[RU]

1. Способ вторичного вскрытия продуктивных пластов, включающий подъем гидравлического перфоратора вдоль оси скважины с перфорацией эксплуатационной колонны, перемещение гидравлического перфоратора вдоль оси скважины и одновременное вращение его вокруг собственной оси с нарезанием винтовых перфорационных щелей, отличающийся тем, что выполняют винтовую щелевую перфорацию, представляющую собой геликоид, с шагом, значение которого составляет 0,7 от максимальной высоты нарезаемой щели для смыкания указанных щелей в единое полое пространство горной выработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют винтовую щелевую перфорацию с шагом, составляющим 10 см.

(57) Реферат / Формула:

1. Способ вторичного вскрытия продуктивных пластов, включающий подъем гидравлического перфоратора вдоль оси скважины с перфорацией эксплуатационной колонны, перемещение гидравлического перфоратора вдоль оси скважины и одновременное вращение его вокруг собственной оси с нарезанием винтовых перфорационных щелей, отличающийся тем, что выполняют винтовую щелевую перфорацию, представляющую собой геликоид, с шагом, значение которого составляет 0,7 от максимальной высоты нарезаемой щели для смыкания указанных щелей в единое полое пространство горной выработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют винтовую щелевую перфорацию с шагом, составляющим 10 см.

---

Евразийское 027572 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. Е21В 43/114 (2006.01)
2017.08.31
(21) Номер заявки 201600072
(22) Дата подачи заявки 2015.07.17
(21)
(56) RU-C1-2212526 RU-U1-10775 RU-U1-78519 EA-B1-008083
(54) СПОСОБ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ ГЕЛИКОИДНОЙ ПЕРФОРАЦИЕЙ
(31) 2014130917
(32) 2014.07.25
(33) RU
(43) 2016.06.30
(86) PCT/RU2015/000460
(87) WO 2016/013960 2016.01.28
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ГЕЛИКОИД" (RU)
(72) Изобретатель:
Бобылев Олег Анатольевич (RU)
(74) Представитель:
Котлов Д.В. (RU)
(57) Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения нефтеотдачи посредством наиболее полной выработки пластов в осложненных горно-геологических условиях. Способ вторичного вскрытия продуктивных пластов геликоидной перфорацией включает перфорацию, которую выполняют, перемещая перфоратор вдоль оси скважины, и одновременно вращают его вокруг собственной оси с образованием перфорационных каналов, причем скорости перемещения и вращения перфоратора выбирают исходя из условия, что полученная в результате перфорация представляет собой геликоиду с образованием полого пространства в обрабатываемом пласте, при этом в качестве перфоратора используют гидравлическую перфорационную насадку (гидравлический перфоратор), а шаг полученной геликоиды составляет 10 см, причем шаг геликоиды составляет 0,7 максимальной высоты щели. Перфорационные каналы объединяются друг с другом в пласте благодаря малому шагу геликоиды и в заколонном пространстве образуется цилиндрическая горная выработка радиусом более 0,5 м. Площадь фильтрации жидкости из пласта в скважину в 5 раз выше, чем для открытого ствола скважины, что приводит к снижению скин-фактора до уровня гидравлического разрыва пласта без разрушения кровли или подошвы пласта или перемычек внутри пласта. Изобретение позволяет создать открытый забой скважины (полости) радиусом более 0,5 м, снизить фильтрационные сопротивления, снизить степень риска получения "стопа" при гидравлическом разрыве пласта и повысить эффективности фильтрации.
Область техники
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения нефтеотдачи посредством наиболее полной выработки пластов в осложненных горно-геологических условиях.
Предшествующий уровень техники
Наиболее часто используемыми способами вторичного вскрытия продуктивных пластов являются пулевая, кумулятивная перфорации, сверлящая, гидропескоструйная, а так же гидравлический разрыв пласта (Повышение качества первичного и вторичного вскрытия нефтяных пластов/Н.А. Петров, В.Г. Султанов, И.Н. Давыдова, Г.В. Конесев; под ред. проф. Г.В. Конесева. - СПб.: ООО "Недра", 2007. -548 с).
