способ изоляции поглощающих пластов в скважине и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изоляции поглощающих пластов в скважине, заключающийся в порционной доставке сухой тампонажной смеси в зону поглощения в мешках по столбу жидкости в скважине, разрушении мешков, перемешивании тампонажной смеси с водой и задавливании образовавшегося тампонажного раствора в пласт вращением колонны бурильных труб, повторении вышеописанных операций по мере необходимости, отличающийся тем, что тампонажный раствор задавливают в пласт путем повышения давления под воздействием 40%-ной перекиси водорода с добавленным в нее 2-3%-ными по массе стабилизатора - бензоата натрия, массу перекиси водорода принимают в размере 5-8% от массы сухой тампонажной смеси, причем давление повышают до фиксируемого манометром скачка, после чего создают противодавление на внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы, при этом колонну бурильных труб вращают на малых оборотах до схватывания тампонажного раствора.

2. Устройство для изоляции поглощающих пластов в скважине, содержащее контейнер, поршень, помещенный в контейнер и разделяющий его на надпоршневую и рабочую полости, установленное в рабочей полости контейнера днище с посадочным седлом, трубу со сливными окнами и нижним днищем, жестко связанную с нижней частью контейнера, отличающееся тем, что оно снабжено шнеком, жестко связанным с нижним днищем трубы со сливными окнами, средним днищем, установленным в рабочей полости контейнера, причем диаметр трубы превышает диаметр контейнера, а сливные окна размещены в несколько рядов в виде радиально направленных отверстий, расположенных по высоте трубы, посадочное седло днища в рабочей полости контейнера расположено выше сливных окон, а днище с посадочным седлом и среднее днище выполнены из легкоразрушающегося материала, между поршнем и средним днищем размещена герметичная полиэтиленовая емкость с объемом воды, равным внутреннему объему трубы со сливными окнами, причем в верхней части контейнер снабжен сливным и перепускным клапанами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам ликвидации поглощений промывочной жидкости в процессе бурения скважин. Обеспечивает создание технологии, обеспечивающей высокую эффективность изоляции поглощающих пластов при минимальных затратах времени и материальных средств.

Известен способ изоляции поглощающего пласта (а.с. СССР №905433 А, МКИ Е21В 33/13, опубл. 1982.02.15). Способ включает доставку сухой тампонажной смеси в зону поглощения в мешках, освобождение их от смеси (их разрушение), перемешивание с водой и задавливание образовавшегося тампонажного раствора в пласт вращением колонны бурильных труб, причем доставку сухой тампонажной смеси осуществляют в разрушаемых мешках по столбу жидкости, находящейся в статическом состоянии. Недостатком данного способа является недостаточная эффективность изоляции поглощающих пластов, связанная с необходимостью выдержки тампонажного раствора до начала схватывания, а также высокие гидродинамические нагрузки на пласт, под действием которых тампонажный раствор уходит по высокопроницаемым каналам вглубь пласта.

Известен способ изоляции поглощающих пластов в скважине, принятый за прототип в части способа (патент РФ №2179229, МПК 7 Е21В 33/13, опубл. 2002.02.10). Сущность изобретения: способ включает доставку сухой тампонажной смеси в зону поглощения в мешках, освобождение их от смеси (их разрушение), перемешивание с водой и задавливание образовавшегося тампонажного раствора в пласт вращением колонны бурильных труб. Доставку сухой тампонажной смеси осуществляют в разрушаемых мешках по столбу жидкости в скважине. При этом скважина находится в статическом состоянии. Доставку сухой тампонажной смеси осуществляют отдельными порциями по 10-15 мешков в каждой порции. После доставки каждой порции и разрушения мешков тампонажный раствор задавливают в пласт на расстояние, равное 3-5 диаметрам скважины. Скважину оставляют в покое на время потери подвижности тампонажного раствора (до начала схватывания). Недостатком данного способа является недостаточная эффективность изоляции поглощающих пластов, связанная с необходимостью выдержки тампонажного раствора до начала схватывания, а также высокие гидродинамические нагрузки на пласт, под действием которых тампонажный раствор уходит по высокопроницаемым каналам вглубь пласта.

