Способ уплотнения кольцевого пространства ствола скважины

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ уплотнения пространства в стволе скважины, выполненной в толще пород, в котором закачивают в указанное пространство поток жидкости-носителя со множеством способных разбухать при контакте с выбранным флюидом частиц и создают условия для контакта выбранного флюида и способных разбухать частиц, в результате чего способные разбухать частицы разбухают и образуют в указанном пространстве слой разбухших частиц, отличающийся тем, что указанное множество способных разбухать частиц содержит частицы, которые способны разбухать при контакте с пластовой водой и включают матричный материал, с соединением, растворимым в указанной пластовой воде, при этом указанный матричный материал предотвращает или ограничивает удаление указанного соединения из способных разбухать частиц и делает возможным перемещение в них посредством осмоса указанной пластовой воды, что ведет к их разбуханию.

2. Способ по п.1, в котором указанное пространство представляет собой кольцевое пространство, ограниченное цилиндрическим элементом, расположенным в стволе скважины, и стенкой, расположенной вокруг цилиндрического элемента.

3. Способ по п.2, в котором цилиндрический элемент представляет собой эксплуатационную трубу, предназначенную для транспортировки пластового флюида на поверхность, и указанная стенка представляет собой ствол скважины или обсадную трубу ствола скважины.

4. Способ по п.2, в котором цилиндрический элемент представляет собой обсадную трубу ствола скважины, а указанная стенка является стенкой ствола скважины или другой обсадной трубой ствола скважины.

5. Способ по п.4, в котором в кольцевое пространство закачивают способные разбухать частицы, предварительно замешанные в поток цемента.

6. Способ по п.4, в котором в кольцевое пространство способные разбухать частицы закачивают до или после закачивания потока цемента.

7. Способ по п.3, в котором указанная стенка представляет собой стенку скважины, а эксплуатационная труба имеет входное отверстие для пластового флюида и способные разбухать частицы закачивают между указанным входным отверстием и стенкой скважины.

8. Способ по п.7, в котором кольцевое пространство содержит слой не способных разбухать частиц, образующих гравийную набивку, и способные разбухать частицы закачивают в указанную гравийную набивку.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором указанное множество способных разбухать частиц содержит, по меньшей мере, первую группу частиц, способных разбухать при контакте с углеводородным флюидом, и вторую группу частиц, способных разбухать при контакте с водой.

10. Способ по п.1, в котором указанный матричный материал, по существу, непроницаем для указанного соединения или для ионов, образованных из указанного соединения.

11. Способ по п.10, в котором указанный матричный материал содержит эластомерный матричный материал.

12. Способ по п.11, в котором эластомерный матричный материал содержит каучук, выбранный из ряда: каучук на основе NBR, HNBR, XNBR, FKM, FFKM, TFE/P или EPDM.

13. Способ по любому из пп.11 и 12, в котором способные разбухать частицы получают примешиванием соединения в массу материала, образующего эластомер, с последующей вулканизацией материала, образующего эластомер, с целью образования указанного эластомерного матричного материала.

14. Способ по любому из пп.10-13, в котором соединение присутствует в матричном материале в форме множества частиц соединения, диспергированных по матричному материалу.

15. Способ по п.14, в котором частицы соединения заключены в матричный материал.

16. Способ по любому из пп.10-15, в котором указанное соединение содержит соль, например диссоциирующую соль.

17. Способ по п.16, в котором соль выбирают из следующей группы: ацетаты (М-СН3СОО), бикарбонаты (М-НСО3), карбонаты (М-СО3), формиаты (М-НСО2), галогениды (Mx-Hv) (H=Cl, Br или I), гидросульфиды (M-HS), гидроксиды (М-ОН), имиды (M-NH), нитраты (M-NO3), нитриды (M-N), нитриты (M-NO2), фосфаты (М-РО4), сульфиды (M-S) и сульфаты (M-SO4), где М - это металл, выбранный из группы металлов Периодической таблицы элементов.

18. Способ по любому из пп.16 и 17, в котором каждая способная разбухать частица содержит по меньшей мере 20 мас.% соли относительно общего веса матричного материала и соли, а предпочтительно содержит по меньшей мере 35 мас.% соли относительно общего веса матричного материала и соли.

 

