СПОСОБ БУРЕНИЯ И РЕМОНТА СКВАЖИН С НИЗКИМИ ПЛАСТОВЫМИ ДАВЛЕНИЯМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК E21B7/00 E21B21/08 E21B29/00 E21B37/00 

Группа изобретений относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использована при текущем и капитальном ремонтах нефтяных и газовых скважин с аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД), в том числе наклонных и горизонтальных, для бурения, фрезерования портов гидроразрыва пластов (ГРП) и многостадийных портов ГРП (МСГРП), удаления песчаных и шламовых отложений посредством устройства, спускаемого в составе колонны бурильных или насосно-компрессорных труб (НКТ).

Заявляемое устройство и способ его применения позволяют добавлять необходимое количество бурильных или насосно-компрессорных труб для проведения работ в горизонтальных боковых стволах скважины и передавать вращение рабочему инструменту.

Известно устройство для очистки скважины от песчаной пробки (см. патент РФ №2298643, МПК Е21В 37/00, опубл. 10.05.2007), состоящее из патрубка, концентрично установленного в полом корпусе полой цилиндрической насадки, установленной на нижнем конце полого корпуса, отводов, соединяющих внутреннее пространство заглушенного снизу патрубка с зоной образования песчаной пробки, самоуплотняющейся манжеты, зажимной гайки, установленной на верхнем конце полого корпуса и ограничителя, жестко соединенного с полым корпусом.

Недостатками данного устройства являются:

- устройство не может применяться для фрезерования портов после проведения ГРП и МСГРП;

- устройство можно применять только до достижения границы поглощающего пласта;

- устройство должно находиться непосредственно у границы песчаной пробки.

Известно также насосно-вакуумное устройство для очистки скважины от песчаной пробки с применением колтюбинговых труб в условиях аномально низких пластовых давлений (см. патент РФ №2314411, МПК Е21В 37/00, опубл. 10.01.2008), состоящее из струйного насоса, узла разобщения, включающего патрубок, коаксиально установленный в корпусе с образованием всасывающего кольцевого канала, верхний и нижний пакерующие элементы, расположенные на корпусе, и узла разрушения.

Недостатками данного устройства являются:

- использование колтюбинговых труб, имеющих ограниченный ресурс и высокую стоимость

- устройство не может применяться для фрезерования портов ГРП и МСГРП.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является струйный аппарат для промывки скважин (Патент на изобретение 2139422 Султанов Б.З., Вагапов С.Ю., Хусни Х.М. подача заявки: 1997-06-10 публикация патента: 10.10.1999). Струйный аппарат для промывки скважин содержит корпус с установленным в нем струйным насосом, включающим сопло и диффузор с камерой смещения. В корпусе выполнены каналы подвода активной и пассивной сред. На корпусе установлен уплотнительный пакер, включающий ствол, цилиндр, поршень и манжету. В стволе размещен жестко связанный с корпусом патрубок, внутренняя полость которого образует канал подвода пассивной среды. Кольцевая полость, образованная наружной поверхностью патрубка и внутренней полостью ствола, снабжена заглушкой для изолирования от области всасывания, и образует канал подвода активной среды к нижнему торцу поршня. При работе установки активная среда действуя на поршень, вызывает изоляцию зоны всасывания от зоны нагнетания. При этом совместная работа струйного насоса с уплотнительным пакером позволяет повысить надежность разобщения затрубного пространства.

Недостатками данного устройства являются:

- в связи с неподвижностью уплотнительных манжет отсутствует возможность передачи вращения инструменту;

- канал диффузора направлен в противоположную сторону от направления движения к устью потока бурового раствора, возможно выпадение частиц в осадок и создание аварийной ситуации;

- возможность установки в струйном насосе только одной форсунки и диффузора;

- нет компенсации оттока жидкости из рабочей зоны, возможен вызов газонефтеводопроявлений из пласта;

- при наращивании бурильной колонны происходит падение давления, пакерующие элементы возвращаются в нерабочее положение, буровой раствор из затрубного пространства беспрепятственно проникает в продуктивный пласт, в результате для вызова циркуляции требуется значительное время.

Перечисленные недостатки не позволяют эффективно использовать данное устройство.

Заявляемая группа изобретений направлена на обеспечение возможности бурения, разбуривания портов ГРП и МСГРП, удаления песчаных и шламовых отложений в горизонтальных боковых стволах в нефтяных и газовых скважинах с АНПД.

