Способ изоляции поглощающих пластов в скважинах и устройство для его осуществления

 

Использование: при ликвидации поглощений промывочной жидкости. Обеспечивает снижение аварийности изоляционных работ и повышение надежности изоляции поглощающих пластов, удаленных от забоя скважины. Сущность изобретения: по способу до спуска тампонажного устройства к нижней его части подсоединяют подпорную трубу. Ее подсоединяют из условия обеспечения ее зазора со стенками скважины в пределах 8 60 мм. Спуск устройства с подпорной трубой осуществляют на глубину (l) ниже подошвы поглощающего пласта. Эту глубину определяют из выражения, приведенного в описании. Затем осуществляют нагнетание тампонажного раствора. Его осуществляют в режиме поршневого движения тампонажного раствора в кольцевом пространстве подпорной трубы. Устройство по способу включает контейнер. В него помещен поршень. Он разделяет контейнер на надпоршневую полость и рабочую полость. Рабочая полость заполнена тампонажным раствором. Над контейнером установлен пульсатор. Он выполнен с подводящим и выходным каналом. Выходной канал гидравлически связан с надпоршневой полостью. К нижней части контейнера жестко подсоединена подпорная труба. Она выполнена диаметром, меньшим диаметра контейнера. В верхней части подпорная труба выполнена со сливными окнами. Над сливными окнами выполнено верхнее днище. Оно установлено с возможностью осевого перемещения. Ниже сливных окон выполнено посадочное седло. Оно выполнено под верхнее днище. В нижней части подпорная труба выполнена с нижним днищем. При этом посадочное седло выполнено с отверстием. Кроме того, устройство снабжено гидравлическим пакером. Он установлен между контейнером и пульсатором. Полость гидравлического пакера гидравлически связана с подводящим каналом пульсатора. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при ликвидации поглощений промывочной жидкости.

Известен способ изоляции поглощающих пластов в скважинах, включающий спуск в зону поглощения тампонажного устройства с нижней опорной трубой до упора последней в забой скважины, последующую герметизацию зоны поглощения пакером тампонажного устройства и импульсное нагнетание в нее тампонажного раствора [1].

Применение данного способа для изоляции поглощающих пластов, удаленных от забоя скважины, требует возведения ниже поглощающего пласта опорного искусственного забоя, что усложняет технологию изоляции зоны поглощения, снижает оперативность и повышает стоимость работ по борьбе с поглощениями промывочной жидкости в скважинах.

Известен также способ изоляции поглощающих пластов в скважинах, включающий спуск в зону поглощения тампонажного устройства с верхним и нижним пакерами и сливными отверстиями между ними, последующую герметизацию зоны поглощения пакерами тампонажного устройства с одновременным открытием сливных отверстий, импульсное нагнетание тампонажного раствора через сливные отверстия тампонажного устройства в зону поглощения, возвращение пакеров в исходное положение по окончании нагнетания тампонажного раствора и подъем тампонажного устройства из скважины [2].

Данный способ обеспечивает возможность изоляции удаленных от забоя зон поглощения промывочной жидкости без возведения искусственного забоя. Вместе с тем практическое применение указанного способа сдерживается в связи с недостаточной надежностью изоляции зон поглощения по данному способу из-за возможности неполного открытия сливных окон контейнера и неполной деформации упругих элементов пакеров реализующего способ тампонажного устройства вследствие заедания и заклинивания раздвижных труб контейнера. Надежность изоляции поглощающих пластов по известному способу снижается также вследствие высоких энергетических потерь, связанных с преодолением сил инерции рабочего поршня тампонажного устройства, имеющего большую длину и массу. Вместе с тем, применением известного способа сопряжено с высоким уровнем аварийности изоляционных работ в скважине, обусловленным прихватами тампонажного устройства в изолируемой зоне вследствие невозможности возврата в исходное положение упругих элементов его пакеров в случае заедания и заклинивания раздвижных труб контейнера при их возврате в исходное положение после окончания тампонирования.

