Способ заканчивания скважины и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК E21B33/138 E21B34/06 E21B43/32 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности, к разобщению и креплению коллекторов нефтяных и газовых скважин в процессе их заканчивания при наличии водоносных пластов, расположенных выше и ниже продуктивного пласта, с зоной водонефнятоного контакта (далее ВНК).

Известен способ заканчивания скважин со слабо-сцементированными коллекторами (Авт. свид-во № 727838, МПК E21В 33/138, С09К 8/44, Е21В 43/08, опубл. 15.04.1980), который включает крепление скважины колонной до кровли продуктивного пласта, вскрытие пласта коллектора и расширение ствола до диаметра 400 - 500 мм, спуск до забоя бурильных труб и закачку в интервал слабосцементированного коллектора проницаемого тампонажного состава, подъем бурильных труб, спуск до забоя эксплуатационной колонны - фильтра, оборудованного отверстиями с большой площадью фильтрации, ожидание затвердения проницаемого тампонажного стакана и разбуривание его в колонне.

К недостаткам известного способа относят то, что не обеспечивается герметичность и надежность разобщения пластов, а также уменьшение проходного сечения эксплуатационной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ заканчивания строительства скважин (Авт. свид-во № 1639120, МПК E21В 33/13, 27.11.1996), включающий крепление ствола скважины до кровли продуктивного горизонта колонной обсадных труб, расширение ствола против продуктивного горизонта, спуск до забоя непроницаемой оболочки (перекрыватель пласта) вместе с эксплуатационной колонной, цементирование скважины, далее осуществление вторичного вскрытия пласта - коллектора и вызов притока флюида.

Недостатком известного способа является то, что при расширении непроницаемой оболочки давлением изнутри выпуклые части профильных труб (непроницаемой оболочки) при упирании о стенку скважины препятствуют распространению герметизирующей пасты вокруг перекрывателя, вследствие чего она выдавливается в продольных направлениях по впадинам профильных труб, оставляя незагерметизированные участки. В результате не обеспечивается герметичность и надежность разобщения пластов.

Известно устройство для манжетного цементирования (патент RU №51393, МПК 7 Е21В 33/13, 33/12, опубл. 10.02.2006, бюл. №4), содержащее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с жестко выполненными лепестками, и запорные элементы с целью турбулизации потока лепестки упора выполнены наклонно относительно центральной оси упора, а уплотнительная манжета установлена в упоре свободно с возможностью осевого перемещения вверх в процессе цементирования, причем упор с лепестками выполнен литым, также устройство снабжено ограничительным кольцом от осевого перемещения уплотнительной манжеты вверх.

Недостатками данного устройства являются:

- слабая фиксация манжеты в упоре за счет свободного ее расположения;

- малая площадь прилегания уплотнительной манжеты к породе.

Также известно устройство для разобщения пластов в скважине (Авт. свид-во № 1027368, МПК Е21В 33/14, опубл. 07.07.1983, бюл. №25), включающее корпус с осевым каналом и кожух, образующие между собой кольцевую полость, выполненные с радиальными отверстиями золотник и втулку, установленные в кольцевой полости, и пакер с размещенным в кольцевой полости нажимным поршнем, камера над которым сообщена с осевым каналом корпуса, причем золотник выполнен со сквозными осевыми каналами и установлен под втулкой в кольцевой полости между радиальными отверстиями корпуса и кожуха.

Недостатками являются: достаточно малый размер пакерующего элемента, который не позволяет перекрыть весь продуктивный пласт, также он не может создать монолитной крепи цемента с пакерующим элементом, что приведет к некачественному цементированию продуктивного интервала в целом.

Наиболее близким является манжетный разобщитель пластов (патент RU №2607485, Е21В 33/12, опубл. 10.01.2017, бюл. №1), включающий спускаемый в скважину на обсадной колонне и закрепляемый на ней стопорными элементами корпус с установленной в нем уплотнительной манжетой с верхним концом, выполненным в виде воронки, при этом его корпус выполнен в виде центратора обсадной колонны, верхняя цилиндрическая часть которого выполнена с внутренней кольцевой проточкой, в которой установлена и закреплена стопорными элементами хвостовая часть манжеты, выполненная в виде цилиндра, при этом промежуток между верхней и нижней частями манжеты выполнен гофрированным в продольном направлении с условным наружным диаметром меньшим, чем диаметр ствола скважины, а в рабочем положении его диаметр больше или равен диаметру ствола скважины.

