СПОСОБ ЗАВЕРШЕНИЯ СКВАЖИНЫ В ПОДЗЕМНОЙ ФОРМАЦИИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF WELL COMPLETION IN UNDERGROUND FORMATION (VERSIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способам завершения скважин в подземной формации, обеспечивающим стимуляцию и последующую изоляцию гидроструйно стимулированных зон из последующих гидроструйных или стимулирующих операций для минимизации потери завершающих/стимулирующих текучих сред во время последующих операций промывки или стимулирования скважины.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых скважинах является желательным отдельно или избирательно создавать множество гидравлических разрывов, имеющих достаточную проводимость, обычно на значительное расстояние вдоль скважины для увеличения добычи углеводородов из нефтяного и газового резервуара. Во время стимуляции резервуара из скважин, в частности таких, которые являются сильно искривленными или горизонтальными, является трудным управлять созданием многозонных разрывов вдоль скважины без цементирования облицовки скважины и механической изоляции разрываемой зоны от ранее разорванных зон или еще не разорванных зон.
Традиционные способы создания гидравлических разрывов в заранее определенных точках вдоль сильно искривленной или горизонтальной скважины различаются в зависимости от характера завершения в горизонтально или сильно искривленной секции скважины. Только малая доля горизонтальных завершений на протяжении последних 15 или более лет использует завершение с цементированной облицовкой; наиболее используемыми являются некоторые типы с нецементированной облицовкой или необсаженной секцией. Более того, много скважин с цементированной облицовкой в горизонтальной части также завершались с необсаженной секцией значительной длины ниже секции с цементированной облицовкой. Хорошо известным способом достижения желаемых гидроразрывных/изолирующих результатов является цементирование сплошной облицовки в горизонтальной секции скважины, выполнение обычного этапа взрывного перфорирования и затем выполнение стадий разрыва вдоль скважины с использованием некоторой техники для механической изоляции отдельных разрывов. Второй наиболее успешный способ включает в себя цементирование облицовки и значительное ограничение количества перфорационных отверстий, часто с использованием плотно сгруппированных множеств перфорационных отверстий, с общим количеством перфорационных отверстий, предназначенных для создания ограничения потока, обеспечивающих обратное давление в 100 фунтов на квадратный дюйм или более, благодаря тому, что ограничение потока текучей среды основывается на скорости закачивания в скважину во время стимуляции, в некоторых случаях достигающего 1000 фунтов на квадратный дюйм сопротивления потока. Эта технология обычно известна как технология перфорирования «ограниченного поступления».
В одном обычном способе, после того как первая зона перфорирована и разорвана, в скважине устанавливается песчаная пробка выше созданного разрыва, например перед пяткой скважины. Песчаная пробка ограничивает любой значительный поток в разрыв первой зоны и тем самым ограничивает утечку текучей среды в формацию, в то время как вторая верхняя зона перфорируется и стимулируется разрывом. Один такой способ использования песчаной пробки описан в документе 50608 Общества инженеров-нефтяников Американского института горных инженеров, который раскрывает использование гибкого трубопровода для размещения взрывных скважинных перфораторов для перфорирования следующего обрабатываемого интервала, сохраняя при этом управление обслуживанием скважины и целостность песчаной пробки. Гибкий трубопровод и скважинные перфораторы удалялись затем из скважины и выполнялся следующий этап гидравлического разрыва. Каждый этап гидравлического разрыва заканчивался созданием песчаной пробки в перфорационных отверстиях путем увеличения концентрации песка и одновременного уменьшения скорости закачивания до формирования пробки. Документ описывает, как повышенная целостность песчаной пробки может быть достигнута путем выполнения, как это общеизвестно в области цементирования, «импульсного цементирования под давлением». Недостатком этой технологии является то, что требуется множество спускоподъемных операций для выполнения различных этапов стимуляции и изоляции.
Недавно фирма «Halliburton Energy Services, Inc.» внедрила и испытала технологию для использования гидроструйного перфорирования, промывки во время разрыва и совместного закачивания вниз по кольцевому пространству скважины. Этот процесс в общем известен как процесс SURGIFRAC, или способ стимуляции, и описан в патенте США №5765642, который включен в данное описание посредством ссылки. Процесс SURGIFRAC применяется в большей части для горизонтальных или сильно искривленных скважин, где обсаживание скважины является трудным и дорогостоящим. С использованием гидроструйной техники возможно создание одного или нескольких независимых одноплоскостных разрывов, и в связи с этим сильно искривленные или горизонтальные скважины могут быть часто завершены без обсаживания скважины. Более того, даже когда сильно искривленные или горизонтальные скважины обсаживаются, гидроструйная перфорация и разрывы в таких скважинах обычно способствует более эффективному способу, по сравнению с использованием традиционных взрывной перфорации и разрывающих ик. Таким образом, известные способы SURGIFRAC являются слишком дорогостоящими, чтобы быть экономической альтернативой, или неэффективными в достижении стимулирующих результатов, или и то, и другое.
Известен способ завершения скважины в подземной формации, содержащий следующие этапы: (а) перфорирование первой зоны в подземной формации путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов, (б) нагнетание разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов для создания, по меньшей мере, одного разрыва вдоль каждого перфорационного канала, (в) закупоривание, по меньшей мере, частично одного или нескольких разрывов в первой зоне с помощью изолирующей текучей среды и повторение этапов (а) и (б) во второй зоне подземной формации (см., например, публикацию заявки на патент США 2002007949 от 24.01.2002).
