Способы и системы обработки скважины - RU2594915C2

Чертежи

Описание

Информация о родственной заявке

По настоящей заявке США испрашиваются приоритет предварительной патентной заявки США № 61/451212, поданной 10 марта 2011, озаглавленной «Well Treatment Methods and Systems» (Способы и системы обработки скважины), которая включена в настоящее описание посредством ссылки.

Уровень техники

Варианты осуществления, описанные в настоящем описании, относятся в целом к способам и системам обработки скважины.

Применяют различные известные способы в нефтегазовой промышленности для обработки скважин, простирающихся в подземные пласты. Способы обработки нефтегазовых скважин включают освоение скважины, интенсификацию добычи нефти, регулирование водоотдачи и регулирование поступления воды. Гели содержат один из различных материалов, используемых в технологии для осуществления данных способов обработки.

Интенсификация гидроразрыва пласта может быть применена для увеличения добычи углеводородов из скважин, например в низкосортных залежах. Известные правила техники эксплуатации включают формирование ствола скважины в подземном пласте и вставку обсадной трубы в ствол скважины. Перфорации в сечениях обсадной трубы позволяют жидкости для гидроразрыва пласта при высоком давлении инициировать и затем распространять трещину в пласте во время каждой стадии гидроразрыва пласта, в то время как проппант переносит запасы жидкости для гидроразрыва пласта в трещины. Загуститель, такой как гель, может помочь суспендирующему проппанту перенести жидкость для гидроразрыва пласта, чтобы уменьшить осадок, прежде чем проппант потечет в трещины. Гель может предоставить другие преимущества.

Известные полимеры для получения геля, используемого в жидкостях для гидроразрыва пласта или другом способе обработки, включают природные полимеры, такие как гуаровая камедь, ксантановая камедь и гидроксиэтилцеллюлоза (HEC), а также химически модифицированные производные гуаровой камеди, включающие гидроксипропилгуар (HPG), карбоксиметилгидроксипропилгуар (CMHPG) и карбоксиметилгуар (CMG). Природные полимеры, применяемые для обработки скважин, часто получают в виде твердых веществ, например порошков или хлопьев. Твердый полимер растворяют в растворителе путем подачи геля. В случае водорастворимых полимеров растворение твердого вещества может включать гидратацию в воде в качестве растворителя. Полимер может быть смешан с жидкостью-носителем в соотношении полимера к жидкости-носителю для достижения желаемых свойств геля. Жидкость-носитель часто представляет собой жидкость на водной основе, хотя известны другие жидкости.

Значительное количество энергии и времени может быть задействовано в известных способах обработки скважин для растворения полимеров в получении гелей. Соответственно, дополнительное улучшение в способах и системах обработки скважины может принести пользу.

Сущность изобретения

Способ обработки скважины включает перемещение растворителя от первого источника жидкости к первому насосу, перемещение смачивающей жидкости от второго источника жидкости ко второму насосу, независимого от первого насоса, и подачу насосом смачивающей жидкости через смеситель полимера, используя второй насос. Полимер подается из устройства подачи (фидера) полимера в смеситель полимера и в нем объединяется со смачивающей жидкостью для получения суспензии, содержащей нерастворимый полимер. Способ включает объединение суспензии с растворителем выше по потоку от первого насоса и, используя первый насос, подачу насосом суспензии, объединенной с растворителем, в резервуар для геля. Полимер растворяется с получением геля, и гель применяется в способе обработки скважины.

Другой способ обработки скважины включает перемещение растворителя от первого источника жидкости к первому насосу и перемещение смачивающей жидкости от второго источника жидкости ко второму насосу, независимого от первого насоса, и подачу насосом смачивающей жидкости через смеситель полимера, используя второй насос. Полимер подается из устройства подачи (фидера) полимера в смеситель полимера и в нем объединяется со смачивающей жидкостью для получения суспензии, содержащей нерастворимый полимер. Способ включает увеличение времени растворения полимера путем подачи буферного агента в смачивающую жидкость перед объединением смачивающей жидкости и полимера, объединение суспензии с растворителем и, используя первый насос, подачу насосом суспензии, объединенной с растворителем, в резервуар для геля. Полимер растворяется с получением геля, и гель применяется в способе обработки скважины.

