Способ гравийной набивки необсаженных скважин
Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к гравийной набивке скважин. Способ включает установку по меньшей мере одного противопесочного фильтра, размещаемого вокруг трубного элемента в необсаженной скважине, обеспечение циркуляции пульпы, содержащей расширяющийся гравий и текучую среду-носитель, осаждение пульпы в кольцевом пространстве ствола скважины, окружающем по меньшей мере один противопесочный фильтр, в альфа-волне, начинающейся на приствольном участке кольцевого пространства ствола скважины, обнаружение по меньшей мере одного из следующего: вступление альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начало бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины, прекращение циркуляции пульпы и инициирование расширения расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего по меньшей мере один противопесочный фильтр, над альфа-волной. Повышается эффективность осаждения гравия за счет исключения пустот, исключается повреждение фильтров. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[1] Настоящий документ основан на предварительной заявке США № 62/757,120, поданной 7 ноября 2018 г., и испрашивает приоритет по указанной заявке, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2] Многие скважины на нефтегазовых месторождениях в глубоководных/подводных средах заканчиваются в виде необсаженных скважин. Из-за чрезвычайно высокой стоимости проведения операций и высоких темпов добычи эти скважины требуют надежной методики заканчивания, которая предотвращает вынос песка и максимально повышает продуктивность на протяжении всего срока службы скважины. Одним из таких методов является гравийная набивка необсаженной скважины.
[3] Гравийная набивка представляет собой способ, обычно применяемый для заканчивания скважины, в котором продуктивные пласты являются рыхлыми или слабо сцементированными. В таких пластах небольшие частицы (например, пластовый песок или мелкие частицы) могут быть добыты вместе с желаемыми пластовыми флюидами, что может привести к нескольким проблемам, таким как закупоривание пути добываемого потока, эрозия ствола скважины и повреждение дорогостоящего оборудования для заканчивания. Добыча частиц, таких как мелкие частицы, может быть существенно уменьшена за счет применения стального фильтра ствола скважины в сочетании с дисперсным материалом, размер которого предотвращает прохождение пластового песка через фильтр. Такой дисперсный материал, называемый «гравием», закачивается в виде гравийной пульпы и осаждается в кольцевую область между стволом скважины и фильтром. Гравий, если он правильно уложен, образует барьер для предотвращения попадания мелких частиц в фильтр, но позволяет пластовому флюиду свободно проходить через него и добываться.
[4] Гидроразрыв - это другая операция, в которой может применяться осаждение дисперсного материала для получения преимущества. Пласты для добычи нефти могут быть подвергнуты интенсификации притока за счет разрывов в эксплуатационных зонах для открытия путей, через которые добываемые флюиды могут течь к стволу скважины. Дисперсный материал, известный как пропанты, может быть осажден из пульпы в открытые разрывы для поддержания их в открытом положении.
[5] Для эффективного выполнения своей функции гравийная набивка должна быть завершена и лишена пустот. Пустоты образуются, когда текучая среда-носитель, применяемая для переноса гравия, уходит или вытекает слишком быстро. Текучая среда-носитель может уходить либо из-за прохождения в пласт, или из-за прохождения через фильтры, где она собирается конечной частью инструмента для обслуживания, применяемого для гравийной набивки, широко известного как промывочная труба, и возвращается на поверхность. Ожидается и является необходимым, чтобы с некоторой скоростью происходила дегидратация, чтобы позволить гравию оседать в желаемом месте. Однако, когда гравийная пульпа дегидратирует слишком быстро, гравий может выпасть в осадок и образовать «перемычку», в результате чего он блокирует поток пульпы за пределами этой точки, даже если под или за ним находятся пустые участки. Это может лишить смысла применение гравийной набивки, поскольку отсутствие гравия в пустотах позволяет добывать песок или мелкие частицы через эти пустоты. Таким образом, в применениях гравийной набивки необсаженной скважины важно добиться полной гравийной набивки, которая лишена пустот.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[6] Способ установки гравийной набивки в кольцевом пространстве ствола скважины в необсаженной скважине, проходящей через подземный пласт, включает установку по меньшей мере одного противопесочного фильтра в необсаженной скважине, причем по меньшей мере один противопесочный фильтр располагают над трубным элементом; обеспечение циркуляции пульпы, содержащей расширяющийся гравий и текучую среду-носитель; осаждение пульпы в кольцевом пространстве ствола скважины, окружающем по меньшей мере один противопесочный фильтр, в альфа-волне, начинающейся на приствольном участке кольцевого пространства ствола скважины; обнаружение по меньшей мере одного из следующего: вступление альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начало бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины; прекращение циркуляции пульпы и инициирование расширения расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего по меньшей мере один противопесочный фильтр, над альфа-волной.
