СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА
METHOD OF GRAVEL FILTER CONSTRUCTION

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в процессе заканчивания и проведения капитального ремонта скважин при установке гравийных фильтров.
Известен способ сооружения гравийного фильтра, включающий спуск фильтровой компоновки на колонне бурильных или колонне насосно-компрессорных труб и расположение ее в пласте-коллекторе, разобщение затрубного пространства между колонной бурильных или колонной насосно-компрессорных труб и обсадной колонной в призабойной зоне скважины, открытие каналов для организации перекрестного потока промывочной жидкости, образовавшихся в результате разобщения затрубного пространства, приготовление на устье скважины гравийно-жидкостной смеси, закачивание этой смеси в скважину по колонне бурильных или колонне насосно-компрессорных труб методом прямой циркуляции и последующей подачи ее через созданные каналы в затрубное пространство ниже установленного разобщения, а также последующего выпуска жидкости из внутренней полости фильтровой компоновки в затрубное пространство через созданные каналы выше разобщения, удаление излишков гравия, образовавшихся в процессе намыва во внутренней полости колонны бурильных или колонны насосно-компрессорных труб методом обратной циркуляции, извлечение колонны бурильных или колонны насосно-компрессорных труб и закрытие созданных каналов, спуск колонны насосно-компрессорных труб с эксплуатационным оборудованием (Комплекс оборудования УГФ-168 для создания гравийного фильтра в скважинах ПХГ. Инструкция по применению. М.: ВНИИГАЗ, стр.20-24, 1988 г.).
Недостатками известного способа являются его низкие функциональные возможности из-за того, что не осуществляется промывка призабойной зоны как в процессе спуска фильтровой компоновки, так и после его завершения. Кроме того, известный способ требует проведения большого количества спуско-подъемных операций, увеличивающих время и стоимость работ.
Технический результат, который обеспечивает предлагаемое изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей, повышении качества и однородности гравийного массива в гравийном фильтре, а также снижении временных и материальных затрат при создании гравийного фильтра.
Данный технический результат достигается благодаря тому, что в способе сооружения гравийного фильтра, включающем спуск фильтровой компоновки на колонне бурильных или колонне насосно-компрессорных труб и расположение ее в пласте-коллекторе, разобщение затрубного пространства между колонной бурильных или колонной насосно-компрессорных труб и обсадной колонной в призабойной зоне скважины, открытие каналов для организации перекрестного потока промывочной жидкости, образовавшихся в результате разобщения затрубного пространства, приготовление на устье скважины гравийно-жидкостной смеси, закачивание этой смеси в скважину по колонне бурильных или колонне насосно-компрессорных труб методом прямой циркуляции и последующей подачи ее через созданные каналы в затрубное пространство ниже установленного разобщения, а также последующего выпуска жидкости из внутренней полости фильтровой компоновки в затрубное пространство через созданные каналы выше разобщения, удаление излишков гравия, образовавшихся в процессе намыва во внутренней полости колонны бурильных или колонны насосно-компрессорных труб методом обратной циркуляции, извлечение колонны бурильных или колонны насосно-компрессорных труб и закрытие созданных каналов, спуск колонны насосно-компрессорных труб с эксплуатационным оборудованием, одновременно со спуском фильтровой компоновки через нее проводят промывку утяжеленной жидкостью призабойной зоны в пласте-коллекторе и удаление из последней осыпавшейся породы методом прямой циркуляции, после спуска фильтровой компоновки перед разобщением затрубного пространства между колонной бурильных или насосно-компрессорных труб и обсадной колонной методом прямой циркуляции производят вытеснение находящейся в скважине утяжеленной жидкости жидкостью, обладающей меньшими значениями плотности и вязкости по сравнению с утяжеленной жидкостью, находившейся в скважине, а после удаления излишков гравия проводят глушение скважины утяжеленной жидкостью для создания гидростатического противодавления на пласт-коллектор.
Сущность изобретения поясняется фигурами:
- на фиг.1 изображена фильтровая компоновка в исходном положении после вытеснения утяжеленной жидкости;
- на фиг.2 изображена фильтровая компоновка после разобщения затрубного пространства;
- на фиг.3 изображена фильтровая компоновка после намыва гравия;
- на фиг.4 изображена фильтровая компоновка после удаления излишков гравия;
- на фиг.5 изображена фильтровая компоновка после завершения всех технологических операций в положении при эксплуатации скважины с гравийным фильтром.
