Результат интеллектуальной деятельности: Способ изоляции водопритоков в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, в частности к способам изоляции водопритоков в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола.

Изобретение направлено на изоляцию обводнившегося участка пласта, а также изоляцию водопритока в скважину по высокопроницаемому пропластку в условиях значительного поступления воды в скважину, при которых изменение депрессии на пласт, а также другие методы извлечения воды не дают должного эффекта снижения водопритока в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола.

Вступление месторождений в завершающую стадию разработки сопровождается рядом осложнений при эксплуатации скважин, среди которых одним из наиболее распространенных и сложных является приток пластовых вод в скважину. В результате поступления воды на начальном этапе происходит увеличение количества воды в извлекаемой продукции и снижение дебита, разрушение пласта-коллектора, со временем приводящее к полной остановке скважин.

Одним из эффективных способов борьбы с притоком пластовых вод в скважину является обработка продуктивного пласта различного рода реагентами и составами, которые закупоривают в глубине пласта пути притока воды к скважине при сохранении проницаемости газонасыщенной части пласта. Для изоляции водопритоков используются как традиционные технологии, включающие закачку классических цементных растворов, так и технологии с применением внутрипластовых экранов с докреплением цементным раствором.

Анализ существующего уровня техники показал следующее:

- известен способ изоляции притока вод в необсаженном горизонтальном участке ствола добывающей скважины, по которому извлекают из скважины насосное оборудование, спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважину, закачивают через НКТ водоизоляционный раствор с твердеющими свойствами, а напротив интервалов водопроявляющих пластов образуют непроницаемую корку, для чего в качестве водоизоляционного раствора используют цементный раствор, модифицированный поливинилацетатным реагентом в количестве 0,25-0,5% к массе цемента, с объемом, обеспечивающим заполнение затрубного пространства необсаженного горизонтального участка через колонну НКТ, спущенную до забоя горизонтального участка ствола скважины, и выдержкой в течение 2-3 ч, с последующим его вымыванием из затрубного пространства прямой или обратной циркуляцией после начала схватывания цемента (см. патент РФ №2273722 от 18.03.2004 по кл. Е21В 33/13, опубл. 10.04.2006, Бюл. №26).

Недостатком известного способа является низкая эффективность изоляции водопритока в скважину, обусловленная тем, что при его реализации используется цементный раствор. Использование в процессе водоизоляционных работ (ВИР) цементных растворов, как наиболее дешевых и доступных, не может быть эффективным из-за их физико-химических свойств. К ним относятся: низкая фильтруемость и низкая подвижность в условиях пласта, высокая плотность, что может вызвать поглощение цементных растворов и гидроразрыв пласта. Низкая ударная прочность (растрескивание цементного камня при повторной перфорации, создании депрессии), низкое качество сцепления с гидратированными породами пласта. Все это обусловливает или низкую успешность работ, или малый межремонтный период.

Кроме того, недостатком данной технологии является вымывание цементного раствора из затрубного пространства через 2-3 ч после начала схватывания цемента. Выполнение данной операции с большой долей вероятности приведет к частичному вымыванию водоизоляционной композиции из пласта, а также внедрению промывочной жидкости в обрабатываемый пласт и смешению ее с водоизоляционной композицией, что не позволит получить сплошную непроницаемую корку.

Известен способ изоляции вод в трещиновато-пористых пластах, включающий последовательную закачку в скважину изоляционного состава и цементного раствора, а также буферной жидкости, закачку буферной жидкости осуществляют перед изоляционным составом, причем перед закачкой цементный раствор обрабатывают поверхностно-активным веществом и диспергируют газообразным агентом до получения плотности раствора в скважине, соответствующей плотности пластовой воды (см. патент РФ №2232256 от 28.11.2001 по кл. Е21В 33/138, опубл. 10.07.2004).

Недостатком указанного способа является следующее.