Текст

Смотреть все

011961 Настоящее изобретение касается способа уплотнения пространства ствола скважины, выполненной в горных породах. Уплотняемое пространство может быть расположено, например, между обсадной трубой и стенкой скважины, между внутренней обсадной трубой и внешней обсадной трубой или между эксплуатационной насосно-компрессорной колонной и обсадной трубой. Обычно обсадная труба уплотняется в стволе скважины с помощью слоя цемента, расположенного между обсадной трубой и стенкой скважины. Тем не менее, известно, что цемент не всегда обеспечивает нужную степень уплотнения ввиду его усадки при отверждении. В результате такой усадки в цементе могут образовываться микрокольца, образующие путь для перемещения жидкости, что приводит к нежелательному потоку жидкости через ствол скважины. Кроме того, было предложено уплотнять кольцевое пространство между цилиндрическим элементом, размещенным в стволе скважины, и стенкой, окружающей этот цилиндрический элемент, например,стенкой скважины, с помощью кольцевого уплотнения, выполненного из материала, разбухающего при контакте с углеводородным флюидом. Кольцевое уплотнение соединяют с внешней поверхностью цилиндрического элемента и далее цилиндрический элемент с прикрепленным к нему кольцевым уплотнением опускают в ствол скважины. При попадании углеводородного флюида в кольцевое пространство,уплотнение разбухает и, таким образом, уплотняет кольцевое пространство. Хотя подобный способ уплотнения позволяет добиваться хороших результатов, существует проблема, заключающаяся в возможном повреждении уплотнения при спуске цилиндрического элемента в ствол скважины, особенно в случае узкого кольцевого пространства. В некоторых случаях кольцевое пространство настолько узкое, что опустить цилиндрический элемент с присоединенным к нему уплотнением невозможно. Также трудно обеспечить надежное уплотнение в случае несимметричной формы уплотняемого пространства. Например, если пространство (частично) ограничено стенкой скважины, то невозможно добиться надежного уплотнения с использованием кольцевого уплотнения, если ствол скважины содержит размытые участки, которые самопроизвольно образуются при бурении скважины. Следовательно, цель изобретения заключается в том, чтобы создать улучшенный способ уплотнения пространства ствола скважины, выполненной в толще пород, в котором были бы преодолены упомянутые выше проблемы. Согласно изобретению предложен способ уплотнения пространства ствола скважины, выполненной в толще пород, который включает помещение множества способных разбухать частиц в указанное пространство, причем эти частицы способны разбухать при контакте с выбранным флюидом, и создание условий для контакта выбранного флюида и способных разбухать частиц, в результате чего способные разбухать частицы разбухают и образуют в указанном пространстве слой разбухших частиц. Размещение способных разбухать частиц в нужном месте ствола скважины осуществляют довольно легко, так как до разбухания размеры частиц сравнительно малы и, следовательно, они могут пройти через узкие проходы в стволе скважины. Кроме того, частицы входят в неровности, которые могут присутствовать в уплотняемом пространстве, и после разбухания частицы полностью уплотняют такие неровности. Стадия, индуцирующая поток выбранного флюида для контакта со способными разбухать частицами включает в себя случаи, когда выбранный флюид активно закачивается по направлению к способным разбухать частицам, а также случаи, когда выбранный флюид течет естественным образом по направлению к способным разбухать частицам. Примерами выбранного флюида могут служить вода или нефть, которые текут из толщи пород в ствол скважины или вода, которая перемещается из цементного слоя, расположенного вблизи способных разбухать частиц. Соответственно, способные разбухать частицы помещают в указанное пространство посредством их закачивания в потоке флюида-носителя. Если способные разбухать частицы разбухают очень медленно при контакте с выбранным флюидом, то выбранным флюидом может быть флюид-носитель. Таким образом, в таких случаях способные разбухать частицы и выбранный флюид закачиваются одновременно в одном потоке. В качестве альтернативы первыми закачиваются способные разбухать частицы, а затем закачивается выбранный флюид. В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанное пространство представляет собой кольцеобразное пространство, ограниченное цилиндрическим элементом, расположенным в стволе скважины, и стенкой, расположенной вокруг цилиндрического элемента. В качестве альтернативы, указанное пространство представляет собой внутреннее пространство цилиндрического элемента или его часть, расположенного в стволе скважины, или сам ствол или часть ствола скважины. В таком случае слой способных разбухать частиц, соответственно, образует пробку в указанном пространстве, например,с целью закрытия ствола скважины. В подходящем варианте осуществления изобретения цилиндрический элемент представляет собой эксплуатационную трубу, предназначенную для транспортировки пластового флюида на поверхность, и указанная стенка представляет собой ствол скважины или обсадную трубу ствола скважины. В качестве альтернативы цилиндрический элемент представляет собой обсадную трубу ствола скважины, а указанная стенка является