способ изоляции продуктивного пласта при цементировании обсадной колонны

Формула изобретения

Способ изоляции продуктивного пласта при цементировании обсадной колонны, включающий спуск в скважину обсадной колонны, оборудованной устройством для изоляции продуктивного пласта, последовательную закачку цементного раствора с разделительной пробкой, закачку в интервал продуктивного пласта рабочего агента плотностью, равной плотности цементного раствора, с разделительной пробкой, а затем - продавочной жидкости, причем в качестве устройства для изоляции продуктивного пласта используют обратные клапаны, расположенные на уровне подошвы продуктивного пласта, а закачку продавочной жидкости производят до перекрытия обратных клапанов разделительной пробкой, установленной поверх рабочего агента, отличающийся тем, что в качестве рабочего агента используют цементный раствор, содержащий полые элементы, заполненные отвердевшей при охлаждении водой или песчано-нефтяной смесью, после затвердевания цементного раствора выдерживают до расплавления указанной воды или песчано-нефтяной смеси в полых элементах под действием внешних факторов и осуществляют вскрытие пласта и депрессионную очистку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технологии строительства скважин, и предназначено для крепления скважин, пробуренных на нефть, газ и воду.

Известен «Способ селективной изоляции продуктивного пласта при цементировании эксплуатационной колонны труб в скважине» (пат. RU №2087674, Е21В 33/14, опубл. Бюл. №23 от 20.08.97), включающий установку на эксплуатационной колонне до спуска ее в скважину верхнего и нижнего пакерующих узлов с возможностью их размещения под подошвой и над кровлей продуктивного пласта, промывку колонны после ее спуска, герметизацию заколонного пространства путем раскрытия пакерующих узлов и закачивание цементного раствора, при этом над верхним пакерующим узлом устанавливают цементировочную муфту, а герметизацию заколонного пространства осуществляют вначале под подошвой продуктивного пласта путем раскрытия нижнего пакерующего узла, а затем над кровлей продуктивного пласта, при этом закачивание цементного раствора осуществляют вначале под нижний пакерующий узел под давлением, а затем через цементировочную муфту.

Недостатком известного способа является низкая надежность изоляции продуктивного пласта в случаях, когда стенки скважины осложнены неравномерной каверностью в интервале установки пакерующих устройств, кроме того, трудно обеспечить гарантированное срабатывание двух пакерующих устройств, что не исключает попадание цементного раствора в интервал продуктивного пласта, следует отметить, что для осуществления способа требуются сложные приспособления и дополнительные конструкции, что требует наличия высококвалифицированного персонала, а это в совокупности приводит к дополнительным материальным затратам.

Известен также «Способ селективной изоляции продуктивного пласта при цементировании эксплуатационной колонны» (пат. RU №2135740, Е21В 33/14, опубл. Бюл. №24 от 27.08.99 г.), включающий спуск в скважину обсадной колонны, оборудованной устройством для изоляции продуктивного пласта, размещение указанного устройства в скважине против продуктивного пласта и сообщение затрубного пространства скважины выше и ниже интервала продуктивного пласта посредством обводных каналов в указанном устройстве, разобщение затрубного пространства скважины и последующее цементирование затрубного пространства выше и ниже продуктивного пласта, причем разобщение продуктивного пласта производят путем закачки в интервал против продуктивного пласта до или после спуска обсадной колонны вязкоупругой смеси, после чего фиксируют столб вязкоупругой смеси против продуктивного пласта, а последующее цементирование производят по обводному каналу устройства для изоляции и по затрубному пространству скважины.

Недостатками данного способа являются низкая эффективность и высокие материальные затраты за счет того, что используются обводные каналы, которые приводят, во-первых, к уменьшению внутреннего проходного канала обсадной колонны, что усложняет дальнейшее использование данной скважины, потребуется дополнительное разфрезерование внутреннего диаметра обсадной колонны либо использование нестандартного оборудования для работ внутри скважины в интервале продуктивного пласта и ниже его; во-вторых, усложняется освоение данной скважины, так как затруднена перфорация в интервале продуктивного пласта; в-третьих, увеличивается металлоемкость данного устройства, кроме того, использование пакера не гарантирует плотное прилегание к стволу скважины, осложненной неравномерной каверностью, что приводит к вымыванию высокоупругой смеси либо из-за разности плотностей с цементным раствором, к «всплыванию», либо «притоплению» данной смеси, все это в сумме может привести к неполной изоляции продуктивного пласта, что снижает эффективность использования данного способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Способ изоляции продуктивного пласта при цементировании обсадной колонны» (пат. RU №2189431, Е21В 33/14, опубл. Бюл. №26 от 20.09.2001 г.), включающий спуск в скважину обсадной колонны, оборудованной устройством для изоляции продуктивного пласта, закачку цементного раствора в затрубное пространство обсадной колонны и разобщение затрубного пространства скважины, причем разобщение затрубного пространства скважины производят путем закачки в интервал продуктивного пласта гидрофобного раствора плотностью, равной плотности цементного раствора, при этом закачивают сначала цементный раствор, устанавливают разделительную пробку, затем гидрофобный раствор, устанавливают разделительную пробку, затем продавочную жидкость, причем в качестве устройства для изоляции продуктивного пласта используют обратные клапаны, расположенные на уровне подошвы продуктивного пласта, а закачку продавочной жидкости производят до перекрытия обратных клапанов разделительной пробкой, установленной поверх гидрофобного раствора.

