Способ предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования при строительстве и эксплуатации всех категорий нефтяных, газовых и нагнетательных скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород (ММП). Техническим результатом изобретения является снижение затрат на проведение способа за счет исключения источника и затрат электроэнергии и технических средств на поддержание дренажного канала (ДК) в растепленном состоянии. Для этого искусственно созданный полый ДК располагают в непосредственной близости и вдоль стенок обсадной колонны на глубину залегания ММП для вывода по нему и сброса избытка воды из каверны и осуществляют естественное замораживание каверны сверху вниз. Полый ДК выполняют в виде колонны нефильтрующих труб, заполненных незамерзающей и не смешивающейся с водой жидкостью (ННВЖ), плотностью значительно выше, чем вода в каверне. В нижней части ДК оборудуют извлекаемым (например, с помощью канатной техники) обратным клапаном, посадочным гнездом для клапана и фильтром. Сброс избытка воды из каверны до полного ее промерзания возможно осуществлять неограниченное количество раз без каких-либо энергетических затрат. Для предотвращения образования ледяных пробок в ДК предусматривается ультразвуковое воздействие на него и находящийся в нем столб ННВЖ. Способ не требует поддержания ДК в растепленном состоянии, использования нагревательного элемента, источника и затрат электроэнергии для его нагрева. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования при строительстве и эксплуатации всех категорий (нефтяных, газовых и нагнетательных) скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород.

Известен способ предотвращения смятия обсадных колонн в зоне ММП, включающий образование канала вдоль стенок обсадной колонны путем ее нагрева и сброс избытка жидкости из каверны по образованному каналу. Каверны последовательно замораживают снизу вверх, поддерживая в растепленном состоянии канал выше замораживаемой каверны, а нагрев обсадной колонны осуществляют путем циркуляции внутри ее подогретой жидкости (А.с. №857445, E21В 43/00, 1981 г.).

Недостатками известного способа являются необходимость длительной циркуляции подогретой жидкости через спущенные в скважину трубы, дополнительный спуск датчиков температуры для контроля за моментом промерзания каверн, длительность процесса направленного размораживания водосодержащих масс в заколонном пространстве, что требует содержать рабочую бригаду на буровой для проведения работ и контроля.

Известен также способ предупреждения смятия обсадных колонн в зоне многолетнемерзлых пород, включающий образование канала вдоль стенок обсадной колонны и сброс избытка жидкости из каверны по образованному каналу, последовательное замораживание каверн снизу вверх. Поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны осуществляют пропусканием электрического тока от источника питания через термостойкий кабель, расположенный на наружной поверхности эксплуатационной колонны. Равномерное замораживание каверны обеспечивается постепенным снижением мощности теплового поля в течение времени замерзания растепленных пород (А.с. №583286, Е21В 36/00, 1977).

Недостатками известного способа являются невозможность его реализации для любых категорий скважин, находящихся в эксплуатации и не оборудованных ранее в процессе их строительства данной системой защиты эксплуатационных колонн, невозможность замены нагревательного элемента (термостойкого кабеля) в случае выхода его из строя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ предупреждения смятия обсадных колонн в зоне многолетнемерзлых пород, выбранный в качестве прототипа, включающий использование канала вдоль стенок обсадной колонны нагреваемого нагревательным элементом для вывода по нему и сброса избытка жидкости из каверны, последовательное замораживание каверны снизу вверх, поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны. Для сброса избытка жидкости (воды) из каверны используют искусственно созданный в непосредственной близости от обсадной колонны вдоль ее стенок на глубину залегания ММП полый дренажный канал в виде колонны фильтрующих труб, оборудованных нагревательным элементом. Нагревательный элемент выполнен с возможностью обеспечения его замены, оснащения автоматическими средствами контроля и управления подачей на него электроэнергии. Продолжительность поддержания дренажного канала в растепленном состоянии определяется продолжительностью полного промерзания каверны, о чем будут свидетельствовать прекращение сброса жидкости из дренажного канала и автоматическое отключение подачи электроэнергии на нагревательный элемент. (Патент РФ № 2203392, Е21В 36/00, 25.12.2000 г.).

Недостатками известного способа являются необходимость наличия источника и затрат электроэнергии, спуска в дренажный канал нагревательного элемента, использования и обслуживания средств автоматизации, осуществления контроля за проведением процесса и его окончанием.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетне-мерзлых пород при строительстве и эксплуатации любых категорий скважин, в случае вынужденной длительной их остановки, обеспечивающего повышение надежности и прочности крепи скважины, использование для этой цели естественного процесса замораживания каверны, сброс избытка воды из каверны до полного ее промерзания неограниченное количество раз без каких либо энергетических затрат.

