инструмент и способ для нагнетания пропитывающих жидкостей в подземную геологическую формацию

Формула изобретения

1. Инструмент для нагнетания пропитывающих жидкостей в подземную геологическую формацию, окружающую буровую скважину, содержащий: корпус инструмента, который определяет собой продольную ось, которая при использовании инструмента занимает положение, соответствующее продольному направлению, внутри подземной буровой скважины; раздельно расположенные между собой в осевом направлении свабы в сборе, которые несет на себе корпус инструмента, образующие, по меньшей мере, два расположенных с промежутком между собой в осевом направлении кольцевых пространства, находящихся между корпусом инструмента и стенкой буровой скважины; по меньшей мере, два подающих трубопровода для подвода пропитывающей жидкости, каждый из которых выполнен с возможностью подсоединения для образования гидравлической связи с одним из кольцевых пространств, а также средства для перемещения корпуса инструмента в продольном направлении с регулируемой скоростью по буровой скважине с одновременным нагнетанием различных пропитывающих жидкостей через подающие трубопроводы и кольцевые пространства внутрь окружающей скважину геологической формации.

2. Инструмент по п.1, в котором каждый подающий трубопровод для подвода пропитывающей жидкости выполнен с возможностью подсоединения его к соответствующему насосу, который приспособлен для нагнетания жидкости с регулируемой производительностью по подающему трубопроводу и через соответствующее кольцевое пространство в поровое пространство геологической формации, окружающей кольцевое пространство.

3. Инструмент по п.1, в котором подающие трубопроводы для подвода пропитывающей жидкости выполнены в виде пары концентричных, свернутых спиралью подъемных труб.

4. Способ для нагнетания пропитывающих жидкостей в подземную геологическую формацию, окружающую буровую скважину с использованием инструмента по п. 1, согласно которому осуществляют перемещение инструмента в продольном направлении по стволу скважины, а также одновременно нагнетают при помощи насоса первую пропитывающую жидкость по одному из подающих трубопроводов для подвода пропитывающей жидкости в поровое пространство геологической формации, окружающей одно из кольцевых пространств, в то время как вторую пропитывающую жидкость нагнетают соответствующим насосом по другому подающему трубопроводу для подвода пропитывающей жидкости в поровое пространство геологической формации, окружающей другое кольцевое пространство.

5. Способ по п.4, который предусматривает протягивание инструмента по стволу скважины под воздействием подающих трубопроводов, а также нагнетание жидкости для предварительного промывания в поровое пространство геологической формации, окружающей ствол скважины, на участке впереди инструмента через кольцевое пространство, окружающее подающие трубопроводы.

6. Способ по п.4, согласно которому предусматривают нагнетание первой пропитывающей жидкости через переднее крайнее кольцевое пространство, а также нагнетание второй пропитывающей жидкости через заднее крайнее кольцевое пространство, окружающее корпус инструмента.

7. Способ по п.4, согласно которому предусматривают выполнение подающих трубопроводов для подвода пропитывающих жидкостей в виде пары концентричных, свернутых спиралью подъемных труб, нагнетание первой пропитывающей жидкости в переднее крайнее кольцевое пространство через наружную, свернутую спиралью подъемную трубу, а также нагнетание второй пропитывающей жидкости в заднее крайнее кольцевое пространство по внутренней, свернутой спиралью подъемной трубе, которую пропускают насквозь через центр корпуса инструмента таким образом, что она находится в гидравлической связи с задним крайним кольцевым пространством.

8. Способ по п.4, согласно которому предусматривают нагнетание первой и второй пропитывающих жидкостей при помощи соответствующих насосов в кольцевые пространства при регулировании производительности насосов, величину которой устанавливают пропорционально скорости, с которой инструмент перемещают по стволу скважины.

9. Способ по п. 4, который предусматривает использование в качестве первой пропитывающей жидкости средства для цементирования нефтеносных песчаных пластов, а в качестве второй пропитывающей жидкости - промывочную жидкость в избыточном количестве, для промывания скважины.

