способ комплексного волнового воздействия на скважину и призабойную зону
Классы МПК: | E21B43/25 способы возбуждения скважин |
Автор(ы): | Нигматулин Роберт Искандрович (RU), Нуриев Марат Фаритович (RU), Азаматов Марат Альбертович (RU), Шагапов Владик Шайхулакзамович (RU), Урманчеев Саид Федорович (RU), Ахметов Альфир Тимерзянович (RU), Кружков Вячеслав Николаевич (RU), Азаматов Альберт Шамилович (RU) |
Патентообладатель(и): | Азаматов Альберт Шамилович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-11-15 публикация патента:
27.08.2012 |
Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для освоения и увеличения дебита нагнетательных и эксплуатационных скважин путем улучшения фильтрационных характеристик призабойной зоны пласта. Способ включает формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью насосно-компрессорных труб (НКТ) путем закачки флюида, стравливание давления с организацией движения флюида из призабойной зоны к дневной поверхности при открытии быстродействующего клапана полости НКТ, создание периодических волновых процессов в призабойной зоне пласта, повторение этапов стравливания и создания импульсов разрежения. Организуют максимальное увеличение перепада давления между призабойной зоной и скважиной за счет установки на расчетной глубине в затрубном пространстве пакера, ведут контроль за волновыми процессами с помощью вычислительного комплекса на основе показаний манометров и импульсных датчиков давления, оттарированных на установке типа «ударная труба». Повышается эффективность волнового воздействия на скважину. 2 ил.
Формула изобретения
Способ комплексного волнового воздействия на скважину и призабойную зону, включающий формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью насосно-компрессорных труб (НКТ) путем закачки флюида, стравливание давления с организацией движения флюида из призабойной зоны к дневной поверхности при резком открытии быстродействующего клапана полости НКТ, создание периодических волновых процессов в призабойной зоне пласта, повторение этапов стравливания и создания импульсов разрежения, контроль за этими этапами на каждом цикле при одной и той же производительности закачки флюида, нагнетания заданного давления и стравливания его при открытии клапана, управления по времени по показаниям датчика давления, отличающийся тем, что организуют максимальное увеличение перепада давления между призабойной зоной и скважиной вследствие снижения давления в перфорационной зоне при встречном взаимодействии волн разрежения в данной зоне за счет установки на расчетной глубине в затрубном пространстве пакера и ведут контроль за волновыми процессами с помощью вычислительного комплекса на основе показаний манометров и импульсных датчиков давления, оттарированных на установке типа «ударная труба», и детально отслеживают динамику волнового воздействия в реальном масштабе времени и эффективно управляют им.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для освоения и увеличения дебита нагнетательных и эксплуатационных скважин.
Известен способ (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М., Недра, 1990 г., с.46-47) очистки призабойных зон скважин импульсным дренированием, включающий формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью НКТ путем спуска в скважину герметичной колонны НКТ, заполненной воздухом при атмосферном давлении, с прерывателем и пакером на нижнем конце, установки пакера в скважине выше, а прерывателя напротив перфорации, стравливание давления при интенсивном передвижении флюида из призабойной зоны пласта по НКТ к дневной поверхности при открытии прерывателя, создание периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта путем коммутации прерывателем потока жидкости.
Известен также способ (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М., Недра, 1990 г., с.108-109) очистки призабойных зон скважин импульсным дренированием, включающий формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью НКТ путем спуска в обсадную колонну скважины НКТ с прерывателем и пакером на нижнем конце, установки пакера в скважине выше, а прерывателя напротив интервала перфорации, спуска в НКТ плунжера с клапаном на канате и создания разрежения в НКТ при подъеме плунжера наземным тяговым устройством внутри полости прерывателя, стравливание давления при интенсивном передвижении флюида из призабойной зоны пласта по НКТ к дневной поверхности в момент открытия плунжером отверстий в прерывателе, создание периодичных импульсов давления в призабойной зоне пласта путем коммутации прерывателем потока жидкости при возвратно-поступательном движении плунжера.
Недостатками приведенных способов являются невозможность контроля и регулирования процесса освоения или очистки призабойной зоны скважины.
Известен способ очистки скважины от отложений в процессе ее эксплуатации (Велиев Ф.Г., Курбанов Р.А-И., Алиев Э.Н. А.с. № 1700207, кл. E21B 37/00, опубликованный 23.12.91, бюл. № 47), в котором периодически создают на устье скважины волны отрицательного давления, для чего перекрывают задвижки на выкидной линии и выдерживают ее в перекрытом состоянии, затем открывают. При этом утверждается, что в скважине от устья к призабойной зоне распространяется со скоростью звука отрицательная волна давления, достигающая амплитуды 1,5 МПа и приводящая к образованию эффективной ударной депрессии, очищающей НКТ и призабойную зону.
Однако на установке, использовавшейся для проведения экспериментов, была установлена не совершенная система измерения импульсного давления на основе тензоэлектрического датчика. Поэтому авторам не удалось проследить действительную динамику волн давления, а недостаточная длина установки не позволила достаточно точно выявить эффективность способа.
Известен способ освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием (Носов П.И., Сеночкин П.Д., Нурисламов Н.Б. и др. Патент № 2159326, кл. E21B 43/25), в котором формирование депрессионного перепада давления между прискважинной зоной пласта и полостью скважины производится путем предварительной закачки флюида в скважину, создание периодических импульсов давления в прискважинной зоне пласта в виде затухающей стоячей волны, перемещающейся по полости скважины, и стравливания давления при перемещении флюида по скважине из прискважинной зоны пласта к дневной поверхности при резком открытии полости скважины.
Однако контроль за быстрыми волновыми процессами производят по манометрам, установленными на устье скважины. Они дают противоречивые показания (рис.2 и рис.3 описания патента), хотя волновой процесс начинается с «предварительной закачки флюида в скважину» и последующего «стравливания давления». Тогда в скважину в первой фазе рабочего цикла распространяется волна разгрузки, что и отражено на рис.2 описания. А из рис.3 может сложиться ошибочное мнение о том, что в призабойную зону распространяется волна давления, которую в последующих патентах, без проведения измерений, ошибочно именуют ударной волной.
Известен способ обработки прискважинной зоны пласта (Шипулин А.В. Патент № 2266404, кл. E21B 43/25), включающий создание периодических импульсов давления в прискважинной зоне пласта в виде перемещающейся по полости скважины ударной волны, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье с применением вентилей, один из которых соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - с источником жидкости, находящейся под давлением.
Однако при «периодическом открывании полости скважины на устье для вытекания скважиной жидкости, находящейся под давлением» в НКТ не образуются «ударные волны», а формируется волна разрежения, распространяющаяся от устья к призабойной зоне.
Известен способ, взятый за прототип, и устройство освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием (Гурьянов А.И., Фассахов Р.Х., Файзуллин И.К. и др. Патент № 2272902, кл. E21B 43/25), в которых стравливают давление при передвижении флюида из призабойной зоны к дневной поверхности для создания периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта. Депрессионный перепад давления между призабойной зоной пласта и полостью НКТ и формирование периодических импульсов создают путем закачки флюида в трубное пространство скважины при нагнетании заданного давления. Стравливание до заданного давления производят при открытии клапана управления через полость затрубного пространства, повторяют этапы стравливания и создания импульсов давления.
Однако периодические импульсы давления создают путем закачки флюида в трубное пространство скважины при создании заданного давления в течение времени T 1, а стравливание до заданного давления производят при открытии клапана управления в течение времени Т2. Времена T1 и Т2 заранее задаются и контролируются считывающим электронным устройством, хотя контроль за эффективностью метода надежнее вести измеряя импульсные давления, которые и оказывают волновое воздействие.
В известном методе был использован датчик давления в призабойной зоне, который измерял величину волны разрежения, распространяющуюся от устья до забоя скважины, фиксируя возможность достижения волн разгрузки забоя скважины. Но разрешение по времени использованного датчика не позволяет судить ни о скорости волны, ни о крутизне фронта давления, лишая тем самым возможности полностью контролировать процесс и успешно влиять на результаты проводимой работы.
Кроме того, поскольку депрессионный перепад в призабойной зоне скважины зависит от перепада давления в волне разрежения, создаваемого на устье как разница между начальным давлением в скважине при нагнетании заданного давления в течение времени T1 и давлением на устье скважины, то задавать фиксированное заранее давление и обрабатывать коллектор в течение нескольких суток крайне не эффективно. Дело в том, что проницаемость коллектора при успешном воздействии применяемого способа будет изменяться по времени. А именно, от этого параметра зависит дебит скважины, который и определяет продолжительность волнового воздействия на призабойную зону скважины.
