Скважинная система, проходящая через соляной слой

Группа изобретений относится к области крепления нефтяных и газовых скважин в интервале залегания горных пород, склонных к деформациям. Обеспечивает предотвращение повреждения скважинных труб в соляном пласте. Скважинная система включает скважину, проходящую через соляной слой и пробуренную с помощью раствора на основе воды, кольцевое тело из упругого материала в кольцевом пространстве между трубопроводом и соляным слоем. Упругий материал представляет собой эластомерный материал, поддающийся набуханию при контакте с жидкостью на основе нефти. Жидкость на основе нефти является и жидкостью замещения бурового раствора на основе воды, и жидкостью, обеспечивающей набухание эластомерного материала. Способ создания скважины содержит шаги, на которых создают упомянутую скважинную систему. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к скважинной системе, включающей в себя ствол скважины, образованный в формации, причем ствол скважины проходит через соляной слой формации и снабжен трубопроводом с частью, проходящей через соляной слой. Соль в соляном пласте ведет себя как пластичный материал и проявляет ползучесть, когда подвергается неравномерным напряжениям. Если скважина пробурена через соляной пласт, внутрипластовые напряжения в области вокруг скважины изменяются. Например, горизонтальные внутрипластовые напряжения в месте скважины перед тем, как скважина пробурена, заменяются горизонтальными напряжениями величиной, соответствующей гидравлическому давлению жидкости в скважине. Если это давление жидкости ниже, чем удаленные горизонтальные внутрипластовые напряжения в соляном пласте, соль вблизи скважины будет ползти в радиальном направлении внутрь, тем самым снижая поперечный размер ствола скважины. Во многих случаях такая радиальная деформация стенки скважины будет неравномерной либо в осевом направлении, либо в направлении вдоль окружности ствола скважины. С этой точки зрения радиальная деформация стенки скважины может быть более выраженной в некоторых местах, нежели в других местах, так что обсадная труба в скважине может подвергаться локально высокой радиальной нагрузки в результате деформации соли. Условия неоднородной нагрузки могут также произойти, если ствол скважины имеет неправильную форму вследствие, например, вымывания в процессе бурения. Такой ствол скважины неправильной формы будет с самого начала соприкасаться с обсадной трубой в отдельных точках вследствие ползучести соляного пласта, а тем самым будет потенциально вызывать повреждение обсадной трубы, например, путем прогиба обсадной трубы. Если обсадная труба зацементирована в стволе скважины, цемент обычно будет заполнять неправильности в стволе скважины и тем самым компенсировать условие неравномерной нагрузки. Однако во многих случаях цемент не будет полностью заполнять отклонения от правильной формы ствола скважины, особенно если в стволе скважины случаются большие вымывания.

Таким образом, имеется необходимость в усовершенствовании скважинной системы, в которой скважина проходит через соляной слой, так чтобы система снижала риск повреждения скважинных труб и преодолевала бы недостатки уровня техники.

В соответствии с изобретением предлагается скважинная система, включающая в себя скважину, образованную в формации, причем скважина проходит в соляной слой формации. Скважинная система содержит трубопровод, размещенный в скважине так, что, по меньшей мере, часть трубопровода окружена соляным слоем, при этом между упомянутой частью трубопровода и стенкой скважины образовано кольцевое пространство, скважинная система содержит также кольцевое тело из упругого материала, размещенное в упомянутом кольцевом пространстве и проходящее, по существу, по длине упомянутой части трубопровода, окруженной соляным слоем.

Благодаря этому достигается то, что упругий материал распределяет высокие радиальные нагрузки, вызванные неравномерной ползучестью соли, более равномерно по длине трубопровода. Посредством этого предотвращается локальное перенапряжение трубопровода вследствие такой неравномерной ползучести.

Соответственно кольцевое тело образует кольцевой слой на наружной поверхности трубопровода, причем этот кольцевой слой проходит непрерывно, по существу, по всей длине упомянутой части трубопровода, окруженной соляным слоем.

Вместо обеспечения непрерывного слоя упругого материала в кольцевом пространстве в это кольцевое пространство можно ввести множество частиц упругого материала, чтобы образовать полунепрерывное упругое кольцевое тело.

Предпочтительно, чтобы упомянутый упругий материал был набухающим материалом, поддающимся набуханию при контакте с выбранной жидкостью. За счет набухания упругого материала в кольцевом пространстве достигается то, что упругий материал заполняет кольцевое пространство так, что тем самым предотвращается поток скважинного флюида в осевом направлении через кольцевое пространство. Кроме того, набухший упругий материал контактирует со стенкой скважины до того, как происходит значительный дрейф соляного пласта, и любое стремление стенки скважины деформироваться неравномерно, по существу, нейтрализуется противодавлением от набухшего упругого материала.

