СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ ПРОБКИ
INSULATING PLUG FORMATION METHOD

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам изоляции прискважинных зон и трещин, и может быть использовано для закупорки трещин в прискважинной зоне при отводе гидроразрывной жидкости, а также различного рода трещин и ответвлений в кейсинге.
Гидравлический разрыв является основным инструментом для повышения производительности скважины путем создания или расширения каналов от ствола скважины в продуктивный пласт. Эта операция по существу выполняется путем введения жидкости гидроразрыва в ствол скважины, пересекающей подземное месторождение, и воздействия разрывающей жидкости на толщу пластов давлением. Для обеспечения увеличения добычи нефти и газа необходимо решить проблему отвода жидкости гидроразрыва и закупорки прискважинных зон и трещин. Для решения этой задачи существуют несколько методов, обычно основанных на добавлении твердых включений в растворы гидроразрывных жидкостей. Формирование изолирующей пробки начинается с образования начальной пробки (так называемого «бриджинга», от англ. bridge - мост), которая является ничем иным, как стабильно захваченным на поверхности трещины скоплением твердых включений из раствора. В то же время, жидкость продолжает течение сквозь неподвижный агломерат твердых включений. Таким образом происходит фильтрация раствора с твердыми включениями (суспензии), что приводит к постепенному увеличению плотности остановленных твердых частиц, к уменьшению проницаемости полученной структуры и к окончательной остановке течения. Так, в патенте US 7036588 описано использование керамических частиц и крахмальных образований для контроля потери жидкости, в патенте US 7318481 описаны запоминающие форму пены, используемые в качестве агента для оттока; обратимая закупорка трещины или скважины посредством разрушающегося материала описана в заявке WO 2007066254. В патенте US 7331391 описано применение водорастворимых волокон (файберов) для контроля потерь бурового раствора.
В патенте RU 2330931 описано устройство, выполняющее функцию временной пробки, состоящее из слоя волокон, элемента для сбора волокон, сетки или перфорированного материала (из ткани) и средства для расширения корпуса в скважине (пружиноподобный или зонтиковый механизм). Использование этого устройства позволяет упростить размещение пакера в скважине. Пакер, размещенный в стволе скважины, накапливает в себе волокна из вышележащей области, содержащей волокна, образуя тем самым непроницаемую пробку в стволе скважины. Данный метод имеет ряд ограничений в использовании: относительная сложность конструкции, пробка образуется в стволе скважины, что затрудняет или делает невозможным доступ к участкам скважины, находящимся за пакером (доступ к концу скважины).
Для успешного образования пробки из волокон требуется их высокая концентрация. Такой подход сталкивается с рядом трудностей: экономические затраты, связанные с производством/закупкой большего количества волокон и их транспортировкой, а также затраты, связанные с увеличениями мощностей оборудования для закачки. В то же время работа с высокой концентрацией волокон может вывести из строя оборудование (насосы, миксеры и т.д.).
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении эффективной изоляции трещин в прискважинной зоне с одновременным снижением концентрации волокон и предотвращением засорения насосов и иного оборудования.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ формирования изолирующей пробки посредством размещения в месте формирования пробки средства, препятствующего прохождению жидкости, включающий размещение выше по течению относительно места формирования пробки ловушки, препятствующей прохождению волокон и способствующей образованию агрегатов волокон, закачку в скважину жидкости с диспергированными в ней волокнами, периодическое открытие ловушки, высвобождающее агрегаты волокон и обеспечивающее их свободное течение к месту формирования пробки.
Ловушка, препятствующая прохождению волокон, может быть выполнена в виде сетки, перекрывающей течение жидкости и выполненной с возможностью удаления в процессе закачки жидкости.
Ловушка, препятствующая прохождению волокон, может представлять собой пластину, выполненную с возможностью вращения и расположенную поперек течения жидкости, часть круговых секторов которой снабжена отверстиями, пропускающими жидкость, но задерживающими волокна, а остальные сектора открыты.
