Способ очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки Российский патент 2021 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам для очистки и промывки скважин от уплотнённых песчаных пробок.

Известен способ очистки скважины (патент RU № 2541984, опубл. 20.02.2015), включающий спуск в скважину до забоя колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с патрубком диаметром больше диаметра колонны НКТ, имеющим треугольные окна и внутри острые язычки, обращенные вверх под углом 25-30° к вертикали, циркуляцию скважинной жидкости с расходом в пределах от 3,5 до 8 л/с по межтрубному пространству, патрубку и колонне НКТ через желобную емкость в объеме не менее объема скважины и подъем из скважины колонны НКТ с патрубком.

Недостатки данного способа:

- во-первых, узкая область применения, так как предназначен только для рыхлых, а не уплотнённых отложений в скважине в виде песчаных пробок, не требующих механического разрушения;

- во-вторых, большие затраты промывочной жидкости для промывки ствола скважины, так как патрубок имеет большое количество окон на больших длине и диаметре.

Известен способ очистки скважины от песчаной пробки (патент RU № 2715003, опубл. 21.02.2020), включающий спуск в скважину на колонне промывочных труб корпуса с гидромониторным каналом и торцовым режущим инструментом до кровли песчаной пробки, нагнетание в них промывочного раствора, разрушение режущим торцовым инструментом и вымыв струями промывочной жидкости песчаной пробки, извлечение колонны промывочных труб из скважины, причём перед спуском полый цилиндрический корпус оснащают конусным сужением, играющим роль гидромониторного канала, после спуска которого в скважину верхний, более мягкий, слой песчаной пробки вымывают с меньшей скоростью струи промывочной жидкости, направленной в сторону пробки, а низкие, более плотные, слои – с более высокой за счет сброса с устья гидромониторного вкладыша с конусным участком, выполненным с возможностью взаимодействия с конусным сужением корпуса, и центральным гидромониторным отверстием, через которое прокачивают промывочную жидкость.

Недостатки данного способа:

- во-первых, низкая эффективность воздействия гидромониторной струи на забой скважины с уплотнённой песчаной пробкой. Это обусловлено тем, что в верхней части уплотнённой песчаной пробки по всему сечению скважины образуется более плотный слой, а ниже менее плотный слой песка, при этом сначала, согласно способа, осуществляют воздействие на более плотный слой уплотнённой песчаной пробки прямой промывкой без гидромониторного воздействия и только после этого сбрасывают в скважину гидромониторный вкладыш и осуществляют гидромониторное воздействие;

- во-вторых, низкое качество рыхления уплотнённой пробки торцевым режущим инструментом, так как торцевой режущий инструмент не охватывает механическим воздействием большую часть сечения уплотнённой пробки;

- в-третьих, невозможность обратной промывки, т.е. подъёма размытого песка из скважины, так как центральное гидромониторное отверстие гидромониторного вкладыша создаёт гидравлическое сопротивление восходящему по колонне труб потоку размытого песка.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб – НКТ с пером на конце до упора пера в забой, причём на нижнем конце пера установлен рыхлитель, а внутри пера установлена перегородка, в которой эксцентрично над рыхлителем выполнены отверстия меньшего диаметра и отверстие большего диаметра, при этом над перегородкой напротив отверстия большого диаметра устанавлен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, закачку жидкости по колонне НКТ через отверстия малого диаметра с подъемом жидкости через межтрубное пространство скважины, переключение направления промывки и подъем разрыхленного размытого шлама по колонне НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ закачкой жидкости по межтрубному пространству под давлением, не превышающем допустимое давление на обсадную колонну скважины (патент RU № 2527433, опубл. 27.08.2014). Производят подъем разрыхленного размытого шлама по колонне НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ, далее повторяют технологические операции, как описано выше, от одновременного вращения колонны НКТ с прокачкой промывочной жидкости по колонне НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ при прокачке промывочной жидкости через межтрубное пространство, количество технологических операций зависит от прекращения восстановления веса подвески колонны НКТ после прокачки промывочной жидкости через межтрубное пространство.