Известен также способ завершения скважины в подземной формации, содержащий следующие этапы: (а) перфорирование первой зоны в подземной формации путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов, (б) инициирование одного или нескольких разрывов в первой зоне подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов через гидроструйный инструмент, (в) перемещение гидроструйного инструмента вверх по скважине, (г) накачивание дополнительной разрывающей текучей среды в один или несколько разрывов в первой зоне через кольцевое пространство, в котором размещен гидроструйный инструмент для распространения разрыва любой, (д) закупоривание, по меньшей мере, частично одного или нескольких разрывов в первой зоне с помощью изолирующей текучей среды и повторение этапов с (а) по (г) во второй зоне подземной формации (см., например, публикацию заявки на патент США 2002007949 от 24.01.2002).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению создан способ завершения скважины в подземной формации, содержащий следующие этапы:
(а) перфорирование первой зоны в подземной формации путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов, при этом гидроструйный инструмент вращается и/или движется вдоль скважины, вырезая тем самым прямой или винтовой паз в первой зоне подземной формации;
(б) нагнетание разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов для создания, по меньшей мере, одного разрыва вдоль каждого перфорационного канала;
(в) закупоривание, по меньшей мере, частично одного или нескольких разрывов в первой зоне с помощью изолирующей текучей среды;
(г) повторение этапов (а) и (б) во второй зоне подземной формации.
Текучая среда, нагнетаемая в подземную формацию через гидроструйный инструмент на этапе (а) может содержать абразивные твердые частицы.
Этапы нагнетания разрывающей текучей среды в первую и вторую зоны могут выполняться с помощью гидроструйного инструмента, обеспечивающего нагнетание текучей среды в зоны под давлением, превышающим давление, необходимое для гидравлического разрыва формации.
Способ может дополнительно содержать этап нагнетания окисляющей текучей среды в один или несколько разрывов для протравливания одного или нескольких разрывов и тем самым поддержания проводимости в одном или нескольких разрывах в последующее время.
Способ может дополнительно содержать этап перемещения гидроструйного инструмента во вторую зону до выполнения этапа (в).
Способ может дополнительно содержать этап перемещения гидроструйного инструмента во вторую зону после выполнения этапа (в).
При осуществлении способа можно использовать изолирующую текучую среду, содержащую твердый или полутвердый материал, твердый материал, содержащий расклинивающий наполнитель, расклинивающий наполнитель, содержащий материал, выбранный из группы, состоящей из кварца, керамики и боксита, твердый материал, содержащий материал, выбранный из группы, состоящей из парафиновых гранул, твердых частиц смолы и полимолочной кислоты, изолирующую текучую среду, содержащую гель, который может быть сшитым гелем, при этом сшитый гель может содержать гранулы полимолочной кислоты.
Способ может дополнительно содержать этап удаления изолирующей текучей среды из первой зоны, который может выполняться путем вытекания изолирующей текучей среды из скважины или путем гидровымывания изолирующей текучей среды из скважины.
Каждый разрыв может иметь устье вблизи скважины. Устье одного или нескольких разрывов могут быть заполнены изолирующей текучей средой.
Изолирующая текучая среда может заполнять, по меньшей мере, часть скважины вблизи каждого устья одного или нескольких разрывов. Изолирующая текучая среда также может заполнять устье одного или нескольких разрывов.
Согласно второму варианту выполнения способ завершения скважины в подземной формации содержит следующие этапы:
(а) перфорирование первой зоны в подземной формации путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов;
(б) инициирование одного или нескольких разрывов в первой зоне подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов через гидроструйный инструмент;
(в) перемещение гидроструйного инструмента вверх по скважине;
(г) накачивание дополнительной разрывающей текучей среды в один или несколько разрывов в первой зоне через кольцевое пространство, в котором размещен гидроструйный инструмент для распространения разрыва любой, при этом шлам, оставшийся в кольцевом пространстве после этапа (а), закачивается в разрыв;
(д) закупоривание, по меньшей мере, частично одного или нескольких разрывов в первой зоне с помощью изолирующей текучей среды;
(е) повторение этапов с (а) по (г) во второй зоне подземной формации.
Дополнительная разрывающая текучая среда может закачиваться через кольцевое пространство для содействия гидроструйному инструменту в инициировании разрыва в подземной формации.
Один или несколько разрывов могут быть образованы в горизонтальной или искривленной части скважины или вертикальной части скважины.
Гидроструйный инструмент во время этапа (а) может оставаться неподвижным или вращаться, вырезая тем самым, по меньшей мере, один вырез в первой зоне подземной формации или вращаться и/или двигаться вдоль скважины, вырезая тем самым прямой или винтовой вырез в первой зоне подземной формации.
Разрывающая текучая среда может закачиваться в кольцевое пространство, как только инициирован один или несколько разрывов.
Этапы (в) и (д) могут выполняться одновременно.
Скорость текучей среды, нагнетаемой из гидроструйного инструмента, может уменьшаться во время выполнения этапа (в).
Способ может дополнительно содержать этап закачивания кислоты в скважину для активации или растворения изолирующей текучей среды после образования всех требуемых разрывов, этап вытекания изолирующей текучей среды обратно на поверхность после образования всех требуемых разрывов, этап закачивания азота в скважину для промывки скважины и удаления из нее изолирующей текучей среды и других текучих сред и материалов, остающихся в скважине.