Целью изобретения является снижение аварийности изоляционных работ и повышение надежности изоляции поглощающих пластов, удаленных от забоя скважины.

Сущность способа заключается в следующем.

Собирают тампонажное устройство - пульсатор, к нижней части которого подсоединяют подпорную трубу из условия обеспечения ее зазора со стенками скважины в пределах 8-60 мм, после чего осуществляют спуск указанного устройства с подпорной трубой на глубину l ниже подошвы поглощающего пласта, величину которой определяют из выражения l≥ K+ , (1) где К - коэффициент размывания тампонажного раствора находящимся в скважине буровым раствором на границе с последним; D - диаметр скважины в зоне поглощающего ласта, м; d - наружный диаметр подпорной трубы, м; α - коэффициент газонасыщенности жидкости, заполняющей скважину; Н - расстояние от подошвы поглощающего пласта до забоя скважины, м; Н_о - высота столба жидкости в скважине над поглощающим пластом до начала его изоляции, м; γ - удельный вес жидкости, заполняющей скважину, г/см³; А - амплитуда импульсного давления, воздействующего на тампонажный раствор, МПа.

После уставки устройства на заданной глубине осуществляют импульсное нагнетание тампонажного раствора в поглощающий пласт с помощью тампонажного устройства - пульсатора в режиме поршневого движения тампонажного раствора в кольцевом пространстве подпорной трубы. По достижении тампонажным раствором уровня подошвы изолируемого пласта его дальнейшее движение вниз по кольцевому пространству между скважиной и подпорной трубой прекращается вследствие несжимаемости жидкости - происходит герметизация ствола скважины ниже подошвы поглощающего пласта, благодаря которой исключается непроизводительный расход тампонажного раствора и усиливаются импульсы давления, формируемые пульсатором в кольцевом пространстве, за счет чего повышается интенсивность и глубина проникания тампонажного раствора в дефекты горных пород (трещины, поры и каверны) изолируемого пласта. При изоляции поглощающих пластов в скважинах, заполненных газонасыщенной жидкостью (например, при использовании для бурения скважин аэрированных буровых растворов или попадания в обычный буровой раствор воздуха из негерметичных соединений бурового насоса или попутного газа из газопроявляющих пластов скважины) поршневое движение тампонажного раствора по кольцевому пространству в зоне подпорной трубы прекращается после его опускания ниже подошвы поглощающего пласта на глубину h_сж, величина которой равна правому слагаемому в формуле (1), после чего происходит герметизация ствола скважины ниже поглощающего пласта в концевой части подпорной трубы и последующее интенсивное проникание тампонажного раствора в каналы ухода промывочной жидкости, за счет чего обеспечивается эффективная изоляция поглощающего пласта.

На чертеже схематично изображено устройство для изоляции поглощающих пластов в скважинах по предлагаемому способу, общий вид.

Устройство включает контейнер 1 с отверстием 2 в нижней части, перекрываемым в транспортном положении устройства днищем - заглушкой 3, и с поршнем 4, разделяющим контейнер на надпоршневую полость 5 и рабочую полость 6, заполненную тампонажным раствором. Над контейнером 1 установлен генератор гидравлических импульсов, а к нижнему концу контейнера прикреплена подпорная труба 7 меньшего в сравнении с контейнером диаметра со сливными окнами 8 в ее верхней части, посадочным седлом 9 под заглушку 3, установленным ниже сливных окон 8, и нижним днищем 10, установленным в нижнем отверстии трубы 7. В посадочном седле 9 выполнено осевое отверстие, сообщающее внутреннюю полость 11 подпорной трубы 7 с затрубным пространством при спуске устройства.

