Способ обработки призабойной зоны пласта и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к добыче нефти, а именно к методам обработки призабойной зоны пласта депрессионнорепрессионным воздействием в импульсном режиме в сочетании с химическими методами обработки. Цель - повышение эффективности способа и обеспечение надежности в работе пакера. Устройство содержит пакер с герметизирующим элементом и патрубок с окнами, соединенный с его корпусом. В верхней части корпуса пакера имеется седло. Под установленный на колонне насосно-компрессорных труб клапан, а в нижней - фиксаторы. Механизм для создания депрессионно-репрессионного воздействия состоит из двухступенчатого цилиндра (ДЦ) 7 с конусными проточками и расположенными один над другим рядами окон. Внутри ДЦ 7 установлены три поршня (П) 10-12. При этом П 10, 11 имеют соответственно радиальные отверстия 13 и 14 и посажены на расположенную ДЦ 7 втулку (В) 15. Средний П 11 одновременно соединен с второй концентрично установленной В 21, на верхний конец которой посажен П 12. В нижней части В 15 находится шламосборник 19 с установленным в нем обратным клапаном 20. Колонну труб поочередно поднимают и опускают на высоту, соответствующую расстоянию между крайними окнами в рядах А и В. При этом пакер все время остается в запакерованном состоянии. При последовательном совмещении отверстия 13 П 10 с окнами A₁, A₂, A₃ ... ДЦ 7 подпакерная зона мгновенно сообщается с полостью труб. За счет этого создаются многократные импульсы глубокой и резкой депрессии на пласт в виде прямых гидроударов, направленных из пласта в скважину. При последовательном совмещении отверстия 14 П 11 с окнами A₁, A₂, A₃ ... происходит сообщение надпакерного затрубного пространства с подпакерным, что приводит к мгновенному возрастанию давления под пакером до гидростатического и созданию многократных импульсов резкой депрессии в виде обратных гидроударов, направленных из скважины в пласт. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к добыче нефти, а именно к методам обработки призабойной зоны пласта депрессионно-репрессионным воздействием в импульсном режиме в сочетании с химическими методами обработки скважины. Целью изобретения является повышение эффективности способа и обеспечение надежности в работе пакера. В способе обработки призабойной зоны пласта многократным депрессионно-репрессионным воздействием в сочетании с химическими методами при каждом осевом перемещении колонны труб как вверх, так и вниз производят серию чередующихся прямых и обратных гидроударов на призабойную зону пласта путем создания в подпакерной зоне многократных импульсов мгновенных депрессий и репрессий повышенной частоты без распакеровки скважины. Затем повторяют цикл депрессионно- репрессионного воздействия неограниченное количество раз, периодически опорожняя колонну труб на глубину, необходимую для создания предельно допустимой депрессии, при этом перед началом депрессионно-репрессионного воздействия произ- водят химическую обработку, а по окончании каждого цикла проводят промывку скважины от шлама за один спуск подземного оборудования. В результате исследований механизма очистки призабойной зоны пласта с помощью прямых и обратных гидроударов установлено, что оптимальная частота ударов в реальных условиях составляет 5-25 с^-1. Эффективность сочетания химического и депрессионно-репрессионного воздействия заключается в следующем. В процессе эксплуатации или бурения скважин кольматирующий материал, а также асфальтосмолистые и парафинистые отложения (АСПО) довольно плотно забивают каналы коллектора, по которым фильтруется жидкость в ПЗП, в непосредственной близости к стенкам скважины (1-5 см). Если близость водонасыщенных интервалов к обрабатываемому пласту не позволяет создать большую величину депрессии ввиду опасности нарушения цементного кольца, перекрывающего водоносные горизонты, проведение химической обработки перед депрессионно-репрессионным воздействием способствует растворению кольматирующего материала и АСПО, т.