Система обработки скважины включает подсистему смешения полимера, содержащую первый насос, линию подачи к первому насосу, нагнетательную линию от первого насоса и закольцованную цепь смешения. Закольцованная цепь смешения включает второй насос, независимый от первого насоса, впускную линию закольцованной цепи смешения ко второму насосу от линии подачи первого насоса и выпускную линию закольцованной цепи смешения от второго насоса назад к линии подачи первого насоса, выпускную линию закольцованной цепи смешения, включающей смеситель полимера. Система включает устройство подачи (фидер) полимера, выполненное с возможностью подачи полимера в смеситель полимера, расходомер на нагнетательной линии первого насоса или на линии подачи первого насоса между выпускной линией закольцованной цепи смешения и первым насосом и устройство управления технологическим процессом с возможностью управления, связывающим скорость подачи полимера, обеспечиваемую устройством подачи (фидер) полимера, со скоростью потока, определяемой расходомером.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема технологического процесса части системы обработки скважины согласно варианту осуществления.

На фиг.2 представлена схема технологического процесса части системы обработки скважины согласно другому варианту осуществления.

Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, были показаны конкретные варианты осуществления на чертежах в качестве примера, которые будут подробно описаны в настоящем описании. Однако следует понимать, что изобретение не предназначено для ограничения особенными раскрытыми формами. Скорее изобретение включает все модификации, эквиваленты и альтернативы, охватываемые прилагаемой формулой изобретения.

Подробное описание изобретения

Чтобы снизить расход энергии и используемое время для получения жидкого полимера из твердого полимера в способе обработки скважины, твердый полимер может быть диспергирован в растворителе при концентрации, достаточной только для получения поддающейся перекачиванию насосом суспензии, содержащей растворитель и нерастворенный полимер. Даже если объем растворителя будет недостаточным для растворения полимера, объем может быть выбран в зависимости от свойств полимера, достаточного для диспергирования полимера в растворителе. После этого, растворение может происходить в полном количестве растворителя, требуемого для растворения до концентрации, которая будет применена или сохранена в концентрированной форме для последующего разбавления.

В таком многостадийном способе, твердый полимер может быстро диспергироваться в растворителе, чтобы избежать агломерации полимерных частиц (например, «рыбьи глаза»), наряду со снижением расхода энергии и размера технологического оборудования по сравнению с известными способами. Начальная дисперсия и последующее разбавление могут происходить настолько быстро, что суспензия и впоследствии объединенные суспензия и растворитель проявляют приблизительно те же самые физические свойства, как один растворитель. Свойства суспензии в значительной степени независимы от полимера, который только начинает растворяться (или гидрата, в случае когда вода является растворителем).

Согласно варианту осуществления, способ обработки скважины включает перемещение растворителя от первого источника жидкости к первому насосу и перемещение смачивающей жидкости от второго источника жидкости ко второму насосу независимого от первого насоса. Способ включает подачу насосом смачивающей жидкости через смеситель полимера, используя второй насос. Полимер подается от устройства подачи (фидера) полимера к смесителю полимера и там объединяется со смачивающей жидкостью для получения суспензии, содержащей нерастворимый полимер. Способ включает объединение суспензии с растворителем выше по потоку от первого насоса и, используя первый насос, подачу насосом суспензии, объединенной с растворителем, в резервуар для геля. Полимер растворяется с получением геля, и гель применяется в способе обработки скважины.