На сегодняшний день наибольшее распространение получила кумулятивная перфорация скважин, так как она легче всего может быть реализована в любых условиях. Однако такая легкость в реализации не говорит о наибольшей эффективности технологии. Так, пулевая, кумулятивная, сверлящая и гидропескоструйная перфорации относятся к точечному типу, т.е. вскрытие пласта происходит в точке (в проекции на стенку скважины) и для повышения качества связи необходимо выполнить многократное вскрытие пласта таким способом.
Следующим уровнем, по качеству вскрытия, является разновидность гидропескоструйной перфорации - щелевая гидропескоструйная перфорация, которая производит вскрытие пласта в плоскости (вертикальной или горизонтальной). Данный способ вскрытия пластов является наиболее щадящим по отношения к цементному камню скважины и дает хорошую связь с пластом, так как позволяет получить чистые каналы (Разработка технического обеспечения и методов контроля процесса гидромеханической щелевой перфорации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Назаров С.В. 2005 г.). Существует большое количество модификаций данного способа вторичного вскрытия пластов, сочетающих в себе как механическое вскрытие эксплуатационной колонны ножами, роликами, так и полностью гидравлическое вскрытие колонны и нарезку фильтрационного канала и щели. Недостатком данного способа является получение связи скважины с пластом только в одной, двух или трех вертикальных плоскостях (в зависимости от числа насадок).
На сегодняшний день способом вторичного вскрытия пласта, позволяющим получить максимальную гидродинамическую связь между пластом и скважиной, является гидравлический разрыв пласта (Способ улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом (RU 2485296, МПК Е21В 43/16, опубл. 20.06.2013)). Данная технология получила большое распространение благодаря своей высокой эффективности, однако она, так же как и щелевая гидропескоструйная перфорация, вскрывает пласт в плоскостном направлении (вертикальном или горизонтальном). Так же данная технология имеет ограничения по применимости в осложненных горно-геологических условиях (наличие газовых шапок или активных подошвенных вод), так как трещина гидроразрыва имеет большую протяженность по вертикали и может выйти за пределы продуктивного пласта. Таким образом, основным недостатком данной технологии является обязательное наличие в скважине между продуктивным пластом и другими водо-или газоносными пластами мощных водоупоров, которые бы препятствовали распространению трещины разрыва в другие пласты.
За основу для реализации технологии максимизации качества гидродинамической связи была взята технология щелевой гидравлической резки пласта, так как данная технология позволяет работать в осложненных горно-геологических условиях, и имеет потенциал для улучшения.
В данной области в последнее время существует очень большое количество вариантов формирования щели, однако практически все они сводятся к нарезке вертикальных щелей либо в постоянном режиме (RU 2282714, МПК Е21В 43/114, опубл. 27.08.2006), либо в интервальном со сращиванием щелей уже в пласте (RU 2365742, МПК Е21В 43/11, опубл. 27.08.2009).
Также широко известны способы вскрытия продуктивных пластов щелевой перфорацией (RU 2397317, МПК Е21В 43/112, опубл. 20.08.2010), когда перфоратор опускают в скважину на заданную глубину, с последующим перемещением перфоратора вверх и прорезанием щели в стенке обсадной трубы/эксплуатационной колонны выдвижной дисковой фрезой. Перфорацию осуществляют в интервале скважины щелеобразными участками, расположенными относительно друг друга с заданным шагом по спиральной линии вокруг оси колонны. Образование щели на каждом участке осуществляют перемещением оси фрезы в плоскости щелеобразования по заданной траектории с одновременным возвратно-поступательным перемещением перфоратора в вертикальном направлении относительно обсадной колонны. Скорость перемещения перфоратора выбирают из проектных условий вскрытия продуктивного пласта. Недостатком данного способа является ограничение высоты и глубины перфорации длинной хода дисковой фрезы.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа можно считать (патент RU 2393341, МПК Е21В 43/114, опубл. 27.06.2010) "Перфоратор гидромеханический щелевой". Автор данного патента наиболее близко подошел к решению вопроса объемной перфорации скважин, который предложил установить накатные ролики перфоратора под углом к вертикальной оси для получения винтовых щелей. Целью данного автора являлось создание таких щелей, которые бы позволяли обсадной колонне противостоять
горизонтальной горной составляющей для предотвращения сминания колонны. В итоге автор констатирует, что данный прибор позволяет оборудовать скважину системой протяженных крестообразных каналов. Недостатком данного способа является наличие каналов, а именно создание щелей вместо полного удаления горной породы в зоне контакта, т.е. вскрытие пласта происходит по гепикоидной поверхности и в развертке является плоскостным вариантом, что приводит к возникновению дополнительных фильтрационных сопротивлений при фильтрации флюидов из пласта в скважину.