Технический результат заявляемых изобретений заключается в сведении к минимуму потерь бурового раствора при проведении работ в нефтяных и газовых скважинах с АНПД.

Указанный технический результат достигается благодаря способу бурения и ремонта скважин с низкими пластовыми давлениями, заключающемуся в том, что в скважину спускают бурильную колонну, в которую между верхней и нижней частью устанавливают устройство, включающее струйный насос с пакерующим элементом, разделяющее затрубное пространство скважины на верхнее и нижнее затрубные пространства, подают активный поток жидкости через верхнюю часть бурильной колонны в устройство, в котором активный поток жидкости делят на две части, одну часть потока направляют в нижнее затрубное пространство скважины для циркуляции жидкости в зоне проведения работ, другую часть потока направляют в струйный насос, струйным насосом поднимают пассивную среду по нижней части бурильной колонны из зоны проведения работ, и направляют ее в верхнее затрубное пространство скважины для выноса на поверхность, очищают забой путем перемещения бурильной колонны вниз, бурят и фрезеруют путем вращения бурильной колонны с одновременным движением вниз или вверх.

Устройство для реализации способа, содержащее струйный насос и, по меньшей мере, один самоуплотняющийся пакерующий элемент чашечного типа, выполненный с возможностью вращения относительно оси устройства с обеспечением герметичности при работе устройства, имеющее канал для подачи активного потока, проходящий вдоль оси устройства, начинающийся в верхней присоединительной части устройства и заканчивающийся в делительной полости в устройстве, с которой сообщаются сопло струйного насоса и обходной канал, выполненный в устройстве для отведения части активного потока в нижнее затрубное пространство, в обход самоуплотняющегося пакерующего элемента, представляющий собой обособленную полость, начинающуюся в делительной полости, проходящую далее вдоль оси устройства под самоуплотняющимся пакерующим элементом и заканчивающуюся выходом на поверхность устройства ниже самоуплотняющегося пакерующего элемента, образованную соединением отверстий, каналов, полостей, выполненных в деталях устройства, канал для отвода пассивной среды, выполненный вдоль оси нижней части устройства, начинающийся в нижней присоединительной части устройства и заканчивающийся в камере струйного насоса, при этом выходное отверстие из расширяющегося патрубка струйного насоса на поверхность устройства расположено выше самоуплотняющегося пакерующего элемента.

В состав устройства могут входить центрирующие блоки, выполненные с возможностью вращения относительно оси устройства.

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг. 1 изображена общая схема устройства в продольном разрезе;

на фиг. 2 изображена общая схема устройства в разрезе по линии А-А (см. фиг. 1);

на фиг. 3 изображена общая схема положения устройства в скважине во время проведения работ;

на фиг. 4 приведена схема работы устройства, продольный разрез;

на фиг. 5 приведена схема работы устройства, поперечный разрез по линии Б-Б (см. фиг. 4);

на фиг. 6-10 приводится пример реализации конструкции устройства, на фиг. 6 изображен продольный разрез, на фиг. 7-10 изображены поперечные разрезы по линиям В-В, Г-Г, Д-Д и Е-Е (см. фиг. 6) соответственно.

Позициями на чертежах обозначены:

1. корпус;

2. канал подачи активного потока;

3. делительная полость;

4. сопло;

5. камера;

6. расширяющийся патрубок;

7. канал отвода пассивной среды;

8. самоуплотняющийся пакерующий элемент чашечного типа;

9. обходной канал;

10. нижнее выходное отверстие;

11. верхнее выходное отверстие;

12. скважина;

13. нижняя часть бурильной колонны;

14. зона проведения работ;

15. рабочий инструмент;

16. заявляемое устройство;

17. рабочий диапазон;

18. подвеска хвостовика;

19. верхняя часть бурильной колонны;

20. активный поток;

21. одна часть активного потока;

22. другая часть активного потока;

23. верхнее затрубное пространство;

24. движение пассивной среды;

25. нижнее затрубное пространство;

26. привод;

27. верхний центрирующий блок;

28. нижний центрирующий блок;

29. муфта;

30. проходной канал муфты;

31. корпус насоса;

32. проходной канал корпуса насоса;

33. продольные отверстия корпуса насоса;

34. сепаратор;

35. центральная камера;

36. отверстия сепаратора;

37. проходные отверстия;

38. обойма;

39. проходной канал обоймы;

40. резьбовые отверстия;

41. дроссель;

42. полость;

43. муфта распределительная;

44. проходной канал муфты распределительной;

45. продольные отверстия муфты распределительной;

46. корпус мембраны;

47. аварийная мембрана;

48. ствол;

49. проходной канал ствола;

50. продольные пазы;

51. крышка;

52. полость крышки;

53. оправка;

54. уплотнительные кольца;

55. обойма пакерующего элемента;

56. втулка;

57. шайба;

58. канавка;

59. радиальные отверстия;

60. переводник;

61. проходной канал переводника.

