устройство для определения интервалов водопритока и их изоляции в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин

Формула изобретения

Устройство для определения интервалов водопритока и их изоляции в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин, содержащее спускаемую в скважину колонну пустотелых герметичных труб и геофизический прибор для проведения геофизических исследований, отличающееся тем, что на нижнем конце колонны пустотелых герметичных труб, в качестве которых применяют колонну насосно-компрессорных труб, выполнены отверстия, в отверстия установлены сбивные клапаны, а ниже отверстий в колонне насосно-компрессорных труб выполнена внутренняя кольцевая выборка, в которой установлено разрезное стопорное кольцо, при этом на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб ниже отверстий установлен гидравлический отклонитель, обеспечивающий попадание в открытый ствол многозабойной горизонтальной скважины, кроме того, устройство снабжено продавочной пробкой, имеющей возможность перемещения по колонне насосно-компрессорных труб под действием избыточного давления жидкости с возможностью разрушения сбивных клапанов с открытием отверстий в колонне насосно-компрессорных труб и фиксации стопорным кольцом в колонне насосно-компрессорных труб ниже отверстий, геофизический прибор спущен в колонну насосно-компрессорных труб посредством жесткого кабеля до упора в продавочную пробку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при изоляции водопритоков в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин.

Известно устройство для отключения притока пластовой воды в скважинах с горизонтальным забоем (патент на полезную модель RU № 30518, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. № 17 от 20.06.2003 г.), включающее спускаемые на колонне насосно-компрессорных труб надувные пакеры, при этом один из концов насосно-компрессорных труб заглушен для обеспечения одновременной пакеровки ствола скважины, а другой присоединен к эксплуатационному оборудованию, причем в насосно-компрессорных трубах выполнены каналы напротив продуктивных пластов. При этом в насосно-компрессорных трубах напротив надувных пакеров выполнены дополнительные отверстия, которые снабжены прямыми клапанами и механизмом сброса давления для каждого надувного пакера. В каналах насосно-компрессорных труб установлены обратные клапаны, а внутри насосно-компрессорных труб установлен глубинный насос, причем насосно-компрессорные трубы дополнительно снабжены центраторами, которые расположены в непосредственной близости к надувным пакерам.

Недостатками способа являются:

1) сложность конструкции, связанная с большим количеством узлов и деталей;

2) устройство не позволяет производить изоляцию интервала водопритока, а лишь отключает его;

3) устройство не позволяет производить отключение интервалов водопритока в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины.

Также известно устройство для изоляции пластов в скважине (патент RU № 2071545, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. № 1 от 10.01.1997 г.), включающее соединенные между собой патрубками верхний и нижний пакеры, каждый из которых имеет корпус с радиальным каналом, обечайку, образующую с наружной поверхностью корпуса кольцевую полость, кольцевой конус и шлипсы, размещенные снаружи корпуса с возможностью взаимодействия друг с другом, и обратные клапаны, при этом устройство снабжено муфтой, установленной над верхним пакером и связанной с корпусом переводником, который соединен с кольцевым конусом верхнего пакера, муфтой и ступенчатыми втулками, меньшие ступени которых ориентированы в противоположные стороны, большие ступени помещены в кольцевых полостях, а обратные клапаны и уплотнительные элементы пакеров установлены в ступенчатых втулках, помещенных между обечайками и кольцевыми конусами, при этом переводник связан с муфтой срезными винтами и выполнен с возможностью осевого перемещения относительно муфты до упора в нее кольцевого конуса верхнего пакера.

Недостатками данного устройства являются:

1) сложность конструкции, связанная с большим количеством узлов и деталей;

2) низкая надежность, связанная со сложным принципом работы, причем узлы устройства взаимозависимы и срабатывают в определенной зависимой друг от друга последовательности;

3) устройство не позволяет производить изоляцию в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования горизонтальных скважин (патент RU № 2114298, МПК Е21В 47/01, опубл. 27.06.1998 в бюл. № 18). Устройство содержит спускаемый в горизонтальную скважину на каротажном кабеле геофизический прибор, обеспечивающий измерение расхода и состава жидкостей в скважине. К геофизическому прибору жестко прикреплены поплавковые элементы, представляющие собой воздухонаполненные герметичные отрезки труб. Средняя плотность поплавковых элементов вместе с геофизическим прибором меньше плотности нефти, откачиваемой из скважины. К поплавковому элементу прикреплен толкатель, выполненный в виде колонны пустотелых герметичных труб, средняя плотность которых близка к плотности откачиваемой из скважины нефти. Внутри труб толкателя к геофизическому прибору проходят токоподводящие жилы. К толкателю прикреплен груз-двигатель, выполненный в виде колонны утяжеленных труб, через который пропущен каротажный кабель, подсоединенный к токоподводящим жилам толкателя. Длина толкателя соответствует суммарной длине горизонтального и искривленного участков скважины. Груз-двигатель имеет такую массу, что усилие, развиваемое весом груза-двигателя при спуске устройства в скважину, достаточно для проталкивания геофизического прибора поплавковыми элементами посредством толкателя к забою скважины.

