Закупоривание скважины

1 Область техники Настоящее изобретение относится к способу в соответствии с описанным в п.1 формулы изобретения, предназначенному для закупоривания кольцевого пространства между стенкой скважины в эксплуатационной скважине для добычи углеводородов и эксплуатационной колонной, а также к окружному кольцевому пакеру в соответствии с пп.2-10 формулы изобретения, содержащему расширяющийся элемент,состоящий, в основном, из каучукового материала, а также к расширяющемуся кольцевому пакеру для использования в указанном способе. Предшествующий уровень техники Оснащение нефтяных скважин ограждающими песочными фильтрами в необсаженном,то есть не закрепленном обсадными трубами стволе является простым и надежным способом заканчивания (отсечения) элемента или среза пласта. Обычно нефтяная скважина проходит через формации с различными продуктивными характеристиками. При этом, несмотря на то,что ограждающие песочные фильтры закрыты с внутренней стороны, может иметь место нежелательное обходное или перепускное течение продуктивной текучей среды скважины снаружи от фильтров и пропуск потока на участке пласта. Поэтому может быть желательно контролировать или изолировать участки, которые не дают желаемой продуктивной текучей среды скважины. Это вызывает необходимость закупоривания или уплотнения наружного кольцевого пространства. В настоящее время уплотнение достигается путем использования надувных пакеров для необсаженных скважин (наружных обсадных пакеров), в которых создается давление посредством нагнетания текучей среды с ограничением давления с помощью системы клапанов. После того как в пакере создано давление, он не способен отслеживать движения в поверхности формации. Кроме того, он чувствителен к изменениям температуры и давления, что создает проблемы в отношении полного уплотнения. Другой недостаток состоит в том, что установка пакера связана с высокими затратами, так как требует выполнения в скважине операций с использованием сложного оборудования. Из патента США 4137970 известен пакер, содержащий элемент, который расширяется посредством химического набухания при контакте с водой, присутствующей в скважине в момент ввода пакера в ствол скважины. Такой элемент пакера используется в горной промышленности, где воду необходимо отводить из водоносного пласта над глиняным пластом. Уплотнение представляет собой расширяющийся пакерный элемент. Во время такого процесса набухания пакерный элемент вначале расширяется быстро, а затем медленнее. Такой процесс не пригоден для нефтяной скважины, поскольку пакер будет расширяться до того, как он будет 2 установлен в окончательное рабочее положение в скважине. Это означает, что пакер может оказаться установленным в неправильном положении в скважине, если он предназначен для использования в той области, для которой предусматривается данное изобретение. В результате,колонна труб для заканчивания скважины не может быть введена до окончательного проектного положения. Использование набухающей в воде среды вызвало бы расширение элемента при его контакте со всеми обычно используемыми текучими средами для заканчивания скважины или буровыми растворами. Из патента США 4633950 известна суспензия полимерных частиц в специальной несущей среде на водной основе. Эта суспензия предназначена для нагнетания с помощью насосной системы в зону поглощения бурового раствора. Решение по патенту относится не к пакерному элементу, а к дисперсной системе,которая должна проникать в пористую/раздробленную породу. Характеристики такой дисперсной системы показывают, что она не может удерживаться на месте для формирования сплошной пробки в кольцевом пространстве скважины. Далее, при контакте с углеводородами частицы будут набухать очень быстро из-за большой площади поверхности мелких частиц. Поэтому даже небольшие загрязнения остаточной нефти в системе будут вызывать нежелательное преждевременное расширение. Кроме того, частицы в такой системе не будут расширяться вообще, если они не вступят в контакт с углеводородами до того, как скважина даст обратный фонтан. Это может приводить к образованию полимера продуктивными текучими средами. Большинство каучуков имеет более высокую адсорбционную способность и более быстрое набухание в ароматическом и/или нафтеновом углеводороде, чем в алифатическом углеводороде. Большинство каучуков имеет также значительно меньшую характеристику набухания в текучей среде на водной основе, чем в текучей среде на углеводородной основе. Обычно углеводородные основы, используемые в буровых растворах, имеют более высокое содержание алифатических компонентов(80-100%), чем добываемые углеводороды, в которых нормально содержится 35-80% алифатических компонентов. Это означает, что большинство каучуков будет иметь более объемное и более быстрое расширение в добываемых углеводородах, чем в буровых растворах. Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в обеспечении возможности заканчивания элементов продуктивного пласта полным кольцевым уплотнением, причем изобретение допускает варьирование эксплуатационных параметров и геологических условий без изменения функциональ 3 ности способа и устройства по изобретению. Пакер будет расширяться в меньшей степени при его вводе в скважину под действием бурового раствора или текучей среды заканчивания,чем при контакте с углеводородами, добываемыми из формации. В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет способа уплотнения кольцевого пространства между стенкой скважины в эксплуатационной скважине для добычи углеводородов и эксплуатационной колонной посредством окружного кольцевого пакера, содержащего расширяющийся элемент, в основном, состоящий из каучукового материала, отличающегося тем, что в этом элементе используют каучук, который расширяется посредством адсорбирования углеводородов,причем кольцевой пакер расширяется и вставляется в кольцевое пространство, в основном,за счет прямого контакта расширяющегося элемента с углеводородами, содержащимися в продукции скважины. Далее, изобретением предусмотрено создание расширяющегося кольцевого пакера для использования в способе уплотнения кольцевого пространства, причем пакер содержит расширяющийся элемент, состоящий, в основном,из каучукового материала, и отличается тем, что расширение расширяющегося элемента достигается, главным образом, за счет адсорбирования (впитывания) углеводородов, получаемых из подземной формации. Другие особенности изобретения приведены в пп.3-10 формулы изобретения. Краткое описание графических материалов Примеры осуществления настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где фиг. 1 изображает в продольном разрезе участок эксплуатационной скважины, иллюстрируя изобретение,фиг. 2 изображает в продольном разрезе эксплуатационную колонну с кольцевым пакером в соответствии с изобретением,фиг. 3 изображает вид в сечении по линииIII-III на фиг. 2. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Постоянный кольцевой пакер 2, предназначенный для использования в эксплуатационных скважинах для добычи углеводородов,предпочтительно нефтяных скважинах, помещают снаружи трубы 4. Этот пакер расширяется посредством увеличения объема сердечника 12 при контакте с углеводородами и их впитывании. При этом расширении пакер 2 закупоривает кольцевое пространство 5 в направлении к стенке 6 трубы. Эксплуатационная скважина может быть необсаженной или защищенной обсадными трубами, так что эксплуатационная колонна 4 протянута либо в необсаженном стволе, либо в обсадных трубах (не показаны). 4 Таким образом, кольцевое пространство 5 образовано, соответственно, между наружной поверхностью эксплуатационной колонны 4 и стенкой скважины или между наружной поверхностью эксплуатационной колонны 4 и внутренней поверхностью обсадной трубы. Нефтяной поток 1 течет мимо пакерного элемента 2 до его расширения к стенке 6 скважины и закупоривания кольцевого пространства. Ограждающий песочный фильтр 3 прикреплен к эксплуатационной колонне 4. Пакерный элемент 2' расширен и плотно прижат к стенке 6 скважины, так что текучая среда 7 скважины не может обойти пакерный элемент в кольцевом пространстве 5. Наружная защитная оболочка 10, снабженная армированием 11, окружает сердечник 12, содержащий эластичный полимер. Эта оболочка действует в качестве проницаемой мембраны. Наружная оболочка 10 содержит каучук,обладающий более высокой прочностью и более низкой скоростью диффузии в отношении углеводородов, чем сердечник 12. Пакерный элемент, который может состоять из оболочки 10,армирования 11 и сердечника 12, помещают снаружи эксплуатационной колонны 4. Пакер 2 содержит сердечник 12 из эластичного полимера, такого как каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (ЭПДМ), бутадиен-стирольный каучук, натуральный каучук, каучук на основе сополимера этилена с мономером пропилена, каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, этилен-винилацетатный каучук,гидрированный акрилонитрилбутадиеновый каучук,акрилонитрилбутадиеновый каучук, изопреновый каучук,хлоропреновый каучук или полинорборнен. Этот сердечник набухает при контакте с углеводородами посредством впитывания (адсорбции),так что пакер расширяется. Каучук сердечника может также иметь другие материалы в растворе или механической смеси, такие как, например,волокна целлюлозы, обработанные в соответствии с описанием к патенту США 4240800. В качестве дополнительных вариантов каучук может быть использован в механической смеси с поливинилхлоридом, метилметакрилатом, акрилонитрилом, этилацетатом или другими полимерами, расширяющимися при контакте с нефтью. Наружная армированная оболочка 10 защищает сердечник от непосредственного открытого контакта с буровой текучей средой и углеводородами. В то же время оболочка 10 допускает миграцию углеводородов к сердечнику 12 и его набухание (и за счет этого расширение пакера). Наружная армированная оболочка 10 содержит каучук, такой как акрилонитрильный, гидрированный нитрильный, хлоропреновый, этилен-винилацетатный каучук, кремнийорганический каучук, каучук на основе сополи 5 мера этилена, пропилена и диенового мономера,бутилкаучук, хлорсульфированный полиэтилен,полиуретан, эластомерный сополимер акриловых эфиров с небольшим количеством сшивающего мономера (АСМ), бромированный сополимер изобутилена с параметилстиреном(БИМС) и другие типы каучука, имеющие меньшую степень расширения или более медленную диффузию, чем сердечник 12 и армирование 11. Это армирование 11 предпочтительно является волокнистым, например, из кевлара, и усиливает наружную оболочку 10. Существенная особенность каучука в оболочке 10 состоит в том, что он набухает в буровых текучих средах медленнее, чем сердечник 12. Под более высокой стойкостью к углеводородам здесь подразумевается, что каучук набухает только до небольшой степени при прямом контакте с углеводородами. Многие эластичные полимеры обладают значительной