Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОСВОЕНИЯ ПЛАСТА

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использовано для очистки и освоения пласта с целью повышения проницаемости призабойной зоны пласта.

Известно устройство для освоения пласта скважины свабированием (патент RU №2440491, МПК Е21В 43/25, опубл. 20.01.2012, бюл. №2), включающее сваб, колонну насосно-компрессорных труб - НКТ с ограничителем хода сваба и фильтром для сообщения с пластом, пакер, устанавливаемый выше пласта, колонна НКТ оснащена снизу полым наконечником, а фильтр сверху - насадкой с внутренней цилиндрической полостью, причем наконечник вставлен в насадку, от которой подпружинен вверх и выполнен с возможностью продольного ограниченного перемещения, при этом наконечник оснащен верхним и нижним рядами отверстий, изнутри разобщенных перегородкой и выполненных с возможностью сообщения при перемещении наконечника вниз относительно насадки фильтра через внутреннюю цилиндрическую полость насадки, а верхний ряд отверстий наконечника выполнен с возможностью сообщения с надпакерной зоной при перемещении наконечника вверх и фиксации относительно насадки фильтра.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, сложность конструкции устройства, обусловленная большим количеством узлов и деталей (наконечник, насадка, пружина и т.д.);

- во-вторых, низкая надежность работы, обусловленная высокой вероятностью поломки пружины под действием знакопеременных нагрузок, воспринимаемых устройством в процессе работы, и, как следствие, выход из строя устройства;

- в-третьих, низкая эффективность очистки скважины перед освоением пласта свабированием, так как устройство позволяет создавать лишь незначительные импульсы мгновенных депрессий вследствие того, что нижняя часть устройства заполнена скважинной жидкостью до пакера, поэтому невозможно эффективно очистить призабойную зону пласта в пограничной зоне перфорации пласта от инородной жидкости с механическими примесями

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для освоения пласта скважины свабированием (патент RU №2436944, МПК Е21В 43/25 опубл. в бюл. №20.12.2011 бюл. №35), включающее спущенную в скважину колонну насосно-компрессорных труб - НКТ, оснащенную снизу фильтром, а выше пакером, установленным в скважине выше пласта, а также сваб и ограничитель хода сваба, установленный в колонне НКТ, при этом между фильтром и ограничителем хода сваба в колонне НКТ установлено седло под сбрасываемый запорный элемент, а между ограничителем хода сваба и седлом выше пакера в колонне НКТ размещен сбивной клапан для сообщения колонны НКТ с надпакерной зоной после сброса запорного элемента, выполненного в виде шара, жесткосоединенного с глухим штоком.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, низкая эффективность освоения сильнозагрязненного пласта скважины свабированием, вследствие присутствия в пограничной зоне перфорации пласта инородной жидкости с механическими примесями, что не позволяет эффективно освоить пласт, поэтому перед применением данного устройства необходимо произвести предварительную очистку призабойной зоны пласта с целью очистки ее от загрязнений, чего не позволяет сделать данное устройство;

- во-вторых, запорный элемент, выполненный в виде шара, жесткосоединенного с глухим штоком, не имеет фиксации в колонне НКТ от перемещения вверх, поэтому в скважинах с высоким пластовым давлением, когда пластовое давление (Р_пл) равно (0,85-1) гидростатического уровня (Н) столба скважинной жидкости в скважине, т.е. , при свабировании из надпакерной зоны скважинная жидкость будет перетекать снизу вверх в надпакерную зону скважины через запорный элемент. Поэтому после распакеровки пакера скважинная жидкость, находящаяся в надпакерной зоне, попадает обратно в пласт, т.е. происходит глушение освоенной скважины, при этом кольматируется призабойная зона пласта, ухудшаются коллекторские свойства пласта и снижается качество освоения;

- в третьих, длительность освоения с применением данного устройства, обусловленная тем, что свабирование из надпакерной зоны надо проводить до тех пор, пока давление, оказываемое гидростатическим уровнем Н₂ скважинной жидкости, будет ниже пластового давления (Р_пл), при этом в процессе свабирования происходит переток скважинной жидкости из подпакерной зоны в надпакерную зону через запорный элемент, поэтому устройство не позволяет герметизировать переток скважинной жидкости снизу вверх, а при высоком пластовом давлении необходимо свабировать скважинную жидкость продолжительное время.