Генератор гидравлических импульсов может быть выполнен, например, в виде роторно-струйного пульсатора, содержащего верхний переходник 12 с подводящим каналом 13, корпус 14 со сливными окнами 15 и сопловой полостью 16, сообщающейся через сливные окна 15 с затрубным пространством, и нижний переходник 17, соединенный с контейнером 1. В сопловой полости 16 размещен ротор 18 с питающими соплами 19, соединенный с верхним переходником 12 с возможностью совместного вращения, взаимодействующий с соплами 19 плоский затвор 20, установленный над сливными окнами 15, и приемное сопло 21, установленное на нижнем переходнике 17 и гидравлически связанное с надпоршневой полостью 5 контейнера. В плоском затворе 20 в зоне приемного сопла 21 выполнено сквозное отверстие 22 для прохода напорных струй жидкости, формируемых соплами 19. Верхний конец корпуса 14 опирается через подшипник 23 на нижнюю часть переходника 12.

Устройство снабжено гидравлическим пакером, выполненным, например, в виде эластичного рукава 24, закрепленного верхним концом на переходнике 17, а ствола 25 с осевым отверстием 26 для прохода жидкости из сопла 21 в надпоршневую полость 5 контейнера. Нижний конец эластичного рукава 24 снабжен ползуном 27, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль ствола 25, а рабочая полость 28 пакера гидравлически связана с подводящим каналом 13 пульсатора через осевое отверстие 29 в роторе 18, патрубок 30 и канал 31 в переходнике 17.

Устройство работает следующим образом.

Перед заправкой контейнера 1 тампонажным раствором подбирают по диаметру и по длине подпорную трубу 7, выполняющую роль герметизатора ствола скважины ниже подошвы поглощающего пласта. При этом диаметр d подпорной трубы подбирают в зависимости от диаметра D скважины и радиального зазор δ между стенками ствола скважины и подпорной трубой по формуле d = D - 2 δ (2) с обеспечение рационального значения δ в пределах δ= 8 - 60 мм, установленных опытным путем. Причем низкие значения зазора выбираются при использовании высокотекучих тампонажных растворов (например, цементных с высоким водоцементным отношением), обладающих пониженной вязкостью. Напротив, высокие значения зазора выбираются при использовании высоковязких тампонажных растворов (например, цементных с низким водоцементным отношением; полимерных смесей, цементно-полимерных растворов и т.п.). Длину L подпорной трубы подбирают в зависимости от мощности h (см.чертеж) изолируемой зоны поглощения и глубины l погружения подпорной трубы 7 ниже подошвы изолируемой зоны поглощения по формуле
L = h + l (3) Входящая в формулу (3) глубина l определяется по формуле (1). При этом глубина залегания подошвы поглощающего пласта, от которой отсчитывается глубина l, принимается с максимально возможным значением, учитывающим величину возможной ошибки инструментального метода, используемого при выявлении местоположения поглощающего пласта в скважине. Если, например, ошибка метода составляет ±Δ м, то глубина залегания Н_п подошвы поглощающего пласта определяется из выражения
Н_п = Н_п¹ + Δ (4) где Н_п¹ - глубина залегания подошвы поглощающего пласта, установленная с применением данного метода, имеющего ошибку ±Δ м.

Подобранную подпорную трубу 7 присоединяют в сборе с днищами 9 и 10 к нижней части контейнера 1, сливное отверстие 2 в которой закрывается заглушкой (например, деревянной или резиновой пробкой) 3. Затем заправляют рабочую полость 6 контейнера тампонажным раствором и опускают тампонажное устройство на колонне бурильных труб к изолируемому поглощающему пласту 32. Спуск тампонажного устройства прекращают после установки сливных окон 8 в зоне кровли пласта 32 и опускания нижнего конца подпорной трубы 7 на глубину l от подошвы указанного пласта. В процессе спуска внутренняя полость 11 подпорной трубы 7 заполняется промывочной жидкостью, поступающей из затрубного пространства через сливные окна 8 и осевое отверстие в посадочном седле 9, благодаря чему подпорная труба 7 разгружается от гидростатического давления в скважине.