Недостатками данного устройства являются:

1) низкая надежность работы, связанная с возможностью того, что геофизический прибор не дойдет до забоя скважины, если вес груза-двигателя окажется недостаточным, поскольку невозможно заранее определить сопротивление, возникающее в скважине в процессе спуска устройства;

2) низкая точность определения обводнившегося интервала геофизическим прибором, так как в процессе исследования геофизический прибор должен симметрично находиться в потоке скважинной жидкости, а из-за наличия поплавковых элементов он колеблется в потоке жидкости при снижении плотности потока скважинной жидкости;

3) устройство предназначено для определения интервалов водопритока в горизонтальном стволе скважины, но не позволяет произвести определение интервалов водопритока в стволах многозабойной горизонтальной скважины.

Технической задачей предложения является повышение надежности работы устройства и точности определения обводнившихся интервалов в открытом стволе многозабойной горизонтальной скважины за счет проведения селективных геофизических исследований с последующей изоляцией обводняющихся интервалов скважины, а также за счет размещения геофизического прибора непосредственно в потоке жидкости.

Поставленная техническая задача решается устройством для определения интервалов водопритока и их изоляции в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин, содержащим спускаемую в скважину колонну пустотелых герметичных труб и геофизический прибор для проведения геофизических исследований.

Новым является то, что на нижнем конце колонны пустотелых герметичных труб, в качестве которых применяют колонну насосно-компрессорных труб, выполнены отверстия, в отверстия установлены сбивные клапаны, а ниже отверстий в колонне насосно-компрессорных труб выполнена внутренняя кольцевая выборка, в которой установлено разрезное стопорное кольцо, при этом на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, ниже отверстий, установлен гидравлический отклонитель, обеспечивающий попадание в открытый ствол многозабойной горизонтальной скважины, кроме того, устройство снабжено продавочной пробкой, имеющей возможность перемещения по колонне насосно-компрессорных труб под действием избыточного давления жидкости с возможностью разрушения сбивных клапанов с открытием отверстий в колонне насосно-компрессорных труб и фиксации стопорным кольцом в колонне насосно-компрессорных труб ниже отверстий, геофизический прибор спущен в колонну насосно-компрессорных труб посредством жесткого кабеля до упора в продавочную пробку.

На фиг.1, 2 и 3 показано предлагаемое устройство в процессе работы.

В многозабойной горизонтальной скважине 1 для исследования ее открытых стволов, например 1', 1", 1''' (фиг.1), применяют устройство, спускаемое в скважину на колонне пустотелых герметичных труб, в качестве которой применяют колонну насосно-компрессорных труб 2 (далее колонна труб) с отверстиями 3, 3' 3ⁿ на нижнем конце. В качестве колонны труб 2 может применяться колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 73 мм по ГОСТ 633-80. Например, на нижнем конце колонны труб 2 выполняют три отверстия 3, 3', 3" (на фиг.1 показаны условно) диаметром 18 мм. В отверстия 3, 3', 3" колонны труб 2 соответственно установлены три сбивных клапана 4, 4', 4" (на фиг.1 показаны условно) под углом 120° относительно друг друга, выполненных из бронзы марки БрАМц9-2.

На нижнем конце колонны труб 2 (фиг.1), ниже отверстий, установлен гидравлический отклонитель 5, оснащенный снизу штоком 5' и насадкой 5" с отверстием. Шток 5' гидравлического отклонителя 5 под действием избыточного давления жидкости в колонне труб 2 обеспечивает попадание колонны труб 2 в любой из открытых стволов 1', 1" 1ⁿ многозабойной скважины 1, например в открытый ствол. Насадка 5" с отверстием гидравлического отклонителя 5 обеспечивает проведение промывки в процессе спуско-подъемных операций колонны труб 2.

