Патент на изобретение №2169254
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ГРАВИЙНОЙ НАБИВКИ ИНТЕРВАЛА ВНУТРИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ И СПОСОБ ГРАВИЙНОЙ НАБИВКИ ИНТЕРВАЛА ВНУТРИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
(57) Реферат: Изобретение относится к горному строительству, а именно к устройствам и способам для гравийной набивки с использованием жидкостей с малой вязкостью. Техническим результатом является повышение качества добываемых из пласта материалов. Инструмент для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины включает трубопровод, который содержит нижнюю основную секцию фильтра и верхнюю секцию фильтра. Скважинный инструмент опускают в интервал и нагнетают пульпу в кольцевое пространство вокруг фильтра, при этом жидкость из пульпы вытекает через перфорации в обсадной трубе, в то время как гравий падает на дно кольцевого пространства с образованием гравийной набивки. Когда гравийная набивка поднимается над самыми верхними перфорациями, тогда жидкость из пульпы начинает огибать гравийную набивку, протекая через обходной фильтр, через промывную трубу в трубопровод и наружу из нижнего конца основного фильтра, в результате чего осуществляется набивка перфораций в обсадной трубе и улучшается распределение гравия в гравийной набивке внутри кольцевого пространства. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил. Изобретение имеет отношение к гравийной набивке ствола скважины и в соответствии с одним из своих аспектов касается создания способа и скважинного инструмента для гравийной набивки интервала ствола скважины с использованием жидкости с малой вязкостью, причем обеспечивается хорошее распределение гравия по всему интервалу, а также внутри перфораций обсадной трубы, которые находятся внутри интервала. При добыче углеводородов или других подобных материалов из рыхло уплотненных и/или трещиноватых подземных формаций получают обычно большие объемы порошкообразного материала (например, песка) совместно с жидкостью формации. Хорошо известно, что такие порошкообразные материалы обычно создают множество проблем, поэтому их получение должно контролироваться, так как иначе это может серьезно воздействовать на экономический срок эксплуатации скважины. Одной из широко распространенных технологий контроля получения порошкообразного материала (например, песка) из добычной формации является так называемая “гравийная набивка”. При типичном завершении гравийной набивки, внутри ствола скважины вблизи интервала завершения (оканчивания) устанавливают фильтр (сетку) или нечто подобное. Затем закачивают пульпу порошкообразного материала (именуемого “гравием”) в спусковую колонну, при этом пульпа проникает над фильтром через “переходник” или нечто подобное в кольцевое пространство скважины, которое охватывает фильтр, а также проникает в перфорации в обсадной трубе скважины, которые находятся в эксплуатационном интервале. По мере утечки жидкости из пульпы в формацию через перфорации в обсадной трубе и/или через отверстия в фильтре, гравий из пульпы осаждается или “просеивается” в кольцевом пространстве вокруг фильтра. Размер частиц гравия выбран таким образом, что он образует проницаемую массу или “набивку” между фильтром и добычной формацией, которая позволяет полученной жидкости протекать через гравийную массу и через фильтр, при одновременном существенном блокировании потока любого порошкообразного материала. По мере возможности часто предпочтительным является использование жидкостей с малой вязкостью (например, воды, тонких гелей и т.п.) в качестве транспортирующей жидкости для разрыва формации и для образования гравийной пульпы, так как такие пульпы дешевы, меньше повреждают добычную формацию, легче отдают гравий, чем пульпы с более вязкими гелями и т.