Устройство и способ обработки и гравийной набивки большого пласта формации - RU2166617C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к обработке подземного пласта и, в частности, к устройству и способу обработки (например, укрепления, окисления и т.д.) большого пласта формации в одной операции, в которой обрабатывающая жидкость может нагнетаться непосредственно к различным горизонтам в пласте, в то же время блокируя поток обрабатывающей жидкости к другим горизонтам внутри пласта.

В производстве углеводородов или тому подобного из скважины обычным является обработка подземного пласта/пластов для улучшения продуктивности и/или продления срока службы скважины. Например, в заканчиваниях "скважин без обсадной трубы" обычно промывают буровую скважину, прилегающую к формации, обрабатывающей жидкостью (например, кислотой) для удаления фильтровальной лепешки, оставленной буровой жидкостью на стенке буровой скважины перед завершением производства. Также обычно "окисляют" большие производящие пласты, где пласт лежит внутри известковой или подобной горной породы, путем инжекции кислоты в формацию для растворения части карбонатного материала, тем самым увеличивая проницаемость и, следовательно, производство из горной породы.

Другие формации часто обрабатывают для предотвращения или уменьшения выноса песка вместе с производственной жидкостью. Как известно в данной области техники, из определенных рыхлых и/или разломленных формаций обычно выносятся сравнительно большие массы песка вместе с жидкостями формации, которые при отсутствии контроля могут серьезно влиять на экономичность скважины. Одна известная технология для управления выносом песка включает "укрепление" формации путем инжектирования укрепляющего вещества (например, термореактивной смолы) в нижнюю часть буровой скважины и в формацию. По мере проникновения смолы в формацию она обволакивает песчинки вокруг буровой скважины. Затем температура в формации вызывает затвердевание смолы, тем самым цементируя песчинки вместе в затвердевшую проницаемую массу, которые, в свою очередь, дают возможность протекания жидкости через нее, в то же время эффективно блокируя поток зернистого материала в буровую скважину.

Другая хорошо известная технология управления песком включает "гравийную набивку" буровой скважины, в которой в буровой скважине размещают экран рядом с продуктивным пластом и кольцевое пространство вокруг экрана заполняют гравием. Гравий эффективно блокирует поток песка через него, в то же время давая возможность жидкостям формации протекать через гравий и в экран, чтобы быть извлеченными к поверхности. Кроме того, часто желательно "промывать" буровую скважину кислотой или тому подобным перед или после размещения гравия для улучшения или стимулирования производства.

Недостатками при обработке скважин, таких, которые описаны выше, является то, что часто возникают проблемы при обработке больших или толстых пластов внутри буровой скважины (то есть пласта, который простирается вдоль значительной части буровой скважины) вследствие того, что нельзя быть уверенным, что обрабатывающая жидкость будет входить в контакт со всеми горизонтами формации на протяжении большого пласта. Как понятно специалистам в данной области техники, если определенные горизонты или области пласта остаются необработанными, общая эффективность обрабатывающей операции может значительно уменьшиться.

В определенных, известных в данной области техники способах необходимо индивидуально обрабатывать различные зоны внутри большого пласта. Это осуществляется путем установки пакеров в буровой скважине для изолирования первой зоны внутри пласта и затем нагнетания обрабатывающей жидкости только в этой зоне. После обработки первой зоны пакеры перемещают и изолируют другую зону, и эту процедуру повторяют, пока не будут обработаны все желаемые зоны внутри пласта. Конечно, эта установка и перестановка пакеров и обработка нескольких зон требуют значительного времени и являются дорогостоящими.

