УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА (МГРП) ЗА ОДНУ СПУСКО-ПОДЪЕМНУЮ ОПЕРАЦИЮ Российский патент 2020 года по МПК E21B43/267 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для добычи нефти, и может быть использовано для многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) в добывающей скважине.

Известно устройство для последовательной перфорации нескольких интервалов за одну спуско-подъемную операцию (патент на полезную модель №RU 134211 от 08.07.2013) содержащее последовательно установленные на насосно-компрессорной трубе по меньшей мере нижнюю, среднюю и верхнюю головки стреляющие (ГС) и по меньшей мере нижний, средний и верхний пакеры, при этом каждый из пакеров расположен выше соответствующей ГС, а нижний и верхний пакера выполнены с возможностью одновременной пакеровки с усилием, меньше усилия пакеровки среднего пакера. В общем виде, принцип работы заявленного устройства основан на том, что после перфорации интервала №1 приток флюида поступает в НКТ и прекращается после установки пакеров №1 и №3; после перфорации интервала №2 приток флюида поступает в НКТ и прекращается после установки пакера №2; после перфорации интервала №3 приток флюида поступает в НКТ. При переводе все трех пакеров в транспортное положение происходит поступление флюидов со всех трех интервалов. Перечисленное обуславливает возможность снижения количества СПО.

Недостатками известного устройства являются:

- использование кумулятивных перфораторов, требующих перезарядки и, как следствие, извлечения устройства из скважины;

- устройство предназначено только для перфорации нескольких интервалов за один спуск-подъем, однако не предназначено для реализации многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) за одну спуско-подъемную операцию;

- необходимость использования по меньшей мере трех перфораторов, что усложняет конструкцию и обслуживание устройства.

Известны также способ и устройство для дистанционного вмешательства с помощью логического клапанного управления (патент на изобретение №RU 2358090, от 29.07.2003). Система содержит два или более клапанов, каждый из которых приспособлен независимо действовать в заданном интервале давления. Два или более клапанов выполнены с возможностью независимого выполнения группы последовательных событий посредством одного или нескольких скважинных инструментов на основании давления во время приложения давления текучей среды к двум или более клапанам. Обеспечивает возможность многократного использования дистанционного доступа за один спуск-подъем оборудования низа обсадной колонны. Буровая скважина имеет обсадную трубу, которая закреплена в надлежащем месте посредством цемента. Между буровой скважиной и подземной формацией посредством перфораций обеспечено гидравлическое сообщение через обсадную трубу и цемент. Узел буровой скважины развертывают с помощью развертывающего средства, такого как спирально свернутый трубопровод, проходящий в скважину. Спирально свернутый трубопровод обеспечивает подведение к логическому клапану для дистанционного вмешательства потока текучей среды и давления. Промывающий и циркулирующий поток подают из промывочного инструмента, который может представлять собой вспомогательный компонент логического клапана для дистанционного вмешательства. Ниже клапана подсоединяют надувной пакер. Между фильтрами через оправку обеспечивают стабильное прохождение текучей среды. Текучая среда может проходить между фильтрами в любом направлении. Ниже клиньев подсоединена перфорационная система для избирательного простреливания. Узел буровой скважины может быть развернут с помощью приемлемого средства, включая подсоединенный трубопровод, тяговые устройства или трос, не ограничиваясь спиральным трубопроводом. Кольцевое пространство представляет собой пространство между обсадной трубой и узлом буровой скважины, а также между обсадной трубой и средством развертывания. Для возбуждения в множестве зон за один спуск-подъем, пример возможной последовательности событий, обеспечиваемых узлом буровой скважины, может включать следующее: 1) прохождение спущенного пакера на заданную глубину при циркуляции текучей среды по спирально свернутому трубопроводу; 2) перфорация; 3) перемещение оборудования низа обсадной колонны ниже перфораций; 4) установка клиньев; 5) вымывание обломков породы из места установки пакера; 6) надувание пакера; 7) выравнивание давления по пакеру в течение его надувания; 8) перекрытие пути выравнивания давления после надувания пакера; 9) выполнение программы возбуждения; 10) открытие выравнивающего отверстия перед сдуванием пакера; 11) вымывание какого-либо остаточного материала после возбуждения из места нахождения пакера; 12) сдувание пакера; 13) освобождение клиньев; 14) циркуляция текучей среды по спирально свернутому трубопроводу в течение перемещения пакера.

Недостатками известного технического решения являются:

- использование кумулятивного перфоратора, требующего перезарядки и, как следствие, извлечения устройства из скважины;

- сложность конструкции, большая вероятность поломок.