Фильтровая компоновка включает следующие элементы (фиг.1): нагнетательный клапан 1, клапан 2 перекрестного потока, пакер 3, намывную трубку 4, разъединитель 5 колонны, срезное устройство 6, щелевой контрольный фильтр 7, щелевые рабочие фильтры 8, промывочные трубки 9, надфильтровые трубы 10, кольцевой клапан 11, обратный клапан 12 и башмак 13.
Нагнетательный клапан 1 предназначен для сообщения трубного и затрубного пространства выше пакера 3 при организации перекрестного потока жидкости, а также для опрессовки пакера.
В корпусе нагнетательного клапана 1 размещены шесть циркуляционных окон 14, перекрытых подвижной втулкой 15, зафиксированной срезными винтами 16. Благодаря разнице площадей верхнего и нижнего сечений втулки результирующее усилие на ней при создании внешнего избыточного давления направлено вниз, что приводит к срезу винтов 16, перемещению втулки в крайнее нижнее положение и открытию циркуляционных окон 14. Внутри корпуса нагнетательного клапана расположена пробка 17, предназначенная для подвески намывной трубки 4, а также для герметизации и разобщения внутренней полости трубки намывной от внешнего кольцевого пространства. Пробка 17 обладает возможностью вращения, а также осевого перемещения внутри корпуса нагнетательного клапана 1.
Клапан 2 перекрестного потока предназначен для сообщения трубного и затрубного пространства ниже пакера 3 при организации перекрестного потока жидкости. Клапан 2 перекрестного потока - двухпозиционный золотникового типа. Конструкция клапана перекрестного потока состоит из корпуса 18, в котором размещены намывные окна 19, предназначенные для выхода гравийно-жидкостной смеси в затрубное пространство, и каналов 20, позволяющая организовать перекрестный поток рабочей жидкости. Намывные окна 19 и каналы 20 перекрыты подвижным золотником 21, позволяющим на разных этапах технологического процесса производить их открытие или закрытие. Перемещение золотника осуществляется посредством намывной трубки 4. Открытие и закрытие намывных окон 19 и каналов 20, то есть перемещение золотника, может производиться многократно.
Пакер 3 в процессе намыва гравия выполняет роль технологического пакера, а в дальнейшем при эксплуатации скважины - все функции эксплуатационного. В процессе намыва гравия для формирования гравийного массива пакер предназначен для герметичного разобщения затрубного пространства в скважине (кольцевого пространства между обсадной колонной и колонной рабочих труб) и интервала установки гравийного фильтра с целью обеспечения возможности создания перекрестного потока рабочей жидкости. В качестве эксплуатационного пакер предназначен для герметичного разобщения затрубного пространства в скважине от пласта-коллектора и внутренней полости лифтовой колонны с целью защиты эксплуатационной колонны от воздействия добываемой среды.
Намывная трубка 4 предназначена для создания вместе с нагнетательным клапаном 1, клапаном 2 перекрестного потока и пакером 3 двух раздельных каналов 29 и 30 с целью организации перекрестного потока рабочей жидкости. В нижней части намывной трубки 4 расположены окна 22 и 23. Окна 23 перекрыты подвижной втулкой 24.
Разъединитель колонны 5 предназначен для разъединения колонны рабочих труб по завершении процесса намыва гравия с целью извлечения из скважины нагнетательного клапана 1 с намывной трубкой 4 и промывочными трубками 9, а также последующего ее соединения при установке эксплуатационного оборудования. Разъединитель колонны состоит из муфты 25 и штока 26. Разъединение и соединение колонны насосно-компрессорных или бурильных труб может производиться многократно.
Срезное устройство 6 предназначено для отсоединения пакера 3 от фильтровой компоновки с целью его извлечения при проведении капитального ремонта скважины. Разъединение осуществляется при передаче на срезное устройство растягивающей нагрузки.
Щелевой контрольный фильтр 7 предназначен для определения высоты намыва гравия в кольцевом пространстве между обсадной колонной и фильтровой компоновкой в процессе сооружения гравийного массива.
Щелевые рабочие фильтры 8 предназначены для предотвращения выноса пластового песка в процессе эксплуатации скважины, являются внутренним экраном для создаваемого гравийного массива. Размер щелей фильтров выбирают в строгом соответствии с гранулометрическим составом пластового песка и фракцией используемого гравия.