Были разработаны инструменты с чередующимися путями протекания, которые одновременно нагнетают жидкость к различным горизонтам на протяжении большого обрабатываемого пласта, например описанные в патентах США 4945991, 5113935, 5161613, 5161618. Инструменты с чередующимися путями протекания являются инструментами, которые включают, по крайней мере, одну шунтирующую трубу или трубопровод, который, в свою очередь, простирается через рассматриваемый пласт. Трубопровод имеет множество отверстий, пространственно разнесенных вдоль его длины, тем самым жидкость, которая поступает сверху или снизу трубопровода, может вытекать через отверстие на различном горизонте внутри пласта. Это дает возможность жидкости достигать различных горизонтов внутри пласта, даже если внутри кольцевого пространства скважины образуется песчаная перемычка или другое препятствие для потока перед завершением обрабатывающей операции. Задачей изобретения является создание устройства и способа обработки большого пласта формации, позволяющего увеличить продуктивность и срок службы скважины.

Предлагается способ и устройство для обработки большого пласта внутри буровой скважины, при котором обрабатывающую жидкость нагнетают к выбранным горизонтам пласта путем блокирования потока к определенным зонам, в то же время допуская проникновение потока к другим.

В частности, предлагается устройство, содержащее спусковую колонну, которая, в свою очередь, содержит трубопровод, имеющий на своем нижнем конце перфорированную секцию. Перфорированная секция выполнена с возможностью размещения рядом с большим пластом и по существу простирается через упомянутый большой пласт, который должен быть подвергнут обработке.

Перфорированная секция имеет множество отверстий, пространственно разнесенных вдоль ее длины, для нагнетания обрабатывающей жидкости от спусковой колонны к различным горизонтам внутри большого пласта. Каждое из отверстий имеет гнездо клапана внутри перфорированной секции, которое выполнено с возможностью приема клапанного средства (например, шарикового клапана) для блокирования потока через это отверстие при нахождении клапанного средства на гнезде клапана. Некоторые из отверстий в перфорированной секции могут быть больше других в секции, тем самым к выбранным горизонтам внутри пласта могут доставляться большие объемы обрабатывающей жидкости. Перфорированная секция может иметь диаметр, равный диаметру упомянутого трубопровода (то есть удлинения спусковой колонны), или диаметр перфорированной секции может быть меньше упомянутого трубопровода (то есть обрабатывающей трубы, простирающейся от дна трубопровода).

Гнезда клапанов для отверстий могут быть выполнены различными способами. Например, каждое гнездо клапана может быть выполнено путем прикрепления одного конца цилиндрического удлинения над выходом соответствующего отверстия и выполнения малого отверстия или канала через его другой конец. Каждое цилиндрическое удлинение выполнено с возможностью приема соответствующего клапанного средства, которое устанавливается и блокирует поток через малый канал. Некоторые из гнезд могут быть выполнены путем наклона продольной оси упомянутого цилиндрического удлинения понижающе относительно продольной оси трубопровода. Кроме того, гнездо клапана может быть сформировано путем расположения кольца внутри трубопровода и вокруг выхода упомянутого отверстия, причем кольцо выполнено с возможностью приема клапанного средства. На нижнем конце перфорированной секции может быть расположен клапанный улавливатель для сбора клапанных средств после завершения обрабатывающей операции.

В другом варианте осуществления предлагаемое устройство включается в заканчивания с гравийной набивкой. Сначала опускают экран скважины на спусковой колонне и размещают рядом с большим пластом и по существу протягивают через большой пласт, который должен быть обработан. Обрабатывающая труба располагается в кольцевом пространстве скважины вдоль края экрана и простирается по существу на всю длину пласта. Обрабатывающая труба также содержит перфорированный трубопровод, который открыт на своем верхнем конце и имеет множество отверстий, пространственно разнесенных вдоль его длины. Каждое из отверстий имеет гнездо клапана внутри трубопровода на своем входе, который выполнен с возможностью приема клапанного средства для уплотнения и блокирования потока через отверстие.