[7] Тем не менее, возможны многие модификации без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[8] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения далее в данном документе будут описаны со ссылкой на сопровождающие графические материалы, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы. Однако следует понимать, что сопровождающие фигуры иллюстрируют различные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, и не предназначены для ограничения объема различных технологий, описанных в настоящем документе.
[9] На фиг. 1A-1C показаны виды в разрезе интервала заканчивания, изображающие различные стадии операции гравийной набивки, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.
[10] На фиг. 2 показана блок-схема способа установки гравийной набивки в кольцевом пространстве ствола скважины в необсаженной скважине, проходящей через подземный пласт, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[11] В последующем описании изложены многочисленные подробности, чтобы обеспечить понимание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что указанная система и/или методология могут быть реализованы на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов осуществления.
[12] В описании и приложенной формуле изобретения: термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «вверху» и внизу», «вверх по потоку» и «вниз по потоку», «выше по стволу скважины» и «ниже по стволу скважины», «выше» и «ниже» и другие подобные термины, указывающие на относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, применяются в настоящем документе для более четкого описания некоторых вариантов осуществления изобретения.
[13] Настоящее изобретение в целом относится к гравийной набивке необсаженной скважины. В частности, варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, относятся к применениям гравийной набивки необсаженной скважины, в которых инициируется расширение расширяющегося гравия для полной набивки кольцевого пространства над альфа-волной для достижения полной гравийной набивки, которая лишена пустот.
[14] При строительстве скважины обсадная колонна может быть расположена внутри части пробуренного ствола скважины и зацементирована на месте. Часть ствола скважины, которая не скреплена обсадной колонной, образует открытую или необсаженную секцию скважины, в которой размещается противопесочный фильтр в сборе для упрощения гравийной набивки, чтобы управлять прохождением и выносом пластового песка и стабилизировать пласт, в котором находится необсаженная секция скважины.
[15] После пробуривания ствола скважины и цементирования обсадной колонны на месте, скважина может быть закончена посредством установки противопесочных фильтров и гравийной набивки необсаженной секции скважины, вследствие чего добываемые флюиды из пласта могут проходить через гравийную набивку и противопесочный фильтр и могут извлекаться через ствол скважины. Необсаженная секция скважины может иметь любую ориентацию, включая вертикальные и горизонтальные секции ствола.
[16] При установке гравийной набивки противопесочный фильтр в сборе может быть спущен или опущен на выбранную глубину в необсаженной секции скважины в стволе скважины. Противопесочный фильтр в сборе может быть спущен или опущен в ствол скважины на трубном элементе или промывочной трубе, которая применяется для переноса флюидов между противопесочным фильтром и поверхностью. Спуск противопесочного фильтра в сборе на выбранную глубину может включать размещение противопесочного фильтра в вертикальной или невертикальной (горизонтальной) секциях скважины. Пакер может быть расположен и установлен в обсадной колонне над противопесочным фильтром для изоляции отделяемого интервала. Инструмент для обслуживания с переходником также может быть оснащен узлом для избирательного обеспечения прохождения флюидов между кольцевым пространством, образованным необсаженной скважиной и фильтром в сборе, и внутренней частью трубного элемента или промывочной трубы.
[17] Когда противопесочный фильтр в сборе находится на месте, пульпу гравийной набивки, содержащую гравий для образования гравийной набивки и текучую среду-носитель, вводят в ствол скважины для упрощения гравийной набивки необсаженной секции скважины в стволе скважины в кольцевом пространстве, окружающем противопесочный фильтр. Пульпа гравийной набивки может быть введена в трубный элемент, где она протекает к инструменту для обслуживания с переходником в кольцевое пространство необсаженной секции скважины ниже пакера и во внешнюю часть противопесочного фильтра. Когда гравий оседает внутри необсаженной секции скважины, окружающей фильтр, текучая среда-носитель проходит через фильтр и входит во внутреннюю часть трубного элемента. Текучая среда-носитель перемещается в инструмент с переходником и входит в кольцевое пространство между обсадной колонной и трубным элементом над пакером.
