УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОРОК, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОПРОНИЦАЕМОГО ПЛАСТА С ПЕРЕМЕННЫМИ ТЕРМОБАРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ Российский патент 2024 года по МПК E21B21/06 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к технике бурения нефтегазовых разработок, а именно, к устройству, используемому для динамического формирования фильтрационной корки из буровых растворов, в частности, к устройству для получения фильтрационных корок путем моделирования высокопроницаемого пласта с переменными термобарическими параметрами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

С увеличением глубины скважин повышается температура пласта и пластовое давление, а также усложняются пластовые условия, например, в перемежающихся в пластах песчаника и доломита в участках аргиллитов, представляющих состояние окна «нулевого» давления в пласте, кроме того, в скважине существуют различные сложные ситуации, такие как утечка и переполнение, или большое количество чередующихся слоев, встречающихся в песчанике, сланце, аргиллите и т.п., так что аномальное наличие пластового давления приводит к увеличению рисков для безопасности бурения и влияет на выполнение буровых работ.

Перепад давлений является важным фактором, влияющим на образование фильтрационной корки в буровых конструкциях, например, свободная вода в буровых растворах просачивается в пласт за счет перепада давления жидкости, в результате чего частицы твердой фазы и некоторые вещества, способные снижать фильтрацию в буровых растворах, скапливаются на поверхности породы и образуют фильтровальную корку, которая затем формируется из буровых растворов, чтобы существенно уменьшить взаимное проникновение буровых растворов и пластовой жидкости и обеспечить бесперебойное выполнение бурения, но это может также изменяют свойства пласта в прискважинной зоне, влияя на последующее цементирование скважины и добычу. Толщина фильтрационной корки является одним из важнейших эксплуатационных параметров, влияющих на качество цементирования двух границ цементирования скважин, например, низкая прочность самой фильтрационной корки и большое количество инертных частиц и добавок для буровых растворов приводит к некачественному цементированию между пластом и цементным камнем, сильно влияя на качество цементирования скважин.

Несмотря на большое количество исследований технологии бурения высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами и влияния фильтрационных корок на цементирование двух границ скважин, исследования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами пластов, влияющими на формирование фильтрационной корки бурового раствора и ее характеристики, пока находятся на начальной стадии. Для обеспечения бесперебойного проведения буровых работ и работ по цементированию скважин в условиях высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами необходимо устройство для получения фильтрационных корок путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами, что имеет большое значение для оптимизации структуры систем бурового раствора, повышения качества цементирования скважин и сохранения емкости пласта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на создание устройства для получения фильтрационных корок путем моделирования высокопроницаемого пласта с переменными термобарическими параметрами, которое основано на надежном принципе и обоснованной структурной схеме и обладает возможностью получения фильтрационной корки бурового раствора в различных условиях эксплуатации среды с различной проницаемостью, температурой и давлением, что способствует оптимизации параметров бурового раствора и обеспечению надежной гарантии для бесперебойного выполнения операций цементирования скважины и последующей добычи, поэтому оно имеет широкие перспективы применения.

Для достижения указанной технической цели настоящее изобретение обеспечивает следующие технические решения.

Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами содержит верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру, нижнюю работающую под давлением герметизированную камеру, работающую под давлением изолирующую плиту, полое уплотнительное кольцо, создающее подпор/декомпрессию устройство и нагревательное устройство.

Верхняя и нижняя работающие под давлением герметизированные камеры имеют цилиндрическую конструкцию с вогнутыми канавками и нагревательную оболочку, охватывающую снаружи обе камеры, которые нагреваются до рабочей температуры с помощью нагревательного устройства для моделирования высокотемпературного режима в скважине.

Работающая под давлением изолирующая плита соединяет верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру с нижней работающей под давлением герметизированной камерой, образуя два независимых герметичных пространства сверху донизу, которые могут моделировать условия давления высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами в скважине с помощью устройства, создающего подпор/декомпрессию.