способностью к адсорбированию углеводородов без адсорбирования воды, и полимеры по данному изобретению в преобладающей массе гидрофобны. При погружении пакера в углеводородную среду углеводороды проникают внутрь через наружную оболочку 10 и далее в сердечник 12, который набухает при их адсорбировании. Настоящее изобретение дает несколько преимуществ по сравнению с известными из уровня техники решениями. Пакер непрерывно приспосабливается к изменениям в движении формаций или размывов ствола скважины. Это означает, что может достигаться лучшее закупоривание или отсечение между срезами пласта и нежелательная текучая среда скважины не может протекать через пакерный элемент в кольцевом пространстве. Нет необходимости в операциях по обработке скважины при установке пакера, что дает экономию по сравнению с современными способами установки. Пакер не имеет движущихся частей и поэтому представляет собой простое и надежное устройство. Пакер набухает быстрее и в большей степени в добываемом углеводороде, чем в буровой текучей среде на водной или углеводородной основе или в растворе для заканчивания скважины при той же температуре, поэтому он меньше расширяется, будучи погруженным в буровую текучую среду. В одном из примеров выполнения настоящего изобретения сердечник 12 окружен внешней оболочкой из каучука, например, нитрильного, который не является армированным. В другом примере выполнения изобретения сердечник 12 окружен наружной тканью,которая может являться армированием. В следующем примере выполнения сердечник 12 окружен наружной оболочкой из каучука, например, нитрильного. Такая оболочка сама по себе не пропускает углеводороды, но небольшая часть 11 сердечника открыта для 6 прямого контакта с углеводородами через отверстия в наружном покрытии. Еще в одном примере выполнения сердечник 12 не окружен наружной оболочкой, а открыт для прямого контакта с углеводородами. В этом случае сердечник 12 имеет состав с содержанием эластичного полимера с достаточными характеристиками для обеспечения желаемого действия пакеров. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ закупоривания кольцевого пространства между стенкой скважины в эксплуатационной скважине для добычи углеводородов и эксплуатационной колонной посредством окружного кольцевого пакера, содержащего расширяющийся элемент, в основном состоящий из каучукового материала, отличающийся тем, что в указанном элементе используют каучук, который расширяется посредством впитывания углеводородов, причем кольцевой пакер (2) расширяется, главным образом, посредством прямого контакта расширяющегося элемента с углеводородами, содержащимися в продукции скважины. 2. Расширяющийся кольцевой пакер для использования в способе, как он определен в п.1, содержащий расширяющийся элемент, состоящий, в основном из каучукового материала,отличающийся тем, что расширение расширяющегося элемента достигается, главным образом, за счет адсорбирования углеводородов,добываемых через скважину. 3. Расширяющийся кольцевой пакер по п.2,отличающийся тем, что эластичный полимер выбран из группы, содержащей каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (ЭПДМ), бутадиен-стирольный каучук, натуральный каучук, каучук на основе сополимера этилена с мономером пропилена, каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, этилен-винилацетатный каучук, гидрированный акрилонитрил-бутадиеновый каучук, акрилонитрил-бутадиеновый каучук, изопреновый каучук, хлоропреновый каучук и полинорборнен. 4. Расширяющийся кольцевой пакер по п.3,отличающийся тем, что каучук сердечника содержит в растворе или механической смеси другие материалы, такие как обработанные волокна целлюлозы или каучук в механической смеси с полимерами, расширяющимися при контакте с нефтью, такими как поливинилхлорид, метилметакрилат, акрилонитрил или этилацетат. 5. Расширяющийся кольцевой пакер по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержит сердечник (12), окруженный наружной оболочкой (10). 6. Расширяющийся кольцевой пакер по п.5,отличающийся тем, что наружная оболочка (10) выполнена из каучука, который проницаем для углеводородов с меньшим коэффициентом диффузии или способностью к расширению в буровых растворах на углеводородной основе и/или в текучих средах для заканчивания скважины, чем сердечник (12). 7. Расширяющийся кольцевой пакер по п.6,отличающийся тем, что наружная оболочка (10) полностью или частично состоит из типов каучука, выбранного из группы, включающей акрилонитрильный, нитрильный, гидрированный нитрильный, хлоропреновый, этилен-винилацетатный каучук, кремнийорганический каучук, каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, бутилкаучук,хлорсульфированный полиэтилен, полиуретан,эластомерный сополимер акриловых эфиров с небольшим количеством сшивающего мономера 8 АСМ, бромированный сополимер изобутилена с параметилстиреном БИМС и другие типы каучука, имеющие меньшую степень расширения или более медленную диффузию, чем сердечник(12). 8. Расширяющийся кольцевой пакер по любому из пп.5, 6 или 7, отличающийся тем, что наружная оболочка содержит армирование (11). 9. Расширяющийся кольцевой пакер по п.8,отличающийся тем, что армирование (11) является волокнистым армированием, например,содержащим кевлар. 10. Расширяющийся кольцевой пакер по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что расширение имеет место при контакте с углеводородами, добываемыми в данной скважине для добычи нефти.