стенкой скважины или другой обсадной трубой ствола скважины. Для простоты ссылок используемый здесь термин обсадная труба ствола скважины означает как обсадную трубу ствола скважины, так и обсадную колонну-хвостовик. Обычно обсадная труба ствола скважины расположена от-1 011961 забоя до поверхности, а обсадная колонна-хвостовик не доходит до поверхности. В случае, когда кольцевое пространство должно быть заполнено (частично) цементом, что является обычным в случае кольцевого пространства между внутренней обсадной трубой и внешней обсадной трубой или кольцевого пространства между обсадной трубой и стенкой скважины, предпочтительно,чтобы способные разбухать частицы были замешаны в поток цемента, который затем закачивают в указанное кольцевое пространство. Таким образом, добиваются того, что просачивание скважинного флюида через возможные микротрещины цемента уменьшается благодаря уплотняющему действию частиц,разбухающих при контакте с водой из цемента или при контакте с просачивающимся флюидом. В качестве альтернативы способные разбухать частицы могут быть закачены в кольцевое пространство до или после закачивания туда цемента. В этом случае слой способных разбухать частиц будет располагаться в кольцевом пространстве выше или ниже слоя цемента и образовывать дополнительный уплотняющий слой в кольцевом пространстве. В еще одном представляющем интерес варианте осуществления изобретения цилиндрический элемент представляет собой эксплуатационную трубу, имеющую входное отверстие для пластового флюида, а указанная стенка является стенкой скважины, и стадия размещения способных разбухать частиц включает в себя размещение частиц между указанным входным отверстием и стенкой скважины. Таким образом, благодаря разбуханию частиц при контакте с нежелательным для нефтяной скважины флюидом, таким как вода, достигается уменьшение притока нежелательного флюида в эксплуатируемый трубопровод. Стадия, индуцирующая поток указанного выбранного флюида для контакта со способными разбухать частицами может включать в себя, например, закачивание выбранного флюида в кольцевое пространство, помещение выбранного флюида, в резервуар, находящийся в стволе скважины и последующее освобождение флюида из резервуара или размещение способных разбухать частиц рядом со слоем цемента, чтобы избыток воды из цемента инициировал разбухание частиц. Также разбуханию частиц может способствовать получаемый скважинный флюид, такой как нефть или пластовая вода, который контактирует со способными разбухать частицами при эксплуатации скважины. В случае, когда выбранный флюид представляет собой пластовую воду, разбухание частиц может начаться только после длительного периода непрерывной добычи нефти. В случае, когда выбранный флюид представляет собой воду из горных пород, целесообразно, чтобы способные разбухать частицы содержали матричный материал, в котором содержится соединение, растворимое в указанной пластовой воде, тем самым матричный материал, по существу, предотвращает или ограничивает удаление указанного соединения из частиц и делает возможным перемещение указанной пластовой воды в частицы посредством осмоса, для того чтобы создавать условия для разбухания частиц при перемещении указанной пластовой воды в способные разбухать частицы. Таким образом, благодаря присутствию указанного соединения, способные разбухать частицы разбухают благодаря осмосу даже в случае высокой степени минерализации пластовой воды. Для предотвращения или уменьшения выщелачивания указанного соединения из матричного материала предпочтительно, чтобы матричный материал, который содержится в частицах, был, по существу,непроницаем для указанного соединения или для ионов, образованных из указанного соединения. Предпочтительно, чтобы матричный материал содержал полимерный матричный материал, например термореактивный эластомерный матричный материал или термопластичный эластомерный матричный материал. Подходящими термореактивными эластомерными матричными материалами, способными в течение долгого времени выдерживать высокие температуры скважины, являются: 1) каучуковые материалы, которые помимо разбухания в воде также разбухают в сырой нефти, содержащейся в нефтяных скважинах, такие как этиленпропиленовый каучук (ЕРМ и EPDM), этиленпропилендиеновый терполимерный каучук (ЕРТ), бутилкаучук (IIR), бромированный бутилкаучук (BIIR),хлорбутилкаучук (CIIR), хлорированный полиэтилен (СМ/CPE), неопреновый каучук (CR), каучуковый сополимер бутадиена и стирола (SBR), сульфурированный полиэтилен (CSM), этилен акрилатный каучук(ЕАМ/АЕМ), сополимер эпихлоргидрина и этиленоксида (СО, ЕСО), силиконовый каучук (VMQ) и фторосиликоновый каучук (FVMQ); 2) каучуковые материалы, которые не разбухают в сырой нефти, такие как сополимер бутадиена и акрилонитрила (нитрильный каучук, NBR), гидрогенизированный NBR (HNBR, ENS), как например,ZETPOL, TORNAC, TERBAN, NBR с реакционно-способными группами (X-NBR), фторкаучуки(FKM), как например, VITON, FLUOREL, перфторкаучуки (FFKM), как например, KALREZ,CHEMRAZ и тетрафторэтилен/пропилен (TFE/P), как например, AFLAS. Большинство этих эластомеров могут быть сшиты более чем одним сшивающим агентом, например серой или перекисью водорода. Помимо термореактивных (не разбухающих или разбухающих при воздействии нефти) эластомерных матричных