В корпусе 1 выполнен канал 2 подачи активного потока, начинающийся в верхней присоединительной (к буровой колонне) части корпуса 1 и заканчивающийся в делительной полости 3 корпуса 1 (фиг. 1, 2). В корпусе 1 расположен струйный насос, состоящий из сопла 4, камеры 5 и расширяющегося патрубка 6. Сопло 4 сообщается с делительной полостью 3. В корпусе 1 выполнен канал 7 отвода пассивной среды, начинающийся в нижней присоединительной (к буровой колонне) части корпуса 1 и заканчивающийся в камере 5. Канал 2 и канал 7 не пересекаются. На корпусе 1 установлен, по меньшей мере, один самоуплотняющийся пакерующий элемент чашечного типа 8, выполненный с возможностью вращения относительно оси устройства с обеспечением герметичности при работе устройства. Самоуплотняющийся пакерующий элемент чашечного типа 8 расположен таким образом, чтобы выдерживать давление столба жидкости над устройством. В корпусе 1 выполнен обходной канал 9, начинающийся в делительной полости 3, проходящий под самоуплотняющимся пакерующим элементом 8 и заканчивающийся нижним выходным отверстием 10 на поверхность корпуса 1 ниже самоуплотняющегося пакерующего элемента 8. Верхнее выходное отверстие 11 из расширяющегося патрубка 7 на поверхности корпуса 1 расположено выше самоуплотняющегося пакерующего элемента чашечного типа 8.

В скважину 12 (фиг. 3, 4, 5) посредством станка капитального ремонта скважин (КРС) или бурового станка, спускают нижнюю часть 13 бурильной колонны длиной, необходимой для достижения зоны проведения работ 14 рабочим инструментом 15 (фрезой, воронкой, пером и т.д.), установленным на ее конце с таким условием, чтобы заявляемое устройство 16 во всем рабочем диапазоне 17 не достигло подвески хвостовика 18. Затем на нижнюю часть 13 бурильной колонны закрепляют заявляемое устройство 16, над ним наращивают верхнюю часть 19 бурильной колонны, продолжают спуск. При достижении зоны проведения работ 14, в верхнюю часть 19 бурильной колонны подают активный поток 20 (буровой раствор). Пройдя по каналу 2, активный поток 20 попадает в делительную полость 3. Из делительной полости 3 одна часть 21 активного потока 20 направляется в сопло 4 струйного насоса, другая часть 22 направляется в обходной канал 9. Поток 21, выходя из сопла 4, входит в расширяющийся патрубок 6 струйного насоса, создавая разряжение в камере 5 струйного насоса, и выходит через верхнее выходное отверстие 11 в верхнее затрубное пространство 23 над заявляемым устройством 16. Разряжение в камере 5 вызывает движение пассивной среды 24 из зоны проведения работ 14 скважины 12 по нижней части 13 бурильной колонны, затем по каналу 7 пассивная среда 24 попадает в камеру 5 струйного насоса и через расширяющийся патрубок 6 струйного насоса вместе с потоком 21 выносится в верхнее затрубное пространство 23, по которому поднимается на поверхность. Уйти назад в поглощающий пласт жидкости не позволяет самоуплотняющийся пакерующий элемент 8. Поток 22, выходя из заявляемого устройства 16 в нижнее затрубное пространство 25 через нижнее выходное отверстие 10, служит для обеспечения циркуляции жидкости в зоне проведения работ 14. Верхней части 19 бурильной колонны передают вращение от привода 26, расположенного на поверхности. Через заявляемое устройство 16 и нижнюю часть 13 бурильной колонны вращение передают рабочему инструменту 15. Самоуплотняющийся пакерующий элемент 8 не участвует во вращении бурильной колонны, обеспечивая герметичное разделение затрубного пространства. За счет конструкции устройства одновременно производят промывку скважины, вращение и спуск компоновки на необходимую глубину. При необходимости наращивают верхнюю часть 19 бурильной колонны. Продолжают технологические операции. При достижении необходимой глубины проводят полную промывку. Поднимают бурильную колонну полностью.

