Способ получения множественных разрывов в стволе буровой скважины

 

Использование: получение множественных разрывов в стволе буровой скважины. Сущность изобретения: способ получения множественных разрывов в стволе буровой скважины содержит выполнение одной операцией в одном стволе буровой скважины, проникающим в промежуток разрыва, включающий множество зон, рушающихся под разными давлениями разрыва различных зон. Разрывающая жидкость подается через альтернативные пути потока к различным уровням изолированного ствола буровой скважины. Альтернативные пути потока связаны с рабочей колонной труб, расположенной в изолированной секции ствола буровой скважины. Альтернативные пути могут быть образованы из отдельных трубок или отверстиями, которые расположены вдоль нижнего конца рабочей колонны труб. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к способам получения множественных разрывов в стволе буровой скважины.

Гидравлический разрыв пласта - хорошо известный технический прием, используемый обычно, чтобы повысить проницаемость подземных формаций, из которых добывают углеводородные жидкости и тому подобное. В обычной операции гидравлического разрыва пласта рабочая колонна труб опускается до места, соседствующего с формациями, которые подвергаются разрыву ("промежуток разрыва"), затем разрывающая жидкость закачивается из нижнего конца рабочей колонны в формацию под давлением, достаточным, чтобы разделить плоскости пластов формации, осуществить "разрыв".

Это разделение плоскости пластов создает сеть проницаемых каналов или изломов, через которые жидкость может протекать в скважину после завершения операции разрыва. Поскольку эти разрывы обладают тенденцией закрываться после ослабления разрыва, опорные материалы (например, песок, гравий или другие измельченные материала) подмешиваются к разрывающей жидкости, чтобы сформировать шлам, который несет опорный материал в разрывы, где они остаются, чтобы "подпереть" разрывы, когда снижается давление.

Если промежуток разрыва достаточно однороден (т.е. зона имеет относительно одинаковое давление разрыва по всей толщине), стандартная технология разрыва пласта, такая, как та, которая описана выше, будет обеспечивать хорошее распределение разрывов по длине или толщине промежутка разрыва.

Однако, к сожалению, промежуток разрыва лежит в зонах, которые неоднородны, а наоборот разнородны и имеют разные давления разрыва, например, это слоистые резервуары, резервуары с горизонтальными или расположены под углом буровыми скважинами, толстые резервуары, резервуары из нескольких соседствующих зон, разделенных тонкими непроницаемыми слоями и т.п.

Проблемы возникают при разрывах этих неоднородных промежутков традиционной технологией разрыва пластов. Например, представляется трудным, если вообще возможным, разорвать вторую зону в промежутке разрыва, если первая зона в промежутке (т. е. с наименьшим давлением "разрыва") начала разрываться. Разрывающий жидкий шлам будет продолжать течь в этот первоначальный разрыв и расширять его с увеличением давления в изолированном промежутке скважины.

Кроме того, жидкость из разрывающего шлама скорее всего проникает в первоначальный разрыв, образуя опоры, т.е. песок будет осаждаться из шлама, закрывая доступ в скважине к первоначально разорванной зоне. Такое блокирование или мост не даст течь потоку шлама к другим зонам внутри промежутка разрыва, даже если некоторые из этих зон ранее переносили некоторый излом. Это приводит к плохому распределению разрывов по промежутку, поскольку обычно только зона, имеющая наименьшее давление разрыва, будет разорвана должным образом.

Из патента США N 4415035, кл. E 21 B 43/26, 1983 известен способ получения множественных разрывов в стволе буровой скважины, содержащей выполнение одной операцией в одном стволе буровой скважины, проникающем в промежуток разрыва, включающий множество зон, ломающихся при разных давлениях разрыва различных зон внутри данного промежутка разрыва, путем подачи в изолированный ствол скважины разрывающей жидкости через альтернативные пути потока к различным уровням. В этом способе перфорируют обсадную трубу на различных уровнях и затем нагнетают разрывающую жидкость ко всем этим перфорированным участкам через общий путь потока, т.е. через саму обсадную трубу.

Известный способ обладает вышеописанными недостатками. Возможно возникновение блокирования в обсадной трубе, например, из-за образования песчаного моста, до образования всех разрывов. Таким образом, если блокирование происходит в обсадной трубе ниже самых верхних перфораций, то возникает препятствие для прохождения разрывающей жидкости к нижним перфорациям.

