Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА НА ДЕПРЕССИИ

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к способам вскрытия скважинами продуктивных нефтяных и газовых горизонтов, и предназначается для использования как на вновь осваиваемых месторождениях нефти и газа, так и на месторождениях, находящихся в разработке. Изобретение может быть использовано при бурении вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин как в карбонатных, так и в терригенных коллекторах при любом низком давлении в пласте.

Известен способ вскрытия продуктивного пласта на депрессии, приведенный в описании полезной модели к свидетельству РФ 16177, МПК⁷ Е21В 21/14 (заявлено 25.01.2000, опубликовано 10.12.2000, БИ 34), под названием "Устройство для вскрытия продуктивного пласта".

Указанное устройство при работе реализует способ, включающий спуск в скважину колонны бурильных труб с долотом, обвязку устья скважины, промывку ствола скважины и подачу на долото при бурении аэрированной промывочной жидкости с газообразным, например, азотным агентом.

В обсаженную до продуктивного пласта скважину спускают колонну бурильных труб с долотом меньшего диаметра. Обвязку устья скважины герметизируют и оборудуют линиями подачи в колонну бурильных труб через эжектор промывочной жидкости из емкости на устье скважины и газообразного агента от источника его образования, в качестве которого используют, например, передвижную азотную компрессорную станцию марки СДА-5/101М. Межтрубное пространство скважины выкидной линией соединяют с сепаратором.

При бурении продуктивного пласта через колонну бурильных труб на долото одновременно и совместно подают промывочную жидкость и азот в газообразном состоянии, что исключает необходимость ожидания растворения в промывочной жидкости растворяемого (как в аналоге) вещества, сокращая тем самым время, упрощая производство работ при бурении и обеспечивая при этом депрессию в системе: скважина - продуктивный пласт.

Недостатком известного способа является то, что не во всех случаях обеспечивается высокое качество вскрытия продуктивных пластов на депрессии, при этом не в полной мере обеспечивается сокращение времени вскрытия продуктивных пластов и не полностью исключены аварийные ситуации при их проходе. Это происходит в случаях необеспеченности расчетной депрессии на продуктивный пласт и обусловлено также геологическими свойствами вскрываемых пластов (неоднородность пород, характер насыщения флюидом и т.п.).

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату из числа известных технических решений является «Способ вскрытия продуктивного пласта на депрессии» (патент РФ №2199646, МПК⁶ Е21В 21/14, заявлено 01.04.2002, опубликовано 27.02.2003, БИ №11).

Данный способ осуществляют следующим образом. Вначале бурят ствол скважины до кровли продуктивного пласта традиционным буровым оборудованием на обычном буровом растворе и цементируют его. В обсаженный ствол скважины спускают колонну бурильных труб с долотом меньшего диаметра. В состав колонны бурильных труб перед спуском в скважину вводят не менее двух контейнеров с автономными манометрами, например, типа МТА-06. Устье скважины герметизируют, а ее межтрубное пространство выкидной линией соединяют с сепаратором. Оборудуют линию подачи в колонну бурильных труб через эжектор промывочной жидкости из емкости на устье скважины и линию подачи в колонну бурильных труб через указанный эжектор газообразного агента от источника его образования. В качестве последнего используют, например, передвижную азотную компрессорную станцию марки СДА-5/101М. Производят промывку ствола скважины. После чего через кабельный ввод в скважину на кабеле спускают глубинный манометр на глубину, сопоставимую с глубиной установки автономных манометров колонны бурильных труб. Подают в колонну бурильных труб через эжектор одновременно промывочную жидкость и газообразный агент, создавая в стволе скважины круговую циркуляцию газожидкостной смеси, после чего в стволе скважины проводят исследования по установлению режимов бурения на депрессии. Для этого после начала круговой циркуляции промывочной жидкости с газообразным агентом в стволе скважины поочередно создают не менее трех режимов подачи аэрированной промывочной жидкости: ниже расчетного давления, равное расчетному и выше расчетного, обеспечивающих создание депрессии на продуктивный пласт. На всех режимах замеряют величины давлений на автономных и кабельном глубинном манометрах, фиксируют время и устанавливают потери давления в интервале от места установки манометра до устья скважины. По полученным данным производят анализ изменения забойного давления в зависимости от расхода промывочной жидкости и газообразного агента и строят график такой зависимости. По графику устанавливают требуемый режим подачи промывочной жидкости и газообразного агента. При бурении продуктивного пласта подачу промывочной жидкости и газообразного агента на долото производят на выбранном режиме поддержания заданной величины депрессии на продуктивный пласт при вскрытии его по всей толщине.