Раскрытие изобретения
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является создание максимально большого канала фильтрации пластовой жидкости в скважину.
Технический результат, достигаемый при использовании предложенного способа, - создание открытого забоя скважины (полости) радиусом более 0,5 м, снижение фильтрационных сопротивлений, снижение степени риска получения "стопа" при гидравлическом разрыве пласта и повышение эффективности фильтрации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что перфорацию выполняют, перемещая перфоратор вдоль оси скважины, и одновременно вращают его вокруг собственной оси с образованием перфорационных каналов, причем скорости перемещения и вращения перфоратора выбирают исходя из условия, что полученная в результате перфорация представляет собой геликоиду с образованием полого пространства в обрабатываемом пласте, при этом в качестве перфоратора используют гидравлическую перфорационную насадку (гидравлический перфоратор), а шаг полученной геликоиды составляет 10 см, причем шаг геликоиды составляет 0,7 максимальной высоты щели. Перфорационные каналы объединяются друг с другом в пласте, благодаря малому шагу геликоиды и в заколонном пространстве образуется цилиндрическая горная выработка радиусом более 0,5 м. Площадь фильтрации жидкости из пласта в скважину в 5 раз выше, чем для открытого ствола скважины, что приводит к снижению скин-фактора до уровня гидравлического разрыва пласта без разрушения кровли или подошвы пласта или перемычек внутри пласта.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в разрезе призабойной зоны скважины в случае нарезки обособленных винтовых щелей/перфорационных каналов (шаг винта> высота щели).
Фиг. 2 - вид в разрезе призабойной зоны скважины в случае нарезки соединенных винтовых щелей/перфорационных каналов в единое полое пространство (шаг винта <0,7 высота щели).
Вариант осуществления изобретения
Геликоидная перфорация позволяет вскрывать пласт во всем объеме, а не точечно (кумулятивная, гидравлическая перфорации) или в плоскости (щелевая перфорация, гидравлический разрыв пласта). Ге-ликоидная перфорация включает гидравлический перфоратор (гидравлическую перфорационную насадку) и механизм с возможностью перемещения перфоратора вдоль оси скважины так и его вращения. Вращение и перемещение вдоль оси гидравлического перфоратора осуществляется 3 возможными способами: гидравлическим, механическим и механико-гидравлическим способами.
Гидравлический способ.
Существует оборудование, позволяющее производить подъем забойного гидравлического перфоратора при помощи глубинного устройства для вертикальных перемещений гидроперфоратора (патент RU 2175378, МПК Е21В 43/114, опубл. 27.10.2001). Соединение вместе глубинного устройства для подъема перфоратора с приводом для вращения - глубинный вращатель ВГ-1 (временная инструкция по гидропескоструйному методу перфорации и вскрытию пласта. М., 1967 г. ВНИИ, с. 5; с. 33), позволят соплу гидравлического перфоратора описывать геликоиду и производить перфорацию требуемой конфигурации. Для регулирования шага геликоиды между двумя устройствами встраивается золотниковое устройство, которое необходимо регулировать для каждого конкретного случая. Недостатком гидравлического способа является сложность контролирования величины шага геликоиды, так как он зависит от перепада давления, который может существенно изменяться в процессе резки горных пород, а встраиваемый золотниковый механизм позволяет получить среднее значение шага.
Механический способ.
Существует оборудование для выполнения винтовой щелевой гидравлической перфорации, совмещенное с функцией резки металла обсадной трубы твердыми накатными роликами. Недостатком известного оборудования является создание щелей вместо полного удаления горной породы в зоне контакта. Решением данного недостатка является точный расчет шага винта перфоратора для того, чтобы происходило смыкание нарезаемых щелей для создания объемной полости.