При осуществлении способа возникают большие сложности, связанные с поглощением растворов и глубокой кольматацией призабойной зоны пласта при установке цементного моста в продуктивном интервале, из-за создаваемых избыточных гидростатических давлений. Присутствие в стволе и на забое скважины остатков жидкости глушения оказывают негативное влияние на свойства водоизолирующих составов, приводящее к низкой прочности создаваемого водоизоляционного экрана, из-за чего требуется проведение дополнительной операции по докреплению обрабатываемых интервалов цементным раствором. При этом аэрированный цементный раствор обладает низкой фильтруемостью и низкой подвижностью в условиях пласта, что не позволяет качественно и глубоко обработать обводненную зону, а образовавшийся из аэрированного цементного раствора цементный камень обладает высокой пористостью, что способствует легкому преодолению водой данного барьера. Также цементный камень, образованный из аэрированного цементного раствора, в силу своих структурных свойств обладает низкой ударной прочностью, что приводит к его разрушению при создании депрессии или проведению работ по дополнительной перфорации скважины.

Основной недостаток данного способа заключается в неконтролируемости процессов закачивания водоизолирующих составов в обводненный пласт и формирования водоизоляционного экрана. В большинстве случаев значительная часть водоизоляционной композиции при обработке обводненного пласта по заколонному пространству, а также по высокодренированной призабойной зоне, поступает в необводненную продуктивную зону пласта. В результате этого значительная продуктивная часть пласта оказывается выключенной из работы, а обводненный пласт оказывается не полностью обработанным, что в существенной мере сказывается на качестве водоизоляционных работ.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ изоляции притока пластовых вод, предусматривающий закачку изоляционных композиций в водонасыщенную часть пласта и составов, блокирующих поступление изоляционных композиций в продуктивную часть пласта. В скважину по насосно-компрессорным трубам спускают дополнительные трубы с пакером, который устанавливают в пределах интервала перфорации, а закачку изоляционных композиций и блокирующих составов производят раздельно по насосно-компрессорным трубам и дополнительным трубам, при этом в зависимости от того, снизу или сверху интервала перфорации производят изоляцию пластовых вод, закачку изоляционных композиций осуществляют соответственно по дополнительным трубам или насосно-компрессорным трубам (см. патент РФ №2206733 от 02.02.2001 по кл. Е21В 43/32, опубл. 20.06.2003).

Недостатком известного способа является низкая эффективность изоляции пластовых вод в скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола из-за неконтролируемости процессов закачивания водоизолирующего состава в обводненный пласт и неравномерности его распределения по толщине и глубине пласта в условиях действия гравитационных сил, приводящих к некачественному формированию водоизоляционного экрана. Это обусловлено тем, что применение в известном способе запакеровки межтрубного пространства приводит к разобщению пространства только внутри колонны. При закачке изоляционного материала в обводнившуюся часть пласта в результате высокой дренированности призабойной зоны значительная часть изоляционного материала начинает поступать в необводнившуюся часть пласта и после структурирования состава изолирует газонасыщенную часть пласта, существенно снижая тем самым продуктивность скважины. Использование блокирующих составов не решает задачу предотвращения фильтрации изоляционного материала по внутрипластовым каналам, поскольку по своим физико-химическим свойствам блокирующие составы создают непроницаемую корку на стенке скважины и практически не проникают в пласт.

Еще одним фактором, влияющим на успешность применения известного способа в скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола, является стекание жидкости по капиллярным каналам под действием гравитационных сил во время структурирования изоляционного материала. В результате этого нарушается полнообъемность заполнения водопроводящих каналов в изолированной зоне и эффективность ВИР существенно снижается. Все это приводит к малому межремонтному периоду.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка эффективного способа изоляции водопритоков в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности способа изоляции водопритоков в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола при максимально возможном сохранении фильтрационно-емкостных свойств призабойной зоны эксплуатационного объекта и увеличении межремонтного периода работы скважины за счет:

- обеспечения полнообъемного заполнения водопроводящих каналов в изолированной зоне;

- возможности контроля движения гелеобразующего водоизоляционного состава при закачке в пласт;

- обеспечения выравнивания профиля притока;

- предотвращения кольматации необводненной части пласта гелеобразующим водоизоляционным составом;

- образования в призабойной зоне пласта водоизоляционного экрана повышенной прочности и равномерности его распределения по толщине и глубине пласта в условиях действия гравитационных сил.