п. Например, если пульпа с малой вязкостью использована для гравийной набивки интервала в практически вертикальной скважине (то есть в скважине, имеющей наклон 50o или меньше), то гравий может легко отделяться от пульпы и падать под действием силы тяжести на дно кольцевого пространства при утечке жидкости с малой вязкостью из пульпы. Несмотря на то, что это обычно приводит к образованию хорошей гравийной набивки в кольцевом пространстве снизу доверху во многих случаях перфорации в обсадной трубе, особенно вблизи дна (основания) интервала, имеют плохую набивку, так как градиент давления через перфорации обычно слишком мал для переноса гравия в перфорации. Все указанные факторы обычно приводят к плохой набивке перфораций, что, в свою очередь, часто приводит к низкой продуктивности формации. Более того, любой разрыв формации (пласта), вызванный пульпой с низкой вязкостью в ходе операции гравийной набивки, обычно находится у верхнего конца интервала заканчивания, а у нижнего или донного конца интервала через перфорации имеется только незначительный разрыв или его вообще нет. Другая проблема при использовании высокоскоростной, с малой вязкостью, гравийной набивки/разрыва возникает когда гравийная набивка поднимается в кольцевом пространстве до точки сразу сверху над перфорациями в обсадной трубе и/или над верхней частью фильтра. Жидкость больше не может протекать с высокой скоростью накачки и тогда существует вероятность возникновения давлений вытекания песка, достаточно высоких для нарушения механической целостности верхней части фильтра. Можно полагать, что это происходит по причине того, что давление у вершины интервала становится достаточно высоким для того, чтобы проталкивать часть набивки через смежные перфорации в формацию, в результате чего в набивке создаются пустоты, которые затем, в свою очередь, заполняются гравием из набивки над пустотами. Когда это происходит, то набивка будет скользить вниз в кольцевом пространстве со стороны обсадной трубы, однако, так как гравий на самом деле может проникать в фильтр, набивка на стороне фильтра не имеет возможности для такого свободного скольжения вниз, как со стороны обсадной трубы. Тем не менее, давления накачки являются обычно достаточно высокими для принудительного смещения набивки с обоих сторон вниз, в результате чего фильтр сдирается с его основной трубы, что приводит к нарушению целостности фильтра. Это может иметь катастрофические последствия, если указанное явление не обнаружено сразу же; например, это может приводить как минимум к необходимости капитального ремонта скважины или, в худшем случае, к выбросу из скважины. Из авторского свидетельства СССР N 1521865 известен скважинный инструмент для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины, включающий трубопровод, который содержит нижнюю основную секцию фильтра и верхнюю секцию фильтра, которая расположена над нижней основной секцией фильтра. В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено создание способа и скважинного инструмента для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины, которая обеспечивает (а) хорошее распределение гравия по всему интервалу, и (б) хорошую набивку перфораций внутри интервала, при использовании пульпы с малой вязкостью. Указанная задача достигается тем, что скважинный инструмент для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины включает трубопровод, который содержит нижнюю основную секцию фильтра и верхнюю секцию фильтра, которая расположена над нижней основной секцией фильтра, причем указанный трубопровод выполнен с возможностью присоединения к нижнему концу спусковой колонны, нижняя основная секция фильтра устанавливается внутри указанного интервала и вблизи от находящихся внутри указанного интервала перфораций обсадной трубы, когда скважинный инструмент находится в рабочем положении в указанном стволе скважины, верхняя обходная секция фильтра располагается над перфорациями обсадной трубы скважины и позволяет жидкости из пульпы втекать в указанный скважинный инструмент, при блокировании потока порошкообразного материала, а внутри указанного трубопровода имеется средство для обходного пропускания жидкости из верхней обходной секции фильтра наружу от указанного трубопровода вблизи от нижнего участка этого трубопровода. Указанное средство для обходного пропускания жидкости содержит промывную трубу, установленную внутри указанного трубопровода и проходящую через интервал, причем указанная промывная труба имеет впускные отверстия, которые лежат вблизи указанной верхней секции фильтра, и средство ниже указанных впускных отверстий для блокирования потока между указанной промывной трубой и указанным трубопроводом. Верхняя обходная секция фильтра может представлять собой отдельную секцию в указанном трубопроводе или же вытянутый