Результат интеллектуальной деятельности: Способ одновременно-раздельной эксплуатации нагнетательной скважины

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при одновременно-раздельной эксплуатации нескольких интервалов скважины, отличающихся по своим фильтрационно-емкостным свойствам.

Известен способ одновременно-раздельной эксплуатации нагнетательной скважины (патент RU № 2354810, МПК Е21В 43/14, опубл. 10.05.2009 Бюл. № 13), включающий разделение пластов в скважине пакером, закачку жидкости в каждый пласт по своей колонне труб, причем устанавливают манометры на устье скважины на обвязках обеих колонн труб, останавливают одновременно закачку в оба пласта, дожидаются падения давления в пласте с меньшей приемистостью до величины ниже рабочего давления для пласта с большей приемистостью, после снижения давления возобновляют закачку в пласт с большей приемистостью, одновременно контролируя давление в колонне труб для другого пласта, при увеличении давления в колонне, где закачку не возобновили, или при скачкообразном снижении темпа падения давления делают заключение о негерметичности пакера, а при монотонном продолжении снижения давления или при отсутствии влияния увеличения давления в колонне труб для пласта с большей приемистостью на давление в колонне труб для пласта с меньшей приемистостью делают заключение о герметичности пакера, при этом при эксплуатации скважины создают перепад давления между нагнетательными колоннами труб скважины, необходимый для обеспечения закачки в пласт с меньшей приемистостью.

Недостатками данного способа являются сложность установки и извлечения колонн труб, применяемых для каждого пласта, отделенного пакером, узкая область применения из-за невозможности применения для трех и более пластов.

Известен также способ регулируемой закачки жидкости по пластам (патент RU № 2679406, МПК Е21В 43/14, Е21В 34/10, опубл. 08.02.2019 Бюл. № 4), включающий спуск в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) компоновки подземного оборудования, включающей нижний пакер, разъединитель, устройство распределения закачки (УРЗ), верхний пакер, разъединитель, посадку пакеров и их опрессовку, закачку жидкости с устья в полость колонны НКТ, определение суммарного расхода жидкости, закачиваемой в верхний и нижний пласты, подъем извлекаемой части УРЗ на поверхность, изменение ее характеристик, повторную установку извлекаемой части УРЗ в НКТ до ее посадки в корпусную часть УРЗ, закачку жидкости в соответствующие пласты, по окончании работ производят подъем компоновки подземного оборудования, причем сбрасывают растворимый шар, который размещается в посадочном седле дополнительной втулки извлекаемой части УРЗ и отсекает подачу жидкости в верхний пласт, при этом продолжают подачу жидкости в полость НКТ и далее в нижний пласт, затем в течение времени размывания сброшенного растворимого шара производят замер расхода жидкости для нижнего пласта, определяют расход жидкости верхнего пласта вычитанием замеренного расхода нижнего пласта из суммарного расхода жидкости, закачиваемой в верхний и нижний пласты, сопоставляют фактические расходы жидкости для верхнего и нижнего пластов с заданными значениями, причем при их отличии после размывания сброшенного растворимого шара поднимают извлекаемую часть УРЗ на поверхность при помощи ловильного инструмента на геофизическом кабеле, проволоке или колтюбинговой установке, далее в посадочные места извлекаемой части УРЗ устанавливают верхний и нижний штуцеры, опускают извлекаемую часть УРЗ в НКТ до ее посадки в корпусную часть УРЗ и осуществляют регулируемую закачку жидкости, для возобновления отсечения верхнего пласта и проведения замера расхода жидкости для нижнего пласта последовательно повторяют вышеописанные операции.

Недостатками данного способа являются сложность реализации, высокая аварийность из-за большого количества операций и низкой надежности устройств распределения закачки (УРЗ), переключаемых перепадом давлений, которое создают при сбросе растворимого шара, большие непроизводственные затраты времени, требуемые на растворение шара химически агрессивными веществами, которые воздействуют также и на другие конструктивные элементы, также использование бросовых шаров требует последовательное уменьшения седел под соответствующие шары сверху вниз для избирательного воздействия на соответствующий УРЗ, что значительно увеличивает гидродинамическое сопротивление и делает практически невозможным реализацию способа для нижних интервалов закачки, требующих большого давления и расхода жидкости.