Технической задачей предложения является создание устройства, позволяющего повысить эффективность освоения пласта за счет предварительной очистки призабойной зоны пласта путем создания глубокой депрессии на пласт, а также повысить качество освоения пласта за счет исключения обратного попадания скважиной жидкости в пласт в скважинах с высоким пластовым давлением и сократить длительность освоения в скважинах с высоким пластовым давлением путем исключения перетока скважинной жидкости из пласта в надпакерную зону скважины (снизу вверх) путем герметичного отключения перетока в колонне НКТ.

Поставленная техническая задача решается устройством для очистки и освоения пласта, включающим спущенную в скважину колонну насосно-компрессорных труб - НКТ, оснащенную снизу фильтром, а выше пакером, установленным в скважине выше пласта, седло, установленное в колонне НКТ, а также сваб, установленный в колонне НКТ.

Новым является то, что фильтр выполнен в виде перфорированного отверстиями патрубка, размещенного напротив пласта, причем в исходном положении отверстия фильтра изнутри герметично перекрыты втулкой, закрепленной стопорным разрезным пружинным кольцом относительно фильтра, при этом втулка оснащена наружной цилиндрической проточкой, а в колонне НКТ выше фильтра выполнена внутренняя кольцевая проточка, в которой установлено дополнительное стопорное разрезное пружинное кольцо, причем в колонну НКТ спущен ловитель, имеющий возможность фиксации на внутренней поверхности втулки, при этом втулка в рабочем положении после сжатия стопорного разрезного пружинного кольца имеет возможность ограниченного осевого перемещения вверх совместно с ловителем до фиксации дополнительного стопорного разрезного пружинного кольца в наружной цилиндрической проточке втулки, с последующим освобождением ловителя от втулки и извлечением из колонны НКТ ловителя на канате, при этом снизу к фильтру жестко закреплена шламосборная камера, причем колонна НКТ выше внутренней кольцевой проточки оснащена рядом каналов, герметично перерытых изнутри седлом, зафиксированным к колонне НКТ срезным элементом, при этом в колонну НКТ с устья скважины с возможностью осевого перемещения вниз установлена пробка, имеющая возможность герметичного взаимодействия с седлом, разрушения срезного элемента, фиксирующего седло в колонне НКТ, с открытием ряда каналов в колонне НКТ и совместного с седлом ограниченного осевого перемещения вниз до упора седла в верхний торец втулки.

На фигуре 1, 2, 3, 4 схематично изображено предлагаемое устройство для очистки и освоения пласта.

Устройство для очистки и освоения пласта 1 (см. фиг. 1) включает спущенную в скважину 2 колонну насосно-компрессорных труб - НКТ 3, оснащенную фильтром 4 для сообщения с пластом 1, а выше пакером 5, установленным в скважине 2 выше пласта 1, например, на 10 м. Фильтр 4 выполняют, например, из трубы диаметром 89 мм и длиной 4 м.

Также устройство содержит седло 6, установленное в колонне НКТ 3, и сваб 7 (см. фиг. 3), установленный в колонне НКТ 3.

Фильтр 4 (см. фиг. 1) выполнен в виде перфорированного отверстиями 8 с диаметром - d патрубка, причем фильтр 4 размещен напротив пласта 1 высотой - h = 4 м, т.е. равной длине фильтра 4.

В исходном положении отверстия 8 фильтра 4 изнутри герметично перекрыты втулкой 9, закрепленной стопорным разрезным пружинным кольцом 10, например, круглого сечения, относительно фильтра 4. Втулка 9 оснащена наружной цилиндрической проточкой 11. В колонне НКТ 3 выше фильтра 4 выполнена внутренняя кольцевая проточка 12, в которой установлено дополнительное стопорное разрезное пружинное кольцо 13, например треугольного сечения (см. фиг. 1 и 5).

В колонну НКТ 3 на канате 14 (см. фиг. 2) спущен ловитель 15, имеющий возможность фиксации на внутренней поверхности втулки 9.

Втулка 9 в рабочем положении после сжатия стопорного разрезного пружинного кольца 10 имеет возможность ограниченного осевого перемещения вверх совместно с ловителем 15 до фиксации дополнительного стопорного разрезного пружинного кольца 13 в наружной цилиндрической проточке 11 втулки 9, с последующим освобождением ловителя 15 от втулки 9 и извлечением ловителя 15 на канате 14 из колонны НКТ 3 (см. фиг. 3).

Для спуска ловителя 15 (см. фиг. 1, 2, и 3) на канате 14 во втулку 9 должно соблюдаться условие:

где D₁ - внутренний диаметр втулки 9, например, 50 мм;

D - внутренний диаметр седла 6, например, 60 мм.