Известен также скважинный инструмент для проведения гидравлического разрыва пласта с применением гидропескоструйной перфорации за одну спуско-подъемную операцию. Однако, при проведении перфорации обсадной колонны с помощью гидропескоструйного перфоратора, вскрытие обсадной колоны происходит за счет подачи смеси жидкости и абразивного материала (кварцевый песок) под большим давлением, в связи с этим, есть ограничение по количеству интервалов перфорации, так как абразивный материал размывает гидромониторную насадку. Кроме того, необходимо после каждой гидропескоструйной перфорации производить промывку скважины от песка перед выполнением ГРП, что увеличивает время выполнения работ.

Наиболее близким техническим решением выбранным в качестве прототипа является способ гидравлического разрыва пласта и устройства для его осуществления (патент на изобретение №RU 2618545, от 26.02.2016), включающий выполнение перфорации в интервале пласта скважины, ориентированной в направлении главного максимального напряжения, спуск колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с пакером в скважину, посадку пакера, проведение ГРП закачиванием гидроразрывной жидкости по колонне НКТ с пакером через интервал перфорации в продуктивный пласт с образованием и последующим креплением трещины в пласте циклической чередующейся закачкой по колонне НКТ жидкости-носителя с пропантом, стравливание давления из скважины, разгерметизацию пакера и извлечение колонны НКТ с пакером из скважины, отличающийся тем, что для выполнения перфорации в скважину до интервала подошвы пласта спускают гидромеханический перфоратор на колонне НКТ, выполняют пары перфорационных отверстий по периметру скважины от подошвы к кровле пласта со смещением на угол 30° при выполнении каждой пары перфорационных отверстий, после выполнения перфорации колонну НКТ с перфоратором извлекают из скважины, в качестве гидроразрывной жидкости применяют гелированную нефть, определяют общий объем гелированной нефти, производят закачку гелированной нефти по колонне НКТ в интервал пласта с образованием трещины разрыва.

Недостатком прототипа является необходимость проведения перфорации каждого интервала пласта скважины и проведения ГРП за несколько спуско-подъемных операций, что приводит к усложнению процесса разрыва пласта и увеличению времени на его проведение.

Задачей заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в сокращении времени, затраченного на выполнение многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) в многопластовых скважинах и повышении эффективности воздействия на отдельные пласты за счет проведения перфорации интервалов предполагаемых стадий МГРП и сам МГРП за одну спуско-подъемную операцию с применением прокалывающей перфорации.

Для достижения указанного технического результата предлагаются способ проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта за одну спуско-подъемную операцию и устройство для его осуществления.

Устройство для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта состоит из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), на которой сверху вниз смонтированы верхний селективный пакер с проходным отверстием, нижний селективный пакер с проходным отверстием, отсекающий клапан давления, прокалывающее устройство, производящее перфорацию обсадной колонны в интервалах планируемого ГРП, а между верхним и нижним пакерами в колонне НКТ установлен фрак-порт (отверстие для закачивания жидкости гидравлического разрыва), под которым расположен перфорированный патрубок колонны НКТ.

Способ проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта за одну спуско-подъемную операцию осуществляется с помощью описанного устройства и включает следующие стадии:

а) спуск описанного устройства в скважину;

б) подгонка прокалывающего устройства к нижнему интервалу гидравлического разрыва;

в) закачивание по колонне НКТ жидкости, которая, поступая из фрак-порта, активирует верхний и нижний селективные пакеры;

г) приведение в действие прокалывающего устройства и перфорация обсадной колонны;

д) сброс давления в колонне НКТ до перехода пакеров в транспортное положение и перемещение устройства в положение, где межпакерное пространство устройства расположено на уровне перфорированного интервала ГРП;

е) активация верхнего и нижнего селективных пакеров;

ж) активация отсекающего клапана давления, обеспечивающего перекрытие проходных каналов жидкости, препятствуя передаче давления на прокалывающее устройство;

з) проведение ГРП закачиванием жидкости по колонне НКТ в данном интервале пласта;

и) сброс давления в колонне НКТ до перехода пакеров в транспортное положение;

к) повторение стадий (б)-(и), по меньшей мере, для одного дополнительного интервала ГРП.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фигуре 1 представлено устройство для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта, где:

1 - колонна насосно-компрессорных труб;

2 - верхний селективный пакер;

3 - фрак-порт;

4 - перфорированный патрубок;

5 - нижний селективный пакер;

6 - отсекающий клапан давления;

7 - прокалывающее устройство.

Устройство для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта содержит колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 1, верхний селективный пакер 2 с проходным отверстием, отверстие для закачивания жидкости ГРП (фрак-порт) 3, перфорированный патрубок 4 колонны НКТ 1. нижний селективный пакер 5 с проходным отверстием, отсекающий клапан давления 6, прокалывающее устройство 7.