Подходящим набухающим материалом является эластомерный материал, а выбранная жидкость представляет собой углеводородный флюид.

Например, набухающий материал включает в себя, по меньшей мере, одно из следующей группы: натуральный каучук, нитриловый каучук, гидрированный нитриловый каучук, бутадиенакрилатный каучук, полиакрилатный каучук, бутилкаучук, бромированный бутилкаучук, хлорированный бутилкаучук, хлорированный полиэтилен, неопреновый каучук, каучук из сополимера стирола и бутадиена, сульфированный полиэтилен, этилен-акрилатный каучук, сополимер оксид эпихлоргидриноэтилен, сополимер этилен-пропилен (с перекисными поперечными связями), сополимер этилен-пропилен (с серными поперечными связями), каучук из терполимера этилен-пропилен-диен, сополимер этилен-винилацетат, фтористые каучуки, фторсиликоновый каучук и силиконовые каучуки.

Предпочтительными набухающими материалами являются каучук ЕР (D) М (сополимер этилен-пропилен либо с перекисными либо с серными поперечными связями), каучук ЕРТ (каучук из терполимера этилен-пропилен-диен), бутилкаучук, бромированный бутилкаучук, хлорированный бутилкаучук и хлорированный полиэтилен.

Соответственно углеводородный флюид находится в потоке бурового раствора на основе нефти, закачиваемого в скважину во время бурения скважины.

Настоящее изобретение относится также к способу создания скважины в формации, в котором скважина проходит через соляной слой формации. Способ содержит шаги, на которых бурят упомянутую скважину с помощью бурового раствора, размещают трубопровод в скважине, причем по меньшей мере часть трубопровода окружена соляным слоем, и при этом между упомянутой частью трубопровода и стенкой скважины формируется кольцевое пространство, способ также содержит шаг, на котором размещают кольцевое тело из упругого материала в кольцевом пространстве так, что кольцевое тело проходит, по существу, по длине упомянутой части трубопровода, окруженной соляным слоем, причем упомянутый упругий материал поддается набуханию при контакте с буровым раствором.

Соответственно упругий материал представляет собой эластомерный материал, поддающийся набуханию при контакте с буровым раствором на основе нефти, закачиваемым в скважину во время бурения скважины.

Альтернативно скважина пробуривается с помощью бурового раствора на основе нефти, а упругий материал представляет собой эластомерный материал, поддающийся набуханию при контакте с жидкостью на основе нефти, закачиваемой в кольцевое пространство так, чтобы заместить находящийся в кольцевом пространстве буровой раствор на основе воды.

Опционально упомянутая жидкость на основе нефти закачивается в скважину как поток вместе с потоком цемента для цементирования обсадной трубы в скважине, причем поток жидкости на основе нефти и поток цемента разнесены друг от друга.

Изобретение будет поясняться более подробно посредством примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 условно показывает вариант осуществления скважинной системы согласно изобретению до набухания набухающего материала в скважине; и

фиг.2 условно показывает вариант осуществления скважинной системы согласно изобретению после набухания набухающего материала в скважине.

На фиг.1 показана скважинная система 1, включающая в себя скважину 2, образованную в формации 3, имеющей соляной слой 4, через который проходит скважина 2. Трубопровод в виде скважинной обсадной трубы 6 проходит от устья 8 скважины на поверхности в скважину 2, так что часть 10 обсадной трубы 6 проходит через соляной слой 4. Между обсадной трубой 6 и стенкой скважины образуется кольцевое пространство 12. Часть 10 обсадной трубы 6 снабжается кольцевым слоем 14 из каучука EPDM, о котором известно, что он набухает при контакте с углеводородным флюидом, например с нефтью, находящейся в традиционном буровом растворе на основе нефти. Кольцевой слой 14 имеет начальную толщину значительно меньше, чем просвет между обсадной трубой 6 и стенкой скважины, чтобы дать возможность беспрепятственно опускать обсадную трубу 6 с предусмотренным на ней кольцевым слоем 14 в скважину 2.

На фиг.2 показана скважинная система 1 после набухания кольцевого слоя 14 из каучука EPDM вследствие контакта слоя 14 с буровым раствором на основе нефти, присутствующей в скважине. Набухший кольцевой слой 14 выступает в радиальном направлении к стенке скважины, образованной соляным пластом, окружающим скважину 2. Тем самым кольцевое пространство 12 исчезает после набухания кольцевого слоя 14.