Недостатки данного способа:

- во-первых, низкое качество рыхления уплотнённой пробки рыхлителем, выполненным в виде шести зубьев высотой 50 мм на нижнем конце пера, так как рыхление уплотнённой пробки происходит по периметру воздействия самого пера. Это не охватывает механическим воздействием большую часть сечения уплотнённой пробки между пером и стенкой скважины;

- во-вторых, низкая эффективность гидромониторного воздействия при реализации способа, обусловленная небольшой площадью охвата гидромониторным воздействием по поперечному сечению уплотнённой песчаной пробки в скважине, так как оно осуществляется только через отверстия малого диаметра, равного 8 мм, расположенные на одной окружности, выполненные в перегородке;

- в-третьих, низкая надёжность реализации способа. Это связано с возможным отказом в работе обратного клапана, выполненного в виде шара и установленного в клапанной клетке над большим отверстием, выполненным в перегородке. В процессе спуска колонны труб в скважину (перед реализацией способа) грязь, песок, твердые частицы, находящиеся в скважине оседают на посадочное место шара в перегородке, что приводит к потере герметичности при последующем гидромониторном воздействии на уплотнённую песчаную пробку;

- в-четвёртых, высокая вероятность перетяжки резьб по телу труб и в муфтах колонны НКТ с последующим повреждением, так как при реализации способа колонну НКТ вращают с устья скважины со скоростью 20 об/мин при разгруженной на забой колонне НКТ.

Техническими задачами изобретения являются повышение качества рыхления уплотнённой пробки перед гидромониторным воздействием на уплотнённую песчаную пробку, повышение эффективности гидромониторного воздействия на уплотнённую песчаную пробку и надёжности реализации способа, а также исключение вероятности повреждения резьб по телу труб и в муфтах колонны НКТ.

Технические задачи решаются способом очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки, включающим спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб – НКТ с пером на конце до упора пера в забой, причём на нижнем конце пера установлен рыхлитель, а внутри пера установлена перегородка, в которой эксцентрично над рыхлителем выполнены отверстия меньшего диаметра и отверстие большего диаметра, при этом над перегородкой напротив отверстия большого диаметра устанавлен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, закачку жидкости по колонне НКТ через отверстия малого диаметра с подъемом жидкости через межтрубное пространство скважины, переключение направления промывки и подъем разрыхленного размытого шлама по колонне НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ закачкой жидкости по межтрубному пространству под давлением, не превышающем допустимое давление на обсадную колонну скважины.

Новым является то, что колонну НКТ, оснащённую снизу пером, выполненным в виде цилиндрической насадки с пикой на конце спускают в скважину до интервала уплотнённой песчаной пробки, причём пика выполнена плоской в виде ромба с поперечной диагональю длиной, равной 0,9 внутреннего диаметра скважины, затем производят механическое воздействие на уплотнённую песчаную пробку до рыхления верхнего слоя уплотнённой песчаной пробки в 3-4 цикла, причём в каждом цикле частично разгружают вес колонны НКТ на уплотнённую песчаную пробку, приподнимают колонну НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ, а затем поворачивают колонну НКТ с устья скважины, после механического воздействия на уплотнённую песчаную пробку сбрасывают с устья скважины в колонну НКТ бросовый элемент, после посадки бросового элемента на посадочное седло большого отверстия в перегородке производят гидромониторное воздействие на уплотнённую песчаную пробку закачкой жидкости по колонне НКТ через отверстия малого диаметра, расположенные на разных расстояниях от центра цилиндрической насадки до размывания уплотнённой песчаной пробки, при этом в процессе гидромониторного воздействия одновременно спускают колонну НКТ вниз с возможностью частичной разгрузки веса колонны НКТ на размываемую пробку до достижения текущего забоя скважины с подъёмом жидкости по межтрубному пространству в желобную ёмкость, после чего переключают направление промывки и прокачкой промывочной жидкости по межтрубному пространству под давлением, не превышающем допустимое давление на обсадную колонну скважины, вымывают размытый песок по колонне труб в желобную ёмкость.

На фиг. 1 изображен предлагаемый способ очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки в процессе механического воздействия.

На фиг. 2 изображен предлагаемый способ очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки в процессе гидромониторного воздействия повернутый на 90°.