В качестве примера первый источник жидкости и второй источник жидкости могут быть одним и тем же источником жидкости или, наоборот, могут быть различными. В любом случае, источник(и) жидкости может(ут) включать резервуар для воды. Соответственно, растворитель может включать воду, так что растворение полимера включает гидратацию полимера. Можно допустить, что смачивающая жидкость может быть углеводородом, таким как минеральное масло или дизельное топливо, с образованием суспензии. Углеводородная смачивающая жидкость может быть использована, когда растворителем, используемым для растворения полимера, является вода или когда растворителем является спирт или углеводород. Полимер может включать твердое вещество, такое как порошок или хлопья, хотя можно допустить, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть полезны при разбавлении жидких полимеров до желаемых концентраций. Возможные полимеры включают гуар, производные гуара, ксантан, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилгуар (HPG), карбоксиметилгидроксипропилгуар (CMHPG), карбоксиметилгуар (CMG) и их комбинации.

Способ может дополнительно включать определение скорости потока суспензии, объединенной с растворителем, затем регулирование скорости подачи полимера на основе скорости потока или регулирование скорости потока на основе скорости подачи полимера. То есть в одной схеме управления выбирают скорость потока для суспензии, объединенной с растворителем, и затем регулируют скорость подачи полимера для обеспечения желаемой концентрации полимера в суспензии, объединенной с растворителем. В другой схеме управления, скорость подачи полимера подбирают с желаемой скоростью загрузки полимера в скважину и затем регулируют скорость потока суспензии, объединенной с растворителем, для предоставления желаемой концентрации полимера. Полимер и смачивающая жидкость могут быть предоставлены в соответствующих количествах, которые недостаточны для получения материала, поддающегося перекачиванию насосом, если количество полимера и количество смачивающей жидкости дали возможность завершить сольватацию. Если, конечно, предоставляется столько же смачивающей жидкости как для сольватации с полимером, в таком случае комбинация не будет подвергаться перекачиванию насосом. Полимер, объединенный со смачивающей жидкостью, затем разбавляют растворителем.

В другом варианте осуществления способ обработки скважины включает перемещение растворителя от первого источника жидкости к первому насосу и перемещение смачивающей жидкости от второго источника жидкости ко второму насосу, независимого от первого насоса. Способ включает подачу насосом смачивающей жидкости через смеситель полимера, используя второй насос. Полимер подается из устройства подачи (фидера) полимера в смеситель полимера и в нем объединяется со смачивающей жидкостью для получения суспензии, содержащей нерастворимый полимер. Способ включает увеличение времени растворения полимера путем подачи буферного агента в смачивающую жидкость перед объединением смачивающей жидкости и полимера. Суспензия и растворитель объединяются и, используя первый насос, подаются насосом в резервуар для геля. Полимер растворяется с получением геля, и гель используется в способе обработки скважины. В качестве примера способ может дополнительно включать уменьшение времени растворения полимера путем подачи буферного агента в суспензию, объединенную с растворителем.

Несмотря на то что высокая скорость объединения полимера и смачивающей жидкости с последующим дополнительным объединением суспензии с растворителем может быть достаточным для обеспечения достаточной дисперсии, интервал технологического процесса может быть увеличен по продолжительности путем использования буферного агента. Были применены известные буферные агенты для водных систем, чтобы замедлить гидратацию полимеров увеличением рН до 9 или выше. Соответственно, добавление буферного агента в смачивающую жидкость перед объединением смачивающей жидкости и полимера может увеличить интервал технологического процесса, в течение которого полимер и смачивающая жидкость могут быть объединены в смесителе полимера и впоследствии объединены с растворителем, свойства суспензии перехода будут значительно различаться от свойств одного растворителя.

Как правило, известные способы ориентированы на ускорение гидратации, чтобы уменьшить время выдерживания гидратирующего геля и для предоставления большей оперативности технологического процесса. Таким образом, может быть нелогичным замедлять гидратацию намеренно. Если буферный агент применяется для замедления гидратации во время дисперсии или даже если это не так, то другой буферный агент может быть впоследствии применен для ускорения гидратации снижением рН до 7 или менее. Такое последующее применение буферного агента для уменьшения времени растворения после использования буферного агента для увеличения времени растворения может противодействовать недостатку уменьшения времени растворения, пока все еще увеличивается продолжительность технологического процесса объединения полимера и смачивающей жидкости. Таким образом, вероятность формирования агломератов может быть снижена.