Технический результат заключается в снижении затрат на проведение способа за счет исключения источника и затрат электроэнергии и технических средств на поддержание дренажного канала в растепленном состоянии.

Он достигается тем, что в способе предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород, включающем использование канала вдоль стенок обсадной колонны для вывода по нему и сброса избытка воды из каверны, естественное замораживание каверны сверху вниз, для сброса избытка воды из каверны используют искусственно созданный в непосредственной близости от обсадной колонны вдоль ее стенок на глубину залегания ММП полый дренажный канал в виде колонны нефильтрующих труб, заполненный незамерзающей и не смешивающейся с водой жидкостью (ННВЖ), плотностью значительно выше, чем вода в каверне, оборудованный в нижней части извлекаемым (например, с помощью канатной техники) обратным клапаном для осуществления промывки фильтра, посадочным гнездом для клапана, фильтром. Причем сброс избытка воды из каверны до полного ее промерзания возможно осуществлять неограниченное количество раз без каких-либо энергетических затрат, а с целью предотвращения образования ледяных пробок в дренажном канале выполняют ультразвуковое воздействие известным способом и устройствами на дренажный канал, а именно на колонну нефильтрующих труб, и находящийся в нем столб ННВЖ.

На чертеже представлена схема осуществления способа предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород.

Способ предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород включает создание полого дренажного канала 1 в непосредственной близости от обсадной колонны 2, вдоль ее стенок на глубину залегания ММП, путем спуска в каверну 3 колонны нефильтрующих труб 4, оборудованных в нижней части извлекаемым обратным клапаном 5 для осуществления промывки фильтра, посадочным гнездом для клапана 6, фильтром 7, заполнение дренажного канала незамерзающей и не смешивающейся с водой жидкостью (ННВЖ), плотностью значительно выше, чем вода в каверне, например тетрахлорэтаном плотностью 1,6 г/см³, ультразвуковое воздействие известным способом и устройствами на дренажный канал, а именно на колонну не фильтрующих труб 4, и находящийся в нем столб ННВЖ.

Способ осуществляется следующим образом.

При остановке процесса строительства (бурения) или эксплуатации скважины изменяется температурный режим (температура понижается) в стволе и околоствольной части скважины из-за прекращения движения растворов или добываемой продукции, начинается естественный обратный процесс промерзания пород сверху вниз в каверне 3, который сопровождается ростом давления в каверне. Как только давление в каверне 3 станет выше давления столба ННВЖ в дренажном канале 1, начнется процесс вытеснения воды из каверны 3 через фильтр 7, посадочное гнездо для клапана 6 и извлекаемый обратный клапан 5 в колонну нефильтрующих труб 4. Далее эта вода отдельными порциями (каплями и кристалликами льда) ввиду большой разницы плотностей будет самопроизвольно всплывать через столб ННВЖ по дренажному каналу 1 на дневную поверхность и утилизироваться. В верхней части дренажного канала по мере промерзания каверны сверху вниз температура будет отрицательной, т.е. соответствовать температуре промерзших пород в каверне, в результате чего в утилизируемой воде будут образовываться кристаллы льда. С целью предотвращения слипания кристаллов льда, налипания их на стенки дренажного канала и образования ледяных пробок в дренажном канале выполняется ультразвуковое воздействие известным способом и устройствами на дренажный канал, а именно на колонну не фильтрующих труб 4, и находящийся в нем столб ННВЖ. ННВЖ остается в дренажном канале и не перетекает из него в каверну благодаря извлекаемому обратному клапану 5, позволяющему в процессе последующей эксплуатации скважины после его извлечения, осуществить промывку фильтра в случае его кольматации для восстановления фильтрационных свойств фильтра.

Таким образом, предлагаемый способ не требует поддержания дренажного канала в растепленном состоянии, использования нагревательного элемента, источника и затрат электроэнергии для его нагрева, средств автоматизации и контроля за проведением процесса и его окончанием, является саморегулирующимся.

1. Способ предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород, включающий использование искусственно созданного в непосредственной близости от обсадной колонны вдоль ее стенок на глубину залегания многолетних мерзлых пород (ММП) полого дренажного канала в виде колонны труб для вывода по нему и сброса избытка воды из каверны, замораживание каверны, отличающийся тем, что используют полый дренажный канал в виде колонны нефильтрующих труб, заполненный незамерзающей и не смешивающейся с водой жидкостью, плотностью значительно выше чем вода в каверне, оборудованный в нижней части обратным клапаном, посадочным гнездом для клапана и фильтром, и естественный процесс замораживания каверны сверху вниз, осуществляют ультразвуковое воздействие на колонну нефильтрующих труб и находящийся в нем столб незамерзающей и не смешивающейся с водой жидкостью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обратный клапан выполняют извлекаемым для осуществления промывки фильтра.