Способ регулирования изменения динамического давления во время операции перфорирования (варианты)

Способ регулирования изменения динамического давления во время операции перфорирования (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ВВобщем настоящее изобретение относится к улучшению сообщения по текучей среде между пластом и скважиной, и более конкретно к регулированию изменения давления при перфорировании.

Для заканчивания скважины одну или несколько зон пласта, прилегающих к скважине, перфорируют, чтобы обеспечить возможность втекания текучей среды из зон пласта в скважину для извлечения его на поверхность или закачивания текучих сред, подлежащих введению в зоны пласта. Колонна стреляющих перфораторов может быть спущена в скважину, а перфораторы подорваны для создания отверстий в обсадной колонне и для распространения перфораций в окружающий пласт.

Вследствие взрывной природы образования перфорационных туннелей из пласта рассеиваются песчаные зерна. Вокруг каждого перфорационного туннеля может образоваться «область, поврежденная ударной нагрузкой», имеющая меньшую проницаемость по сравнению с проницаемостью нетронутой основной массы пласта. При этом процессе также может образоваться туннель, заполненный обломками породы, смешанными с обломками заряда перфоратора. Степень повреждения и количество свободных обломков в туннеле может определяться множеством факторов, включая свойства пласта, свойства заряда взрывчатого вещества, режимы давления, свойства флюидов и т.д. Область, поврежденная ударной нагрузкой, и свободные обломки в перфорационных туннелях могут снижать продуктивность эксплуатационных скважин или приемистость нагнетательных скважин.

Один популярный способ получения чистых перфораций заключается в перфорировании при превышении пластового давления над гидростатическим давлением в скважине (состояние отрицательной депрессии). После образования перфораций текучая среда первоначально протекает из пласта через туннели, при этом некоторая часть обломков удаляется. Однако при некоторых скважинных условиях перфорирование при отрицательной депрессии не всегда может быть эффективным и может быть дорогостоящим и небезопасным в осуществлении. Например, когда пластовое давление высокое, а основная масса пласта слабая, разность давлений при такой отрицательной депрессии может привести к разрушению перфорационного туннеля и/или к чрезмерному выносу песка.

Общепринято использовать скважинную текучую среду или буровой раствор для создания гидростатического напора в скважине. Скважинная текучая среда может быть утяжеленной для регулирования степени разности статических давлений между пластовым давлением и давлением в скважине. Поэтому основанная на характеристиках пласта скважинная текучая среда может быть утяжеленной для создания состояния отрицательной депрессии, при которой давление в скважине ниже пластового давления, сбалансированного статического состояния, при котором гидростатическое давление в скважине и пластовое давление равны, и статического состояния депрессии, при котором гидростатическое давление в скважине превышает пластовое давление.

Выполнение работ по перфорированию согласно предшествующему уровню техники часто приводит к повреждению продуктивного пласта, которое должно быть устранено для продолжения операций добычи или нагнетания. Это повреждение часто обусловлено использованием текучей среды, которая создает чрезмерный дисбаланс динамического давления между пластом и скважиной вблизи взрыва стреляющего перфоратора.

Когда несущий углеводород продуктивный пласт перфорируют кумулятивными зарядами, могут произойти некоторые явления, вызывающие повреждение пласта и падение производительности. Проницаемость может уменьшиться вследствие раздробления породы вокруг перфорационной полости или вследствие засорения перфорационного туннеля свободными отложениями или обломками породы, которые образуются во время проникновения струи кумулятивного заряда в пласт. Во время депрессионного состояния скважинная текучая среда может входить в туннели и осаждать дополнительные обломки породы. Эти обломки породы часто трудно удалить из перфорационных туннелей с помощью скважинных текучих сред согласно предшествующему уровню техники. Образованные перфорационные туннели могут разрушаться вследствие изменений динамического давления во время процесса перфорирования, при этом исключается или ухудшается процесс сообщения между пластом и скважиной. Кроме того, когда перфоратор подрывают в случае использования обычных текучих сред, быстрые изменения давления в скважине приводят к «подбрасыванию перфоратора». Это ведет к повреждению скважинных инструментов, стреляющего перфоратора и пакеров.

Кроме того, при заканчиваниях скважин согласно предшествующему уровню техники перфорирование скважины является отдельным этапом заканчивания скважины. После перфорирования могут оказаться желательными возвращение к работам в скважине и подача вязкой текучей среды для удаления частиц из пласта и скважины с целью облегчения добычи из скважины. Также могут оказаться желательными возвращение к работам в скважине и закачивание текучей среды, которая реагирует с желаемым пластом, для очистки перфораций и повышения продуктивности.

