способ крепления продуктивных пластов при тепловых методах добычи нефти и расширяемый фильтр для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ крепления продуктивных пластов расширяемыми фильтрами при тепловых методах добычи нефти, включающий бурение ствола скважины до входа в продуктивный пласт и его крепление обсадной колонной, вскрытие долотом меньшего диаметра продуктивного пласта, спуск в него фильтра, создание избыточного давления для фиксации и герметичного соединения якорем с обсадной колонной основного ствола скважины с последующим отбором продукции пласта или закачки теплоносителя в пласт через фильтр, отличающийся тем, что фильтр предварительно собирают из продольно-гофрированных труб с прорезями, соединяемых концевыми цилиндрическими участками между собой с возможностью ограниченного продольного перемещения, причем прорези фильтра изнутри герметично перекрывают термопластичным материалом, а после спуска созданием избыточного давления фильтр расширяют по всей длине, за исключением цилиндрических участков, после чего в фильтр подают теплоноситель, под действием которого термопластичный материал плавится, разгерметизируя прорези.

2. Расширяемый фильтр для осуществления способа, включающий трубы, выполненные с возможностью расширения и снабженные прорезями, якорь, установленный сверху фильтра, выполненный в виде продольно-гофрированной трубы, и герметизатор, позволяющий создать избыточное давление после спуска фильтра в скважину, отличающийся тем, что трубы выполнены продольно-гофрированными с цилиндрическими концевыми участками, прорези, выполненные на выступах продольно-гофрированных труб, изнутри герметично перекрыты термопластичным материалом, герметизатор выполнен в виде заглушки, установленной на конце нижней трубы фильтра, трубы соединены между собой через компенсатор термического удлинения труб фильтра, выполненный в виде наконечников, размещенных на цилиндрических участках труб с установленной между ними технологической втулкой и охваченных снаружи патрубком, жестко соединенным одним концом с одной из труб, а другим - с возможностью ограниченного перемещения между упорами с наконечником другой трубы.

3. Расширяемый фильтр по п.2, отличающийся тем, что наконечники снабжены ограничителями, а на торцах - конусами и выполнены из более твердого материала, чем технологическая втулка, которая выполнена с возможностью сжатия торцевыми конусами наконечников при термическом удлинении труб фильтра.

4. Расширяемый фильтр по п.2, отличающийся тем, что технологическая втулка снабжена посередине внутренним кольцевым выступом, а на торцах - конусами и выполнена из более твердого материала, чем наконечники, которые выполнены с возможностью сжатия торцевыми конусами технологической втулки при термическом удлинении труб фильтра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности может быть использовано при строительстве и эксплуатации нефтяных скважин с применением тепловых методов добычи нефти.

Известен «Расширяемый скважинный фильтр» (патент RU № 2197600 С2, МПК 7 Е21В 43/08, опубл. БИ № 3 от 27.01.2003 г.), содержащий выполненную с возможностью расширения и снабженную прорезями несущую трубу, соосно с которой в форме ирисовой диафрагмы установлено множество фильтровальных листов, так что в результате расширения трубы уменьшается величина перехлеста между смежными фильтровальными листами, причем фильтровальные листы содержат прорези, которые ориентированы в, по существу, окружном направлении относительно несущей трубы, при этом фильтровальные листы состоят из продолговатых полос с расположенными в шахматном порядке рядами прорезей в поперечном направлении относительно продольной оси каждой полосы, прорези расположены так, что чередующиеся ряды смещены до половины шага прорезей в поперечном направлении, длина прорезей больше половины поперечного шага прорезей, и схема расположения прорезей сохраняется вдоль продольной кромки каждой полосы, к тому же каждая полоса закреплена на выполненной с возможностью расширения, снабженной прорезями несущей трубе в расположенных по ее длине на равных расстояниях друг от друга точках крепления, причем точки крепления расположены в узлах между концами прорезей указанной несущей трубы, при этом продольная ось каждой полосы в основном параллельна центральной оси несущей трубы, как перед расширением, так и после расширения.

Способ крепления продуктивного пласта включает спуск расширяемого фильтра (см. выше) в интервал установки и расширение несущей трубы с помощью расширительного конуса, при этом наложенные друг на друга фильтровальные листы скользят относительно друг друга и прижимаются к стенкам ствола скважины.