материалов, упомянутых выше, также можно применять смеси эластомеров (эластомерные сплавы). Несмотря на то, что существует практически неисчерпаемое количество комбинаций-2 011961 термопластических и термореактивных эластомеров, наиболее предпочтительными являются смесиEPDM/полипропилен, например, SARLINK, Levaflex, Santoprene, смеси NBR-полипропилен, например, GEOLAST, смеси NBR/поливинилхлорид и смеси NBR/полипропилен. Все указанные смеси склонны разбухать в сырой нефти, особенно при температурах в стволе скважины. Примерами подходящих материалов, разбухающих при контакте с водой, являются привитой сополимер крахмала и полиакрилата, привитой сополимер поливинилового спирта и ангидрида циклической кислоты, изобутилен малеиновый ангидрид, сополимеры акриловой кислоты, сополимер винилацетата и акрилата, полимеры полиэтиленоксида, полимеры карбоксиметилцеллюлозы, привитой сополимер крахмала и полиакрилонитрила и подобные вещества и сильно разбухающие глинистые минералы, например натриевый бетонит, который содержит монтмориллонит в качестве основного ингредиента. Предпочтительно, чтобы указанное соединение присутствовало в виде твердых частиц, заключенных в матричном материале. Одним примером таких твердых частиц является соль, предпочтительно диссоциирующая соль, которая может быть равномерно размешана по каучуку, составляющему основу. Подходящей солью является соль, выбранная из следующей группы: ацетаты (М-СН 3 СОО), бикарбонаты (М-НСО 3), карбонаты(М-ОН), имиды (M-NH), нитраты (M-NO3), нитриды (M-N), нитриты (M-NO2), фосфаты (М-РО 4) сульфиды (M-S) и сульфаты (M-SO4), где М - это металл, выбранный из группы металлов периодической таблицы элементов. Также могут применяться другие соли, в которых катион - это не металл, такой как NH4CI. Тем не менее, предпочтительными солями являются соли NaCl и CaCl2. Конечно, CaCl2 является наиболее предпочтительной солью из-за ее двухвалентности и благодаря ее пониженной склонности к выщелачиванию из каучука, являющегося основой, что объясняется пониженной подвижностью сравнительно большого атома Са в каучуке. Для ограничения выщелачивания соли из эластомера, целесообразно, чтобы способные разбухать частицы содержали гидрофильный полимер, содержащий полярные группы или кислорода или азота в главной цепи или боковых группах полимерного матричного материала. Эти боковые группы могут быть частично или полностью нейтрализованы. Гидрофильными полимерами указанного типа являются, например, спирты, акрилаты, метакрилаты, ацетаты, альдегиды, кетоны, сульфонаты, ангидриды, малеиновые ангидриды, нитрилы, акрилонитрилы, амины, амиды, оксиды (полиэтиленоксид), целлюлозы, включая все производные этих типов, все сополимеры, содержащие один из упомянутых выше привитых вариантов. Целесообразно применять трехкомпонентную систему, включающую эластомер, полярный суперабсорбирующий полимер (САП) и соль, где полярный САП привит на главную цепь эластомера. Преимущество такой системы состоит в том, что частицы полярного САП способны удерживать частицы соли в матрице эластомера, уменьшая, таким образом, выщелачивание соли из эластомера. Электростатические силы притягивают полярную соль к молекулам полярного САП, которые привиты (приклеены) на основу каучука. Предпочтительно, чтобы способные разбухать частицы были способны разбухать в воде, минерализация которой достигает 140 г/литр хлорида натрия и содержащей значительные концентрации двухвалентных ионов, такие как, по меньшей мере, 40 г/литр хлорида кальция и 8 г/литр хлорида магния, при температуре, составляющей, по меньшей мере 40 С, а более предпочтительно при температуре, находящейся в диапазоне от 100 до 150 С. Такие температуры обычны для стационарных условий в забое скважины. Переход от не разбухшего до полностью разбухшего состояния предпочтительно должен занимать период времени от нескольких часов до нескольких недель, в зависимости от материала способных разбухать частиц и флюида, используемого для инициирования разбухания частиц. Для достижения беспрепятственного размещения и оседания способных разбухать частиц целесообразно, чтобы полное разбухание занимало временной интервал в 2-3 недели. Необходимо, чтобы частицы поддерживались в разбухшем состоянии, по меньшей мере, в течение одного года. Если необходимо, чтобы способные разбухать частицы имели увеличенный вес, например, для улучшения оседания в нижней части ствола скважины, то способные разбухать частицы могут быть снабжены ядром из материала более тяжелого по сравнению с матричным материалом. Например, может применяться ядро из стекла, песка, боксита, керамики или металла, такого как свинец, стальной дроби с добавлением висмута. Далее изобретение будет описано более подробно на примере, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 - вид, схематически иллюстрирующий разбухание различных каучуковых смесей, погруженных в минерализованную воду на сравнительно долгий период времени; фиг. 2 - вид, схематически иллюстрирующий разбухание каучуковых смесей с фиг. 1 в течение сравнительно короткого периода времени; фиг. 3 - вид, схематически иллюстрирующий разбухание каучуковой смеси, погруженной в минерализованную воду, при различных концентрациях соли, содержащейся в каучуковой смеси;-3 011961 фиг. 4 - вид, схематически показывающий ствол скважины, содержащий обсадную трубу и кольцевое уплотнение, расположенное между обсадной трубой и стенкой скважины; фиг. 5 - вид, схематически показывающий ствол скважины, содержащий снабженную прорезями эксплуатационную колонну-хвостовик и гравийную набивку, расположенную между хвостовиком и стенкой скважины; фиг. 6 - вид, схематически показывающий завершающую колонну в пластовом участке скважины; фиг. 7 - вид, схематически в увеличенном масштабе показывающий часть завершающей колонны с фиг. 6; и фиг. 8 - вид, схематически показывающий ствол скважины, содержащий обсадную трубу и кольцевое уплотнение, расположенное на нижнем конце обсадной трубы. На фигурах одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы. На фиг. 1 и 2 показан коэффициент разбухания (S) как функция времени для трех смесей, продаваемых RUMA, Хогевен (Hoogeveen), Нидерланды. Указанные смеси доступны под следующим названиями: 900-70-1236, обозначена линией а'; 900-70-1354, обозначена линией b'; 900-70-1211, обозначена линией с'. Материалом основы для этих смесей служит каучуковый матричный материал EPDM, выпускаемый фирмой Bayer, Ливеркузен (Leverkusen), Германия под торговым названием Buna ЕР ЕРТ-5459/6950,кроме того, эти смеси содержат обычные армирующие агенты, наполнители, вулканизирующие добавки и стабилизаторы. Дополнительно: смесь 900-70-1236 содержит частицы NaCl, поставляемые компанией AKZO, Нидерланды, под торговым названием MICROZO, указанные частицы впрессованы в матричный материал каучука, причем концентрация указанных частиц составляет 35% от веса матричного материала каучука; смесь 900-70-1354 содержит САП (и не содержит соли); и смесь 900-70-1211 содержит соль и САП. Из фиг. 1 и 2 ясно, что смесь 900-70-1236 характеризуется отличным коэффициентом разбухания,составляющим более 200% по объему при контакте с высокоминерализированной водой из нефтяных водоносных пластов, которая содержит значительные количества двухвалентных ионов, таких как Са 2+ иMg2+. Смесь 900-70-1354 отличается малым коэффициентом разбухания (примерно 18% по объему), а коэффициент разбухания гибридной смеси 900-70-1211 находится между коэффициентами разбухания смесей 900-70-1354 и 900-70-1236. На фиг. 3 изображена диаграмма, показывающая коэффициент разбухания (S) смесей, полученных на основе смеси 900-70-1236, при изменяющихся концентрациях частиц NaCl в матричном материале каучука Buna ЕР EPT-5459/6950. Концентрации частиц соли обозначены как: 34,8 мас.%, обозначена линией а"; 26,3 мас.%, обозначена линией b"; 41,6 мас.%, обозначена линией с"; 15,1 мас.%, обозначена линией d". Все остальные добавки в этих смесях оставались постоянными. Оказалось, что оптимальный коэффициент разбухания был достигнут при концентрации частицNaCl, находящейся в диапазоне 32-37 мас.% от веса матричного материала. Частицы NaCl были впрессованы в матричный материал каучука до вулканизации каучука с использованием обычного формовочного устройства (не показано), такого как а) двухвальцовая установка, б) смеситель или в) пластикатор Гордона (Gordon). Полный обзор таких технологий можно найти в Werner Hofmann, Rubber TechnologyHandbook, 2-nd ed. издание (1996), Hanser/Gardner Publications, Cincinnati, ISBN 1-56990-145-7, Глава 5: Обработка эластомеров, Подготовка соединения. На фиг. 4 показана скважинная система 1, которая предназначена для добычи нефти и которая содержит ствол 2 скважины, выполненный в толще пород 3, и обсадную трубу 4, начинающуюся на поверхности и расположенную в стволе 2 скважины. Между стенкой 8 скважины и обсадной трубой 4 образовалось кольцевое пространство 6. Обсадная труба 4 снабжена центратором 10, расположенным в осевом направлении кольцевой полости 6 и предназначенным для установки обсадной трубы 4, по существу, в центре ствола 2 скважины. Центратор 10 снабжен отверстиями (не показаны), которые блокируют осевой поток частиц, но пропускают осевой поток флюида через кольцевое пространство 6. Кольцевой слой 12, сформированный способными разбухать частицами каучука, расположен в кольцевом пространстве 6, разделяя тем самым кольцеобразное пространство 6 на часть 14, находящуюся ниже кольцевого слоя 12 и часть 16, находящуюся выше кольцевого слоя 12. Способные разбухать частицы каучука изготовлены из смеси 900-70-1236, упомянутой выше. На фиг. 5 показана скважинная система 17, которая предназначена для добычи нефти и которая содержит ствол 2 скважины, выполненный в толще породы 3, и обсадную трубу 18, начинающуюся на по-4 011961 верхности и расположенную в стволе 2 скважины. Эксплуатационная колонна-хвостовик 20, снабженная прорезями, расположена от нижнего конца обсадной трубы 18 до нижней секции ствола 2 скважины,сформированной в нефтесодержащиих породах. Гравийная набивка 22, сформированная из частиц песка и способных разбухать частиц, расположена в нижней секции ствола 2 скважины так, чтобы, по существу, заполнять кольцевое пространство 23 между снабженной прорезями эксплуатационной колоннойхвостовиком 20 и стенкой скважины. Частицы каучука выполнены из смеси 900-70-1236, упомянутой выше. На фиг. 6 и 7 показан ствол 2 скважины, снабженный завершающей обсадной колонной 24, которая расположена в горизонтальном участке ствола 2 скважины, который тянется в породу, содержащую углеводороды. Горизонтальный участок ствола