СПОСОБ ПРОМЫВКИ НАКЛОННО-ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии промывки наклонно-горизонтальных скважин с низким пластовым давлением.

Известен способ промывки скважин (авторское свидетельство SU №1105603, МПК E21B 21/00, опубл. в 1984 г.), включающий прокачивание в скважину через бурильную колонну основного, разделяющего и облегченного промывочных агентов, создание перепада давления между затрубным и внутритрубным пространствами, подъем бурильной колонны над продуктивной зоной по окончании бурения с созданием циркуляции основного промывочного агента по прямой схеме промывки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и упрощения технологии вскрытия продуктивного пласта, в качестве разделяющего агента используют раствор на нефтяной основе с предельным статическим напряжением сдвига не ниже 40 мг/см в объеме, равном трехкратному объему ствола скважины в интервале вскрытия продуктивного пласта, при этом раствор на нефтяной основе прокачивают в затрубное пространство с оставлением 2/3 его объема в полости бурильных труб, а закачиваемый объем облегченного промывочного агента равен этому объему.

Недостатки данного способа:

- во-первых, сложность технологии приготовления разделяющего агента на нефтяной основе, который, к тому же, не отвечает экологическим требованиям, предъявленным к буровым растворам;

- во-вторых, низкая эффективность в условиях обильного шламонакопления и низкого пластового давления в открытом стволе наклонно-горизонтальной скважины.

Также известен способ очистки горизонтальной скважины от песчаной пробки в процессе капитального ремонта (патент RU №2165007, МПК E21B 37/00, опубл. 10.04.2001 г.), включающий закачивание очищающего агента и его продавливание, создание в стволе скважины депрессии, вынос кольматирующих отложений и транспортирование их на дневную поверхность циркуляцией промывочного агента, при этом дополнительно спускают в скважину гибкую насосно-компрессорную трубу и фиксируют глубину спуска, а в качестве очищающего агента используют инертный газ, закачиваемый через гибкую насосно-компрессорную трубу под давлением, не превышающим давление опрессовки эксплуатационной колонны, и пенообразующую жидкость, закачиваемую через затрубное пространство, объем порции которой рассчитывают по расчетной формуле, причем продавливание осуществляют инертным газом до фиксации скачка давления на устье скважины, а депрессию в стволе скважины создают снижением давления на устье до величины, определяемой по расчетной формуле, причем транспортирование кольматирующих отложений на дневную поверхность осуществляют с помощью циркуляции дополнительной порции пены, подаваемой с устья скважины через гибкую насосно-компрессорную трубу, а затем при закрытом затрубном пространстве продавливают пену инертным газом в очищенный интервал продуктивного пласта под давлением, не превышающим давление опрессовки эксплуатационной колонны, производят допуск гибкой насосно-компрессорной трубы на длину очищенного интервала и при открытом затрубном пространстве продувают забой инертным газом, а по установленной длине допуска труб определяют цикличность процесса.

Недостатки данного способа:

- во-первых, длительная и сложная технология осуществления способа,

- во-вторых, низкая эффективность в условиях обильного шламонакопления и низкого пластового давления в открытом стволе наклонно-горизонтальной скважины, что чревато прихватом колонны труб с созданием аварийной ситуации в скважине.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ промывки наклонно-горизонтальной скважины (патент RU №2026954, МПК E21B 21/00, опубл. 20.01.1995 г.), включающий создание циркуляции бурового раствора по прямой схеме промывки прокачиванием через бурильную колонну труб с долотом основного бурового раствора с плотностью, обеспечивающей проводку скважины на равновесии гидростатического и пластового давлений, и бурового раствора с вязкостью, обеспечивающей повышенную выносящую способность, при этом буровой раствор с вязкостью, обеспечивающей повышенную выносящую способность, прокачивают через бурильную колонну труб при каждом добуривании последних 1-2 м длины ведущей трубы, начиная с интервала набора кривизны, и далее при бурении горизонтальной части ствола скважины, при этом буровой раствор с повышенной выносящей способностью приготавливают путем добавления к основному буровому раствору водного раствора гидролизованного полиакриламида или водного раствора гидролизованного полиакрилнитрила до получения вязкости бурового раствора 60-80 с, в качестве основного бурового раствора используют полимерглинистый буровой раствор вязкостью 20-25 с, причем водный раствор гидролизованного полиакриламида приготавливают вязкостью 100-150 с, при этом циркуляцию бурового раствора с повышенной выносящей способностью осуществляют по замкнутой системе, исключающей смешивание его с основным буровым раствором, по окончании промывки производят извлечение колонны бурильных труб из скважины.