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность устройства, т.к. в случае наличия плотного бурового раствора в скважине, раскрытие манжет под давлением цементного столба маловероятно, таким образом невозможно достоверно определить успешность срабатывания данного устройства. К тому же возможная перфорация в недостаточно изолированном пласте может привести к получению незапланированной продукции в виде воды вместо нефти.

Технической задачей является создание эффективного способа заканчивания скважины путем качественной изоляции продуктивного пласта при вторичном вскрытии при наличии водоносных пластов, расположенных выше и ниже продуктивного пласта, с зоной водонефтяного контакта (ВНК), а также снижение обводненности продукции в период длительной эксплуатации скважин за счет обеспечения герметичности и надежности разобщения и крепления коллекторов, повышение продуктивности скважин за счет достижения гидравлического совершенства продуктивной части скважины.

Техническая задача решается способом заканчивания скважины, включающим спуск обсадной колонны в скважину и цементирование скважины с последующим проведением вторичного вскрытия продуктивного пласта.

Новым является то, что предварительно по имеющимся данным по ранее пробуренным скважинам на данной площади определяют толщину продуктивного и водоносного пластов и расположение водонефтяного контакта - ВНК, выбирают устройство для заканчивания скважины - УЗС длиной, позволяющей перекрыть всю толщину продуктивного пласта и перекрыть верхний и нижний водоносные пласты на длину не менее 2 метров от зоны ВНК, на обсадную колонну устанавливают УЗС, включающее корпус, состоящий из уплотнительной манжеты, выполненной в виде манжетного рукава с верхним концом в виде конусной воронки, заведенной за зажимы, которые закреплены на теле корпуса поджимными винтами, и нижней частью, жестко закрепленной на корпусе кольцами и снабженной сферическим башмаком с центральным промывочным отверстием, дополнительно в нижней части корпуса выполнены циркуляционные отверстия, внутри корпуса в надбашмачной части расположена цементировочная втулка, закрепленная на корпусе с помощью срезных элементов, на которой выполнены проточки с установленными на них с наружной стороны герметизирующими кольцами и сквозные циркуляционные отверстия, находящиеся напротив циркуляционных отверстий в нижней части корпуса, внутри цементировочной втулки на срезных элементах закреплена запорная втулка с полусферическим резиновым окончанием в нижней части, снабженным сквозными циркуляционными отверстиями, при этом внутреннюю полость сферического башмака выполняют с возможностью посадки внутрь башмака цементировочной и запорной втулок и их размещения с перекрытием центрального промывочного отверстия башмака, размещают УЗС в интервале продуктивного пласта и находящихся выше и ниже него водоносных пластов, проводят циркуляцию промывочной жидкости через УЗС и центральное промывочное отверстие сферического башмака, далее сбросом шара сдвигают запорную втулку до полного перекрытия центрального промывочного отверстия в башмаке, открывая сквозные циркуляционные отверстия на цементировочной втулке УЗС, через которые производят цементирование.

Техническая задача решается устройством для заканчивания скважины, включающим спускаемый в скважину на обсадной колонне корпус, состоящий из уплотнительной манжеты с верхним концом в виде воронки и нижней частью.

Новым является то, что уплотнительная манжета выполнена в виде манжетного рукава с верхним концом в виде конусной воронки, заведенной за зажимы, которые закреплены на теле корпуса поджимными винтами, и нижней частью, жестко закрепленной на корпусе кольцами и снабженной сферическим башмаком с центральным промывочным отверстием, дополнительно в нижней части корпуса выполнены циркуляционные отверстия, внутри корпуса в надбашмачной части расположена цементировочная втулка, закрепленная на корпусе с помощью срезных элементов, на которой выполнены проточки с установленными на них с наружной стороны герметизирующими кольцами и сквозные циркуляционные отверстия, находящиеся напротив циркуляционных отверстий в нижней части корпуса, внутри цементировочной втулки на срезных элементах закреплена запорная втулка с полусферическим резиновым окончанием в нижней части, снабженным сквозными циркуляционными отверстиями, при этом внутренняя полость сферического башмака выполнена с возможностью посадки внутрь башмака цементировочной и запорной втулок и их размещения с перекрытием центрального промывочного отверстия сферического башмака.

Также новым является то, что манжетный рукав выполнен из водонабухающей резины или нефтенабухающей резины.

На фиг.1 представлено транспортное положение устройства для заканчивания скважины (УЗС) в разрезе.

На фиг. 2 представлено УЗС после сброса шара с расправленным манжетным рукавом.

На фиг. 3 представлено УЗС после процесса цементирования по истечении времени ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) с перфорационными каналами напротив продуктивного пласта.

Способ заканчивания скважины осуществляют следующим образом.