скважины имеет несимметричную форму ввиду наличия размытых частей ствола скважины. В дальнейшем ссылки выше и ниже по отношению к горизонтальному участку ствола скважины надо понимать как ссылки на места ствола скважины, измеренные от поверхности вдоль продольной оси ствола скважины. Завершающая обсадная колонна 24 содержит несколько участков 25 трубы без боковых отверстий и перфорированных участков 26 трубы, причем указанные участки расположены в чередующемся порядке. Участки 25 трубы без боковых отверстий расположены в заранее определенных местах ствола скважины, где ожидается выход пластовых вод в ствол скважины. Такими местами, например, являются места, где имелись утечки флюида при бурении ствола скважины из-за наличия трещин в породах, которые возможно соединены с водоносным слоем. Перфорированные участки 26 трубы расположены в тех местах ствола скважины, где должен добываться углеводородный флюид из содержащего его пласта. На верхнем конце каждого участка 25 трубы без боковых отверстий имеется центратор 27, предназначенный для центрирования завершающей обсадной колонны 24 в стволе 2 скважины, а на нижнем конце имеется гибкая уплотнительная втулка 28, способная расширяться в стволе скважины. Гибкая уплотнительная втулка 28 имеет изогнутую форму с тем, чтобы окружать кольцевую камеру 28 а, расположенную между втулкой 28 и завершающей обсадной колонной 24. Центратор 27 каждого участка трубы без боковых отверстий снабжен отверстиями (не показаны), которые способны блокировать осевой поток способных разбухать частиц, но которые пропускают осевой поток флюида через кольцевое пространство 29, выполненное между стенкой скважины и завершающей обсадной колонной 24. Нижний конец уплотнительной втулки 28 каждого участка трубы без боковых отверстий неподвижно и герметично соединен с завершающей обсадной колонной 24, а верхний конец уплотнительной втулки 28 каждого участка трубы без боковых отверстий свободно охватывает завершающую обсадную колонну 24 с тем, чтобы оставлять небольшой кольцевой зазор 30 (фиг. 7) между верхним концом уплотнительной втулки 28 и завершающей обсадной колонной 24. Каждый участок трубы 25 снабжен рядом расположенных по окружности отверстий 31, размещенных под соответствующей гибкой уплотнительной втулкой 28, причем размеры отверстий 31 достаточны для того, чтобы способные разбухать частицы могли пройти через них. Колонна 34 гибких насосно-компрессорных труб начинается на поверхности и расположена в завершающей обсадной колонне 24, в силу чего нижний конец колонны 34 гибких насосно-компрессорных труб расположен на уровне гибкой уплотнительной втулки 28 одного из участков трубы 25 без боковых отверстий. Колонна 34 гибких насосно-компрессорных труб имеет закрытый нижний конец и снабжена рядом радиальных отверстий 36, размещенных на нижней концевой части 38 колонны 34. Дополнительно колонна 34 гибких насосно-компрессорных труб снабжена двумя манжетными уплотнениями 40, 42,которые уплотняют внутреннее пространство завершающей обсадной колонны 24, при этом манжетные уплотнения 40, 42 размещены по обеим сторонам ряда радиальных отверстий 36. Размеры радиальных отверстий 36 достаточны для того, чтобы способные разбухать частицы могли через них пройти. На фиг. 8 показана скважинная система, которая предназначена для добычи нефти и которая содержит ствол 50 скважины, выполненный в толще породы 51. Промежуточная обсадная труба 52 начинается на поверхности и расположена в стволе 50 скважины, таким образом, кольцевое пространство 53 сформировано между обсадной трубой 52 и стенкой скважины. Нижний конец обсадной трубы 52 снабжен башмаком 54 обсадной трубы, в котором выполнены отверстия 55, размеры которых достаточны для того, чтобы способные разбухать частицы могли через них пройти. Участок нижнего конца ствола 50 скважины заполнен слоем 56 способных разбухать частиц каучука. Слой 56 расположен в кольцевом пространстве 53 на глубину, составляющую до нескольких десятков метров. Способные разбухать частицы сделаны из смеси 900-70-1236, упомянутой выше, и снабжены металлическим ядром, предназначенным для значительного увеличения веса частиц. При нормальной эксплуатации скважинной системы, показанной на фиг. 4, обсадную трубу 4 опускают в ствол 2 скважины и подвешивают в стволе скважины на нужной глубине. На поверхности способные разбухать частицы смешивают с потоком флюида на нефтяной основе, далее указанный поток закачивают в обсадную трубу 4 и, таким образом, он течет вниз по обсадной трубе 4 и, через нижний открытый конец обсадной трубы 4, течет вверх через кольцевое пространство 6. Когда поток доходит до центратора 10, частицы каучука блокируются центратором 10, а флюид на нефтяной основе протекает наверх вдоль центратора 10. Блокированные частицы каучука уплотняются в кольцевом пространстве 6-5 011961 благодаря давлению, воздействующему на частицы со стороны потока флюида и направленному вверх. При необходимости обсадная труба 4 может расширяться радиально до или после размещения частиц каучука в кольцевом пространстве 6. Если обсадная труба расширяется после размещения частиц, то плотность упаковки частиц увеличивается. После начала эксплуатации скважинной системы 1, возможно, что пластовая минерализованная вода из окружающих пород 3 поступает в ствол скважины и, таким