[18] Существует два принципиальных метода, применяемых для гравийной набивки горизонтальных скважины с необсаженным стволом: (1) метод водяного уплотнения (или «альфа-бета» уплотнения); и (2) метод уплотнения альтернативного пути. В методе водяного уплотнения применяют текучие среды-носители с низкой вязкостью, такие как жидкости заканчивания скважин, для переноса гравия с поверхности и осаждения его в кольцевое пространство между противопесочным фильтром и стволом скважины. В методе альтернативного пути, с другой стороны, применяют вязкие текучие среды-носители. Таким образом, механизмы уплотнения этих двух методов существенно отличаются, когда вязкость и/или упругость текучей среды-носителя является такой, что оседание гравия минимизируется. Метод альтернативного пути позволяет обойти любые перемычки, которые могут образоваться в кольцевом пространстве, вызванные, например, превышением давления гидроразрыва, или осыпанием/набуханием глины или локальным обвалом пласта на противопесочных фильтрах.
[19] Операторы все чаще переходят к бурению и заканчиванию все более длинных скважин для получения доступа к резервам в различных зонах через один ствол скважины для повышения эффективности и снижения затрат. Достижение целевых темпов добычи в таких скважинах требует заканчивания необсаженных скважин с большим наклоном и часто требует применения зональной изоляции посредством пакеров для необсаженных скважин и устройств регулирования притока (ICD - англ.: inflow control device). Гравийная набивка этих скважин связана с серьезными проблемами, которые еще не были в полной мере решены. Поскольку ICD приводят к значительному падению давления для входа текучей среды-носителя в кольцевое пространство между промывочной трубой и фильтром на скоростях, при которых выполняется обработка с гравийной набивкой, давление, которому подвергается пласт, превысит давление гидроразрыва, что приведет к немедленному прекращению обработки. Чтобы решить эту проблему, обычной практикой в методе водяного уплотнения является включение нескольких узлов из фильтров без ICD (обычных фильтров) и выполнение обработки с альфа/альфа гравийной набивкой, уменьшая скорость закачки во время обработки, что часто приводит к одиночной альфа-волне и почти всегда приводит к неполной гравийной набивке.
[20] Гидроразрыв пласта аналогично является основной проблемой при заканчивании длинных необсаженных скважин с небольшим окном гидроразрыва, особенно посредством текучих сред с низкой вязкостью, даже когда ICD не применяются во всем фильтре в сборе. В таких случаях нижняя часть скважины с большим наклоном/горизонтальной скважины подвергается операции гравийной набивки посредством оседания гравия, причем высота этой набивки (называемой «альфа-волна», которая проходит от приствольного участка до призабойного участка) достигает равновесия на основании геометрических факторов и скорости закачки, пока альфа-волна не достигнет призабойного участка скважины, и оставшееся кольцевое пространство над намытым барьером, образовавшимся во время альфа-волны, затем заполняют от призабойного участка до приствольного участка (называется «бета-волна»). Во время бета-волны текучая среда-носитель обеспечивает осаждение гравия снаружи фильтра, и избыточная текучая среда-носитель входит в кольцевое пространство между фильтром и промывочной трубой (трубой внутри фильтра). Поскольку давление трения в кольцевом пространстве между фильтром и промывочной трубой выше, чем в других областях при заканчивании, давление, которое воздействует на пласт, начинает повышаться, и может в некоторый момент превысить давление гидроразрыва пласта, что приведет к неполной гравийной набивке.
[21] При применении вязких текучих сред, в которых гравий не находится в идеально взвешенном состоянии, все еще наблюдается оседание гравия (и, таким образом, альфа-волна) в скважинах с большим наклоном, с равновесной высотой альфа-волны, которая меньше, чем при применении текучих сред с низкой вязкостью, таких как рассол. В зависимости от характеристик вязкой текучей среды, различные механизмы могут приводить к потере способности суспендирования гравия у текучей среды. Например, многие вязкоупругие текучие среды с добавками поверхностно-активных веществ могут терять свою вязкость и/или упругость, когда они подвергаются действию некоторых загрязнителей, которые включают любые невытесняемые нефтяные текучие среды, взаимные растворители и т. д. Высокие скорости сдвига на пути закачки могут привести к ухудшению загустителя, что вызывает временную или постоянную потерю свойств суспендирования гравия у текучие среды-носителя. Таким образом, один или более вариантов осуществления настоящего изобретения также могут быть применимы в случаях, где с такими проблемами можно столкнуться при применении вязких текучих сред.