Согласно третьему варианту выполнения способ завершения скважины в подземной формации содержит следующие этапы:
(а) перфорирование первой зоны в подземной формации путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для формирования одного или нескольких перфорационных каналов;
(б) инициирование одного или нескольких разрывов в первой зоне подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов через гидроструйный инструмент;
(в) накачивание дополнительной разрывающей текучей среды в один или несколько разрывов в первой зоне через кольцевое пространство, в котором размещен гидроструйный инструмент для распространения одного или нескольких разрывов;
(г) одновременно с этапом (в) перемещение гидроструйного инструмента вверх по скважине;
(д) повторение этапов с (а) по (г) во второй зоне подземной формации.
Скорость текучей среды, нагнетаемой из гидроструйного инструмента, может уменьшаться во время этапа (г).
Любой шлам, оставшийся в кольцевом пространстве после этапа (а), может закачиваться в разрыв во время этапа (в).
Гидроструйный инструмент во время этапа (а) может оставаться неподвижным или вращаться, вырезая тем самым, по меньшей мере, один вырез в первой зоне подземной формации или вращаться и/или двигаться вдоль скважины во время этапа (а), вырезая тем самым прямой или винтовой вырез в первой зоне подземной формации.
Согласно четвертому варианту выполнения способ завершения скважины в подземной формации содержит следующие этапы:
(а) перфорирование первой зоны в подземной поверхности путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов;
(б) инициирование одного или нескольких разрывов в первой зоне подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов через гидроструйный инструмент;
(в) накачивание дополнительной разрывающей текучей среды в один или несколько разрывов в первой зоне через кольцевое пространство, в котором размещен гидроструйный инструмент для распространения одного или нескольких разрывов;
(г) одновременно с этапом (в) перемещение гидроструйного инструмента вверх по скважине;
(д) завершение этапа (в);
(е) повторение этапов с (а) по (в) во второй зоне подземной формации.
Согласно пятому варианту выполнения способ завершения скважины в подземной формации содержит следующие этапы:
(а) перфорирование первой зоны в подземной поверхности путем нагнетания перфорирующей текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов;
(б) разрыв первой зоны подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов;
(в) перфорирование второй зоны подземной формации путем нагнетания перфорирующей текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов во второй зоне;
(г) разрывание второй зоны подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов;
(д) закачивание достаточного количества разрывающей текучей среды в скважину во время этапа (г) для закупоривания разрывов в первой зоне.
Разрывающая текучая среда может содержать базовую текучую среду, песок и дополнительную добавку, выбранную из группы, состоящей из связующего и уплотняющего вещества.
Разрывающая текучая среда может содержать связующее и уплотняющее вещество, при этом связующее вещество может быть усилителем проводимости SANDWEDGE и уплотняющее вещество является уплотняющим веществом EXPEDITE.
Согласно шестому варианту выполнения способ завершения скважины в подземной формации содержит следующие этапы:
(а) перфорирование первой зоны в подземной поверхности путем нагнетания перфорирующей текучей среды через гидроструйный инструмент в подземную формацию для образования одного или нескольких перфорационных каналов;
(б) инициирование разрыва в одном или нескольких перфорационных каналах путем закачивания разрывающей текучей среды через гидроструйный инструмент;
(в) нагнетание дополнительной разрывающий текучей среды в один или несколько разрывов через гидроструйный инструмент и кольцевое пространство, в котором размещен гидроструйный инструмент для распространения одного или нескольких разрывов;
(г) закупоривание, по меньшей мере, частично одного или нескольких разрывов в первой зоне с помощью изолирующей текучей среды;
(д) перемещение гидроструйного инструмента из первой зоны;
(е) повторение этапов с (а) по (в) для второй зоны.