Технический результат изобретения - обеспечение равномерного распределения разрывов по промежутку разрыва в стволе буровой скважины.

Технический результат достигается тем, что в способе получения множественных разрывов в стволе буровой скважины, содержащем выполнение одной операции в одном стволе буровой скважины, проникающей в промежуток разрыва, включающий множество зон, ломающихся при разных давлениях разрыва различных зон внутри данного промежутка разрыва путем подачи в изолированный ствол скважины разрывающей жидкости через альтернативные пути потока к различным уровням.

Согласно изобретению ствол буровой скважины изолируют вблизи промежутка разрыва и разрывающую жидкость подают через альтернативные пути потока, связанные с рабочей колонной труб, которая расположена в изолированной секции ствола буровой скважины.

Предпочтительно разрывающую жидкость подают одновременно по альтернативным путям. Альтернативные пути могут быть образованы из отдельных трубок, нижние концы которых заканчиваются у соответствующих различных уровней, или отверстиями, которые расположены вдоль нижнего конца рабочей колонны труб у соответствующих различных уровней, или образованы множеством шунтирующих трубок, расположенных внутри нижнего конца рабочей колонны труб, соответствующие нижние концы которых заканчиваются у различных уровней.

На фиг. 1 показан вертикальный вид с частичным разрезом устройства, используемого для реализации способа получения множественных разрывов в стволе буровой скважины, согласно изобретению; на фиг. 2 - вертикальный вид с частичным разрезом варианта выполнения устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - вертикальный вид с частичным разрезом второго варианта устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 5 - вертикальный вид с частичным разрезом третьего варианта устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 6 - вертикальный вид с частичным разрезом четвертого варианта выполнения, показанного на фиг. 1.

На фиг. 1 показан нижний конец добывающей и/или нагнетательной скважины 1. Скважина 1 имеет ствол 2, который проходит от поверхности (на чертеже не показана) через промежуток 3 разрыва. Ствол обычно укрепляется обсадной трубой 4, которая цементируется на месте (не показано). Хотя способ предлагаемого изобретения показан в реализации в обсаженном стволе буровой скважины, расположенным наклонно, он успешно может использоваться в открытых и/или разбуренных скважинах, а также в вертикальных и горизонтальных скважинах в зависимости от ситуации.

Промежуток 3 разрыва состоит из множества, хотя показаны только две, зон 5 и 6, которые имеют разные давления разрыва. Обсадная труба 4 перфорирована и имеет по меньшей мере два ряда отверстий 7 и 8, которые расположены вблизи зон 5, 6 соответственно. Поскольку изобретение применимо в горизонтальных и наклонных стволах буровых скважин, термины "верхний и нижний", "вершина и основание", используемые здесь, являются относительными терминами и используются с соответствующими позициями внутри конкретного ствола буровой скважины. Термин "уровни" предполагает соответствующие позиции вдоль ствола буровой скважины между крайними позициями промежутка разрыва.

Разрывающее устройство 9 располагается в стволе 2 буровой скважины 1 рядом с промежутком 3 разрыва. Устройство 9 разрыва состоит из рабочей колонны 10 труб, которая закрыта на своем нижнем конце 11 и проходит к поверхности (на чертеже не показано). Рабочая колонна 10 имеет множество отверстий, например, верхний и нижний ряды отверстий 12 и 13 соответственно, которые расположены выше верхнего конца 11 и приблизительно совпадает с отверстиями 7, 8 в обсадной трубе 4, соответственно. Пакеры 14 и 15 изолируют секцию 16 ствола 2 буровой скважины 1, которая расположена рядом с промежутком 3 разрыва.

Однако специалистам понятно, что колонна жидкости (не показана), которая обычно присутствует в отсеченном кольце скважины, часто используется для эффективной изоляции промежутка 3 разрыва без необходимости верхнего пакера 4. Термин "изоляционная секция", используемый здесь, охватывает как промежуток, изолированный пакерами или чем-либо другим, так и промежуток, изолированный жидкостью в кольце.