Снизу к фильтру 4 с помощью муфты 16 жестко закреплена шламосборная камера 17. Например, фильтр 4 выполняют из трубы диаметром 89 мм и длиной 6 м. Шламосборную камеру 17 также как и фильтр 4 изготавливают из трубы диаметром 89 мм, длиной 10 м. Колонна НКТ 3 выше внутренней кольцевой проточки оснащена рядом каналов 18, герметично перерытых изнутри седлом 6, зафиксированным к колонне НКТ 3 срезным элементом 19. В колонну НКТ 3 с устья скважины с возможностью осевого перемещения вниз установлена пробка 20 (см. фиг. 4), например, выполненная из резины.

Пробка 20 имеет возможность герметичного взаимодействия с седлом 6, разрушения срезного элемента 19, фиксирующего седло 6 в колонне НКТ 3, с открытием ряда каналов 18 в колонне НКТ 3 и совместного с седлом 6 ограниченного осевого перемещения вниз до упора седла 6 в верхний торец втулки 9.

Для эффективной очистки пласта 1 необходимо соблюдение условия:

где ∑S - сумма площадей проходных сечений отверстий 8 диаметром d фильтра 4, м², причем S=П·d²/4, где П=3,14.

Например, отверстие 8 фильтра 4 имеет диаметр d=3 мм=0,003 м. Тогда площадь проходного сечения одного отверстия 8 фильтра 4: S=3,14·(0,006 м)²/4=28,26·10^-6 м.

S₁ - площадь проходного сечения втулки 9, м², причем S=П·(D₁)²/4, где П=3,14.

Например, втулка 9, как указано выше, имеет внутренний диаметр D₁=50 мм=0,05 м. Тогда площадь проходного сечения втулки 9: S₁=3,14·(0,05 м)²/4=1962,5·10^-6 м.

Таким образом, для выполнения условия (2) определяем количество перфорированных отверстий 9, которые необходимо выполнить в фильтре 4:

Подставляя числовые значения в формулу (3), получим:

n = 1962,5·10^-6 м/28,26·10^-6 м = 69,44 = 70 отверстий.

Таким образом, для соблюдения условия 2 фильтр 4 должен быть оснащен отверстиями 9 в количестве не менее 70 отверстий.

На устье скважины 2 внутреннее пространство 21 колонны НКТ 3 сообщено выкидной линией с желобной емкостью (на фиг. 1, 2, 3, 4 не показано).

Устройство работает следующим образом.

Устройство монтируют в скважине 2, как показано на фигуре 1, при этом пакер 5 в скважине 2 сажают (пакеруют) на 10 м выше кровли пласта 1.

Затем в колонну НКТ 3 (см. фиг. 1 и 2) спускают ловитель 15 на канате 14. Спуск ловителя 15 на канате 14 производят до тех пор, пока ловитель 15 не окажется внутри втулки 9. В качестве ловителя 15 применяют любую известную освобождающуюся труболовку с внутренним захватом. Например, используют труболовку внутреннюю освобождающуюся марки ТЛВ, выпускаемую ООО «Биттехника» г. Пермь, Россия.

Например, осевым перемещением ловителя 15 вверх на 0,5 м, а затем вниз производят захват ловителем 15 втулки 9 за внутреннюю поверхность последней и производят натяжение каната 14 вверх, при усилии, например, 100 кг=1000 Н происходит сжатие стопорного разрезного пружинного кольца 10, которое утопает в наружной кольцевой канавке 22 втулки 9.

Далее продолжают поднимать канат 14 вверх и производят ограниченное осевое перемещение вверх втулки 9 совместно с ловителем 15 до фиксации дополнительного стопорного разрезного пружинного кольца 13 в наружной цилиндрической проточке 11 втулки 9. После чего производят освобождение ловителя 15 от втулки 9, например перемещением ловителя 15 вниз на 0,5 м с последующим подъемом и извлечением из колонны НКТ 3 ловителя 15 на канате 14.

В результате возникает резкий импульс, сопровождающийся резкой депрессией на пласт 1, при этом в шламосборную камеру 17 через открывшиеся отверстия 8 фильтра 4 выносятся загрязнения 23 (фильтрат, шлам и т.п.), которые оседают в шламосборной камере 17, а из пограничной зоны перфорации 23 пласта 1 выносится инородная жидкость с механическими примесями, при этом очищается и восстанавливается проходное сечение перфорации 24 пласта 1.

