способ обработки призабойной зоны пласта

Формула изобретения

1. Способ обработки призабойной зоны пласта, при осуществлении которого:

изолируют пласт вокруг рабочей колонны посредством пакера, размещаемого в кольцевом пространстве между рабочей колонной и обсадной колонной, так что оно разделяется пакером на верхнее кольцевое пространство и нижнее кольцевое пространство;

формируют обратный канал для потока от пласта через пакер от нижнего кольцевого пространства к верхнему кольцевому пространству, окружающему рабочую колонну;

нагнетают текучую среду от поверхности через рабочую колонну и возвращают ее через упомянутый обратный канал к поверхности;

выборочно перекрывают обратный канал, используя клапан в нижнем кольцевом пространстве во время нагнетания текучей среды, который приводят в действие наращиванием давления в нижнем кольцевом пространстве или увеличением скорости текучей среды, проходящей через нижнее кольцевое пространство и от изолированного пласта.

2. Способ по п.1, в котором производят разрыв пласта через рабочую колонну.

3. Способ по п.1, в котором спускают рабочую колонну через точку уплотнения в окружающей колонне труб.

4. Способ по п.3, в котором наращивают давление разрывом пласта.

5. Способ по п.3, в котором делают клапан автоматически реагирующим на наращивание давления.

6. Способ по п.5, в котором используют втулку, чувствительную к разности давлений, для выборочного перекрытия обратного канала.

7. Способ по п.3, в котором управляют клапаном с поверхности.

8. Способ по п.3, в котором используют сигнал с поверхности для управления клапаном и используют в качестве сигнала по меньшей мере одно из давления, электричества, света или звука.

9. Способ по п.3, в котором выполняют точку уплотнения в виде пакера или уплотненного отверстия.

10. Способ по п.1, в котором защищают упомянутым перекрытием оборудование, расположенное вверх по стволу скважины от пласта и связанное с нижним кольцевым пространством.

11. Способ по п.1, в котором спускают рабочую колонну через уплотненное отверстие в окружающей колонне труб и устанавливают рабочую колонну в этом уплотненном отверстии.

12. Способ по п.11, в котором спускают обратный канал для потока через уплотненное отверстие и снаружи рабочей колонны.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к области технических средств защиты кольцевого (затрубного) пространства, ведущего на поверхность, от давления, превышающего предельные давления колонны труб или противовыбросовых превенторов при обработке призабойной зоны пласта, в частности, во время проведения гидравлического разрыва пласта.

Предпосылки создания изобретения

Гидравлический разрыв пласта выполняется через рабочую колонну, ведущую с поверхности к нужному пласту. В некоторой точке рабочая колонна проходит через точку уплотнения и может в этой точке содержать перепускной канал, с тем чтобы давление у пласта могло быть определено измерением на поверхности давления в кольцевом пространстве, передаваемым на поверхность через перепускной канал рабочей колонны, проходящей через точку уплотнения. Точка уплотнения может представлять собой пакер или уплотненное отверстие. Гидравлический разрыв пласта включает нагнетание раствора с расклинивающим наполнителем через рабочую колонну в ствол скважины до нужного пласта. Рабочая колонна перекрывается над или вверх по стволу скважины от этого пласта. Разрыв пласта производится под действием нагнетаемого в него раствора. Расклинивающий наполнитель вводится в пласт для фиксации в открытом состоянии щелей, образовавшихся при нагнетании в пласт под давлением раствора для подачи расклинивающего наполнителя.

Проблема возникает в случае, когда происходит так называемое выпадение песка в пласте, сопровождающееся резким падением потока в пласт из-за того, что расклинивающий наполнитель создает барьер для дальнейшего проникновения раствора в пласт. Обычно мониторинг обстановки в пласте в процессе гидравлического разрыва выполняется измерением на поверхности давления в кольцевом пространстве. Когда происходит выпадение песка в пласте, давление в пласте обычно нарастает, поскольку нагнетание с поверхности производится многоцилиндровым поршневым насосом с приводом от двигателя. Проблема повышения давления в пласте состоит в том, что давление также повышается и в кольцевом пространстве скважины до поверхности. В кольцевом пространстве ближе к поверхности могут быть участки обсадной трубы, имеющие размер больший, чем в области пласта, и рассчитанные на меньшее давление. В другом варианте, оборудование противовыбросового превентора также может быть рассчитано на меньшее давление, чем обсадная труба в области пласта, гидравлический разрыв которого проводится. Отличительные особенности настоящего изобретения обеспечивают в таких случаях защиту, позволяющую предотвратить перегрузку по давлению этих компонентов, имеющих более низкие предельные давления. Эти и другие особенности будут лучше понятны специалистами при ознакомлении с приведенным ниже подробным описанием и приложенным чертежом, при том, что полный объем изобретения определен приложенной формулой.