Технический результат достигается с помощью предлагаемого способа изоляции водопритоков в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола, в котором спускают в скважину до подошвы обрабатываемого интервала пласта насосно-компрессорные трубы (НКТ), оснащенные гидравлической установочной компоновкой, с помощью которой устанавливают в скважину глухую и заливочную мостовые пробки, после чего формируют нижнюю внутрипластовую изоляционную перемычку путем закачки в межпакерную зону гелеобразующего водоизоляционного состава и продавливания его в пласт продавочной жидкостью, затем извлекают НКТ из скважины и разбуривают заливочную мостовую пробку, далее спускают НКТ, оснащенные гидравлической установочной компоновкой, до кровли обрабатываемого интервала пласта, устанавливают в скважину глухую и заливочную мостовые пробки и формируют верхнюю внутрипластовую изоляционную перемычку путем закачки в межпакерную зону гелеобразующего водоизоляционного состава и продавливания его в пласт продавочной жидкостью, при этом глубина формируемых внутрипластовых изоляционных перемычек составляет не менее 2-3 радиусов скважины, затем извлекают НКТ из скважины и разбуривают глухую и заливочную мостовые пробки, далее спускают НКТ, оснащенные гидравлической установочной компоновкой, до кровли обрабатываемого интервала пласта, устанавливают в скважину заливочную мостовую пробку и закачивают в межпакерную зону гелеобразующий водоизоляционный состав, в объеме равном 0,5 порового объема обрабатываемого интервала пласта, продавливают его в пласт продавочной жидкостью и оставляют на время структурирования гелеобразующего водоизоляционного состава и формирования водоизоляционного гравитационного компенсатора, после чего поднимают НКТ, извлекают гидравлическую установочную компоновку из заливочной мостовой пробки и при открытом затрубном пространстве закачивают в НКТ порцию гелеобразующего водоизоляционного состава, продавливают его на забой продавочной жидкостью до достижения гелеобразующим водоизоляционным составом гидравлической установочной компоновки, после этого закачку прекращают, закрывают затрубное пространство и устанавливают гидравлическую установочную компоновку в заливочную мостовую пробку, затем осуществляют закачку гелеобразующего водоизоляционного состава в межпакерную зону, продавливают его в пласт продавочной жидкостью и оставляют на время до полного структурирования гелеобразующего водоизоляционного состава и образования устойчивого водоизоляционного экрана, после чего извлекают НКТ из скважины и осуществляют разбуривание оставшихся мостовых пробок.

При осуществлении заявляемого способа изоляции водопритоков в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола предварительно на границах зоны обработки пласта создают внутрипластовые изоляционные перемычки, препятствующие распространению гелеобразующего водоизоляционного состава по заколонному пространству и высокодренированной призабойной зоне в необрабатываемые интервалы. При реализации существующих технологических решений в области изоляции водопроявлений невозможно в достаточной мере контролировать движение водоизоляционного состава при закачке в пласт. Установка пакеров на границах верхней и нижней обводнившейся части пласта приводит к разобщению пространства только внутри колонны. В большинстве случаев значительная часть водоизоляционного состава при обработке обводненного пласта по заколонному пространству, а также по высокодреннированной призабойной зоне поступает в необводненную продуктивную зону пласта. В результате этого значительная продуктивная часть пласта оказывается выключенной из работы, а обводненный пласт оказывается не полностью обработанным, что в существенной мере сказывается на качестве водоизоляционных работ. Поэтому создание условий, при которых водоизоляционный состав будет распространяться строго в заданном интервале обработки, является одним из базовых элементов заявляемого способа. Для условий равномерного распространения закачиваемого в пласт состава должно выполняться условие плоскорадиальной фильтрации. При учете несовершенства скважины по характеру вскрытия можно выделить четыре зоны, где пространственная фильтрация будет чередоваться с плоскорадиальной фильтрацией.