Наиболее эффективное освоение скважины происходит после очистки призабойной зоны пласта от фильтрата и механических примесей под воздействием глубокой депрессии на осваиваемый пласт, при этом происходит вынос из пограничной зоны перфорации пласта инородной жидкости с механическими примесями, затрудняющими освоение скважины свабированием.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет произвести предварительную очистку призабойной зоны пласта путем создания глубокой депрессии на пласт, что повышает эффективность дальнейшего освоения пласта. Затем в колонну НКТ 3 (см. фиг. 3) на канате спускают сваб 7 до взаимодействия сваба 7 с седлом 6. Далее начинают процесс освоения пласта 1 свабированием с помощью наземного привода, например агрегатом для свабирования (на фиг. 1, 2, 3, 4 не показано), причем отсвабированная из скважины 2 жидкость из внутреннего пространства 21 колонны НКТ 3 через выкидную линию откачивается в желобную емкость.

Производят отбор жидкости по колонне НКТ 3 (см фиг. 3) свабированием из подпакерной зоны 25 через открытые отверстия 8 фильтра 4 до получения стабильного притока продукции пласта 1 путем периодического подъема жидкости по колонне НКТ 3 с помощью сваба 7, определенных порций жидкости из скважины 2 при последовательном ступенчатом снижении уровня жидкости и соответствующем изменении глубины спуска сваба 7 при каждом последующем ходе.

Высота поднимаемого столба жидкости и, соответственно, объем жидкости, поднимаемой за один цикл, определяется погружением сваба 7 под уровень жидкости в каждом цикле. После получения стабильного притока продукции из пласта 1 при разобщенной подпакерной 25 и надпакерной 26 (см. фиг. 3 и 4) зон извлекают сваб 7 из колонны НКТ 3.

На устье скважины 2 производят установку в колонну НКТ 3 пробки 20 (см. фиг. 4). Пробка 20, например, выполнена двухступенчатой, причем верхняя ступень обеспечивает герметичность пробки по колонне НКТ 3, а нижняя ступень имеет возможность герметичного взаимодействия с внутренней поверхностью седла 6.

Пробку 20 под действием избыточного давления, создаваемого насосным агрегатом во внутреннем пространстве 21 колонны НКТ 3 выше пробки 20, например цементировочным агрегатом ЦА-320, проталкивают по колонне НКТ 3 вниз до взаимодействия с седлом 6, при этом нижний конец пробки 20 герметично входит в седло 6 диаметром D. При определенном давлении, создаваемом во внутреннем пространстве 21 колонны НКТ 3 выше пробки 20 насосным агрегатом, например 9,0 МПа, происходит разрушение срезного элемента 19, фиксирующего седло 6 в колонне НКТ 3.

В результате седло 6 и пробка 20 смещаются вниз до упора седла 6 в верхний торец втулки 9. Далее в колонну НКТ 3 вновь спускают сваб 7 и производят отбор скважинной жидкости расчетного объема по колонне НКТ 3 свабированием из надпакерной зоны 26 и внутреннего пространства 21 колонны НКТ 3.

По окончании свабирования расчетного объема жидкости извлекают из колонны НКТ 3 сваб 7, затем производят распакеровку (снятие) пакера 5 и его извлечение вместе с колонной НКТ 3. Расчетный объем скважинной жидкости равен сумме объемов скважинной жидкости во внутреннем пространстве 21 колонны НКТ 3 выше пробки 20 и надпакерной зоне 26 скважины 2, например составляет 18 м³.

Повышается качество освоения пласта 1 за счет исключения обратного попадания скважиной жидкости в пласт в скважинах с высоким пластовым давлением вследствие того, что пробка герметично фиксируется в колонне НКТ и предотвращает перетоки скважинной жидкости по колонне НКТ 3.

Устройство позволяет сократить длительность освоения в скважинах с высоким пластовым давлением, так как время затрачивается только на отбор расчетного объема скважинной жидкости, что достигается благодаря пробке 19, исключающей переток скважинной жидкости из пласта 1 в надпакерную зону 26 скважины 2.

Предлагаемое устройство для очистки и освоения пласта позволяет повысить эффективность освоения пласта за счет предварительной очистки призабойной зоны пласта путем создания глубокой депрессии на пласт, а также повысить качество освоения пласта за счет исключения обратного попадания скважиной жидкости в пласт в скважинах с высоким пластовым давлением и сократить длительность освоения в скважинах с высоким пластовым давлением путем исключения перетока скважинной жидкости из пласта в надпакерную зону скважины (снизу вверх) путем герметичного отключения перетока в колонне НКТ, что в целом позволяет повысить проницаемости призабойной зоны пласта.