Устройство для поинтервального гидроразрыва пласта
DEVICE FOR INTERVAL HYDRAULIC FRACTURING OF FORMATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для проведения поинтервального кислотного гидроразрыва пласта.
Известно устройство для гидроразрыва пласта (патент RU №2462589, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.09.2012 г., бюл. №27), содержащее гидроабразивный перфоратор, выполненный в виде корпуса с радиальными каналами, в которых закреплены втулки с коническим соплом. Устройство снабжено размещенной в полости корпуса втулкой с центральным отверстием и конической наружной поверхностью, выполненной с радиальными каналами, совмещенными в рабочем положении с радиальными каналами сопел и подпружиненными в осевом направлении. Сопла выполнены с наклонным торцом, контактирующим с конической поверхностью втулки. Сопла установлены с возможностью радиального перемещения и подпружинены в радиальном направлении. Втулка, размещенная в полости корпуса, выполнена с седлом под бросовый клапан. Седло клапана выполнено с наклонными пазами, соединяющими в рабочем положении надклапанную полость с подклапанной полостью.
Недостатками устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность работы устройства, связанная с тем, что наклонные пазы втулки имеют расчетную пропускную способность, при превышении которой в процессе проведения гидроразрыва пласта происходят «запирание» потока жидкости выше клапана и разобщение радиальных каналов конических сопел и втулки под бросовым клапаном (шаром), что приводит к резкому росту давления в устройстве и, как следствие, невозможности дальнейшего проведения гидроразрыва пласта;
- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что невозможно выполнить поинтервальный гидроразрыв пласта в горизонтальной скважине ввиду применения бросового клапана, который не обеспечивает герметичную посадку на седло устройства в горизонтальном стволе скважины;
- в-третьих, дополнительные затраты для работы устройства, обусловленные приготовлением водопесчаной смеси для прорезания отверстий в обсадной колонне скважины (необходимо использовать кварцевый песок), а также затраты на специальную технику (пескосмесительный агрегат);
- в-четвертых, длительность процесса работы устройства, так как прорезание обсадной колонны скважины происходит под действием струи гидроабразивной жидкости;
- в-пятых, отсутствие возможности контроля за давлением закачки жидкости гидроразрыва непосредственно в интервале проведения гидроразрыва пласта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для поинтервального гидроразрыва пласта (патент RU №2123106, МПК Е21В 43/26, 43/114, опубл. 10.12.1998 г.), содержащее колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), полый цилиндрический корпус с насадками и втулку, размещенную в полости полого цилиндрического корпуса, со сквозным осевым каналом, седлом под клапанный шар и уплотнениями, при этом втулка выполнена с хвостовиком, выступающим за пределы корпуса и соединена снизу с пакером, при этом корпус и втулка связаны между собой шпоночным соединением для обеспечения поворота пакера при вращении колонны НКТ.
Недостатками этого устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность работы устройства при создании трещины гидроразрыва, так как насадки устройства, через которые под давлением подается жидкость гидроразрыва, при создании трещины находятся в стволе скважины, а не в породе пласта, поэтому часть энергии струи жидкости гидроразрыва теряется до взаимодействия с породой пласта. Кроме того, устройство не имеет фиксации в стволе скважины в процессе гидроразрыва пласта, что приводит к рассеиванию струи в стволе скважины как в процессе гидропескоструйной перфорации так и при гидроразрыве пласта;
- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что невозможно выполнить поинтервальный гидроразрыв пласта в горизонтальной скважине ввиду применения бросового клапана, который не обеспечивает герметичную посадку на седло устройства в горизонтальном стволе скважины;
- в-третьих, дополнительные материальные и финансовые затраты для работы устройства, обусловленные приготовлением водопесчаной смеси для прорезания отверстий в обсадной колонне скважины (необходимо использовать кварцевый песок), а также затраты на специальную технику (пескосмесительный агрегат);
- в-четвертых, длительность процесса работы устройства, так как прорезание отверстия в обсадной колонне скважины происходит под действием струи гидроабразивной жидкости;
- в-пятых, отсутствие возможности контроля за давлением закачки жидкости гидроразрыва непосредственно в интервале проведения гидроразрыва пласта.
Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности работы устройства, расширение функциональных возможностей, снижение дополнительных материальных и финансовых затрат для работы устройства, сокращение длительности работы устройства с возможностью контроля давления в интервале проведения гидроразрыва пласта.
Поставленные технические задачи решаются устройством для поинтервального гидроразрыва пласта, содержащим колонну НКТ с полым цилиндрическим корпусом, снизу соединенным через хвостовик с пакером.