е. предва- рительной очистке и расширению каналов, по которым в процессе депрессионно-репрессионного воздействия выносятся частички, закупоривающие поры коллекторов из более удаленной зоны пласта. На фиг.1 и 2 изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит пакер, включающий герметизирующий элемент 1, установленный в пазу корпуса 2, верхняя часть которого представлена в виде седла 3 и жестко соединена с подъемным патрубком 4, имеющим противоположно расположенные окна 5, а в нижней части корпуса 2 закреплены подпружиненные фиксаторы 6. Ниже герметизирующего элемента 1 размещен двухступенчатый цилиндр 7, верхняя ступень которого имеет диаметр, больший диаметр нижней ступени, а на внутренней поверхности ее выполнены конусные проточки 8 для взаимодействия последних с фиксаторами 6. В нижней части нижней ступени цилиндра 7 выполнено отверстие 9, выше которого расположены смещенные один относи- тельно другого два ряда окон A_o, A₁,A₈,A₃, и B_o,B₁,B₂,B₃, количество которых определяют исходя из минимального расстояния между соседними окнами в ряду, которое не должно быть меньше длины поршня, а также с учетом максимальной длины рабочего хода поршней, зависящей от максимальной высоты подъема талевого блока подъемного агрегата с учетом вытяжки колонны труб от собственного веса. В нижней ступени цилиндра 7 находятся три полых поршня 10-12, смещенные один относительно другого. Поршни 10 и 11 имеют радиальные отверстия 13 и 14 и жестко посажены на размещенную в цилиндре 7 сборную втулку 15, жестко соединенную через муфту 16 с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ), 17, в основании которой установлен конусный клапан 18 для посадки его в седло 3. В нижней части втулки 15 установлен шламосборник 19, выполненный в виде заглушенного снизу патрубка с размещенным в его боковой поверхности обратным клапаном 20. Причем поршень 11 с радиальным отверстием 14 одновременно верхней частью жестко соединен с второй концентрично расположенной втулкой 21, выполненной укороченной, на верхний конец которой посажен третий поршень 12. Втулки 15 и 21 установлены с образованием между ними полости, гидравлически связанной с радиальным отверстием 14 поршня 11. Устройство работает следующим образом. Устройство спускают в скважину на НКТ 17 до упора нижней ступени цилиндра 7 в забой скважины. При достижении устройством забоя колонна НКТ 17 продолжает перемещаться вниз, при этом клапан 18 садится в седлом 3 корпуса 2 пакера, который опускается вместе с фиксаторами 6 и под действием веса колонны НКТ 17 сжимает элемент 1, герметизируя кольцевое пространство между обсадной колонной 28 и НКТ 17. При этом фиксаторы 6 входят в зацепление с конусными проточками 8 верхней ступени цилиндра 7 и происходит фиксация пакерующих элементов. После создания необходимой осевой нагрузки на пакер от веса колонны НКТ 17 для пакеровки скважины на устье ее устанавливают сальниковое устройство для герметизации затрубья, а на колонну НКТ 17 наворачивают вертлюг с промывочным шлангом, к которому подсоединяют насосный агрегат, например ЦА-320. Затем закачкой жидкости, например технической воды, создают давление порядка 7-8 МПа, а колонну НКТ 17 медленно приподнимают до момента совмещения отверстий 13 и 14 поршней 10 и 11 соответственно с окнами Aо и Bо нижней ступени цилиндра 7. При этом конусный клапан 18 выходит из седла 3. Момент совмещения отверстий сопровождается резким снижением давления на выкиде насоса и появлением циркуляции жидкости, которая при этом проходит через колонку НКТ 17, втулку 15 с муфтой 16, совмещенные отверстие 13 и окно Ao, подпакерное пространство между обсадной колонной 22 и цилиндром 7, а также через совмещенные окно Bo и отверстие 14, кольцевое пространство (полость) между втулками 21 и 15, втулкой 15 и цилиндром 7 и далее через окна 5 подъемного патрубка 4 по затрубному пространству на устье скважины. Колонну труб 17 фиксируют в этом положении, а на верхнюю трубу наносят соответствующую ему метку. После этого по НКТ 17 в скважину закачивают необходимый объем реагента для химической обработки призабойной зоны пласта с доведением его до клапана 18, а затем допускают трубы до прежней величины разгрузки их веса на пакер. При этом конусный клапан 18 садится в седло 3, герметизируя надпакерное пространство и защищая обсадную колонну 22 от высокого давления. После прокатки всего объема химреагента в пласт через клапан 20 и отверстие 9 колонну труб 17 приподнимают до совмещения отверстий 13 и 14 поршней 10 и 11 соответственно с окнами A_о и B_o цилиндра 7, к вертлюгу подсоединяют компрессор и производят вытеснение жидкости из труб воздухом на глубину, необходимую для создания предельно допустимой депрессии на пласт и определяемую расчетным путем. Затем приподнимают колонну труб 17 на минимальную высоту, необходимую для перекрытия отверстия 13 поршня 10 стенкой цилиндра 7 и постепенно стравливают давление воздуха в трубах до атмосферных через факельную линию, оборудованную краном высокого давления, и приступают в депрессионно-репрессионному воздействию на призабойную зону пласта, которое производят следующим образом. Колонну труб 17 поочередно поднимают и опускают на высоту, соответствующую расстоянию между крайними окнами в рядах A и B, при этом пакер все время остается в запакерованном состоянии, надежно герметизируя затрубное пространство. При последовательном совмещении отверстия 13 поршня 10 с окнами A₁, A₂, A₃, цилиндра 7 подпакерная зона мгновенно сообщается с полостью труб 17, за счет чего создаются многократные импульсы глубокой и резкой депрессии на пласт в виде прямых гидроударов, направленных из пласта в скважину, а при последовательном совмещении отверстия 14 поршня 11 с окнами B₁, B₂, B₃, происходит сообщение надпакерного затрубного пространства с подпакерным, что приводит к мгновенному возрастанию давления под пакером до гидростатического и созданию многократных импульсов резкой репрессии в виде обратных гидроударов, направленных из скважины в пласт. Частота импульсов депрессионно-репрессионного воздействия может изменяться в зависимости от скорости осевого перемещения НКТ 17. Многократное чередование прямых и обратных гидроударов способствует измельчению, дроблению закупоривающих частиц и очистке призабойной зоны пласта, а также созданию сети микротрещин, улучшающих ее проницаемость. Когда высота гидростатического столба жидкости, заполняющей трубы, достигнет величины, соответствующей пластовому давлению, заканчивается первый цикл депрессионно-репрессионного воздействия. Об окончании заполнения труб жидкостью свидетельствует отсутствие притока воздуха или появление жидкости из труб через факельную линию. Колонну труб с помощью метки устанавливают в первоначальное положение, обеспечивающее циркуляцию жидкости и производят обратную промывку скважины от шлама, при этом наиболее крупные и тяжелые частицы шлама оседают в шламосборнике 19. Затем снова опорожняют трубы с помощью компрессора на прежнюю глубину и проводят несколько циклов депрессионно-репрессионного воздействия указанным способом с последующей промывкой скважины от шлама. Для оценки эффекта обработки скважины колонну труб 17 опускают до прежней величины разгрузки ее на пакер, соединяют ее с насосным агрегатом и закачкой в НКТ 17 реагента определяют приемистость скважины или опорожняют трубы, затем спускают в них глубинный манометр и перемещением НКТ 17 сообщают подпакерную зону с полостью труб, снимают кривую притока, с помощью которой определяют коэффициент продуктивности скважины. Если эффект окажется недостаточным, повторяют циклы депрессионно-репрессионного воздействия