10. Способ по п. 4, согласно которому предусматривают использование в качестве пропитывающей жидкости химического реагента, для воздействия на пласт и повышения нефте- и/или газоотдачи геологической формации, а в качестве второй пропитывающей жидкости - промывочную жидкость в избыточном количестве, для промывания скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к инструменту и способу для нагнетания пропитывающих жидкостей, к примеру таких, какими являются средство для цементирования нефтеносных песчаных пластов либо химический агент для воздействия на пласт с целью повышения его нефтеотдачи, а также жидкость для промывания скважин подачей ее туда в избыточном количестве, внутрь геологической формации, окружающей подземную буровую скважину.

Из описания к патенту США 3765484 известно техническое решение, в соответствии с которым несцементированные, например, песчанистые глубинные земляные формации, окружающие собой подземную буровую скважину, подвергаются обработке посредством введения в них соответствующей пропитывающей жидкости, которая представляет собой средство для цементирования пласта и заполняет поровое пространство геологической формации в непосредственной близости от ствола скважины.

Из этой же ссылки на существующий уровень в данной области техники известен также и инструмент, предназначенный для нагнетания пропитывающей жидкости в геологическую формацию через перфорированные отверстия, прострелянные в колонне обсадных труб крепления скважины. Другие известные инструменты, предназначенные для нагнетания пропитывающей жидкости в геологическую формацию через перфорированные отверстия, прострелянные в колонне обсадных труб крепления скважины, раскрываются в описаниях изобретения к патентам США 3487877, 3593910 и 3861465.

Эти инструменты, известные из существующего уровня в данной области техники, содержат пару устанавливаемых на некотором расстоянии один от другого трубных пакеров, которые ограничивают собой кольцевое пространство, через которое пропитывающая жидкость нагнетается в окружающую геологическую формацию, проходя при этом через перфорированные отверстия.

Ограничение в отношении этих инструментов, известных из существующего уровня в данной области техники, состоит в том, что они предназначаются для нагнетания некоторой порции пропитывающей жидкости в течение интервала времени, имеющего ограниченную продолжительность, через перфорированные отверстия в окружающую геологическую формацию. В том случае, когда предстоит произвести обработку пропитывающей жидкостью различных частей геологической формации, окружающей перфорированные отверстия, на разных уровнях по глубине скважины, тогда инструмент перемещают на другой уровень и производят повторное нагнетание еще одной порции пропитывающей жидкости, как только этот инструмент будет расположен таким образом, чтобы находиться в непосредственной близости от соответствующих перфорированных отверстий.

Следует отметить, что в описании изобретения US 3935910 раскрывается способ для формирования защитного кругового покрытия и насосно-компрессорных труб на стенке ствола буровой скважины во время бурения. Однако это круговое покрытие и насосно-компрессорные трубы, известные из существующего уровня в данной области техники, образуют при своем формировании непроницаемую внутреннюю обмуровку ствола скважины, которая обеспечивает защиту буровой скважины от обрушения стенок, но при этом не производится нагнетания какого-либо материала внутрь окружающей ее геологической формации.

Ближайшим уровнем техники является австралийский патент AU 548335, в котором раскрывается устройство для отбора образцов из буровой скважины, которое содержит ряд упругих трубных пакерных элементов, между которыми могут быть образованы два кольцевых пространства, через которые может производиться отбор образцов различных жидкостей, находящихся в порах формации, одновременно на разных уровнях по глубине ствола скважины. Однако это устройство, известное из существующего уровня в данной области техники, не перемещается по стволу скважины в процессе проведения работ по отбору образцов. И, наконец, следует также отметить, что в описании промышленного образца DE 8801702 U раскрывается водоочистная скважина, в которой осуществляется нагнетание воды в радиальном направлении внутрь кольцеобразного песчанистого слоя, окружающего скважину, через верхнее кольцевое пространство с последующим отсасыванием оттуда воды обратно в скважину через нижнее кольцевое пространство. Но и это устройство также не перемещается по стволу скважины в ходе осуществления водоочистного процесса.

Целью настоящего изобретения является создание инструмента и способа, использование которых обеспечивает возможность производить нагнетание пропитывающих жидкостей, к примеру таких, как средство для цементирования нефтеносных песчаных пластов, химические агенты для воздействия на пласт с целью повышения нефтеотдачи и/или жидкостей для пропитывания скважин подачей их туда в избыточных количествах, в течение длительного интервала времени внутрь геологической формации, окружающей подземную буровую скважину.

Инструмент, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, для достижения этой цели содержит:

- корпус инструмента, который определяет собой продольную ось, которая при использовании инструмента занимает положение, соответствующее продольному направлению, внутри подземной буровой скважины;

- по меньшей мере, три расположенных с промежутком между собой в осевом направлении сваба в сборе, выполненных наподобие используемых для вызова притока в скважину, которые несут на себе корпус инструмента и которые расположены таким образом, что при использовании инструмента образуется, по меньшей мере, два расположенных с промежутком между собой в осевом направлении замкнутых кольцевых пространства, находящихся между корпусом инструмента и стенкой буровой скважины;

- по меньшей мере, два подающих трубопровода для подвода пропитывающей жидкости, каждый из которых выполнен таким образом, чтобы обеспечивалась возможность подсоединения его с образованием гидравлической связи между ними к одному из кольцевых пространств; а также

- средства для перемещения корпуса инструмента в продольном направлении с регулируемой скоростью по буровой скважине с одновременным нагнетанием различных пропитывающих жидкостей через подающие трубопроводы и кольцевые пространства внутрь окружающей скважину геологической формации.

Предпочтительно, чтобы подающие трубопроводы для подвода пропитывающей жидкости были выполнены в виде пары концентричных, свернутых спирально подъемных труб, и каждый подающий трубопровод для подвода пропитывающей жидкости был подсоединен к соответствующему насосу, который приспособлен был бы для нагнетания жидкости с регулируемой производительностью по подсоединенному к нему подающему трубопроводу и через соответствующее кольцевое пространство, откуда она поступила бы в поровое пространство земляной формации, окружающей кольцевое пространство.

Способ, применяемый в соответствии с настоящим изобретением для нагнетания пропитывающих жидкостей внутрь геологической формации, окружающей подземную буровую скважину с использованием вышеописанного инструмента, предусматривает перемещение инструмента в продольном направлении по стволу скважины, а также одновременное нагнетание при помощи насоса первой пропитывающей жидкости по одному из подающих трубопроводов для подвода пропитывающих жидкостей в поровое пространство геологической формации, окружающей одно из кольцевых пространств, в то время как вторая пропитывающая жидкость нагнетается соответствующим насосом по другому подающему трубопроводу для подвода пропитывающих жидкостей в поровое пространство геологической формации, окружающей другое кольцевое пространство.

Предпочтительно, чтобы инструмент протягивался по стволу скважины под воздействием подающих трубопроводов, и в поровое пространство геологической формации, окружающей ствол скважины, на участке впереди инструмента нагнеталась жидкость для предварительного промывания, подаваемая через кольцевое пространство, окружающее подающие трубопроводы.

Кроме того, предпочтительно также, чтобы первая пропитывающая жидкость нагнеталась через переднее крайнее кольцевое пространство, окружающее корпус инструмента, который несет на себе свабы в сборе, выполненные наподобие используемых для вызова притока в скважину, а вторая пропитывающая жидкость нагнеталась через заднее крайнее кольцевое пространство, окружающее корпус этого инструмента.

