СПОСОБ РАЗОБЩЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАБОТКОЙ ЗАПАСОВ, ДРЕНИРУЕМЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНОЙ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR SEPARATION AND CONTROL OF DEVELOPMENT OF DEPOSITS DRAINS WITH HORIZONTAL WELL, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к разработке и эксплуатации нефтяных пластов с зонами различной проницаемости, в том числе с помощью боковых и боковых горизонтальных стволов из эксплуатационных колонн.
Известна «Скважинная установка для одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов» (патент РФ на полезную модель №59139, МПК Е21В 43/14, опубл. в Бюл. №34 от 10.12.2006 г.), состоящая из колонны труб, образующих ступени с одним или несколькими пакерами, одним или несколькими регулируемыми штуцирующими устройствами, причем в каждой ступени установки установлены регулируемые штуцирующие устройства с автоматическим дистанционным управлением и контрольно-измерительные приборы с автоматическим дистанционным управлением, при этом каждая ступень установки снабжена, по крайней мере, одним электропроводящим кабелем, верхний конец которого подсоединен к дистанционному блоку управления на дневной поверхности, а нижний отвод кабеля соединен с вышеупомянутыми устройством и прибором, причем пакеры снабжены соединительным разъемом и/или герметизирующим устройством под кабель.
Данным устройством осуществляется способ одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых скважин, включающий спуск в скважину колонны труб, оснащенной между пластами одним или несколькими пакерами для разобщения пластов, регулируемыми штуцирующими устройствами для управления дебитом флюида при добыче и контрольно-измерительными приборами с автоматическим дистанционным управлением с дневной поверхности через электропроводящий кабель, причем добычу осуществляют в зависимости от технологических параметров каждого из пластов, определяя их с помощью контрольно-измерительных приборов и изменяя пропускное сечение штуцирующих устройств.
Недостатками известного устройства и способа его применения являются:
- сложность применения в горизонтальном стволе скважины, так как установка регулируемых штуцирующих устройств и контрольно-измерительных приборов, а также электропроводящего кабеля затруднена малыми размерами ствола и часто сложностью его конфигурации;
- большие материальные и временные затраты на установку оборудования в скважине, так как регулируемые штуцирующие устройства и контрольно-измерительные приборы устанавливают напротив каждого из пластов как нефтенасыщенных, так и слабонефтенасыщенных.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является «Способ одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых скважин» (патент РФ №2313659, МПК Е21В 43/14, опубл. в Бюлл. №36 от 27.12.2007 г.), включающий спуск в скважину, по крайней мере, одной колонны труб с постоянным или переменным диаметром и открытым или заглушенным нижним концом, оснащенной между пластами или выше и между пластами, одним или несколькими пакерами для разобщения пластов и регулирующим устройством для управления дебитом флюида при добыче, при этом в скважине на уровне ее пласта оснащают колонну труб или регулирующее устройство измерительным преобразователем для передачи информации по замерам на поверхность скважины и определения технологических параметров флюида при добыче, для чего спускают в скважину снаружи или внутри колонны труб кабель или импульсную трубку и связывают с измерительным преобразователем или регулирующим устройством, или как с измерительным преобразователем, так и с регулирующим устройством, выполненными съемного типа, причем после монтажа устья скважины добывают флюид, направляя его через регулирующее устройство и измерительный преобразователь, получают на устье информацию по замеру от измерительного преобразователя и определяют технологические параметры флюида для пластов, а при их отличии от проектного значения изменяют пропускное сечение регулирующего устройства до достижения проектного значения технологических параметров для каждого из пластов. Причем в измерительный преобразователь устанавливают интерфейс для сохранения информации о замеренных технологических параметрах. Причем измерительный преобразователь устанавливают в виде датчика давления или перепада давления, температуры или перепада температуры, или расходомера, или объемного, или массового дебитомера. Причем регулирующее устройство выполняют в виде электрического или электромагнитного, или импульсного клапана с запорным элементом, степенью открытия которого управляют с поверхности скважины путем подачи сигнала или импульса через кабель или импульсную трубку.
Для реализации способа используют устройство, состоящее из колонны труб, оснащенных одним или несколькими пакерами, одним или несколькими регулирующими устройствами, причем колонну труб или регулирующее устройство оснащают измерительным преобразователем с интерфейсом, кабелем или импульсной трубкой.