Рассматриваемый по прототипу «Способ вскрытия продуктивного пласта на депрессии» в настоящий момент на практике не адаптирован под следующие условия:

- не учитывается изменение пластового давления в процессе проводки ствола в условиях длительно разрабатываемых залежей;

- режим промывки не учитывает наличие дополнительных гидродинамических потерь при включении циркуляции и сложность управления забойным давлением в процессе бурения (колебание плотности при аэрировании промывочного агента, отсутствие возможности плавного регулирования подачи насосного агрегата и компрессорных установок, сложность точного расчета гидродинамического давления аэрированной жидкости в требуемом интервале ствола скважины).

Задача изобретения - создать условия для поддержания стабильной депрессии в системе «скважина-пласт» в процессе первичного вскрытия продуктивного пласта бурением.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе вскрытия продуктивного пласта на депрессии, включающем спуск в скважину колонны бурильных труб с долотом и не менее чем с двумя контейнерами с автономными манометрами, обвязку устья скважины, промывку ствола скважины и подачу на долото при бурении аэрированной промывочной жидкости с газообразным, например, азотным агентом, после промывки ствола скважины через кабельный ввод в скважину спускают кабельный глубинный манометр на глубину размещения в скважине автономных манометров колонны бурильных труб, затем в стволе скважины проводят исследования по установлению режимов бурения на депрессии, для чего после начала круговой циркуляции промывочной жидкости с газообразным агентом в стволе скважины поочередно создают не менее трех обеспечивающих создание депрессии режимов подачи аэрированной промывочной жидкости: ниже расчетного давления, равное расчетному и выше расчетного, при этом на всех режимах замеряют величины давлений на автономных и кабельном глубинном манометрах, фиксируют время и устанавливают потери давления в интервале от места установки манометра до устья скважины, по полученным данным производят анализ изменения забойного давления в зависимости от расхода промывочной жидкости и газообразного агента и строят график такой зависимости, по которому устанавливают требуемый режим подачи промывочной жидкости и газообразного агента, режим поддержания забойного давления и заданной величины депрессии на продуктивный пласт подбирают таким образом, чтобы обеспечить постоянную величину депрессии при вскрытии пласта по всей толщине, регулированием подачи промывочной жидкости и газообразного агента на долото, а также регулированием забойного давления путем дросселирования циркуляции на выкидной линии, величину которого рассчитывают для всех видов буровых работ с учетом стадии разработки залежи, причем для условий только разбуриваемых и не введенных в эксплуатацию залежей, характеризующихся постоянным по простиранию коллектора пластовым давлением, колебания забойного давления при статике и гидродинамике компенсируют дросселированием выкидной линии, величину которого для каждого (i-го) вида буровых работ определяют расчетным путем по формуле:

Р_{дросселир.(i)}=Р_пл.-Р_заб.(i),

где Р_{дросселир.(i)} - величина давления дросселирования на i-й стадии работ, МПа;

Р_пл. - величина пластового давления, МПа;

Р_заб.(i) - величина забойного давления на i-й стадии работ, МПа;

а для условий длительно эксплуатируемых залежей, характеризующихся переменным по простиранию коллектора пластовым давлением, величину давления дросселирования определяют в оперативном порядке путем прямых замеров забойного и пластового давлений в режиме реального времени.

В настоящее время из общедоступных источников научно-технической и патентной информации нам не известны способы вскрытия продуктивного пласта на депрессии, которые вместе с известными существенными признаками содержали бы в себе предложенную нами, изложенную выше новую совокупность существенных признаков, как в заявляемом способе вскрытия продуктивного пласта на депрессии.

Для осуществления способа используют стандартное типовое оборудование для вскрытия продуктивного пласта. Типовая обвязка применяемого технологического комплекса для бурения на депрессии включает в себя буровую установку; комплект противовыбросового оборудования, в частности, механический превентор с глухими плашками или устьевой шаровой кран с механическим приводом; гидравлические плашечные превентора с трубными, глухими или срезными плашками; превентор универсальный гидравлический; герметизатор роторный или универсальный вращающийся гидравлический превентор; основной и вспомогательный пульты управления превенторами; манифольды; линии сепарации и глушения; блоки; сепарации, глушения, дросселирования и пробоотборника; факельную систему и насосно-силовое оборудование.

Типоразмеры оборудования подбираются в зависимости от конструкции скважины. Манифольдные обвязки линий сепарации, глушения состоят из труб диаметром 89 мм и 114 мм соответственно. Блок сепарации состоит из трехфазного нефтегазошламового сепаратора, обвязанного с технологической емкостью, системы автоматики, емкостного парка для сбора нефти, шлама из сепаратора и для хранения нефти и пластовой воды. Кроме этого, в комплекс входят компрессорные азотные установки типа СДА 5/101М и СД 9/101М (либо их аналоги типа ТГА), обеспечивающие подачу азота не менее 88% в смеси с воздухом.

Система контроля состоит из станции контроля и управления технологическими процессами бурения на депрессии (АМКД); автономных глубинных манометров с программным управлением (либо датчиков для измерения забойного давления, передающих информацию в режиме реального времени); глубинных манометров, спускаемых на кабеле; автоматических газоанализаторов непрерывного действия; автоматики сепарационной установки; контрольно-измерительных приборов.

