СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ КАНАЛОВ ПЕРФОРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА УСЛОВНО БЕСКОНЕЧНОЙ ТОЛЩИНЫ
METHOD AND FACILITY FOR SIMULTANEOUS SELECTIVE TREATMENT OF PERFORATION CHANNELS AND TREATMENT OF BOTTOMHOLE OF CONDITIONALLY ENDLESS THICKNESS LAYER

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для селективной очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) любой толщины.
Известны технические решения, касающиеся вибраторов-генераторов упругих волн с использованием крыльчатки /например, патент №2157452, Е21В 43/25, опубл. 10.10.2000; патент на полезную модель №11262, Е21В 43/25, опубл. 16.09.1999/. Их недостаток заключается в том, что пульсирующий поток рабочего агента направленно воздействует на жидкость, находящуюся внутри обсадной колонны скважины, а воздействие за пределы обсадной колонны ограничено. Обработка пласта значительной толщины кратно увеличивает время обработки и сопряжена с дополнительными технологическими манипуляциями. Также использование рабочего агента носит однократный характер и, соответственно, неэкономично.
Известен гидравлический вибратор золотниковый (ГВЗ), предназначенный для обработки призабойной зоны (ОПЗ). Устройство включает жестко закрепленный на насосно-компрессорной трубе (НКТ) ствол, имеющий вид стакана с щелевыми прорезями на его образующей. На стволе свободно вращается золотник, имеющий также щелевые прорези вдоль его образующей и являющийся некоторым подобием крыльчатки, так как прорези в стволе и в золотнике выполнены под некоторым углом к образующей; причем на золотнике прорези выполнены в противоположном направлении к прорезям в стволе. Кроме щелевых прорезей, в стволе имеются пусковые отверстия, позволяющие запускать золотник при перекрытии щелей в стволе. Указанные элементы помещены в защитный корпус /С.М.Гадиев. Использование вибрации в добыче нефти. - М: Недра, 1977, с.49/.
Жидкость проходит через отверстия в стволе и попадает в отверстия в золотнике. Так как эти отверстия расположены под углом, золотник начинает вращаться под действием реакции струи. Вращаясь, он периодически перекрывает отверстия в стволе, в результате чего происходит гидравлический удар, направленный (в отличие от указанных аналогов) на стенки перфорированной обсадной колонны.
К недостаткам указанного технического решения относятся недостаточные эффективность и надежность, в том числе из-за низкого пускового момента и большой вероятности заклинивания шарикоподшипников золотника, даже при незначительных мехпримесях в рабочей жидкости. Кроме того, прямой гидравлический удар формируется во внутренней полости ствола и НКТ, что неблагоприятно сказывается на герметичности резьбовых соединений и целостности конструкции аппарата. Воздействие же на ПЗП происходит за счет обратного гидроудара, формирующегося в кольцевом пространстве между аппаратом и обсадной колонной и имеющего кратно меньшую амплитуду относительно прямого гидроудара.
ГВЗ позволяет обратными гидроударами разрушать твердые отложения в каналах перфорации и ПЗП без их выноса в ствол скважины. Частичный вынос возможен только в условиях превышения пластового давления над забойным давлением. В противном случае разрушенные твердые отложения перемещаются вглубь призабойной зоны, ухудшая ее коллекторские свойства.
Использование в качестве рабочего агента газожидкостной смеси (ГЖС) малоэффективно.
Прототипами заявляемых способа и устройства являются соответственно способ и реализующее его устройство для воздействия на ПЗП скважины и ее очистки /Патент №20128, Е21В 37/08, опубл. 20.10.2001/.
Устройство-прототип включает последовательно установленные и соединенные трубами хвостовик, обратный клапан, имплозионное устройство и НКТ, причем оно снабжено гидравлическим декальмататором золотникового типа, установленным между обратным клапаном и имплозионным устройством, которое выполнено с обратным клапаном. Устройство может быть снабжено струйным насосом, установленным на НКТ таким образом, что его входные отверстия перекрыты сквозной пробкой, установленной в НКТ, а выходное сопло сообщено с пространством скважины, а сквозная пробка установлена с возможностью ее изъятия и установки в НКТ глухой пробки между входными отверстиями струйного насоса и обратного клапана между струйным насосом и плунжером. Устройство может быть снабжено пакером, установленным между гидравлическим декальмататором и имплозионным устройством. Гидравлический декальмататор может быть выполнен с золотниковым устройством, включающим цилиндр с отверстиями в виде статора и вращающийся золотник в виде ротора с тангенциальными прорезями.