На этапе перемещения гидроструйного инструмента из первой зоны гидроструйный инструмент можно перемещать вверх по скважине или вниз по скважине.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что колонна труб может находиться внутри скважины на всем протяжении обработки. Это уменьшает время цикла операции. При определенных условиях колонна с гидроструйным инструментом или скважинное кольцевое пространство могут быть использованы в качестве инструмента для создания забойного давления в режиме реального времени путем функционирования в качестве неподвижного столба жидкости, не содержащей свободного газа, во время операций разрыва формации. Другим преимуществом изобретения является обеспечение колонной средства очистки скважины в любое время в течение обработки, т.е. до, во время, после и между этапами. Трубы могут представлять собой непрерывную гибкую трубу, составные трубы или комбинации непрерывной и составных труб.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более полное понимание настоящего раскрытия и его преимуществ станут более понятными из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
Фиг.1А является схемой гидроструйного инструмента, создающего перфорационные каналы через необсаженную горизонтальную скважину в первой зоне подземной формации;
фиг.1В является схемой гидроструйного инструмента, создающего перфорационные каналы через обсаженную горизонтальную скважину в первой зоне подземной формации;
фиг.2 является схемой поперечного сечения гидроструйного инструмента, показанного на фиг.1, формирующего четыре одинаково расположенных перфорационных канала в первой зоне подземной формации;
фиг.3 является схемой создания трещин в первой зоне с помощью гидроструйного инструмента, где плоскость разрыва(ов) перпендикулярна оси скважины;
фиг.4А является схемой одного варианта осуществления настоящего изобретения, где разрывы в первой зоне закупориваются или частично изолируются с помощью изолирующей текучей среды, подаваемой через кольцевое пространство скважины после перемещения гидроструйного инструмента вверх по скважине;
фиг.4В является схемой другого варианта осуществления настоящего изобретения, где разрывы в первой зоне закупориваются или частично изолируются с помощью изолирующей текучей среды, подаваемой через кольцевое пространство скважины до перемещения гидроструйного инструмента вверх по скважине;
фиг.4С является схемой другого варианта осуществления настоящего изобретения, где изолирующая текучая среда закупоривает разрывы, а не саму скважину;
фиг.4D является схемой другого варианта осуществления настоящего изобретения, где изолирующая текучая среда закупоривает разрывы и, по меньшей мере, часть скважины;
фиг.5 является схемой другого варианта осуществления настоящего изобретения, где изолирующая текучая среда доставляется в скважину через гидроструйный инструмент;
фиг.6 является схемой создания разрывов во второй зоне подземной формации с помощью гидроструйного инструмента после закупоривания первой зоны;
фиг.7 является схемой способа удаления изолирующей текучей среды из скважины в подземной формации путем обеспечения вытекания изолирующей текучей среды из скважины при добыче;
фиг.8А и фиг.8В являются схемами двух других способов удаления изолирующей текучей среды из разрывов в подземной формации;
фиг.9А-9В иллюстрируют другой вариант способа разрыва множества зон в подземной формации и закупоривания или частичной изоляции этих зон в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.10А-10С иллюстрируют еще один способ разрыва множества зон в подземной формации и закупоривания или частичной изоляции этих зон в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.11А и фиг.11В иллюстрируют работу гидроструйного инструмента для использования при выполнении способов в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Способы в соответствии с настоящим изобретением будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Сначала скважина 10 бурится в интересующей подземной формации 12 с использованием обычных (или будущих) техник бурения. Далее, в зависимости от свойств формации, скважина 10 оставляется необсаженной, как показано на фиг.1А, или облицованной с помощью обсадной колонны или облицовки со щелевыми отверстиями, как показано на фиг.1В. Скважина 10 может быть оставлена не обсаженной, если, например, подземная формация является значительно цементированной, или в случае, где скважина является значительно искривленной или горизонтальной и ее трудно облицовывать обсадной колонной. В случае, где скважина 10 облицована обсадной колонной, обсадная колонная может быть или может не быть зацементированной в формацию. Обсадная колонная на фиг.1В показана зацементированной в подземную формацию. Более того, когда она не зацементирована, она может быть щелевой или перфорированной, или сплошной. Специалисты в данной области техники знакомы с обстоятельствами, при которых скважина 10 должна или не должна быть обсажена, должна ли такая обсадная колонна цементироваться или нет, и должна ли обсадная колонна быть щелевой, перфорированной или сплошной. В самом деле, настоящее изобретение не зависит от выполнения этапов по бурению скважины 10 или от того, обсажена ли скважина, и если так, то каким образом. Более того, в то время как с фиг.2 по фиг.10 проиллюстрированы этапы способа согласно настоящему изобретению, выполняемому на необсаженной скважине, специалистами в данной области техники ясно, что каждый из проиллюстрированных и описанных этапов может быть выполнен на обсаженной или облицованной скважине. Способ может также быть применен на ранее созданных скважинах, которые имеют зоны, требующие стимуляции.
После того как скважина 10 пробурена и, при необходимости, обсажена, гидроструйный инструмент 14, такой как используется в вышеуказанном процессе SURGIFRAC, и описанный в патенте США №5765642, размещается в скважине 10 в интересующем месте, например вблизи первой зоны 16 в подземной формации 12. В одном варианте осуществления гидроструйный инструмент 14 прикреплен к гибкому трубопроводу 18, который опускает гидроструйный инструмент 14 в скважину 10 и снабжает его промывочной текучей средой. Кольцевое пространство образуется между гибким трубопроводом 18 и скважиной 10. Гидроструйный инструмент 14 затем работает для образования перфорационных каналов 20 в первой зоне 16, как показано на фиг.1. Перфорационная текучая среда, закачиваемая через гидроструйный инструмент 14, содержит базовую текучую среду, которая является обычно водой и абразивами (обычно песок). Как показано на фиг.2, четыре одинаково расположенных струи (в этом варианте) текучей среды 22 нагнетаются в первую зону 16 подземной формации 12. Понятно, что гидроструйный инструмент 14 может иметь любое количество струй, сконфигурированных во множестве комбинаций вдоль или вокруг инструмента.
На следующем этапе завершения скважины способа в соответствии с настоящим изобретением первая зона 16 разрывается. Это может быть выполнено любым из многочисленных способов. В одном варианте осуществления гидроструйный инструмент 14 нагнетает разрывающую текучую среду под высоким давлением в перфорационные каналы 20. Давление разрывающей текучей среды, выходящей из гидроструйного инструмента 14, является достаточным для разрыва формации в первой зоне 16. Используя эту технику, струя текучей среды создает трещины или разрывы 24 вдоль перфорационных каналов 20, как показано на фиг.3. На следующем этапе окисляющая текучая среда может быть нагнетена в формацию через гидроструйный инструмент 14. Окисляющая текучая среда протравливает формацию вдоль трещин 24, тем самым расширяя их.