Для вскрытия продуктивной части пласта и проведения спускоподъемных операций под давлением необходимо использовать бурильные трубы соответствующего типоразмера, прошедшие специальную подготовку (с выполненной проточкой фаски на торцах замков под углом 180 к образующей замка), сбалансированные УБТ, обратные и шаровые клапаны малого диаметра, переводники с пробками или диафрагмами, разрушающимися при определенном усилии (давлении), контейнеры автономных манометров, четырех- или шестигранные ведущие бурильные трубы соответствующего типоразмера, гидравлические забойные двигатели, оснастка для принудительного спуска и подъема бурильного инструмента при наличии избыточного давления в скважине, вертлюг ВРБ-100 или ВРБ-80 с герметизирующим узлом кабельного ввода, механизмы малой механизации и др.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину спускают компоновку инструмента, идентичную компоновке, используемой при вскрытии продуктивного пласта.

На основании программы промывки проводят исследования на различных режимах. При этом производят замену технической воды в стволе скважины на нефть. Расход нефти в газожидкостной смеси принимают из расчета устойчивой работы гидравлического забойного двигателя (например, для ДI-105-6 л/с).

Затем проводят исследования по установлению режимов бурения на депрессии. Для этого после начала круговой циркуляции нефти с газообразным агентом в стволе скважины поочередно создают не менее трех режимов подачи аэрированной жидкости, обеспечивающих создание депрессии: ниже расчетной, равной расчетной и выше расчетной. С помощью автономных манометров и манометра, спущенного на кабеле, замеряют давления на всех режимах. Устанавливают потери давления в интервале от места установки манометров до долота. Производят подъем манометра на кабеле и инструмента с контейнерами глубинных манометров.

По полученным данным производят анализ изменения забойного давления в зависимости от расхода нефти и азота. На основе полученных результатов устанавливают первоначальный режим подачи нефти и азота. В процессе бурения ствола режим поддержания забойного давления и заданной величины депрессии обеспечивается регулированием подачи промывочной жидкости и газообразного агента на долото, а также регулированием забойного давления путем дросселирования циркуляции на выкидной линии, величина которого рассчитывается для всех видов буровых работ с учетом стадии разработки залежи.

На рисунке представлен пример регулирования забойного давления горизонтального участка скважины с использованием депрессионного оборудования на новом участке залежи, характеризующемся постоянным по простиранию коллектора пластовым давлением (постоянным в процессе всего бурения). На каждом этапе (i-м виде) буровых работ анализируется изменение замеряемого забойного давления. К примеру, в 13:10 часов осуществляется бурение с заданными величинами подачи промывочной жидкости и газообразного агента, забойное давление при этом составляет 94 атм, пластовое давление 105 атм (рис.).

Для обеспечения равновесия в системе «скважина-пласт» на данном виде (этапе) работ требуется дросселирование выкидной линии давлением, определяемым по формуле:

Р_{дросселир.(i)}=Р_пл.-Р_заб.(i)=105-94=11 атм,

где - величина давления дросселирования на i-й стадии работ, МПа;

- величина пластового давления, МПа;

- величина забойного давления на i-й стадии работ, МПа;

Величину давления дросселирования 11 атм необходимо обеспечить на протяжении данного вида (стадии) работ для обеспечения требуемого режима первичного вскрытия. После дроссселирования выкидной линии, к моменту времени 14:10 величина забойного давления составляет уже 105 атм (рис.), следовательно, при сохранении заданных величин подачи промывочной жидкости и газообразного агента, обеспечена требуемая величина давления дросселирования 11 атм.

Для обеспечения равновесия в системе «скважина-пласт» на последующих этапах (видах) работ также осуществляется оперативная соответствующая корректировка давления дросселирования, по аналогии с вышепредставленным этапом работ. На представленном примере (рис.) видно, что при выполнении работ по наращиванию бурильного инструмента (отдувка инструмента и наращивание) забойное давление без дросселирования выкидной линии упало бы до 75-80 атм, что обусловлено изменением подачи промывочной жидкости и газообразного агента при наращивании инструмента. Для выполнения поставленной задачи по поддержанию заданного режима первичного вскрытия, на данной стадии работ требуется повышенное давление дросселирования выкидной линии (до 25-30 атм).

Таким образом, поддержание постоянной величины депрессии при вскрытии пласта по всей толщине обеспечиваается регулированием подачи промывочной жидкости и газообразного агента на долото, а также регулированием забойного давления путем дросселирования циркуляции на выкидной линии.

Использование предложенного способа повышает качество вскрытия продуктивных пластов на депрессии при любой неоднородности свойств породы продуктивных пластов по их толщине при одновременном обеспечении сокращения времени вскрытия продуктивных пластов и исключения аварийных ситуаций при их проходке.