В дополнительном варианте осуществления способ обработки скважины включает применение всасывающего насоса, подачу насосом гидратирующей жидкости от источника жидкости по всасывающей линии к всасывающему насосу и из всасывающего насоса по нагнетательной линии в резервуар для геля. Используя подкачивающий насос, независимый от всасывающего насоса, часть жидкости от всасывающей линии всасывающего насоса подается насосом в качестве смачивающей жидкости по впускной линии закольцованной цепи смешения к подкачивающему насосу и от подкачивающего насоса по выпускной линии закольцованной цепи смешения назад к всасывающей линии всасывающего насоса.

Способ включает подачу полимера из устройства подачи (фидера) полимера в смеситель полимера по впускной линии закольцованной цепи смешения и смешение в нем смачивающей жидкости и полимера с получением суспензии, содержащей негидратированный полимер. Суспензия течет по выпускной линии закольцованной цепи смешения в гидратирующую жидкость по всасывающей линии во всасывающий насос, и, используя всасывающий насос, суспензия, объединенная с растворителем, и гидратирующая жидкость подаются насосом в резервуар для геля. Способ включает использование расходомера на нагнетательной линии всасывающего насоса или на всасывающей линии всасывающего насоса между выпускной линией закольцованной цепи смешения и всасывающим насосом и определение скорости потока суспензии, объединенной с гидратирующей жидкостью. Устройство управления технологическим процессом, выполненное с возможностью связывания с устройством подачи (фидером) полимера и всасывающим насосом, применяется для регулирования скорости подачи полимера на основе скорости потока или для регулирования скорости потока на основе скорости подачи полимера. Полимер гидратируется с получением геля, и гель применяется в способе обработки скважины.

В качестве примера, расходомер может быть выбран на нагнетательной линии всасывающего насоса. Хотя могут быть использованы различные расходомеры, магнитные или другие расходомеры, которые не вызывают значительного падения давления, могут быть использованы либо на всасывающей стороне, либо на нагнетательной стороне всасывающего насоса. Однако турбина или измерительная диафрагма расходомера обычно применяется на нагнетательной стороне всасывающего насоса из-за вызванного падения давления. Полимер и смачивающая жидкость могут быть предусмотрены в соответствующих количествах, которых недостаточно для гидратации полимера полностью, если указанное количество полимера и указанное количество смачивающей жидкости дали возможность завершить гидратацию.

На фиг.1 показана схема технологического потока системы обработки скважины 10, включающей резервуар для воды 12, резервуар для геля 28 и подсистему смешения полимера, содержащую другие компоненты. Подсистема смешения полимера включает всасывающий насос 24, всасывающую линию к всасывающему насосу 24, соединенную с резервуаром для воды 12, и нагнетательную линию от всасывающего насоса 24, соединенную с резервуаром для геля 28. Подсистема смешения полимера также включает закольцованную цепь смешения. Закольцованная цепь смешения по очереди включает подкачивающий насос 16, впускную линию закольцованной цепи смешения к подкачивающему насосу 16 от всасывающей линии всасывающего насоса и выпускную линию закольцованной цепи смешения от подкачивающего насоса 16 назад к всасывающей линии всасывающего насоса. Выпускная линия закольцованной цепи смешения включает смеситель полимера 20. Устройство подачи (фидер) полимера 18 подсистемы смешения полимера выполнено с возможностью подачи полимера к смесителю полимера 20. Подсистема смешения полимера дополнительно включает расходомер 26 на нагнетательной линии всасывающего насоса и устройство управления технологическим процессом (не показано), выполненное с возможностью связывания скорости подачи полимера, обеспечиваемой устройством подачи (фидером) полимера 18, и скоростью потока, определяемой расходомером 26.