[22] На фиг. 1A-1B показано схематическое изображение интервала заканчивания горизонтальной необсаженной скважины, который в целом обозначен позицией 50, заполняемого альфа-бета набивкой. Как показано на фиг. 1A, обсадную колонну 52 цементируют в части скважины 54 рядом с приствольным участком или ближним концом горизонтальной части скважины 54. Рабочая колонна 56 проходит через обсадную колонну 52 и входит в интервал 58 заканчивания необсаженной скважины. Пакер в сборе 60 расположен между рабочей колонной 56 и обсадной колонной 52 на переходнике в сборе 62. Рабочая колонна 56 содержит один или более противопесочных фильтров в сборе, таких как противопесочный фильтр в сборе 64. Противопесочный фильтр в сборе 64 содержит противопесочный фильтр, имеющий множество отверстий, через которые могут протекать флюиды. Противопесочный фильтр может быть расположен вокруг трубного элемента, который может представлять собой промывочную трубу промывочной трубы в сборе согласно одному или более вариантам осуществления.
[23] Как показано на фиг. 1A-1B, в ходе операции гравийной набивки текучая пульпа 84 доставляется вниз по рабочей колонне 56 в переходник в сборе 62. Текучая пульпа 84 выходит из переходника в сборе 62 через отверстия 90 переходника и выпускается в интервал 58 заканчивания необсаженной скважины, как указано стрелками 92. В изображенном варианте осуществления альфа-бета набивки текучая пульпа 84 затем перемещается в интервале 58 заканчивания необсаженной скважины так, что части гравия выпадают из пульпы и скапливаются на нижней стороне ствола 54 скважины от приствольного участка до призабойного участка ствола 54 скважины, как указано фронтом 94 альфа-волны части альфа-волны гравийной набивки. В то же время части текучей среды-носителя проходят через противопесочный фильтр в сборе 64 и перемещаются через кольцевое пространство между внутренней частью промывочной трубы в сборе и внутренней частью противопесочного фильтра в сборе 64. Эти возвратные текучие среды входят в дальний конец промывочной трубы в сборе, текут назад через промывочную трубу в сборе к переходнику в сборе 62, как указано стрелками 98, и текут в кольцевое пространство 88 через отверстия 100 переходника для возврата на поверхность.
[24] Как показано за счет развития ситуации на фиг. 1A-1B, операция альфа-бета набивки начинается с альфа-волна осаждения гравия в кольцевом пространстве на нижней стороне ствола 54 скважины с прохождением от ближнего конца (приствольный участок) к дальнему концу (призабойный участок) кольцевого пространства ствола скважины. Гравитационные силы преобладают на этой «альфа» волной, вследствие чего гравий оседает при достижении равновесной высоты. Если поток текучей среды остается выше критической скорости для транспортировки частиц, гравий будет перемещаться вниз по горизонтальной секции от приствольного участка к призабойному участку кольцевого пространства ствола скважины.
[25] В частности, на фиг. 1B показана альфа-волна, начинающая прибывать на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Согласно методу альфа-бета набивки после достижения альфа-волной призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины, вторая фаза «бета» волны, как указано фронтом 118 бета-волны (фиг. 1C), начинает обеспечивать осаждение гравия поверх осаждения альфа-волны, с прохождением от дальнего конца (призабойный участок) к ближнему концу (приствольный участок) кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения и как дополнительно описано ниже, при обнаружении по меньшей мере одного из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины, циркуляцию текучей пульпы 84 прекращают, что приводит к прекращению осаждения гравия в кольцевом пространстве ствола скважины. В соответствии с одним или более вариантам осуществления вступление альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начало бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины могут происходить на стадии, которая происходит между снимками операции альфа-бета набивки, показанными на фиг. 1B и 1C.