На фиг. 3 изображен предлагаемый способ очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки в процессе промывки скважины от размытой песчаной пробки.

Способ очистки скважины 1 (cм. фиг. 1) от уплотнённой песчаной пробки 2 включает спуск в скважину 1 колонны НКТ 3, оснащённой снизу пером, выполненным в виде цилиндрической насадки 4 с пикой 5 на конце до интервала уплотнённой песчаной пробки 2. Пику 5 соединяют жестко с цилиндрической насадкой 4, например при помощи сварки.

Пика 5 (см. фиг. 1 и 2) выполнена плоской в виде ромба с длиной поперечной диагонали l_п, определяемой по формуле:

l_п = 0,9×d_вн, (1)

где l_п – длина поперечной диагонали, м;

d_вн - внутренний диаметр скважины 1, м.

Например, внутренний диаметр скважины 1 составляет 132 мм = 0,132 м. Тогда подставляя в формулу 1 получим:

l_п = 0,9×d_вн = 0,9 × 0,132 м = 0, 119 м = 119 мм.

В верхней части уплотнённой песчаной пробки 2 по всему сечению скважины 1 образуется плотной слой корки 6 (фиг. 1) толщиной - b, плотность которой выше плотности оставшейся части пробки 2 под этим слоем корки 6.

Длина – а продольной диагонали пики 5 в 2 раза превышает толщину - b уплотнённой корки 6 песчаной пробки 2:

а ≥ b ×2,0, (2)

где а – длина продольной диагонали, м;

b - толщина уплотнённой корки 6 песчаной пробки, м.

Соблюдение этого условия позволяет разрушить толщину - b уплотнённой корки 6 песчаной пробки 2 при дальнейшем механическом воздействии.

Опытным путём определено, что толщина b уплотнённой корки 6 составляет от 3 до 10 см.

Например, толщина b уплотнённой корки составляет 7 см = 0,07 м. Тогда длина продольной диагонали пики 5: а = 0,07 ×2 = 0,14 м. Примем длину продольной диагонали пики 5 равной 15 см, а толщину - s пики 5, например 20 мм.

Внутри цилиндрической насадки 4 устанавливают перегородку 7, в которой эксцентрично (на разных расстояниях от центральной оси перегородки 7) выполняют отверстия меньшего диаметра, каждый из которых составляет 10-15 мм. Количество отверстий меньшего диаметра, выполняемых в перегородке 7 подбирают в зависимости от расхода насосного агрегата, с целью обеспечения гидромониторного воздействия через отверстия малого диаметра на песчаную пробку 2.

Например, для выполнения этой цели, выполняют два отверстия 8' и 8" (см. фиг. 1) диаметром 12 мм, выполненных на разных расстояниях r₁ = 36 мм и r₂ = 44 мм от центральной оси перегородки 7, а в качестве насосного агрегата для закачки жидкости по колонне НКТ 3 используют ЦА-320.

Также перегородка 7 оснащена отверстием 9 большего диаметра, например диаметром 42 мм. Отверстие 9 большого диаметра сверху оснащено посадочным седлом 10 под конус или шар 11 (фиг. 2), сбрасываемый в колонну НКТ 3 с устья скважины 1.

Достигнув интервала уплотнённой песчаной пробки 2 в скважине 1 производят механическое воздействие на уплотнённую песчаную пробку 2 с целью рыхления верхнего слоя уплотнённой песчаной пробки в 3-4 цикла, например в 4 цикла.

То есть в каждом цикле частично разгружают вес колонны НКТ 3 на уплотнённую песчаную пробку 2, приподнимают колонну НКТ 3 до восстановления веса подвески колонны НКТ, а затем поворачивают колонну НКТ с устья скважины, например на угол 90°. Далее повторяют эту технологическую операцию ещё 3 раза.

Разгружают колонну НКТ 3 на уплотнённую пробку 2, например на 20 кН, приподнимают колонну НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ, что визуально контролируют по индикатору веса, установленному на устья скважины 1. Механическое воздействие позволяет разрушить уплотнённый слой корки 6 песчаной пробки 2.

После механического воздействия на уплотнённую песчаную пробку 2 сбрасывают с устья скважины в колонну НКТ 3 бросовый элемент 11, например конус или шар.

