способ гидроразрыва пласта и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ гидроразрыва пласта, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, имеющим перфорационные отверстия, расположенные в одной плоскости, проведение щелевой перфорации, промывку скважины с последующими подъемом колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, спуском ее с пакером и закачкой под давлением жидкостей разрыва и песконосителя, отличающийся тем, что перед проведением щелевой перфорации осуществляют азимутальную ориентацию колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, стабилизируют колонну насосно-компрессорных труб от проворота, а щелевую перфорацию скважины проводят в азимутально ориентированном и стабилизированном от проворота положении колонны насосно-компрессорных труб.

2. Устройство для гидроразрыва пласта, содержащее колонну насосно-компрессорных труб и установленный на ней перфоратор с расположенными в одной плоскости перфорационными отверстиями, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным выше перфоратора на колонне насосно-компрессорных труб якорным узлом, выполненным в виде цилиндрического корпуса и установленных в нем перпендикулярно к его оси поршней с удлиненными по оси корпуса упорными элементами на концах, а колонна насосно-компрессорных труб выполнена с меткой на внутренней поверхности выше якорного узла, расположенной в одной плоскости с перфорационными отверстиями перфоратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений с использованием гидроразрыва пласта.

Известен способ гидроразрыва пласта путем спуска в скважину колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, проведения перфорации, промывки скважины, подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с перфоратором, спуска колонны насосно-компрессорных труб с пакером и якорем, закачки под давлением жидкости разрыва и жидкости песконосителя [1] .

Способ не позволяет проводить щелевую перфорацию и гидроразрыв в азимутально ориентированном направлении развития трещины.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ гидроразрыва пласта путем спуска в скважину колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, имеющим перфорационные отверстия, расположенные в одной плоскости, проведение щелевой перфорации скважины, промывки скважины, подъема колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, спуска колонны насосно-компрессорных труб с пакером и якорем, закачки под давлением жидкости разрыва и жидкости песконосителя [2] .

Известный способ позволяет осуществлять вскрытие пластов вертикальными щелями, однако не позволяет проводить щелевую перфорацию в азимутально ориентированном направлении.

Известно устройство для инициирования гидроразрыва пласта, включающее колонну насосно-компрессорных труб и перфоратор.

Устройство не позволяет проводить щелевую перфорацию в азимутально ориентированном направлении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для инициирования гидроразрыва пласта, включающее колонну насосно-компрессорных труб и перфоратор с перфорационными отверстиями, расположенными в одной плоскости.

Известное устройство позволяет проводить щелевую перфорацию, однако не позволяет проводить ее в азимутально ориентированном направлении.

Целью изобретения является осуществление гидроразрыва пласта в азимутально ориентированном направлении.

Достигается это тем, что в способе гидроразрыва пласта путем спуска в скважину колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, имеющим перфорационные отверстия, расположенные в одной вертикальной плоскости, проведения щелевой перфорации скважины, промывки скважины, подъема колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, спуска колонны насосно-компрессорных труб с пакером и якорем, закачки под давлением жидкости разрыва и жидкости песконосителя согласно изобретению перед проведением щелевой перфорации осуществляют азимутальную ориентацию колонны насосно-компрессорных труб с перфоратором, стабилизируют колонну насосно-компрессорных труб от проворота, проводят щелевую перфорацию скважины в азимутально сориентированном и стабилизированном от проворота положении колонны насосно-компрессорных труб.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для азимутально направленного инициирования гидроразрыва пласта, включающее колонну насосно-компрессорных труб и перфоратор с перфорационными отверстиями, расположенными в одной вертикальной плоскости, дополнительно снабжено размещенным выше перфоратора на колонне насосно-компрессорных труб азимутальным якорем, состоящим из корпуса, размещенных в корпусе перпендикулярно его оси поршней, на концах которых имеются салазки, удлиненные по оси корпуса.

Существенными признаками объекта изобретения "способ" являются следующие:

1) спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с перфоратором, имеющим перфорационные отверстия, расположенные в одной вертикальной плоскости.

2) проведение щелевой перфорации;

3) промывке скважины;

4) подъем колонны НКТ с перфоратором;

5) спуск колонны НКТ с пакером и якорем;

6) закачка под давлением жидкости разрыва и жидкости песконосителя;

7) осуществление азимутальной ориентации колонны НКТ с перфоратором;

8) стабилизация колонны НКТ от проворота;

9) проведение щелевой перфорации скважины в азимутально сориентированном и стабилизированном от проворота положении колонны НКТ. Признаки 1-6 являются общими с прототипом, признаки 7-9 являются отличительными признаками изобретения.

Существенными признаками объекта изобретения "вещество" являются следующие:

1) колонна НКТ;

2) перфоратор с перфорационными отверстиями, расположенными в одной вертикальной плоскости;

3) азимутальный якорь;

4) размещение азимутального якоря выше перфоратора на колонне НКТ;

узлы азимутального якоря, включающие:

5) корпус;

6) поршни;

7) салазки;

8) размещение поршней перпендикулярно оси корпуса;

9) размещение салазок на концах поршней по оси корпуса.