При нормальной работе скважина 2 пробуривается традиционным образом с помощью бурового раствора на основе нефти. После того как бурение завершено, в скважину опускается обсадная труба 6 с предусмотренным на ней кольцевым слоем 14 и подвешивается в положении, в котором кольцевой слой 14 выступает, по существу, по длине части обсадной трубы 6, проходящей через соляной слой 4. За счет этого кольцевой слой из каучука EPDM приходит в контакт с буровым раствором на основе нефти и начинает набухать. Набухание слоя 14 продолжается в течение времени, которое может длиться несколько дней до тех пор, пока кольцевой слой 14 не займет полностью кольцевое пространство 12 и тем самым не сместится к стенке скважины при умеренном давлении.

Соль в соляном пласте вблизи стенки скважины стремится течь в радиальном направлении внутрь, так что диаметр части скважины, проходящей через соляной слой 4, снижается медленно. В результате перемещения соли под действием набухшего кольцевого слоя 14 сжимающее давление сосредоточивается в кольцевом слое 14 из каучука EPDM. Во многих случаях соль не будет ползти в радиальном направлении равномерно внутрь по длине секции скважины, проходящей через соляной слой 4. Тем самым могут быть места, где диаметр скважины уменьшается больше, нежели в других местах, вследствие текучести соли, что приведет локально к состояниям сильной нагрузки для обсадной трубы 6, если между обсадной трубой 6 и стенкой скважины не находится каучуковый слой 14. Такая сильная нагрузка отводится каучуковым кольцевым слоем 14, который эластично деформируется вследствие локальной нагрузки и за счет этого распределяет нагрузку по гораздо большей площади обсадной трубы. Распределенная нагрузка имеет значительно более низкую величину, чем высокие локальные нагрузки, которым подвергалась бы обсадная труба в отсутствие кольцевого слоя 14, тем самым приближаясь к равномерной нагрузке обсадной трубы. Таким путем достигается то, что предотвращается поломка обсадной трубы вследствие локальной сильной нагрузки, вызванной неравномерной ползучестью соли. Кроме того, в результате более равномерно распределенного сжимающего давления между солью на стенке скважины и набухшим каучуковым слоем осуществляется противодействие неравномерной ползучести соли по длине части скважины, проходящей через соляной слой 4.

Из вышеприведенного понятно, что набухающий эластомерный материал создает давление на формацию, которое задерживает «втекание» формации в скважину и служит для распространения концентрированных нагрузок, действующих на обсадную трубу из-за неровностей поверхности канала. Давление набухания уменьшается с увеличением объема набухания и наоборот, т.е. существует равновесие между наружными давлениями и внутренними давлениями, связанными с механизмом набухания. Таким образом, если после начального набухания эластомерного материала соляной пласт ползет в радиальном направлении внутрь и контактирует с эластомерным материалом, этот эластомерный материал становится локально сжатым и оказывает обратное давление, чтобы поддержать равновесие. Набухающий эластомерный материал поэтому не только распространяет сконцентрированные нагрузки из ползучей соляной формации, но также отталкивает соляную формацию назад с постепенно нарастающей упругой силой.

В подходящем альтернативном варианте кольцевое тело из упругого материала включает в себя кольцевое тело из песка.

1. Скважинная система, включающая в себя скважину, образованную в формации, причем скважина проходит в соляной слой формации, содержащая трубопровод, размещенный в скважине так, что, по меньшей мере, часть трубопровода окружена соляным слоем, причем между упомянутой частью трубопровода и стенкой скважины образовано кольцевое пространство, при этом скважинная система содержит также кольцевое тело из упругого материала, размещенное в упомянутом кольцевом пространстве и проходящее, по существу, по длине упомянутой части трубопровода, окруженной соляным слоем, причем упругий материал представляет собой эластомерный материал, поддающийся набуханию при контакте с жидкостью на основе нефти, при этом скважина пробурена с помощью бурового раствора на основе воды, а упомянутая жидкость на основе нефти закачана в кольцевое пространство так, чтобы заместить буровой раствор на основе воды, находящийся в кольцевом пространстве, и обеспечить набухание эластомерного материала.

2. Скважинная система по п.1, в которой упомянутое кольцевое тело образовано как кольцевой слой на наружной поверхности трубопровода, причем упомянутый слой проходит непрерывно, по существу, по всей длине упомянутой части трубопровода, окруженной соляным слоем.

3. Скважинная система по п.1, в которой кольцевое тело образовано из множества частиц упругого материала, введенных в упомянутое кольцевое пространство.