[26] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения текучая пульпа 84 может содержать расширяющийся гравий и текучую среду-носитель. В состоянии до расширения гравий имеет такой размер, что он не может проходить через отверстия противопесочного фильтра во время операции гравийной набивки. В одном или более вариантах осуществления расширяющийся гравий содержит по меньшей мере один реактивный элемент, который срабатывает под воздействием по меньшей мере одного из минерализации, температуры, pH или другого свойства в стволе скважины или окружающей среде для обеспечения расширения и увеличения в объеме расширяющегося гравия. После прекращения осаждения посредством альфа-волны расширяющегося гравия в кольцевом пространстве ствола скважины, как описано выше, инициируют расширение расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего противопесочный фильтр, над осаждением альфа-волны, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Преимущественно расширяющийся гравий может расширяться так, чтобы полностью заполнить кольцевое пространство ствола скважины для достижений полной гравийной набивки для эффективной борьбы с выносом песка во время добычи. Более того, расширение гравия не приводит к воздействию чрезмерного давления на пласт. То есть, когда гравий расширяется, давление, воздействующее на пласт, может составлять только 13790 кПа (2000 фунтов/кв. дюйм) или менее, в отличие от 48263 -68948 кПа (7000-10000 фунтов/кв. дюйм) (т. е. возможное давление, воздействующее на пласт, возникающее из-за обычной бета-волны, осаждаемой поверх осаждения альфа-волны), что может привести к смятию фильтров. Иными словами, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения давление, воздействующее на подземный пласт и противопесочный фильтр после расширения расширяющегося гравия, меньше, чем номинальное давление смятия противопесочного фильтра.
[27] Как описано выше, противопесочный фильтр может быть расположен вокруг трубного элемента, который может представлять собой промывочную трубу согласно одному или более вариантам осуществления. Кроме того, механизм обнаружения может быть установлен на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы согласно одному или более вариантам осуществления. При установке на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы механизм обнаружения может обнаруживать по меньшей мере одно из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения, установленный на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы, может представлять собой датчик, который идентифицирует компонент расширяющегося гравия, по меньшей мере один скважинный манометр, работающий в режиме реального времени, который может измерять повышение давления, указывающее на конец альфа-волны и начало бета-волны, плотномер, который измеряет плотность гравия возле призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины, другой тип датчика или разрывную мембрану.
[28] В других вариантах осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения, который измеряет давление на поверхности ствола скважины, может обнаруживать по меньшей мере одно из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. Например, изменение давления может быть зарегистрировано на поверхности подходящим устройством, расположенным на линии нагнетания, проходящей от призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины до поверхности. Более того, предусмотрены другие типы поверхностных датчиков, и они находятся в пределах объема настоящего изобретения. Например, может быть предусмотрен один или более поверхностных датчиков давления для обнаружения изменений давления, которые происходят во время прохождения альфа-волны от приствольного участка к призабойному участку кольцевого пространства ствола скважины, или обнаружения существенного повышения давления (трения), которое происходит при переходе операции гравийной набивки от конца альфа-волны к началу бета-волны.
[29] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения противопесочный фильтр противопесочного фильтра в сборе 64 может содержать по меньшей мере одно устройство регулирования притока (ICD) или другой тип устройства ограничения потока. В одном или более вариантах осуществления ICD ограничивает поток снаружи противопесочного фильтра в сборе 64 внутрь противопесочного фильтра в сборе 64. Например, ICD может применяться во время операций добычи для обеспечения притока добываемых флюидов внутрь основной трубы противопесочного фильтра в сборе 64. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения ICD также может применяться во время операций гравийной набивки для получения части возвращающейся текучей среды-носителя из текучей пульпы.
[30] Как описано выше, рабочая колонна 56 может содержать более одного противопесочного фильтра в сборе 64, каждый из которых содержит противопесочный фильтр. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения операция гравийной набивки может предусматривать несколько противопесочных фильтров, в том числе по меньшей мере один расходный фильтр и по меньшей мере один нерасходный фильтр. Согласно одному или более вариантам осуществления, например, нерасходный фильтр может содержать ICD, а расходный фильтр может быть выполнен без ICD.