Недостатками этих способа и расширяемого скважинного фильтра являются:

- невозможность использования фильтра в скважинах для крепления продуктивных пластов при термических методах добычи нефти, т.к. у него не предусмотрен компенсатор деформации фильтра при температурном воздействии;

- возможность задира фильтровальных листов при спуске фильтра в интервал установки;

- возможность частичного обвала породы в призабойной зоне продуктивного пласта, т.к. сохраняется перехлест между фильтровальными листами, и они неплотно прижимаются к породе после расширения несущей трубы;

- возможность перекрытия прорезей на фильтровальных листах участками несущей трубы без прорезей и наоборот, что снижает фильтрационные качества фильтра;

- необходимость использования расширяющего конуса, что ведет к дополнительным материальным затратам;

- сложность в изготовлении и, как следствие, высокие материальные затраты.

Наиболее близким техническим решением является «Расширяемый скважинный фильтр» (патент RU № 2421603 С1, МПК Е21В 43/08, опубл. БИ № 17 от 20.06.11 г.). Расширяемый фильтр содержит несущую трубу, выполненную цельной с поперечными прорезями и с возможностью расширения расширяющим конусом, снабженную сверху якорем, выполненным в виде продольно-гофрированной трубы с герметично закрепленным вверху расширяющим конусом, соединенным с колонной труб и снабженным ловителем, а между несущей трубой и якорем внутри установлен извлекаемый перепускной клапан с ловильной головкой вверху под ловитель.

Способ, осуществляемый с помощью этого фильтра, включает строительство ствола скважины до входа в продуктивный пласт и его крепление обсадной колонной, вскрытие долотом меньшего диаметра продуктивного пласта, спуск в него фильтра, создание избыточного давления для его фиксации и герметичного соединения якорем с обсадной колонной основного ствола скважины с последующим отбором продукции пласта или закачки теплоносителя в пласт через фильтр.

Недостатками этих способа и расширяемого скважинного фильтра являются:

- невозможность использования фильтра в скважинах для крепления продуктивных пластов при термических методах добычи нефти, т.к. у него не предусмотрен компенсатор деформации фильтра при температурном воздействии;

- необходимость расширения несущей трубы расширяющим конусом, что ведет к дополнительным затратам;

Техническими задачами предполагаемого изобретения является создание способа и простой, надежной конструкции расширяемого фильтра, позволяющих производить крепление продуктивных пластов при тепловых методах добычи нефти, а также снизить затраты на установку и эксплуатацию фильтра.

Технические задачи решаются способом крепления продуктивных пластов расширяемым фильтром при тепловых методах добычи нефти, включающим бурение ствола скважины до входа в продуктивный пласт и крепление его обсадной колонной, вскрытие долотом меньшего диаметра продуктивного пласта, спуск в него фильтра, создание избыточного давления для фиксации и герметичного соединения якорем с обсадной колонной основного ствола скважины с последующим отбором продукции пласта или закачки теплоносителя в пласт через фильтр.

Новым является то, что фильтр предварительно собирают из продольно-гофрированных труб с прорезями, соединяемых концевыми цилиндрическими участками между собой с возможностью ограниченного продольного перемещения, причем прорези фильтра изнутри герметично перекрывают термопластичным материалом, а после спуска созданием избыточного давления фильтр расширяют по всей длине, за исключением цилиндрических участков, после чего в фильтр подают теплоноситель, под действием которого термопластичный материал плавится, разгерметизируя прорези.

Технические задачи для реализации способа решаются также расширяемым фильтром, включающим трубы, выполненные с возможностью расширения и снабженные прорезями, якорь, установленный сверху фильтра, выполненный в виде продольно гофрированной трубы, и герметизатор, позволяющий создать избыточное давление после спуска фильтра в скважину.

Новым является то, что трубы выполнены продольно-гофрированными с цилиндрическими концевыми участками, прорези, выполненные на выступах продольно-гофрированных труб, изнутри герметично перекрыты термопластичным материалом, герметизатор выполнен в виде заглушки, установленной на конце нижней трубы фильтра, трубы соединены между собой через компенсатор термического удлинения труб фильтра, выполненный в виде наконечников, размещенных на цилиндрических участках труб с установленной между ними технологической втулкой и охваченных снаружи патрубком, жестко соединенным одним концом с одной из труб, а другим - с возможностью ограниченного перемещения между упорами с наконечником другой трубы.