Недостатки данного способа:

- во-первых, низкая эффективность, при промывке наклонно-горизонтальной скважин с низким пластовым давлением, что связано с поглощением бурового раствора;

- во-вторых, при использовании в процессе промывке наклонно-горизонтальной скважины с низким пластовым давлением в качестве бурового раствора полимерглинистого бурового раствора снижается скорость проходки, вследствие ее низкой стабильности и выносящей способности;

- в-третьих, высокие затраты на реализацию способа, связанные с размещением большого количества устьевого оборудования для циркуляции бурового раствора с повышенной выносящей способностью осуществляют по дополнительной замкнутой системе, исключающей смешивание его с основным буровым раствором;

- в-четвертых, высокая вероятность прихвата бурильной колонны в процессе промывки наклонно-горизонтальной скважины вследствие взаимодействия бурильной колонны труб со стенками открытого ствола наклонно-горизонтальной скважины, поэтому происходит образование обильного шламонакопления в интервале взаимодействия.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности промывки наклонно-горизонтальной скважины с низким пластовым давлением с повышением стабильности бурового раствора и возможностью регулирования его вязкости с устья скважины в процессе промывки, а также снижение вероятности прихвата бурильной колонны в процессе промывки и снижение затрат на монтаж дополнительной замкнутой системы на устье скважины.

Поставленная задача решается способом промывки наклонно-горизонтальной скважины, включающим создание циркуляции бурового раствора по прямой схеме промывки прокачиванием через бурильную колонну труб с долотом, спущенную в скважину основного бурового раствора и бурового раствора с вязкостью, обеспечивающей повышенную выносящую способность, начиная с интервала набора кривизны при промывке наклонно-горизонтальной скважины и до достижения забоя открытого ствола, при этом буровой раствор с повышенной выносящей способностью приготавливают путем добавления к основному буровому раствору, извлечение колонны бурильных труб из скважины.

Новым является то, что в процессе спуска бурильной колонны труб с целью исключения ее взаимодействия со стенками открытого ствола скважины ее оснащают эксцентриками, при этом в качестве бурового раствора применяют аэрированную промывочную жидкость, причем в процессе промывки открытого ствола наклонно горизонтальной скважины аэрированной промывочной жидкостью спуск колонны бурильных труб производят с осевой скоростью 20 м/ч и с вращением со скоростью 40 об/мин, а при прохождении каждых 5 м спуск колонны бурильных труб приостанавливают и приподнимают колонну бурильных труб на 2 метра, производят циркуляцию аэрированной промывочной жидкости с повышенным расходом в течение 15 мин, после чего спуск продолжают, а в качестве бурового раствора с повышенной выносящей способностью используют растворимые в аэрированной промывочной жидкости полимерные бруски, причем полимерный брусок состоит из акрилового сополимера, растворимой бумаги и растворимой пробки, при этом полимерные бруски сбрасывают в бурильную колонну труб с устья скважины при наращивании каждой трубы бурильной колонны, начиная с интервала угла набора кривизны открытого ствола выше 40° при промывке наклонно-горизонтальной скважины и до достижения забоя открытого ствола.

Практическими исследованиями установлено, что увеличение скорости осаждения вымываемых частиц породы вследствие бойкоттовского осаждения наиболее заметно при углах наклона скважины от 40 до 50°; в этом же диапазоне происходит наиболее интенсивное скольжение шлама. Со сползанием шлама результирующий градиент плотности раствора по поперечному сечению вызывает нарушение равновесия давлений, что приводит к образованию конвекционных потоков жидкости, выталкивающих более легкую жидкость вверх и способствующих движению шлама вниз, тем самым ускоряя осаждение шлама на стенках скважины, что чревато прихватом бурильной колонны.

Способ промывки наклонно-горизонтальной скважины реализуют следующим образом.

На фиг. 1 схематично изображена схема реализации способа промывки наклонно-горизонтальной скважины.

На фиг. 2 схематично изображен разрез бурильной колонны труб с эксцентриком.

На устье скважины 1 с низким пластовым давлением (см. фиг. 1) низ бурильной колонны труб 2, например, диаметром 73 мм по ГОСТ Р 50278-92 «Трубы бурильные с приваренными замками» оснащают долотом 3. Так для открытого ствола 3′ наклонно-горизонтальной скважины 1 диаметром d=143,9 мм, диаметр - D долота 3 выбирают равным 142,9 мм.