Новым является то, что радиально и жестко в полый цилиндрический корпус установлена полая втулка, внутри полой втулки с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу расположен поршень-пробойник, выполненный под конус, сужающийся наружу, с дросселирующим Г-образным каналом по центру, причем поршень-пробойник оснащен наружной радиальной канавкой, сообщающейся с дросселирующим Г-образным каналом, поршень-пробойник подпружинен пружиной внутрь от стакана, жестко зафиксированного в торце полой втулки, при этом в полой втулке выполнен радиальный канал, причем в исходном положении радиальный и дросселирующий Г-образный каналы герметично отсечены друг от друга, а в рабочем положении вертикальный и дросселирующий Г-образный каналы гидравлически сообщаются между собой посредством радиальной канавки, связывая полость полого цилиндрического корпуса с породой продуктивного коллектора, причем в верхней части полого цилиндрического корпуса установлен динамический якорь, а под пакером установлен глубинный манометр.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в исходном положении.
На фиг. 2 изображено предлагаемое устройство в рабочем положении.
Устройство для поинтервального гидроразрыва пласта содержит колонну НКТ 1 с полым цилиндрическим корпусом 2 на конце колонны НКТ 1. Полый цилиндрический корпус 2 снизу через хвостовик 3 соединен с пакером 4.
В качестве пакера 4 применяют пакер любой известной конструкции с механическим якорем, например, с осевой посадкой. Механический якорь необходим для фиксации устройства от перемещения вниз.
Радиально и жестко, например, с помощью резьбового соединения (на фиг. 1 и 2 показано условно), в полый цилиндрический корпус установлена полая втулка 5.
Внутри полой втулки 5 с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу под действием гидравлического давления расположен поршень-пробойник 6, выполненный под конус, сужающийся наружу, с дросселирующим Г-образным каналом 7 по центру. Поршень-пробойник 6 оснащен наружной радиальной канавкой 8, сообщающейся с дросселирующим Г-образным каналом 7.
Поршень-пробойник 6 подпружинен пружиной 9 внутрь от стакана 10, жестко зафиксированного в торце полой втулки 5, например, ввернутого с помощью резьбового соединения (на фиг. 1 и 2 показано условно).
В полой втулке 5 выполнен радиальный канал 11. В исходном положении радиальный И (см. фиг. 1) и дросселирующий Г-образный 7 каналы поршня-пробойника 6 герметично отсечены друг от друга.
В рабочем положении вертикальный 11 (см. фиг. 2) и дросселирующий Г-образный 7 каналы поршня-пробойника 6 гидравлически сообщаются между собой посредством радиальной канавки 8, связывая полость 12 полого цилиндрического корпуса 2 с породой продуктивного коллектора 13 (см. фиг. 2).
В верхней части полого цилиндрического корпуса 2 (см. фиг. 1) установлен динамический якорь 14. Динамический якорь 14 состоит из радиальных каналов 15, например, в количестве 4 штук, в которые установлены подпружиненные от фиксаторов 16 плашки 17 (см. фиг. 1 и 2) с наружной зубчатой поверхностью 18.
Под пакером 4 установлен глубинный манометр 19 для передачи информации о давлении закачки жидкости гидроразрыва в интервале проведения гидроразрыва пласта на устье скважины 20. Передача информации осуществляется на приемник по оптиковолоконному кабелю (на фиг. 1 и 2 не показано). Оптико-волоконный кабель спускается в скважину 20 совместно с колонной НКТ 1, при этом оптико-волоконный кабель крепят на наружной поверхности колонны НКТ 1 с помощью клямс (на фиг. 1 и 2 не показаны).
Сопрягаемые поверхности деталей устройства оснащены уплотнительными кольцами (на фиг. 1 и 2 не показаны) с целью исключения несанкционированных перетоков жидкости.
Устройство работает следующим образом.
Предлагаемое устройство собирают на устье скважины, как показано на фиг. 1 в исходном положении, при котором радиальный 11 и дросселирующий Г-образный 7 каналы поршня-пробойника 6 герметично отсечены друг от друга.
Устройство спускают в скважину 20 в самый нижний интервал проведения гидроразрыва пласта в вертикальной скважине или ближайший к забою интервал гидроразрыва пласта в горизонтальной скважине.
Производят посадку пакера 4 с механическим якорем осевым перемещением вверх, например, на 1,5 м и спуском вниз до фиксации механического якоря (на фиг. 2 показано условно) на стенках обсадной колонны 21 скважины 20.
Далее на устье скважины 20 обвязывают верхний конец колонны НКТ 1 с насосным агрегатом (на фиг. 1 и 2 не показано) и начинают закачку технологической жидкости в колонну НКТ 1 (см. фиг. 1).
Жидкость, достигнув по колонне НКТ 1 полого цилиндрического корпуса 2 (см. фиг. 2), попадает в радиальные каналы 15 динамического якоря 14 и оказывает гидравлическое давление на торец подпружиненных от фиксаторов 16 плашек 17. Одновременно с этим жидкость под действием гидравлического давления воздействует на торец поршня-пробойника 6 подпружиненного посредством пружин 9 от стакана 10, ввернутого в торец полой втулки 5.