В процессе работы обрабатывающая жидкость течет в нижнюю часть буровой скважины через обрабатывающую трубу и наружу через отверстия в обрабатывающей трубе в различные горизонты внутри буровой скважины. В желаемых пластах клапанное средство (предпочтительно имеющее плотность, приблизительно равную плотности обрабатывающей жидкости) вводят на поверхности в поток обрабатывающей жидкости, тем самым клапанное средство переносится в нижнюю часть скважины обрабатывающей жидкостью. Каждое из клапанных средств будет входить в обрабатывающую трубу и гнездо в соответствующем отверстии для того, чтобы тем самым блокировать поток через него. Это дает возможность блокировать поток обрабатывающей жидкости через выбранные отверстия, в то же время давая возможность непрерывного потока через другие отверстия. Путем выбора размеров отверстий и/или выборочного освобождения клапанного средства большее или меньшее количество обрабатывающей жидкости нагнетается к выбранным горизонтам или зонам внутри большого пласта в зависимости от данного обрабатываемого пласта.

Действительная работа конструкции и очевидные преимущества настоящего изобретения поясняются с помощью чертежей, не обязательно в масштабе, на которых цифровые обозначения идентифицируют одинаковые части и на которых:
фиг. 1 изображает вертикальную проекцию, частично в разрезе, устройства обработки скважины согласно настоящему изобретению, имеющего обрабатывающую трубу для доставки обрабатывающей жидкости к различным горизонтам внутри буровой скважины с одновременным блокированием потока к другим горизонтам внутри пласта;
фиг. 2 изображает разрез нижней части обрабатывающей трубы, показанной на фиг. 1, иллюстрирующий гнезда шариковых клапанов в каждом из отверстий в трубе, причем в некоторых из гнезд установлены шариковые клапаны для блокирования через них потока, и
фиг. 3 изображает вертикальную проекцию, частично в разрезе, другого варианта осуществления настоящего изобретения, в котором реализуется способ обработки скважины вместе с заканчиванием с гравийной набивкой.

На фиг. 1 показан нижний конец продуктивной инжекционной скважины 10. Скважина 10 имеет буровую скважину 11, которая простирается от поверхности (не показана) через большой или толстый обрабатываемый пласт 12. Буровая скважина 11 обычно укрепляется обсадной трубой 13, которая, в свою очередь, цементируется (не показано на фиг. 1) на месте и имеет пространственно разнесенные отверстия 14, прилегающие к пласту 12, как должно быть понятно специалистам в данной области техники. Хотя настоящее изобретение описывается в отношении вертикальной укрепленной буровой скважины, очевидно, что настоящее изобретение также может быть использовано в заканчиваниях скважин без обсадной трубы и/или заканчиваниях с расширением буровой скважины, а также и в наклонных или горизонтальных буровых скважинах в случае необходимости.

Предлагаемое устройство обработки скважины 20 располагается в буровой скважине 11 и содержит спусковую колонну 21, которая приспособлена для ее перемещения вниз с поверхности в буровую скважину и через обрабатываемый пласт 12. Спусковая колонна 21 содержит трубопровод, имеющий перфорированную секцию, которая, в свою очередь, имеет множество пространственно разнесенных отверстий 15 вдоль своей длины, которые находятся рядом с обрабатываемым пластом 12. Спусковая колонна 21 может иметь одинаковый диаметр на протяжении всей своей длины (то есть просто быть удлинением спусковой колонны) или, как показано на фиг. 1, она может содержать обрабатывающую трубу или трубопровод 16 меньшего диаметра на нижнем конце, который простирается по существу через пласт 12. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, для изолирования секции скважины 11, которая находится рядом с пластом 12, устанавливаются пакеры 25, 26 или тому подобное.