Признаки 1 и 2 являются общими с прототипом, признаки 3-9 являются отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения. Задачей данного изобретения являлось проведение гидроразрыва пласта в определенном азимутально сориентированном направлении. Существующие способы и устройства способны осуществить инициирование, т. е. наметить начало трещины разрыва.

Это достигается щелевой перфорацией скважины на забое. При этом на пескоструйном перфораторе закрывают все отверстия, кроме двух рядов отверстий, расположенных в вертикальной плоскости и в диаметрально противоположных направлениях. Поднимая колонну НКТ при перфорировании, добиваются того, что диаметрально противоположные вертикальные ряды отверстий перфоратора нарезают щелевое углубление на двух противоположных стенках скважины. Эти щели служат началом (инициируют) трещины гидроразрыва.

Однако такая щелевая перфорация без ее азимутального ориентирования не обеспечивает необходимого направления развития трещины разрыва. Кроме того, в момент подъема колонны НКТ и одновременно пескоструйном перфорировании возможен и имеет место проворот, смещение колонны НКТ с перфоратором, а, следовательно, и нарушение направления нарезания щели, уменьшение ее глубины и т. п.

Азимутальная ориентация колонны НКТ с перфоратором и проведение щелевой перфорации в азимутально сориентированном и стабилизированном от проворота положении позволяет нарезать щели в строгом соответствии с заданным направлением развития трещины гидроразрыва пласта.

Устройство для стабилизации от проворота представляет собой азимутальный якорь, салазки которого упираются в обсадную колонну скважины и предотвращают возможность разворота, в то же время создавая возможность вертикального перемещения колонны НКТ.

На чертеже представлено устройство для азимутально направленного инициирования гидроразрыва пласта; на фиг. 2 - то же, на колонне НКТ.

Устройство включает колонну НКТ 1 и размещенные на ней перфоратор 2 с перфорационными отверстиями 3 и азимутальный якорь 4, состоящий из корпуса 5, поршней 6 и салазок 7. Все устройство размещено в скважине 8. Выше азимутального якоря внутри колонны НКТ показана метка 9, размещенная в одной плоскости с перфорационными отверстиями перфоратора. Метка является элементом устройства для азимутальной ориентации колонны НКТ.

Устройство работает следующим образом. Устанавливают на нижнем конце колонны НКТ 1 перфоратор 2 с перфорационными отверстиями 3, расположенными в одной вертикальной плоскости с направлением метки 9. Выше перфоратора 2 на колонне НКТ 1 размещают азимутальный якорь 4, поршни 5 с салазками 6 которого перед спуском устанавливают в корпус 4. Спускают колонну НКТ с перфоратором 2, азимутальным якорем 4 и меткой 9 в скважину 3 на забое скважины 8 и разворачивают колонну НКТ 1 на необходимый угол до заданного направления. По колонне НКТ 1 прокачивают смесь для перфорации. При этом в результате того, что давление внутри колонны НКТ 1 больше, чем в затрубье, поршни 6 азимутального якоря 4 движутся в корпусе 5 до упора салазками 7 в стенки скважины 8. Салазки 7 препятствуют провороту колонны НКТ 1, но позволяют осуществлять ее вертикальные перемещения. При достижении заданной скорости циркуляции смеси для перфорации в скважине 8 внутрь колонны НКТ 1 с устья сбрасывают шарик, который садится на седло в перфораторе (не показаны). Весь объем смеси для перфорации направляется через сопла перфорационных отверстий 3 на стенки скважины 8 и образует углубления. Колонну НКТ 1 постепенно поднимают, при этом углубления превращаются в щель. Благодаря азимутальному якорю нарезка щели происходит в азимутально сориентированном и стабилизированном от проворота состоянии. После нарезки щели по интервалу продуктивного пласта подачу смеси для перфорации прекращают и подают воду для промывки скважины 8. Затем колонну НКТ 1 с перфоратором 2 и азимутальным якорем 4 поднимают и спускают новую колонну НКТ с пакером и обычным якорем. Закачивают под давлением жидкость разрыва, при этом срабатывает пакер, разобщающий полость разрыва от вышележащих горизонтов, и якорь удерживающий пакер от движения вверх. После образования трещины в пласте закачивают жидкость песконосителя для закрепления трещины и предотвращения ее смыкания.

Способ и устройство для азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне НКТ описаны в другой заявке на изобретение. В описании данной заявки приводим лишь краткую схему устройства и описание его работы, достаточные для понимания сути технического решения.

Устройство (фиг. 2) состоит из метки 9, а также из корпуса 10, дугообразных рессор 11, печати 12, утяжелителя 13. Один конец дугообразной рессоры закреплен в проточке 14 корпуса, другой - в пазу 15 корпуса. Утяжелитель выполнен в виде набора кольцеобразных грузов 16, одетых на стержень 17, ввернутый в отверстие корпуса 18, имеющее резьбу 19. В верхней части на стержень навернута гайка 20. К стержню прикреплен каротажный кабель 21.