Основным недостатком способа-прототипа и устройства-прототипа является то, что они не очищают каналы перфорации селективно. Все элементы устройства включены в колонну НКТ лишь для доставки, монтажа и подготовки к периодической работе в отличие от заявляемого устройства, которое непрерывно работает при непрерывном перемещении НКТ, вне зависимости от того, осуществляется ли прокачка рабочего агента. Соответственно, устройство-прототип очищает ПЗП поинтервально и периодически, а заявляемое - непрерывно и все интервалы одновременно. Компоновка устройства-прототипа не позволяет использовать рабочий агент многократно до его полной дезактивации; не позволяет работать на ГЖС из-за золотникового декальмататора, который работает только на несжимаемых средах; не позволяет обрабатывать одновременно несколько интервалов перфорации. Струйный насос малоэффективен.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в разработке способа и устройства для очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны без ограничения одновременно обрабатываемой толщины интервала перфорации. Обеспечивается многократное использование рабочего агента, при необходимости, до его полной дезактивации. Штуцирующий характер устройства обеспечивает при перемещении вниз-вверх возбуждение низкочастотных возмущений в обрабатываемом интервале (эффект вантуза), что обеспечивает воздействие на удаленные зоны ПЗП.
Поставленная задача решается тем, что способ очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны, включающий спуск перемещаемых на насосно-компрессорной трубе (НКТ) элементов устройства для очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны, выполненных в виде статора и ротора с каналами, прокачивание рабочего агента под давлением через устройство, отличается тем, что устройство снабжают корпусом в виде участка перфорированной обсадной колонны, причем статор выполняют в виде шайбы с отверстиями, расположенными под углом к плоскости крыльчатки ротора, оснащенной элементом, герметизирующим пространство между статором и корпусом устройства, на наружной поверхности НКТ жестко закрепляют штуцирующий элемент и статор, ротор располагают между статором и штуцирующим элементом и выполняют заодно с крыльчаткой, подъем-спуск элементов устройства, закрепленных на наружной поверхности НКТ, осуществляют подъемником с поверхности в пределах корпуса устройства.
Прокачивание рабочего агента под давлением через устройство осуществляют до момента заполнения им корпуса, после чего прокачивание останавливают, не прекращая подъем-спуск перемещаемых на НКТ элементов устройства подъемником с поверхности посредством НКТ в пределах корпуса устройства. Подъем-спуск перемещаемых на НКТ элементов устройства подъемником продолжают до дезактивации или выработки объема рабочего агента. После дезактивации или выработки объема рабочего агента дополнительно возобновляют прокачивание новой порции рабочего агента или закачивают другой рабочий агент. Наружную поверхность НКТ снабжают несколькими элементами нескольких устройств, которые спускают одновременно.
Поставленная задача решается также тем, что устройство для очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны, включающее жестко закрепленный на НКТ статор с отверстиями, ротор с каналами, отличается тем, что отверстия статора выполнены под углом к плоскости крыльчатки ротора, статор представляет собой шайбу, закрепленную на наружной поверхности НКТ, оснащенную элементом, герметизирующим пространство между статором и корпусом; устройство дополнительно оснащено штуцирующим элементом, жестко закрепленным на наружной поверхности НКТ; ротор расположен между статором и штуцирующим элементом и выполнен заодно с крыльчаткой, причем имеется возможность перемещения НКТ с закрепленными на ней элементами устройства вдоль участка перфорированной обсадной колонны, выполняющего функцию корпуса устройства.
Авторам известно техническое решение, касающееся системы электрообогрева для очистки скважины от парафиновых отложений /Патент №33376, C10G 31/06, 20.10.2003/ с закреплением элементов устройства на наружной поверхности НКТ, которое, однако, не обеспечивает механического динамического воздействия на скважину из-за отсутствия прокачки рабочего агента. Соответственно, оно не годится для очистки каналов перфорации и ПЗП от бурового раствора, от солеотложений и мехпримесей, привнесенных в каналы перфорации и ПЗП в процессе глушения скважины и проведения КРС/ПРС (капитального и подземного ремонтов скважин).
Авторам также известна возможность механической очистки скважины при спуско-подъемных операциях колонны насосно-компрессорных труб, на которых на наружной поверхности закрепляют скребки в виде ершей из проволоки и т.п. /Патент №2135758, Е21В 43/22, 27.08.1999/; однако очистить каналы перфорации таким способом невозможно.