Поэтому желательно создать систему для регулирования изменения давления во время работ по перфорированию, которая направлена на устранение недостатков перфорационных систем из предшествующего уровня техники. Кроме того, желательно получить текучую среду для перфорационных работ, при использовании которой уменьшается повреждение продуктивного пласта вблизи скважины. Еще также желательно создать систему регулирования изменения давления, в которой текучая среда для перфорационных работ используется для регулирования изменения динамического давления во время операции перфорирования. Кроме того, еще желательно создать систему регулирования изменения давления, в которой управление стреляющим перфоратором используется для регулирования изменения динамического давления. Еще также желательно получить скважинную текучую среду, использование которой может облегчить удаление препятствий сообщению по текучей среде между скважиной и прилегающим пластом.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение сообщения по текучей среде между скважиной и пластом путем регулирования изменения динамического давления по время операции перфорирования.

Этот технический результат достигается тем, что в способе регулирования изменения динамического давления при перфорировании пласта, включающем определение характеристик перфорируемого пласта, выбор перфорирующего инструмента, имеющего характеристики для получения желаемого сообщения по текучей среде между скважиной и пластом и выполнение операции перфорирования, согласно изобретению осуществляют выбор профиля изменения динамического давления на основе характеристик пласта, при котором облегчается создание сообщения по текучей среде между скважиной и пластом и выбор скважинной текучей среды на основе характеристик пласта и характеристик выбранного перфорирующего инструмента для по существу достижения выбранного профиля изменения динамического давления.

Выбранная скважинная текучая среда может быть по существу несжимаемой текучей средой, сжимаемой текучей средой, пеной, водой, соляным раствором.

Выбранная скважинная текучая среда может дополнительно включать химически активный агент, загуститель, поверхностно-активное вещество.

Выбранное изменение динамического давления является депрессионным или репрессионным.

Указанный технический результат достигается и тем, что в способе регулирования изменения динамического давления при перфорировании ствола скважины, включающем заполнение по меньшей мере части ствола скважины скважинной текучей средой и перфорирование ствола скважины путем взрыва перфорирующего инструмента, согласно изобретению скважинную текучую среду выбирают для регулирования изменения динамического давления при и после взрыва перфорирующего инструмента.

Выбранная скважинная текучая среда может быть по существу несжимаемой текучей средой или сжимаемой текучей средой.

Вышеописанные способы облегчают регулирование изменений динамического давления между скважиной и пластом при перфорировании. Регулированием изменения динамического давления уменьшается повреждение, которое может быть неустранимым при выполнении перфорирования согласно известным способам. В способе могут дополнительно использоваться элементы в скважинной текучей среде для дополнительного улучшения сообщения по текучей среде.

Вышеупомянутые и другие признаки и объекты настоящего изобретения будут более подробно описаны в нижеследующем описании конкретного варианта осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает схематичный вид перфорационной системы согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - графики изменений давления при перфорировании;

фиг.3 - графики изменений давления при исследовательских работах по перфорированию;

фиг.4 - графики изменений давлений при перфорировании на слабом песчанике Castlegate при использовании сжимаемой текучей среды и несжимаемой текучей среды; и

фиг.5 - функциональную схему способа регулирования изменения давления при перфорировании согласно настоящему изобретению.

Использованные в настоящей заявке термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний» и другие аналогичные термины, указывающие на относительные положения определенной точки или элемента, использованы для более понятного описания некоторых элементов из вариантов осуществления изобретения. Обычно эти термины относятся к опорной точке, когда поверхность, от которой начинают бурильные работы, является верхней точкой, а суммарная глубина скважины является самой нижней точкой.

На фиг.1 представлен схематичный вид перфорационной системы 10 согласно настоящему изобретению. Перфорационная система 10 включает скважину 12, которая пробурена в земле 14 до желаемого пласта 16 для извлечения текучей среды из пласта 16 или закачивания текучей среды в него. Скважина 12 часто включает обсадную колонну 18, хотя скважина 12 может быть открыта вблизи пласта 16. Для содействия извлечению текучей среды из пласта 16 или закачивания текучей среды в пласт 16 между скважиной 12 и пластом 16 образован тунель 20 для текучей среды для улучшения сообщения по текучей среде между ними. Туннели 20 образуют посредством стреляющего перфоратора 22, несущего проникающее средство 24, например, но без ограничения им, кумулятивный заряд. Обычно стреляющий перфоратор 22 спускают внутрь скважины 12 с помощью талевого каната 26 или насосно-компрессорной колонны.