Недостатками данного способа и устройства для его осуществления являются:
- сложность применения в горизонтальном стволе скважины, так как установка регулирующих устройств и измерительных преобразователей, а также кабелей (или импульсных трубок) затруднена малыми размерами ствола и сложностью его конфигурации, а в случае использования канатной техники вообще невозможна;
- большие материальные и временные затраты на установку оборудования в скважине, так как регулирующие устройства и измерительные преобразователи устанавливают напротив каждого из пластов как нефтенасыщенных, так и слабонефтенасыщенных.
Техническими задачами изобретения являются расширение технологических возможностей при работе устройства в скважинах с зонами различной проницаемости, в том числе с боковыми горизонтальными стволами за счет добычи продукции скважин с подключением слабопроницаемых и средне- или высокопроницаемых интервалов по двум каналам с регулируемым с поверхности режимом добычи из каждой категории зон разобщения между собой, а также снижение затрат на установку оборудования за счет размещения регулирующих устройств, измерительных датчиков и кабеля в вертикальном стволе скважины.
Техническая задача решается способом, включающим спуск в скважину колонны труб с кабелем, регулирующими устройствами, в виде электрических клапанов, измерительными датчиками давления и температуры и с одним или несколькими пакерами, разобщающими внутрискважинное пространство, причем информацию с датчиков подают на блок измерения, установленный на устье скважины, а сигналы на открывание и закрывание регулирующих устройств подают по кабелю с устьевого блока управления, при этом подъем продукции на поверхность осуществляют насосом по внутритрубному пространству.
Новым является то, что скважину строят с горизонтальным участком, проходящим по пласту с различными зонами проницаемости, а пакеры устанавливают в горизонтальном участке скважины, разделяя зоны пласта с различной проницаемостью, внутритрубное пространство разобщают заглушкой, выше которой размещают друг над другом верхнее и нижнее регулирующие устройства, размещенные в вертикальном стволе и оснащенные измерительными датчиками, при этом зоны с одинаковой или близкой проницаемостью сообщают между собой, группируя в два потока, сообщенные с внутрискважинным пространством и входом верхнего регулирующего устройства или внутритрубным пространством и входом нижнего регулирующего устройства, причем выходы регулирующих устройств сообщены с входом насоса, а величину открывания регулирующих устройств производят с частотным разделением по одному кабелю, по которому производят и снятие параметров с измерительных датчиков, по показаниям которых определяют величину открывания каждого из регулирующих устройств.
Техническая задача для реализации способа решается также устройством, включающим колонну труб с кабелем, регулирующими устройствами в виде электрических клапанов, измерительными датчиками давления и температуры и с одним или несколькими пакерами, перекрывающими внутрискважинное пространство, причем датчики связаны с блоком измерения на устье скважины, а регулирующие устройства связаны кабелем с блоком управления, при этом выше регулирующих устройств размещен насос для поднятия продукции на поверхность по внутритрубному пространству.
Новым является то, что скважину оборудуют горизонтальным участком, проходящим по пласту с различными зонами проницаемости, а пакеры размещены в горизонтальном участке скважины, разделяя зоны пласта с различной проницаемостью, внутритрубное пространство разобщено заглушкой, над которой установлены друг над другом верхнее и нижнее регулирующие устройства, размещенные в вертикальном стволе и оснащенные измерительными датчиками, причем вход нижнего регулирующего устройства сообщен с трубным пространством ниже заглушки, а выход - с трубным пространством выше заглушки, вход верхнего регулирующего устройства сообщен с внутрискважинным пространством, а выход - с внутритрубным пространством выше заглушки, с которым сообщен вход насоса, при этом внутрискважинные пространства, отсеченные паке-рами, с одинаковой или близкой проницаемостью собраны в две группы, каждая из которых сообщена с внутритрубным пространством или внутрискважинным пространством посредством одного или нескольких патрубков, причем датчики и регулирующие устройства соединены соответственно с блоком измерения и блоком управления одним кабелем, при этом каждое регулирующее устройство выполнено в виде размещенных в корпусе электродвигателя с редуктором, вращающий вал которых соединен посредством соединения «винт-гайка» с толкателем и клапаном, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия с седлом, ниже которого размещен стакан с входом в виде каналов, в котором размещена компенсационная камера с эластичными стенками, заполненная смазочной жидкостью и сообщенная с внутренним пространством толкателя и герметизированным пространством, расположенным выше толкателя.