В процессе работы обрабатывающая жидкость, например укрепляющее вещество - смола, силикат натрия или тому подобное или соляная кислота и т.д., течет в нижнюю часть спусковой колонны 21 под давлением и будет вытекать через отверстия 15 в изолированную секцию буровой скважины 11 вдоль пласта 12. Отверстия 15 могут быть любого требуемого размера или формы, но предпочтительно представляют собой малые круглые дырки (например, диаметром от 3,175 до 19,05 мм), тем самым каждое из отверстий образует сопло, которое, в свою очередь, направляет мощную струю обрабатывающей жидкости к стенке скважины без обсадной трубы или к отверстиям 14, если буровая скважина укреплена на различных горизонтах внутри пласта 12. Ограниченное количество обрабатывающей жидкости, которое может протекать через любое одно отверстие или сопло, обеспечивает хорошее распределение обрабатывающей жидкости вдоль обрабатываемого пласта значительной толщины. Как конструкция, так и работа устройства обработки скважины 20 по существу являются такими, как описано в патенте США 5161613, который включен в данное описание в качестве ссылки. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, обрабатывающая труба 16 устройства 20 будет доставлять обрабатывающую жидкость ко всем горизонтам внутри большого пласта 12, даже если образуется песчаная перемычка или другое препятствие (не показано) внутри кольцевого пространства скважины вокруг устройства перед завершением обрабатывающей операции, тем самым гарантируя, что все области пласта будут обработаны обрабатывающей жидкостью в процессе выполнения обрабатывающей операции.

Согласно настоящему изобретению входы по существу всех отверстий 15 внутри спусковой колонны 21 или обрабатывающей трубы 16 типа, описанного выше, выполнены с соответствующим внутренним гнездом клапана 30. Как показано на фиг. 2, гнезда 30 могут быть выполнены различными способами. Например, каждое отверстие 15 может быть выполнено в виде канала, проходящего через конец цилиндрического выступа или удлинения, которое, в свою очередь, герметично прикрепляется сваркой или тому подобным образом над соответствующим отверстием в стенке трубопровода 16. Размер удлинения выбирают для приема клапанного средства, например шарикового клапана 35 так, что, когда шариковый клапан входит в удлинение и устанавливается на входе соответствующего отверстия 15, дальнейший поток жидкости через него блокируется, как более подробно описано ниже. В некоторых случаях может быть предпочтительным наклонять вниз под углом продольную ось удлинения относительно продольной оси обрабатывающей трубы 16 (см. отверстие 30а на фиг. 2), чтобы тем самым облегчить установку шарикового клапана на соответствующее гнездо. Альтернативно гнезда 30 могут быть образованы путем выполнения кольцевого гнезда 30b (показано только одно) с внутренней стороны вокруг отверстия или канала 15b, тем самым взаимодействующий шариковый клапан устанавливается на кольце для блокирования потока через отверстие 15b.

Как в известных устройствах обрабатывающая жидкость (например, кислота) течет в нижнюю часть спусковой колонны 21 и из отверстий 15 в обрабатываемый пласт. Однако согласно настоящему изобретению в любое желаемое время в процессе выполнения обрабатывающей операции один или несколько отдельных шариковых клапанов 35 могут периодически вводиться на поверхности в поток обрабатывающей жидкости при ее втекании в скважину 10. Шарик (и) 35 переносятся вниз через спусковую колонну 21 и должны вноситься в соответствующее гнездо (а) клапана обрабатывающей жидкостью при ее выходе (то есть струй) через соответствующее отверстие 15. Как только шариковый клапан устанавливается, он блокирует дальнейший поток обрабатывающей жидкости через это отверстие. При блокировке отверстия 15 шариковым клапаном 35 вся обрабатывающая жидкость должна протекать через оставшиеся отблокированными отверстия 15 в трубопроводе 16, тем самым обеспечивается хорошее распределение жидкости по пласту 12 и концентрирование обрабатывающей жидкости там, где это больше всего необходимо. Кроме того, путем соответствующего выбора размера диаметров гнезд клапанов могут использоваться шариковые клапаны различных размеров для закрывания отверстия соответствующего размера, тем самым к выбранным горизонтам пласта 12 могут доставляться большие количества обрабатывающей жидкости или жидкость может доставляться в течение более длительных периодов времени к определенным горизонтам, чем к другим.