Стреляющий перфоратор 22 включает корпус 23, несущий заряды 24. Перфоратор 22 может быть спроектирован для конкретных применений в скважине с целью получения желаемой плотности туннелей 20 в пласте 16. Однако он реализован так, что характеристики перфоратора могут быть видоизменены для регулирования изменения давления во время операции перфорирования. Способы и оборудование для регулирования изменения давления и улучшения вскрытия продуктивного пласта дополнительно включены в настоящую заявку посредством ссылки на родственные и находящиеся в совместном владении заявки на патенты: США, регистрационный номер [реестр №22.1533], под названием "Improving reservoir communication by creating a local underbalance and using treatment fluid", подана 19 сентября 2003 г., США, регистрационный номер 10/316614, опубликованая 15 мая 2003 г. в виде US 2003/0089498 А1, и патент США №6598682.

Скважина 12 заполнена текучей средой 28 для перфорационных работ, которая в перфорационной системе из предшествующего уровня техники обычно является раствором для вскрытия продуктивного пласта (например, соляным раствором). Текучую среду 28 в скважине 12 традиционно используют для различных целей таких, как, но без ограничения ими, предотвращение вхождения пластовой текучей среды 30 под давлением в скважину 12 и выброса неконтролируемым образом. В настоящем изобретении текучая среда 28 дополнительно выбрана и предусмотрена для регулирования изменения динамического давления согласно настоящему изобретению. Текучая среда 28 может быть по существу несжимаемой текучей средой или сжимаемой текучей средой таким, как, но без ограничения ими, вода, соляной раствор, пена, сжиженный газ, например азот, хеланты, растворы поверхностно-активных веществ, взаимные растворители, вязкоупругие поверхностно-активные вещества, растворы полимеров, гель сшитого полимера, афрон или комбинации из этих жидкостей. Может быть желательным закачивание в скважину 12 сжиженного газа непосредственно к пласту 16.

При использовании перфорационных систем и способов из предшествующего уровня техники обычно сталкиваются с несколькими проблемами. Одна явная проблема заключается в повреждении пласта 16 таким образом, что снижается проницаемость или связь по текучей среде между скважиной 12 и пластом 16 и, тем самым, нейтрализуется результат перфорации пласта 16. Эти проблемы включают в себя чрезмерный вынос песка из пласта 16, разрушающего туннель 20, закупоривающего туннель 20, и повреждение пласта 16 при проникновении скважинной текучей среды 28, приводящее к осаждению обломков породы в туннелях 20. Вторая проблема заключается в повреждении скважины 12 и соответствующего оборудования во время процесса перфорирования. Это повреждение является наиболее существенным, когда при «подбрасывании перфоратора» страгиваются с места или повреждаются пакеры (непоказанные), что требует дополнительных рейсов в скважину для исправления повреждения.

В известных перфорационных системах и способах желаемая разность давлений между скважиной и пластом определялась как статическая. Поэтому разность давлений относилась к моменту до взрыва зарядов 24. В этих системах не учитывалось изменение динамического давления при подрыве зарядов 24 и после него.

Во время процесса перфорирования заряды 24 взрываются с передачей источника энергии из стреляющего перфоратора 22 в пласт 16 для образования туннелей 20 текучих сред. Общий и эффективный способ создания туннелей 20 заключается в использовании кумулятивных зарядов 24, которые после взрыва проникают через обсадную колонну 18 в пласт 16. При подрыве кумулятивных зарядов 24 выделяется взрывчатая масса и открывается объем корпуса 23 перфоратора 22 и объем зарядов 24. Это явление изменяет давление в скважине 12 относительно исходного давления в скважине 12. В зависимости от отношения объема пустого перфоратора 22 к взрывчатой массе и от сжимаемости скважинной текучей среды 28 давление может быть выше или ниже исходного давления в скважине. В таком случае скважинная текучая среда 28, обычно жидкость с низкой сжимаемостью, должна расширяться или сжиматься, когда перфоратор 22 заполняется скважинной текучей средой 28 («заполнение перфоратора») или детонационный газ выходит из перфоратора и входит в скважину 12, вызывая существенные изменения давления в скважине 12. Такое изменение динамического давления в скважине 12 не учитывается в способах и системах перфорирования из предшествующего уровня техники. Настоящее изобретение направлено на управление изменениями динамического давления для повышения продуктивности перфорированной скважины.

На фиг.2 и 3 приведены графики изменений давления при выполнении операции перфорирования. На графиках каждое исследование начинается с исходного момента времени при статическом режиме давления в скважине и пластового давления. На фиг.2 показаны результаты четырех экспериментов (обозначенных как исследования с 1 по 4) для случая одного и того заряда 24, который инициировался при начальной отрицательной депрессии 1000 фунтов/дюйм². Максимальная динамическая отрицательная депрессия изменялась от 200 до 1300 фунтов/дюйм². На фиг.2 показаны результаты трех аналогичных экспериментов (исследования с 5 по 7), которые начинались при статической отрицательной депрессии 500 фунтов/дюйм². Динамическая отрицательная депрессия изменялась в пределах от 2400 фунтов/дюйм² до отрицательной, 300 фунтов / дюйм².

В исследованиях 1-4 и 7 давление взрывной волны в перфораторе 22 непосредственно после взрыва было выше по сравнению с давлением в скважине, и оно характеризовалось как «депрессия перфоратора». При «депрессии перфоратора» детонационный газ входил в скважину 12, повышая давление в скважине. В исследованиях 5 и 6 давление взрывной волны было ниже по сравнению со статическим давлением в скважине и оно характеризовалась как «отрицательная депрессия перфоратора». В случае, когда несжимаемый скважинный флюид 28 входит в перфоратор 22, это приводит к резкому снижению давления в скважине.

Во многих ситуациях желательно получать такой профиль изменения давления, какой показан как исследование 5. Однако, чтобы уменьшить повреждение и улучшить сообщение по текучей среде между скважиной 12 и пластом 16, профиль изменения должен быть определен на основе основной массы пласта 16.

Создание высокой динамической отрицательной депрессии необходимо для стимуляции протекания текучей среды из пласта 16 в скважину 12 для очистки туннелей 20 от обломков породы (исследование 5). Однако это не всегда желательно. Например, при перфорировании в пласте 16 под высоким давлением в случае небольшой механической прочности высокая динамическая отрицательная депрессия может привести к разрушению туннелей 20. В настоящей системе предусмотрено, что сжимаемая скважинная текучая среда 28 будет демпфировать возрастание и падение давления, происходящие в результате взрыва заряда 24 и заполнения перфоратора, тем самым снижая динамическую отрицательную депрессию. Дополнительно скважинная текучая среда 28 может быть высоковязкой и эластичной, при этом будет ограничиваться скорость скважинной текучей среды 28, втекающей в перфоратор 22, с ограничением динамической отрицательной депрессии. Обе применяемые текучие среды уменьшают разрушение перфорационных туннелей 20.

При перфорировании в пласте 16 с большей механической прочностью мелкозернистые частицы в раздробленной зоне 32 могут снизить проницаемость пласта 16 и ограничить продуктивность и/или приемистость пласта 16. В этой ситуации может оказаться желательным иметь высокую динамическую отрицательную депрессию для удаления обломков породы из туннелей 20, когда скважинная текучая среда 28 и пластовая текучая среда 30 протекает из пласта 16 в скважину 12. Кроме того, для содействия очистке перфорационных туннелей 20 может оказаться желательным включение в скважинную текучую среду 28 химически активных агентов, которые изменяют физические и химические свойства базовой текучей среды таких, как, но без ограничения ими, поверхностно-активные вещества, загустители, растворители, хелатообразующие агенты и кислота.

На фиг.4 приведены графики изменения давления во время исследований по перфорированию на слабом песчанике Castlegate с пределом прочности при неограниченном сжатии около 1500 фунтов/дюйм². Поровое давление пласта 16 было 5000 фунтов/дюйм², а давление вышележащей толщи до перфорирования было 10000 фунтов/дюйм². Исследования были проведены на двух образцах керна. Первый образец был исследован в случае использования несжимаемого соляного раствора 28. Второй образец был исследован в случае использования сжимаемой пенящейся скважинной текучей среды 28. Линией 50 обозначено давление пласта 16.

Первый образец породы был исследован при использовании по существу несжимаемого скважинного соляного раствора 28. Исходная разность статических давлений была уравновешена. Линией 51 обозначено поровое давление или скважинное давление вблизи забоя скважины 12 и границы пласта 16 при использовании несжимаемого скважинного соляного раствора 28. Линией 52 отслеживается давление вышележащей толщи на пласт 16 во время операции перфорирования. Вследствие чрезмерной динамической отрицательной депрессии в точке 53 перфорационный туннель разрушается.