В процессе спуска колонну бурильных труб 2 оснащают эксцентриками 4′, 4″, …4ⁿ. Расстояние - L между соседними эксцентриками, например 4′ и 4″, установленными в состав бурильной колонны 2, должно обеспечивать нахождения эксцентрика, например эксцентрика 4″ в верхнем положении, при котором середина пролета бурильной колонны 2 не будет касаться нижней стенки скважины 1, подбирается экспериментально в зависимости от типоразмера бурильной колонны, диаметра замка, зенитного угла скважины. Так для колонны бурильных труб диаметром 73 мм при эксцентриситете - е (см. фиг. 2), равном 20 мм, расстояние - L (см. фиг. 1) между соседними эксцентриками, например 4′ и 4″, составляет 10-12 м.

Эксцентрики 4′, 4″, …, 4ⁿ предназначены для улучшения очистки ствола скважины от шлама в процессе промывки. На фигуре 2 в разрезе изображен эксцентрик 4″, установленный в составе колонны бурильных труб 2.

Наличие эксцентриков снижает вероятность прихвата бурильной колонны в процессе промывки наклонно-горизонтальной скважины, так как исключает взаимодействия бурильной колонны труб 2 (см. фиг. 1) со стенками открытого ствола наклонно-горизонтальной скважины 1, поэтому не происходит образование обильного шламонакопления в этом интервале.

Спускают колонну бурильных труб 2 в наклонно-горизонтальную скважину 1 до начала интервала открытого ствола 3′, например до интервала 1165 м, производят замену скважинной жидкости буровым раствором, в качестве которого применяют аэрированную воздухом или газом, например воздухом, промывочную жидкость, например, в отношении 30:1. В качестве промывочной жидкости используют, например, техническую воду плотностью 1000 кг/м³ с добавлением поверхностно-активного вещества (ПАВ), например МЛ-80Б в концентрации 0,3% от объема технической воды. ПАВ МЛ-80Б выпускают по ТУ 2481-007-48482528-99. Применение ПАВ обеспечивает повышение стабильности бурового раствора в процессе промывки наклонно-горизонтальной скважины 1.

Закачку аэрированной промывочной жидкости в отношении 30:1 осуществляют с расходом 15 л/с по прямой схеме промывки: насосный агрегат 5 (см. фиг. 1) + компрессор 6, соединенные между собой тройником 7 - нагнетательная линия 8 с задвижкой 9 - колонна бурильных труб 2 - шаровая воронка 3 -межколонное пространство 10 - задвижка 11 - выкидная линия - 12 - желобная емкость 13.

В качестве компрессора, например, используют компрессорную станцию СД-5/101М, а в качестве насосного агрегата, например, используют цементировочный агрегат ЦА-320, емкость которого заполняют промывочной жидкостью, при необходимости используют автоцистерну (на фиг. 1 и 2 не показано).

Преимуществом аэрированной промывочной жидкости в сравнении с другими промывочными жидкостями, в том числе и с применяемой в прототипе, является эффективное их применение при катастрофических поглощениях промывочных жидкостей и при промывке пластов с низким давлением.

Начиная с интервала (1165 м) начала открытого ствола 3′ (см. фиг. 1) наклонно-горизонтальной скважины 1 и до достижения забоя 15 наклонно-горизонтальной скважины 1, например, интервала 1295 м производят спуск колонны бурильных труб 2 с осевой скоростью не более 20 м/ч и вращением со скоростью 40 об/мин с промывкой аэрированной промывочной жидкостью с расходом, например, 15 л/с.

При прохождении каждых 5 м открытого ствола 3′ спуск колонны бурильных труб 2 приостанавливают, приподнимают колонну бурильных труб 2 на 2 метра и производят циркуляцию аэрированной промывочной жидкости с повышенным расходом, например 25 л/с, в течение 15 минут. После чего спуск колонны бурильных труб 2 продолжают, как описано выше.

На участке набора кривизны 14, начиная с угла набора кривизны открытого ствола выше 40°, например 42°, в открытом стволе 3′ наклонно-горизонтальной скважины 1, например в интервале 1220 м, начинают применять буровой раствор с повышенной выносящей способностью, для этого используют сухие полимерные бруски (на фиг. 1 и 2 не показано), растворимые в аэрированной промывочной жидкости, которые повышают вязкость бурового раствора. Полимерный брусок состоит из акрилового сополимера, растворимой бумаги и растворимой пробки. Полимерный брусок выполняет роль загустителя в промывочной жидкости, причем действующим химическим веществом бруска является акриловый сополимер.