В другом варианте осуществления струя текучей среды несет расклинивающий наполнитель в трещины или разрывы 24. Нагнетание дополнительной текучей среды увеличивает разрывы 24, и расклинивающий наполнитель препятствует их закрытию в последующее время. Настоящее изобретение предполагает, что другие способы разрыва могут быть применены. Например, перфорационные каналы 20 могут быть разорваны путем накачивания в них гидравлической разрывающей текучей среды с поверхности через кольцевое пространство 19. Затем любая из окисляющей текучей среды или текучая среда с расклинивающим наполнителем может быть нагнетена в перфорационные каналы 20 для дополнительного их увеличения или расширения. Другие способы разрыва могут быть использованы для разрыва первой зоны 16.
После разрыва первой зоны 16 способ согласно настоящему изобретению обеспечивает ее изоляцию, так что последующие скважинные работы, такие как разрыв дополнительных зон, могут быть выполнены без потери значительного количества текучей среды. Этот этап изоляции может быть выполнен несколькими способами. В одном варианте осуществления способа этап изоляции выполняется путем нагнетания в скважину 10 изолирующей текучей среды 28, которая может иметь более высокую вязкость по сравнению с заканчивающей текучей средой, уже находящийся в разрыве или скважине.
В варианте осуществления изолирующая текучая среда 28 нагнетается в скважину 10 путем закачивания ее с поверхности вниз по кольцевому пространству 19. Более конкретно, изолирующая текучая среда 28, которая имеет высокую вязкость, продавливается в кольцевое пространство 19 и затем смывается вниз с использованием текучей среды с низкой вязкостью. В одном варианте реализации изобретения изолирующая текучая среда 28 не накачивается в скважину 10 до тех пор, пока гидроструйный инструмент 14 не будет поднят, как показано на фиг.4А. В другом варианте реализации этого изобретения изолирующая текучая среда 28 закачивается в скважину 10, по возможности с уменьшенной скоростью нагнетания, по сравнению с разрывающей операцией, до подъема гидроструйного инструмента 14, как показано на фиг.4В. Если изолирующая текучая среда имеет высокую вязкость или содержит значительную концентрацию твердых частиц, предпочтительно гидроструйный инструмент 14 извлекается из закупориваемой или частично изолируемой зоны до закачки изолирующей текучей среды 28 вниз в связи с тем, что изолирующая текучая среда может оказать сопротивление движению гидроструйного инструмента в скважине 10.
В варианте осуществления, показанном на фиг.4А и 4В, показана изолирующая текучая среда только в скважине 10. В качестве альтернативы, изолирующая текучая среда может быть закачана в промытые перфорационные отверстия и/или устья разрывов 24, как показано на фиг.4С. В еще одном варианте осуществления изолирующая текучая среда закачивается и в устья разрывов 24, и частично в скважину 10, как показано на фиг.4D.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения изолирующая текучая среда 28 нагнетается в скважину 10 вблизи первой зоны 16 через форсунки 22 гидроструйного инструмента 14, как показано на фиг.5. В этом варианте осуществления химический состав изолирующей текучей среды 28 должен быть выбран таким, чтобы он не проявлял своих свойств до нагнетания его в скважину 10.
В другом варианте осуществления, изолирующая текучая среда 28 имеет подобный химический состав, что и текучая среда, постоянно находящаяся в скважине во время разрывающей операции. Однако текучая среда может иметь большую вязкость по сравнению с такой текучей средой. В одном варианте осуществления скважинная текучая среда смешана с твердым материалом для образования изолирующей текучей среды. Твердый материал может включать в себя естественные и искусственные расклинивающие наполнители, такие как кварц, керамика, бокситы, или любой такой материал, имеющий внешнее покрытие любого типа. В качестве альтернативы, твердый (или полутвердый) материал может включать в себя парафин, инкапсулированную кислоту и другие химикаты или смоляные гранулы.
В другом варианте осуществления изолирующая текучая среда 28 является высоко вязким материалом, таким как гель или сшитый гель. Примеры гелей, которые могут быть использованы в качестве изолирующей текучей среды, включают в себя, но не ограничены ими, текучие среды с высокой концентрацией гелей, такие как ксантан. Примеры сшитых гелей, которые могут быть использованы в качестве изолирующей текучей среды, включают в себя, но не ограничены ими, высококонцентрированные гели, такие как текучие среды Halliburton's DELTA FRAC или текучие среды K-МАХ. «Сильно сшитые гели» могут также быть использованы в смеси со сшитыми гелями с замедленными химическими разрушителями, инкапсулированными химическими разрушителями, которые позже уменьшат вязкость, или с такими материалами, как гранулы полимолочной кислоты, которые несмотря на то, что являются твердым материалом, с течением времени разлагаются в кислоту, которая разжижит текучие среды К-МАХ или другие сшитые гели.