На фиг.1 показано устройство - общий вид; на фиг.2 показано верхнее регулирующее устройство (продольный разрез); на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 (увеличено); на фиг.4 показано нижнее регулирующее устройство (продольный разрез).
Устройство для разобщения и управления выработкой запасов, дренируемых горизонтальной скважиной 1 (фиг.1), включает колонну труб 2 с кабелем 3, верхним 4 и нижним 5 регулирующими устройствами в виде электрических клапанов 6, смонтированными на регулирующих устройствах 4, 5 измерительными датчиками давления 7 и температуры Вис одним или несколькими пакерами 9, перекрывающими внутреннее пространство 10 скважины 1. Датчики 7, 8 связаны кабелем 3 с блоком измерения 11 на устье 12 скважины 1, а регулирующие устройства 4, 5 связаны тем же кабелем 3 с блоком управления 13 регулирующими устройствами 4, 5. Выше регулирующих устройств 4, 5 размещен насос 14 для поднятия продукции на поверхность по внутритрубному пространству 15.
Горизонтальный участок скважины 1 строят через пласт 16 с различными зонами проницаемости А и Б, разделяя по результатам геофизических исследований с помощью пакеров 9 пласт 16 на интервалы - слабопроницаемые А и средне - или высокопроницаемые Б. При этом внутритрубное пространство 15 разобщают заглушкой 17, над которой установлены друг над другом верхнее 4 и нижнее 5 регулирующие устройства, размещенные в вертикальном стволе 18 скважины 1 и оснащенные измерительными датчиками 7, 8.
Входные отверстия 19 (фиг.4) нижнего регулирующего устройства 5 сообщены с трубным пространством 20 ниже заглушки 17, а выходные каналы 21 - с трубным пространством 22 выше заглушки 17. Входные отверстия 23 (фиг.2) верхнего регулирующего устройства 4 сообщены с внутрискважинным пространством 10 (фиг.1), а выход 24 (фиг.2) - с внутритрубным пространством 15 (фиг.1) выше заглушки 17 (фиг.1, 4), с которым сообщен вход 25 (фиг.1) насоса 14. При этом интервалы А и Б, разделенные с помощью пакеров 9 в горизонтальном участке скважины 1, объединены благодаря патрубкам 26, 27, проходящим через пакеры 9, в два потока, каждый из которых сообщен с внутритрубным пространством 15 или внутрискважинным пространством 10. Например, интервалы А объединены между собой и внутрискважинным пространством 10 посредством патрубка 27, а интервалы Б объединены между собой и внутритрубным пространством 15 посредством патрубка 26.
При этом каждое регулирующее устройство 4 или 5 выполнено в виде размещенных в корпусе 28 (фиг.2, 4) электродвигателя 29 с редуктором 30, вращающий вал 31 которых соединен посредством соединения «винт-гайка» 32 с толкателем 33 и клапаном 6, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия с седлом 34. Ниже седла 34 размещен стакан 35 с входом в виде отверстий 23 (фиг.2) или 19 (фиг.4) в котором размещена компенсационная камера 36 (фиг.2, 4) с эластичными стенками в виде, например, резинового патрубка 37, заполненная смазочной жидкостью и сообщенная полой трубкой 38 с внутренним пространством 39 толкателя 33 и герметизированным, благодаря, например, уплотнительным кольцам 40, пространством 41, расположенным выше толкателя 33.
Способ осуществляют в следующей последовательности.
Бурят в пласте 16 (фиг.1) горизонтальную скважину 1. После проведения геофизических исследований и определения количества и длин интервалов нефтедобычи (слабопроницаемых - А и средне - или высокопроницаемых - Б) в горизонтальный участок скважины 1 на колонне труб 2 спускают и устанавливают, изолируя между собой интервалы А и Б внутрискважинного пространства 10, пакеры 9 с патрубками 26, 27, объединяющими между собой одинаковые по нефтепроницаемости интервалы, а в вертикальном стволе 18 скважины 1 размещают друг над другом регулирующие устройства - нижнее 5 и верхнее 4, в виде электрических клапанов 6 с измерительными датчиками давления 7 и температуры 8 и электрический кабель 3. При этом клапаны 6 регулирующих устройств 4, 5 приоткрыты для лучшей заполняемости внутритрубного пространства 15 продукцией скважины 1.