участок основной секции фильтра. Средство для блокирования потока между промывной трубой и трубопроводом представляет собой пакер, установленный на промывной трубе, который может иметь по меньшей мере один сквозной канал. Известен способ для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины по уже упоминавшемуся авторскому свидетельству СССР N 1521865, включающий операции установки скважинного инструмента, содержащего скважинный фильтр, в ствол скважины вблизи указанного интервала и нагнетания пульпы, которая содержит транспортирующую жидкость и гравий, вниз в кольцевое пространство скважины так, что гравий из пульпы падает под действием силы тяжести на дно кольцевого пространства, в результате чего образуется гравийная набивка внутри указанного кольцевого пространства вокруг указанного фильтра. Сущность изобретения по способу заключается в том, что способ для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины, включает операции установки скважинного инструмента, содержащего скважинный фильтр, в ствол скважины вблизи указанного интервала и нагнетания пульпы, которая содержит транспортирующую жидкость и гравий, вниз в кольцевое пространство скважины так, что гравий из пульпы падает под действием силы тяжести на дно кольцевого пространства, в результате чего образуется гравийная набивка внутри указанного кольцевого пространства вокруг указанного фильтра, при этом ствол скважины имеет обсадную трубу с перфорациями, находящимися внутри указанного интервала, скважинный инструмент устанавливается вблизи указанных перфораций в обсадной трубе, в качестве транспортирующей жидкости используется жидкость с малой вязкостью, кольцевое пространство, в которое нагнетают пульпу, образовано между указанным скважинным инструментом и указанной обсадной трубой, при этом указанная жидкость с малой вязкостью из пульпы вытекает главным образом через указанные перфорации, а нагнетание указанной пульпы продолжают до тех пор, пока указанная гравийная набивка не поднимется над перфорациями в обсадной трубе, при продолжении потока указанной пульпы в указанное кольцевое пространство при пропускании жидкости с малой вязкостью из указанной пульпы по обходному пути внутрь и вниз по внутренней части указанного скважинного инструмента и пропускании указанной жидкости с малой вязкостью из внутренней части скважинного инструмента назад в нижний участок указанного кольцевого пространства через указанный скважинный фильтр. Транспортирующей жидкостью является жидкость с вязкостью около 30 сантипуаз или меньше. Пропускание жидкости с малой вязкостью по обходному пути осуществляют за счет ее протекания из указанного кольцевого пространства внутрь указанного скважинного инструмента через отдельную секцию фильтра, которая установлена над указанным скважинным фильтром, или за счет ее протекания из указанного кольцевого пространства внутрь указанного скважинного инструмента через верхнюю часть указанного скважинного фильтра, которая существенно выступает над указанными перфорациями. В условиях эксплуатации скважинный инструмент опускают в ствол скважины и устанавливают его вблизи интервала, подлежащего заканчиванию. Закачивают пульпу, которая содержит транспортирующую жидкость с малой вязкостью (например, 30 сантипуаз или меньше) и гравий, вниз в кольцевое пространство скважины, которое имеется между скважинным инструментом и обсадной трубой скважины. При входе пульпы в кольцевое пространство жидкость с малой вязкостью главным образом вытекает из пульпы через перфорации в обсадной трубе или через фильтр, в то время как гравий из пульпы падает под действием силы тяжести на дно кольцевого пространства, в результате чего образуется гравийная набивка вокруг указанного скважинного инструмента. Непрерывный поток пульпы после подъема гравийной набивки выше самых верхних перфораций в обсадной трубе будет приводить к тому, что жидкость с малой вязкостью из указанной пульпы будет поступать в верхнюю обходную секцию фильтра и во впускные отверстия промывной трубы, и протекать вниз через внутреннюю часть указанного скважинного инструмента. После этого жидкость будет проходить из нижней части скважинного инструмента назад в нижнюю часть кольцевого пространства через нижнюю основную секцию фильтра. Эта жидкость переносит гравий из набивки в