Как может быть оценено из описания настоящего изобретения, система обработки скважины 10 может быть применена для эффективного производства геля путем гидратации полимера с водой из резервуара с водой 12. Система обработки скважины 10 может также быть пригодна для применения с другими растворителями. Подсистема смешения полимера включает изолирующий клапан 14 и изолирующий клапан 22, чтобы изолировать закольцованную цепь смешения для технологического или другого обслуживания. Варианты осуществления способа обработки скважины, описанного в настоящем описании, могут быть выполнены в системе обработки скважины 10. По этой причине, подсистема смешения полимера системы обработки скважины 10 дополнительно включает буферное дополнительное отверстие 30, применяемое для увеличения рН, и буферное дополнительное отверстие 32, применяемое для уменьшения рН. Буферные дополнительные отверстия 30/32, таким образом, предоставляют некоторый контроль над скоростью гидратации полимера в системе обработки скважины 10.

На фиг.2 представлена схема технологического потока системы обработки скважины 40. Все компоненты системы обработки скважины 10, показанные на фиг.1, также включены в систему обработки скважины 40. Однако расположение всасывающего насоса 24 и расходомера 26 изменяется так, чтобы быть выше по потоку от впускной линии закольцованной цепи смешения к подкачивающему насосу 16. С таким изменением предусмотрен клапан обратного давления 42, чтобы получить стабильный поток при низких скоростях потока. В патентной заявке США № 2008/0264641, опубликованной 30 октября 2008, описана подобная схема технологического процесса на фиг.5. В противоположность этому, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения описано объединение смачивающей жидкости/полимерной суспензии с растворителем выше по потоку от первого насоса, такого как всасывающий насос 24. Такой отличительный признак способа не выполняется в системе обработки скважины 40 на фиг.2, поскольку впускная и выпускная линии закольцованной цепи смешения находятся ниже по потоку от всасывающего насоса 24. Однако другие варианты осуществления, описанные в настоящем описании, могут быть выполнены в системе обработки скважины 40. Например, способ увеличения времени растворения полимера путем подачи буферного агента в смачивающую жидкость может быть выполнен в системе обработки скважины 40.

При эксплуатации системы обработки скважины 10, подкачивающий насос 16 может работать при фиксированной скорости (обороты в минуту (об/мин)). Смеситель полимера 20 представляет собой постоянное сопротивление в закольцованной цепи смешения, поэтому закольцованная цепь смешения может работать при фиксированной скорости потока смачивающей жидкости и давлении, как предусмотрено подкачивающим насосом 16. Всасывающий насос 24 может работать с переменной скоростью (обороты в минуту), чтобы регулировать скорость потока в резервуар для геля 28, как определено расходомером 26. Скорость течения полимера, предусмотренная устройством подачи (фидером) полимера 18, затем регулируется на основе скорости потока суспензии и воды через расходомер 26. При постоянной скорости потока смачивающей жидкости и переменной скорости потока полимера концентрация полимера в суспензии изменяется, но обеспечивает желаемую концентрацию после объединения с управляемым скоростью потоком гидратирующей жидкости (воды). Резервуар для геля 28 может обеспечить подходящее время пребывания для достижения полной гидратации и желаемой вязкости для геля, чтобы функционировать в качестве загустителя в способах обработки скважин.

В смесителе полимера 20 могут быть использованы известные устройства смешивания, например устройство с поворотным усилием сдвига, эдуктор с высоким усилием сдвига или открытый сосуд с головкой большого усилия сдвига. Соответствующие примеры включают FLASHMIX FMX, доступный от Silverson, Чешам, Великобритания, AZ MIXING EDUCTOR, доступный от Compatible Components Corporation в Хьюстоне, Техас, и High Speed Disperser, доступный от Charles Ross & Son Company в Хопподже, Нью-Йорк.

При эксплуатации системы обработки скважины 40 существуют некоторые различия по сравнению с эксплуатацией системы обработки скважины 10. Например, преимущество стабильности способа при пониженной изменчивости суспензии может быть получено при эксплуатации смесителя полимера 20 при фиксированном давлении. Система обработки скважины 10 дает возможность смесителю полимера 20 работать при фиксированном давлении в более трудоемкой схеме управления технологическим процессом, чем может быть представлено в системе обработки скважины 40. В системе 40 рабочая скорость (об/мин) подкачивающего насоса 16 может быть изменена для приспособления колебаний давления в нагнетательной линии всасывающего насоса 24, от которого подкачивающий насос 16 перемещает его подачу. Однако в системе 10 давление во всасывающей линии всасывающего насоса 24 изменяется значительно меньше, если вообще изменяется, даже когда рабочая скорость (об/мин) изменяется соответственным образом до желаемых скоростей потока. Поскольку подкачивающий насос 16 перемещает его подачу от всасывающей линии в системе обработки скважины 10, управление подкачивающим насосом 16 может быть упрощено по существу до, например, подкачивающего насоса 16, который работает при фиксированной скорости для предоставления постоянного давления в смесителе полимера 20.

