересекаемые скважиной кластеры природных трещин с открытыми и закрытыми - минерализованными трещинами. Среди кластеров с открытыми трещинами по данным об интенсивности поглощений бурового раствора или притока пластовых флюидов во время бурения выделяют кластеры трещин с промышленным потенциалом, которые не нуждаются в стимулировании при заканчивании скважины. Определяют кластеры с низким потенциалом, которые нуждаются в стимулировании притока при заканчивании скважины. Проводят спуск в скважину эксплуатационной колонны, оборудованной устройствами, разделяющими в заколонном пространстве колонны кластеры природных трещин. Проводят стимулирование притока в интервалах кластеров минерализованных трещин и кластеров открытых трещин с низким промышленным потенциалом. Проводят перфорацию эксплуатационной колонны в интервалах кластеров трещин, не нуждающихся в стимулировании. Затем проводят освоение скважины. 3 ил.

Способ строительства скважин для разведки и добычи промышленно полезных флюидов - нефти, газа, пара и воды, аккумулированных в природных трещинных резервуарах, включающий первичное вскрытие резервуара скважиной с применением составной бурильной колонны, очистку скважины от выбуренной породы восходящим потоком бурового раствора, спуск эксплуатационной колонны и разобщение пластов в ее заколонном пространстве и стимулирование притока пластового флюида, отличающийся тем, что первичное вскрытие резервуара проводят с очисткой скважины от выбуренной породы - шлама буровым раствором при обратной непрерывной промывке, проводят отбор проб шлама для обнаружения характерных минералов заполнения природных трещин и определения по этим данным интервалов вскрытия кластеров природных трещин, выделяют по данным о поглощениях бурового раствора или притока пластовых флюидов пересекаемые скважиной кластеры природных трещин с открытыми и закрытыми - минерализованными трещинами, среди кластеров с открытыми трещинами по данным об интенсивности поглощений бурового раствора или притока пластовых флюидов во время бурения выделяют кластеры трещин с промышленным потенциалом, которые не нуждаются в стимулировании при заканчивании скважины, и кластеры с низким потенциалом, которые нуждаются в стимулировании притока при заканчивании скважины, проводят спуск в скважину эксплуатационной колонны, оборудованной устройствами, разделяющими в заколонном пространстве колонны кластеры природных трещин, проводят стимулирование притока в интервалах кластеров минерализованных трещин и кластеров открытых трещин с низким промышленным потенциалом, проводят перфорацию эксплуатационной колонны в интервалах кластеров трещин, не нуждающихся в стимулировании, и проводят освоение скважины.