Механико-гидравлический способ.
Является комбинацией двух вышеперечисленных способов. При данном способе будет обеспечен заданный шаг геликоиды (установка накатных роликов под известным углом к оси) и максимальное рабочее давление струи жидкости (герметичное устье).
По первому варианту новизной является совмещение двух узлов и установка между ними дополнительного дросселя, который настраивается для конкретных параметров резки, обеспечивая при заданном перепаде давления требуемую траекторию движения гидравлической перфорационной насадки.
По второму варианту новизной является установка накатных роликов под расчетным углом к оси скважины, обеспечивающим требуемую траекторию движения гидравлической перфорационной насадки (гидравлического перфоратора) при движении колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) вверх-вниз, позволяющее объединить нарезаемые перфорационный каналы (щели) в единую полость.
По третьему варианту новизной является так же установка накатных роликов под расчетным углом к оси скважины, обеспечивающим требуемую траекторию движения гидравлической перфорационной насадки при поступательном движении, создаваемым при помощи глубинного устройства для вертикальных перемещений.
Заданный шаг движения гидравлической перфорационной насадки по геликоиде требуется для создания полого пространства. Так, на фиг. 1 приведен вариант полого пространства, получаемого в случае, когда шаг геликоиды больше максимальной ширины нарезаемой щели (перфорационного канала) (3), при этом перфорационный каналы не смыкаются между собой. В случае уменьшения шага геликоиды и достижения его значения максимальной ширины нарезаемой щели происходит смыкание нарезаемых щелей в точках максимальной ширины. Для достижения устойчивого соединения получаемых полостей предложено уменьшить шаг геликоиды до 0,7 максимальной высоты щели, что позволит получить единое пустотное (полое) пространство (4) в обрабатываемом пласте (1) (продуктивном пласте), обеспечивающее максимальный приток жидкости из пласта к скважине (2) (фиг. 2). Глубина такого полого пространства будет зависеть от механических свойств горной породы, геометрических параметров гидравлического перфоратора, физических свойств жидкости перфорации и используемого абразива, а так же создаваемого перепада давлений в гидравлическом перфораторе. Следует отметить, что при создании такого пустотного пространства его глубина будет больше чем для щелевой резки и для просто гидравлической перфорации, так как рабочая струя практически не будет гаситься обратной струей флюида.
Промышленная применимость
Для создания полого пространства в скважине выполняются следующие операции. По первому варианту устанавливается золотниковый механизм между двумя устройствами - глубинным устройством для вертикального перемещения перфоратора и глубинным вращателем. Компоновку оборудования спускают в заданный интервал обрабатываемого пласта на колонне НКТ. В заданном интервале при подаче жидкости в НКТ под высоким давлением первое устройство начинает поднимать гидравлический перфоратор с заданной скоростью, которая обеспечивается перепадом давления. Жидкость в НКТ, проходя через золотниковый механизм приходит во второе устройство с заданным давлением (ниже, чем в первом устройстве), что приводит к его вращению и соответственно передает это вращение гидравлическому перфоратору. Далее, жидкость поступает в гидравлический перфоратор и выходя через его сопло (или сопла) приобретает высокую кинетическую энергию, которая тратится на разрушение обсадной колонны и обрабатываемого пласта, тем самым намывая каверну (пустотное (полое) пространство или как его еще называют открытую полость). В связи с тем, что гидравлический перфоратор поднимается и одновременно вращается, исходящая струя описывает геликоиду и выполняет нарезку не в одной плоскости, а в объеме (в трех осях). Так как размер золотникового устройства рассчитан по известным формулам для обеспечения количественного соотношения поступательного и вращательного движения в размере расстояния между нарезаемыми щелями (шаг геликоиды) в 10 см (70% от 15 см средней доказанной ширине гидропескоструйной щели), то в скважине формируется открытая полость на высоту подъема перфоратора с глубиной, задаваемой параметрами перфоратора, механическими свойствами горной породы и перепадом давления. После окончания подъема перфоратора при помощи глубинного устройства для вертикального перемещения необходимо провести подъем всей компоновки для перезарядки.