В результате подпружиненные плашки 17 перемещаются радиально наружу и фиксируют устройство в обсадной колонне 21 скважины 20 от перемещения устройства вверх, а поршень-пробойник 6 под действием давления жидкости ограниченно перемещается радиально наружу до взаимодействия с обсадной колонной 21 скважины 20.
3
Давление в колонне НКТ 1 и устройстве продолжают повышать, при этом поршень-пробойник 6, сжимая пружину 9, пробивает отверстие 22 (см. фиг. 2) в обсадной колонне 21 скважины 20 и занимает рабочее положение для проведения гидроразрыва пласта, в котором радиальный 11 и дросселирующий Г-образный 7 каналы поршня-пробойника 6 гидравлически сообщаются между собой посредством радиальной канавки 8, связывая полость 12 полого цилиндрического корпуса 2 с породой продуктивного коллектора 13. После чего, не прерывая закачки, производят кислотный гидроразрыв пласта. Для этого производят закачку жидкости гидроразрыва, например, любого известного кислотного состава, предназначенного для проведения кислотного гидроразрыва, например, 20%-ный раствор соляной кислоты из расчета 5 м на 1 м толщины пласта.
3
3
Например, при толщине пласта, равной 3 м, с помощью насосного агрегата производят закачку: 3 м ⋅5 м/м = 15 м кислотного состава по колонне НКТ 1 через полый цилиндрический корпус 2 по радиальному каналу 11, радиальной канавке 8 поршня-пробойника 6 и по дросселирующему Г-образному каналу 7 поршня-пробойника 6 в породу продуктивного коллектора 13 пласта.
3
Поднимают давление закачки кислотного состава до достижения давления гидроразрыва пласта и закачивают расчетный объем 15 м кислотного состава в пласт.
3
3
В процессе проведения гидроразрыва с помощью глубинного манометра 19 контролируют давление закачки, что позволяет оперативно регулировать расход кислотного состава. Например, до достижения гидроразрыва пласта производят закачку кислотного состава с расходом 2 м/мин, а после достижения гидроразрыва, о чем свидетельствует падение давления по показаниям глубинного манометра 19 расход закачки увеличивают до 4 м/мин.
При этом в процессе закачки кислотного состава, т.е. в процессе проведения гидроразрыва пласта, поршень-пробойник 6, выполненный под конус снаружи, остается в пробитом отверстии 22, и дросселирующий Г-образный канал 7 имеет контакт с породой продуктивного коллектора 13 за обсадной колонной скважины 20, а не внутри скважины, как описано в прототипе. При этом исключается потеря энергии струи жидкости (кислотного состава) до взаимодействия с породой пласта, что обеспечивает более глубокое проникновение кислотного состава в пласт при его гидроразрыве. Кроме того, размещение поршня-пробойника 6 в отверстии 22 обсадной колонны скважины 20 и фиксация динамического якоря 14 на стенках обсадной колонны 21 скважины 20 от перемещения вверх обеспечивают эффективную закачку всего объема кислотного состава в пласт при проведении гидроразрыва.
По окончании гидроразрыва пласта в самом нижнем интервале стравливают давление в колонне НКТ 1 и полом цилиндрическом корпусе 2. В результате за счет возвратной силы пружины 9 поршень-пробойник 6 возвращается в исходное положение, также подпружиненные плашки 17 динамического якоря 14 возвращаются обратно, как показано на фиг. 1.
Далее устройство поднимают в вышележащий интервал проведения гидроразрыва в вертикальной скважине или перемещают в следующий интервал гидроразрыва от забоя к устью в горизонтальной скважине.
Расширяются функциональные возможности устройства, так как оно позволяет выполнить поинтервальный гидроразрыв пласта от забоя к устью в горизонтальной скважине и снизу вверх в вертикальной скважине без применения клапанного или бросового шара.
Выполнение отверстий в обсадной колонне 21 скважины 20 проколом поршнем-пробойником 6, в отличие от гидропескоструйной перфорации, снижает затраты для работы с устройством, а именно: приготовление водопесчаной смеси для прорезания отверстий в обсадной колонне скважины (необходимо использовать кварцевый песок), а также затраты на специальную технику: блендер, пескосмеситель.
Сокращается длительность работы устройства за счет прокола обсадной колонны скважины, так как не требуется время на прорезание обсадной колонны скважины под действием гидроабразивной струи жидкости.
Глубинный манометр 19 позволяет контролировать давление непосредственно в интервале и оперативно регулировать расход закачиваемой жидкости гидроразрыва пласта, что в свою очередь позволяет повысить качество гидроразрыва пласта.
Предлагаемое устройство для проведения поинтервального гидроразрыва пласта позволяет:
- повысить эффективность работы устройства при выполнении гидроразрыва пласта;
- расширить функциональные возможности устройства;
- снизить затраты на работу с устройством;
- сократить длительность работ с применением устройства;
- контролировать давление закачки в интервале гидроразрыва пласта.