Кроме этого наконечники могут быть снабжены ограничителями, а на торцах - конусами и выполнены из более твердого материала, чем технологическая втулка, которая выполнена с возможностью сжатия торцевыми конусами наконечников при термическом удлинении труб фильтра.

Также новым является то, что технологическая втулка может быть снабжена посередине внутренним кольцевым выступом, а на торцах - конусами и выполнена из более твердого материала, чем наконечники, которые выполнены с возможностью сжатия торцевыми конусами технологической втулки при термическом удлинении труб фильтра.

На фиг.1 показан расширяемый скважинный фильтр для крепления продуктивных пластов при тепловых методах добычи нефти (разрез).

На фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1 (разрез).

На фиг.3 показан выносной элемент Б на фиг.1 (разрез), компенсатор удлинения фильтра до установки фильтра в скважине (1-й вариант).

На фиг.4 показан выносной элемент Б на фиг.1 (разрез) компенсатор удлинения фильтра до установки фильтра в скважине (2-й вариант).

На фиг.5 показано крепление продуктивного пласта расширяемым скважинным фильтром с разгерметизированными отверстиями (разрез).

На фиг.6 показано сечение В-В на фиг.5 (разрез).

На фиг.7 показан выносной элемент Г на фиг.5 (разрез), компенсатор удлинения фильтра в процессе работы фильтра в скважине (1-й вариант).

На фиг.8 показан выносной элемент Г на фиг.5 (разрез), компенсатор удлинения фильтра в процессе работы фильтра в скважине (2-й вариант).

Расширяемый скважинный фильтр содержит выполненные с возможностью расширения продольно-гофрированные трубы 1 (фиг.1-8), 2 (фиг.5), 3 с цилиндрическими концевыми участками 4 (фиг.1, 3-5, 7, 8) и прорезями 5 (фиг.1, 2, 5, 6) на выступах 6 (фиг.2) труб 1 (фиг.1-8), 2 (фиг.5), 3 герметично перекрытыми изнутри термопластичным материалом 7 (фиг.1, 2), например битумной мастикой (битум - 95%, машинное масло - 5%), полистиролом, полиэтиленом и т.п. К верхней трубе 2 (фиг.5) присоединен якорь (показан условно), например, из продольно-гофрированной трубы, для соединения с обсадной колонной 8. На нижнем конце 9 нижней трубы 3 установлен герметизатор 10, выполненный в виде заглушки, например башмака, башмака-клапана и т.п. Трубы 1 (фиг.1-8), 2 (фиг.5), 3 фильтра соединяются между собой через компенсатор 11 (фиг.1, 3-5, 7, 8) термического удлинения, выполненный в виде наконечников 12, 13 (фиг.3, 4, 7, 8), размещенных на цилиндрических участках 4 (фиг.1, 3-5, 7, 8) с установленной между ними технологической втулкой 14 (фиг.3, 4, 7, 8) и охваченных снаружи патрубком 15, жестко соединенным одним концом с одной из труб 1 (фиг.1-8), а другим - с возможностью ограниченного перемещения между упорами 16 (фиг.3, 4, 7, 8) с наконечником 13 другой трубы 1 (фиг.1-8). Наконечники 12, 13 (фиг.3, 4, 7, 8) и технологические втулки 14 выполняют в двух вариантах:

1 вариант - наконечники 12 (фиг.3, 7), 13 снабжены ограничителями 17, а на торцах - конусами 18 и выполнены из более твердого материала, чем технологическая втулка 14, которая выполнена с возможностью сжатия конусами 18 наконечников 12, 13 при термическом удлинении труб 1 (фиг.1-8) фильтра.

2 вариант - технологическая втулка 14 (фиг.4, 8) снабжена посередине кольцевым выступом 19, а на торцах - конусами 20 и выполнена из более твердого материала, чем наконечники 12, 13, которые выполнены с возможностью сжатия конусами 20 технологической втулки 14 при термическом удлинении труб 1 (фиг.1-8) фильтра.

Компенсаторы 11 (фиг.3, 4) термического удлинения собирают на заводе-изготовителе. Для этого в патрубок 15 последовательно устанавливают наконечник 13, технологическую втулку 14 и наконечник 12. Затем к каждой трубе 1 (фиг.1-8), 2 (фиг.5), 3 навинчивают компенсатор 11 (фиг.3, 4) со стороны патрубка 15.