неограниченное количество раз, при этом в случае необходимости между отдельными циклами проводят химическую обработку, а после их окончания в зависимости от вида скважины производят закачку химреагентов в пласт для ограничения водопритока или выравнивания профиля приемистости скважины подземного оборудования. Извлечение устройства на поверхность производят подъемом труб 17. При этом муфта 16 выводит фиксаторы 6 из зацепления с конусными проточками 8 верхней ступени цилиндра 7, поршень 10 выходит из нижней ступени цилиндра, обеспечивая выравнивание давления в подпакерной и надпакерной зонах, при этом нагрузка на трубы от давления столба жидкости в затрубном пространстве на поршень 10 мгновенно исчезает, конусный клапан 18 за счет упругого сжатия колонны труб резко перемещается вверх и ударяет в буртик подъемного патрубка 4, способствуя срыву герметизирующих элементов 1 пакера. Таким образом, конусный клапан 18 с подъемным патрубком 4 и поршень 10 c двуступенчатым цилиндром 7 дополнительно выполняют функции гидромеханического яса и уравнительного клапана. П р и м ер. Используют нагнетательную скважину глубиной 3300 м с внутренним диаметром обсадной колонны 128 мм, перфорированной в интервале 3250-3260 м, подлежит обработке. Устройство спускают в скважину с расчетом установки пакера с герметизирующими элементами 1 на 5-10 м выше интервала перфорации. Диаметр герметизирующих элементов 1 принят стандартным и равен 120 мм. Четыре подпружиненных "собачки" фиксаторы 6 шарнирно крепятся к нижней части корпуса 2 пакера на расстоянии около 0,5 м от герметизирующих элементов 1 резиновые манжеты 1, при этом минимальный диаметр проходного канала через узел фиксаторов составляет 50 мм. Минимальный диаметр проходного сечения седла 3 конусного клапана 18 составляет 56 мм. Внутренний диаметр подъемного патрубка 4 обеспечивает свободное прохождение конусного клапана 18 и составляет 107 мм, длина патрубка 4 принята 5,7 м. Окна 5 подъемного патрубка 4 выполнены сквозными, расстояние между ними принято 30 мм, количество окон 30, размер каждого окна 20х30 мм. Длина двухступенчатого цилиндра 7 составляет 55 м с целью обеспечения установки герметизирующих манжет 1 на 5 м выше интервала перфорации. Внутренний диаметр верхней ступени цилиндра 7 принят 76 мм для обеспечения свободного прохождения поршней 10-12, имеющих наружный диаметр 57 мм. Диаметр нижней ступени цилиндра выполнен из прецизионной трубы с внутренним диаметром 57 мм. Длина рабочей части нижней ступени цилиндра 7 составляет 5-6 м. Длина остальной части нижней ступени принята 50 м. Окна в цилиндре 7 Ao и Bo имеют размеры 50х15 мм, отверстие 9, а также окна A₁,A₂,A₃,и B₁,B₂,B₃, 30х15 мм. Общее количество окон в каждом ряду A и B составляет 8. Расстояние между окнами Ao,A₁,A₂,A₃, и окнами Bo,B₁,B₂,B₃, выбрано на 10-20 мм больше высоты поршня 10 (11) и равно 170 мм. Расстояние между отверстием 9 и окном Ao, а также между окнами Bo и B₁ составляет 300 мм. Расстояние между рядами A и B, а именно между окнами A₃-Bo принято равным 145 мм. Расстояние от крайнего верхнего окна B до низа верхней ступени цилиндра 7 должно превышать на 300-500 мм длину ряду B окон Bo-B₃ во избежание выхода поршня 12 из нижней ступени цилиндра при работе устройства и составляет 2000 мм. Втулка 15 собрана из трех труб разной длины. Длина первой от конца НКТ 17 до середины муфты 16 составляет 6070 мм, длина средней от муфты 16 до третьей 4500 мм, а длина последней до начала шламосборника 19 1500 мм. Внутренние диаметры, а также толщины стенок труб втулки 15 составляют соответственно: 26,4х3,5; 18х3,5 и 43х4,5 мм. Длина второй концентрично расположенной втулки 21 равна 1600 мм, а внутренний диаметр и толщина стенки приняты 46х3 мм. Длина верхней ступени цилиндра принята 6000 мм. Наружный диаметр муфты равен 57 мм, длина муфты составляет 135 мм, что на 30-50 мм больше расстояния, на