Устройство, создающее подпор/декомпрессию подает определенное количество газообразного азота в верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру, нижнюю работающую под давлением герметизированную камеру и полое уплотнительное кольцо через вентиляционное отверстие и с помощью газового клапана, который используется для регулирования давления.

В настоящем изобретении использован керн породы с высокой проницаемостью (D>500 мД) для моделирования высокопроницаемого пласта в скважине, добавлена фильтрационная корка бурового раствора в герметизированную камеру, выдерживающую более низкое давление, и смоделировано влияние пластового давления на формирование и работу фильтрационной корки бурового раствора путем регулирования рабочего давления. Когда давление в ресивере верхнего пласта меньше, чем давление в ресивере нижнего пласта, свободная вода в фильтрационной корке бурового раствора впитывается в керн породы, а затем направляется вверх в ресивер верхнего пласта посредством просачивания, ускоряя образование фильтрационной корки бурового раствора. Когда давление в ресивере верхнего слоя больше, чем давление в ресивере нижнего слоя, раствор в верхнем слое поступает в нижний слой, препятствуя образованию фильтрационной корки и обеспечивая регулирование толщины фильтрационной корки.

По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие преимущества.

(1) Имеется возможность точного моделирования условий высокой температуры и переменного давления в пласте, которые достигают максимальной экспериментальной температуры до 150 °C и максимального экспериментального давления до 40 МПа.

(2) Установив рабочее давление верхней и нижней герметизированных камер, работающих под давлением, и полого уплотнительного кольца, можно моделировать пласт при переменном давлении и регулировать формирование и толщину фильтрационной корки бурового раствора.

Настоящее изобретение может быть использовано для изучения влияния давления на формирование и характеристики фильтрационной корки бурового раствора в условиях высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами, получения соответствующих исходных данных для оптимизации расчета параметров бурового раствора и обеспечения надежной гарантии бесперебойного выполнения операций цементирования скважин и последующих работ по добыче.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для получения фильтрационных корок путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами.

На фиг. 2 приведен поперечный разрез верхней работающей под давлением герметизированной камеры.

На фиг. 3 приведен поперечный разрез работающей под давлением изолирующей плиты.

Условные обозначения: 1 – верхняя работающая под давлением герметизированная камера; 2 – нижняя работающая под давлением герметизированная камера; 3 – работающая под давлением изолирующая плита; 4 – полое уплотнительное кольцо; 5 – нагревательная оболочка; 6 – первый регулирующий давление насос; 7 – второй регулирующий давление насос; 8 – поддерживающий давление герметизации насос; 9, 10, 11 – клапан высокого давления; 12 – уплотнительный болт; 13 – работающая под давлением заглушка уплотнительного кольца; 14 – регулятор температуры; 15 – керн породы; 16, 17, 18 – вентиляционное отверстие.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее описано настоящее изобретение на основе следующих чертежей, что дает возможность специалисту в данной области техники понять настоящее изобретение. Однако очевидно, что настоящее изобретение не ограничено объемом конкретных вариантов его осуществления, и любое изменение, сделанное специалистом в данной области техники в рамках сущности и объема настоящего изобретения, определенного и определяемого прилагаемой формулой изобретения, подпадает под действие патентной защиты.

Как показано на фиг. 1, 2 и 3.

Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами содержит верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру 1, нижнюю работающую под давлением герметизированную камеру 2, работающую под давлением изолирующую плиту 3, полое уплотнительное кольцо 4, нагревательную оболочку 5, первый регулирующий давление насос 6, второй регулирующий давление насос 7, поддерживающий давление герметизации насос 8, уплотнительный болт 12, работающую под давлением заглушку 13 уплотнительного кольца и регулятор 14 температуры.