Известен способ изоляции поглощающих пластов в скважинах и устройство для его осуществления, принятый за прототип в части устройства (патент РФ №2017934, Е21В 33/15, опубл. 1994.08.15.) Сущность изобретения: по способу до спуска тампонажного устройства к нижней его части подсоединяют подпорную трубу. Ее подсоединяют из условия обеспечения ее зазора со стенками скважины в пределах 8-60 мм. Спуск устройства с подпорным устройством осуществляют на глубину ниже подошвы поглощающего пласта. Эту глубину определяют из выражения, приведенного в описании. Затем осуществляют нагнетание тампонажного раствора. Его осуществляют в режиме поршневого движения тампонажного раствора в кольцевом пространстве подпорной трубы. Устройство по способу включает контейнер. В него помещен поршень. Он разделяет контейнер на надпоршневую полость и рабочую полость. Рабочая полость заполнена тампонажным раствором. Над контейнером установлен пульсатор. Он выполнен с подводящим и выходным каналом. Выходной канал гидравлически связан с надпоршневой полостью. К нижней части контейнера жестко подсоединена подпорная труба. Она выполнена диаметром, меньшим диаметра контейнера. В верхней части подпорная труба выполнена со сливными окнами. Над сливными окнами выполнено верхнее днище. Оно установлено с возможностью осевого перемещения. Ниже сливных окон выполнено посадочное седло. Оно выполнено под верхнее днище. В нижней части подпорная труба выполнена с нижним днищем. При этом посадочное седло выполнено с отверстием. Кроме того, устройство снабжено гидравлическим пакером. Он установлен между контейнером и пульсатором. Полость гидравлического пакера гидравлически связана с подводящим каналом пульсатора. Недостатком устройства является сложность конструкции, а недостатком данного способа является недостаточная эффективность изоляции поглощающих пластов, связанная с необходимостью выдержки тампонажного раствора до начала схватывания, а также высокие гидродинамические нагрузки на пласт, под действием которых тампонажный раствор уходит по высокопроницаемым каналам вглубь пласта.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности изоляции поглощающих пластов за счет ускорения времени схватывания тампонажного раствора, снижение гидродинамических нагрузок на пласт, а также упрощение конструкции устройства.

Технический результат в части способа достигается тем, что в способе изоляции поглощающих пластов в скважине, заключающемся в порционной доставке сухой тампонажной смеси в зону поглощения в мешках по столбу жидкости в скважине, разрушении мешков, перемешивании тампонажной смеси с водой и задавливании образовавшегося тампонажного раствора в пласт вращением колонны бурильных труб, повторении вышеописанных операций по мере необходимости, согласно изобретению тампонажный раствор задавливают в пласт путем повышения давления под воздействием 40%-й перекиси водорода с добавленным в нее 2-3%-ми по массе стабилизатора - бензоата натрия, массу перекиси водорода принимают в размере 5-8%-в от массы сухой тампонажной смеси, причем давление повышают до фиксируемого манометром скачка, после чего создают противодавление на внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы, при этом колонну бурильных труб вращают на малых оборотах до схватывания тампонажного раствора.

Технический результат в части устройства достигается тем, что в устройстве для изоляции поглощающих пластов в скважине, содержащем контейнер, поршень, помещенный в контейнер и разделяющий его на надпоршневую и рабочую полости, установленное в рабочей полости контейнера днище с посадочным седлом, трубу со сливными окнами и нижним днищем, жестко связанную с нижней частью контейнера, согласно изобретению оно снабжено шнеком, жестко связанным с нижним днищем трубы со сливными окнами, среднем днищем, установленным в рабочей полости контейнера, причем диаметр трубы превышает диаметр контейнера, а сливные окна размещены в несколько рядов в виде радиально направленных отверстий, расположенных по высоте трубы, посадочное седло днища в рабочей полости контейнера расположено выше сливных окон, а днище с посадочным седлом и среднее днище выполнены из легкоразрушающегося материала, между поршнем и средним днищем размещена герметичная полиэтиленовая емкость с объемом воды, равным внутреннему объему трубы со сливными окнами, причем в верхней части контейнер снабжен сливным и перепускным клапанами.

Применение предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность изоляции поглощающих пластов за счет ускорения времени схватывания тампонажного раствора, снизить гидродинамические нагрузки на пласт, а также упростить конструкцию устройства.