По второму варианту производится установка накатных роликов двухстороннего гидромеханического щелевого перфоратора под углом, обеспечивающим расстояние между нарезаемыми щелями гидравлического перфоратора в 10 см. Расчет угла производится через формулу:
где ф - угол наклона роликов к оси, град;
D - внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м;
Т - требуемый шаг геликоиды, м;
n - число заходов винта перфоратора (1, 2 или 3).
Тогда для эксплуатационной колонны с внутренним диаметром 146 мм для получения шага в 10 см для однозаходного перфоратора (1 насадка) угол будет равен 77,7°, для двузаходного (2 насадки) 66,4° и для трехзаходного (3 насадки) 56,8°.
Производится спуск перфоратора на заданную глубину, при этом устье скважины оборудуется сальниковым устройством, обеспечивающим вертикальный подъем колонны НКТ. После спуска перфоратора в колонну НТК подается рабочая жидкость под давлением, благодаря чему ролики выходят из своих пазов и производят разрушение металла эксплуатационной колонны в точке контакта. Одновременно с этим происходит разрушение цементного камня, и породы пласта за счет кинетической энергии струи рабочей жидкости. В первоначальный момент пуска давление на выкиде из скважины резко воз
растает, но по мере нарезки полости происходит его падение и дальнейшая стабилизация. После стабилизации давления начинается этап подъема колонны НКТ, которое приводит к вращению гидравлического перфоратора, так как ролики, установленные под углом к оси скважины преобразуют поступательное движение во вращательно-поступательное. В этот момент начинается нарезка винтовой щели в пласте. Происходит нарастание давления жидкости на выкиде. После того как второй виток щели будет нарезан, произойдет смыкание полости второго витка с полостью первого с образованием единой горной выработки, что выразится в снижении давления на выкиде скважины. Так как щелевой перфоратор имеет две гидромониторные насадки, то данный эффект будет наблюдаться при подъеме колонны НКТ на высоту 10/2=5 см. После этого наступает этап дальнейшей нарезки полости до проектной величины. Преимуществом данного способа перед первым является возможность точного регулирования скорости подъема колонны НКТ, соответственно и перфоратора, что в итоге отражается на достижении параметров по глубине получаемой полости. Так же преимуществом данного способа является возможность получения полости не ограниченной высотой, так как не требуется поднимать компоновку оборудования для его "перезарядки" как в первом способе. Высота получаемой полости может ограничиваться временем непрерывной работы гидромониторных насадок по причине их абразивного износа струей рабочей жидкости.
Третий способ получения открытой полости, как уже отмечалось, является комбинацией двух предыдущих. На забой скважины спускают компоновку оборудования из глубинного устройства для вертикального перемещения и гидравлического перфоратора с накатными роликами. После спуска перфоратора в колонну НТК подается рабочая жидкость под давлением, благодаря чему ролики выходят из своих пазов и производят разрушение металла эксплуатационной колонны в точке контакта. Одновременно с этим происходит разрушение цементного камня и породы пласта за счет кинетической энергии струи рабочей жидкости. Так же за счет перепада давления между НКТ и в межтрубном пространстве глубинное устройство для вертикального перемещения начинает поднимать гидравлический перфоратор, последний за счет накатных роликов, установленных под углом, будет вращаться. В результате этого происходит нарезка винтовой щели (геликоиды) по ранее заданной траектории с образованием полого пространства в пласте без разрушения перфорационных каналов. Преимуществом данного способа является возможность создания больших перепадов давления, а значит создания глубоких щелей и в итоге большего полого пространства.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ вторичного вскрытия продуктивных пластов, включающий подъем гидравлического перфоратора вдоль оси скважины с перфорацией эксплуатационной колонны, перемещение гидравлического перфоратора вдоль оси скважины и одновременное вращение его вокруг собственной оси с нарезанием винтовых перфорационных щелей, отличающийся тем, что выполняют винтовую щелевую перфорацию, представляющую собой геликоид, с шагом, значение которого составляет 0,7 от максимальной высоты нарезаемой щели для смыкания указанных щелей в единое полое пространство горной выработки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют винтовую щелевую перфорацию с шагом, составляющим 10 см.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027572
- 4 -
(19)
027572
- 5 -