Предварительно по имеющимся данным по ранее пробуренным скважинам на данной площади определяют толщину продуктивного 1 (фиг. 3) и водоносного 2 пластов и расположение водонефтяного контакта 3 – ВНК, выбирают устройство для заканчивания скважины - УЗС длиной, позволяющей перекрыть всю толщину продуктивного пласта и перекрыть верхний и нижний водоносные пласты 2 на длину не менее 2 метров от зоны ВНК 3. На обсадную колонну 4 (фиг. 1) устанавливают УЗС. УЗС включает корпус 5, состоящий из манжетного рукава 6 с верхним концом в виде конусной воронки, заведенной за зажимы 7, которые закреплены на теле корпуса 5 поджимными винтами 8, и нижней частью, жестко закрепленной на корпусе 5 кольцами 9 и снабженной сферическим башмаком 10 с центральным промывочным отверстием 11. Дополнительно в нижней части корпуса 5 выполнены циркуляционные отверстия 12, а внутри корпуса 5 в нижней надбашмачной части расположена цементировочная втулка 13, закрепленная на корпусе 5 с помощью срезных элементов 14 (например, винтов), на которой выполнены проточки (на фиг. 1-3 не показаны) с установленными на них с наружной стороны герметизирующими кольцами 15 (фиг. 1) и сквозные циркуляционные отверстия 16, находящиеся напротив циркуляционных отверстий 12 в нижней части корпуса 5. При этом внутри цементировочной втулки 13 на срезных элементах 17 (например, винтов) закреплена запорная втулка 18 с полусферическим резиновым окончанием 19 в нижней части, снабженным сквозными циркуляционными отверстиями 20.

Производят спуск обсадной колонны 4 в скважину с УЗС. Размещают УЗС в интервале продуктивного 1 (фиг. 3) пласта и находящихся выше и ниже него водоносных 2 пластов. Проводят циркуляцию промывочной жидкости перед цементированием через УЗС и центральное промывочное отверстие 11 (фиг. 1) сферического башмака 10. Далее сбросом шара 21 (фиг. 2) сдвигают запорную втулку 18 до полного перекрытия центрального промывочного отверстия 11 (фиг. 1) в сферическом башмаке 10, открывая сквозные циркуляционные отверстия 16 (фиг. 2) на цементировочной втулке 13 (фиг. 1) УЗС. Далее через открытые сквозные циркуляционные отверстия 16 производят цементирование с последующим проведением вторичного вскрытия продуктивного пласта 1 (фиг. 1).

В результате манжетный рукав 6 (фиг.3) заполняется цементом 22 и выходит из зажимов 7 (фиг. 1) УЗС, расправляясь в направлении стенок скважины, герметично изолируя продуктивный пласт 1 (фиг. 3) от рядом лежащих водоносных пластов 2. После сброса продавочной пробки 23 циркуляционные отверстия 12 УЗС закрываются цементировочной втулкой 13 за счет среза винтов 14 (фиг. 1) и перемещения последней вниз до упора.

Устройство для заканчивания скважины включает в себя спускаемый в скважину на обсадной колонне 4 корпус 5 с резьбовым окончанием сверху (на фиг.1-3 не показано) для соединения с обсадной колонной 4 (фиг. 1). Корпус 5 состоит из уплотнительной манжеты, выполненной в виде манжетного рукава 6 со свободным окончанием - верхним концом в виде конусной воронки, заведенной за зажимы 7, которые закреплены на теле корпуса 5 поджимными винтами 8, и нижней частью, жестко закрепленной на корпусе 5 кольцами 9. Нижняя часть корпуса 5 дополнительно снабжена сферическим башмаком 10 с центральным промывочным отверстием 11. В нижней части корпуса 5 выполнены циркуляционные отверстия 12. Манжетный рукав 6 выполнен из эластичного материала, водонабухающей резины или нефтенабухающей резины.

Внутри корпуса 5 в нижней надбашмачной части расположена цементировочная втулка 13, закрепленная на корпусе 5 с помощью срезных элементов 14, на которой выполнены проточки с установленными на них с наружной стороны герметизирующими кольцами 15 и сквозные циркуляционные отверстия 16, находящиеся напротив циркуляционных отверстий 12 в нижней части корпуса 5.