Дугообразные рессоры выполнены из пружинной стали и размещены в двух плоскостях четырьмя рядами. Печать выполнена из пластичного материала типа свинца, латуни, алюминия. Метка выполнена из высокопрочной стали.

Устройство работает следующим образом. В колонне НКТ 1 устанавливают метку 9 в соответствии с перфорационными отверстиями перфоратора. Спускают колонну НКТ 1 в скважину. Один из рядов дугообразных рессор 11 маркируют (помечают, например, краской или каким-либо механическим путем). Азимутальное направление этого ряда фиксируют соответствующей маркировкой на устье. Внутрь колонны НКТ 1 вставляют корпус 10 с дугообразными рессорами 11, печатью 12 и утяжелителем 13. Дугообразные рессоры 11 при этом сжимаются, перемещаясь одним концом в пазу 15 корпуса 10. Происходит стабилизация устройства от проворота. Упругостью дугообразных рессор 11 обеспечивается прижатие устройства к колонне НКТ 1. Наличие проточки 14 и паза 15 обеспечивает неизменность угла установки дугообразных рессор 11 относительно корпуса 10. Возможность продольного перемещения одного конца дугообразных рессор 11 обеспечивается в пазу 15.

Спускают устройство на кабель 21. Оно скользит внутри колонны НКТ 1, спираясь о ее стенки дугообразными рессорами 11, предотвращающими разворот устройства.

На забое устройство ударяется печатью 12 о метку 9, при этом на ней остается след от метки. Устройство поднимают вверх за каротажный кабель 21. На устье скважины по направлению следа метки 9 на печати 12 определяют азимутальную ориентацию колонны НКТ на забое, сравнивая направление следа метки 9 с первоначальной азимутальной ориентацией, а, следовательно, определяют ориентацию оборудования размещенного на забое, в частности, ориентацию ряда перфорационных отверстий. При необходимости производят разворот колонны НКТ с устья скважины на необходимый угол. Контроль правильности разворота проводят повторным сбрасыванием на забой устройства, его подъема и сравнения ориентации нового следа на печати 12 с заданной. Операции ориентации повторяют до достижения требуемой точности.

П р и м е р. На скважине глубиной 1100 м для проведения работ используют колонну НКТ 1 внутренним диаметром 73 мм, перфоратор 2 с двумя диаметрально противоположными вертикальными рядами открытых перфорационных отверстий 3 и остальными заглушенными перфорационными отверстиями; азимутальный якорь 4, состоящий из корпуса 5 с наружным диаметром 83 мм, поршней 6 длиной 30 мм и диаметром 10 мм и приваренных к поршням 6 салазок 7 длиной 25 мм, шириной 10 мм, толщиной 4 мм. Выше азимутального якоря на 1 м внутри колонны НКТ 1 приварена метка из стали 45 шириной 10 мм. В соответствии с направлением метки 9 устанавливают перфоратор 2 с перфорационными отверстиями 3. Поршни 5 с салазками 6 устанавливают в корпусе 4. Спускают колонну НКТ 1 с перфоратором 2, азимутальным якорем 4 и меткой 9 в скважину 8 до забоя. С помощью метки 9 и устройства для азимутальной ориентации колонны НКТ 1 определяют направление перфорационных отверстий 3 на забое скважины 8. Отклонение от необходимого направления на север составляет 32^о. Разворачивают колонну НКТ 1 на 32^о на север.

По колонне НКТ 1 прокачивают под давлением 20 МПа на устье смесь для перфорации, представляющую собой смесь воды с песком. Под давлением внутри колонны НКТ 1 поршни 6 азимутального якоря 4 движутся в корпусе 5 до упора салазками 7 в степени скважины 8. При достижении циркуляции смеси для перфорирования внутрь колонны НКТ сбрасывают металлический шарик, который проходя мимо метки 9, азимутального якоря 4, встает на седло клапана в перфораторе 2. Происходит перфорация скважины 8. Колонну НКТ 1 постепенно поднимают на 4 м и нарезают щель соответствующей высоты. После перфорации скважину промывают водой противотоком. Затем колонну НКТ 1 поднимают и спускают новую колонну НКТ с пакером и обычным якорем. Закачивают жидкость разрыва под давлением 25 МПа на устье. Пакер и якорь срабатывают и начинают выполнять свои функции. После разрыва пласта закачивают жидкость-песконоситель для предотвращения смыкания трещины.

Применение способа гидроразрыва пласта и устройства для его направленного инициирования позволит проводить гидроразрыв с необходимым направлением раскрытия трещины. (56) Муравьев И. М. и др. Технология и техника добычи нефти и газа. М. : Недра, 1971, с. 113-118, 87-89.

Временная инструкция по гидропескоструйному методу перфорации и вскрытию пласта. - М. : 1967, с. 12-15, 18-20.