Длина L конуса 11 больше внутреннего диаметра D цилиндрической насадки 4 колонны НКТ 3, что исключает возможность переворота конуса 11 в процессе его посадки в седло 10.

После посадки конуса 11 на посадочное седло 10 большого отверстия 9 в перегородке 7 производят гидромониторное воздействие на песчаную пробку 2 закачкой жидкости по колонне НКТ 3 через отверстия малого диаметра 8' и 8", расположенные на разных расстояниях: r₁ = 36 мм и r₂ = 44 мм от центральной оси перегородки 7 с целью размывания разрыхлённой уплотнённой песчаной пробки 2.

В процессе гидромониторного воздействия одновременно спускают колонну НКТ 3 вниз с возможностью частичной разгрузки веса колонны НКТ, например на 10 кН на размываемую пробку 2 до достижения текущего забоя скважины 1.

Для этого с помощью насосного агрегата (на фиг. 1-3 не показано) нагнетают жидкость, например сточную воду плотностью 1100 кг/м³, например со скоростью 15 л/с, по колонне НКТ 3 (см. фиг. 2) через отверстия малого диаметра 8' и 8, выполненные в перегородке 7 цилиндрической насадки 4, при этом струи жидкости из отверстий малого диаметра 8' и 8 размывают разрыхлённую песчаную пробку 2. Размытая разрыхленная пробка вместе с жидкостью поднимается по межколонному пространству 12 и попадает в желобную ёмкость (на фиг. 1-3 не показано).

Далее переключают направление промывки (см. фиг. 3) и прокачкой промывочной жидкости по межтрубному пространству 12 под давлением, не превышающем допустимое давление, например 9,0 МПа на обсадную колонну скважины 1 вымывают размытый песок, находящийся в межтрубном пространстве 12 и на забое скважины через отверстие большого диаметра 9, выполненное в перегородке 7 цилиндрической насадки 4 по колонне НКТ 3 в желобную ёмкость (на фиг. 1-3 не показано).

Например, с помощью насосного агрегата (на фиг. 1-3 не показано) закачивают жидкость, например сточную воду плотностью 1100 кг/м³, например со скоростью 12 л/с, в межтрубное пространство 12 скважины 1, при этом под действием потока жидкости конус 11 поднимается вверх, поднимается выше посадочного седла 10 и открывает отверстие большого диаметра 9 снизу – вверх. Далее размытый песок 2 по колонне НКТ 3 попадает в желобную ёмкость при этом пика 5 упирается в забой скважины 1. Закачку жидкости насосным агрегатом продолжают до выхода «чистой» жидкости (без песчинок песка) в желобную ёмкость, что определяют визуально.

Повышается качество рыхления уплотнённой пробки рыхлителем, выполненным в виде ромбовидной пики, диагональ которой составляет 0,9 внутреннего диаметра скважины. Это обеспечивает механическим воздействием охват большей части сечения уплотнённой пробки, так как происходит по периметру воздействия самого пера.

Повышается эффективность гидромониторного воздействия благодаря нескольким отверстиям меньшего диаметра, обусловленная небольшой площадью охвата гидромониторным воздействием по поперечному сечению уплотнённой песчаной пробки в скважине, так оно осуществляется только через отверстия малого диаметра диаметром 8 мм, расположенных на одной окружности, выполненных в перегородке.

Повышается надёжность реализации способа, так как запорный элемент выполнен в виде бросового элемента (конуса или шара), сбрасываемого в колонну труб перед гидромониторным воздействием, а не находится в клапанной клетке как описано в прототипе, что может привести к потере герметичности при последующем гидромониторном воздействии на уплотнённую песчаную пробку.

Исключается вероятность перетяжки резьб по телу труб и в муфтах колонны НКТ с последующим повреждением, так как при реализации способа колонну НКТ не вращают с устья скважины со скоростью 20 об/мин при разгруженной на забой колонне НКТ, а только поворачивают на угол, как указано выше 90°.