Внутри цементировочной втулки 13 на срезных элементах 17 закреплена запорная втулка 18 с полусферическим резиновым окончанием 19 в нижней части, снабженным сквозными циркуляционными отверстиями 20. При этом внутренняя полость сферического башмака 10 выполнена с возможностью посадки внутрь башмака 10 цементировочной 13 и запорной 18 втулок и их размещения с перекрытием центрального промывочного отверстия башмака 11.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно по имеющимся данным по ранее пробуренным скважинам на данной площади определяют толщину продуктивного 1 (фиг. 3) и водоносного пластов 2 и расположение водонефтяного контакта – ВНК 3, выбирают предлагаемое устройство для изоляции скважины (далее-УЗС) длиной, позволяющей перекрыть всю толщину продуктивного пласта 1 и перекрыть верхний и нижний водоносные пласты 2 на длину не менее 2 метров от зоны ВНК 3.

Спуск обсадной колонны 4 (фиг.1) с скважину производят следующим образом: устанавливают УЗС в транспортном положении с прижатым эластичным манжетным рукавом 6 УЗС и установленным сферическим башмаком 10. УЗС размещают в скважине напротив продуктивного пласта 1 (фиг.1) с учетом перекрытия зоны ВНК 3 на расстоянии не менее 2 м выше и ниже продуктивного пласта 1. Циркуляцию промывочной жидкости перед цементированием производят через УЗС и центральное промывочное отверстие 11 (фиг. 1) сферического башмака 10 УЗС. Далее сбросом шара 21 (фиг. 2) и увеличением давления производят срез винтов 17 (фиг. 1), в результате чего запорная втулка 18 (фиг. 2) перемещается вниз и перекрывает центральное промывочное отверстие 11 (фиг. 1) в сферическом башмаке 10 своим полусферическим резиновым окончанием 19, одновременно открывая циркуляционные отверстия 16 (фиг. 3) на цементировочной втулке 13, через которые и производят цементирование.

В процессе цементирования поток технологических жидкостей проходит внутри манжетного рукава 6 (фиг. 2), который под воздействием потока расправляется, и верхняя часть его выходит из зажимов 7, расправляясь в направлении стенок скважины, герметично изолирую продуктивный пласт 1 (фиг. 3) от рядом лежащих водоносных пластов 2. После продавливания цементировочной разделительной пробки 23 (фиг. 3), до посадки последней в цементировочную втулку 13, увеличивают давление до среза винтов 14 (фиг. 1) (срезных элементов), в результате чего цементировочная втулка 13 (фиг. 3) с разделительной пробкой 23 перемещается вниз до упора, перекрывая циркуляционные отверстия 12 в корпусе 5. Таким образом по окончании цементирования внутри расправленного рукава 6 остается цемент 22.

За счет давления цементного столба манжетный рукав 6 (фиг. 3) наиболее плотно прилегает к стенкам скважины, надежно изолируя продуктивный пласт 1 от водоносных пластов 2.

Далее скважину оставляют на время ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ), по истечению времени ОЗЦ в скважину спускают стандартный перфоратор и производят перфорацию продуктивного пласта 1 сквозь корпус 5 (фиг. 1), манжетный рукав 6 (фиг. 3) с цементным камнем внутри, и получают надежный герметичный канал связи 24 с продуктивным пластом 1.