перфорации, которые могли иметь плохую набивку при первоначальном размещении набивки, а также будет уплотнять гравийную набивку в кольцевом пространстве. Пустоты, образованные при вымывании жидкостью гравия из набивки, будут заполнены повторным смещением гравия в набивке (то есть гравий над пустотами будет перемещаться вниз в пустоты, в то время как он будет замещаться гравием, который продолжает осаждаться в верхней части набивки в ходе обтекания жидкости). Действительное построение и работа устройства в соответствии с настоящим изобретением, а также преимущества настоящего изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые не обязательно даны в реальном масштабе и на которых одинаковые узлы имеют одинаковые позиционные обозначения. На фиг. 1 показано сечение нижнего конца ствола скважины для иллюстрации первоначальных операций способа гравийной набивки интервала ствола скважины в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 – сечение ствола скважины, аналогичное показанному на фиг. 1, для иллюстрации окончательных операций способа гравийной набивки интервала ствола скважины в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 3 – сечение ствола скважины, аналогичное показанному на фиг. 1, для иллюстрации другого варианта изготовления инструмента для гравийной набивки в соответствии с настоящим изобретением. Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой показан скважинный инструмент 10 для осуществления настоящего изобретения, который установлен внутри ствола скважины 11 в рабочем положении вблизи интервала 12, в который должна быть произведена гравийная набивка. Следует иметь в виду, что ствол скважины 11 имеет обсадную трубу 13, которая зацементирована по месту (не показано). Обсадная труба 13 содержит множество перфораций 14, которые обеспечивают жидкостное сообщение ствола скважины с формацией 15, лежащей рядом с интервалом ствола скважины, который должен быть закончен. Скважинный инструмент 10 содержит трубопровод 16, который может быть присоединен к нижнему концу спусковой колонны (не показана). Используемый в данном описании и в формуле изобретения термин “фильтр” относится к любому типу проницаемых структур, обычно используемых для операции гравийной набивки, которые позволяют потоку жидкости протекать через фильтр, при одновременном блокировании потока порошкообразного материала (например, имеющиеся в продаже фильтры, щелевые или перфорированные вкладыши или трубки, сетчатые трубы, фильтры и/или вкладыши с предварительной набивкой, также как и их комбинации). Показанный на фиг. 1 и 2 трубопровод 16 введен в пробку скважины 20 (или в нечто подобное), либо, что также может быть, непосредственно в основание ствола скважины (фиг. 3), и содержит нижнюю проницаемую секцию (например, основную секцию фильтра 17) и верхнюю проницаемую секцию (например, обходную секцию фильтра 18). Как это показано на черточках, верхняя и нижняя секции фильтра разделены “холостой” секцией (секциями) 19; однако в некоторых случаях нижняя секция фильтра 17 может просто выступать главным образом над самыми верхними перфорациями 14 в обсадной трубе 11 (например, на стык длиной 10 футов или больше), что устраняет необходимость использования холостой секции (секций) 19 и отдельного обходного фильтра 18 (см., например, удлиненный фильтр 17a на фиг. 3). Промывная труба 21, которая имеет впускные отверстия 21a вблизи от ее верхнего конца, идет вниз через нижнюю секцию фильтра 17. На промывной трубе 21 установлен пакер (уплотнитель) 30, который блокирует поток между промывной трубой и трубопроводом 16. Следует иметь в виду, что в некоторых случаях диаметр промывной трубы 21 может быть выбран таким образом, что зазор с трубопроводом 16 практически отсутствует; в таком случае пакер 30 может быть устранен. Как это показано на чертежах, в промывной трубе 21 имеется штуцер 21b для управления потоком через нее, однако следует подчеркнуть, что диск разрыва или иное вентильное средство (не показано) может быть использовано вместо штуцера, что будет обсуждаться далее более подробно. Трубопровод 16 преимущественно взаимодействует с хорошо известным “переходником” и пакером (не показаны) на спусковой колонне (не показана), так что протекающая вниз в спусковой колонне жидкость будет вытекать через кольцевое пространство ниже