которое мгновенно перемещается конусный клапан 18, перед тем как ударить в буртик подъемного патрубка 4 после выхода поршня 10 из нижней ступени цилиндра 7. Выбранная длина муфты 16 обеспечивает взаимодействие ее с фиксаторами 6, исключающее заполнение его с конусными проточками 8 цилиндра 7 в момент срыва пакера. Диаметр отверстия 13 равен 8-10 мм и является оптимальным, так как при меньшем диаметре возможно зашламование отверстия, а при большем диаметре возможно получение слишком больших депрессий, приводящих к снятию эксплуатационной колонны, что подтверждается данными эксплуатации трубных пластоиспытателей. Диаметр отверстия 14 принят равным 30 мм, что является достаточным для обеспечения мгновенного гидравлического сообщения и выравнивания давлений подпакерного и надпакерного затрубного пространств при совмещении отверстия 14 с окнами B_o,B₁,B₂,B₃. Для спуска устройства выбраны НКТ 17 диаметром 73 мм, при этом величина кольцевого зазора между трубой 17 и буртиком подъемного патрубка 4 принята 1 мм. Наружный диаметр шламосборника 19 равен 48 мм, его длина 35 м. Обратный клапан 20 расположен на расстоянии 50 мм от поршня 10. После спуска устройства в скважину и герметизации затрубного пространства путем создания осевой нагрузки на пакер 12-15 от веса колонны труб на последнюю наворачивают вертлюг с промывочным шлангом и краном высокого давления, к которому подсоединяют насосный агрегат ЦА-320. Для удобства работы при посадке пакера используют подгонные патрубки из НКТ-73 длиной 1,2,3 м также, как и при работе с трубными пластоиспытателями. Затем закачкой технической воды в НКТ создают давление порядка 7-8 МПа, а колонну труб медленно приподнимают до момента совмещения отверстия 13 с окном A_o и отверстия 14 с окном B_о. Момент совмещения отверстий 13 и 14 с окнами A_o и B_o отмечается резким снижением давления на выкиде насоса ЦА-320 и появлением циркуляции жидкости. Колонну труб фиксируют в этом положении, а на верхнюю трубу наносят соответствующую ему метку, например, нитрокраской. В скважину закачивают 9,5 м³ 1%-го раствора неонола (или другого реагента), который полностью заполняет объем НКТ, после чего допускают трубы до прежней величины разгрузки их веса на пакер. При этом конусный клапан 18 садится в седло 3, герметизируя надпакерное пространство и защищая обсадную колонну 22 от высокого давления. После этого закачкой в НКТ 9,5 м³ технической воды производят продавку раствора неонола в пласт через обратный клапан 20 и отверстие 9 и определяют приемистость скважины при давлении 18 МПа. Затем колонну труб поднимают и с помощью метки на верхней трубе фиксируют колонну труб в положении, соответствующем циркуляции жидкости, к вертлюгу подсоединяют компрессор и производят вытеснение жидкости из труб воздухом на глубину, необходимую для создания предельно допустимой депрессии на пласт и определяемую расчетным путем, для данного случая, например, на 1500 мм. Затем приподнимают колонну труб на 150-170 мм, при этом отверстия 13 и 14 поршней 10 и 11 герметично перекрываются стенкой цилиндра 7. После этого постепенно стравливают давление воздуха до атмосферного через факельную линию, оборудованную краном высокого давления и приступают к депрессионно-репрессионному воздействию на призабойную зону пласта. Колонну труб поочередно поднимают и опускают на высоту 1,5-1,8 м, что соответствует расстоянию между крайними окнами в ряду B, при этом пакер все время остается в запакерованном состоянии, надежно герметизируя затрубное пространство. При совмещении отверстия 13 поршня 10 с каждым из окон A₁, A₂, A₃. цилиндра 7 подпакерная зона мгновенно сообщается с полостью труб 17, за счет чего создаются многократные импульсы глубокой и резкой депрессии на пласт в виде прямых гидроударов, направленных из пласта в скважину. Начальная величина депрессии составляет 15 МПа и снижается постепенно до