В работе разрывающий шлам, содержащий измельченный материал или опорный материал, например, песок, закачивается вниз по рабочей колонне и наружу через верхнее и нижнее отверстия 12, 13 в изолированную секцию 16 ствола 2 буровой скважины 1. Когда секция 16 заполняется шламом и давление повышается, шлам нагнетается через отверстия 7 и 8 в обсадной трубе 4 и пытается войти в зоны 5 и 6 промежутка 3 разрыва. Однако поскольку, как показано, зона 6 имеет более низкое давление разрыва, шлам идет по пути наименьшего сопротивления и входит сначала в зону разрыва 6.

В обычной операции разрыва, где шлам выходит только через нижний конец 11 рабочей колонны 10, когда зона 6 разрушается, шлам будет продолжать поступать в зону 6, чтобы расширить первоначальный разрыв в то время, как через верхние отверстия 7 обсадной трубы 5 попадает очень небольшое количество шлама или не попадает совсем. Со временем жидкость из шлама пройдет в первоначально разорванную зону 6, заставляя песок в шламе осесть, чтобы сформировать мост 17, в стволе 2 скважины 1. Мост 17 блокирует любой другой поток шлама к зоне 5, что приводит к плохому распределению разрывов по промежутку 3. В результате этого может потребоваться изменение положения рабочей колонны, переустановке пакеров и т.д., чтобы обеспечить образование множественных разрывов в промежутке 12.

В предлагаемом изобретении даже после того, как зона 6 была разорвана и/или создана опора из песка, шлам может продолжать течь через верхние отверстия 12, т.е. альтернативными путями, в рабочей колонне 10. Когда давление повышается выше давления разрыва зоны 5, шлам будет нагнетаться через отверстия 7 в обходной трубе 4 к зоне 5 разрыва. Хотя показаны только две зоны 5, 6 в промежутке 3 разрыва и два ряда отверстий 12 и 13 в рабочей колонне 10 и отверстий 7 и 8 в обсадной трубе 11, следует понимать, что в рабочей колонне 10 отверстия могут быть расположены более, чем на двух уровнях, для обслуживания более двух зон в нужном промежутке разрыва.

Важным признаком способа является обеспечение альтернативных путей потока для шлама к различным уровням или зонам промежутка разрыва, с тем, чтобы из одной рабочей колонны получить множественные разрывы. Шлам будет продолжать подаваться к соответствующим уровням, чтобы произвести разрыв соответствующих зон до тех пор, пока все из них не будут разорваны, независимо от того, какая зона разрыва будет первой и образуются или нет песчаные мосты в стволе буровой скважины во время операции разрыва.

Хотя в большинстве операций разрывающая жидкость будет течь одновременно по всем альтернативным путям ко всем различным уровням внутри промежутка разрыва, может возникнуть необходимость разрыва зон конкретного промежутка в определенной последовательности. В связи с этим соответствующие отверстия в рабочей колонне могут иметь такие размеры, что шлам потечет по пути наименьшего сопротивления и в основном через большие отверстия в рабочей колонне, которые расположены рядом с первой зоной разрыва, затем через второй ряд более мелких отверстий, расположенных у второй зоны, и так далее, пока не будут разорваны все зоны.

Кроме того, клапанные средства (не показаны), например диски, которые рвутся при разных давлениях, могут использоваться, чтобы закрывать отверстия в рабочей колонне на определенных уровнях так, чтобы через отверстия поток не поступал, пока не будет достигнуто нужное давление.

На фиг. 2 и 3 показан другой вариант выполнения разрывающего устройства 9а, которое можно использовать для реализации настоящего способа. Устройство 9а выполнено в данном примере из двух трубок 18 и 19. Трубки 18 и 19 крепятся и помещаются внутри перфорированной несущей трубки 20, которая, в свою очередь обеспечивает конструктивную целостность и опору для трубок 18 и 19. Трубки 18 и 19 могут быть разной длины (фиг. 2), так, что они заканчиваются на разных уровнях внутри трубки 20 и открыты только на своих нижних концах, или они могут быть равными по длине или с разной длиной с отверстиями (на чертеже не показаны), на разных уровнях, чтобы фактически совпадать с разными отверстиями в обсадной трубе 4а.