Способ изоляции поглощающих пластов в скважине и устройство для его осуществления поясняется чертежом, на котором приведена схема расположения устройства в скважине, где:

1 - шнек, жестко связанный, например с помощью сварки с нижним днищем трубы 4;

2 - нижнее днище трубы 4;

3 - сливные окна трубы 4, размещенные в несколько рядов радиально направленных отверстий, расположенных по высоте трубы 4;

4 - труба, жестко связанная с днищем контейнера 14;

5 - посадочное седло;

6 - днище;

7 - 40%-ная перекись водорода с добавленным в нее 2-3%-ными по массе стабилизатора - бензоата натрия;

8 - среднее днище;

9 - полиэтиленовая емкость с объемом воды, равным внутреннему объему трубы 4 со сливными окнами 3;

10 - поршень, помещенный в контейнер 14, разделяющий его на надпоршневую 19 и рабочую полости;

11 - насосно-компрессорная труба, входящая в состав колонны бурильных труб;

12 - перепускной клапан;

13 - сливной клапан;

14 - контейнер с диаметром, меньшим диаметра трубы 4;

15 - манометр;

16 - поглощающий пласт;

17 - столб жидкости в скважине, например водный или глинистый буровой раствор;

18 - скважина;

19 - надпоршневая полость;

20 - насосно-компрессорное оборудование.

Перекись водорода - химическая формула Н₂О ₂, бесцветная вязкая жидкость; плотность 1,45 г/см ³, t_пл=0,41°С, t _кип=150,2°С. Легко разлагается на воду и кислород. Применяют как окислитель, инициатор полимеризации, для отбеливания волос, меха, шелка, в медицине как антисептическое, кровоостанавливающее и дезодорирующее средство. Выпускается в виде 30-90%-ных водных растворов (30%-ный раствор называют пергидролем). По известным литературным данным (см. Ю.С.Черкинский, В.М.Калашникова. "О влиянии некоторых органических веществ на твердение цемента в начальные сроки". Труды совещания по химии и технологии цемента, 1961 г., Москва) добавка перекиси водорода в цементную суспензию, а следовательно, и в цементные тампонажные растворы, значительно ускоряет скорость их схватывания. Перекись водорода действует настолько сильно, что через несколько минут (как правило, от 3 до 10 минут в зависимости от концентрации перекиси водорода) после затворения цементная суспензия сильно разогревается и, вспучившись, схватывается. Этот эффект позволяет достигнуть необходимого технического результата - снизить время начала схватывания, а также уменьшить гидродинамическую нагрузку на пласт, связанную с нагнетанием подвижного тампонажного раствора. Для повышения безопасности работ и исключения возможности взрывания перекиси водорода предлагается использовать 40%-ную перекись водорода с добавленным в нее стабилизатором - бензоатом натрия (2-3%-ми по массе). При использовании перекиси водорода с концентрацией более 40% возникает опасность работы предлагаемого устройства, а при использовании перекиси водорода с концентрацией перекиси водорода менее 40% возрастает время начала схватывания тампонажного раствора, что приведет к нежелательным последствиям в виде проникновения тампонажного растовора глубоко в пласт. Добавка бензоата натрия менее 2% не вызывает эффекта стабилизации перекиси водорода. При добавлении перекиси водорода более 3% повышение эффекта стабилизации не наблюдается.

Устройство для изоляции поглощающих пластов состоит из контейнера 14, закрепленного с помощью резьбового соединения (не показано) на насосно-компрессорной трубе 11. В верхней части контейнера 14 установлены перепускной 12 и сливной 13 клапана, предназначенные для предотвращения смятия насосно-компрессорной трубы 11 столбом жидкости, находящейся в скважине соответственно при спуске и подъеме насосно-компрессорной трубы 11. В контейнере 14 помещен поршень 10, разделяющий его на надпоршневую 19 и рабочую полости. В рабочей полости контейнера 14 установлены днище 6 с посадочным седлом 5 и среднее днище 8. Днище 6 и днище 8 выполнены из легкоразрушающегося материала, например из резины или дерева, прошедших специальную обработку и нейтральных к соответствующим реагентам. Посадочное седло 5 расположено выше сливных окон 3. Днище 6, опирающееся на посадочное седло 5, среднее днище 8 и поршень 10 образуют две полости. В нижнюю полость по мере спуска устройства заливают 40% перекись водорода 7 с добавленным в нее 2-3% по массе стабилизатора - бензоата натрия. В верхнюю полость по мере спуска устройства в скважину 18 помещают полиэтиленовую емкость 9 с объемом воды, равным внутреннему объему трубы 4 со сливными окнами 3. Вода необходима для затворения сухой тампонажной смеси при недостатке воды в скважине 18, например, при использовании для промывки глинистого бурового раствора, а также для более полного вытеснения 40% перекиси водорода в затрубное пространство трубы 4 со сливными окнами 3. Объемы воды могут изменяться в пределах от объема, равного внутреннему объему трубы со сливными окнами 3, до большего объема, при условии обеспечения водоцементного отношения не более 0,5. Полиэтилен будет способствовать повышению температуры реакции, а следовательно, более интенсивному процессу схватывания тампонажного раствора. Труба 4 со сливными окнами 3 жестко закреплена на контейнере 14. Диаметр трубы 4 принимают меньшим диаметра скважины 18, но большим диаметра контейнера 14, соответственно для обеспечения возможности спуска устройства в скважину 18 и для более качественного цементирования и изоляции поглощающего пласта 16. Труба 4 снабжена сливными окнами 3, расположенными в несколько рядов радиально расположенных отверстий, расположенных по ее высоте. Сливные окна 3 предназначены для подачи 40% перекиси водорода 7 с 2-3% бензоата натрия и воды из емкости 9 в поглощающий пласт 16.