То есть диаметры определенных отверстий 15 в выбранных промежутках в любой точке вдоль трубопровода 16 могут быть значительно больше диаметров других отверстий 15, тем самым давая возможность протекания большего количества обрабатывающей жидкости через эти большие отверстия, чтобы тем самым доставить большие количества обрабатывающей жидкости, которые могут понадобиться для локализованной или выбранной зоны внутри обрабатываемого пласта 12. Затем путем введения шариковых клапанов 30 соответствующих размеров в поток обрабатывающей жидкости в соответствующий момент времени большие отверстия могут быть при желании заблокированы и тогда обрабатывающая жидкость может отводиться к другим зонам внутри обрабатываемого пласта. Когда все отверстия 15 имеют по существу одинаковый диаметр и используются шариковые клапаны 30 того же самого размера, обычно отверстия 15 должны блокироваться одно за другим, начиная с отверстий наверху обрабатывающей трубы и затем, двигаясь вниз, так как первый шарик должен быть перемещен на самое верхнее гнездо клапана при вхождении шариковых клапанов в обрабатываемую трубу.

Шариковые клапаны 30 могут выполняться из любого материала, который должен быть долговечным в обрабатывающей жидкости и который будет блокировать поток сразу после установки в отверстии 15. Предпочтительно шариковые клапаны 30 выполняются из материала, плотность которого по существу равна плотности обрабатывающей жидкости, в которую они должны вводиться. Это дает возможность шариковым клапанам находится скорее в подвешенном состоянии внутри обрабатывающей жидкости, чем в погруженном или плавающем на поверхности. Например, в кислоте, такой, как соляная кислота, может использоваться кислотостойкая пластмасса или каучукообразный при необходимости полый материал.

На нижнем конце трубопровода 16 может быть установлен улавливатель шариковых клапанов 36, служащий для "улавливания" шариковых клапанов 35 после завершения данной обрабатывающей операции. Как только давление на обрабатывающую жидкость ослабляется, жидкость из буровой скважины может втекать обратно в трубопровод, тем самым выталкивая шарики с их соответствующих гнезд, в результате чего шарики падают внутри трубопровода и улавливаются улавливателем 36. В таком случае это дает возможность собрать все шариковые клапаны из буровой скважины при удалении устройства 20.

На фиг. 3 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, когда оно используется в заканчивании скважины с гравийной набивкой. Экран скважины 50, имеющий на своем верхнем конце "крестовину" 51, прикрепляется к нижнему концу спусковой колонны 21а и опускается внутри буровой скважины 11а к участку, прилегающему к обрабатываемому пласту 12а, который, в свою очередь, изолируется пакером 25а или тому подобным. Экран 50 может быть любого типа, обычно используемого в заканчиваниях скважины с гравийной набивкой, но предпочтительно является экраном скважины с чередующимися путями протекания типа, описанного в патенте США 4945991 и 5113935, оба из которых включены в данное описание в качестве ссылок.

Как понятно специалистам в данной области техники, экран 50 содержит экранную секцию 52, имеющую промывочную трубу 52а, простирающуюся через нее, и одну или несколько перфорированных шунтирующих труб 53, простирающихся вдоль ее длины. Сразу после размещения экрана внутри буровой скважины в нижнюю часть звена трубопровода 21а нагнетают гравий (не показан), проходящий наружу через окна 54 в крестовине 51 и в изолированное кольцевое пространство скважины, окружающее экранную секцию 52. Гравий также входит в шунтирующие трубы 53 и выходит через отверстия, имеющиеся в них, для доставки гравия ко всем горизонтам кольцевого пространства, тем самым обеспечивая хорошее распределение гравия по обрабатываемому пласту, даже если в кольцевом пространстве возникает препятствие для потока перед тем, как будет уложен весь гравий.