Промывочные трубки 9 предназначены для обеспечения возможности промывки всей призабойной зоны через кольцевой клапан 11, обратный клапан 12 и башмак 13, а также для удаления мелких частиц гравия, прошедших в процессе намыва гравия сквозь щели рабочих фильтров. Общая длина промывочных трубок определяется из условия обязательного прохождения их нижнего конца через кольцевой клапан 11.
Надфильтровые трубы 10 предназначены для создания запаса гравия (гравийного затвора), необходимого для компенсации недостающего объема гравия, образующегося в результате уплотнения гравийного массива при эксплуатации скважины, а также при возможном уходе части гравия в пласт.
Кольцевой клапан 11 предназначен для создания уплотнения между промывочными трубками 9 и внутренней полостью щелевых рабочих фильтров 8, а также обеспечения движения промывочной жидкости по кольцевому пространству между ними лишь в одном направлении, что необходимо для предотвращения циркуляции жидкости через щели рабочих фильтров 8 во время промывки призабойной зоны скважины методом прямой циркуляции через промывочные трубки 9, обратный клапан 12 и башмак 13.
Обратный клапан 12 предназначен для промывки призабойной зоны скважины перед созданием гравийного массива, а также недопущения проникновения гравия и отбираемого продукта во внутреннюю полость фильтровой компоновки.
Башмак 13 предназначен для опоры фильтровой компоновки на забой, а также обеспечения его качественной промывки.
Спуск фильтровой компоновки в скважину осуществляют на колонне бурильных или колонне насосно-компрессорных труб 27.
В процессе сооружения гравийного фильтра при проведении операции разобщения затрубного пространства с устья скважины в колонну бурильных или насосно-компрессорных труб 27 сбрасывают малый шар 28, а затем при подготовке к операции намыва гравия - большой шар 31.
Способ сооружения гравийного фильтра осуществляют следующим образом.
Спускают фильтровую компоновку в скважину на колонне бурильных или насосно-компрессорных труб 27 до проектной глубины с промывкой и располагают ее в пласте-коллекторе. Промывка призабойной зоны в процессе спуска фильтровой компоновки, а также замена утяжеленной жидкости легкой производится по одной технологической схеме, показанной на фиг.1, методом прямой циркуляции через промывочные трубки 9, кольцевой клапан 11, обратный клапан 12 и башмак 13. Благодаря наличию сквозного проходного сечения в намывной трубке 4, а также промывочных трубок 9, кольцевого клапана 11 и обратного клапана 12 обеспечивается вытеснение утяжеленной жидкости из всей призабойной зоны и ее качественная промывка. Гравийно-жидкостную смесь готовят на устье скважины и закачивают насосным агрегатом в колонну бурильных или колонну насосно-компрессорных труб 27, затем она проходит по каналу 30 намывной трубки 4, промывочным трубкам 9 и через обратный клапан 12 и башмак 13 выходит в затрубное пространство и далее на поверхность. Разобщение затрубного пространства проиллюстрировано на фиг.2. Для запакерования пакера 3 в колонну бурильных или насосно-компрессорных труб 27 сбрасывают малый шар 28, который садится на посадочное седло в намывной трубке 4 и перекрывает ее проходное сечение, что позволяет повысить давление в колонне бурильных или колонне насосно-компрессорных труб 27. Так как в данный момент циркуляционные окна 14 в нагнетательном клапане 1 перекрыты подвижной втулкой 15, а окна 23 в намывной трубке 4 перекрыты подвижной втулкой 24, расположенной внутри намывной трубки 4, то при перемещении намывной трубки 4 в нижнее положение под действием давления и совмещении намывных окон 19 в клапане 2 перекрестного потока и окон 23 падения давления в колонне бурильных или насосно-компрессорных труб при запакеровании пакера не происходит; давление жидкости передается через окна 22 намывной трубки 4 и канал 20 клапана 2 перекрестного потока в канал 29, образованный внутренней стенкой пакера 3 и намывной трубкой 4. При этом происходит запакерование пакера 3. Опрессовку пакера 3 производят давлением, создаваемым в затрубном пространстве. Так как циркуляционные окна 14 в корпусе нагнетательного клапана 1 перекрыты подвижной втулкой 15, то в случае качественной пакеровки давление в затрубном пространстве падать не должно. Повышение давления сверх расчетной величины приводит к перемещению подвижной втулки 15 и открытию циркуляционных окон 14 в нагнетательном клапане 1. Процесс намыва гравия (см. фиг.3) осуществляют следующим образом. В колонну бурильных или колонну насосно-компрессорных труб 27 сбрасывают большой шар 31. После посадки большого шара 31 на подвижную втулку 24 и повышения давления в колонне бурильных или насосно-компрессорных труб 27 до расчетной величины происходит перемещение подвижной втулки 24 и открытие окон 23 в намывной трубке 4 и намывных окон 19 в корпусе клапана перекрестного потока 2. Сигналом об открытии всех окон служит падение давления в колонне бурильных или насосно-компрессорных труб 27 и восстановление циркуляции.