Наиболее близким по технической сущности является способ регулируемой закачки жидкости по пластам (патент RU № 2634317, МПК Е21В 43/14, Е21В 43/20, опубл. 25.10.2017 Бюл. № 30), включающий спуск в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) компоновки подземного оборудования (КПО), включающей нижнюю скважинную камеру, нижний пакер, межпакерный узел безопасности, верхнюю скважинную камеру, верхний пакер, установку нижнего и верхнего пакеров, проведение опрессовки, подачу жидкости в полость НКТ, проведение геофизических исследований, сопоставление фактических расходов жидкости с заданными значениями, после проведения работ по закачке жидкости извлечение КПО на поверхность, причем КПО оснащают заглушкой, клапаном выравнивания давления, надпакерным узлом безопасности, нижней и верхней скважинными камерами, представляющими собой устройства распределения закачки (УРЗ) и имеющими извлекаемые штуцерные элементы, подают жидкость в полость НКТ, производят спуск расходомеров на геофизическом кабеле и находят расход жидкости верхнего пласта как разность между замеренными общим расходом жидкости для двух пластов и расходом нижнего пласта, производят подъем геофизического кабеля, при отличии фактических расходов жидкости от заданных значений поднимают только верхний или последовательно верхний и нижний извлекаемые штуцерные элементы из корпусной части соответствующих УРЗ при помощи ловильного инструмента, проволоки или колтюбинговой установки, осуществляют ревизию извлекаемых штуцерных элементов, после чего сбрасывают только верхний или последовательно нижний и верхний извлекаемые штуцерные элементы в НКТ до их посадки в корпусную часть соответствующих УРЗ, поднимают последовательно верхний и нижний извлекаемые штуцерные элементы соответствующих УРЗ при помощи ловильного инструмента, проволоки или колтюбинговой установки, затем сбрасывают извлекаемый штуцерный элемент нижнего УРЗ с заглушенным боковым отверстием в НКТ до его посадки в корпусную часть нижнего УРЗ, далее сбрасывают извлекаемый штуцерный элемент верхнего УРЗ с необходимым диаметром бокового отверстия и осуществляют закачку только в верхний пласт, поднимают последовательно верхний и нижний извлекаемые штуцерные элементы соответствующих УРЗ при помощи ловильного инструмента, проволоки или колтюбинговой установки, далее сбрасывают извлекаемый штуцерный элемент нижнего УРЗ с необходимым диаметром бокового отверстия до его посадки в корпусную часть нижнего УРЗ, затем сбрасывают извлекаемый штуцерный элемент верхнего УРЗ с заглушенным проходным сечением бокового отверстия и осуществляют закачку только в нижний пласт.

Недостатками данного способа являются сложность реализации и высокая аварийность из-за большого количества операций и низкой надежности устройств распределения закачки (УРЗ), так как фильтрационно-емкостные свойства интервалов закачки, разделенных пакерами, не меняются месяцами и годами, то извлекаемые штуцерные элементы «прикипают» (прилипают) к скважинным камерам (за счет коррозии, накапливания осадка и/или т.п.), что делает их практически невозможным их извлечение без поднятия на поверхность, также использование извлекаемых штуцерных элементов, сбрасываемых с устья скважины, требует последовательное уменьшения диаметра посадочных мест в соответствующих скважинных камерах сверху вниз, что значительно увеличивает гидродинамическое сопротивление и делает практически невозможным реализацию способа для нижних интервалов закачки, требующих большого давления и расхода жидкости.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа одновременно-раздельной эксплуатации нагнетательной скважины, позволяющего малым количеством простых технологических операций добиться эффективного распределения закачиваемой жидкости по интервалам закачки, разделенными пакерами, за счет предварительного определения фильтрационно-емкостных свойств этих интервалов и снабжения перед спуском колонны труб необходимыми гидродинамическими сопротивлениями для соответствующих интервалов закачки.

Техническая задача решается способом одновременно-раздельной эксплуатации нагнетательной скважины, включающим спуск в скважину на колонне труб пакеров, разделяющих интервалы закачки жидкости, и устройств распределения закачки, располагаемых напротив интервалов закачки жидкости, проведение геофизических исследований и сопоставление фактических расходов жидкости с заданными значениями.

Новым является то, что проведение геофизических и/или гидродинамических исследований для определения фильтрационно-емкостных свойств интервалов закачки и сопоставление фактических расходов жидкости с заданными значениями проводят перед спуском на основе исследований и статистического анализа работы нагнетательных скважин, работающих в аналогичных условиях, устройства распределения закачки изготавливают в патрубках примерно одинакового проходного сечения в виде отверстий в их стенках необходимого диаметра и/или количества, обеспечивающих на основе гидродинамических расчетов и/или эмпирическим путем необходимые объем и давление закачки в соответствующий интервал закачки.

Новым является также то, что в качестве интервалов закачки используют пласты и/или пропластки одного пласта, вскрытые нагнетательной скважиной, с отличием приемистости друг от друга не менее 20%.