Верхняя работающая под давлением герметизированная камера 1 и нижняя работающая под давлением герметизированная камера 2 имеют цилиндрическую форму с вогнутыми канавками, а работающая под давлением изолирующая плита 3 соединяет верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру 1 с нижней работающей под давлением герметизированной камерой 2, образуя сверху донизу два независимых герметичных пространства. Верхняя работающая под давлением герметизированная камера 1 и нижняя работающая под давлением герметизированная камера 2 снабжены вентиляционными отверстиями 16 и 18, соответственно, которые соединены с первым регулирующим давление насосом 6 и вторым регулирующим давление насосом 7 посредством клапанов 9 и 11 высокого давления, соответственно. Керн 15 породы расположен в центре нижней работающей под давлением герметизированной камеры 2, и проходит через работающую под давлением изолирующую плиту 3 в верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру 1, а полое уплотнительное кольцо 4 расположено между керном 15 породы и работающей под давлением изолирующей плитой 3. Работающая под давлением изолирующая плита 3 выполнена из двух полукольцевых плит, и два ее конца представляют собой вентиляционное отверстие 17, соединенное с полым уплотнительным кольцом 4 и работающей под давлением заглушкой 13 уплотнительного кольца, соответственно; вентиляционное отверстие 17 соединено с поддерживающим давление герметизации насосом 8 посредством клапана 10 высокого давления. Верхняя работающая под давлением герметизированная камера 1, работающая под давлением изолирующая плита 3 и нижняя работающая под давлением герметизированная камера 2 скреплены между собой посредством уплотнительного болта 12, а их боковую стенку охватывает нагревательная оболочка 5, соединенная с регулятором 14 температуры.

Работающая под давлением изолирующая плита 3 соединяет верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру 1 с нижней работающей под давлением герметизированной камерой 2, образуя снизу доверху два независимых герметичных пространства, и давление в двух герметичных пространствах регулируется с помощью первого регулирующего давление насоса 6 и второго регулирующего давление насоса 7, соответственно, чтобы моделировать пласт с переменным давлением в скважине.

Две полукольцевые плиты, используемые для фиксации керна породы и имеющие полое уплотнительное кольцо 4 по краю их внутренних колец, соединены вместе, образуя работающую под давлением изолирующую плиту 3, а внутреннее давление полого уплотнительного кольца регулируется посредством поддерживающего давление герметизации насоса 8, чтобы сбалансировать перепад давления между двумя герметичными пространствами.

Нагревательная оболочка 5 охватывает стороны верхней работающей под давлением герметизированной камеры 1 и нижней работающей под давлением герметизированной камеры 2, а температура нагревательной оболочки 5 регулируется и контролируется с помощью регулятора температуры для моделирования высокотемпературной среды в скважине.

Керн породы представляет собой высокопроницаемый керн породы, используемый для моделирования высокопроницаемого пласта в скважине.

Нижняя работающая под давлением герметизированная камера 2 содержит буровой раствор, уровень жидкости которого находится ниже работающей под давлением изолирующей плиты 3, а рабочее давление регулируется посредством регулирующего давление насоса для моделирования влияния пластового давления на образование и характеристики фильтрационной корки бурового раствора.

Способ использования указанного устройства для моделирования получения фильтрационной корки в условиях высокопроницаемого пласта с переменными термобарическими параметрами состоит в следующем.

(1) Установка одной полукольцевой работающей под давлением изолирующей плиты 3 на нижней работающей под давлением герметизированной камере 2, затем введение подготовленных буровых растворов в нижнюю работающую под давлением герметизированную камеру 2, и выравнивание керна 15 породы с полукольцевым зазором работающей под давлением изолирующей плиты 3, последующая установка другой полукольцевой работающей под давлением изолирующей плиты 3 на нижней работающей под давлением герметизированной камере 2, и крепление верхней работающей под давлением герметизированной камеры 1 на работающей под давлением изолирующей плите посредством уплотнительного болта 12 для формирования двух независимых герметичных пространств.