Устройство для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта (Фиг. 1) спускают в скважину с несколькими продуктивными пластами, производят подгонку прокалывающего устройства (7) к нижнему интервалу ГРП, производят закачивание по колонне НКТ жидкости, которая, поступая из фрак-порта (3), активирует верхний (2) и нижний (5) селективные пакеры. Увеличивая на устье давление в колонне НКТ, происходит увеличение давления в межпакерном пространстве, далее жидкость, проходя через отверстия перфорированного патрубка (4), поступает в проходное отверстие нижнего селективного пакера (5), далее до проходным каналам отсекающего клапана давления (6), поступает в прокалывающее устройство (7). Прокалывающее устройство может представлять из себя корпус с вставленным в него поршнем с пробойником, под действием давления жидкость по проходным каналам в прокалывающем устройстве (7) приводит в действие поршень с пробойником, который перфорирует обсадную колонну. Следующим этапом, сбрасывая на устье давление в колонне НКТ (1), верхний (2) и нижний (5) селективные пакеры приводят в транспортное положение, компоновку спускают таким образом, чтобы межпакерное пространство было расположено напротив перфорированного интервала ГРП. Постепенно увеличивая давление в колонне НКТ (1) происходит активация верхнего (2) и нижнего (5) селективных пакеров, в момент, когда давление достигает значения P₁ (где P₁ - давление срабатывания отсекающего клапана давления), в отсекающем клапане давления (6) происходит перекрытие проходных каналов жидкости, чтобы давление превышающее значение Р1 не передавалось на прокалывающее устройство (7). После срабатывания отсекающего клапана давления (6) производят плановые работы по ГРП (закачивание жидкости и пропанта) в данном интервале. После окончания данной стадии ГРП, давление в колонне НКТ сбрасывают, пакеры (2, 5) переходят в транспортное положение и происходит переподгонка компоновки на следующий вышестоящий интервал ГРП.

Рассмотрим пример реализации заявленного способа с использованием заявленного устройства на примере двух стадийного ГРП. Скважина X месторождения М., планируемые интервалы ГРП 3032 м.-3035 м., 3042 м.-3050 м. Производим спуск устройства для многостадийного гидравлического разрыва пласта геофизическими методами к нижнему интервалу ГРП (3042-3050 м.), таким образом, чтобы прокалывающий перфоратор был в данном интервале. Далее с минимальным давлением закачиваем жидкость в колонну НКТ (1), жидкость проходя через верхний селективный пакер (2) попадает в фрак-порт (3), оттуда жидкость попадает в затрубное межпакерное пространство тем самым активируя верхний (2) и нижний (5) селективные пакеры, как только пакеры активируются, жидкость через перфорированный патрубок (4) поступает в отсекающий клапан давления (6), после чего переходит в прокалывающее устройство (7). Увеличивают давление на устье скважины до Р=200 Атм., при этом давлении происходит срабатывание перфорирующего устройства (7) и пробойники делают отверстия в обсадной трубе скважины в запланированном интервале. Следующим этапом мы сбрасываем давление в колонне НКТ, после чего селективные пакеры (2), (5) и прокалывающее устройство (7) переходят в транспортное положение, спускаем устройство на 2 м., так чтобы интервал перфорации 3042-3050 м. находился в межпакерном пространстве. Далее, постепенно увеличивая давление на устье в колонне НКТ, активируются пакеры (2), (5), при увеличении давления до значения Р₁=220 Атм., происходит активация отсекающего клапана давления (6), после чего увеличивают давление до Р=Р_{гидроразрыва} пласта - примерно 500 Атм., производят закачку планового объема смеси ГРП в данный интервал. После закачки всего планируемого объема смеси ГРП давление на устье сбрасывают, селективные пакеры (2), (5) и отсекающий клапан (6) переходят в транспортное положение, всю колонну труб НКТ поднимают ко второму интервалу ГРП (3032 м.-3035 м.) на 18 м., таким образом, чтобы прокалывающее устройство было на глубине 3034 м. После чего увеличивая давление жидкости в колонне НКТ, происходит активация верхнего (2) и нижнего (5) селективных пакеров, жидкость через фрак-порт (3) поступает в перфорированный патрубок (4), оттуда жидкость, проходя через отсекающий клапан давления (6), попадает в прокалывающее устройство (7). При достижении давления Р=200 Атм., происходит перфорация обсадной колонны. После чего давление на устье скважины сбрасывают, переводя пакеры (2), (5) и прокалывающее устройство (7) в транспортный режим, спускают колонну НКТ на 4 м., таким образом, чтобы интервал перфорации оказался в межпакерном пространстве. Далее постепенно увеличивая давление в колонне НКТ срабатывают верхний (2) и нижний (5) селективные пакеры, отсекая данный перфорированный интервал (3032 м.-3035 м.) от всего ствола скважины, в момент, когда давление достигнет P₁=220 Атм, срабатывает отсекающий клапан давления (6), который препятствует передаче давления на прокалывающее устройство (7). Далее давление увеличивают до Р=Р_{гидроразрыва пласта} - примерно 500 Атм., производят гидроразрыв пласта (3032-3035 м.) с закачкой планируемого объема смеси ГРП, после закачки всего объема, давление на устье сбрасывают, переводя селективные пакеры (2), (5) и отсекающий кланан давления (6) в транспортное положение, извлекают устройство из скважины. Планируемое двух стадийное ГРП на скв. X выполнено за одну спуско-подъемную операцию.