Недостатком данного способа является применение гидрофобной жидкости с плотностью, равной плотности цементного раствора, использование которой связано с точными измерениями непосредственно на скважине плотности используемого цементного раствора, расчет ингредиентов, входящих в состав гидрофобной жидкости, что требует высококвалифицированных и высокооплачиваемых работников с ограниченным лимитом времени до «схватывания» цементного раствора, а при незначительном нарушении технологии приготовления гидрофобная жидкость будет «мигрировать» в цементном растворе в затрубном пространстве вверх или вниз соответственно при низкой или большой плотности, что может привести к аварийным ситуациям, например к межпластовым перетокам. Также данный способ не может быть использован, если продуктивный пласт является высокоприемистым, так как гидрофобная жидкость будет задавлена в пласт столбом цементного раствора.

Техническая задача состоит в том, чтобы создать такой способ для изоляции продуктивного пласта при цементировании эксплуатационной колонны, который, являясь эффективным и надежным, не являлся при этом дорогостоящим, с возможностью работы в скважинах с высокоприемистым продуктивным пластом.

Техническая задача решается способом изоляции продуктивного пласта при цементировании обсадной колонны, включающим спуск в скважину обсадной колонны, оборудованной устройством для изоляции продуктивного пласта в виде обратных клапанов, расположенных на уровне подошвы продуктивного плата, последовательную закачку цементного раствора с разделительной пробкой, закачку в интервал продуктивного пласта рабочего агента плотностью, равной плотности цементного раствора, с разделительной пробкой, а затем - продавочной жидкости, причем в качестве устройства для изоляции продуктивного пласта используют расположенные на уровне подошвы продуктивного пласта, а закачку продавочной жидкости производят до перекрытия обратных клапанов разделительной пробкой, установленной поверх рабочего агента.

Новым является то, что в качестве рабочего агента используют цементный раствор с полыми элементами, заполненными отвердевшими при охлаждении водой или песчано-нефтяной смесью, после затвердевания цементного раствора выдерживают до расплавления указанной воды или песчано-нефтяной смеси в полых элементах под действием внешних факторов и осуществляют вскрытие пласта и депрессионную очистку.

Такая совокупность отличительных признаков приводит к надежности изоляции продуктивного пласта и экономической эффективности примненения данного способа, являющегося простым и доступным. Применение в способе двух разделительных пробок не требует от исполнителей никаких дополнительных операций, закачка прекращается после резкого скачка давления на устье (момент «стоп»), что также снижает практически на ноль процент аварийных ситуаций, связанных с субъективным фактором. Использование рабочего агента в виде дисперсной системы, где в качестве диспергированного вещества в цементном растворе используют полые элементы, заполненные разрушаемым составом, не позволяет перемешиваться либо растворяться цементному раствору в обсадной колонне, а то, что рабочий агент имеет плотность, примерно равную плотности цементного раствора, позволяет исключить пакерующие устройства, которые из-за своей ненадежности приводили в аналогах к некачественной изоляции пласта. В качестве полых элементов могут быть использованы трубки, заполненные составом в виде льда для уменьшения суммарной плотности дисперсной системы или песчано-нефтяной смеси для увеличения суммарной плотности. Закачка рабочего агента после заполнения затрубного пространства скважины цементным раствором гарантирует попадание рабочего агента в интервал продуктивного пласта и исключает смешение ее под действием внешних факторов, так как посторонних внешних воздействий не будет из-за завершения закачки после перекрытия обратных клапанов дополнительной продавочной пробкой. Такая совокупность отличительных признаков приводит к надежности и экономической эффективности применения данного способа, являясь простым и доступным. А благодаря тому, что в данном способе используются простые устройства для изоляции продуктивного пласта, такие как обратные клапаны, и отсутствуют пакеры, то повышается надежность применения и гарантировано достижение требуемого результата.

На фиг.1 схематично показан этап: начало закачки цементного раствора в межтрубное пространство.