3
Для формирования гравийного массива гравийно-жидкостную смесь закачивают в колонну бурильных или насосно-компрессорных труб 27. Дойдя до большого шара 31, перекрывающего проходное сечение намывной трубки 4, гравийно-жидкостная смесь выходит в затрубное пространство ниже пакера 3 через окна 23 намывной трубки 4 и намывные окна 19 клапана 2 перекрестного потока. У щелевых рабочих фильтров 8 гравийно-жидкостная смесь разделяется: жидкость-гравиеноситель, пройдя сквозь щели щелевых рабочих фильтров, являющихся экраном для гравия, по кольцевому пространству, образованному внутренней полостью щелевых рабочих фильтров и промывочными трубками 9, проходит через кольцевой клапан 11 и по промывочным трубкам 9 поднимается до малого шара 28 и, приподнимая его, по каналу 20 клапана 2 перекрестного потока через канал 29, образованный внутренней стенкой пакера 3 и намывной трубкой 4, промывочные окна 14 нагнетательного клапана 1 выходит в затрубное пространство выше пакера 3 и далее на поверхность, а гравий остается за щелевыми рабочими фильтрами 8 и заполняет кольцевое пространство между ними и стенкой скважины. Подачу гравийно-жидкостной смеси ведут порциями по 1-2 м с последующей ее продавкой продавочной жидкостью до полного выхода гравийно-жидкостной смеси из колонны бурильных или насосно-компрессорных труб 27 и клапана 2 перекрестного потока. Закачивание и продавливание отдельных порций гравийно-жидкостной смеси ведут до полного заполнения кольцевого пространства между щелевыми рабочими фильтрами 8, надфильтровыми трубами 10 и стенкой скважины. Кроме того, при необходимости намыв гравия проводят в одну порцию, объем которой достаточен для заполнения гравием всего кольцевого пространства между щелевыми рабочими фильтрами 8, надфильтровыми трубами 10 и стенкой скважины. О полном заполнении гравием кольцевого пространства и окончании процесса намыва свидетельствует резкое повышение давления закачки, происходящее после полного заполнения гравием кольцевого пространства между стенкой скважины и контрольным фильтром 7. Удаление излишков гравия из намывной трубки 4, образующихся в конце намыва гравия, проиллюстрировано на фиг.4. Промывочную жидкость подают насосным агрегатом в затрубное пространство. Через циркуляционные окна 14 нагнетательного клапана 1, канал 29, канал 20 клапана перекрестного потока 2, поднимая большой шар 31 и вынося его из намывной трубки 4, по каналу 30 и колонне бурильных или насосно-компрессорных труб 27 выходит на поверхность, вынося частицы гравия. После удаления излишков гравия проводят глушение скважины утяжеленной жидкостью для создания гидростатического противодавления на пласт-коллектор. Извлечение нагнетательного клапана 1, намывной трубки 4 и промывочных трубок 9 (фиг.4) производят в заглушенной скважине путем отворота штока 26 разъединителя 5 колонны и подъема колонны бурильных или насосно-компрессорных труб 27 с клапаном нагнетательным 1, намывной трубкой 4 и промывочными трубками 9. При этом (фиг.5) в клапане 2 перекрестного потока происходит закрытие каналов 20 и намывных окон 19 золотником 21.
После сооружения гравийного фильтра спуск и установку компоновки эксплуатационного оборудования, включающей шток разъединителя колонны и эксплуатационный циркуляционный клапан, осуществляют на насосно-компрессорных трубах.