Затем включают буровой насос, нагнетающий жидкость по буровой колонне в подводящий канал 13 пульсатора и далее в питающие сопла 19 ротора 18 и в канал 29, из которого жидкость поступает через патрубок 30 и канал 31 в рабочую полость 28 пакера. Под действием давления жидкости эластичный рукав 24 пакера раздувается, герметизируя ствол скважины выше кровли пласта 32. При этом нижний конец рукава 24 перемещается вместе с ползуном 27 вверх по стволу 25, что позволяет увеличить диаметр рукава 24 в рабочем положении пакера и, соответственно, обеспечивает возможность герметизации ствола скважины, имеющей большой диаметр. После приведения пакера в рабочее положение включают вращение буровой колонны. При этом ротор 18 с питающими соплами 19 получает вращение от верхнего переходника 12, соединенного с буровой колонной. В процессе вращения ротора 18 каждое питающее сопло 19 периодически (при каждом обороте ротора 18) сообщается с окном 22 плоского затвора 20. При этом на выходе сопла 19 в момент прохождения им окна 22 формируется мощная напорная струя, которая попадает в торцевое отверстие приемного сопла 21, создавая в нем рабочий импульс давления, заканчивающийся при расхождении сопел 19 и 21. При совмещении с приемным соплом 21 следующего питающего сопла 19 в нем формируется очередной импульс давления. В результате на выходе приемного сопла 21 и в гидравлически связанной с ним надпоршневой полости 5 контейнера формируется пульсирующее давление с частотой, равной частоте вращения ротора 18, умноженной на число питающих сопел 19. Рабочая жидкость, не попадающая в приемное сопло 21, сливается через сливные окна 15 в затрубное пространство.

Формируемые в полости 5 гидравлические импульсы передаются через поршень 4 на тампонажный раствор, находящийся в полости 6. Под действием импульсного давления тампонажный раствор выбивает из отверстия 2 заглушку 3, падающую на посадочное седло 9, и совершает импульсное движение через сливные окна 8 в кольцевое пространство между скважиной и подпорной трубой 7, заполняя трещины, поры и каверны горных пород изолируемого пласта 32.

В целях обеспечения надежной герметизации ствола скважины ниже подошвы пласта 32, исключающей возможность продвижения тампонажного раствора ниже указанного пласта в сторону забоя скважины, объемная подача бурового насоса и частота гидравлических импульсов на выходе пульсатора поддерживается в пределах, при которых импульсное вытеснение тампонажного раствора из контейнера 1 в скважину протекает с интенсивностью, обеспечивающей поршневое движение тампонажного раствора в кольцевом пространстве подпорной трубы без разрывов сплошности потока. Учитывая сложность процесса импульсного движения тампонажного раствора в кольцевом пространстве скважины, затрудняющую теоретический анализ данного процесса, рациональные пределы объемной подачи бурового насоса и частоты гидравлических импульсов на выходе пульсатора устанавливаются на основе опытных данных, получаемых экспериментальным путем и представленных в виде графиков или таблиц с числовыми значениями параметров. Указанные опытные данные учитывают скважинные условия в зоне изолируемого пласта, физико-механические свойства тампонажного раствора и конструктивные параметры тампонажного устройства.

По достижении тампонажным раствором уровня подошвы пласта 32 его дальнейшее движение вниз по кольцевому пространству между скважиной и подпорной трубой 7 в случае заполнения скважины промывочной жидкостью, не содержащей растворенного в ней газа, прекращается вследствие несжимаемости жидкости происходит герметизация ствола скважины ниже подошвы поглощающего пласта, основанная на свойстве несжимаемости жидкости. В результате прекращения движения тампонажного раствора вниз в процессе дальнейшего импульсного нагнетания указанного раствора из контейнера 1 импульсы давления в тампонажном растворе, заполняющем кольцевое пространство между скважиной и подпорной трубой 7 в интервале h изолируемого пласта 32, усиливаются, что способствует более интенсивному и глубокому прониканию тампонажного раствора в дефекты горных пород (трещины, поры и каверны) изолируемого пласта.