В первой зоне непосредственно у скважины, где радиальный размер принимается 2-3 радиуса скважины, наблюдается пространственная фильтрация газа. В данной зоне скважины фильтрация газа происходит по нелинейному двучленному закону фильтрации, вследствие искривления линий токов у отверстий фильтра из-за несовершенства скважины по характеру вскрытия, а также в результате значительной дренированности данной зоны. Вторая зона фильтрации обеспечивает плоскорадиальное движение газа и ограничена размерами порядка 10 радиусов скважины. В третьей зоне пространственная фильтрация обеспечивается несовершенством по степени вскрытия укрупненной скважины. В четвертой зоне движение газа можно принять происходящим также по линейному закону фильтрации Дарси.

Очевидно, что наиболее проблемной зоной в процессе обработки пласта является первая зона, характеризующаяся пространственной фильтрацией и составляющая порядка 2-3 радиусов скважины. Поэтому именно в этой зоне необходимо создать условия, препятствующие неконтролируемой фильтрации водоизоляционного состава. Вследствие этого глубина создаваемых внутрипластовых изоляционных перемычек должна быть не менее 2-3 радиусов скважины, что обеспечит надежное попадание гелеобразующего водоизоляционного состава в зону плоскорадиального движения и сохранение фильтрационных характеристик необводненной части пласта.

Еще одним фактором, влияющим на успешность применения существующих технологических решений при проведении ВИР в скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола, является стекание жидкости по капиллярным каналам под действием гравитационных сил. В результате этого нарушается полнообъемность заполнения водопроводящих каналов в изолированной зоне и эффективность ВИР существенно снижается.

В настоящее время существует большое количество теоретических исследований, посвященных гидродинамике таких течений. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что наибольшее влияние на стекание жидкости по капиллярным каналам в результате действия гравитационных сил оказывают силы трения и капиллярные эффекты. Таким образом, создание условий, препятствующих капиллярному стеканию за счет силы трения, является наиболее перспективным направлением решения задачи, поскольку влияние капиллярных эффектов в своей основе является константой и мало подвержено управляемым изменениям.

В этой связи наиболее эффективным решением является формирование в обводненном пласте водоизоляционного гравитационного компенсатора.

Заявленное изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема формирования нижней внутрипластовой изоляционной перемычки.

На фиг. 2 представлена схема формирования верхней внутрипластовой изоляционной перемычки.

На фиг. 3 представлена схема формирования водоизоляционного гравитационного компенсатора.

На фиг. 4 представлена схема формирования водоизоляционного экрана.

На чертежах обозначены следующие позиции: пробка мостовая глухая 1, пробка мостовая заливочная 2, нижняя внутрипластовая изоляционная перемычка 3, пробка мостовая глухая 4, пробка мостовая заливочная 5, верхняя внутрипластовая изоляционная перемычка 6, пробка мостовая заливочная 7, водоизоляционный гравитационный компенсатор 8, водоизоляционный экран 9.

Заявленное изобретение осуществляют следующим образом.

В скважину до подошвы обрабатываемого интервала пласта спускают насосно-компрессорные трубы (НКТ), оснащенные гидравлической установочной компоновкой. С помощью гидравлической установочной компоновки производят установку в скважину глухой мостовой пробки 1 и заливочной мостовой пробки 2 на уровне подошвы обрабатываемого интервала пласта.

Путем закачки в межпакерную зону, образованную между установленными глухой 1 и заливочной 2 мостовыми пробками, гелеобразующего водоизоляционного состава и продавливания его в пласт продавочной жидкостью формируют нижнюю внутрипластовую изоляционную перемычку 3.

После чего извлекают НКТ из скважины и разбуривают заливочную мостовую пробку 2.

Затем спускают НКТ, оснащенные гидравлической установочной компоновкой, до кровли обрабатываемого интервала пласта. Устанавливают в скважину глухую 4 и заливочную 5 мостовые пробки на уровне кровли обрабатываемого интервала пласта.

Путем закачки в межпакерную зону, образованную между глухой 4 и заливочной 5 мостовыми пробками, гелеобразующего водоизоляционного состава и продавливания его в пласт продавочной жидкостью, формируют верхнюю внутрипластовую изоляционную перемычку 6.

При этом глубина формируемых внутрипластовых изоляционных перемычек составляет не менее 2-3 радиусов скважины.

Далее извлекают НКТ из скважины и разбуривают глухую 4 и заливочную 5 мостовые пробки.

Затем спускают НКТ, оснащенные гидравлической установочной компоновкой, до кровли обрабатываемого интервала пласта, устанавливают в скважину заливочную мостовую пробку 7. В межпакерную зону, образованную между глухой 1 и заливочной 7 мостовыми пробками, закачивают гелеобразующий водоизоляционный состав, в объеме равном 0,5 порового объема обрабатываемого интервала пласта, продавливают его в пласт продавочной жидкостью и оставляют на время структурирования гелеобразующего водоизоляционного состава и формирования водоизоляционного гравитационного компенсатора 8.

После поднимают НКТ, извлекают гидравлическую установочную компоновку из заливочной мостовой пробки 7. При открытом затрубном пространстве закачивают в НКТ порцию гелеобразующего водоизоляционного состава, продавливают его на забой продавочной жидкостью до достижения гелеобразующим водоизоляционным составом гидравлической установочной компоновки, после этого закачку прекращают, закрывают затрубное пространство и устанавливают гидравлическую установочную компоновку в заливочную мостовую пробку 7.

Затем осуществляют закачку гелеобразующего водоизоляционного состава в межпакерную зону, образованную между глухой 1 и заливочной 7 мостовыми пробками, продавливают его в пласт продавочной жидкостью и оставляют на время до полного структурирования гелеобразующего водоизоляционного состава и образования устойчивого водоизоляционного экрана 9.

После чего извлекают НКТ из скважины и осуществляют разбуривание оставшихся мостовых пробок 1 и 7.

Физический принцип действия водоизоляционного гравитационного компенсатора основывается на том, что стекание жидкости по капиллярным каналам в результате действия гравитационных сил создает в нижней части обводненного пласта после структурирования гелеобразующего водоизоляционного состава некую подушку с высокими гидравлическими сопротивлениями, выравнивая, таким образом, профиль притока. При последующей обработке пласта гелеобразующим водоизоляционным составом происходит объемное заполнение всей области обработки, что обеспечивает создание единого внутрипластового водоизоляционного экрана без разрывов и необработанных зон в газовых скважинах с субгоризонтальным окончанием ствола.

Для эффективного создания водоизоляционного гравитационного компенсатора в предлагаемом способе закачку гелеобразующего водоизоляционного состава осуществляют в объеме жидкости, равном 0,5 порового объема обрабатываемой зоны. Закачка гелеобразующего водоизоляционного состава в объеме жидкости менее 0,5 порового объема обрабатываемой зоны может существенно снизить качество проводимой операции из-за недостатка вещества для создания в нижней части обводненного пласта зоны с высокими гидравлическими сопротивлениями и для выравнивания, таким образом, профиля притока, тем более что какая-то часть гелеобразующего водоизоляционного состава будет теряться в процессе его транспортировки на забой скважины. Закачка гелеобразующего водоизоляционного состава в объеме жидкости более 0,5 порового объема обрабатываемой зоны может существенно снизить проницаемость породы по всему обрабатываемому интервалу, следовательно, и возможность полнообъемной обработки обводненного пласта в процессе последующей закачки в зону обработки гелеобразующего водоизоляционного состава за счет возникающих высоких гидравлических сопротивлений в обрабатываемом пласте.

Более подробно сущность заявляемого способа описывается следующим примером.