4. Скважинная система по любому из пп.1-3, в которой упомянутый упругий материал является набухающим материалом, поддающимся набуханию при контакте с выбранной жидкостью.

5. Скважинная система по п.4, в которой набухающим материалом является эластомерный материал, а выбранная жидкость представляет собой углеводородный флюид.

6. Скважинная система по п.5, в которой набухающий материал включает в себя, по меньшей мере, один из следующей группы: натуральный каучук, нитриловый каучук, гидрированный нитриловый каучук, бутадиенакрилатный каучук, полиакрилатный каучук, бутилкаучук, бромированный бутилкаучук, хлорированный бутилкаучук, хлорированный полиэтилен, неопреновый каучук, каучук из сополимера стирол-бутадиен, сульфированный полиэтилен, этилен-акрилатный каучук, сополимер оксид эпихлоргидрин-этилен, сополимер этилен-пропилен (с перекисными поперечными связями), сополимер этилен-пропилен (с серными поперечными связями), каучук из терполимера этилен-пропилен-диен, сополимер этилен-винилацетат, фтористые каучуки, фторсиликоновый каучук и силиконовые каучуки.

7. Скважинная система по п.6, в которой набухающий материал выбран из каучука ЕР (D) М (сополимер этилен-пропилен либо с перекисными, либо с серными поперечными связями), каучука ЕРТ (каучук из терполимера этилен-пропилен-диен), бутилкаучука, бромированного бутилкаучука, хлорированного бутилкаучука и хлорированного полиэтилена.

8. Способ создания скважины в формации с соляным слоем, содержащий шаги, на которых: бурят скважину так, чтобы скважина проходила в соляной слой, размещают трубопровод в скважине, чтобы, по меньшей мере, часть трубопровода была окружена соляным слоем, при этом между упомянутой частью трубопровода и стенкой скважины образуется кольцевое пространство, способ также содержит шаг, на котором размещают кольцевое тело из упругого материала в кольцевом пространстве так, что кольцевое тело проходит, по существу, по длине упомянутой части трубопровода, окруженной соляным слоем, причем упомянутый упругий материал поддается набуханию при контакте с выбранной жидкостью, и приводят упомянутый упругий материал в контакт с выбранной жидкостью, при этом упругий материал представляет собой эластомерный материал, поддающийся набуханию при контакте с жидкостью на основе нефти, а скважину бурят с помощью бурового раствора на основе воды, причем упомянутую жидкость на основе нефти закачивают в кольцевое пространство так, чтобы заместить буровой раствор на основе воды, находящийся в кольцевом пространстве, и обеспечить набухание эластомерного материала.

9. Способ по п.8, в котором упомянутую жидкость на основе нефти закачивают в скважину как поток вместе с потоком цемента для цементирования обсадной трубы в скважине, причем поток жидкости на основе нефти и поток цемента разнесены друг от друга.

10. Способ по п.8, в котором упомянутое кольцевое тело формируют как кольцевой слой на наружной поверхности трубопровода, причем упомянутый кольцевой слой проходит непрерывно, по существу, по всей длине упомянутой части трубопровода, окруженной соляным слоем.

11. Способ по п.8, в котором кольцевое тело формируют из множества частиц упругого материала, введенных в упомянутое кольцевое пространство.

12. Способ по п.8, в котором жидкость на основе нефти представляет собой углеводородный флюид.

13. Способ по п.8, в котором набухающий материал выбирают из следующей группы: натуральный каучук, нитриловый каучук, гидрированный нитриловый каучук, бутадиенакрилатный каучук, полиакрилатный каучук, бутилкаучук, бромированный бутилкаучук, хлорированный бутилкаучук, хлорированный полиэтилен, неопреновый каучук, каучук из сополимера стирол-бутадиен, сульфированный полиэтилен, этилен-акрилатный каучук, сополимер оксид эпихлоргидрин-этилен, сополимер этилен-пропилен (с перекисными поперечными связями), сополимер этилен-пропилен (с серными поперечными связями), каучук из терполимера этилен-пропилен-диен, сополимер этилен-винилацетат, фтористые каучуки, фторсиликоновый каучук и силиконовые каучуки.

14. Способ по п.9, в котором набухающий материал выбирают из следующей группы: каучук ЕР (D) М (сополимер этилен-пропилен либо с перекисными, либо с серными поперечными связями), каучук ЕРТ (каучук из терполимера этилен-пропилен-диен), бутилкаучук, бромированный бутилкаучук, хлорированный бутилкаучук и хлорированный полиэтилен.