Ловушка, препятствующая прохождению волокон, может быть также выполнена в виде элемента, размещенного поперек течения жидкости и препятствующего ее течению.
Ловушка может быть расположена в любом месте скважины от устья до места, находящегося в непосредственной близости от области образования пробки. Так, ловушка может быть установлена перед началом всего перфорированного интервала вертикальной или горизонтальной скважины. Такой вариант расположения интересен с точки зрения чередования закачки расклинивающей жидкости и открытия трещины с последующей ее изоляцией, повторенной несколько раз, что дает возможность раскрыть несколько трещин и их изолировать без риска образования пробок (потому что до средства с ловушкой концентрация файберов относительно низка) и без прерывания процесса для смены оборудования. Другой варант размещения ловушки -непосредственно перед трещиной или перфорированным участком, подготовленным для инициации трещины, ее раскрытия и последующей изоляции.
Доставка и установка ловушки в скважину возможны стандартными методами, использующимися для доставки и установки скважинного оборудования (перфораторов, пакеров и т.д.), например гибкой насосно-компрессорной трубой (ГНКТ), системой доставки каротажного оборудования, каротажным кабелем и другими способами.
Управление работой ловушки может осуществляться, например, по каротажному кабелю, по волоконной оптике, изменением скорости течения жидкости, изменением гидростатического давления или изменением вязкости жидкости. Подобные решения известны и применяются в других областях. При этом возможны следующие варианты:
1. Каждый акт срабатывания ловушки - образования агломератов волокон - контролируется с поверхности по кабелю или оптоволокну методом передачи сигнала приводу ловушки поднять или опустить сетку (повернуть пластину на определенный угол или с заданной скоростью на 360° или разместить или убрать элемент, задерживающий волокна).
2. С поверхности по кабелю или оптоволокну либо остальными из пяти перечисленных выше методов производится только включение ловушки (например, при увеличении гидростатического давления). Ловушка, в свою очередь, с заранее заданной при ее производстве или настройке частотой производит ряд поднятий - опусканий сетки (поворотов пластины, установки - удаления элемента, задерживающего волокна) до тех пор, пока не поступит сигнал выключения ловушки (например, уменьшение гидростатического давления).
Подобные технические решения хорошо известны (клапаны и переключатели, срабатывающие при изменении давления, скорости течения и вязкости жидкости) и используются в различных областях.
Питание устройства с ловушкой может производиться как с поверхности через кабель, так и от автономного источника питания, заряженного до погружения, либо от источника питания, получающего заряд из окружающей среды (температура, поток жидкости, давление, химикаты и т.д.).
После завершения своей функции по изоляции устройство может быть или удалено методами, используемыми для других устройств для обслуживания скважин (перфораторы и т.д.), или оставлено на месте, или уничтожено немедленно или со временем бурением, в результате саморазрушения, либо любым другим доступным способом.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема реализации способа формирования изолирующей пробки согласно настоящему изобретению, на фиг.2 - возможные варианты выполнения ловушки, препятствующей прохождению волокон.
Способ формирования изолирующей пробки осуществляется следующим образом. Рассмотрим течение раствора, содержащего волокна (суспензию файберов), например, гидроразрывной жидкости (фиг.1). Направление течения показано стрелкой 3. В начальный момент волокна 1 распределены равномерно по раствору. Для того чтобы получить бриджинг в трещине, концентрация волокон должна быть достаточно велика и ее величина определяется из параметров течения и размера трещины (обычно 100 ppt - (фунтов на тысячу тонн) - рекомендуемая концентрация волокон для закупорки трещины в глинистой породе). При закрытии ловушки 2, которая является проницаемой для жидкости и не проницаемой для волокон, начинается процес фильтрации волокон на ловушке, при этом чистая (без волокон) жидкость будет протекать дальше. Таким образом произойдет локальное увеличение концентрации волокон 1. Вблизи ловушки 2 волокна будут организовываться в более плотную трехмерную сетку.