Предлагаемый способ заканчивания скважины и устройство для его осуществления позволяют гарантированно и качественно изолировать водоносные пласты, находящиеся выше или ниже продуктивного пласта, тем самым исключая возникновение заколонных циркуляций, и получения запланированной продукции при освоении скважины.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к разобщению и креплению коллекторов нефтяных и газовых скважин в процессе их заканчивания при наличии водоносных пластов, расположенных выше и ниже продуктивного пласта, с зоной водонефтяного контакта (ВНК). Способ включает спуск обсадной колонны в скважину и цементирование скважины с последующим проведением вторичного вскрытия продуктивного пласта. Предварительно по имеющимся данным по ранее пробуренным скважинам на данной площади определяют толщину продуктивного и водоносного пластов и расположение ВНК. Выбирают устройство для заканчивания скважины - УЗС длиной, позволяющей перекрыть всю толщину продуктивного пласта и перекрыть верхний и нижний водоносные пласты на длину не менее 2 метров от зоны ВНК. На обсадную колонну устанавливают УЗС, включающее корпус, состоящий из уплотнительной манжеты, выполненной в виде манжетного рукава с верхним концом в виде конусной воронки, заведенной за зажимы, которые закреплены на теле корпуса поджимными винтами, и нижней частью, жестко закрепленной на корпусе кольцами и снабженной сферическим башмаком с центральным промывочным отверстием. Дополнительно в нижней части корпуса выполнены циркуляционные отверстия. Внутри корпуса в надбашмачной части расположена цементировочная втулка, закрепленная на корпусе с помощью срезных элементов. На цементировочной втулке выполнены проточки с установленными на них с наружной стороны герметизирующими кольцами и сквозные циркуляционные отверстия, находящиеся напротив циркуляционных отверстий в нижней части корпуса. Внутри цементировочной втулки на срезных элементах закреплена запорная втулка с полусферическим резиновым окончанием в нижней части, снабженным сквозными циркуляционными отверстиями. При этом внутреннюю полость сферического башмака выполняют с возможностью посадки внутрь башмака цементировочной и запорной втулок и их размещения с перекрытием центрального промывочного отверстия башмака. Размещают УЗС в интервале продуктивного пласта и находящихся выше и ниже него водоносных пластов. Проводят циркуляцию промывочной жидкости через УЗС и центральное промывочное отверстие сферического башмака. Далее сбросом шара сдвигают запорную втулку до полного перекрытия центрального промывочного отверстия в башмаке, открывая сквозные циркуляционные отверстия на цементировочной втулке УЗС, через которые производят цементирование. Техническим результатом является повышение эффективности изолирования водоносных пластов, находящихся выше или ниже продуктивного пласта, тем самым исключая возникновение заколонных циркуляций, и получение запланированной продукции при освоении скважины. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ заканчивания скважины, включающий спуск обсадной колонны в скважину и цементирование скважины с последующим проведением вторичного вскрытия продуктивного пласта, отличающийся тем, что предварительно по имеющимся данным по ранее пробуренным скважинам на данной площади определяют толщину продуктивного и водоносного пластов и расположение водонефтяного контакта - ВНК, выбирают устройство для заканчивания скважины - УЗС длиной, позволяющей перекрыть всю толщину продуктивного пласта и перекрыть верхний и нижний водоносные пласты на длину не менее 2 метров от зоны ВНК, на обсадную колонну устанавливают УЗС, включающее корпус, состоящий из уплотнительной манжеты, выполненной в виде манжетного рукава с верхним концом в виде конусной воронки, заведенной за зажимы, которые закреплены на теле корпуса поджимными винтами, и нижней частью, жестко закрепленной на корпусе кольцами и снабженной сферическим башмаком с центральным промывочным отверстием, дополнительно в нижней части корпуса выполнены циркуляционные отверстия, внутри корпуса в надбашмачной части расположена цементировочная втулка, закрепленная на корпусе с помощью срезных элементов, на которой выполнены проточки с установленными на них с наружной стороны герметизирующими кольцами и сквозные циркуляционные отверстия, находящиеся напротив циркуляционных отверстий в нижней части корпуса, внутри цементировочной втулки на срезных элементах закреплена запорная втулка с полусферическим резиновым окончанием в нижней части, снабженным сквозными циркуляционными отверстиями, при этом внутреннюю полость сферического башмака выполняют с возможностью посадки внутрь башмака цементировочной и запорной втулок и их размещения с перекрытием центрального промывочного отверстия башмака, размещают УЗС в интервале продуктивного пласта и находящихся выше и ниже него водоносных пластов, проводят циркуляцию промывочной жидкости через УЗС и центральное промывочное отверстие сферического башмака, далее сбросом шара сдвигают запорную втулку до полного перекрытия центрального промывочного отверстия в башмаке, открывая сквозные циркуляционные отверстия на цементировочной втулке УЗС, через которые производят цементирование.

2. Устройство для заканчивания скважины, включающее спускаемый в скважину на обсадной колонне корпус, состоящий из уплотнительной манжеты с верхним концом в виде воронки и нижней частью, отличающееся тем, что уплотнительная манжета выполнена в виде манжетного рукава с верхним концом в виде конусной воронки, заведенной за зажимы, которые закреплены на теле корпуса поджимными винтами, и нижней частью, жестко закрепленной на корпусе кольцами и снабженной сферическим башмаком с центральным промывочным отверстием, дополнительно в нижней части корпуса выполнены циркуляционные отверстия, внутри корпуса в надбашмачной части расположена цементировочная втулка, закрепленная на корпусе с помощью срезных элементов, на которой выполнены проточки с установленными на них с наружной стороны герметизирующими кольцами и сквозные циркуляционные отверстия, находящиеся напротив циркуляционных отверстий в нижней части корпуса, внутри цементировочной втулки на срезных элементах закреплена запорная втулка с полусферическим резиновым окончанием в нижней части, снабженным сквозными циркуляционными отверстиями, при этом внутренняя полость сферического башмака выполнена с возможностью посадки внутрь башмака цементировочной и запорной втулок и их размещения с перекрытием центрального промывочного отверстия сферического башмака.

3. Устройство для заканчивания скважины по п. 2, отличающееся тем, что манжетный рукав выполнен из водонабухающей резины или нефтенабухающей резины.