Способ одновременно-раздельной эксплуатации нагнетательной скважины включает бурение нагнетательной скважины, крепление стенок скважины обсадными трубами с восходящим цементированием затрубного пространства. После ожидания затвердения цемента (ОЗЦ), закаченного в затрубное пространство, производят вторичное вскрытие интервалов закачки. В качестве интервалов закачки выбирают пласты (например, терригенный девон и нижний карбон и др. варианты разносвойственных толщин) и/или пропластки одного пласта (например, пашийский горизонт терригенного девона, состоящий из нескольких разносвойственных пластов или т.п.), вскрытые нагнетательной скважиной и имеющие различную приемистость. Для выявления разности в приемистости вскрытых интервалов проводят геофизические и/или гидродинамические исследования (кривая падения давления – КПД, поинтервальной закачки жидкости и/или т.п.) для определения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) интервалов закачки, сопоставление фактических расходов жидкости с заданными значениями на основе статистического анализа работы нагнетательных скважин, работающих в аналогичных условиях, как минимум за последний год. После определения ФЕС вскрытых интервалов скважины выбирают интервалы закачки, которые должны быть разделены пакерами. Как показала практика для месторождений Республики Татарстан (РТ) наиболее приемлемой является отличие приемистости друг от друга интервалов закачки не менее 20%. Исходя из длины соответствующего интервала закачки, подбирают патрубки соответствующей длины, но с примерно одинаковым проходным сечением (для уменьшения гидродинамических потерь), а исходя из необходимого суммарного объема и давления закачки и необходимого объема закачки в каждый интервал закачки с учетом столба жидкости и гидродинамических потерь по длине колонны труб и патрубков (см. Особенности характера течения флюидов в горизонтальных скважинах по данным глубинных исследований: автореферат дис. кандидата технических наук: 25.00.17 / Назимова Нафиса Анасовича; [Место защиты: Татар. науч.-исслед. и проек. ин-т нефти]. - Бугульма, 2007. - 26 с.), гидродинамическими расчетами (например, при помощи программных комплексов ROXAR или т.п.) и/или эмпирическим путем (исходя из статистического анализа) определяют необходимое гидродинамическое сопротивление каждого из интервалов закачки для обеспечения необходимого распределения закачки жидкости по соответствующим интервалам. Из данных по необходимым гидродинамическим сопротивлениям для каждого интервала закачки определяют суммарную площадь поперечного сечения перфорации отверстиями соответствующего патрубка, обеспечивающего соответствующее необходимое гидродинамическое сопротивление. В соответствующих патрубках равномерно по периметру и по высоте выполняют в стенках отверстия (если используют более одного отверстия), обеспечивающие определённую соответствующую суммарную площадь поперечного сечения перфорации и образующие простые УРЗ. Полученные патрубки перед спуском оснащают пакерами для изоляции интервалов закачки в межтрубном пространстве (между патрубками и обсадными трубами), перекрывают снизу нижний патрубок и на колонне труб спускают в скважину в интервал установки, приводя в рабочее положение пакеры между интервалами закачки. Никаких дополнительных технологических операций при этом не требуется. На виды пакеров и способы их установки авторы не претендуют, так как они известны из множества открытых источников (см. патенты RU №№ 52917, 68588, 2655547, 2678745 или т.п.). С устья скважины нагнетают жидкость выбранным суммарным объемом и давлением, которая благодаря УРЗ распределяется в необходимой пропорции и закачивается в соответствующий интервал закачки. Так как сечение труб и патрубков практически неизменно по всей длине, то для проведения гидродинамических исследований общих, так и поинтервальных, типовым измерительным оборудованием, которое могут спускать в колонну труб как на гибких трубах, так и на геофизическом кабеле, не представляет труда. Авторы на виды исследований не претендуют.

В случае изменения ФЕС интервалов закачки или увеличении (например, при абразивном износе) или уменьшении (при осаждении, например, асфальто-смолистых отложений) отверстий, что случается, как показала практика, не менее чем через год, пакеры переводят в транспортное положение и вместе с патрубками на колонне труб извлекают на поверхность. После замены вышедших из строя патрубков на другие с отверстиями, обеспечивающими необходимые объем и давление закачки в соответствующий интервал закачки, патрубки с пакерами на колонне труб опять спускают в скважину в интервал установки пакеров и переводят под закачку жидкости с устья скважины в обычном режиме.

За все время испытаний на четырех скважинах ни одной поломки, выхода из строя УРЗ и аварийных ситуаций, связанных со скважинным оборудованием, не наблюдалось.

Предлагаемый способ одновременно-раздельной эксплуатации нагнетательной скважины позволяет малым количеством простых технологических операций добиться эффективного распределения закачиваемой жидкости по интервалам закачки, разделенными пакерами, за счет предварительного определения фильтрационно-емкостных свойств этих интервалов и снабжения перед спуском колонны труб патрубками с необходимыми гидродинамическими сопротивлениями для соответствующих интервалов закачки.