Как видно на фиг. 2, шлам выводится из нижних концов трубок 18 и 19, чтобы заполнить нижний конец несущей трубки 20. Шлам будет вытекать из отверстий в трубке 20 для заполнения изолированной секции 16а ствола буровой скважины. Как описано выше, шлам первоначально разрывает зону 6а, поскольку она имеет наименьшее давление разрыва. Когда это происходит и даже если образуется песочный мост и блокирует поток через нижний конец несущей трубки 20 шлам будет продолжать подаваться через трубку 19 и верхние отверстия в трубке 20, чтобы произвести разрыв во второй зоне (на чертеже не показана) в промежутке 3а.

На фиг. 4 показано разрывающее устройство 9б аналогичное устройству 9а, с множеством трубок 18а и 19б, которые крепятся и поддерживаются центральным трубчатым элементом 20б. Полосы 21 или подобные элементы крепят трубки 18б и 19б на наружной поверхности центрального элемента 20б. Трубки 18б и 19б заканчиваются на разных уровнях и используются для проведения операции множественных разрывов таким образом, как описано выше в связи с устройством 9а.

На фиг. 5 показан еще один вариант разрывающего устройства 9в, которое состоит из рабочей колонны 10в, предназначенной для спуска в ствол 2 буровой скважины 1 до места, где она будет находиться рядом с верхней частью промежутка разрыва 3в. Трубки 18в, 19в различной длины связаны с нижней частью рабочей колонны 10в и гидравлически сообщается с ней. Когда устройство 9в находится в рабочей позиции внутри ствола 2 буровой скважины 1, трубки 18в, 19в заканчивается на разных уровнях внутри ствола 1 рядом с прилегающими различными зонами промежутка разрыва. Разрывающий шлам стекает по рабочей колонне 10в и подается непосредственно к различным уровням внутри изолированной секции 16в через трубки 18в и 19в, т.е. альтернативные пути, чтобы провести операцию разрыва пластов, как описано выше.

Еще один вариант разрывающего устройства 9г для реализации предлагаемого способа показан на фиг. 6. Устройство 9г состоит из несущей трубки 20г, имеющей перфорированную нижнюю секцию, которая практически примыкает к промежутку 3г, когда устройство 9г находится в рабочей позиции внутри ствола 2 скважины. Шунтирующие трубки 18г и 19г разной длины крепятся внутри перфорированной секции рабочей колонны. Верхние концы трубок 18г и 19г расположены вблизи верхнего конца перфорированной секции, а нижние концы заканчиваются на разных уровнях внутри перфорированной секции. Шунтирующие трубки открыты и с верхних и нижних концов для прохождения через них жидкости.

В работе разрывающий шлам стекает по рабочей половине и наружу за перфорированную секцию на ее нижнем конце. В то же время он протекает по шунтирующим трубкам 18г и 19 г, т.е. альтернативным путем, и близлежащим отверстиям в перфорированной секции и поступает непосредственно к соответствующим различным уровням. Если разрыв вначале произойдет в одной зоне и/или песочный мост сформируется до завершения операции разрыва, шлам может все еще течь через другие шунтирующие трубки, чтобы произвести разрыв в других зонах внутри промежутка разрыва.

Формула изобретения

1. Способ получения множественных разрывов в стволе буровой скважины, содержащий выполнение одной операцией в одном стволе буровой скважины, проникающем в промежуток разрыва, включающий множество зон, ломающихся при разных давлениях, разрыва различных зон внутри данного промежутка разрыва путем подачи в изолированный ствол скважины разрывающей жидкости через альтернативные пути потока к различным уровням, отличающийся тем, что ствол буровой скважины изолируют вблизи промежутка разрыва и разрывающую жидкость подают через альтернативные пути потока, связанные с рабочей колонной труб, которая расположена в изолированной секции ствола буровой скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разрывающую жидкость подают одновременно по альтернативным путям.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что альтернативные пути образованы из отдельных трубок, нижние концы которых заканчиваются у соответствующих различных уровней.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что альтернативные пути образованы отверстиями, которые расположены вдоль нижнего конца рабочей колонны труб у соответствующих различных уровней.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что альтернативные пути образованы множеством шунтирующих трубок, расположенных внутри нижнего конца рабочей колонны труб, и соответствующие нижние концы которых заканчиваются у различных уровней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6