(2) Включение регулятора температуры для установки рабочей температуры в то время, когда внутренняя температура герметизированной камеры достигает заданной рабочей температуры, включение второго регулирующего давление насоса 7 для подачи газообразного азота в нижнюю работающую под давлением герметизированную камеру 2, до заданного рабочего давления N1 через клапан 11 высокого давления, затем включение поддерживающего давление герметизации насоса 8 для подачи газообразного азота в уплотнительное кольцо до заданного рабочего давления N2 (N1>N2) через клапан 10 высокого давления, последующее включение первого регулирующего давление насоса 6 для подачи газообразного азота в верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру 1 до заданного рабочего давления N3 (N2>N3) через клапан 9 высокого давления, что наконец обеспечивает возможность всасывания свободной воды из буровых растворов в керн 15 породы, перемещения в верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру через керн породы и дальнейшее нахождение в верхней работающей под давлением герметизированной камере под действием перепада давления, так что частицы твердой фазы в буровых растворах и добавки к буровым растворам скапливаются на цилиндрической поверхности керна породы и образуют фильтрационную корку определенной толщины.

(3) После завершения эксперимента выключение регулятора температуры, выключение первого регулирующего давление насоса 6, регулирующего давление насоса 7 и поддерживающего давление герметизации насоса 8, включение клапанов 9, 10 и 11 высокого давления, чтобы выпустить газообразный азот для снижения давления внутри герметизированной камеры, затем, после охлаждения устройства до комнатной температуры, отсоединение верхней работающей под давлением герметизированной камеры 1 и двух полукольцевых работающих под давлением изолирующих плит 3 соответственно, затем удаление керна 15 породы, прилипшего к фильтрационной корке бурового раствора, и выливание бурового раствора из нижней работающей под давлением герметизированной камеры 2.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к моделированию фильтрационной корки. Устройство содержит верхнюю и нижнюю, работающие под давлением герметизированные камеры, работающую под давлением изолирующую плиту, полое уплотнительное кольцо, нагревательную оболочку, первый регулирующий давление насос, второй регулирующий давление насос, поддерживающий давление герметизации насос, уплотнительный болт, работающую под давлением заглушку уплотнительного кольца и регулятор температуры. Верхняя и нижняя герметизированные камеры имеют цилиндрическую конструкцию. Изолирующая плита соединяет верхнюю камеру с нижней камерой, образуя сверху донизу два независимых герметичных пространства. Верхняя и нижняя камеры снабжены вентиляционными отверстиями, которые соединены с первым регулирующим давление насосом и вторым регулирующим давление насосом через клапаны высокого давления. Керн породы расположен в центре нижней камеры и проходит через изолирующую плиту в верхнюю камеру. Полое уплотнительное кольцо расположено между керном породы и изолирующей плитой. Две полукольцевые пластины, объединенные друг с другом, образуют работающую под давлением изолирующую плиту, два конца которой представляют собой вентиляционное отверстие, соединенное с полым уплотнительным кольцом и заглушкой уплотнительного кольца соответственно, и это вентиляционное отверстие соединено с поддерживающим давление герметизации насосом через клапан высокого давления. Верхняя камера, изолирующая плита и нижняя камера скреплены между собой с помощью уплотнительного болта как единое целое. Боковую стенку камер и изолирующей плиты которых охватывает нагревательная оболочка, соединенная с регулятором температуры. Обеспечивается надежное моделирование фильтрационной корки в различных условиях эксплуатации для оптимизации параметров бурового раствора и обеспечения надежной гарантии операций цементирования и добычи. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами, содержащее верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру (1), нижнюю работающую под давлением герметизированную камеру (2), работающую под давлением изолирующую плиту (3), полое уплотнительное кольцо (4), нагревательную оболочку (5), первый регулирующий давление насос (6), второй регулирующий давление насос (7), поддерживающий давление герметизации насос (8), уплотнительный болт (12), работающую под давлением заглушку (13) уплотнительного кольца и регулятор (14) температуры, при этом указанная верхняя работающая под давлением герметизированная камера (1) и указанная нижняя работающая под давлением герметизированная камера (2) имеют цилиндрическую конструкцию с вогнутыми канавками, при этом указанная работающая под давлением изолирующая плита (3) соединяет указанную верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру (1) с указанной нижней работающей под давлением герметизированной камерой (2), образуя сверху донизу два независимых герметичных пространства, причем указанная верхняя работающая под давлением герметизированная камера (1) и нижняя работающая под давлением герметизированная камера (2) снабжены вентиляционными отверстиями соответственно, которые соединены с первым регулирующим давление насосом (6) и вторым регулирующим давление насосом (7) через клапаны высокого давления соответственно, керн (15) породы расположен в центре нижней работающей под давлением герметизированной камеры (2) и проходит через указанную работающую под давлением изолирующую плиту (3) в указанную верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру (1) и указанное полое уплотнительное кольцо (4) расположено между керном (15) породы и указанной работающей под давлением изолирующей плитой (3), причем две полукольцевые пластины, объединенные друг с другом, образуют указанную работающую под давлением изолирующую плиту (3), два конца которой представляют собой вентиляционное отверстие, соединенное с указанным полым уплотнительным кольцом (4), и указанной работающей под давлением заглушкой (13) уплотнительного кольца соответственно, и это вентиляционное отверстие соединено с указанным поддерживающим давление герметизации насосом (8) через клапан высокого давления, при этом указанная верхняя работающая под давлением герметизированная камера (1), указанная работающая под давлением изолирующая плита (3) и указанная нижняя работающая под давлением герметизированная камера (2) скреплены между собой с помощью указанного уплотнительного болта (12) как единое целое, боковую стенку которых охватывает указанная нагревательная оболочка (5), соединенная с указанным регулятором (14) температуры.

2. Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами по п. 1, отличающееся тем, что указанная работающая под давлением изолирующая плита (3) соединяет указанную верхнюю работающую под давлением герметизированную камеру (1) с указанной нижней работающей под давлением герметизированной камерой (2), образуя два независимых герметичных пространства сверху донизу, а давление в двух герметичных пространствах регулируется указанным первым регулирующим давление насосом (6) и указанным вторым регулирующим давление насосом (7) соответственно, с тем, чтобы моделировать пласт с переменным давлением в скважине.

3. Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами по п. 1, отличающееся тем, что две полукольцевые пластины, используемые для закрепления керна породы и имеющие уплотнительное кольцо (4) по краю их внутренних колец, соединены вместе, образуя указанную работающую под давлением изолирующую плиту (3), а внутреннее давление указанного полого уплотнительного кольца (4) регулируется с помощью указанного поддерживающего давление насоса (8) таким образом, что балансируется перепад давлений между двумя герметичными пространствами.

4. Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами по п. 1, отличающееся тем, что указанная нагревательная оболочка (5) охватывает стороны указанной верхней работающей под давлением герметизированной камеры (1), и указанной нижней работающей под давлением герметизированной камеры (2), а температура указанной нагревательной оболочки (5) регулируется и контролируется посредством указанного регулятора (14) температуры для моделирования высокотемпературной среды в скважине.

5. Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами по п. 1, отличающееся тем, что керн породы представляет собой высокопроницаемый керн породы, используемый для моделирования высокопроницаемого пласта в скважине.

6. Устройство для получения фильтрационной корки путем моделирования высокопроницаемых пластов с переменными термобарическими параметрами по п. 1, отличающееся тем, что указанная нижняя работающая под давлением герметизированная камера (2) содержит буровые растворы, уровень жидкости которых находится ниже указанной работающей под давлением изолирующей плиты (3), а рабочее давление регулируется указанным регулирующим давление насосом (7) для моделирования влияния пластового давления на образование и характеристики фильтрационной корки бурового раствора.