Заявляемое устройство иллюстрируется фигурами 1-3, где: 1 - устройство; 2 - участок перфорированной обсадной колонны, выполняющий функцию корпуса устройства; 3 - НКТ; 4 - статор; 5 - отверстия в статоре; 6 - ротор с крыльчаткой; 7 - каналы крыльчатки; 8 - элемент, герметизирующий пространство между статором и корпусом; 9 - штуцирующий элемент, например металлическая шайба.
Упомянутый выше термин «перемещаемые на НКТ элементы устройства» включает, таким образом, следующие позиции на фигурах 2 и 3:
4 - статор с отверстиями 5 и герметизирующим элементом 8,
6 - ротор с крыльчаткой и каналами 7,
9 - штуцирующий элемент.
На фиг.1 представлена общая схема возможной скважинной компоновки заявляемых устройств для осуществления способа.
На фиг.2 представлена принципиальная схема устройства.
На фиг.3 представлен вид ротора устройства сверху.
Заявляемый способ реализуется следующей последовательностью операций, осуществляемых работой устройства.
1. Спуск перемещаемых на НКТ элементов устройства, закрепленных на наружной поверхности НКТ, с помощью подъемника в зону перфорированной части пласта, подлежащей обработке.
2. Прокачивание рабочего агента под давлением через устройство одновременно с операцией подъема-спуска перемещаемых на НКТ элементов устройства подъемником с поверхности посредством НКТ в пределах корпуса устройства.
3. Продолжение операции по п.2 - до прекращения выноса кальматанта из ПЗП.
С целью более эффективного целевого использования и экономии рабочего агента или, например, для снятия проблемы последующей утилизации рабочего агента могут быть дополнительно - после вышеописанных операций по п.п.1-2 осуществлены следующие.
2а. Прокачивание рабочего агента под давлением через устройство одновременно с операцией подъема-спуска перемещаемых на НКТ элементов устройства подъемником с поверхности посредством НКТ в пределах корпуса устройства до момента заполнения им корпуса, после чего прокачивание останавливают, не прекращая подъем-спуск перемещаемых на НКТ элементов устройства подъемником с поверхности посредством НКТ в пределах корпуса устройства.
2б. Подъем-спуск перемещаемого на НКТ элемента устройства подъемником продолжают до дезактивации или выработки объема рабочего агента.
2в. После дезактивации или выработки объема рабочего агента дополнительно возобновляют прокачивание новой порции рабочего агента или закачивают другой рабочий агент.
Операции 2а-2б-2в продолжают до прекращения выноса кальматанта из ПЗП.
За счет конструктивной особенности заявляемого устройства, связанной с установкой элементов, перемещаемых на НКТ, на наружной поверхности НКТ, возможна одновременная установка и, соответственно, одновременное применение нескольких устройств. Это позволяет реализовать заявляемый способ для ОПЗ пласта условно бесконечной толщины.
Обеспечивается селективная очистка каналов перфорации за счет перемещения устройства в интервале перфорации.
Устройство для очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны работает следующим образом.
Рабочий агент закачивают с поверхности в НКТ (фиг.1); по достижении свободного конца колонны НКТ рабочий агент поступает в межтрубное пространство, в котором на наружной поверхности НКТ закреплены перемещаемые на НКТ элементы устройства, включающие (фиг.2, 3):
4 - статор с отверстиями 5 и герметизирующим элементом 8,
6 - ротор с крыльчаткой и каналами 7,
9 - штуцирующий элемент.
Поскольку герметизирующий элемент 8 препятствует прохождению рабочего агента непосредственно вдоль корпуса 2 устройства, поток направляется в отверстия 5 статора 4. Так как отверстия 5 выполнены под углом к плоскости крыльчатки ротора 6, скоростной напор потока вызывает вращение крыльчатки ротора 6. Поток, истекающий из каналов 7 ротора 6, имеет тангенциальную и радиальную составляющие скорости. Радиальная составляющая при прохождении потока мимо канала перфорации в корпусе 2 устройства генерирует в нем флуктуации давления. Тангенциальная составляющая потока генерирует в канале перфорации корпуса 2 высокочастотные колебания.
Флуктуации давления в канале перфорации способствуют эффективному разрушению и размыву кальматанта, присутствующего в канале. Высокочастотные колебания эффективно разрушают отложения на поверхности канала и ПЗП.
Наличие штуцирующего элемента 9 обеспечивает при перемещении вниз-вверх перемещаемых на НКТ элементов устройства возбуждение низкочастотных возмущений в обрабатываемом интервале (эффект вантуза), что, в свою очередь, обеспечивает воздействие на кальматант в более удаленных зонах ПЗП.