нуля при заполнении труб жидкостью на высоту, соответствующую пластовому давлению в скважине. При совмещении отверстия 14 поршня 11 с каждым из окон B₁, B₂, B₃. цилиндра 7 происходит сообщение надпакерного пространства с подпакерным, что приводит к мгновенному возрастанию давления под пакером до гидростатического и созданию многократных импульсов резкой репрессии в виде обратных гидроударов, направленных из скважины в пласт. Частота импульсов депрессионно-репрессионного воздействия может измениться в зависимости от скорости осевого перемещения колонны труб. Например, при скорости подъема талевого блока 1 м/с частота импульсов составляет 9-10 с^-1. Когда высота гидростатического столба жидкости, заполняющей трубы, достигнет величины, соответствующей пластовому давлению, заканчивается первый цикл депрессионно-репрессионного воздействия. О окончании заполнения труб жидкостью свидетельствует отсутствие притока воздуха или появление жидкости из труб через факельную линию. Колонну труб с помощью метки устанавливают в первоначальное положение, обеспечивающее циркуляцию жидкости и производят обратную промывку скважины от шлама закачкой в затрубье 10-15 м³ технической воды, при этом наиболее крупные и тяжелые частицы шлама оседают в шламосборнике 19. Затем снова опорожняют трубы с помощью компрессора на прежнюю глубину и проводят два цикла депрессионно-репрессионного воздействия указанным способом с последующей промывкой скважины от шлама. Для оценки эффекта обработки скважины колонну труб опускают до прежней величины разгрузки ее на пакер и соединяют с насосным агрегатом, затем закачкой в НКТ 5-6 м³ технической воды определяют приемистость скважины при давлении 18 МПа. При недостаточной приемистости проводят еще 2-3 цикла депрессионно-репрессионного воздействия в сочетании с закачкой раствора ПАВ и последующим определением приемистости, а при достаточной приемистости скважины производят извлечение устройства на поверхность подъемом труб 17.

Формула изобретения

1. Способ обработки призабойной зоны пласта, включающий многократное депрессионно-репрессионное воздействие в сочетании с химическими методами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа и обеспечения надежности в работе пакера, многократное депрессионно-репрессионное воздействие осуществляют после химической обработки при осевом перемещении колонны труб путем создания серии прямых и обратных гидроударов с частотой 10 с^-1 без распакеровки скважины, при этом воздействие повторяют после опорожнения от скважинной жидкости колонны труб на глубину, необходимую для создания допустимой депрессии на пласт. 2. Устройство для обработки призабойной зоны пласта, включающее пакер с герметизирующим элементом и механизм для создания депрессионно-репрессионного воздействия, установленные на насосно-компрессорных трубах НКТ, отличающееся тем, что оно снабжено патрубком с окнами, жестко соединенным с корпусом пакера, выполненным с фиксаторами в его нижней части, в верхней части с седлом под клапан, выполненный на НКТ, механизм для создания депрессионно-репрессионного воздействия выполнен в виде двухступенчатого цилиндра с конусными проточками, расположенными один над другим, рядами окон, а также размещенными в нем втулками и тремя полыми смещенными относительно друг друга поршнями, два из которых выполнены с радиальными отверстиями и жестко посажены на одну из втулок, выполненную в нижней части со шламосборником и установленным в нем обратным клапаном и жестко соединенный муфтой с колонной НТК, при этом верхняя часть вышерасположенного поршня одновременно жестко посажена на нижний конец второй втулки, выполненной меньшей длины и имеющей диаметр больше диаметра первой втулки с возможностью образования между ними полости, а на верхней конец второй втулки жестко посажен третий поршень.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---