образом, начинает контактировать с частицами каучука. Так как концентрация соли в способных разбухать частицах гораздо больше, чем концентрация соли в пластовой воде, то проникновение пластовой воды в матричный каучуковый материал происходит благодаря осмосу, таким образом, создаются условия для разбухания частиц каучука. В результате разбухшие частицы каучука плотно упаковываются и, следовательно, образуют в кольцевом пространстве 6 кольцевой уплотняющий слой. Кольцевой уплотняющий слой обеспечивает изоляцию между нижней частью 14 кольцевого пространства 6 и его верхней частью 16. При нормальной эксплуатации скважинной системы с фиг. 5, обсадную трубу 18 и снабженную прорезями эксплуатационную колонну-хвостовик 20 фиксируют в стволе скважины, после чего обычным образом размещают гравийную набивку 22, содержащую частицы каучука. После начала эксплуатации скважинной системы, сырая нефть течет из нефтеносной породы в гравийную набивку 22 и оттуда в снабженную прорезями эксплуатационную колонну-хвостовик 20. После продолжительного периода добычи нефти из скважины пластовая минерализованная вода может попасть в ствол 2 скважины. Поток пластовой минерализованной воды через гравийную набивку 22 создает условия для разбухания частиц каучука, размещенных в гравийной набивке. После разбухания частицы каучука блокируют дальнейшее протекание пластовой воды через гравийную набивку 22 и, следовательно, предотвращают попадание пластовой воды в снабженную прорезями эксплуатационную колонну-хвостовик 20. Частицы каучука,находящиеся в части гравийной набивки, расположенной выше уровня воды, не контактируют с пластовой водой и, следовательно, не разбухают. Таким образом, разбухание не оказывает отрицательного воздействия на добычу сырой нефти через верхнюю часть гравийной набивки. Следовательно, входной поток пластовой воды в эксплуатационную колонну-хвостовик значительно уменьшается или полностью исключается. При нормальной эксплуатации скважинной системы с фиг. 6 и 7, колонну 34 гибких насоснокомпрессорных труб опускают через завершающую обсадную колонну 24 до тех пор, пока нижняя концевая часть 38 колонны 34 гибких насосно-компрессорных труб не будет расположена на уровне гибкой уплотнительной втулки 28 самого нижнего участка 25 трубы без боковых отверстий. В этом положении манжетные уплотнения 40, 42 ограничивают кольцевое пространство 44 между колонной 34 гибких насосно-компрессорных труб и завершающей обсадной колонной 24, которая связана как с отверстиями 31 в самом нижнем участке 25 трубы без боковых отверстий, так и с радиальными отверстиями 36 колонны 34 гибких насосно-компрессорных труб. Далее поток из флюида на основе нефти и способных разбухать частиц каучука, выполненных из смеси 900-70-1236, закачивают в колонну 34 гибких насоснокомпрессорных труб. Поток флюида с частицами каучука течет от колонны 34 гибких насоснокомпрессорных труб через радиальные отверстия 36 в кольцевое пространство 44. Оттуда поток течет через отверстия 31 в кольцевую камеру 28 а и далее через кольцевой зазор 30 в часть 46 кольцевого пространства 29, расположенного между центратором 27 и гибкой уплотнительной втулкой 28. Способные разбухать частицы не могут пройти через отверстия центратора 27 и, следовательно, они блокируются в указанной части 46 кольцевого пространства. Флюид на основе нефти течет дальше через отверстия центратора 27 и через оставшуюся часть кольцевого пространства 29 на поверхность. Таким образом, слой 48 постепенно заполняет всю часть 46 кольцевого пространства. После того, как самая нижняя часть 46 кольцевого пространства полностью заполнена способными разбухать частицами, закачивание останавливают и колонну 34 гибких насосно-компрессорных труб вытягивают вверх до тех пор, пока ее нижний конец 38 не будет расположен на уровне гибкой уплотнительной втулки 28 следующего участка 25 труб без боковых отверстий. Далее аналогичным образом способные разбухать частицы закачивают в часть 46 кольцевого пространства, указанного следующего участка 25 труб без боковых отверстий. Процедуру повторяют до тех пор, пока все соответствующие части 46 кольцевого пространства, которые должны быть загерметизированы, не заполнятся способными разбухать частицами каучука. Далее колонну 34 гибких насосно-компрессорных труб извлекают из ствола 2 скважины. Если нежелательная пластовая вода поступает в ствол 2 скважины после начала эксплуатации скважины, то она контактирует со способными разбухать частицами каучука в одной или нескольких частях 46 кольцевого пространства. Таким образом, частицы каучука разбухают и образуют герметичное уплотнение в соответствующих частях 46 кольцевого пространства. Таким образом, исключается подача поступающей в ствол 2 скважины пластовой воды на поверхность через перфорированные участки 26 труб завершающей обсадной колонны 24. При нормальной эксплуатации скважинной системы с фиг. 8, обсадную трубу 52 опускают в ствол 50 скважины и подвешивают на такой глубине, чтобы нижний конец обсадной трубы находился на небольшом расстоянии от низа ствола скважины. На поверхности способные разбухать частицы каучука-6 011961 смешивают с потоком флюида на основе нефти и закачивают в обсадную трубу 52. Частицы текут в нижнюю конечную часть ствола 50 скважины, а оттуда в кольцевое пространство 