Способ создания дренажной системы продуктивного пласта и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области нефтегазодобычи из буровых скважин, а именно к способам повышения производительности продуктивных пластов за счет их дренирования и создания каналов фильтрации пластовых флюидов. Обеспечивает создание дренажной системы в объеме продуктивного пласта, в частности нефтяного пласта, для увеличения производительности добычи углеводородного сырья и повышения коэффициента нефтегазоотдачи. Сущность изобретения: способ включает один, по меньшей мере, открытый горизонтальный ствол скважины или один открытый горизонтальный ствол скважины с одним, по меньшей мере, открытым боковым ответвлением этого ствола по простиранию пласта в его продуктивной части. Ствол заполняют гидрофобным сыпучим материалом. Заполнение ствола скважины и его ответвления осуществляют порционно с утрамбовыванием каждой порции сыпучего материала до просадки этого материала и вскрытия под действием утрамбовывания существующих естественных трещин пласта. После этого в стволе скважины устанавливают и жестко закрепляют фильтрующий узел. Устройство включает колонну труб, разъемную или непрерывную, корпус с конусным раструбом, жестко соединенный с колонной труб. Внутри корпуса размещена система в виде толкателя с центральным проточным каналом и конусом, подвешенного в корпусе на цилиндрической пружине с возможностью движения в осевом направлении и осуществления автоколебаний. При этом конусный раструб корпуса и конус толкателя сочленены соосно и представляют собой вместе клапанную пару. Над пятой толкателя расположена ударная втулка с возможностью свободного скольжения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области нефтегазодобычи из буровых скважин, а именно к способам повышения производительности продуктивных пластов за счет их дренирования и создания каналов фильтрации пластовых флюидов.

Известен способ гидроразрыва нефтегазовых пластов [1], который позволяет создавать в призабойной части пласта дренажные трещины, которые затем заполняются расклинивающим дисперсным материалом (например, песком). Как показывает широкая промысловая практика таким способом можно кратно увеличивать приточность продуктивного объекта.

Данный способ и его технология являются аналогом предлагаемому здесь решению.

К числу общих недостатков аналога можно отнести следующие:

1) обычный гидроразрыв пластов и его модификации нельзя применить в горизонтальных скважинах из-за возможности разрыва породы вкрест простирания пласта, что приведет к соединению газовой и водяной частей пласта с нефтяной ее частью;

2) технология обычного гидроразрыва пластов является дорогостоящей операцией, требует, как правило, обсадки скважины и вскрытия его перфорацией, а также использования специальных жидкостей для разрыва породы, специальных материалов для заполнения трещин и специальных растворов для последующей очистки дренажных каналов;

3) для производства гидроразрыва пластов необходима специальная техника (гидроагрегаты высокого давления, смесительные машины и ряд других вспомогательных технических средств), что делает операцию сложной.

Альтернативным способом дренирования продуктивных пластов является бурение горизонтальных скважин [2], которые вскрывают нефтяную или газовую залежь вдоль по простиранию пласта. Притоки нефти или газа увеличиваются в 2-70 раз за счет большого охвата пласта. Однако при этом гидроразрыв пласта по обычной технологии [1] с целью создания сети дренажных трещин здесь невозможен и даже вреден, т.к. глубокие трещины могут соединить стратифицированную систему залежи газ-нефть-вода, что приведет к катастрофическим последствиям.

В Еропейском патенте [2] описан способ дренирования пласта в горизонтальной скважине с помощью высоконапорных струй, которые создают боковые трещины или расширяют их.

Основные недостатки известного решения:

1) для реализации данного способа требуются гидроагрегаты высокого давления, чтобы создавать высоконапорные струи на забое скважины;

2) создать струей систему разветвленных трещин невозможно;

3) эффективность эрозионного действия струи не превышает 20 калибров (20×D - диаметр выходящей струи) и она не способна в большинстве случаев преодолеть напряжения от горного давления, чтобы расширять и углублять зачаточные трещины.