Стравливание давления из скважины эффективнее производить через НКТ, чем через полость затрубного пространства по тем соображениям, что НКТ имеет меньший диаметр и величина скорости истечения флюида будет значительно больше, а отсюда и процесс выноса кольматантов в дренажную емкость будет происходить эффективнее. Кроме того, скорость истечения влияет на величину волны разрежения, формирующуюся при резком открытии быстродействующего клапана и распространяющегося от устья к забою скважины.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности волнового воздействия на скважину и призабойную зону и тем самым снижению сопротивления движению флюида призабойной зоны.
Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе освоения и очистки призабойной зоны скважин, включающем формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью насосно-компрессорных труб путем закачки флюида, стравливание давления при движении флюида из забойной зоны к дневной поверхности при резком открытии быстродействующего клапана полости НКТ, создание периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта, повторение этапов стравливания и создания импульсов давления, контроль за этими этапами на каждом цикле при одной и той же производительности закачки флюида, нагнетание заданного давления и стравливание флюида при открытии клапана организуют максимальное увеличение перепада давления между призабойной зоной и скважиной вследствие снижения давления в перфорационной зоне при встречном взаимодействии волн разрежения в данной зоне за счет установки на расчетной глубине в затрубном пространстве пакера и ведут контроль за волновыми процессами с помощью вычислительного комплекса на основе показаний манометров и импульсных датчиков давления, оттарированных на установке типа «ударная труба» и детально отслеживают динамику волнового воздействия в реальном масштабе времени и эффективно управляют им.
Такой способ позволяет сформировать депрессионный перепад давления между перфорационной зоной и полостью скважины в виде волны разрежения путем резкого открывания быстродействующего клапана. При этом волна разрежения, двигаясь в направлении от устья, достигает зумпфа скважины, отражается, в максимуме удваиваясь по амплитуде, и создает в перфорационной зоне мощную волну разрежения, обеспечивая раскачку, ослабление сцепления и имплозионное извлечение кольматантов из перфорационных отверстий и пор пласта, а волна разгрузки, двигаясь вверх по затрубному пространству, достигает пакера, отражается, удваивается по амплитуде и возвращается в перфорационную зону, стряхивает адсорбционные отложения со стенок скважины и разрушает асфальто-смолопарафиновые отложения (АСПО) в перфорационной зоне и прилегающих порах пласта. А в это время волна разрежения, отраженная от зумпфа скважины, распространяясь по НКТ вверх, достигает уже закрытого быстродействующего клапана, достигает зумпфа, удваивается по амплитуде и отражается в зону перфорации, и цикл повторяется. Волны разряжения движутся по жидкости со скоростью звука, поэтому достигают дна скважины, глубиной 2 км за 1,3 сек. Полный цикл колебания - от устья до зумпфа и обратно, совершается примерно за 3 сек. Предлагается вести контроль за волновными процессами в многокомпонентной среде с помощью импульсных датчиков давления, предварительно оттарированных на установке типа «ударная труба» и выведенных на компьютер, что позволяет детально отслеживать динамику волн в реальном масштабе времени и оперативно управлять волновым воздействием. Например, так организовать движение обратных волн разрежения вниз по затрубному пространству и по НКТ, чтобы они встретились и взаимодействовали, например, в интервале перфорации. Такое регулирование можно осуществить различными способами, например регулированием глубины установки пакера в затрубном пространстве. Встреча волн разгрузки позволяет получить в зоне перфорации разрыв жидкости, который характеризуется ударным вскипанием и интенсивным ростом кавитационных пузырьков в области значительного снижения давления жидкости. Последнее позволит идеально очистить, например, перфорационную зону и извлечь кольматант из пор породы пласта, прилегающих к перфорационным отверстиям за счет мощного очистительного впрыска жидкости, находящейся в пластовых условиях под давлением свыше 20,0 МПа, в перфорационную зону скважины через поровые капилляры и перфорационные отверстия. При этом необходимо учесть, что волна разрежения движется в пласт в очищаемой перфорационной зоне также со скоростью звука и успевает достичь значительной глубины проникновения в пласт, что содействует импульсному впрыску. При этом управление волновыми процессами в скважине позволит регулировать амплитуду волн разрежения, их периодичность и крайне важный параметр при волновом воздействии - крутизну волн, которая определяет динамическую эффективность волнового воздействия.