Согласно настоящему изобретению, одна или несколько обрабатываемых труб 16а (показана только одна труба) простираются по существу параллельно экрану 50 и простираются по существу на все протяжение обрабатываемого пласта 12а. Каждая обрабатывающая труба 16а имеет множество отверстий 15с, пространственно разнесенных вдоль всей ее длины (для ясности показано с цифровым обозначением только несколько отверстий 15с). Каждая обрабатывающая труба 16а проходит через пакер и является открытой в своем верхнем конце для приема обрабатывающей жидкости.

До размещения гравия в нижнюю часть кольцевого пространства 27 и в открытый верхний конец обрабатывающей трубы (б) 16а может нагнетаться обрабатывающая жидкость, например кислота. Отверстия 15с направляют струю жидкости наружу на буровую скважину для удаления фильтровальной лепешки и т.д. из буровой скважины в заканчиваниях с буровой скважиной без обсадных труб и/или гели, смолы и т.д. из отверстий в заканчиваниях с укрепленной буровой скважиной. Как более полно описано выше, шариковые клапаны 35 (не показаны на фиг. 3) могут периодически вводиться в поток обрабатывающей жидкости для взаимодействия с соответствующими внутренними гнездами клапанов внутри обрабатывающей трубы 16а для блокирования потока через соответствующее отверстие 15с, в то же время создавая возможность протекания жидкости через другие отверстия. Это дает возможность нагнетания больших количеств обрабатывающей жидкости к выбранной области или в течение более длительных промежутков времени, если это необходимо в данной обрабатывающей операции. Может использоваться сдвигающий диск 55 или тому подобное для первоначального закрывания шунтирующей трубы 53 выше пакера 25а в течение выполнения обрабатывающей операции - для предотвращения обхода значительных количеств обрабатывающей жидкости обрабатывающей трубы через промывную трубу 52а. Очевидно, что диск 55 будет разрываться при достижении заданной величины давления в кольцевом пространстве 27, то есть величины давления, превышающего давление, используемое в обрабатывающей операции.

На нижнем конце обрабатывающей трубы (б) 16а может быть расположен улавливатель шариков 36а, служащий для "улавливания" шариковых клапанов после завершения обрабатывающей операции. То есть в течение последующей операции гравийной набивки любые шариковые клапаны должны выталкиваться из своих соответствующих гнезд и будут падать на дно обрабатывающей трубы и в улавливатель 36а. Таким образом, опять открываются все отверстия 15с так, что обрабатывающая труба (бы) может теперь использоваться для обработки гравийной набивки вокруг экрана для удаления несущей жидкости, используемой для размещения гравия. Чтобы делать это, соответствующая обрабатывающая жидкость снова нагнетается в нижнюю часть кольцевого пространства 27 и через трубу (бы) 16а и отводится ко всем горизонтам внутри гравийной набивки.

Реферат

Изобретение относится к обработке подземного пласта. Обеспечивает повышение эффективности обработки. Сущность изобретения: обрабатывающую жидкость нагнетают к выбранным горизонтам внутри пласта путем блокирования потока к определенным зонам. В то же время обеспечивают возможность протекания потока к другим зонам. Обрабатывающая труба простирается по существу через пласт и содержит перфорированный трубопровод. Он является открытым на своем верхнем конце и имеет множество отверстий, пространственно разнесенных вдоль своей длины. Каждое из отверстий имеет гнездо клапана внутри упомянутого трубопровода на своем входе. Оно выполнено с возможностью приема клапанного средства для уплотнения и блокирования потока через это отверстие. В процессе работы обрабатывающая жидкость течет через обрабатывающую трубу и вытекает наружу из отверстия в различные горизонты внутри упомянутой буровой скважины. В желаемые промежутки времени в обрабатывающую жидкость вводят клапанное средство и переносят в обрабатывающую трубу для установки на соответствующем отверстии, чтобы блокировать поток через отверстие и обеспечить возможность непрерывного протекания потока через другие отверстия. 3 с. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула