Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при перфорации скважин кумулятивной перфорацией.

Известен способ ориентации стреляющего перфоратора и устройство для его реализации, включающий поворот стреляющего перфоратора после опускания в скважину (Патент РФ №2241823, опубл. 2004.12.10).

Известен комплекс устройств для перфорации скважин, который содержит секции перфоратора, соединенные между собой, обсадную трубу, опорные и направляющие элементы. Обсадная труба в стенке имеет горизонтальные конические отверстия, защитные кольца, соосные с горизонтальными отверстиями. На цилиндрических поверхностях корпусов секций перфоратора размещены сквозные пазы, состоящие из конической и продольной частей, при этом конические части соседних пазов образуют конический уступ. В корпусе имеются горизонтальные отверстия и вертикальное осевое отверстие, а на торцах корпусов соседних секций закреплено шарнирное соединение, состоящее из сферы и корпуса, собираемого из двух частей, охватывающих сферу. Горизонтальные отверстия корпусов секций перфоратора соединены с рукавом подачи сжатого воздуха посредством вертикального отверстия (Патент РФ №2332562, опубл. 27.08.2008).

Известен гидроперфоратор. Гидроперфоратор состоит из двух соединенных секций. Верхняя секция включает полый корпус, боковые стенки которого выполнены с насечками. Они выполнены в виде держателей. В них установлены твердосплавные вкладыши в форме основного и обратного конусов. На боковой поверхности основного конуса дополнительно выполнены винтовые канавки. По осевой вкладышей выполнены каналы. На некотором удалении от вкладышей внутри держателей помещены разрезные кольца. Фиксатор включает корпус с осевым каналом и сквозными каналами на четырех ярусах. В сквозные отверстия установлены подпружиненные штоки и пробки. В осевом канале снизу установлена заглушка. Сверху установлен подпружиненный глухой поршень. Образованная при этом камера заполнена маслом (патент РФ 2038466, опубл. 27.06.1995 г.).

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ создания перфорационных отверстий в прилегающей подземной формации из ствола скважины, который включает следующие операции: размещение в стволе скважины скважинного стреляющего перфоратора, содержащего группу зарядов взрывчатого вещества, ориентированных для создания перфорационных отверстий в пласте, прилегающем к скважине; детонацию группы зарядов взрывчатого вещества для создания первого перфорационного отверстия в пласте и создание пары вторых перфорационных отверстий, пересекающихся в точке за конечной точкой первого отверстия (Патент РФ №2411353, опубл. 10.02.2011 - прототип).

Все вышеупомянутые технические решения позволяют либо сориентировать перфоратор в скважине, либо провести комплексное перфорирующее воздействие в течение одного цикла перфорации, т.е. за один спуск перфоратора. Перфорирование проводят без закрепления перфоратора в скважине. Однако за один цикл перфорационного воздействия, т.е. за один спуск перфоратора в скважину, не удается решить вопросы, связанные с перфорацией. Так, не удается свести к минимуму отрицательное кумулятивное воздействие и одновременно образовать широкие и глубокие перфорационные отверстия, или не удается сделать перфорационные отверстия желаемой глубины и т.п. Эти вопросы могли бы быть решены при воздействии кумулятивной перфорацией в одно и то же перфорационное отверстие, когда при повторной перфорации кумулятивная струя направлялась бы в ранее созданное перфорационное отверстие. Однако ни одно из известных технических решений не предусматривает повторную перфорацию с воздействием в те же перфорационные отверстия, которые были образованы в первом цикле перфорации при первом спуске перфоратора в скважину. Даже снаряжение одного перфоратора двумя типами зарядов типа кумулятивного и пулевого не решает эту задачу. Перфорирование двумя видами перфорации типа пулевой и кумулятивной за один спуск перфоратора не позволяет перфорировать в одни и те же перфорационные отверстия, т.к. после первого воздействия типа пулевого (или кумулятивного) незакрепленный перфоратор смещается в скважине и повторное воздействие типа кумулятивного (или пулевого) проводится при смещенном перфораторе и кумулятивная струя не попадает в ранее образованные перфорационные отверстия.

В предложенном изобретении решается задача совмещения места воздействия перфорации при втором и последующих циклах перфорирования с местом воздействия перфорации при первом цикле перфорирования, изменения формы, расширения и углубления перфорационных отверстий в скважине, снижения отрицательного воздействия на заколонный цементный камень.

Задача решается тем, что в способе перфорации скважины, включающем спуск перфоратора в скважину и проведение перфорации, согласно изобретению после спуска перфоратора в скважину его закрепляют с невозможностью поворота и смещения, проведение перфорации выполняют в закрепленном состоянии, после проведения перфорации перфоратор поднимают из скважины, снаряжают зарядами и повторно спускают в скважину, после повторного спуска перфоратор закрепляют в скважине в положении, смещенном азимутально и/или вертикально относительно состояния, которое занимал перфоратор после первого спуска, проведение повторной перфорации выполняют в закрепленном состоянии, после проведения повторной перфорации перфоратор поднимают из скважины, при необходимости операции повторной перфорации повторяют.

В способе перфорации скважины перфоратор снаряжают зарядами рапной мощности перед разными спусками перфоратора.

В способе перфорации скважины перед первым спуском в скважину перфоратор снаряжают зарядами меньшей мощности, чем заряды для снаряжения перфоратора перед вторым спуском.

В способе перфорации скважины перед первым спуском в скважину перфоратор снаряжают зарядами большей мощности, чем заряды для снаряжения перфоратора перед вторым спуском.

Сущность изобретения

При кумулятивной или пулевой перфорации скважины цементный камень в заколонном пространстве испытывает сильное механическое воздействие, приводящее к его разрушению, отслоению от эксплуатационной колонны или породы, растрескиванию. По возникшим дефектам проявляются нежелательные заколонные токи жидкости, повышается обводненность добываемой нефти, нарушается изоляция продуктивных пластов. Во избежание этого применяют щадящую кумулятивную перфорацию слабыми зарядами, оказывающую относительно небольшое воздействие на заколонный цементный камень. Однако при этом количество и глубина перфорационных отверстий сводится к минимуму, что отрицательно влияет на продуктивность скважины. Существующие способы кумулятивной перфорации не способны решить эту задачу. В предложенном изобретении эта задача решается за счет совмещения места воздействия кумулятивной перфорации при втором и последующих циклах перфорирования с местом воздействия перфорации при первом цикле перфорирования. При этом совмещение проводят со смещением вверх или вниз или по азимуту. При такой перфорации происходит изменение формы, расширение и углубление перфорационных отверстий в скважине, снижение отрицательного воздействия на заколонный цементный камень, уменьшение количества перфорационных отверстий при увеличении их глубины. Задача решается следующим образом.

В скважине в интервале перфорации неподвижно устанавливают нижнюю часть устройства для закрепления (фиксирования) корпусного перфоратора. К перфоратору неподвижно прикрепляют верхнюю часть устройства для закрепления (фиксирования) перфоратора в скважине. Устройство для фиксирования перфоратора в скважине выполнено таким образом, что при контактировании с нижней частью верхняя часть становится неподвижной относительно нижней, а следовательно, становится неподвижным и перфоратор. В первом цикле перфорирования в скважину спускают на каротажном кабеле корпусной перфоратор с верхней частью устройства для фиксирования корпусного перфоратора до контакта с нижней частью устройства для фиксирования корпусного перфоратора. Перфоратор снаряжен кумулятивными зарядами. Производят перфорирование скважины при закрепленном (зафиксированном) состоянии перфоратора. Поднимают перфоратор из скважины. Снова снаряжают перфоратор кумулятивными зарядами. Во втором цикле перфорирования в скважину спускают на каротажном кабеле корпусной перфоратор с верхней частью устройства для фиксирования корпусного перфоратора до контакта с нижней частью устройства для фиксирования корпусного перфоратора.

Для изменения формы перфорационных отверстий повторную и/или последующие циклы перфорирования проводят со смещением кумулятивного воздействия относительно перфорационных отверстий, выполненных при первом спуске перфоратора, формируя новую форму перфорационного отверстия или расширяя перфорационное отверстие, или даже углубляя его. Так, при смещении осей перфорационных отверстий при последующих циклах относительно положения в первом цикле перфорирования перфорационные отверстия могут принимать форму, близкую к восьмерке, эллипсу, треугольнику, прямоугольнику, многоугольнику, прямой линии, изогнутой линии практически любого вида, отверстие может быть расширено в диаметре. Отверстие также может быть углублено.

Производят повторное перфорирование скважины. Поднимают перфоратор из скважины. Прекращают перфорирование или проводят третий и последующие циклы перфорирования необходимое количество раз.

При перфорации скважины перфораторы перед разными спусками снаряжают зарядами разной мощности и/или зарядами, образующими перфорационные отверстия разных размеров по глубине и сечению отверстия. Существующие сегодня кумулятивные заряды могут создавать, например, широкие, но неглубокие перфорационные отверстия, или наоборот глубокие, но малого диаметра.

Перед первым спуском перфоратор может быть снаряжен зарядами, образующими отверстия большого или малого диаметра, что определяется применяемыми зарядами для образования отверстий большого или малого диаметра, и в то же время большой или малой глубины, что также определяется применяемыми зарядами большей или меньшей мощности. Перед вторым и последующих спусках перфоратор может быть снаряжен одинаковыми зарядами или зарядами, отличающимися по образованию отверстий по диаметру в большую или меньшую сторону или по глубине отверстий также в большую или меньшую сторону.

В качестве зарядов, образующих отверстия большого диаметра, могут быть использованы заряды типа ЗПК-105 «Н-БО». В качестве зарядов, образующих отверстия малого диаметра, могут быть использованы заряды типа ЗПК-105. В качестве зарядов, образующих отверстия большой глубины, могут быть использованы заряды типа ЗПК-105ДН. В качестве зарядов, образующих отверстия малой глубины, могут быть использованы заряды типа ЗПК-105.

Для изменения формы перфорационных отверстий повторную и/или последующие циклы перфорирования проводят со смещением кумулятивного воздействия относительно перфорационных отверстий, выполненных при первом спуске перфоратора, формируя новую форму перфорационного отверстия или расширяя перфорационное отверстие. Так, при смещении осей перфорационных отверстий в первом и последующих циклах перфорирования перфорационные отверстия могут принимать форму, близкую к восьмерке, эллипсу, треугольнику, прямоугольнику, многоугольнику, прямой линии, изогнутой линии практически любого вида, отверстие может быть расширено в диаметре.

Второй и последующие циклы перфорирования могут быть выполнены без смещения осей отверстий для углубления перфорационных отверстий.

Для решения различных технических задач мощность кумулятивного воздействия изменяют в разных циклах перфорации.

Для минимизации воздействия на заколонный цементный камень применяют маломощное кумулятивное воздействие в первом цикле и более мощное воздействие во втором и последующих циклах. Маломощными зарядами в первом цикле перфорирования стремятся пробить эксплуатационную колонну, не заботясь о глубине перфорации, но сохраняя целостность цементного камня. Во втором и последующих циклах углубляют перфорационные отверстия мощными зарядами, не опасаясь разрушения заколонного цементного камня.

Если не опасаются разрушения заколонного цементного камня, то применяют мощное кумулятивное воздействие в первом цикле. При этом, если опасаются сообщения перфорационного отверстия с нежелательной зоной (как правило, обводненной), то во втором и последующих циклах используют менее мощное воздействие.

Корпусной перфоратор может быть спущен в скважину на колонне насосно-компрессорных труб с жесткой привязкой по глубине и с ориентацией по азимуту. Для ориентации низа колонны труб в скважине по азимуту разработана масса способов и приспособлений, таких как гироскопическое ориентирование, ориентирование с помощью гамма приемников, ориентирование с помощью магнитных меток, механические приспособления и т.п. В этом случае отпадает надобность в устройстве для фиксирования корпусного перфоратора в скважине. Однако справедливости ради следует отметить малую точность подобного ориентирования.

В качестве устройства для фиксирования корпусного перфоратора в скважине могут быть использованы самые различные приспособления. В качестве примеров можно привести следующие:

- постановка на пакере низа устройства в виде короны с расположением на перфораторе ответной части в виде обратной короны;

- постановка в интервале перфорации штыря (штырей) перпендикулярно оси скважины с расположением на перфораторе ответной части с прорезями под штырь (штыри);

- постановка в интервале перфорации конусного центратора с ориентацией по азимуту и ответной части на перфораторе в виде обратного конуса и т.п.

Нижняя часть корпусного перфоратора имеет заглушку с резьбой, по которой и происходит ее соединение с перфоратором. Ответные части устройств для фиксирования прикрепляют к этой заглушке или к самому корпусу перфоратора. Возможен вариант, когда ответная часть прикреплена к верхней заглушке. В этом случае перфоратор после контактирования с нижней частью устройства для фиксирования будет как бы подвешен в скважине.

Смещение перфоратора во втором цикле перфорирования относительно его положения при первом цикле перфорирования возможно достичь смещением ответной верхней части устройства для фиксирования на перфораторе, изменением формы и размеров ответной части, заменой ответной части на новую с новыми размерами.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1 - контрольный. Выполняют перфорацию нефтедобывающей скважины. Интервал перфорации составляет от 1610 до 1612 м. Скважина обсажена эксплуатационной колонной диаметром 146 мм с толщиной стенки 8 мм. Перед перфорацией корпусной перфоратор кумулятивного типа снабжают устройством для фиксирования перфоратора в скважине, представленным на фиг.1, 2 и 3.

Устройство содержит нижнюю заглушку 1 перфоратора 2, ответную часть устройства для фиксирования перфоратора 2 в скважине 3 в виде конусообразного направляющего наконечника 4, имеющего выступы 5 округлой формы, нижнюю часть устройства для фиксирования перфоратора 2 в скважине, представляющего из себя воронку 6, имеющую канавки 7 округлой формы. К нижней части устройства прикреплен хвостовик 8, имеющий центраторы 9. Нижняя часть устройства размещена в зумпфе 10 скважины 3. Для спуска и извлечения хвостовика, как и перфоратора, использован геофизический кабель 11. Перфоратор 2 также снабжен центраторами 12. Перфоратор 2 размещен в интервале продуктивного пласта 13. В результате работы перфоратора образуются перфорационные отверстия 14.

Перфоратор заряжают кумулятивными зарядами марки ЗПК-105ДН, собирают перфоратор и спускают в скважину 3 на геофизическом кабеле 11 в интервал продуктивного пласта 13 до контакта верхней части с нижней частью устройства для фиксации перфоратора. Производят подрыв кумулятивных зарядов, в результате чего образуются перфорационные отверстия 14. Перфоратор поднимают из скважины. На устье скважины разбирают перфоратор, вновь заряжают кумулятивными зарядами марки ЗПК-105ДН, спускают в скважину 3 на геофизическом кабеле 11 до контакта верхней части с нижней частью устройства для фиксации перфоратора. Производят подрыв кумулятивных зарядов. Перфоратор поднимают из скважины. В результате глубина перфорационных отверстий увеличилась с 650 до 1000 мм. Форма отверстий осталась неизменной как после первого цикла перфорации.

Пример 2. Выполняют как пример 1. Разъединяют заглушку 1 и конусообразный направляющий наконечник 4, на заглушку приваривают кольцо толщиной 2 мм и к кольцу приваривают конусообразный направляющий наконечник 4. Далее перфорацию выполняют как в примере 1. В результате получают перфорационные отверстия вытянутой вверх формы.

Пример 3. Выполняют как пример 1. Разъединяют заглушку 1 и конусообразный направляющий наконечник 4 и снова приваривают конусообразный направляющий наконечник 4 к заглушке 1 поворотом на 1 градус. Далее перфорацию выполняют как в примере 1. В результате получают перфорационные отверстия вытянутой по горизонтали формы.

В результате перфорации по примерам 1-3 дебит скважины по сравнению с окружающими нефтедобывающими скважинами с обычной одноразовой перфорацией таким же количеством тех же зарядов увеличился на 35% и составил 8 м³/сут.

Заколонные перетоки жидкости не наблюдаются.

Пример 4. Выполняют как пример 2. Для перфорации при первом спуске перфоратора используют не глубокопроникающие кумулятивные заряды марки ЗПК-105 «Н-БО», способные пробивать эксплуатационную колонну и образовывать перфорационные отверстия небольшой глубины, но большого размера. При повторной перфорации используют кумулятивные заряды марки ЗПК-105 «ДН», способные образовывать глубокие перфорационные отверстия в заколонном пространстве.

Исследования показали, что цементный камень в заколонном пространстве скважины сохранился полностью, не отмечено наличия трещин и отслоений от породы и эксплуатационной колонны. Заколонных перетоков не наблюдается. Дебит скважины по сравнению с окружающими скважинами возрос на 22%.

Пример 5. Выполняют как пример 3. Скважиной вскрыт пласт, который по техническим причинам или конструктивным особенностям конкретной скважины перекрыт двумя колоннами. Цементный камень в заколонном пространстве или отсутствует или имеет ярко выраженные дефекты в виде некачественного сцепления и перерывов. Намечено провести перфорацию, а затем выполнить ремонтно-изоляционные работы закачкой в заколонное пространство цементного раствора.

Для перфорации при первом спуске перфоратора используют мощные кумулятивные заряды марки ЗПК-105 «ДН», способные не только пробивать эксплуатационную колонну, но и образовывать перфорационные отверстия повышенной глубины. При повторной перфорации используют те же кумулятивные заряды. В результате получено сообщение с заколонным пространством и произведен цементаж для ликвидации заколонного перетока.

Таким образом, применение предложенного способа позволит решить задачу совмещения места воздействия кумулятивной перфорации при втором и последующих циклах перфорирования с местом воздействия перфорации при первом цикле перфорирования с изменением формы, расширения и углубления перфорационных отверстий в скважине, задачу снижения отрицательного воздействия на заколонный цементный камень при достижении сообщения ствола скважины с заколонным пространством.

Применение предложенного способа позволит совместить места воздействия кумулятивной перфорации при втором и последующих циклах перфорирования с местом воздействия перфорации при первом цикле перфорирования, изменить форму, расширить и углубить перфорационные отверстия в скважине, снизить отрицательное воздействие на заколонный цементный камень при достижении сообщения ствола скважины с заколонным пространством.