пакера спусковой колонны, что само по себе известно и является обычным решением. При осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением скважинный инструмент 10 опускают в ствол скважины 11 и устанавливают его вблизи интервала 12. Пульпа (жирные стрелки 22 на фиг. 1), которая содержит транспортирующую жидкость с малой вязкостью и “гравий” (например, порошкообразный материал, такой как песок и др.), нагнетается вниз в спусковую колонну, проходит через переходник и поступает в верхний конец кольцевого пространства 23, которое охватывает скважинный инструмент 10 по всему интервалу 12. Используемый здесь термин “с малой вязкостью” относится к жидкостям, которые обычно используются для решения данной задачи и которые имеют вязкость 30 сантипуаз или меньше (например, вода, гели с малой вязкостью и др.). При поступлении пульпы 22 в кольцевое пространство 23 транспортирующая жидкость (бледные стрелки 24 на фиг. 1) “теряется” пульпой (вытекает из нее) и будет протекать через перфорации 14 под давлением в формацию 15, где вероятно она будет оказывать на формацию благоприятное разрывное действие. Большая часть гравия (пунктирные стрелки 25) отделяется от пульпы и под действием силы тяжести падает на дно кольцевого пространства 23, где накапливается в виде “набивки” гравия 26 (фиг. 2) внутри интервала 12. Следует признать, что небольшая часть отделившейся транспортирующей жидкости может также проникать в обходную секцию фильтра 18 и протекать через отверстия 22 в промывную трубу 21. Однако штуцер 21b существенно ограничивает поток из нижнего конца промывной трубы 21, так что основная часть жидкости будет непрерывно протекать через перфорации 14 в формацию 15. Кроме того, как это упоминалось выше, диск разрыва (или иное вентильное средство, не показаны) может быть использован для полного блокирования потока через промывную трубу 21, пока в промывной трубе не будет достигнуто заданное давление. Первоначальную накачку пульпы продолжают до тех пор, пока набивка 26 не поднимется выше самой верхней перфорации 14 в обсадной трубе 13, а также выше нижней или основной секции фильтра 17. Так как поступление потока жидкости в нижний участок интервала замедлено или устранено за счет набивки 16, перекрывающей как нижнюю секцию фильтра 17, так и перфорации 14, то давление в кольцевом пространстве 23 быстро нарастает при попытке прохождения потока к перфорациям 14 или к нижней секции фильтра 17 через гравийную набивку 26. Несмотря на то, что теоретически гравий в набивке 26 теперь должен быть равномерно распределен по ее полной длине (то есть по интервалу 12), часто этого не наблюдают при практических заканчиваниях такого типа. Опыт показывает, что несмотря на то, что перфорации имеют адекватную набивку в верхней части интервала, они обычно имеют плохую набивку ниже в интервале; особенно это касается перфораций 14, которые лежат вблизи от нижнего конца интервала 12. Настоящее изобретение позволяет использовать жидкости с малой вязкостью для набивки интервала 12, что приводит к существенному улучшению распределения гравия как внутри перфораций 14, так и по всему интервалу заканчивания 12. Как это лучше всего показано на фиг. 2, поток пульпы будет протекать как и раньше, даже после того, как верхние перфорации 14 и нижняя секция фильтра 17 перекрыты набивкой 26. При этом гравий будет продолжать отделяться от пульпы и осаждаться сверху на набивке 26. Однако теперь обходной фильтр 18 становится доминирующим в обеспечении доступа жидкости к нижнему участку интервала 12. При этом жидкость с малой вязкостью из пульпы будет огибать набивку 26, протекая через верхнюю секцию фильтра 18, через впускные отверстия 21a и наружу через нижний конец промывной трубы 21. Если вместо штуцера 21b использован диск разрыва или приводимый в действие давлением вентиль, то давление в промывной трубе 21 быстро превышает требуемое для разрыва диска или открывания вентиля, через которые жидкость затем вытекает из промывной трубы 21. Следует иметь в виду, что обходная жидкость будет протекать через промывную трубу 21 под тем же давлением, которое существует в кольцевом пространстве 23 над набивкой 26. Жидкость (стрелки 24a на фиг. 2) из промывной трубы 21 будет затем вытекать через нижнюю или основную секцию фильтра 17 и протекать под давлением