В качестве гидравлического отклонителя 5 могут применяться устройства, широко используемые в ОАО «Татнефть» для проведения промывок и кислотных обработок многозабойных скважин, описанные в патентах RU № 2318111, МПК Е21В 23/00, опубл. 27.02.2008 г., или № 2318112, МПК Е21В 23/00, опубл. 27.02.2008 г. в бюл. № 6.

Устройство снабжено продавочной пробкой 6 (фиг.2), имеющей возможность перемещения по колонне труб 2 под действием избыточного давления жидкости и разрушения сбивных клапанов 4, 4', 4" с открытием отверстий 3, 3', 3" в колонне труб 2.

Имеется возможность последующей фиксации продавочной пробки 6 разрезным стопорным кольцом 7 (фиг.1 и 2), установленным во внутренней кольцевой выборке 7' (фиг.1), выполненной в колонне труб 2, ниже отверстий 3, 3', 3", и герметичного отсечения гидравлического отклонителя 5 от колонны труб 2.

Для определения интервала водопритока устройство оснащено геофизическим прибором 8 (фиг.2). Используют геофизический прибор 8 любой известной конструкции, например комплексный прибор модульного типа марки ГДИ-7 производства ООО «Татнефтегеофизика-Универсал» (Республика Татарстан, г. Бугульма), предназначенный для проведения гидродинамических исследований в открытых стволах горизонтальных скважин. При помощи данного прибора проводят геофизические исследования, например термометрию и дебитометрию (приток), определяя обводняющийся интервал открытого ствола 1' (фиг.1) многозабойной горизонтальной скважины 1 при перемещении геофизического прибора 8 по открытому стволу 1' многозабойной горизонтальной скважины 1.

Геофизический прибор 8 (фиг.2) оснащен жестким кабелем 9, посредством которого он спускается с устья (не показано) скважины по колонне труб 2 (фиг.2) в многозабойную горизонтальную скважину 1.

В горизонтальном участке скважины геофизический прибор 8 жестким кабелем 9 проталкивается по колонне труб 2 до гидравлического отклонителя 5 с усилием, создаваемым при размотке барабана геофизического подъемника (на фиг.1, 2, 3 не показан), на который намотан жесткий кабель 9, благодаря своей жесткости позволяющий эффективно доставить геофизический прибор 8 в горизонтальную скважину.

В качестве жесткого кабеля 9 применяют, например, кабель переменного сечения марки КЛ 3-160/230-900а (диметром 22-28 мм) или кабель постоянного сечения (диаметром 28 мм) марки КГ 3×0,75-150-150 Оа, выпускаемые ЗАО «ГИСприбор-М» (Россия, г. Псков, ул.Алмазная, д.3).

Сбивные клапаны 4 предназначены для создания сообщения внутреннего пространства колонны труб 2 с пространством любого из открытых стволов 1', 1", 1''', например с открытым стволом 1', многозабойной горизонтальной скважины 1. Сбивные клапаны 4 разрушаются после попадания устройства в заданный открытый ствол, затем производят определение интервалов водопритока и их изоляцию через отверстия 3 разрушенных сбивных клапанов 4.

Устройство работает следующим образом.

На устье скважины собирают предлагаемое устройство для определения интервалов водопритока и их изоляции в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины 1 (фиг.1). Например, необходимо определить интервал водопритока и произвести изоляцию в открытом стволе 1' многозабойной горизонтальной скважины 1 с известным забоем 1150 м.

Устройство для исследования открытых стволов многозабойной горизонтальной скважины на колонне труб 2 спускают в многозабойную горизонтальную скважину 1 до тех пор, пока гидравлический отклонитель 5 не окажется напротив входа в открытый ствол 1' (фиг.1), например в интервале 950 м. В процессе спуска колонны труб 2 производят промывку многозабойной скважины 1 через насадку 5" с отверстием штока 5' гидравлического отклонителя 5. Промывка скважины 1 в процессе спуска устройства позволяет исключить его завал шламом.

Затем с устья многозабойной горизонтальной скважины 1 с помощью любого известного насоса, например цементировочного агрегата марки ЦА-320, в колонну труб 2 закачивают технологическую жидкость, в качестве которой используют, например, пресную воду плотностью 1000 кг/м ³ и создают избыточное давление жидкости, которое через внутреннее пространство 10 (фиг.2) колонны труб 2 передается во внутреннее пространство (не показано) гидравлического отклонителя 5.