Исходные данные:

Скважина - субгоризонтальная;

Зенитный угол - 80°;

Искусственный забой - 3100 м;

Эксплуатационная колонна - глубина спуска 2000 м, диаметр 168 мм;

Фильтр-хвостовик - глубина спуска 1990-3150 м, диаметр 0,114 м;

Толщина внутрипластовой изоляционной перемычки - 0,5 м;

Диаметр водоизоляционного экрана - 2,0 м;

Коэффициент эффективной пористости пласта - 0,3;

Интервал водопритока 2150-2200 м

1. Перед проведением работ по укреплению пласта рассчитывают необходимые объемы гелеобразующего водоизоляционного состава для проведения работ.

Объем необходимый для создания одной внутрипластовой изоляционной перемычки V_п рассчитывают по формуле:

где: d_ф - диаметр фильтра-хвостовика, м;

h - толщина внутрипластовой изоляционной перемычки, м;

m - коэффициент эффективной пористости пласта.

Объем гелеобразующего водоизоляционного состава, необходимый для создания водоизоляционного гравитационного компенсатора V_в.к., рассчитывают по формуле:

Объем гелеобразующего водоизоляционного состава, необходимый для создания водоизоляционного экрана V_в.э., м³, рассчитывают по формуле:

где: D_э - диаметр водоизоляционного экрана;

Н - обрабатываемый интервал водопритока, м;

2. Спускают НКТ, оборудованные гидравлической установочной компоновкой (ГУК), до подошвы обрабатываемого интервала - 2200 м и устанавливают глухую и заливочную мостовые пробки.

3. В межпакерную зону через НКТ с ГУК закачивают расчетный объем гелеобразующего водоизоляционного состава V_п=0,012 м³ и продавливают в пласт продавочной жидкостью для создания нижней внутрипластовой изоляционной перемычки. Объем продавочной жидкости равен внутреннему объему НКТ и межпакерной зоны.

4. Извлекают НКТ с ГУК из скважины и разбуривают заливочную мостовую пробку.

5. Спускают НКТ с ГУК до кровли обрабатываемого интервала - 2150 м и устанавливают глухую и заливочную мостовые пробки.

6. В межпакерную зону через НКТ с ГУК закачивают расчетный объем гелеобразующего водоизоляционного состава V_п=0,012 м³ и продавливают в пласт продавочной жидкостью для создания верхней внутрипластовой изоляционной перемычки. Объем продавочной жидкости равен внутреннему объему НКТ и межпакерной зоны.

При этом глубина устанавливаемых внутрипластовых изоляцинных перемычек составляет не менее 2-3 радиусов скважины.

7. Извлекают НКТ с ГУК из скважины, разбуривают глухую и заливочную мостовые пробки.

8. Спускают НКТ с ГУК до уровня кровли обрабатываемого интервала-2150 м и устанавливают заливочную мостовую пробку.

9. В межпакерную зону через НКТ с ГУК закачивают расчетный объем гелеобразующего водоизоляционного состава, в объеме равном 0,5 порового объема обрабатываемой зоны V_в.к.=0,5⋅V_в.э.=25 м³, для создания в пласте водоизоляционного гравитационного компенсатора, продавливают в пласт продавочной жидкостью и оставляют на время структурирования состава и формирования водоизоляционного гравитационного компенсатора. Объем продавочной жидкости равен внутреннему объему НКТ и межпакерной зоны.

10. После структурирования гелеобразующего водоизоляционного состава производят подъем НКТ и извлекают ГУК из заливочной мостовой пробки.

11. При открытом затрубном пространстве закачивают в НКТ с ГУК оставшуюся порцию 25 м³ гелеобразующего водоизоляционного состава и продавливают на забой продавочной жидкостью. При достижении гелеобразующим водоизоляционным составом ГУК, закачку прекращают и закрывают затрубное пространство.

12. Устанавливают ГУК в заливочную мостовую пробку и производят формирование водоизоляционного экрана путем закачки оставшегося объема водоизоляционного состава в межпакерную зону с продавкой в пласт продавочной жидкостью и оставляют на время полного структурирования водоизоляционного состава.

13. После структурирования состава извлекают НКТ с ГУК и производят разбуривание оставшихся мостовых пробок.

Таким образом, согласно вышеизложенному, предлагаемая совокупность существенных признаков, обеспечивает достижение заявляемого технического результата.