В случае же заполнения скважины газонасыщенной жидкостью тампонажный раствор опускается на глубину h_сж от подошвы поглощающего пласта, сжимая содержащий в жидкости газ. Величина h_сж равна правому слагаемому в форму (1). В достижении глубины h_сж противодавление со стороны сжимаемой газонасыщенной жидкости уравновесится с импульсным давлением тампонажного раствора, после чего дальнейшее движение последнего по кольцевому затрубному пространству прекращается, благодаря чему обеспечивается герметизация ствола скважины ниже поглощающего пласта и эффективная изоляция последнего.

По окончании тампонирования выключают вращение и буровой насос. При этом давление в рабочей полости 28 пакера падает и эластичный рукав 24 под действием внутренних упругих сил возвращается вместе с ползуном 27 в исходное положение, а находящаяся в полости 28 жидкость вытесняется из нее рукавом 24 через канал 31, патрубок 30, канал 29, сопло 19 и окно 22 затвора 20 в сопловую полость 16, откуда сливается через окна 15 в затрубное пространство. После возвращения пакера в исходное положение тампонажное устройство вначале плавно поднимают из зоны тампонирования, а затем в обычном порядке поднимают из скважины.

П р и м е р 1. В геологоразведочной скважине, глубина забоя которой составляет 650 м, выявлен поглощающий пласт в интервале 555-565 м. Местоположение поглощающего пласта в скважине выявлено с высокой точностью ( Δ= ±0,2 м) с использованием комплексного каротажа скважины, включающего расходометрию и термометрию. Диаметр скважины в зоне поглощающего пласта составляет 76 мм. Скважина заполнена технической водой, не содержащей растворенного газа. Керновый материал представлен песчаником, содержащим трещины с раскрытием, не превышающим 3 мм.

Для изоляции поглощающего пласта используют гидроимпульсный тампонажный снаряд, конструкция которого включает пульсатор и расположенный ниже пульсатора контейнер, выполненный из двух колонковых труб диаметром 73 мм общей длиной 14,5 м. Перед заправкой тампонажным раствором в нижнее отверстие контейнера забивают деревянную заглушку. Затем на основе опытных данных выбирают рациональную для данного случая величину радиального зазора между скважиной и подпорной трубой δ= 10 мм (данное значение δ принято с учетом того, что для изоляции трещин с небольшим раскрытием, выявленных в поглощающем пласте по керновому материалу, необходимо использовать тампонажный раствор, обладающий высокой текучестью и низкой вязкостью, облегчающей его проникание в узкие щелевые зазоры). Определяют глубину погружения нижнего конца подпорной трубы относительно подошвы поглощающего пласта по формуле (1), принимая соответствующий данному случаю коэффициент размывания тампонажного раствора К = 7,
l≥ 7 , откуда l ≥ 0,266 м, По формуле (4) определяют максимальное значение глубины залегания подошвы поглощающего пласта
Н_п = 365 + 0,2 = 565,2 м.

По выбранному значению δ подбирают диаметр d подпорной трубы по формуле (2)
d = 76 - 2 х 10 = 56 мм.

Наиболее близком к данному диаметру из применяемых в бурении труб находится колонковая труба диаметром 57 мм, в связи с чем ее используют в качестве подпорной трубы тампонажного устройства.

Вследствие большой мощности поглощающего пласта h = 565 - 555 = 10 м, его изоляцию выполняют двумя рейсами гидроимпульсного тампонажного снаряда, в соответствии с чем длину L подпорной трубы определяют по формуле
L = 0,5h + l Поскольку h = 10 м, а l ≥ 0,266 м, то L ≥5,266 м. Затем выбирают из числа имеющихся на скважине колонковых труб диаметром 57 мм подпорную трубу, имеющую длину 5,5 м.

В верхней части подпорной трубы устанавливают посадочное седло для заглушки контейнера с отверстием для прохода промывочной жидкости во внутреннюю полость подпорной трубы при ее опускании в скважину, а нижний конец подпорной трубы закрывают глухим днищем, после чего верхний конец подпорной трубы соединяют перфорированным патрубком с нижним концом контейнера соосно с последним, заряжают контейнер тампонажным раствором, устанавливают в верхней части контейнера поршень, соединяют верхний конец контейнера с пульсатором и опускают собранный тампонажный снаряд на колонне бурильных труб в скважину до установки нижнего конца подпорной трубы на глубине 565,7 м, что соответствует его установке ниже подошвы поглощающего пласта на глубину l = 0,5 м.

Затем на основе опытных данных определяют минимально допустимое значение объемной подачи тампонажного раствора в кольцевое пространство между скважиной и подпорной трубой W_min ≥ 30 л/мин, обеспечивающее поршневое движение тампонажного раствора вдоль кольцевого пространства подпорной трубы без потери сплошности потока. Исходя из рабочей характеристики пульсатора и минимального значения подачи тампонажного раствора в кольцевое пространство W_min ≥ 30 л/мин определяют требуемую для достижения данной подачи минимальную величину частоты гидравлических импульсов на выходе пульсатора f_min ≥ 12 Гц и минимальную величину объемной подачи бурового насоса Q_min ≥ 110 л/мин. В свою очередь по выбранной частоте f_min определяют минимальное значение числа оборотов n_min буровой колонны, приводящей во вращение ротор 18 пульсатора
n_min= , где k - число сопел 19 в роторе 18 пульсатора. При k = 6 и f_min = 12 Гц число оборотов буровой колонны n_min = 120 об/мин.

После этого включают буровой насос и вращатель бурового станка, предварительно установив объемную подачу насоса, близкую по величине (но не меньшую) к Q_min (например, Q = 120 л/vмин), и число оборотов вращателя бурового станка, близкое по величине (но не меньшее) к n_min(например, для бурового станка ЗИФ-1200 МР устанавливают вторую скорость вращения n = 136 об/мин. При этом вступает в работу пульсатор, формирующий гидравлические импульсы давления, с помощью которых тампонажный раствор нагнетают в импульсном режиме из контейнера тампонажного снаряда через сливные окна подпорной трубы в кольцевое пространство между скважиной и подпорной трубой. Двигаясь единым фронтом одновременно по всей площади поперечного сечения указанного кольцевого пространства (режим поршневого движения) тампонажный раствор доходит до уровня подошвы изолируемого пласта, находящейся на глубине 565 м, и в силу несжимаемости жидкости, заполняющей скважину, прекращает свое движение вниз, после чего амплитуда импульсов в кольцевом пространстве усиливается, а тампонажный раствор под воздействием указанных импульсов заполняет трещины, поры и каверны горных пород в изолируемом интервале. По окончании импульсного вытеснения тампонажного раствора из контейнера выключают вращение и буровой насос и поднимают тампонажный снаряд из скважины.

П р и м е р 2. При бурении технической скважины диаметром 214 мм на глубине 132 м в толще песчаника открылось поглощение промывочной жидкости с высокой интенсивностью, превышающей 15 м³/час, после чего проходка скважины продолжалась до глубины 156 м при полном поглощении промывочной жидкости в связи с отсутствием возможности своевременной доставки на скважину тампонажных материалов, необходимых для изоляции поглощающего пласта. Промывка скважины осуществляется слабоаэрированным глинистым раствором с коэффициентом газонасыщенности α = =0,05 и удельным весом γ = 0,95 г/см³. Статический уровень жидкости в скважине Н_ст = 121 м. Выполнить каротаж скважины с целью выявления местоположения (глубины) верхней и нижней границы зоны поглощения не представляется возможным в связи с отсутствием необходимых для этого технических средств. По геологическому разрезу скважины толща поглощающего песчаника заканчивается на глубине 134 м. Несовпадение получаемых при бурении данных по глубинам с данными геологического разреза составляет от 1 до 2,5 м в сторону увеличения глубины залегания пластов горных пород по данным бурения в сравнении с их глубиной, отмеченной в геологическом разрезе. В соответствии с этим максимальное значение возможной глубины залегания подошвы поглощающего пласта с учетом формулы (4) составляет
Н_max = 134 + 2,5 = 136,5 м, а максимальная мощность поглощающего пласта
h_max = 136,5 - 132 = 4,5 м. Для изоляции поглощающего пласта используют гидроимпульсный тампонажный снаряд, включающий пульсатор, контейнер, выполненный из колонковой трубы диаметром 194 мм и длиной 9,5 м, и нижнюю подпорную трубу. На основе опытных данных выбирают рациональную для данного случая величину радиального зазора между скважиной и подпорной трубой δ = 40 мм (данное значение δ принято с учетом того, что для ликвидации поглощения с высокой интенсивностью, превышающей 15 м³/час, необходимо использовать высоковязкий пастообразный тампонажный раствор, который, с одной стороны не поддается быстрому размыванию в поглощающих трещинах, а с другой стороны может перемещаться без большого сопротивления только по широкому щелевому зазору). Определяют высоту столба жидкости в скважине над поглощающим пластом до начала его изоляции
Н_о = 132 - Н_ст = 132 - 121 = 11 м и расстояние от подошвы поглощающего пласта до забоя скважины
Н = 156 - Н_max = 156 - 136,5 = 19,5 м.