Способ реализуется в следующей последовательности.

Бурят скважину (не показано), спускают, затем крепят обсадную колонну 8 (фиг.5) до кровли продуктивного пласта (не показано) и вскрывают его долотом меньшего диаметра. После этого собирают фильтр из продольно-гофрированных труб 1 (фиг.1-8), 2 (фиг.5), 3 с установкой между ними компенсаторов 11 (фиг.3 или 4) термического удлинения. Для этого в скважину 21 (фиг.5) спускают продольно-гофрированную трубу 3 с заглушкой 10, установленной на ее нижнем конце 9, и подвешивают на элеваторе (не показано). К верхнему концу трубы 3 навинчивают наконечник 13 (фиг.3 или 4) компенсатора 11 следующей трубы 1 фильтра. Спускают трубы 3 и 1 в скважину и подвешивают на элеваторе. Таким образом, собирают фильтр необходимой длины. К последней трубе 2 (фиг.5) присоединяют якорь (показан условно), например, из продольно-гофрированной трубы, для соединения с обсадной колонной 8. После этого фильтр спускают до проектной глубины, созданием внутреннего избыточного давления расширяют его и подвешивают в обсадной колонне 8 с помощью якоря, например, из продольно-гофрированной трубы. При этом фильтр плотно прижимается к стенкам ствола 21 скважины. После этого извлекают на поверхность колонну труб со спускным инструментом (не показаны). Подают в скважину теплоноситель по любой известной технологии, под действием которого термопластичный материал 7 (фиг.1, 2) плавится, разгерметизируя прорези 5 (фиг.1, 2, 5, 6). Одновременно с этим за счет нагрева труб 1 (фиг.1-8), 2 (фиг.5) и 3 фильтра происходит их удлинение. При этом работают компенсаторы 11 (фиг.1, 3-5, 7, 8) термического удлинения. Наконечники 12 (фиг.3, 4, 7, 8), 13 и технологические втулки 14 выполняют в двух вариантах, поэтому рассмотрим работу фильтра в двух вариантах:

1 вариант:

При термическом удлинении труб 1 (фиг.5, 6, 7), 2 (фиг.5), 3 цилиндрические участки 4 (фиг.5, 7) давят на наконечники 12 (фиг.7), 13, которые своими конусами 18 сжимают технологическую втулку 14 внутрь и заходят за нее до упора в ограничители 17. При этом патрубок 15 смещается между упорами 16 на ту же величину, что и наконечники 12, 13. Когда прекращают подачу теплоносителя в скважину, трубы 1 (фиг.5, 6, 7), 2 (фиг.5), 3 сжимаются, наконечники 12 (фиг.7), 13 выходят из-за технологической втулки 14, которая остается сжатой внутрь. После подачи теплоносителя наконечники 12, 13 вновь входят за отжатые концы технологической втулки 14, предотвращая разрушение фильтра при термическом удлинении труб 1 (фиг.5, 6, 7), 2 (фиг.5), 3.

2 вариант:

При термическом удлинении труб 1 (фиг.5, 6, 8), 2 (фиг.5), 3 цилиндрические участки 4 (фиг.5, 8) давят на наконечники 12 (фиг.8), 13, которые отжимаются внутрь конусами 20 технологической втулки 14 и заходят на нее до упора в кольцевой выступ 19. При этом патрубок 15 смещается между упорами 16 на ту же величину, что и наконечники 12, 13. Когда прекращают подачу теплоносителя в скважину, трубы 1 (фиг.5, 6, 8), 2 (фиг.5), 3 сжимаются, наконечники 12 (фиг.7), 13 сходят с технологической втулки 14, оставаясь сжатыми внутрь. После подачи теплоносителя наконечники 12, 13 вновь заходят на технологическую втулку 14, предотвращая разрушение фильтра при термическом удлинении труб 1 (фиг.5, 6, 8), 2 (фиг.5), 3.

Данное изобретение позволяет производить крепление продуктивных пластов при тепловых методах добычи нефти, так как на каждой трубе фильтра устанавливается компенсатор термического удлинения, что позволяет предотвратить их разрушение, а также снизить затраты на установку за счет исключения операции расширения труб фильтра расширяющим конусом.