Техническим результатом изобретения является создание дренажной системы в объеме продуктивного пласта, в частности нефтяного пласта, для увеличения производительности добычи углеводородного сырья и повышения коэффициента нефтегазоотдачи.

Необходимый технический результат достигают тем, что способ создания дренажной системы продуктивного пласта включает один, по меньшей мере, открытый горизонтальный ствол скважины или один открытый горизонтальный ствол скважины с одним, по меньшей мере, открытым боковым ответвлением этого ствола по простиранию пласта в его продуктивной части, которые заполняют гидрофобным сыпучим материалом, при этом заполнение ствола скважины и его ответвления осуществляют порционно с утрамбовыванием каждой порции сыпучего материала до просадки этого материала и вскрытия под действием утрамбовывания существующих естественных трещин пласта, после чего в стволе скважины устанавливают и жестко закрепляют фильтрующий узел.

Кроме того, в качестве гидрофобного сыпучего материала используют кварцевый песок, стеклянный или пластиковый бисер, проппант.

Гидрофобный сыпучий материал доставляют на забой скважины с помощью тиксотропного носителя, прокачку которого осуществляют непрерывно для обеспечения утрамбовывания сыпучего материала.

Заявителем не выявлены из предшествующего уровня техники известные устройства, которые могли бы быть использованы в качестве прототипа к заявленному изобретению. При этом установлено, что в качестве основы устройства для трамбовки сыпучего материала в скважине может быть использован ясс-ударник для освобождения прихваченного бурильного инструмента в скважине [3].

Недостатками известного устройства являются следующие:

1) невозможность его работы в автоколебательном режиме, что ведет к большим затратам гидравлической мощности;

2) отсутствие возможности дросселирования части жидкости в затрубье, что способствует вымыванию посылаемого на забой сыпучего материала;

3) недостаточная для трамбовки сыпучего материала на забое частота ударов, что не обеспечивает эффект дилатансии.

Необходимый технический результат достигают и тем, что устройство для набивки скважины и трамбовки сыпучего материала включает колонну труб, разъемную или непрерывную, корпус с конусным раструбом, жестко соединенный с колонной труб, внутри которого размещена система в виде толкателя с центральным проточным каналом и конусом, подвешенного в корпусе на цилиндрической пружине с возможностью движения в осевом направлении и осуществления автоколебаний, при этом конусный раструб корпуса и конус толкателя сочленены соосно и представляют собой вместе клапанную пару, а над пятой толкателя расположена ударная втулка с возможностью свободного скольжения.

Простейшие варианты дренирования горизонтальной скважины и горизонтальной скважины с ответвлением показаны на фиг.1 и 2, где:

1 - продуктивный (нефтяной) пласт;

2 - горизонтальная скважина, пробуренная по простиранию пласта;

3 - ответвление горизонтального ствола скважины;

4 - трещины разрыва породы пласта;

5 - порционная набивка ствола скважины гидрофобным сыпучим материалом;

6 - гидрофобный сыпучий материал;

7 - фильтрующий узел.

Устройство для набивки скважины и трамбовки сыпучего материала представлено на фиг.3 в разрезе. Оно состоит из корпуса 8, толкателя 9, соосно встроенного в корпус 8 и подвешенного на пружине 10. Над пятой 11 толкателя 9 расположена свободно скользящая ударная втулка 12. Устройство работает следующим образом: при прокачке вязкой и тиксотропной суспензии-носителя (например, глинистого раствора) корпус 8 и толкатель 9 действуют как клапанная пара в автоколебательном режиме. Движение суспензии-носителя показано стрелками. Ударная втулка 12 имеет свободный ход, входит в режим колебаний и наносит удары по пяте толкателя 11, что обеспечивает трамбовку поступающего на забой скважины сыпучего материала 13 и раскрытие боковых трещин.

Физический эффект, который используется для образования боковых дренажных трещин при трамбовке сыпучего материала (песок, бисер, проппилант) в скважине, носит название дилатансия. Его можно показать на простой схеме (фиг.4).

Сыпучий материал не только производит расширение зачаточных трещин, но и, заполняя их, расклинивает и не дает затем смыкаться. При этом жидкость, находящаяся в скважине, под действием ударных нагрузок помогает разрыву трещин.