Способ очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки позволяет:

- повысить качество рыхления уплотнённой пробки механическим воздействием на верхний уплотнённый слой пробки;

- повысить эффективность гидромониторного воздействия на разрыхлённую песчаную пробку;

- повысить надёжность реализации способа;

- исключить вероятность перетяжки и повреждения резьб по телу труб и в муфтах НКТ.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам очистки и промывки скважин от уплотнённых песчаных пробок. Колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), оснащённую снизу пером, выполненным в виде цилиндрической насадки с пикой на конце, спускают в скважину до интервала пробки. Пика выполнена плоской в виде ромба с поперечной диагональю длиной, равной 0,9 внутреннего диаметра скважины. Производят механическое воздействие на пробку до рыхления верхнего слоя пробки в 3-4 цикла. В каждом цикле частично разгружают вес колонны НКТ на пробку, приподнимают колонну НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ, затем поворачивают колонну НКТ с устья скважины. После механического воздействия на пробку сбрасывают с устья скважины в колонну НКТ бросовый элемент, после посадки бросового элемента на посадочное седло большого отверстия в перегородке производят гидромониторное воздействие на уплотнённую песчаную пробку закачкой жидкости по колонне НКТ через отверстия малого диаметра, расположенные на разных расстояниях от центра цилиндрической насадки до размывания уплотнённой песчаной пробки. В процессе гидромониторного воздействия одновременно спускают колонну НКТ вниз с возможностью частичной разгрузки веса колонны НКТ на размываемую пробку до достижения текущего забоя скважины с подъёмом жидкости по межтрубному пространству в желобную ёмкость. Переключают направление промывки и прокачкой промывочной жидкости по межтрубному пространству вымывают размытый песок по колонне труб в желобную ёмкость. Повышаются качество рыхления пробки перед гидромониторным воздействием, эффективность гидромониторного воздействия и надёжность реализации способа, исключается вероятность повреждения резьб по телу труб и в муфтах колонны НКТ. 3 ил.

Способ очистки скважины от уплотнённой песчаной пробки, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб – НКТ с пером на конце до упора пера в забой, причём на нижнем конце пера установлен рыхлитель, а внутри пера установлена перегородка, в которой эксцентрично над рыхлителем выполнены отверстия меньшего диаметра и отверстие большего диаметра, при этом над перегородкой напротив отверстия большого диаметра устанавлен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, закачку жидкости по колонне НКТ через отверстия малого диаметра с подъемом жидкости через межтрубное пространство скважины, переключение направления промывки и подъем разрыхленного размытого шлама по колонне НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ закачкой жидкости по межтрубному пространству под давлением, не превышающем допустимое давление на обсадную колонну скважины, отличающийся тем, что колонну НКТ, оснащённую снизу пером, выполненным в виде цилиндрической насадки с пикой на конце, спускают в скважину до интервала уплотнённой песчаной пробки, причём пика выполнена плоской в виде ромба с поперечной диагональю длиной, равной 0,9 внутреннего диаметра скважины, затем производят механическое воздействие на уплотнённую песчаную пробку до рыхления верхнего слоя уплотнённой песчаной пробки в 3-4 цикла, причём в каждом цикле частично разгружают вес колонны НКТ на уплотнённую песчаную пробку, приподнимают колонну НКТ до восстановления веса подвески колонны НКТ, а затем поворачивают колонну НКТ с устья скважины, после механического воздействия на уплотнённую песчаную пробку сбрасывают с устья скважины в колонну НКТ бросовый элемент, после посадки бросового элемента на посадочное седло большого отверстия в перегородке производят гидромониторное воздействие на уплотнённую песчаную пробку закачкой жидкости по колонне НКТ через отверстия малого диаметра, расположенные на разных расстояниях от центра цилиндрической насадки до размывания уплотнённой песчаной пробки, при этом в процессе гидромониторного воздействия одновременно спускают колонну НКТ вниз с возможностью частичной разгрузки веса колонны НКТ на размываемую пробку до достижения текущего забоя скважины с подъёмом жидкости по межтрубному пространству в желобную ёмкость, после чего переключают направление промывки и прокачкой промывочной жидкости по межтрубному пространству под давлением, не превышающем допустимое давление на обсадную колонну скважины, вымывают размытый песок по колонне труб в желобную ёмкость.