Задают амплитуду импульсного давления, воздействующего на тампонажный раствор А = 20 кгс/см² (2 МПа) и принимают соответствующий данному случаю коэффициент размывания тампонажного раствора К = 3. Затем по формуле (1) определяют глубину опускания нижнего конца подпорной трубы относительно подошвы поглощающего пласта
l≥ 3 + , откуда l ≥ 1,83 м.

По выбранному значению δ подбирают диаметр d подпорной трубы по формуле (2)
d = 214 - 2 х 40 = 134 мм.

В качестве подпорной трубы используют колонковую трубу диаметром 127 мм, которая наиболее близка по диаметру к требуемому значению d = 134 мм. Длину L подпорной трубы определяют по формуле
L = h_max + l Поскольку h_mac = 4,5 м, а l ≥ 1,83 м, то L ≥6,33 м. Затем выбирают из числа имеющихся на скважине колонковых труб диаметром 127 мм подпорную трубу, имеющую длину 7,2 м.

Подобранную подпорную трубу со сливными отверстиями и посадочным седлом в верхней части и днищем на нижнем конце трубы присоединяют к нижней части контейнера, закрытой заглушкой, и после зарядки последнего и присоединения пульсатора тампонажный снаряд опускают в скважину. Спуск прекращают после достижения нижним концом подпорной трубы глубины 139,2 м, что соответствует его установке на 2,7 м ниже возможного крайнего нижнего положения подошвы поглощающего пласта, находящегося на глубине 136,5 м.

На основе опытных данных определяют минимально допустимое значение объемной подачи W_min тампонажного раствора в кольцевое пространство между скважиной и подпорной трубой W_min ≥ 160 л/мин, обеспечивающее поршневое движение тампонажного раствора вдоль кольцевого пространства подпорной трубы без потери сплошности потока. Исходя из рабочей характеристики пульсатора и минимального значения подачи тампонажного раствора в кольцевое пространство W_min ≥ 160 л/мин определяют требуемую для достижения данной подачи минимальную величину частоты f_minгидравлических импульсов на выходе пульсатора f_min ≥ 30 Гц и минимальную величину объемной подачи Q_min бурового насоса Q_min ≥ 350 л/мин. По выбранной частоте f_min определяют минимальное значение оборотов будет равно
n_min= = =300 об/мин.

Устанавливают объемную подачу бурового насоса не менее Q_min(например, 380 л/мин) и число оборотов вращателя не менее n_min(например, 336 об/мин - при бурении станком ЗИФ-1200МР), после чего включают буровой насос и вращатель бурового станка. При этом вступает в работу пульсатор тампонажного снаряда, формирующий гидравлические импульсы, под действием которых тампонажный раствор совершает импульсное движение из контейнера в кольцевое пространство между подпорной трубой и скважиной. Вследствие сжимаемости аэрированного бурового раствора тампонажный раствор опускается по кольцевому пространству на глубину h_сжот подошвы поглощающего пласта. По достижении указанной глубины противодавление со стороны сжимаемой газонасыщенной жидкости уравновесится с импульсным давлением тампонажного раствора, благодаря чему движение тампонажного раствора по кольцевому затрубному пространству прекратится, после чего тампонажный раствор движется только в изолируемый пласт, заполняя трещины, поры и каверны.