Пример практической реализации предлагаемого способа и устройства

В пробуренную горизонтальную скважину спускают предлагаемое устройство и на малой производительности буровых насосов осуществляют прокачку промывочной жидкости. Периодически в циркуляционную систему вводят пачку сыпучего материала (например, проппант), замешанного на глинистом растворе или другом вязком и тиксотропном носителе, и доставляют ее на забой скважины, где она накапливается и подвергается трамбовке. По мере просадки трамбуемой пачки сыпучего материала, которая свидетельствует о внедрении его в боковые трещины, процесс трамбовки прекращают и устройство перемещают выше по стволу скважины. Затем вышеуказанные операции повторяют до полного заполнения горизонтальной части скважины гидрофобным сыпучим материалом. После этого в стволе скважины устанавливают и закрепляют съемный фильтрующий узел, который по существу выполняет функцию фильтрующей пробки.

Промышленная полезность

Анализ дебитов в пробуренных горизонтальных скважинах на нефтеносных площадях РФ показывает, что если сеть тектонических трещин продуктивного пласта заложена вкрест простиранию, то притоки нефти возрастают в десятки и сотни раз по сравнению с вертикальными скважинами. Но если трещиноватость пласта ориентирована иначе, то притоки мало отличаются. Отсюда и возникает необходимость искусственно создавать систему боковых трещин предлагаемым способом, тем более, что обычный гидроразрыв пластов в горизонтальных скважинах не годится, т.к. магистральные трещины большой протяженности могут соединить газовую и водяную часть пласта с нефтяной и тем самым блокировать добычу нефти или вызвать ее катастрофическое обводнение.

Заполнение ствола горизонтальной скважины гидрофобным сыпучим материалом с установкой фильтрующего узла позволит:

- предотвратить вынос кольматантов (песчанистых и глинистых частиц) из коллектора;

- предотвратить вынос в скважину расклинивающего сыпучего материала (песок, бисер, проппант);

- улучшить фазовую проницаемость для нефти и сдерживать воду;

- исключить крепление горизонтальной части скважины обсадной колонной труб, повторное вскрытие пласта или установку фильтров;

- получить максимальную приточность продуктивного объекта.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Желтов Ю.П. Механика нефтегазового пласта. Москва, "Недра", 1975, с.159-170.

2. ЕР 0851094 А2, 01.07.1998.

3. Мищевич В.И. Справочник инженера по бурению. Т.2, Москва, Недра, 1973, с.80-82.

1. Способ создания дренажной системы продуктивного пласта, включающий один, по меньшей мере, открытый горизонтальный ствол скважины или один открытый горизонтальный ствол скважины с одним, по меньшей мере, открытым боковым ответвлением этого ствола по простиранию пласта в его продуктивной части, которые заполняют гидрофобным сыпучим материалом, при этом заполнение ствола скважины и его ответвления осуществляют порционно с утрамбовыванием каждой порции сыпучего материала до просадки этого материала и вскрытия под действием утрамбовывания существующих естественных трещин пласта, после чего в стволе скважины устанавливают и жестко закрепляют фильтрующий узел.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобного сыпучего материала используют кварцевый песок, стеклянный или пластиковый бисер, проппант.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрофобный сыпучий материал доставляют на забой скважины с помощью тиксотропного носителя, прокачку которого осуществляют непрерывно для обеспечения утрамбовывания сыпучего материала.

4. Устройство для набивки скважины и трамбовки сыпучего материала, включающее колонну труб, разъемную или непрерывную, корпус с конусным раструбом, жестко соединенный с колонной труб, внутри которого размещена система в виде толкателя с центральным проточным каналом и конусом, подвешенного в корпусе на цилиндрической пружине с возможностью движения в осевом направлении и осуществления автоколебаний, при этом конусный раструб корпуса и конус толкателя сочленены соосно и представляют собой вместе клапанную пару, а над пятой толкателя расположена ударная втулка с возможностью свободного скольжения.