Полимерные бруски (по одному бруску) сбрасывают в бурильную колонну труб 2 (см. фиг. 1) с устья скважины 1 при наращивании каждой трубы бурильной колонны 2, в интервале открытого ствола 3′ с углом набора кривизны открытого ствола 3′ выше 40° и до достижения забоя 15 наклонно-горизонтальной скважины 1.

Например, используют полимерный брусок RAPID SWEEP химический реагент для создания вязкой пачки представляет собой измеренное количество акрилового сополимера в водорастворимой упаковке с растворимой пробкой и предназначен для обеспечения вязкости, уменьшения трения, инкапсуляции частиц вымываемой породы и контроля фильтрации в буровых растворах на водной основе.

Полимерный брусок RAPID SWEEP состоит из акрилового сополимера, растворимой бумаги и растворимой пробки и служит для инкапсуляции частиц шлама на поверхности пласта, что предотвращает диспергирование.

Применение полимерных брусков RAPID SWEEP позволяет увеличить (регулировать) вязкость промывочной жидкости с устья скважины в процессе промывки наклонно-горизонтальной скважины 1 и повысить выносящую способность промывочной жидкости. Поставщиком полимерных брусков RAPID SWEEP является фирма M-I SWACO/ALPINE, Scotland,UK.

Другим примером применения полимерного бруска служит брусок, выполненный на основе полимера «Supra Xan», который представляет собой измеренное количество акрилового сополимера «Supra Хаn» в водорастворимой упаковке и предназначен для обеспечения вязкости (создания вязкой пачки), уменьшения трения, инкапсуляции частиц вымываемой породы и контроля фильтрации в буровых растворах на водной основе. Эффективно работает в промывочной жидкости на основе пресной и сильноминерализованной воды и предназначен для очистки горизонтальной скважины при промывке и обеспечивает вынос из скважины во взвешенном состоянии зерен породы. Полимерный брусок «Supra Хаn» обеспечивает необходимую вязкость промывочной жидкости и позволяет контролировать водоотдачу. Поставщиком «Supra Хаn» является фирма «North Perespective», Россия, г.Санкт-Петербург.

Кроме того, возможно выполнение полимерных брусков, изготавливаемых из акрилового сополимера, в качестве которого применяют измеренное количество полиакриламида DР9-8177 по ТУ 2458-010-70896713-2006, либо полиакриламида ПНП-1 по ТУ 2458-016-14023401-2011, предназначенных для обеспечения вязкости, уменьшения трения, инкапсуляции частиц вымываемой породы и контроля фильтрации в буровых растворах на водной основе.

Применение полимерных брусков сбрасываемых с устья в бурильную колонну труб 2 позволяет избирательно повысить вязкость бурового раствора только в интервалах набора кривизны открытого ствола 3′ выше 40°.

В процессе промывки твердая фаза вымываемые частицы породы, песка (на фиг. 1 показано условно), которыми завален открытый ствол 3′ наклонно-горизонтальной скважины 1, насыщают аэрированную промывочную жидкость с повышенной выносящей способностью (в результате растворения полимерных брусков) и равномерно распределяется по всему ее объему, рассредоточиваясь между воздушными пузырьками, вследствие ее повышенной вязкости.

Такое равномерное распределение твердой фазы в дисперсии и разделение ее отдельных частиц и агрегатов газовоздушными пузырьками способствует снижению внутреннего трения в системе, повышая ее текучесть в динамических условиях и структурирование в статических.

После дохождения долота 3 с промывкой и вращением колонны бурильных труб 2 до забоя 15 наклонно-горизонтальной скважины 1 извлекают колонну труб 2 из наклонно-горизонтальной скважины 1.

Приготовление бурового раствора с вязкостью, обеспечивающей повышенную выносящую способность, производят путем растворения сухих полимерных брусков в аэрированной промывочной жидкости в процессе ее движения по колонне бурильных труб, что в сравнении с прототипом исключает необходимость применения дополнительной замкнутой системы, исключающей смешивание его с основным буровым раствором и снижает затраты на ее монтаж.

Предлагаемый способ промывки наклонно-горизонтальной скважины позволяет повысить эффективность промывки наклонно-горизонтальной скважины с низким пластовым давлением, повысить стабильность бурового раствора с возможностью регулирования его вязкости с устья скважины в процессе промывки, а также снизить вероятность прихвата бурильной колонны в процессе промывки и затраты на монтаж дополнительной замкнутой системы на устье скважины.