Использование подпорный трубы позволяет герметизировать простейшим путем ствол скважины ниже указанного пласта. При этом в значительной мере снижается аварийность и повышается надежность работ по изоляции поглощающих пластов, удаленных от забоя скважины, упрощается конструкция тампонажного устройства - пульсатора и сокращается непроизводительный расход тампонажного раствора на величину, равную по объему величине объема пространства скважины, занимаемого подпорной трубой. За счет указанного сокращения непроизводительного расхода тампонажного раствора можно увеличить мощность интервала скважины, тампонируемого за один рейс тампонажного устройства, не увеличивая при этом длину и объем контейнера указанного устройства. В случае же тампонирования поглощающих пластов небольшой мощности за счет сокращения непроизводительного расхода тампонажной смеси можно уменьшить длину контейнера тампонажного устройства и тем самым сократить расход тампонажных материалов и одновременно увеличить энергию импульсов, передающихся от рабочего поршня контейнера к тампонажному раствору, находящемуся в тампонируемом интервале скважины, что усиливает проникание тампонажного раствора в каналы ухода промывочной жидкости, благодаря чему повышается надежность изоляции поглощающего пласта.

Формула изобретения

1. Способ изоляции поглощающих пластов в скважинах, включающий спуск к изолируемому пласту тампонажного устройства-пульсатора и последующее импульсное нагнетание тампонажного раствора в поглощающие пласты, отличающийся тем, что, с целью снижения аварийности изоляционных работ и повышения надежности изоляции поглощающих пластов, удаленных от забоя скважины, до спуска в нижней части тампонажного устройства-пульсатора подсоединяют подпорную трубу из условия обеспечения ее зазора со стенками скважины в пределах 8 - 60 мм, спуск тампонажного устройства-пульсатора с подпорной трубой осуществляют на глубину (l) ниже подошвы поглощающего пласта, которую определяют из выражения
l≥ K+ ,
где K - коэффициент размывания тампонажного раствора находящимся в скважине буровым раствором на границе с последним;
D - диаметр скважины в зоне поглощающего пласта, м;
d - наружный диаметр подпорной трубы, м;
α - коэффициент газонасыщенности жидкости, заполняющей скважину;
H - расстояние от подошвы поглощающего пласта до забоя скважины, м;
H₀ - высота столба жидкости в скважине над поглощающим пластом до начала его изоляции, м;
γ - удельный вес жидкости, заполняющей скважину, г/см³;
A - амплитуда импульсного давления, воздействующего на тампонажный раствор, МПА,
а нагнетание тампонажного раствора в поглощающий пласт осуществляют в режиме поршневого движения тампонажного раствора в кольцевом пространстве подпорной трубы.

2. Устройство для изоляции поглощающих пластов в скважинах, включающее контейнер, поршень, помещенный в контейнер и разделяющий его на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным раствором, пульсатор, установленный над контейнером и выполненный с подводящим каналом и выходным каналом, гидравлически связанным с надпоршневой полостью, отличающееся тем, что оно снабжено подпорной трубой, жестко связанной с нижней частью контейнера и выполненной с диаметром, меньшим диаметра контейнера, при этом подпорная труба в верхней части выполнена со сливными окнами, верхним днищем над сливными окнами, установленным с возможностью осевого перемещения, и посадочным седлом ниже сливных окон под верхнее днище, а в нижней части подпорная труба выполнена с нижним днищем.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что посадочное седло выполнено с отверстием.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью возможности принудительного импульсного нагнетания тампонажного раствора в поглощающий пласт, оно снабжено гидравлическим пакером, установленным между контейнером и пульсатором, причем полость гидравлического пакера гидравлически связана с подводящим каналом пульсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1