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил технических решений с подобной совокупностью существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» заявляемого изобретения.

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способу и устройствам для добычи нефти, и может быть использовано для многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) в добывающей скважине. Технический результат заключается в сокращении времени, затраченного на выполнение МГРП в многопластовых скважинах, и повышении эффективности воздействия на отдельные пласты за счет проведения перфорации интервалов предполагаемых стадий МГРП и сам МГРП за одну спуско-подъемную операцию с применением прокалывающей перфорации. Устройство состоит из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), на которой сверху вниз смонтированы верхний селективный пакер с проходным отверстием, нижний селективный пакер с проходным отверстием, отсекающий клапан давления, прокалывающее устройство, производящее перфорацию обсадной колонны в интервалах планируемого ГРП, а между верхним и нижним пакерами в колонне НКТ установлен фрак-порт, под которым расположен перфорированный патрубок колонны НКТ. Способ включает выполнение перфорации в интервале пласта скважины, проведение ГРП закачиванием жидкости по колонне НКТ. При этом перфорацию интервалов предполагаемых стадий ГРП и ГРП в интервалах перфорации проводят за один спуск-подъем путем реализации следующих стадий: спуск заявленного устройства для проведения МГРП в скважину, подгонка прокалывающего устройства к нижнему интервалу гидравлического разрыва, при этом закачивание по колонне НКТ жидкости, которая, поступая из отверстия над перфорированным патрубком, активирует верхний и нижний селективные пакеры. Приведение в действие прокалывающего устройства и перфорация обсадной колонны. Сброс давления в колонне НКТ до перехода пакеров в транспортное положение и перемещение заявленного устройства для проведения МГРП в положение, где межпакерное пространство устройства расположено на уровне перфорированного интервала ГРП. Активация верхнего и нижнего селективных пакеров. Активация отсекающего клапана давления. Проведение ГРП закачиванием жидкости по колонне НКТ в данном перфорированном интервале пласта. Сброс давления в колонне НКТ до перехода пакеров в транспортное положение. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта, состоящее из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), на которой смонтированы верхний селективный пакер с проходным отверстием, нижний селективный пакер с проходным отверстием, отличающееся тем, что под нижним селективным пакером на колонне НКТ смонтированы отсекающий клапан давления и прокалывающее устройство, производящее перфорацию обсадной колонны в интервалах планируемого ГРП, а между верхним и нижним пакерами в колонне НКТ установлен фрак-порт, под которым расположен перфорированный патрубок колонны НКТ.

2. Способ проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта, включающий выполнение перфорации в интервале пласта скважины, проведение ГРП закачиванием жидкости по колонне НКТ, отличающийся тем, что перфорацию интервалов предполагаемых стадий ГРП и ГРП в интервалах перфорации проводят за один спуск-подъем путем реализации следующих стадий:

а) спуск устройства для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта по п. 1 в скважину;

б) подгонка прокалывающего устройства к нижнему интервалу гидравлического разрыва;

в) закачивание по колонне НКТ жидкости, которая, поступая из отверстия над перфорированным патрубком, активирует верхний и нижний селективные пакеры;

г) приведение в действие прокалывающего устройства и перфорация обсадной колонны;

д) сброс давления в колонне НКТ до перехода пакеров в транспортное положение и перемещение устройства для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта по п. 1 в положение, где межпакерное пространство устройства расположено на уровне перфорированного интервала ГРП;

е) активация верхнего и нижнего селективных пакеров;

ж) активация отсекающего клапана давления;

з) проведение ГРП закачиванием жидкости по колонне НКТ в данном перфорированном интервале пласта;

и) сброс давления в колонне НКТ до перехода пакеров в транспортное положение;

к) повторение стадий (б)-(и), по меньшей мере, для еще одного дополнительного интервала ГРП.