На фиг. 6-10 приводится пример реализации предпочтительной конструкции устройства. Предлагаемая конструкция содержит два самоуплотняющихся пакерующих элемента 8, верхний 27 и нижний 28 центрирующие блоки, и имеет возможность установки от одного до трех сопел 4 и расширяющихся патрубков 6, неиспользуемые отверстия при этом глушатся.

Устройство содержит муфту 29 с проходным каналом 30 муфты, на нижнем торце которой установлены расширяющиеся патрубки 6, расположенные равномерно по окружности, концентричной оси устройства. В муфте 29 от расширяющихся патрубков 6 выполнены направленные вверх верхние выходные отверстия 11 для отвода пассивной среды. В верху муфты 29 выполнена резьба для крепления устройства к верхней части 19 бурильной колонны. На нижнюю часть муфты 29 накручен корпус 31 насоса с проходным каналом 32 корпуса насоса и продольными отверстиями 33 корпуса насоса, расположенными равномерно по окружности, концентричной оси устройства, и образующими начало обходного канала 9 устройства. В корпусе 31 насоса расположен сепаратор 34 с центральной камерой 35 и радиально отходящими от нее отверстиями 36 сепаратора. Отверстия 36 сепаратора сообщаются с делительной полостью 3, образованной корпусом 31 насоса и сепаратором 34. В сепараторе 34 установлены сопла 4, расположенные равномерно по окружности, концентричной оси устройства. Отверстия 36 сепаратора сообщаются с соплами 4 и, посредством полости 3, с отверстиями 33 корпуса насоса. В сепараторе 34 между соплами 4 выполнены проходные отверстия 37 для прохода пассивной среды. Между сепаратором 34 и муфтой 29 в корпусе 31 насоса установлена обойма 38 с проходным каналом 39 обоймы для активной среды. Обойма 38 образует камеру 5. Отверстия 37 открываются в камеру 5. Обойма 38 обеспечивает совпадение осей сопел 4 и расширяющихся патрубков 6. Отверстия 33 выходят в резьбовые отверстия 40, в которые вкручены дроссели 41. Отверстия дросселей 41 открываются в полость 42 между корпусом 31 и накрученной на него муфтой распределительной 43. Отверстия дросселей 41 сообщаются с проходным каналом 44 муфты распределительной и продольными отверстиями 45 муфты распределительной, расположенными равномерно по окружности, концентричной оси устройства. Отверстия 45 сообщаются с полостью 42. В муфте распределительной 43 расположен корпус мембраны 46 с установленной в нем аварийной мембраной 47, при срабатывании которой открывается сообщение между центральным каналом 44 и верхним затрубным пространством 23 для появления циркуляции жидкости и возможности промывки верхнего затрубного пространства 23.

В муфту распределительную 43 снизу вкручен ствол 48, имеющий проходной канал 49 ствола и расположенные равномерно на его поверхности продольные пазы 50. На муфту распределительную 43 накручена крышка 51, через которую проходит ствол 48. Крышкой 51 и муфтой распределительной 43 образована полость 52 крышки. С полостью 52 сообщаются отверстия 45 и пазы 50. На крышку 51 надет верхний центрирующий блок 27, свободно вращающийся на крышке 51. Ниже на стволе 48 расположена свободно вращающаяся на нем оправка 53, уплотненная кольцами 54 по поверхности соприкосновения с крышкой 51. На оправку 53 надеты самоуплотняющиеся чашеобразные пакерующие элементы 8 с обоймами 55 пакерующих элементов, разделенные втулкой 56. На нижнюю часть оправки 53 накручен нижний центрирующий блок 28, свободно вращающийся на стволе 48 вместе с оправкой 53. Ниже установлена шайба 57 с канавкой 58 и сообщающимися с ней радиальными отверстиями 59. С канавкой 58 сообщаются пазы 50 на стволе 48. Снизу на ствол 48 накручен переводник 60 с резьбой для крепления к устройству нижней части 13 бурильной колонны. В переводнике выполнен проходной канал 61 переводника.

В этом примере реализации канал 2 подачи активного потока формируется отверстиями 30, 39, 35, 36, канал 7 отвода пассивной среды формируется отверстиями 37, 32, 44, 49, 61, обходной канал 9 формируется отверстиями, полостями и пазами 33, 40, 42, 45, 54, 50, 58, 59 и дросселем 41. Корпус 1 сформирован деталями, кроме деталей позиций 8, 27, 28.