через слабо уплотненный нижний конец набивки 26 в нижние имеющие слабую набивку перфорации 14. Так как жидкость принудительно вводится в перфорации, то она несет с собой гравий из набивки 26 в те перфорации, которые первоначально не имели адекватной набивки. При проталкивании или переносе гравия через перфорации 14 в формацию 15 гравий в набивке теперь будет смещаться вниз и заполнять любые создаваемые пустоты, причем, в свою очередь, в верхней части набивки будет происходить пополнение гравия за счет его осаждения. Само собой разумеется, как это известно специалистам, что жидкость с малой вязкостью может также обеспечивать некоторый благоприятный разрыв формации, как при этой операции, так и при ее первоначальном входе в формацию. Образованные в формации трещины также получат набивку при переносе в них гравия жидкостью. В результате обхода жидкости, который обеспечен за счет обходного фильтра 18 и впускных отверстий 21a в промывной трубе 21, не происходит резкого нарастания давления жидкости над набивкой 26, когда гравий в набивке 26 перекрывает верхний конец фильтра и верхние перфорации в обсадной трубе, что позволяет снизить или устранить вероятность серьезного повреждения в верхней части основной секции фильтра 17. На фиг. 3 показан другой вариант скважинного инструмента 10a, который может быть использован для осуществления настоящего изобретения. Скважинный инструмент 10a аналогичен описанному выше, за тем исключением, что верхняя секция фильтра заменена удлиненной основной секцией фильтра 17a, так что она выступает над самыми верхними перфорациями 14a при нахождении устройства 10a в рабочем положении внутри ствола скважины 11а. Кроме того, пакер 30 содержит по меньшей мере один канал 50, который нормально закрыт для потока при помощи вентильного средства (например, при помощи диска разрыва, не показан). Показанный на фиг. 3 вариант осуществления настоящего изобретения работает в основном аналогично ранее описанному, а именно скважинный инструмент 10a опускают в ствол скважины 11а и устанавливают его вблизи от перфораций 14a, которые лежат внутри интервала 12a, подлежащего завершению. Следует отметить, что верхний конец фильтра 17a существенно выступает вверх относительно самых верхних перфораций 14. При протекании пульпы с малой вязкостью вниз в кольцевом пространстве 23a, пульпа теряет жидкость, которая протекает через перфорации 14a и через фильтр 17a. Когда гравийная набивка 26a поднимется выше самых верхних перфораций, тогда жидкость будет продолжать проходить через верхний участок фильтра 17a и через впускные отверстия 21aa внутрь промывной трубы 21a, в результате чего для жидкости появляется обходной путь. Жидкость вытекает из промывной трубы и наружу из нижнего участка фильтра 17a с проталкиванием через набивку 26a и через перфорации 14a со слабой набивкой, перенося вместе с собой гравий из набивки 26a, как это было описано ранее. Кроме того, давление внутри фильтра 17a будет открывать каналы 50 (например, диски разрыва или нечто подобное, не показаны) в пакере 30a, что позволяет дополнительному потоку жидкости вытекать из фильтра 17a на различных уровнях, что дополнительно содействует перераспределению гравия (например, уплотняет набивку) и в результате обеспечивает хорошее распределение гравия по всему интервалу 12a и в перфорациях 14a. Протекание пульпы продолжается до тех пор, пока гравийная набивка не поднимется выше вершины вытянутого фильтра 17a, причем в этот момент будет завершена набивка 26 и адекватное заполнение (набивка) перфораций 14a. Увеличение давления насоса в данный момент времени указывает на завершение операции. Следует также иметь в виду, что в некоторых случаях отверстия 21a, 21aa в соответствующих промывных трубах 21, 21a и связанный с ними пакер 30 могут быть устранены, в то время как жидкость будет огибать гравийную набивку в кольцевом пространстве за счет простого прохождения в инструмент через верхнюю проницаемую секцию (то есть через верхнюю секцию 18 на фиг. 1 и 2 или удлиненную основную секцию 17a на фиг. 3), вниз через внутреннюю часть основной секции фильтра, а затем наружу в кольцевое пространство через нижний участок основной секции фильтра, где жидкость осуществляет функции, аналогичные описанным ранее. Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