По информации, переданной с датчиков 7, 8 на блок измерения 11, установленный на устье 12 скважины 1, определяют давление каждого из потоков нефтедобычи и соответствующую температуру. В зависимости от полученных данных с устьевого блока управления 13 подают на соответствующей частоте по кабелю 3 сигналы на прикрытие (или приоткрытие) соответствующего регулирующего устройства 4 или 5. Подъем продукции скважины 1 на устье 12 осуществляют насосом 14 по внутритрубному пространству 15.
Мониторинг данных, полученных с датчиков 7, 8 осуществляют постоянно. При необходимости изменяют пропускное сечение клапанов 6 регулирующих устройств 4, 5. Например, для увеличения нефтеотдачи с интервалов А скважины 1 необходимо приоткрыть клапан 6 верхнего регулирующего устройства 4. Для этого с блока управления 13 на устье 12 скважины 1 подают сигнал по кабелю 3 на регулирующее устройство 4. При этом электродвигатель 29 (фиг.2), расположенный в корпусе 28 устройства 4, через редуктор 30 начинает вращать в нужную сторону вал 31, который в свою очередь благодаря соединению «винт-гайка» 32 перемещает толкатель 33 по шлицевому соединению 42 от клапана 6. Под действием скважинного давления клапан 6 (фиг.2, 3) отходит вдоль направляющей 43 от седла 34 (фиг.2), увеличивая его пропускное сечение. Продукция скважин из интервалов А проходит частично через патрубок 27 (фиг.1), частично забирается перед ним и, перемещаясь по внутрискважинному пространству 10, попадает через входные отверстия 23 (фиг.2) в стакан 35, далее через седло 34 клапана 6 и выходные каналы 21 (фиг.2, 3) направляющей 43 и выход 24 поднимается по внутритрубному пространству 15 (фиг.1) на вход 25 насоса 14.
Для исключения нагрузки на соединение «винт-гайка» 32 (фиг.2, 4) от внутрискважинного давления со стороны клапана 6 и толкателя 33 в стакане 35 размещают компенсационную камеру 36, резиновый патрубок 37 которой сжимается под действием внутрискважинного давления, передавая давление через смазочную жидкость внутри патрубка 37 по трубке 38 и каналу 44 во внутреннее пространство 41 над толкателем 33. Так как площадь поперечного сечения верхней части 45 толкателя 33 равна или ненамного меньше площади поперечного сечения нижней части 46 толкателя 33 (или седла 34 клапана 6 в случае если клапан 6 полностью закрыт), то давления ниже толкателя 33 и выше него уравновешиваются (или почти уравновешиваются), снимая нагрузку на соединение 32 от внутрискважинного давления и увеличивая тем самым срок службы соединения 32, а также вращающего вала 31, электродвигателя 29 и редуктора 30. Одновременно смазочная жидкость выполняет функцию смазки соединения «винт-гайка» 32 и шлицевого соединения 42. Для перетока смазочной жидкости из пространства 39 в случае перемещения толкателя 33 служит канал 47.
Тот же принцип работы осуществляют и для нижнего регулирующего устройства 5 (фиг.1, 4). Для исключения несанкционированного подъема продукции скважины 1 (фиг.1), минуя устройства 4, 5, ниже них во внутритрубном пространстве 15 устанавливают заглушку 17. Продукцию скважины 1 из интервалов Б при этом формируют благодаря патрубку 26 в один поток через трубное пространство 20 (фиг.4) и отверстия 19 ниже заглушки 17 клапана 6 устройства 5 и далее (при открытом клапане 6) через выходные каналы 21 и трубное пространство 22 выше заглушки 17 во внутритрубное пространство 15 (фиг.1). В частном случае патрубок 26 перфорируют отверстиями 48.
Таким образом, использование изобретения позволяет расширить технологические возможности при добыче продукции из горизонтальных скважин, подключая одновременно слабопроницаемые и средне - или высокопроницаемые интервалы добычи с различными геофизическими свойствами, которые разделены пакерами, по двум независимым каналам за счет объединяющих их патрубков, проходящих через пакеры с регулируемым с поверхности режимом добычи из каждой категории зон разобщения между собой. При этом за счет размещения регулирующих устройств, измерительных датчиков и кабеля в вертикальном стволе скважины снижаются затраты на установку оборудования и повышается качество и надежность его установки.