способ предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород

Формула изобретения

Способ предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород, включающий использование канала вдоль стенок обсадной колонны, нагреваемого нагревательным элементом, для вывода по нему и сброса избытка жидкости из каверны, последовательное замораживание каверны снизу вверх, поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны, отличающийся тем, что используют искусственно созданный в непосредственной близости от обсадной колонны вдоль ее стенок полый дренажный канал в виде колонны фильтрующих труб, оборудованных упомянутым нагревательным элементом с возможностью обеспечения его замены, оснащения автоматическими средствами контроля и управления подачей электроэнергии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования при строительстве и эксплуатации всех категорий (нефтяных, газовых и нагнетательных) скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород.

Известен способ предотвращения смятия обсадной колонны в зоне многолетнемерзлых пород, включающий перепуск избытка жидкости из промерзающей каверны в обсадную колонну (а.с. 717294, Е 21 В 36/00, 1978 г.).

Недостатки способа - сложность конструкции обсадных труб и необходимость бурения скважины увеличенного диаметра (из-за наличия кожухов на обсадной колонне).

Известен также способ предотвращения смятия обсадных колонн в зоне ММП, включающий образование канала вдоль стенок обсадной колонны путем ее нагрева и сброс избытка жидкости из каверны по образованному каналу. Каверны последовательно замораживают снизу вверх, поддерживая в растепленном состоянии канал выше замораживаемой каверны, а нагрев обсадной колонны осуществляют путем циркуляции внутри ее подогретой жидкости (а.с. 857445, Е 21 В 43/00, 1981 г.).

Недостатками известного способа являются необходимость длительной циркуляции подогретой жидкости через спущенные в скважину трубы, дополнительный спуск датчиков температуры для контроля за моментом промерзания каверн, длительность процесса направленного размораживания водосодержащих масс в заколонном пространстве, что требует содержать рабочую бригаду на буровой для проведения работ и контроля.

Известен также способ предотвращения смятия обсадной колонны в период длительного простоя скважины в зоне многолетнемерзлых пород, включающий образование канала вдоль стенок обсадной колонны путем его нагрева и сброс избытка жидкости из каверны по образованному каналу, последовательное замораживание каверн снизу вверх. Поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны осуществляют смесью, выделяющей теплоту при экзотермической реакции. Замораживание каверны производят смесью, поглощающей теплоту при эндотермической реакции взаимодействия компонентов. Количество и скорость выделения и поглощения теплоты реакции смесей регулируют изменением их вещественного состава в зависимости от расположения каверн по глубине и температуре многолетнемерзлых пород (патент РФ 2039867, Е 21 В 36/00, 20.07.95 г.).

Недостатками известного способа являются:

- высокая стоимость и сложность получения исходных данных для проведения необходимых расчетов;

- необходимость проведения спуско-подъемных операций с привлечением подъемника и насосного оборудования для закачки смесей в эксплуатационную колонну;

- необходимость утяжеления бурового раствора до плотности используемых смесей или установке дополнительного цементного моста или пакера в скважине с целью предотвращения естественного их смешивания;

- необходимость последующего разбуривания цементного камня в эксплуатационной колонне для возобновления дальнейшего строительства скважины или продолжения ее эксплуатации, что связано с уменьшением внутреннего диаметра колонны и возможными осложнениями;

- непредсказуемость и отсутствие возможностей контроля за результатами проведенных мероприятий;

- невозможность осуществления данного способа на действующих эксплуатационных и нагнетательных скважинах без их остановки;

- невозможность утилизации вытесняемой из каверны жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ предупреждения смятия обсадных колонн в зоне многолетнемерзлых пород, выбранный в качестве прототипа, включающий образование канала вдоль стенок обсадной колонны и сброс избытка жидкости из каверны по образованному каналу, последовательное замораживание каверн снизу вверх. Поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны осуществляют пропусканием электрического тока от источника питания через термостойкий кабель, расположенный на наружной поверхности эксплуатационной колонны. Равномерное замораживание каверны обеспечивается постепенным снижением мощности теплового поля в течение времени замерзания растепленных пород (а.с. 583286, Е 21 В 36/00, 1977).

Недостатками известного способа являются:

- возможность его реализации только лишь в процессе строительства скважины;

- невозможность его реализации для любых категорий скважин, находящихся в эксплуатации и не оборудованных ранее в процессе их строительства данной системой защиты эксплуатационных колонн;

- невозможность замены нагревательного элемента (термостойкого кабеля) в случае выхода его из строя.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа предотвращения смятия обсадной колонны при строительстве и эксплуатации любых категорий скважин (нефтяных, газовых и нагнетательных), в случае вынужденной длительной их остановки, обеспечивающего надежность и прочность крепи скважины, замену нагревательного элемента и реализацию данного способа для любой категории скважин как в процессе строительства, так и на любой стадии их эксплуатации.

Технический результат заключается в снижении затрат для получения исходных данных и на проведение способа, исключении дополнительных мероприятий и затрат для продолжения строительства и возобновления эксплуатации скважин, возможности контроля за проведением процесса и его окончанием.

Он достигается тем, что в способе предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород, включающем использование канала вдоль стенок обсадной колонны нагреваемого нагревательным элементом для вывода по нему и сброса избытка жидкости из каверны, последовательное замораживание каверны снизу вверх, поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны, для сброса избытка жидкости из каверны используют искусственно созданный в непосредственной близости от обсадной колонны вдоль ее стенок на глубину залегания ММП полый дренажный канал в виде колонны фильтрующих труб, оборудованных нагревательным элементом с возможностью обеспечения его замены, оснащения автоматическими средствами контроля и управления подачей на него электроэнергии. Причем продолжительность поддержания дренажного канала в растепленном состоянии определяется продолжительностью полного промерзания каверны, о чем будет свидетельствовать прекращение сброса жидкости из дренажного канала и автоматическое отключение подачи электроэнергии на нагревательный элемент.

На чертеже представлена схема осуществления способа предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород.

Способ предотвращения смятия обсадной колонны скважины в зоне многолетнемерзлых пород включает создание полого дренажного канала 1 в непосредственной близости от обсадной колонны 2, вдоль ее стенок на глубину залегания ММП, путем спуска в каверну 3 колонны фильтрующих труб 4, оборудованных нагревательным элементом 5 с возможностью обеспечения его замены.

При остановке процессов строительства (бурения) или эксплуатации скважины изменяется температурный режим (температура понижается) в стволе и околоствольной части скважины из-за прекращения движения растворов или добываемой продукции, начинается обратный процесс промерзания пород в каверне 3, который сопровождается вытеснением жидкости из каверны в дренажный канал 1. Поддержание дренажного канала в растепленном состоянии и предотвращение его от замерзания осуществляют подачей электроэнергии на нагревательный элемент 5. Продолжительность поддержания дренажного канала в растепленном состоянии определяется продолжительностью полного промерзания каверны, о чем будет свидетельствовать прекращение выхода жидкости из дренажного канала и автоматическое отключение подачи электроэнергии на нагревательный элемент.

Таким образом, предлагаемый способ, оснащенный автоматическими средствами контроля и управления подачей электроэнергии на нагревательный элемент, является саморегулирующимся. Способ обеспечивает утилизацию вытесняемой из каверны жидкости, что отвечает экологическим требованиям и позволяет использовать ее на технические нужды.