В результате шток 5' гидравлического отклонителя 5 поворачивается в сторону открытого ствола 1'. Далее, не снижая избыточного давления в колонне труб 2, продолжают спуск колонны труб 2 в открытый ствол 1' многозабойной горизонтальной скважины 1 до упора в забой 11 (например в интервале 1150 м) открытого ствола 1' многозабойной скважины 1.

Данная технологическая операция позволяет определить точное нахождение (попадание) колонны труб 2 в заданном открытом стволе 1', так как все открытые стволы 1', 1" 1''' многозабойной скважины 1 имеют различные значения забоев.

Поднимают колонну труб 2 вверх до тех пор, пока гидравлический отклонитель 5 не окажется в интервале зарезки 12 (фиг.2) открытого ствола 1' (фиг.1), при этом гидравлический отколонитель 5 остается в открытом стволе 1'. Например, длина А гидравлического отклонителя 5 (фиг.1) составляет 2 м. Тогда гидравлический отклонитель 5 размещается в интервале зарезки 12 на расстоянии: 950+2=952 м. Зная забой скважины 1 (1150 м), определяют высоту, на которую необходимо поднять колонну труб 2: 1150-952=192 м. Таким образом, колонну труб 2 поднимают вверх на 192 м.

С устья многозабойной скважины 1 в колонну труб 2 устанавливают продавочную пробку 6 (фиг.2), которую под действием избыточного давления, создаваемого закачкой насосным агрегатом ЦА-320 технологической жидкости, например пресной воды плотностью 1000 кг/м³, проталкивают через внутреннее пространство 10 колонны труб 2. Продавочная пробка 6 под действием избыточного давления жидкости перемещается по колонне труб 2. При достижении избыточного давления, например 10 МПа, разрушаются сбивные клапаны 4. Открываются отверстия 3 в колонне труб 1 для доступа скважинной жидкости внутрь колонны труб 2, при этом продавочная пробка 6 перемещается дальше по колонне труб 2 и фиксируется в ней ниже отверстий 3 с помощью стопорного кольца 7, размещенного в колонне труб 2 ниже отверстий 3. Далее в колонну труб 2 (фиг.2) на жестком кабеле 9 спускают геофизический прибор 8.

Жесткий кабель 9 проталкивает геофизический прибор 8 через внутреннее пространство 10 колонны труб 2 до упора в продавочную пробку 6. При этом геофизический прибор 8 оказывается напротив отверстий 3 колонны труб 2, через которые в колонну труб 2 поступает жидкость для исследования открытого ствола 1'.

Перемещением колонны труб 2 от интервала зарезки 12 (952 м) до забоя 11 (1150 м) открытого ствола 1' определяют, например, обводнившийся интервал (не показан) в открытом стволе 1' (фиг.2) многозабойной скважины 1 в интервале 1072-1094 м. На жестком кабеле 9 извлекают геофизический прибор 8 из колонны труб 2.

Изоляцию открытого ствола 1' (фиг.3) многозабойной горизонтальной скважины 1 в интервале 1150-1072 м производят закачкой по колонне труб 2 изолирующего материала, например микроцемента (супертонкий ультрацемент), производимого ЗАО «НПО «Полицелл» (г. Владимир) по ТУ 5739-019-56864391-2010. Для этого микроцемент затворяют на пресной воде плотностью 1000 кг/м³ при массовом соотношении соответственно 2:3 и полученный раствор закачивают в колонну труб 2.

Далее одновременно производят продавку изолирующего материала через отверстия 3 колонны труб 2 в открытый ствол 1' многозабойной горизонтальной скважины 1 и подъем колонны труб 2 до верхнего участка обводнившегося интервала (1072 м). Таким образом, изолируют открытый ствол 1' (фиг.3) многозабойной горизонтальной скважины 1.

Для определения интервала обводнения и его изоляции в другом открытом стволе 1", 1ⁿ многозабойной скважины 1, например в открытом стволе 1", на устье скважины на колонне труб 2 собирают устройство, как показано на фиг.1. Повторяют технологические операции, выполненные при исследовании открытого ствола 1'.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности работы и точности определения обводнившегося интервала в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины, при этом геофизический прибор находится непосредственно в потоке скважинной жидкости вследствие его совместного перемещения с колонной труб по открытому стволу многозабойной горизонтальной скважины, а жесткий кабель передает на устье скважины данные измерений в динамике, что позволяет более точно определить обводняющиеся интервалы, а затем произвести их изоляцию в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины.