Спосіб спорудження гравійного фільтра у свердловині та відновлення його фільтраційних властивостей у процесі експлуатації свердловини

1. Спосіб спорудження гравійного фільтра у свердловині та відновлення його фільтраційних властивостей у процесі експлуатації свердловини, що передбачає розкриття продуктивного горизонту бурінням та його розширення, встановлення фільтр-каркаса у пробуреній продуктивній ділянці C2 2 UA 1 3 вини при забиванні порового простору гравійної набивки частинками продуктивного горизонту шляхом подачі відновлюючих хімічних реагентів безпосередньо у гравійну набивку. Відомим є найближчий аналог винаходу - спосіб спорудження гравійного фільтра, описаний в SU 1481384, Е21В 43/08, публ. 23.05.1989. Спосіб спорудження гравійного фільтра полягає у встановленні фільтрової колони з каркасом фільтра у необсадженій вертикальній свердловині, закачуванні гравійної суміші у спадному потоці по колоні труб. У процесі закачування гравійну суміш над фільтр-каркасом спрямовують у кільцевий простір між стінкою свердловини та фільтр-каркасом за допомогою пристрою з нахилом каналу під кутом 5-20° до осі свердловини з визначеним за математичним алгоритмом гранулометричним складом гравію. Причини, що перешкоджають досягненню очікуваного результату при використанні способу за найближчим аналогом, є такі: якісний гравійний фільтр за найближчим аналогом може бути встановлений тільки у вертикальній свердловині, тому що при значному куті відхилення свердловини від вертикалі неможливо способом найближчого аналога забезпечити рівномірне розподілення гравійної набивки по всьому діаметральному перерізу простору між стінкою свердловини та корпусом фільтр-каркаса і, як наслідок, неможливо утворити суцільну щільну гравійну набивку фільтра, позаяк фільтр-каркас може лягти у ділянці свердловини зі значним кутом відхилення під власною вагою, а спорудження фільтра за найближчим аналогом не виключає утворення "висячих" гравійних пробок у просторі між стінкою свердловини та фільтркаркасом. Під час споруджування фільтра у свердловині зі значним кутом відхилення від вертикалі за найближчим аналогом, у зв'язку з ексцентричним розташуванням фільтр-каркаса у стовбурі свердловини, нема захисту від передчасного перекриття гравійною набивкою простору між фільтр-каркасом та стінкою свердловини (утворення пробки), що погіршує якість гравійної набивки при попередженні виносу частинок пластаколектора і зменшує термін міжремонтного періоду експлуатації свердловини. Оскільки у процесі експлуатації свердловини гравійна набивка фільтра затримує дрібні частинки продуктивного горизонту і її фільтраційні властивості погіршуються, то необхідно забезпечити відновлення фільтраційних властивостей гравійної набивки по всій її довжині і поперечному перерізу, але спосіб найближчого аналога не передбачає відновлення фільтраційних властивостей гравійної набивки. Ознаками винаходу, які співпадають з суттєвими ознаками найближчого аналога, є встановлення колони з каркасом фільтра у пробуреному необсадженому стовбурі свердловини зі значним кутом відхилення від вертикалі і закачування гравійно-рідинної суміші у простір між стінкою свердловини та зовнішньою поверхнею фільтр-каркаса. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу спорудження гравійного фільтра в нестійких слабозцементованих породах з забезпеченням рівномірного заповнення кільцевого 97518 4 простору між фільтр-каркасом та стінкою свердловини гравієм у свердловині із значним кутом відхилення від вертикалі і забезпечення відновлення фільтраційних властивостей гравійної набивки фільтра при забиванні порового простору гравійної набивки частинками продуктивного горизонту в процесі експлуатації свердловини з подачею відновлюючих хімічних реагентів безпосередньо у гравійну набивку по всій її довжині і поперечному перерізу. Технічними результатом є підвищення якості гравійної набивки шляхом встановлення гравійної набивки по всій довжині та поперечному перерізу між фільтрувальною поверхнею фільтр-каркаса та стінкою свердловини шляхом закручування потоку гравійно-рідинної суміші за допомогою гвинтових напрямних, що розташовані на зовнішній поверхні фільтр-каркаса і забезпечення функції відновлення фільтраційних властивостей гравійної набивки фільтра шляхом подавання відновлюючих хімічних реагентів по внутрішніх порожнинах гвинтових напрямних з їх подальшим виходом через отвори у гвинтових напрямних безпосередньо у гравійну набивку фільтра по всій довжині і поперечному перерізу гравійної набивки. Фільтр-каркас є перфорованою колоною труб, розміри отворів на якій змінюються по довжині фільтр-каркаса від мінімальних на вхідній ділянці (з боку пакера) до максимальних на кінцевій ділянці (з боку якоря). Сумарна площа перфорованих отворів на одиницю довжини у вхідній ділянці корпусу фільтр-каркаса (з боку пакера) у 2-8 разів менша, ніж на кінцевій ділянці (з боку якоря). Порядок різниці у сумарних площах перфорованих отворів на вхідній (з боку пакера) і кінцевій (з боку якоря) ділянках фільтр-каркаса обумовлюється довжиною фільтр-каркаса, фізико-динамічними характеристиками гравійно-рідинної суміші, режимом її закачування та фільтраційними характеристиками гравійної набивки. На зовнішній поверхні перфорованого корпусу фільтр-каркаса знаходиться фільтрувальна поверхня (намотаний дріт певного діаметра і форми профілю або фільтрувальна сітка) та розташовані вздовж всієї довжини гвинтові напрямні з певною кількістю заходів, формою поперечного перерізу і певним кутом між дотичною лінією до гвинтової напрямної і віссю свердловини. Кут між дотичною лінією до гвинтових направляючих і віссю свердловини встановлюється у діапазоні від 2 до 40 градусів і може бути постійним або змінюватись по довжині фільтр-каркаса. При спуску фільтр-каркаса у свердловину гвинтові напрямні виконують функцію ребер жорсткості перфорованого корпуса фільтркаркаса, а зовнішня радіальна поверхня гвинтових напрямних виконує функцію площини ковзання, чим попереджує пошкодження фільтрувальної поверхні фільтр-каркаса. При проведенні процесу намивання гравійної набивки навколо фільтркаркаса, гвинтові напрямні виконують функцію центраторів колони фільтр-каркаса, чим дозволяють формувати гравійний фільтр по всьому поперечному перерізу між фільтрувальною поверхнею фільтр-каркаса та стінкою свердловини. Також усередині гвинтових напрямних створено гідравлі 5 чний канал по всій їх довжині, який гідравлічно з'єднується з гравійною набивкою через вихідні отвори гвинтових напрямних. Для регулювання тиску та витрати при подачі відновлюючих хімічних реагентів у гравійну набивку розміри вихідних отворів гвинтових направляючих змінюються по довжині гвинтових направляючих, причому сумарна площа даних отворів на одиницю довжини у вхідній ділянці гвинтової напрямної (з боку пакера) у 2-6 разів менша, ніж на її кінцевій ділянці (з боку якоря). Порядок різниці у сумарних площах вихідних отворів гвинтових напрямних обумовлюється їх довжиною, площею поперечного перерізу гідравлічного каналу всередині гвинтової напрямної, фізико-динамічними характеристиками відновлюючого реагенту, режиму його закачування та фільтраційними характеристиками гравійної набивки. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу і технічним результатом, якого можна досягти, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Спосіб спорудження гравійного фільтра у свердловині передбачає розкриття продуктивного горизонту бурінням, його розширення зі збільшенням діаметра стовбура свердловини на 60-120 мм, спуск на бурильних або насосно-компресорних трубах та встановлення у продуктивній ділянці свердловини наступної компоновки (у порядку спуску у свердловину): башмак, вибійний якір, фільтр-каркас з гвинтовими напрямними, неперфорований патрубок, контрольний фільтр, з'єднувальний вузол, перехідник з лівою різзю, оголовок з'єднувального вузла, перепускна муфта, що встановлена у пакері. Далі виконують центрування та кріплення фільтр-каркаса за допомогою вибійного якоря та пакера. Потім через колону бурильних або насосно-компресорних труб, на якій спускають фільтркаркас, через перепускну муфту з трубного простору у простір між зовнішньою поверхнею фільтркаркаса і стінкою свердловини закачують гравійнорідинну суміш. Гвинтові напрямні зі змінним чи постійним кутом між дотичною лінією до гвинтової напрямної і віссю свердловини закручують потік гравійно-рідинної суміші по гвинтовій траєкторії вздовж фільтр-каркаса. Кут між дотичною лінією до гвинтової напрямної і віссю свердловини визначається в залежності від реологічних властивостей гравійно-рідинної суміші та режиму закачування і може змінюватись в конкретних умовах по довжині горизонтальної ділянки. Кількість заходів гвинтових напрямних також обумовлена реологічними властивостями гравійно-рідинної суміші та режимом закачування. При досягненні гравійнорідинною сумішшю вибою свердловини, гравій відфільтровується на зовнішній поверхні фільтркаркаса, а рідина-носій проходить через фільтрувальну поверхню фільтр-каркаса, перфорований корпус фільтр-каркаса і через перехресні отвори перепускної муфти спрямовується у надпакерний кільцевий простір між колоною насоснокомпресорних труб і обсадною колоною і піднімається на денну поверхню. У міру заповнення простору між зовнішньою поверхнею фільтр-каркаса та стінкою свердловини від вибійного якоря до перепускної муфти гравій утворює рівномірну суцільну щільну набивку по всій довжині і діаметрі простору 97518 6 між зовнішньою поверхнею фільтр-каркаса та стінкою свердловини. Закінчення процесу закачування фіксується за зміною тиску закачування при досягненні гравійною набивкою контрольного фільтра. Різниця сумарних площин отворів у корпусі фільтр-каркаса на вході (з боку пакера) та наприкінці (з боку якоря) створює рівномірний перепад тиску по довжині у перерізі між зовнішньою поверхнею фільтр-каркаса та стінкою свердловини і змушує гравійно-рідинну суміш рухатись від вхідної ділянки фільтр-каркаса (з боку пакера) до його кінцевої ділянки (з боку якоря). Встановлення колони з фільтр-каркасом з гвинтовими напрямними у свердловині і здійснення закручування потоку гравійно-рідинної суміші на гвинтових напрямних дозволить уникнути передчасного масового осідання частинок гравійної набивки (утворення пробок) і отримати суцільну щільну гравійну набивку фільтра по всьому діаметру і довжині горизонтальної ділянки свердловини, а також, як наслідок, попередити руйнування привибійної зони продуктивного пласта, збільшити термін роботи фільтра. Подавання відновлюючих хімічних реагентів здійснюється в процесі експлуатації свердловин без додаткового глушіння свердловини та спускопідйомних операцій по внутрішнім гідравлічним каналам гвинтових напрямних і рівномірним надходженням хімічних реагентів у гравійну набивку через вихідні отвори у гвинтових напрямних, сумарна площа яких на одиницю довжини у вхідній ділянці гвинтової направляючої (з боку пакера) у 26 разів менша ніж на її кінцевій ділянці (з боку якоря). Крім того, подавання відновлюючих хімічних реагентів у гравійну набивку через гвинтові напрямні не створює знакозмінних фільтраційних потоків у безпосередній близькості до фільтрувальної поверхні фільтр-каркаса та не руйнує утворену структуру гравійної набивки. Тобто потік флюїду (пластового або відновлюючого) завжди спрямований тільки в одному напрямку - з периферії гравійної набивки до центральної осі свердловини. На фіг. 1 та фіг. 2 зображено схему компоновки вибійного обладнання при спорудженні гравійного фільтра в горизонтальній свердловині. На фіг. 3 зображено вид поперечного перерізу А-А. На фіг. 4, 5, 6 зображено перепускний пристрій для подавання відновлюючого хімічного реагенту у гідравлічний канал всередині гвинтових напрямних (фіг. 4 - у положенні при закачуванні відновлюючого хімічного реагента, фіг. 6 - у положенні при експлуатації свердловини). На фіг. 7 зображено схему подавання відновлюючого хімічного реагенту у гравійну набивку фільтра. На фіг. 8 зображено схему надходження пластового флюїду до свердловини (проходження пластового флюїду через фільтрувальну поверхню фільтр-каркаса до внутрішнього простору фільтркаркаса). Схема компоновки обладнання при спорудженні гравійного фільтра складається з (фіг. 1, 2, 3): 1 - продуктивний горизонт; 2 - обсадна колона; 3 - колона бурильних (насосно-компресорних) 7 труб; 4 - пакер; 5 - перепускна муфта для намивання гравійної набивки; 6 - оголовок з'єднувального вузла фільтр-каркаса; 7 - ліва різь оголовка з'єднувального вузла фільтр-каркаса (на кресл. не показано, див. фіг. 4, 6); 8 - з'єднувальний вузол фільтр-каркаса; 9 - нагнітальні отвори у з'єднувальному вузлі; 10 - перехідник (на кресл. не показано, див. фіг. 4, 6); 11 - ліва різь перехідника 10 (на фіг. не показано, див. фіг. 4, 6); 12 - контрольний фільтр; 13 - розширена необсаджена ділянка свердловини; 14 - неперфорований патрубок з гвинтовими напрямними; 15 - гвинтові напрямні; 16 фільтрувальна поверхня фільтр-каркаса; 17 отвори корпуса фільтр-каркаса; 18 - корпус фільтр-каркаса; 19 - вибійний якір; 20 - башмак. Фільтр-каркас є перфорованою колоною труб, розміри отворів на якій змінюються по довжині фільтр-каркаса від мінімальних на вхідній ділянці (з боку пакера) до максимальних на кінцевій ділянці (з боку якоря). Сумарна площа перфорованих отворів на одиницю довжини у вхідній ділянці корпусу фільтр-каркаса (з боку пакера) у 2-8 разів менша, ніж на кінцевій ділянці (з боку якоря). На зовнішній поверхні перфорованого корпусу фільтр-каркаса знаходиться фільтрувальна поверхня (закріплений дріт з певним діаметром, зазором між витками, також певною формою профілю або фільтрувальна сітка) та розташовані вздовж всієї довжини фільтр-каркаса гвинтові напрямні з певною кількістю заходів гвинтових напрямних, певними геометричними характеристиками поперечного перерізу та постійним чи змінним по довжині фільтр-каркаса кутом між дотичною лінією до гвинтової напрямної і віссю свердловини. В даному описі як приклад розглянуто корпус фільтр-каркаса з тризахідними гвинтовими напрямними. При спуску фільтр-каркаса у свердловину гвинтові напрямні виконують функцію ребер жорсткості перфорованого корпуса фільтр-каркаса, а зовнішня радіальна поверхня гвинтових напрямних виконує функцію площини ковзання, чим попереджує пошкодження фільтрувальної поверхні фільтр-каркаса. При проведенні процесу намивання гравійної набивки навколо фільтр-каркаса гвинтові напрямні виконують функцію центраторів колони фільтр-каркаса, чим дозволяють формувати гравійний фільтр по всьому поперечному перерізу між фільтрувальною поверхнею фільтр-каркаса та стінкою свердловини. Гідравлічний канал у гвинтових напрямних з випускними отворами забезпечує рівномірне надходження відновлюючих хімічних реагентів у гравійну набивку по всій її довжині і поперечному перерізу. Подавання відновлюючих хімічних реагентів у гравійну набивку через гвинтові напрямні не створює знакозмінних фільтраційних потоків у безпосередній близькості до фільтрувальній поверхні фільтр-каркаса та не руйнує утворену структуру гравійної набивки. Спосіб спорудження гравійного фільтра виконують таким чином За відомою технологією виконують буріння під експлуатаційну колону з набором проектного зенітного кута та проектного інтервалу, спускають, цементують та опресовують обсадну експлуата 97518 8 ційну колону 2. Здійснюють буріння у продуктивному горизонті 1 до проектного вибою свердловини. Далі виконують розширення стовбура свердловини на даній ділянці зі збільшенням діаметра стовбура свердловини на 60-120 мм. Наступним етапом є спуск у розширену ділянку 13 продуктивного горизонту на колоні бурильних чи насоснокомпресорних труб 3 наступної компоновки обладнання (у порядку спуску у свердловину): башмак 20, вибійний якір 19, корпус фільтр-каркаса 18 з отворами 17, фільтрувальною поверхнею 16 і гвинтовими напрямними 15, неперфорований патрубок фільтр-каркаса 14 з гвинтовими напрямними, контрольний фільтр 12, з'єднувальний вузол фільтр-каркаса 8, перехідник 10 з лівою різзю 11, оголовок з'єднувального вузла 6 з лівою різзю 7, перепускна муфта 5, пакер 4. Далі виконують центрування та кріплення фільтр-каркаса за допомогою вибійного якоря 19 шляхом розвантаження колони на башмаку 20 та приведення пакера 4 у робоче положення. Гравійно-рідинну суміш подають по трубному простору бурильних (насосно-компресорних) труб 3 у перепускну муфту 5, де потік гравійно-рідинної суміші спрямовується у намивний гідравлічний канал 31 між оголовком з'єднувального вузла 6 та перехідником 10. По намивному гідравлічному каналу 31 гравійно-рідинна суміш, виходячи через нагнітальні отвори 9 у з'єднувальному вузлі 8, подається у простір між розширеним необсадженим стовбуром свердловини 13 та фільтрувальною поверхнею фільтр-каркаса 16 вздовж гвинтових напрямних 15, що розміщені на зовнішній поверхні корпуса фільтр-каркаса 18. Гвинтові напрямні 15 закручують потік гравійно-рідинної суміші по гвинтовій траєкторії навколо фільтрувальної поверхні фільтр-каркаса 16. При досягненні гравійно-рідинною сумішшю вибійного якоря 19 гравій відфільтровується на зовнішній поверхні фільтр-каркаса і рідина-носій проходить крізь фільтрувальну поверхню фільтр-каркаса 16 (намотаний дріт певного діаметра і з певною формою профілю або фільтрувальна сітка) і перфорований корпус фільтр-каркаса 18 (через отвори 17) і по внутрішньому простору корпуса фільтр-каркаса 18 через перехідник 10 надходить у перепускну муфту 5, де потік рідини-носія спрямовується у надпакерний кільцевий простір між колоною бурильних (насосно-компресорних труб) 3 та обсадною колоною 2 і підіймається на денну поверхню. В міру заповнення простору між фільтрувальною поверхнею 16 корпусу фільтр-каркаса 18 та розширеним необсадженим стовбуром свердловини 13 від вибійного якоря 19 до з'єднувального вузла 8 гравій рівномірно утворює суцільну щільну набивку по всій довжині і діаметру простору між фільтрувальною поверхнею 16 корпусу фільтркаркаса 18 та розширеним необсадженим стовбуром свердловини 13. Закінчення процесу закачування фіксується за зміною тиску закачування при досягненні гравійною набивкою контрольного фільтра 12. Після закінчення процесу закачування гравійної набивки по лівій різі 7 оголовка з'єднувального вузла фільтр-каркаса 6 відкручують перепускну муфту 5 і на колоні бурильних чи насосно 9 компресорних труб підіймають на денну поверхню. Далі на колоні насосно-компресорних труб спускають перепускний пристрій 21 (фіг.4, 5, 6) для подальшої подачі (при необхідності) через нього відновлюючого хімічного реагенту і по лівій різі 11 приєднують його до перехідника 10 та виконують виклик припливу до свердловини. Спосіб відновлення фільтраційних властивостей гравійного фільтра виконують таким чином (фіг. 4, 5, 6, 7, 8). Для подачі відновлюючого хімічного реагента у гідравлічний канал, що виконано всередині гвинтових напрямних, застосовується перепускний пристрій (фіг. 4, 5, 6). Перепускний пристрій 21 складається з: 22 - корпус перепускного пристрою; 23 - ущільнювальне кільце; 24 - упор запірної втулки; 25 - запірна втулка; 26 - отвори запірної втулки; 27 - шток запірної втулки; 28 - кулька запірної втулки; 29 - пружина; 30 - вихідні отвори перепускного пристрою; 32 - прохідний отвір перепускного пристрою; 33 - прохідний канал для подавання відновлюючих реагентів. Схеми подавання пластового флюїду у гравійну набивку (фіг. 7) та надходження пластового флюїду до свердловини (фіг.8) складаються з наступних елементів: 21 - перепускний пристрій; 34 гідравлічний канал у гвинтових напрямних; 35 вихідні отвори у гвинтових напрямних; 36 - гравійна набивка. Перепускний пристрій спускається у свердловину після завершення процесу спорудження гравійного фільтру і підйому на денну поверхню перепускної муфти. Перепускний пристрій приєднується по лівій різі 11 до перехідника 10. Не виконуючи глушіння свердловини, у трубний простір подають відновлюючий хімічний реагент під тиском, більшим ніж вибійний. При досягненні відновлюючим хімічним реагентом перепускного пристрою 21 (фіг. 4, 7) під дією тиску запірна втулка 25 зі штоком 27 і кулькою 28, долає опір пружини 29 і перекриває прохідний отвір 32, чим перекриває трубний простір фільтр-каркаса 18 та зупиняє приплив пластового флюїду до свердловини, а запірна втулка 25, відходячи від штатного місця, власними отворами 26 співпадає з вихідними отворами 30 перепускного пристрою 21 та прохідним каналом для подавання відновлюючого реагенту 33 між перехідником 10 і оголовком з'єдну 97518 10 вального вузла 6. Тим самим створюється гідравлічний канал між трубним простором бурильних чи насосно-компресорних труб 3, через перепускний пристрій 21 та прохідний канал 33 між внутрішнім діаметром оголовка з'єднувального вузла 6 і зовнішнім діаметром перехідника 10, та внутрішнім каналом 34 у гвинтових направляючих 15. Відновлюючий хімічний реагент надходить з колонного простору насосно-компресорних труб 3 і, проходячи через перепускний пристрій 21, через співставлені отвори 26 та 30 надходить в прохідний канал 33 між внутрішнім діаметром оголовка з'єднувального вузла 6 і зовнішнім діаметром перехідника 10 і далі через з'єднувальний вузол фільтр-каркаса 8 спрямовується всередину гідравлічного каналу 34 у гвинтових напрямних 15, звідки через випускні отвори 35 у гвинтових напрямних надходить безпосередньо у гравійну набивку 36. При цьому не створюється знакозмінних навантажень від фільтрувального потоку відновлюючого хімічного реагенту на утворену структуру гравійної набивки у безпосередній близькості від фільтрувальної поверхні фільтр-каркаса 16. За рахунок різниці у сумарних площах випускних отворів гвинтових напрямних на вхідній частині (з боку пакера) та кінцевій частині фільтр-каркаса (з боку якоря) відновлюючий хімічний реагент рівномірно заповнює гравійну набивку по всьому діаметральному перерізу та всій її довжині. Після закачування розрахованого об'єму відновлюючого хімічного реагенту та витримки необхідного часу хімічної реакції, виконується пуск свердловини у роботу (фіг. 6, 8): буферний тиск зменшується та за рахунок зменшення тиску у трубному просторі насосно-компресорних труб та роботі пружини 29 запірна втулка зі штоком і кулькою повертаються у штатне положення до упору 24, відкриваючи прохідний отвір 32, своїм корпусом запірна втулка 25 перекриває отвори 30 у корпусі перепускного пристрою 21, чим повністю закриває гідравлічний зв'язок між гідравлічним каналом у гвинтових напрямних 15 та трубним простором насосно-компресорних труб 3. Таким чином пластовий флюїд разом з продуктами реакції відновлюючого реагенту проходить крізь фільтрувальну поверхню фільтр-каркаса 16, внутрішній простір фільтр-каркаса, перепускний пристрій 21 і спрямовується до насосно-компресорних труб. 11 97518 12 13 97518 14 15 97518 16 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601