После нагнетения изолирующей текучей среды в скважину 10 вблизи разрывов 24 вторая зона 30 в подземной формации 12 может быть разорвана. Если гидроструйный инструмент 14 не был уже перемещен в скважине 10 ко второй зоне 30, как в варианте осуществления на фиг.4А, то он перемещается после того, как первая зона 16 была закупорена или частично изолирована изолирующей текучей средой 28. Находясь вблизи второй зоны 30, как в варианте осуществления на фиг.6, гидроструйный инструмент 14 обеспечивает перфорацию подземной формации во второй зоне 30, образуя тем самым перфорационные каналы 32. Далее подземная формация 12 разрывается для образования разрывов 34 с использованием обычных технологий или предпочтительно с помощью гидроструйного инструмента 14. Далее разрывы 34 увеличиваются непрерывным нагнетанием текучей среды с использованием расклинивающих наполнителей или окисляющих текучих сред, как отмечено выше, или любой другой известной технологией для удержания разрывов 34 раскрытыми и проведения потока текучей среды в последующее время. Разрывы 34 могут затем быть закупорены или частично изолированы с помощью изолирующей текучей среды 28 с использованием тех же технологий, описанных выше, относительно разрывов 24. Способ может быть повторен там, где требуется разрывать дополнительные зоны внутри подземной формации 12.
Когда все требуемые зоны были разорваны, изолирующая текучая среда 28 могла быть извлечена, раскупорив тем самым разрывы 24 и 34 для последующего извлечения углеводородов из подземной формации 12. Один способ обеспечивает добычу текучей среды из скважины переместив изолирующую текучую среду, как показано на фиг.7. Изолирующая текучая среда состоит из химикатов, которые со временем разрушают или уменьшают вязкость текучей среды для облегчения ее течения. Другой способ извлечения изолирующей текучей среды 28 состоит в вымывании или возврате текучей среды путем циркуляции текучей среды, газа или пены в скважине 10, как показано на фиг.8А. Другой альтернативный способ извлечения изолирующей текучей среды 28 состоит в вымывании его с использованием гидроструйного инструмента 14, как показано на фиг.8В. Последние способы особенно хорошо подходят для изолирующей текучей среды 28, содержащей твердые частицы и скважины, являющейся сильно искривленной или горизонтальной.
Ниже приведен другой способ завершения скважины в подземной формации в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Сначала в подземной формации 12 бурится скважина 10. Затем первая зона 16 подземной формации 12 перфорируется путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент 14 в подземную формацию (фиг.9А) для образования одного или нескольких перфорационных каналов 20, как показано, например, на фиг.9В. Во время выполнения этого этапа гидроструйный инструмент остается неподвижным. Однако, в качестве альтернативы, гидроструйный инструмент 14 может полностью или частично вращаться, образуя в формации вырез. В качестве альтернативы, гидроструйный инструмент 14 может перемещаться продольно или совмещать вращение с продольным перемещением в скважине 10 для образования прямого или винтового выреза или щели. Далее один или несколько разрывов 24 инициируются в первой зоне 16 подземной формации 12 путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов через гидроструйный инструмент 14, как показано, например, на фиг.3. Инициирование разрыва с помощью гидроструйного инструмента 14 является преимуществом по сравнению с обычными инициирующими технологиями, потому что эта технология допускает низкое давление разрушения формации. Более того, результатом этого является более точное и качественное перфорирование.
Разрывающая текучая среда может быть закачана вниз по кольцевому пространству 19, как только были инициированы один или несколько разрывов 24, для распространения разрывов 24, как показано, например, на фиг.9В. Любой шлам, оставшийся в кольцевом пространстве от этапа перфорирования, закачивается в разрывы 24 во время этого этапа. После инициирования разрывов 24 гидроструйный инструмент 14 перемещается вверх по скважине. Этот этап может выполняться во время закачивания вниз разрываемой текучей среды через кольцевое пространство 19 для распространения разрывов 24, как показано на фиг.9С. Скорость текучей среды, подаваемой через гидроструйный инструмент 14, может быть уменьшена, как только разрывы 24 будут инициированы. Скорость нагнетания через кольцевое пространство может увеличиваться или не увеличиваться на этой стороне процесса.
После распространения разрывов 24 и перемещения гидроструйного инструмента 14 вверх по скважине изолирующая текучая среда 28 в соответствии с настоящим изобретением может быть закачана в скважину 10 вблизи первой зоны 16. С течением времени изолирующая текучая среда 28 закупоривает один или несколько разрывов 24 в первой зоне 16, как показано на фиг.9D. (Несмотря на то что это не показано, специалистам в данной области техники ясно, что изолирующая текучая среда 28 может проникать в разрывы 24). Этапы перфорирования формации, инициирования разрывов, распространения разрывов и закупоривания или частичной изоляции разрывов повторяются для стольких дополнительных зон, для скольких это требуется, несмотря на то, что только вторая зона 30 показана на фиг.6-10.
После образования требуемых разрывов изолирующая текучая среда 28 может быть удалена из подземной формации 12. Существует множество способов выполнения этого в дополнение к вытеканию текучей среды резервуара в скважину и к уже упомянутым способам, а именно обратной циркуляции и вымыванию текучей среды из скважины 10. В другом способе кислота закачивается в скважину 10 так, чтобы активировать, деактивировать или растворять изолирующую текучую среду 28 на месте. В еще одном способе азот закачивается в скважину 10 для промывки скважины и тем самым удаления из нее изолирующей текучей среды 28 и других текучих сред и материалов, которые могут остаться в скважине.