Далее, если открыть ловушку 2 и позволить образовавшейся сетке течь, то она продолжит свое движение в качестве отдельного агрегата 4, в котором локальная концентрация будет значительно превосходить изначальную концентрацию в суспензии. Размер и плотность сгенерированных агрегатов 4 будут при этом определяться временем, на которое была закрыта ловушка, и скоростью течения суспензии. То есть время нахождения ловушки в закрытом состоянии должно продбираться из условий поставленной задачи (скоростей течения, начальной концентрации волокон и их размеров, размеров трещин, которые необходимо закупорить). Периодическое повторение подобных процессов позволяет получить последовательность агрегатов волокон, движущихся вместе с жидкостью и позволяющих увеличить вероятность бриджинга.
Оптимальная форма ловушки - это простая пластинка с дыркой или сетка, проницаемая для жидкости и не проницаемая для волокон. Несколько возможных реализаций подобного устройства показаны на фиг.2. Вариант А - откидывающаяся сетка 2 на конце трубы 1, выполненная с возможностью периодического открытия и закрытия для формирования агрегатов волокон в процессе закачки. Вариант В - вращающаяся ловушка 3, в которой несколько секций (две на чертеже) открыты, а несколько представляют из себя плоскости с отверстиями. Вращение ловушки приводит к выпуску произведенных агрегатов в суспензию. Вариант С - ловушка представляет из себя элемент 4, который периодически вводят и выводят из трубы. Волокна начинают аккумулировать на элементе 4, что приводит к образованию агрегатов. После образования агрегата нужного размера элемент извлекают из трубы, позволяя агрегату продолжить течение.
Вариант С был выбран в качестве пробного эксперимента для проверки способа в лабораторных условиях. Элемент, размещаемый поперек течения жидкости и препятствующий ее течению, был изготовлен в форме вилки и вставлялся/вынимался через отверстия в трубе, по которой текла суспензия волокон. Суспензии различных концентраций качались с различными скоростями через генератор агрегатов. Суспензия была приготовлена из водного геля гуара и волокон из полимолочной кислоты (Poly-Lactic Acid). Концентрация гуара варьировалась от 10 до 60 ррt (фунтов на тысячу тонн), а концентрация волокон от 30 до 120 ррt (фунтов на тысячу тонн). Скорость закачки варьировалась в пределах от 50 мл/мин до 250 мл/мин. Было прокачено 3.5 литра суспензии. В результате генерации агрегатов вероятность образования пробки резко возрастала.
Таким образом, предлагаемый способ формирования изолирующей пробки обеспечивает возможность локального увеличения концентрации волокон в суспензии путем механической генерации агрегатов волокон - «флоков». Периодический процесс временной остановки диспергированных в жидкости волокон, сопровождающейся фильтрацией несущей жидкости через сетку волокон, обеспечивает получение агрегатов с заданным размером и концентрацией волокон (файберов). В зависимости от начальной концентрации файберов и скорости течения суспензии механическая генерация флоков будет играть определяющую роль в процессе образования пробки. В случае низкой концентрации волокон и/или большой скорости течения суспензии отдельные волокна или маленькие агрегаты не смогут образовать пробку в трещине, и искусственная генерация агрегатов с заданными размерами и концентрацией волокон в них становится особенно важной.
Использование представленной технологии позволяет получать пробку при низкой начальной концентрации волокон (концентрация на поверхности, при рассмотрении образования пробки в трещине) из-за наличия механически сгенерированных агрегатов. Подобная генерация может выполняться на любом этапе (в любом месте) течения суспензии, а использование разлагаемых или неразлагаемых волокон позволяет получать либо постоянную, либо временную пробку. Ловушка (генератор агрегатов) может быть вмонтирована в кейсинг в любом месте скважины от поверхности (устье скважины) до места, находящегося в непосредственной близости от области образования пробки; ловушка тажке может быть установлена на поверхности в подводных трубах после насосов и миксеров.