На рис.1 приведена принципиальная схема для осуществления предложенного комплексного способа волнового воздействия на скважину и призабойную зону. На устье скважины 1 устанавливают пакер 16 и быстродействующий клапан 15, который соединяет полость НКТ 2 со сливной емкостью 9 через отсекающий вентиль 7 и патрубок 8. Насосным агрегатом 4 или от нагнетательной линии через патрубки, оснащенные вентилями 5 и 12, жидкость закачивают в скважину и надпакерную зону. На патрубок перед отсекающим вентилем устанавливают манометр 6 для контроля давления. Для регулирования давления в затрубном пространстве и слива жидкости установлены манометр 10 и вентили 3 и 12. Показания манометров считываются вычислительным комплексом 13. Быстродействующий клапан и вентили оснащены приводами 11, управление которыми осуществляется вычислительным комплексом 13. Контроль и управление волновыми процессами осуществляется также вычислительным комплексом с помощью оттарированных импульсных датчиков давления 14, установленных на НКТ. Сигналы с датчиков поступают в вычислительный комплекс по электрическим кабелям. Перед проведением волнового воздействия тщательно обследуют состояние скважины, герметичность вентилей, узлов и соединений.
Способ реализуют следующим образом. В скважину опускают трубы НКТ и устанавливают на расчетную глубину пакер. Установку приводят в рабочее состояние. Для этого закрывают вентили 3 и 7, включают насосную установку 4, открывают клапан 15 и открывают вентили 5 и по мере необходимости 12. По показаниям манометров 6 и 10 контролируют давление в системе. При необходимости излишки жидкости сливают через вентиль 3. Жидкость в скважину через НКТ закачивают до технологически допустимого значения. Затем останавливают насос 4 и закрывают вентиль 5. Выдерживают скважину под давлением, фиксируя его изменение по времени, закрывают клапан 15 и открывают вентиль 7. Далее проводят волновую обработку скважины - резко открывают быстродействующий клапан 15. В момент открывания быстродействующего клапана скважная жидкость начинает изливаться в сливную емкость 9, давление жидкости на устье резко падает до атмосферного, а по НКТ вниз к забою распространяется волна разрежения. Затем клапан 15 закрывают. Амплитуда волны разрежения зависит от начальных условий и может достигать отрицательных значений (Велиев Ф.Г, Курбанов Р.А-И., Алиев Э.Н. А.с. № 1700207, кл. E21B 37/00). Динамика волн разрежения представлена на рис.2. Волна разрежения, двигаясь от устья, достигает зумпфа скважины, отражается, в максимуме удваивается по амплитуде и создает в перфорационной зоне волну разрежения, обеспечивая раскачку и частичное имплозионное извлечение кольматантов из перфорационных пор пласта. При этом отраженная волна разрежения разделяется на две волны. Волна разгрузки, распространяясь вверх по затрубному пространству, достигает пакера, при отражении удваивается и возвращается в перфорационную зону и отражается от дна. А волна разрежения, двигающаяся вверх по НКТ, достигает уже закрытого клапана 15 и отражается от него вниз, также удваиваясь по амплитуде. На расчетном уровне происходит встречное взаимодействие волн разрежения. На этом уровне происходит значительное снижение давления. Флюид, заполняющий скважину, приводится в метастабильное состояние, при котором происходит разрыв жидкости, спонтанное газопарообразование с образованием кавитационных пузырьков. Происходит эффектная ударная депрессия и кавитационное разрушение АСПО и других отложений на заранее рассчитанной глубине, например в перфорационной зоне. В дальнейшем волны разрежения распространяются по НКТ и затрубному пространству и цикл повторяется. Динамику волн фиксируют с помощью импульсных датчиков давления, заранее оттарированных на ударной трубе и установленных на устье скважины, сигналы с которых подаются на компьютер. Последний фиксирует и анализирует динамику волн разрежения. Программа работы составлена таким образом, чтобы давать оператору конкретные предложения по эффективному использованию локального воздействия волновых процессов. Параметры волновых импульсов определяются с учетом особенностей строения продуктивного пласта, допустимого давления, состояния колонны труб и др. Работы по освоению и увеличению дебита нагнетательных и эксплуатационных скважин могут быть проведены совместно с другими видами обработки призабойной зоны: тепловой, химической, виброимпульсной, акустической и т.д.
Извлеченные с помощью описанного способа кольматанты, песок и остатки АСПО удаляются промывкой.
Преимущества предлагаемого технического решения заключаются в том, что:
- оно позволяет добиться максимального увеличения перепада давления между призабойной зоной и скважиной;
- вести контроль за волновыми процессами с помощью вычислительного комплекса на основе показаний манометров и импульсных датчиков давления;
- детально отслеживать динамику волнового воздействия в реальном масштабе времени и эффективно управлять им;
- проводить волновое воздействие совместно с другими видами обработки призабойной зоны: тепловой, химической, виброимпульсной, акустической и др.
Класс E21B43/25 способы возбуждения скважин