Еще один вариант способа в соответствии с настоящим изобретением осуществляется следующим образом. Сначала, как и в других способах, бурится скважина 10. Далее первая зона 16 в подземной формации 12 перфорируется путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент 14 в подземную формацию для формирования одного или нескольких перфорационных туннелей 20. Гидроструйный инструмент 14 может также вращаться или вращаться и/или продольно передвигаться во время этого этапа для формирования вырезов в подземной формации 12. Далее один или несколько разрывов 24 инициируются в первой зоне 16 подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных туннелей 20 через гидроструйный инструмент 14. После этого этапа или одновременно с ним дополнительная разрывающая текучая среда закачивается в один или несколько разрывов 24 в первой зоне 16 через кольцевое пространство 19 в скважине 10 для распространения разрывов 24. Любой шлам, оставшийся в кольцевом пространстве после этапов бурения и перфорирования, может быть закачан в разрыв во время этого этапа. Одновременно с этим последним этапом гидроструйный инструмент 14 перемещается вверх по скважине. Закачивание разрывающей текучей среды в формацию через кольцевое пространство 19 затем прекращается. Все эти этапы затем повторяются для второй зоны 30 и любых последующих зон после нее. Скорость текучей среды, нагнетаемой из гидроструйного инструмента 14, уменьшается по мере перемещения инструмента вверх по скважине и даже может быть вовсе прекращена.
Еще один вариант способа в соответствии с настоящим изобретением осуществляется следующим образом. Сначала, как и в других способах, бурится скважина 10. Далее первая зона 16 в подземной формации 12 перфорируется путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент 14 в подземную формацию для формирования одного или нескольких перфорационных каналов 20. Гидроструйный инструмент 14 может вращаться во время этого этапа для прорезания вырезов в подземной формации. В качестве альтернативы, гидроструйный инструмент 14 может вращаться и/или продольно перемещаться внутри скважины 10 для создания прямых или винтовых разрезов в формации 16. Далее один или несколько разрывов 24 инициируются в первой зоне 16 подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов 20 через гидроструйный инструмент 14. После этого этапа или одновременно с ним дополнительная разрывающая текучая среда закачивается в один или несколько разрывов 24 в первой зоне 16 через кольцевое пространство 19 в скважине 10 для распространения разрывов 24. Любой шлам, оставшийся в кольцевом пространстве после этапов бурения и перфорирования может быть закачан в разрыв во время этого этапа. Одновременно с этим последним этапом гидроструйный инструмент 14 перемещается вверх по скважине и работает для перфорирования следующей зоны. Затем разрывающая текучая среда перестает закачиваться вниз по кольцевому пространству 19 в разрывы, и в это время гидроструйный инструмент начинает инициировать разрывы во второй зоне. Затем процесс повторяется.
Еще один вариант способа в соответствии с настоящим изобретением описывается со ссылкой на фиг.10А-10С. Сначала, как и в других способах, бурится скважина 10. Далее первая зона 16 в подземной формации 12 перфорируется путем нагнетания под давлением текучей среды через гидроструйный инструмент 14 в подземную формацию для формирования одного или нескольких перфорационных каналов 20, как показано на фиг.10А. Текучая среда, нагнетаемая в формацию во время этого этапа, обычно содержит абразив для улучшения проникновения. Гидроструйный инструмент 14 может вращаться во время этого этапа для прорезания вырезов в подземной формации. В качестве альтернативы, гидроструйный инструмент 14 может вращаться и/или продольно перемещаться внутри скважины 10 для создания прямых или винтовых разрезов в формации 16.
Далее один или несколько разрывов 24 инициируются в первой зоне 16 подземной формации путем нагнетания разрывающей текучей среды в один или несколько перфорационных каналов 20 через гидроструйный инструмент 14, как показано на фиг.10В. Во время этой операции базовая текучая среда, нагнетаемая в подземную формацию, может содержать очень маленькие частицы. Далее вторая разрывающая текучая среда, которая может иметь, а может и не иметь вязкость, большую, чем вязкость первой разрывающей текучей среды, нагнетается в разрывы 24, распространяя их. Вторая разрывающая текучая среда содержит базовую текучую среду, песок, возможно сшивающее вещество, и один или оба из связующего и уплотняющего вещества. В одном варианте осуществления связующим веществом является усилитель проводимости SANDWEDGE, производимый фирмой Halliburton, и уплотняющим веществом является уплотняющее вещество EXPEDITE, также производимое фирмой Halliburton. Вторая разрывающая текучая среда может быть доставлена одним или несколькими способами, здесь описанными. Также может быть выполнен окисляющий этап.
Далее гидроструйный инструмент 14 перемещается во вторую зону 30, где он перфорирует эту зону, образуя тем самым перфорационные каналы 32. Далее разрывы 34 во второй зоне 30 инициируются с использованием описанной выше или подобной технологии. Далее разрывы 34 во второй зоне распространяются путем нагнетания второй текучей среды, подобной упомянутой выше, т.е. текущей среды, содержащей связующее и/или уплотняющее вещество, в разрывы. Достаточное количество разрывающей текучей среды закачивается вниз для заполнения скважины и устьев 24 в первой зоне 16. Это происходит следующим образом. Высокая температура в скважине заставляет частицы песка в разрывающей текучей среде соединяться одна с другой в скопления или в свободную упаковку, и тем самым образовывая местную пробку. Сначала некоторая часть текучей среды, которая затекла в промытые каналы и, возможно частично, в разрывы 24, концентрируется как часть жидкой фазы, проникающей в формацию в первой зоне 16, но, ясно, что это длится недолго из-за того, что устья закупориваются или частично изолируются. Как только устья разрывов 24 заполняются, достаточное количество разрывающей текучей среды может быть закачано в скважину 10 для заполнения некоторых или всех близлежащих разрывов 24, как показано на фиг.10С. В конце концов, достаточное количество разрывающей текучей среды и расклинивающего наполнителя может быть закачано вниз для закупорки или частичной изоляции первой зоны 16. Этот процесс затем повторяется для последующих зон после последующих этапов перфорирования и разрыва вверх по скважине.