Используемый в описании заявляемого изобретения термин «струйный насос» обозначает устройство, которое имеет сопло, камеру и расширяющийся патрубок, который передает энергию от рабочей текучей среды к добываемой текучей среде для искусственного подъема и удаления добываемой текучей среды из скважины, при этом уменьшая гидростатическое давление столба объединенной жидкости в колонне бурильных или насосно-компрессорных труб ниже струйного насоса.

Используемый в описании заявляемого изобретения термин «канал» обозначает полость в устройстве, образованную соединением отверстий, полостей, выполненных в деталях устройства, предназначенную для формирования направления обособленного потока жидкости.

Используемый в описании заявляемого изобретения термин «активный поток жидкости» означает поток жидкости, подаваемый по бурильной колонне под давлением с поверхности к устройству.

Используемый в описании заявляемого изобретения термин «пассивная среда» означает поток жидкости, поднимаемый устройством по бурильной колонне от места проведения работ в скважине и выносимый на поверхность.

Группа изобретений относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована при бурении и ремонте скважин с аномально низким пластовым давлением (АНПД). В скважину спускают бурильную колонну с рабочим инструментом, в которую между верхней и нижней частью устанавливают устройство, включающее струйный насос и самоуплотняющийся пакерующий элемент чашечного типа, выполненный с возможностью вращения относительно оси устройства с обеспечением герметичности при работе устройства и разделяющий затрубное пространство скважины на верхнее и нижнее затрубные пространства. Подают активный поток жидкости через верхнюю часть бурильной колонны в устройство, в котором активный поток жидкости делят на две части. Одну часть потока направляют в нижнее затрубное пространство скважины для циркуляции жидкости в призабойной зоне. Другую часть потока направляют в струйный насос, которым поднимают пассивную среду по нижней части бурильной колонны из призабойной зоны и направляют ее в верхнее затрубное пространство скважины для выноса на поверхность. Очищают забой путем перемещения бурильной колонны вниз, бурят и фрезеруют путем вращения бурильной колонны с рабочим инструментом с одновременным движением вниз или вверх. Минимизируются потери бурового раствора при проведении работ в скважинах с АНПД. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ бурения и ремонта скважин с низкими пластовыми давлениями, заключающийся в том, что в скважину спускают бурильную колонну с рабочим инструментом, в которую между верхней и нижней частью устанавливают устройство, включающее струйный насос и самоуплотняющийся пакерующий элемент чашечного типа, выполненный с возможностью вращения относительно оси устройства с обеспечением герметичности при работе устройства и разделяющий затрубное пространство скважины на верхнее и нижнее затрубные пространства, подают активный поток жидкости через верхнюю часть бурильной колонны в устройство, в котором активный поток жидкости делят на две части, одну часть потока направляют в нижнее затрубное пространство скважины для циркуляции жидкости в призабойной зоне, другую часть потока направляют в струйный насос, которым поднимают пассивную среду по нижней части бурильной колонны из призабойной зоны и направляют ее в верхнее затрубное пространство скважины для выноса на поверхность, очищают забой путем перемещения бурильной колонны вниз, бурят и фрезеруют путем вращения бурильной колонны с рабочим инструментом с одновременным движением вниз или вверх.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, включающее канал для подачи активного потока, проходящий вдоль оси устройства, начинающийся в верхней присоединительной части устройства и заканчивающийся в делительной полости в устройстве, с которой сообщается сопло струйного насоса и обходной канал, выполненный для отведения части активного потока в нижнее затрубное пространство в обход самоуплотняющегося пакерующего элемента чашечного типа, представляющий собой обособленную полость, начинающуюся в делительной полости, проходящую далее вдоль оси устройства под самоуплотняющимся пакерующим элементом чашечного типа, заканчивающуюся выходом на наружную поверхность устройства ниже самоуплотняющегося пакерующего элемента чашечного типа в нижнее затрубное пространство и образованную соединением отверстий, каналов, полостей, выполненных в устройстве, канал для отвода пассивной среды, выполненный вдоль оси устройства, начинающийся в нижней присоединительной части устройства и заканчивающийся в камере струйного насоса, при этом выход из расширительного патрубка струйного насоса на поверхность устройства в верхнее затрубное пространство расположен выше самоуплотняющегося пакерующего элемента чашечного типа.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный самоуплотняющийся пакерующий элемент чашечного типа.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит центрирующие блоки, выполненные с возможностью вращения относительно оси устройства.