[31] Другая проблема, общая для горизонтальных скважин с гравийной набивкой, заключается во внезапном повышении давления внутри ствола скважины, когда альфа-волна достигает призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины. Обычно обратная или бета-волна переносит гравий обратно, вверх по стволу скважины, заполняя верхнюю часть, которая осталась незаполненной альфа-волной. По мере продвижения бета-волны вверх по стволу скважины, давление в стволе скважины увеличивается из-за сопротивления трению потока текучей среды-носителя. Текучая среда-носитель, не ушедшая в пласт, обычно должна течь в призабойный участок, поскольку промывочная труба заканчивается в этом участке. Когда пульпа достигает верхнего конца бета-волны, текучая среда-носитель должна пройти расстояние до призабойного участка в небольшом кольцевом пространстве между фильтром и промывочной трубой. По мере увеличения этого расстояния повышается давление трения, что приводит к повышению давления в стволе скважины. Более того, повышение давления трения может контролироваться, например, за счет меньшего внутреннего диаметра фильтра, большего наружного диаметра промывочной трубы, длины соединений фильтра возле призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины или любой их комбинации. Однако, поскольку один или более вариантов осуществления настоящего изобретения инициируют расширение расширяющегося гравия, осажденного во время альфа-волны, для полной набивки кольцевого пространства ствола скважины вместо осаждения гравия в обычной бета-волне поверх альфа-волны, повышение давления во время фазы «бета-волны» операции альфа-бета набивки не превышает давление трения на по меньшей мере одном расходном фильтре противопесочного фильтра в сборе 64 или по меньшей мере одном соединении по меньшей мере одного нерасходного фильтра противопесочного фильтра в сборе 64.
[32] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения операция гравийной набивки может предусматривать по меньшей мере один противопесочный фильтр, который представляет собой фильтр альтернативного пути с шунтирующими трубами. В таких вариантах осуществления поток текучей пульпы 84 будет перенаправлен через шунтирующие трубы, расположенные снаружи противопесочного фильтра в сборе 64, которые обеспечивают альтернативный путь для текучей пульпы 84. В таких вариантах осуществления шунтирующие трубы могут действовать как трубопровод для протекания текучей пульпы 84 через пакер или сдавленный глинистый интервал. Таким образом, перемычки, которые могут образоваться в кольцевом пространстве ствола скважины во время гравийной набивки, можно обойти, что упрощает образование более полной гравийной набивки. Более конкретно, фильтр альтернативного пути с шунтирующими трубами расположен только в секциях заканчивания, которые изолированы посредством по меньшей мере одного из пакера и глинистого интервала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Таким образом, любые перемычки, образовавшиеся в результате превышения давления гидроразрыва или осыпания/набухания глины, или локального обвала пласта на противопесочных фильтрах, например, можно обойти посредством шунтирующих труб.
[33] Обратимся теперь к фиг. 2, на которой показана блок-схема способа установки гравийной набивки в кольцевом пространстве ствола скважины в необсаженной скважине, проходящей через подземный пласт, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. В одном или более вариантах осуществления способ начинается на этапе S10, на котором по меньшей мере один противопесочный фильтр устанавливают в необсаженной скважине. Для установки по меньшей мере один противопесочный фильтр можно спустить или опустить до выбранной глубины внутри необсаженной секции скважины в стволе скважины, например, на трубном элементе или промывочной трубе. В одном или более вариантах осуществления пакер может быть размещен или установлен над по меньшей мере одним противопесочным фильтром для изоляции интервала, подлежащего набивке, и инструмент для обслуживания с переходником может быть предоставлен для избирательного обеспечения прохождения флюидов между кольцевым пространством, образованным необсаженной скважиной и по меньшей мере одним противопесочным фильтром, и внутренней частью трубного элемента или промывочной трубы.
[34] На этапе S12, показанном на фиг. 2, операция гравийной набивки начинается с обеспечения циркуляции пульпы, которая содержит расширяющийся гравий и текучую среду-носитель. В одном или более вариантах осуществления текучая пульпа может быть введена в трубный элемент, где она протекает к инструменту для обслуживания с переходником в кольцевое пространство необсаженной секции скважины ниже пакера и внешней части по меньшей мере одного противопесочного фильтра.
[35] На этапе S14, показанном на фиг. 2, происходит осаждение текучей пульпы в кольцевом пространстве ствола скважины в альфа-волне, начинающейся на приствольном участке кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения альфа-волна обеспечивает осаждение расширяющегося гравия пульпы в кольцевом пространстве на нижней стороне ствола скважины с прохождением от заднего конца (приствольный участок) к дальнему концу (призабойный участок) кольцевого пространства ствола скважины. В одном или более вариантах осуществления, когда расширяющийся гравий оседает внутри необсаженной секции скважины, окружающей по меньшей мере один противопесочный фильтр, текучая среда-носитель проходит через фильтр и входит во внутреннюю часть трубного элемента. Текучая среда-носитель перемещается в инструмент с переходником и входит в кольцевое пространство между обсадной колонной и трубным элементом над пакером.