53. Благодаря своему увеличенном весу частицы оседают на участке с открытым концом ствола 50 скважины и нижней части кольцевого пространства 53. Далее с помощью закачивания воды в обсадную трубу 52 создаются условия для разбухания частиц, в результате чего образуется слой разбухших частиц. Таким образом, в кольцевом пространстве между промежуточной обсадной трубы и стенкой скважины образуется герметичное уплотнение, при этом отпадет необходимость в закачивании туда цемента. После этого ствол 50 скважины бурят дальше до возникновения необходимости спускания в ствол скважины следующей обсадной трубы, затем предыдущий этап повторяют аналогичным образом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ уплотнения пространства в стволе скважины, выполненной в толще пород, в котором закачивают в указанное пространство поток жидкости-носителя со множеством способных разбухать при контакте с выбранным флюидом частиц и создают условия для контакта выбранного флюида и способных разбухать частиц, в результате чего способные разбухать частицы разбухают и образуют в указанном пространстве слой разбухших частиц, отличающийся тем, что указанное множество способных разбухать частиц содержит частицы, которые способны разбухать при контакте с пластовой водой и включают матричный материал, с соединением, растворимым в указанной пластовой воде, при этом указанный матричный материал предотвращает или ограничивает удаление указанного соединения из способных разбухать частиц и делает возможным перемещение в них посредством осмоса указанной пластовой воды, что ведет к их разбуханию. 2. Способ по п.1, в котором указанное пространство представляет собой кольцевое пространство,ограниченное цилиндрическим элементом, расположенным в стволе скважины, и стенкой, расположенной вокруг цилиндрического элемента. 3. Способ по п.2, в котором цилиндрический элемент представляет собой эксплуатационную трубу,предназначенную для транспортировки пластового флюида на поверхность, и указанная стенка представляет собой ствол скважины или обсадную трубу ствола скважины. 4. Способ по п.2, в котором цилиндрический элемент представляет собой обсадную трубу ствола скважины, а указанная стенка является стенкой ствола скважины или другой обсадной трубой ствола скважины. 5. Способ по п.4, в котором в кольцевое пространство закачивают способные разбухать частицы,предварительно замешанные в поток цемента. 6. Способ по п.4, в котором в кольцевое пространство способные разбухать частицы закачивают до или после закачивания потока цемента. 7. Способ по п.3, в котором указанная стенка представляет собой стенку скважины, а эксплуатационная труба имеет входное отверстие для пластового флюида и способные разбухать частицы закачивают между указанным входным отверстием и стенкой скважины. 8. Способ по п.7, в котором кольцевое пространство содержит слой не способных разбухать частиц,образующих гравийную набивку, и способные разбухать частицы закачивают в указанную гравийную набивку. 9. Способ по любому из пп.1-8, в котором указанное множество способных разбухать частиц содержит, по меньшей мере, первую группу частиц, способных разбухать при контакте с углеводородным флюидом, и вторую группу частиц, способных разбухать при контакте с водой. 10. Способ по п.1, в котором указанный матричный материал, по существу, непроницаем для указанного соединения или для ионов, образованных из указанного соединения. 11. Способ по п.10, в котором указанный матричный материал содержит эластомерный матричный материал. 12. Способ по п.11, в котором эластомерный матричный материал содержит каучук, выбранный из ряда: каучук на основе NBR, HNBR, XNBR, FKM, FFKM, TFE/P или EPDM. 13. Способ по любому из пп.11 и 12, в котором способные разбухать частицы получают примешиванием соединения в массу материала, образующего эластомер, с последующей вулканизацией материала, образующего эластомер, с целью образования указанного эластомерного матричного материала. 14. Способ по любому из пп.10-13, в котором соединение присутствует в матричном материале в форме множества частиц соединения, диспергированных по матричному материалу. 15. Способ по п.14, в котором частицы соединения заключены в матричный материал. 16. Способ по любому из пп.10-15, в котором указанное соединение содержит соль, например диссоциирующую соль. 17. Способ по п.16, в котором соль выбирают из следующей группы: ацетаты (М-СН 3 СОО), бикарбонаты (М-НСО 3), карбонаты (М-СО 3), формиаты (М-НСО 2), галогениды (Mx-Hv) (H=Cl, Br или I), гидросульфиды (M-HS), гидроксиды (М-ОН), имиды (M-NH), нитраты (M-NO3), нитриды (M-N), нитриты-7 011961 группы металлов Периодической таблицы элементов. 18. Способ по любому из пп.16 и 17, в котором каждая способная разбухать частица содержит по меньшей мере 20 мас.% соли относительно общего веса матричного материала и соли, а предпочтительно содержит по меньшей мере 35 мас.% соли относительно общего веса матричного материала и соли.

МПК / Метки

МПК: E21B 33/14

Метки: ствола, уплотнения, скважины, пространства, способ, кольцевого

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-11961-sposob-uplotneniya-kolcevogo-prostranstva-stvola-skvazhiny.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ уплотнения кольцевого пространства ствола скважины</a>

Похожие патенты