Способ изоляции поглощающих пластов в скважине осуществляют следующим образом. Насосно-компрессорную трубу 11 с открытым концом спускают в скважину 18 выше подошвы поглощающего пласта 16 на 0,3-0,5 м. Затем по насосно-компрессорной трубе 11 доставляют по столбу жидкости 17 в скважине 18 сухую тампонажную смесь в легко разрушаемых полиэтиленовых мешках, например в 2-х или 3-х слойных. Максимальный размер (диаметр) мешков (не показаны) принимают на 0,5-1 см меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорной трубы 11. Доставка мешков может осуществляться, например, путем их сбрасывания с устья скважины 18 во внутреннюю полость колонны, состоящей из насосно-компрессорных труб. В качестве тампонажной смеси можно использовать практически любые тампонажные материалы с цементной основой, пригодные по технологическим соображениям в тех или иных условиях. Количество порций сухого тампонажного раствора и его массу принимают в соответствии с объемом зоны поглощения поглощающего пласта 16 с учетом массы 40% перекиси водорода 7 с добавленным в нее 2-3% по массе стабилизатором - бензоатом натрия. Массу 40% перекиси водорода принимают в размере 5-8% от массы сухой тампонажной смеси. Это обеспечивает наиболее рациональное время твердения тампонажного раствора. После подачи сухого тампонажного материала насосно-компрессорную трубу (колонну) 11 поднимают и подсоединяют к ее нижней части, например, при помощи конического быстроразъемного соединения (не показано) вышеописанное устройство для осуществления способа. После этого осуществляют спуск устройства в скважину 18. При постоянном вращении колонны бурильных труб на малых оборотах насосно-компрессорной трубой 11 разрушают мешки с сухой тампонажной смесью и освобождают их от тампонажной смеси с одновременным перемешиванием тампонажной суспензии со скважинным флюидом или водой, задавливанием в поглощающий пласт 16. После установки устройства по высоте изолируемого поглощающего пласта 16 или его интервала осуществляют нагнетание продавочной жидкости по внутреннему пространству насосно-компрессорной трубы 11 с помощью насосно-компрессорного оборудования, установленного на устье скважины 18, не прекращая вращения колонны бурильных труб. В поглощающий пласт 16 путем повышения давления задавливают реагенты, не прекращая вращения колонны бурильных труб. Задавливание прекращают после фиксируемого манометром 15 скачка, свидетельствующего о разрушении днища 6 и днища 8, выполненных из легкоразрушающегося материала, а также о достижении поршня 10, выполненного, например, из стали, посадочного седла 5. После скачка создают противодавление на внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы 11, например, с помощью скважинной запорной арматуры с аварийными клапанами (не показаны) для исключения возможности проникновения полученного тампонажного раствора во внутреннее пространство трубы 4. 40% перекись водорода с добавленным в нее 2-3% по массе стабилизатора - бензоата натрия. 40% перекись водорода способствует скорейшему схватыванию тампонажной смеси (не более 15 мин в зависимости от объема ингредиентов). Остатки 40% перекиси водорода вытесняются из устройства водой из полиэтиленовой емкости 9 с объемом воды, равным внутреннему объему трубы 4 со сливными окнами 3. Вращение колонны насосно-комрессорных труб 11 не прекращают до начала схватывания тампонажного раствора для исключения их прихвата. Затем, по мере необходимости, вышеописанные операции повторяют.

Применение данного способа изоляции поглощающих пластов в скважине и устройства для его осуществления обеспечивает следующие преимущества:

- повышение эффективности изоляции поглощающих пластов за счет ускорения времени начала схватывания тампонажного раствора;

- снижение гидродинамических нагрузок на пласт;

- упрощение конструкции устройства.