Второй образец породы пласта 16 был исследован при использовании по существу сжимаемой пенящейся скважинной текучей среды 28. Исходная разность статических давлений между пластом 16 и скважиной 12 была депрессионной при 500 фунтах/дюйм². Линией 54 обозначено поровое давление или скважинное давление вблизи забоя скважины 12 и границы пласта 16 при использовании сжимаемой пенящейся скважинной текучей среды 28. Линией 55 отслеживается давление вышележащей толщи на пласт 16 во время операции перфорирования. При использовании по существу сжимаемой скважинной текучей среды 28 перфорационный туннель не разрушается.

На фиг.5 представлена функциональная схема способа регулирования изменения давления в скважине во время операции перфорирования. С учетом фиг. с 1 по 4 на фиг.5 представлены следующие этапы, этап 100 определения характеристик пласта 16 таких, как, но без ограничения ими, прочность основной массы, проницаемость, пластовое давление и давление вышележащей толщи; этап 102 выбора профиля изменения давления для оцененного пласта 16, при котором облегчается получение перфорационных туннелей 20, способствующих сообщению по текучей среде между скважиной 12 и пластом 16; этап 104 выбора характеристик перфорирующего инструмента 22, предназначенного для образования желаемых туннелей 20 в пласте 16; этап 106 выбора скважинной текучей среды 28 для получения желаемого профиля динамического переходного давления с учетом взрывной силы зарядов 24 и объема перфоратора 22; этап выполнения перфорирования при использовании выбранных стреляющего перфоратора 22 и скважинной текучей среды 28.

Из предшествующего подробного описания конкретных вариантов осуществления изобретения должно быть очевидно, что раскрыта система для регулирования изменения динамического давления во время операции перфорирования, которая является новой. Хотя конкретные варианты осуществления изобретения раскрыты в настоящей заявке довольно подробно, это сделано исключительно с целью описания различных признаков и аспектов изобретения и не преследует ограничения объема изобретения. Предполагается что различные замены, изменения и/или модификации, включая, но без ограничения ими, те изменения реализаций, которые могли быть подсказаны в настоящей заявке, могут быть сделаны в раскрытых вариантах осуществления без отступления от сущности и объема изобретения, определенных приложенной формулой изобретения, которая приведена ниже.

1. Способ регулирования изменения динамического давления во время операции перфорирования, включающий определение характеристик пласта, подлежащего перфорированию, выбор профиля изменения динамического давления на основе характеристик пласта, при котором облегчается создание сообщения по текучей среде между скважиной и пластом, выбор перфорирующего инструмента, имеющего характеристики для получения желаемого сообщения по текучей среде между скважиной и пластом, выбор скважинной текучей среды на основе характеристик пласта и характеристик выбранного перфорирующего инструмента для по, существу, достижения выбранного профиля изменения динамического давления с учетом взрывной силы зарядов и объема перфоратора, выполнение операции перфорирования путем взрыва перфорирующего инструмента.

2. Способ по п.1, в котором выбранная скважинная текучая среда является, по существу, несжимаемой текучей средой.

3. Способ по п.1, в котором выбранная скважинная текучая среда является сжимаемой текучей средой.

4. Способ по п.1, в котором выбранная скважинная текучая среда является пеной.

5. Способ по п.1, в котором выбранная скважинная текучая среда является водой.

6. Способ по п.1, в котором выбранная скважинная текучая среда является соляным раствором.

7. Способ по пп.1-3, в котором выбранная скважинная текучая среда дополнительно включает химически активный агент.

8. Способ по пп.1-3, в котором выбранная скважинная текучая среда дополнительно включает загуститель.

9. Способ по пп.1-3, в котором выбранная скважинная текучая среда включает поверхностно-активное вещество.

10. Способ по п.1, в котором изменение динамического давления является превышением давления пласта над гидростатическим давлением в скважине.

11. Способ по п.1, в котором изменение динамического давления является превышением гидростатического давления в скважине над давлением пласта.

12. Способ регулирования изменения динамического давления во время операции перфорирования, включающий заполнение по меньшей мере части скважины скважинной текучей средой, выбранной для регулирования изменения динамического давления при и после взрыва перфорирующего инструмента с учетом взрывной силы зарядов и объема перфоратора, перфорирование скважины путем взрыва перфорирующего инструмента.

13. Способ по п.12, в котором выбранная скважинная текучая среда является, по существу, несжимаемой текучей средой.

14. Способ по п.12, в котором выбранная скважинная текучая среда является сжимаемой текучей средой.