Устройство может работать как на чистой жидкости или ГЖС, так и, в принципе, на газе. В качестве рабочих агентов могут использоваться:
- растворы кислот;
- растворы щелочей;
- растворы ПАВ;
- нефть;
- растворители;
- вода соленая и пресная;
- пенные системы
и другие, разрешенные к применению.
Перед спуском устройства скважину подготавливают путем промывки с шаблоном диаметром, равным диаметру устройства, до забоя.
Типоразмер устройства соответствует типоразмеру обсадной колонны скважины.
Скважинная компоновка определяется:
- возможностями подъемника (высота мачты - труба, «свеча»);
- толщиной перфорированного интервала;
- наличием нескольких интервалов перфорации, их взаимным расположением;
- привязкой к забою скважины.
Устройство, одно или более, монтируется выше скошенного конца НКТ через трубу или две трубы («свеча»).
Показатели мероприятия следующие.
При прокачке рабочего агента и одновременном подъеме НКТ:
- скорость подъема НКТ от 1 м/мин до 2 м/мин,
- частота флуктуации в перфорационном канале от 40 Гц до 80 Гц,
- перепад (потери) давления в устройстве от 0,5 атм. до 1,0 атм. (от 0,05 МПа до 0,1 МПа).
При спуске НКТ без прокачки рабочего агента и при спуске НКТ с прокачкой рабочего агента:
- скорость спуска НКТ от 0,5 м/с до 1 м/с,
- частота флуктуации в перфорационном канале: от 80 Гц до 200 Гц,
- перепад (потери) давления в устройстве: от 1,0 атм. до 2,0 атм. (от 0,1 МПа до 0,2 МПа).
При отсутствии прокачки рабочего агента при подъеме НКТ - перетекание рабочего агента из положения «над» в положение - «под» устройство, для повторного использования.
Пример
Обработка была проведена на добывающей скважине. Продуктивная толща сложена терригенными отложениями, имеющими в зоне ПЗП пористость 24%. Обсадная колонна перфорирована в интервале 1920…1948 м, всего 28 м.
Обсадная колонна скважины имеет условный диаметр 146 мм с толщиной стенки 8 мм.
Плотность кумулятивной перфорации 20 отверстий на 1 м, всего 560 отверстий.
Пластовое давление 15 МПа.
Искусственный забой отбит на глубине 1968 м, т.е. зумпф составляет 20 м.
В обработке использовались перемещаемые на НКТ элементы устройств с наружным диаметром 124 мм.
При осуществлении способа использовался подъемник А-50 с НКТ диаметром 73 мм и длиной в среднем 10 м.
На НКТ были спущены три перемещаемых на НКТ элемента устройства, установленных на расстоянии 10 м друг от друга; причем нижнее устройство было спущено на уровень нижних отверстий интервала перфорации, а низ НКТ находился на искусственном забое.
Процесс осуществлялся в три этапа.
3
1) При открытой межтрубной задвижке - постоянная прокачка через три устройства газожидкостной смеси плотностью 0,8…0,2 г/см с непрерывным перемещением перемещаемых на НКТ элементов устройства вверх-вниз.
Цель этапа: гидромеханическая декальматация перфорационных каналов и ПЗП.
Результат: на поверхности наблюдался интенсивный вынос АСПО и глинистого раствора, что подтверждает, что штуцирующий характер устройства действительно обеспечивает при перемещении вниз-вверх возбуждение низкочастотных возмущений в обрабатываемом интервале (эффект вантуза), т.е. воздействие на удаленные зоны ПЗП.
2) Заполнение корпусов устройств (межтрубного объема на уровне интервала перфорации) глинокислотной композицией (ГКК) при открытой межтрубной задвижке с последующей продавкой ГКК в ПЗП при постоянном перемещении элементов устройства вверх-вниз при закрытой межтрубной задвижке (т.е. при остановке прокачивания, но при избыточном давлении в скважине) - выработка объема рабочего агента.
Цель этапа: физико-химическая декальматация пористой среды ПЗП.
Результат: избыточное давление в скважине снизилось до атмосферного, что свидетельствует о выработке объема рабочего агента в корпусах устройств.
3) Повторение операций по этапу 1.
Цель этапа: извлечение продуктов физико-химического воздействия из пористой среды ПЗП.
Результат: на поверхности наблюдался интенсивный вынос продуктов реакции ГКК с частицами скелета породы и продуктов реакции ГКК с глиной и другими кальматирующими материалами; т.е. геолого-техническое мероприятие предлагаемым способом завершено.
Параметры работы скважины.
3
До обработки: дебит нефти - 16 т/сут, дебит жидкости - 25 м/сут.
3
После обработки: дебит нефти - 60 т/сут, дебит жидкости - 72 м/сут.