Краткое изложение сущности изобретения

В узле гидравлического разрыва пласта имеется клапан, чувствительный к давлению или расходу, который перекрывает перепускной канал для предотвращения перегрузки по давлению компонентов, расположенных вверх по стволу скважины от обрабатываемого пласта и рассчитанных на меньшее давление, в случае выпадения песка в пласте при нагнетании расклинивающего наполнителя и повышения давления в перепускном канале кольцевого пространства вокруг рабочей колонны. Этими компонентами могут быть большая обсадная труба или узел противовыбросового превентора.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором представлен вид сечения узла гидравлического разрыва пласта, обладающего свойством перекрытия перепускного канала.

Подробное описание изобретения

На чертеже представлена рабочая колонна 10, которая проходит от поверхности 12 к обрабатываемому пласту 14. В предпочтительном варианте, ствол скважины укреплен обсадной трубой 16 так, что имеется по меньшей мере одна точка уплотнения, например пакер или уплотненное отверстие 18. Рабочая колонна 10 имеет перепускной канал 20, который также включает один или более наружных уплотнителей 22, плотно входящих в уплотненное отверстие 18. При нормальной работе, создаваемым на поверхности 12 давлением поток 24 направляется к пласту 14. Как правило, используется цементный раствор с расклинивающим наполнителем, однако состав закачиваемого раствора определяется его производителем, и используемые составы хорошо известны специалистам. По мере нагнетания раствора может произойти гидравлический разрыв пласта 14, при этом часть твердых частиц из цементного раствора попадает в трещины, образовавшиеся под действием давления подаваемого в скважину цементного раствора. На поверхности мониторинг давления в точке разрыва пласта можно вести по обратному потоку 26, проходящему по перепускному каналу 20 и вверх по кольцевому пространству 28 на поверхность 12.

Проблема возникает, когда происходит "выпадение песка" в пласте, либо пласт перестает принимать раствор, поскольку расклинивающий наполнитель образует пробку или просто заполняет вновь образовавшиеся трещины, что создает препятствие для поступления потока в пласт 14. Когда это происходит, давление в области пласта будет увеличиваться, также как и давление в перепускном канале 20 и кольцевом пространстве 28 по всей его длине до поверхности 12. Проблема может состоять в том, что допустимое давление некоторых из более крупных участков обсадной трубы, идущей вверх по стволу скважины, или узла противовыбросового превентора, может оказаться значительно ниже допустимого давления рабочей колонны ниже точки 18 уплотнения. Настоящее изобретение автоматически обеспечивает защиту такого оборудования с более низким допустимым давлением, когда происходит выпадение песка.

Защита представлена на разрезе на чертеже. У перепускного канала 20 имеется впускное отверстие 30 и клапан, чувствительный к давлению или расходу, показанный в открытом состоянии 32 и закрытом состоянии 32'. Для работы клапана 32 могут использоваться различные принципы, одним из которых является использование каналов 34 для приложения результирующей силы, действующей вверх по стволу скважины, к элементу 32 клапана для перекрытия впускного отверстия 30. Клапан 32 также может срабатывать как локальный датчик давления, который, при необходимости, включает двигатель привода, перекрывающего клапан 32. В альтернативном варианте, клапан может включаться по электрической или гидравлической линии управления, подведенной к нему с поверхности 12. Могут быть использованы и другие способы передачи сигнала с поверхности 12 на клапан 32 для его перекрытия, например, акустические сигналы или световые сигналы по волоконно-оптическому кабелю. В предпочтительном варианте осуществления, клапан 32 срабатывает автоматически для предотвращения превышения давления, воздействующего на оборудование с более низким допустимым давлением, расположенным вверх по стволу скважины, без необходимости привлечения наземного персонала для наблюдения за режимом работы и принятия мер, которые могут запоздать. Клапан 32 может иметь ограниченный проход для потока, благодаря чему при определенном значении скорости потока раствора возникает результирующая сила на втулке, окружающей дроссельное отверстие, для получения результирующей силы на элементе 32 клапана. Персонал на поверхности заметит падение давления в кольцевом пространстве, а также быстрый рост давления в рабочей колонне, сигнализирующие о выпадении песка и необходимости срочного прекращения нагнетания раствора, для предотвращения повреждения оборудования в верхней части ствола скважины из-за превышения давления.

Приведенное описание иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления и допускает большое число модификаций, которые могут быть предложены специалистами, без отступления от существа изобретения, область притязаний которого определена буквально и однозначно областью притязаний приложенной формулы.