В дополнительном варианте осуществления система обработки скважины включает подсистему смешения полимера. Подсистема включает первый насос, линию подачи к первому насосу и нагнетательную линию от первого насоса. Закольцованная цепь смешения включает второй насос, независимый от первого насоса, впускную линию закольцованной цепи смешения ко второму насосу от линии подачи первого насоса и выпускную линию закольцованной цепи смешения от второго насоса назад к линии подачи первого насоса. Выпускная линия закольцованной цепи смешения включает смеситель полимера. Подсистема включает устройство подачи (фидер) полимера, выполненное с возможностью подачи полимера к смесителю полимера, и расходомер на нагнетательной линии первого насоса или на линии подачи первого насоса между выпускной линией закольцованной цепи смешения и первым насосом. Устройство управления технологическим процессом выполнено с возможностью связывания со скоростью подачи полимера, обеспечиваемой устройством подачи полимера, и скоростью потока, определяемой расходомером.

В качестве примера, система обработки скважины может включать источник жидкости, соединенный с линией подачи подсистемы смешения полимера, и резервуар для геля, соединенный с нагнетательной линией подсистемы смешения полимера. Следовательно, полимерная подсистема смешения полимера может быть установлена на портативной платформе, такой как рельс, легко перемещаемой и перемещаемой после соединения с резервуаром для воды и резервуаром для геля.

Хотя были показаны и описаны различные варианты осуществления, настоящее изобретение этим не ограничивается, и следует понимать, что оно включает все такие модификации и вариации, которые будут очевидны специалистам в данной области.

Список позиций на фиг.1 и 2

10 подсистема смешения полимера

12 резервуар для воды

14 изолирующий клапан

16 подкачивающий насос

18 устройство подачи (фидер) полимера

20 смеситель полимера

22 изолирующий клапан

24 всасывающий насос

26 расходомер

28 резервуар для геля

30 буферное дополнительное отверстие

32 буферное дополнительное отверстие

40 подсистема смешения полимера

42 клапан обратного давления

Реферат

Изобретение относится к способам и системам обработки скважин. Способ обработки скважины, включающий перемещение растворителя от первого источника жидкости к первому насосу, перемещение смачивающей жидкости от второго источника жидкости ко второму насосу, подачу смачивающей жидкости через смеситель полимера, используя второй насос, подачу полимера из устройства подачи полимера в смеситель полимера и объединение в нем смачивающей жидкости и полимера с получением суспензии, содержащей нерастворенный полимер, объединение суспензии с растворителем выше по потоку от входа в первый насос и, используя первый насос, подачу суспензии, объединенной с растворителем, в резервуар для геля, растворение полимера с получением геля и применение геля в обработке скважины. Способ обработки скважины, включающий перемещение растворителя от первого источника жидкости к первому насосу, перемещение смачивающей жидкости от второго источника жидкости ко второму насосу, подачу смачивающей жидкости через смеситель полимера, используя второй насос, подачу полимера из устройства подачи полимера в смеситель полимера и объединение в нем смачивающей жидкости и полимера с получением суспензии, содержащей нерастворенный полимер, увеличение времени растворения полимера подачей буферного агента в смачивающую жидкость до объединения смачивающей жидкости и полимера, объединение суспензии с растворителем, используя первый насос, подачу суспензии, объединенной с растворителем, в резервуар для геля, растворение полимера с получением геля и применение геля в обработке скважины. Способ обработки скважины, включающий: используя всасывающий насос,

Формула