[36] На этапе S16, показанном на фиг. 2, обнаруживают по меньшей мере одно из вступления альфа-волны и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения может быть установлен на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы для обнаружения по меньшей мере одного из вступления альфа-волны и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. В одном или более вариантах осуществления механизм обнаружения, установленный на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы, может представлять собой датчик, который идентифицирует компонент расширяющегося гравия, по меньшей мере один скважинный манометр, работающий в режиме реального времени, который может измерять повышение давления, указывающее на конец альфа-волны и начало бета-волны, плотномер, который измеряет плотность гравия возле призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины, другой тип датчика или разрывную мембрану. В других вариантах осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения, который измеряет давление на поверхности ствола скважины, может быть способен обнаруживать по меньшей мере одно из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины.
[37] Способ согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения также может включать применение численного моделирования для прогнозирования вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины или начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины.
[38] На этапе S18, показанном на фиг. 2, циркуляцию текучей пульпы прекращают после обнаружения по меньшей мере одного из вступления альфа-волны и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины.
[39] На этапе S20, показанном на фиг. 2, инициируют расширение расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего по меньшей мере один противопесочный фильтр, над альфа-волной. В одном или более вариантах осуществления расширяющийся гравий содержит по меньшей мере один реактивный элемент, который срабатывает под воздействием по меньшей мере одного из минерализации, температуры, pH или другого свойства в стволе скважины для обеспечения расширения и увеличения в объеме расширяющегося гравия. Преимущественно расширяющийся гравий может расширяться так, чтобы полностью заполнить кольцевое пространство ствола скважины для достижений полной гравийной набивки, которая лишена пустот, для эффективной борьбы с выносом песка во время добычи без воздействия чрезмерного давления на пласт.
[40] Несмотря на то, что несколько вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описаны выше, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможно множество модификаций без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.
1. Способ установки гравийной набивки в кольцевом пространстве ствола скважины в необсаженной скважине, проходящей через подземный пласт, включающий в себя этапы, на которых осуществляют:
установку по меньшей мере одного противопесочного фильтра в необсаженной скважине, причем по меньшей мере один противопесочный фильтр размещают вокруг трубного элемента;
циркуляцию пульпы, содержащей расширяющийся гравий и текучую среду-носитель;
осаждение пульпы в кольцевом пространстве ствола скважины, окружающем по меньшей мере один противопесочный фильтр, в альфа-волне, начинающейся на приствольном участке кольцевого пространства ствола скважины;
обнаружение по меньшей мере одного из следующего: вступление альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начало бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины;
прекращение циркуляции пульпы; и
инициирование расширения расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего по меньшей мере один противопесочный фильтр, над альфа-волной,
при этом давление, воздействующее на подземный пласт и по меньшей мере один противопесочный фильтр, после расширения расширяющегося гравия меньше, чем номинальное давление смятия по меньшей мере одного противопесочного фильтра.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап обнаружения включает в себя применение механизма обнаружения, установленного на призабойном участке трубного элемента.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что трубный элемент представляет собой промывочную трубу.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что механизм обнаружения представляет собой датчик, который идентифицирует компонент расширяющегося гравия.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что механизм обнаружения содержит по меньшей мере один скважинный манометр, работающий в режиме реального времени.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап обнаружения включает в себя применение механизма обнаружения, который измеряет давление на поверхности.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один противопесочный фильтр содержит по меньшей мере одно устройство регулирования притока.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один противопесочный фильтр содержит по меньшей мере один расходный фильтр и по меньшей мере один нерасходный фильтр.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что повышение давления во время бета-волны не превышает давление трения либо на по меньшей мере одном расходном фильтре, либо на по меньшей мере одном соединении по меньшей мере одного нерасходного фильтра.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап инициирования включает в себя применение по меньшей мере одного механизма инициирования, выбранного из группы, состоящей из минерализации; температуры и pH, для расширения расширяющегося гравия.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один противопесочный фильтр представляет собой фильтр альтернативного пути с шунтирующими трубами.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что по меньшей мере один противопесочный фильтр содержит шунтирующие трубы только в секциях заканчивания, которые изолированы посредством по меньшей мере одного из пакера и глинистого интервала.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инициируют расширение расширяющегося гравия для полной набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего по меньшей мере один противопесочный фильтр, над альфа-волной, вследствие чего кольцевое пространство ствола скважины лишено пустот.
14. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этап, на котором прогнозируют вступление альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины.
15. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этап, на котором прогнозируют начало бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины.