Фиг.11А и фиг.11В иллюстрируют гидроструйный инструмент 14 для использования при выполнении способов настоящего изобретения. Гидроструйный инструмент 14 содержит главный корпус 40, имеющий цилиндрическую форму и выполненный из черного металла. Главный корпус 40 имеет верхний конец 42 и нижний конец 44. Верхний конец 42 соединен с гибким трубопроводом 18 для работы в скважине 10. Главный корпус 40 имеет множество форсунок 46 для выпускания под высоким давлением текучей среды из главного корпуса 40. Форсунки 46 могут быть расположены, в одном варианте осуществления, под углом к главному корпусу, так чтобы выбрасывать под давлением текучую среду из главного корпуса 40 под углом, отличным от 90°.
Гидроструйный инструмент 14 дополнительно содержит открывающее средство 48 для протекания текучей среды из скважины 10. Такое открывающее средство 48 включает пластину 50, проницаемую для текучей среды, установленную на внутренней поверхности главного корпуса 40. Пластина 50 задерживает шарик 52, размещенный в седле 54, когда текучая среда нагнетается под давлением через форсунки 46, как показано на фиг.11А. Когда находящаяся под давлением текучая среда не закачивается по гибкому трубопроводу в гидроструйный инструмент 14, скважинная текучая среда имеет возможность циркулировать на поверхности через открывающее средство 48. Более конкретно, скважинная текучая среда поднимает шарик 52 вверх до проницаемой для текучей среды пластины 50, позволяющей протекание скважинной текучей среды вверх по гидроструйному инструменту и вверх через гибкий трубопровод 18 на поверхность, как показано на фиг.11В. Специалисты в данной области техники должны понимать, что другие клапаны могут быть использованы вместо приспособления, состоящего из шарика 52 и седла 54, показанного на фиг.11А и 11В. Иглы, тарельчатые клапаны и даже заслонки, такие как клапаны Balcomp, могут быть использованы. Более того, несмотря на то что на фиг.11А и фиг.11В показан только клапан, расположенный снизу гидроструйного инструмента 14, такие клапаны могут быть размещены и сверху, и снизу, по необходимости.
Еще один вариант способа в соответствии с настоящим изобретением описывается следующим образом. Сначала первая зона 16 в подземной формации 12 перфорируется путем нагнетания перфорирующей текучей среды через гидроструйный инструмент 14 в подземную формацию для образования перфорационных каналов 20, как показано, например, на фиг.1А. Далее разрывы 24 инициируются в перфорационных туннелях 20 путем закачивания разрывающей текучей среды через гидроструйный инструмент 14, как показано, например, на фиг.3. Разрывы 24 затем распространяются путем нагнетания дополнительной разрывающей текучей среды в разрывы через гидроструйный инструмент 14 и кольцевое пространство 19. Разрывы 24 затем закупориваются, по меньшей мере, частично, путем закачивания изолирующей текучей среды 28 в устья разрывов 24 и/или в секцию скважины рядом с разрывами 24. Изолирующая текучая среда 28 может быть закачана в эту область или через кольцевое пространство 19, как показано на фиг.4, или через гидроструйный инструмент 14, как показано на фиг.5, или через их комбинацию. Как только разрывы 24 были закупорены, гидроструйный инструмент 14 извлекается из первой зоны 16. Он может быть перемещен вверх для последующего разрыва или вниз, например, при нанесении текучей среды вдоль перфорации для изолирования, где это необходимо закачивать химикаты от точки ниже интересующей зоны для получения полного покрытия, затем инструмент вытягивается через нанесенный химикат. Эти этапы повторяются для последующих зон подземной формации 12.
Как хорошо известно в данной области техники, позиционирующее устройство, такое как детектор гамма-излучения или локатор муфтовых соединений обсадной колонны (не показан), могут быть включены в оборудование низа бурильной колонны для улучшения точности позиционирования перфорации.
В связи с этим настоящее изобретение является хорошо приспособленным для выполнения задач и достижения целей и упомянутых преимуществ, так же как и из них следующих. В то время как изобретение было изображено, описано и определено ссылками на предпочтительные варианты осуществления изобретения, такие ссылки не влекут за собой ограничение изобретения, и такое ограничение не предполагается. Изобретение поддается значительной модификации, изменению и эквивалентам по форме и функции, как это поймут специалисты в данной области техники, имеющие преимущество этого изложения. В частности, специалисты в данной области техники поймут, что этапы из различных способов, раскрытых здесь, могут быть объединены различным способом и порядком. Изображенные и описанные варианты осуществления изобретения являются только примерными и не исчерпывают объем изобретения. Следовательно, изобретение предназначено быть ограниченным только сущностью и объемом прилагаемой формулы изобретения, принимающей во внимание эквиваленты во всех отношениях.