На фиг.2 схематично показан этап: завершение закачки цементного раствора в межтрубное пространство.

На фиг.3 схематично показан этап: завершение закачки рабочего агента в интервал продуктивного пласта и завершение процесса изоляции продуктивного пласта.

Способ осуществляется в следующей последовательности (совмещен с примером конкретного выполнения).

Перед спуском (см. фиг.1) обсадной колонны 1 в скважину 2 по геофизическим данным определяют интервал продуктивного пласта 3 и собирают конструкцию обсадной колонны 1 так, чтобы устройство для изоляции продуктивного пласта 4 располагалось против или немного выше (порядка 1 метра) подошвы 5 продуктивного пласта 4 скважины 2, с учетом размещения снизу стандартного башмачного патрубка 6 с обратным клапаном 7. В нашем конкретном случае роль устройства для изоляции продуктивного пласта 4 играют обратные клапаны (например, подпружиненный шарик, перекрывающий отверстие в обсадной колонне), размещенные по периметру обсадной колонны 1 на одном уровне и с одинаковыми режимами открывания (примерно 2 МПа). После спуска обсадной колонны 1 в нее закачивают сначала расчетное количество цементного раствора 8 (с применением цемента марки ПЦТ ГОСТ 1581-96 с плотностью 1,7-1,9 кг/см ³) с разделительной пробкой 9 (стандартная, например резиновая с чугунным сердечником), затем расчетное количество рабочего агента 10 (полые элементы - в виде полых трубочек из прессованного угольного порошка размером 0,5-1 см, заполненных льдом в цементном растворе) плотностью, равной плотности цементного раствора 8 с разделительной пробкой 11, потом продавочную жидкость 12 (техническая вода). Цементный раствор и рабочий агент закачивают в объемном соотношении 1:1. После чего производят (см. фиг.2) продавливание цементного раствора 8 в затрубное пространство 13 до посадки продавочной пробки 9 в седло обратного клапана 7 башмачного патрубка 6. Затем (см. фиг.3) давление в обсадной колонне 1 повышается до обратных клапанов 4 и через них производится закачка рабочего агента 8 в затрубное пространство 13 в интервал продуктивного пласта 3 до перекрытия продавочной пробкой 11 обратных клапанов 4. После чего на устье происходит резкий скачок давления (момент «стоп») и закачка прекращается. После выдержки в течение времени, достаточного для затвердевания цементного раствора 8 (1 сутки), дают дополнительную выдержку (0,5 суток) для гарантированного расплавления льда. Далее, при необходимости, продавочную пробку 11 весом труб НКТ (не показано) проталкивают на забой, например при спуске перфорирующих устройств или других устройств, необходимых для дальнейшего освоения скважины (не показано). Далее освоение скважины 2 производят любыми известными способами. Выполнение этих операций привело к увеличению притока нефти в 1,5 раза.

Использование в качестве рабочего агента 10 дисперсионного состава, где в качестве диспергированного вещества в цементном растворе 8 используют полые элементы, заполненные веществом, позволяет предварительно подготовить диспергированный состав нужной плотности, предварительно опустив полые элементы в воду (для уменьшения суммарной плотности) или в песчано-нефтяную смесь (для увеличения суммарной плотности) для заполнения полостей. После чего полые элементы отсеиваются из воды или смеси и резко охлаждаются до затвердения вещества в их полостях. После чего полые элементы с веществом внутри доставляются в термоизолированных емкостях на скважину и без потерь времени в момент смешивания добавляются в цементный раствор, в составе которого и закачиваются в скважину 2 в интервал продуктивного пласта 3. Так как размеры полых элементов значительны по сравнению с порами продуктивного пласта 3, то они гарантировано не будут задавлены в продуктивный пласт 3. При этом наличие большого количества диспергированного вещества в рабочем агенте практически исключает возможность продавливания цементного раствора 8 в интервал продуктивного пласта 3, исключая кольматацию пласта 3 цементным раствором 8 и перемещение рабочего агента 10 в другой интервал скважины 2. После «схватывания» цементного раствора 8 и разрушения и/или растворения вещества в полостях полых элементов, после вскрытия пласта и депрессионной очистки рабочий агент 10 становится проницаемым для нефтесодержащей жидкости продуктивного пласта 3 скважины 2.

Технико-экономический эффект предполагаемого способа изоляции продуктивного пласта при цементировании обсадной колонны складывается за счет простоты и доступности используемых средств, обеспечивающих надежность и сравнительную дешевизну, позволяющих существенно снизить материальные затраты и расширить функциональные возможности за счет возможности работы в скважинах с высокоприемистым продуктивным пластом.