В том случае, если подающие трубопроводы для подвода пропитывающих жидкостей выполнены в виде пары концентричных, свернутых спирально подъемных труб, то предпочтительно также, чтобы первая пропитывающая жидкость нагнеталась в переднее крайнее кольцевое пространство через наружную, свернутую спиралью подъемную трубу, а вторая пропитывающая жидкость нагнеталась в заднее крайнее кольцевое пространство по внутренней, свернутой спиралью подъемной трубе, которая пропущена насквозь через центр корпуса инструмента таким образом, что она находится в гидравлической связи с задним крайним кольцевым пространством.

Помимо этого предпочтительно также, чтобы первая и вторая пропитывающие жидкости нагнетались при помощи соответствующих насосов в замкнутые кольцевые пространства при регулируемой производительности насосов, величина которой была бы пропорциональна скорости, с которой инструмент перемещается по стволу скважины.

Инструмент и способ, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают возможность нагнетания пропитывающих жидкостей в пределах любой протяженности подземной геологической формации по глубине скважины, ствол которой она окружает, и осуществляет это точно, просто и надежно.

Инструмент, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, позволяет непрерывно производить нагнетание при помощи насосов соответствующих пропитывающих жидкостей внутрь геологической формации в процессе перемещения инструмента вдоль целевой зоны закачивания скважины. При этом пропитывающие жидкости нагнетаются непрерывно при помощи насосов внутрь геологической формации через соответствующие кольцевые пространства между свабами, в сборе выполненным наподобие используемых для вызова притока в скважину. В любой текущий момент времени производится обработка лишь ограниченной зоны, в результате чего наблюдается улучшение качества выполняемых работ. Отпадает необходимость в циклическом переходе на новые жидкости, подаваемые в ствол скважины, потому что кольцевые пространства между свабами в сборе остаются заполненными жидкостью одного и того же типа, что дополнительно способствует улучшению качества выполняемых работ. В результате более эффективного выполнения производимых работ могут быть сокращены объемы выполняемых операций обработки. Увеличивается протяженность интервалов по стволу скважины, которые могут быть одновременно подвергнуты соответствующей обработке, при существенном сокращении требующихся для этого затрат.

Инструмент и способ в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы для проведения соответствующей обработки любой материнской породы в пределах интервалов по стволу скважины, имеющих увеличенную протяженность, в тех случаях, когда при выполнении этих работ требуется вводить внутрь геологической формации не одну пропитывающую жидкость, а две или более.

Ниже следует подробное описание инструмента и способа в соответствии с настоящим изобретением, которое дается со ссылками на прилагаемый чертеж, который представляет собой схематическое изображение продольного вида в разрезе, где показан предпочтительный вариант исполнения инструмента 1, находящегося в подземной буровой скважине, предназначенного для нагнетания жидкости и выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который проталкивается по стволу подземной буровой скважины 2 под воздействием на него пары расположенных соосно друг другу, свернутых спиралью подъемных труб 3 и 4.

Указанный инструмент содержит имеющий удлиненную форму корпус 5 инструмента, который определяет собой продольную ось 6, совпадающую с центральной осью буровой скважины 2.

Корпус 5 инструмента несет на себе три расположенных с промежутком между собой в осевом направлении сваба 7, 8 и 9 в сборе, выполненных наподобие используемых для вызова притока в скважину, которые расположены таким образом, что образуются два расположенных с промежутком между ними в осевом направлении кольцевых пространства 10 и 11, находящихся между корпусом 5 инструмента и стенкой 12 буровой скважины 2.

Первое кольцевое пространство 10 находится в гидравлической связи с внутренней полостью наружной, свернутой спиралью подъемной трубой 3 через перфорированные отверстия 13, которые просверлены насквозь в стенке корпуса 5 инструмента.

Второе кольцевое пространство 11 находится в гидравлической связи с внутренней полостью внутренней, свернутой спиралью подъемной трубой 4 через перфорированные отверстия 14, которые просверлены насквозь в стенке корпуса 5 инструмента.

В примере осуществления настоящего изобретения, показанном на чертеже, стенка буровой скважины образована колонной стальных обсадных труб 12 крепления скважины, в которых при помощи пулевого скважинного перфоратора простреливается ряд перфорированных отверстий 15. Эти перфорированные отверстия при простреливании проходят также насквозь и через зацементированное кольцевое затрубное пространство (не показано), если наличие такого пространства предусматривается вокруг колонны обсадных труб 12 крепления скважины, проникают внутрь окружающей скважину нефте- и/или газоносной геологической формации 16.

Как показано на чертеже стрелкой 17, инструмент 1 протягивается по стволу буровой скважины 2 под воздействием на него свернутых спиралью подъемных труб 3 и 4.

В то же самое время при помощи соответствующего насоса производится нагнетание первой жидкости 18 с регулируемой подачей по наружной, свернутой спиралью подъемной трубе 3 через первое кольцевое пространство 10 и перфорированные отверстия 15 в поровое пространство окружающей скважину геологической формации 16. Одновременно при помощи соответствующего насоса производится также и нагнетание второй жидкости 19 с регулируемой ее подачей по внутренней, свернутой спиралью подъемной трубе через второе кольцевое пространство 11 и перфорированные отверстия 15 в поровое пространство окружающей скважину геологической формации.

Кроме того, в то же самое время при помощи соответствующего насоса производится нагнетание жидкости 20 для предварительного промывания, подаваемой через кольцевое пространство 21 между наружной, свернутой спиралью подъемной трубой 3 и колонной обсадных труб 12 крепления скважины и поступающей оттуда по перфорированным отверстиям 15 внутрь геологической формации 16.

Таким образом, в результате проведения этих операций нагнетания при одновременном протягивании инструмента 1 по стволу буровой скважины 2 происходит образование в геологической формации 16 трех концентричных друг другу кольцеобразных слоев, пропитанных разными жидкостями. При этом крайний наружный пропитанный жидкостью кольцеобразный слой содержит жидкость 20 для предварительного промывания, а крайний внутренний пропитанный жидкостью кольцеобразный слой содержит вторую жидкость 19, которая соответственно представляет собой жидкость для промывания скважины подачей ее туда в избыточном количестве.

В промежуточном пропитанном жидкостью кольцеобразном слое содержится первая жидкость 18, в состав которой соответственно входит средство для цементирования геологической формации, либо химический агент для воздействия на пласт с целью повышения его нефте- и/или газоотдачи через поровое пространство геологической формации 16.

Инструмент 1, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может быть использован для проведения соответствующей обработки любой материнской породы в пределах интервалов по стволу скважины, имеющих увеличенную протяженность, в таких случаях, когда при выполнении этих работ требуется вводить внутрь геологической формации 16 не одну пропитывающую жидкость, а две или более.

Свабы 7, 8 и 9 в сборе могут представлять собой одинарные или групповые свабы с манжетными уплотнениями в сборе, выполненные наподобие используемых в конструкции глубинных насосных установок, которые известны как таковые из существующего уровня в данной области техники.

Вместо того, чтобы применять инструмент 1 в буровой скважине 2 с закрепленным обсадными трубами стволом, он может быть применен также и в открытой, т. е. , с не закрепленным обсадными трубами стволом скважине при условии, что в таком случае свабы 7, 8 и 9 в сборе, выполненные наподобие используемых для вызова притока в скважину, обладают достаточно высокой гибкостью для того, чтобы обеспечить наличие эффективных уплотнений, разделяющих последовательно расположенные кольцевые пространства 21, 10 и 11 между собой.

Рассмотренный инструмент 1 обеспечивает возможность точного и непрерывного нагнетания различных пропитывающих жидкостей 18, 19, 20 в пределах интервалов по стволу скважины, имеющих большую протяженность, глубина расположения которых определяется очень четко, с поступлением этих жидкостей внутрь геологической формации 16, которая окружает ствол буровой скважины 2, причем для осуществления этого процесса не требуется совершать циклического перехода на нагнетание каких-либо новых жидкостей.