Дифференциальные фильтры для остановки воды во время добычи нефти

Дифференциальные фильтры для остановки воды во время добычи нефти

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам снижения поступления воды углеводородной скважины, пробуренной через подземные пласты. Более конкретно, оно относится к таким способам для избирательного снижения потока подземных водных жидкостей в скважину при поддержании ее добычи углеводородов.

Уровень техники

Утверждения в данном разделе предоставляют лишь информацию об уровне техники, относящемуся к настоящему изобретению, и могут не составлять предшествующий уровень техники.

В течение периода эксплуатации скважины для добычи углеводородов (нефти и газа), вода часто добывается вместе с углеводородами. Количество воды, добываемой из скважины, обычно возрастает со временем с сопровождающимся снижением добычи углеводородов. Часто поступление воды становится настолько чрезмерным, что требуется проводить восстановительные меры по уменьшению соотношения добычи воды/углеводородов. Результатом неконтролируемого поступления воды может быть ликвидация скважины.

Перед тем, как углеводороды можно будет добывать из подземных пластов, зона добычи должна быть завершена так, чтобы скважина сообщалась с углеводороднесущей зоной (зонами). В идеальном случае, зона добычи углеводородов не должна сообщаться с водонесущим участком (участками). Однако некоторые зоны добычи углеводородов могут непреднамеренно сообщаться с водонесущей зоной. Например, прорыв воды может произойти, когда трещина выходит из зоны и создает трещину в зоне воды. Даже если нет фактического изначального нестабильного сообщения между зоной добычи углеводородов и водонесущими зонами пласта, такое сообщение может развиться во время добычи углеводородов. Например, вода может подниматься вверх из водонесущего участка в способе, известном как образование конуса обводнения.

Поступление воды в углеводородные скважины является значимой проблемой. Особенно трудно иметь дело с поступлением воды в открытый ствол, горизонтальные скважины, где нет легкого пути для изоляции и остановки поступления воды, в то же время позволяющего другим частям скважины добывать углеводороды. Данная проблема особенно волнует, когда вода проходит через верхнюю часть скважины и мешает добычи нефти из мест более отдаленных в стволе скважины.

Другая трудность при втекании воды в скважины относится к неуверенности в том, какие зоны и области ствола скважины добывают воду. Необходима технология для определения вододобывающих зон, для того чтобы принять соответствующие меры.

Иногда поступление воды не может быть изолировано или остановлено без значительного вмешательства для закачки цемента в перфорационные отверстия или для закачки соответствующих гелей в матрицу. Это требует размещения пакеров и/или расположения с помощью колтюбинга. Эти процедуры длительные и дорогостоящие.

В патенте США 3,719,228 описан способ обработки подземного пласта, содержащего углеводороды или соляной раствор для стимуляции добычи углеводородов, для ликвидации потока воды и/или образования водяного конуса. В соответствии с этим способом композицию для предварительной промывки, содержащую водный раствор смоляного мыла и мыла из жирных кислот, вводят в пласт. Композиция предварительной промывки реагирует с остаточным соляным раствором, образуя осадок, который блокирует пути, несущие соляной раствор. Композиция предварительной промывки не должна реагировать с углеводородами, таким образом, позволяя углеводороднесущим путям оставаться открытыми.

Другой способ описан в патенте США 4,617,132. В соответствии с указанным способом, пласт песчаника первоначально приводят в контакт с водным раствором, содержащим водорастворимый анионный полимер, имеющий молекулярную массу более 100,000. Затем, анионный полимер приводят в контакт с жидкостью, содержащей водорастворимый катионный полимер, имеющий молекулярную массу более 1,000. В результате взаимодействия анионного с катионным полимером происходит образование комплекса донорно-акцепторного типа между двумя полимерами, который снижает количество анионного полимера, выводящегося из пласта жидкостями, добывающимися оттуда. Наличие стабилизированного полимера в пласте снижает соотношение вода/нефть уменьшением проницаемости пласта для воды в стволе скважины.

В патенте США 5,146,986 описан другой способ избирательного уменьшения проницаемости подземного пласта. Пласт приводят в контакт с углеводороднесущей жидкостью, содержащей поверхностно-активное вещество. Полагают, что поверхностно-активное вещество адсорбируется на стенах внутрипоровых проходов в пласте, в результате чего поток воды через проходы снижается.

В патенте США 5,150,754 описан способ избирательного введения в углеводороднесущую зону нефти, способной образовывать монолитный гель, который деградирует за обозначенный промежуток времени. Затем, водная гельобразующая смесь вводится в зону поступления воды пласта. После деградации первоначального геля добыча углеводородов может продолжаться.

Другой способ, описанный в патенте США 5,203,834, включает этапы введения в скважину газа, полимерной композиции, способной образовывать вспененный гель с газом, и гель, замедляющий деградацию агента, способного открывать проходы в геле.

Кроме того, К. Е. Томсон (K. E. Thomson) и Х. С. Фоглер (H. S. Folger) опубликовали в SPE Production and Facilities, Май 1995, стр. 130-137, предлагаемый способ, который использует введение противотока и процедуру остановки, а также отводящего агента на основе медленно реагирующего кремниевого ангидрида. Этап противотока описывается как вспенивающееся вытеснение агента перед началом или завершением структурообразования.

В патенте США 6,803,348, выданном Jones и др., и патенте США 6,920,928, выданном Davies и др., описаны гидрофобные модифицированные полимеры для регулирования воды и способы использования этих полимеров для регулирования воды. Полимеры, описанные в этих патентах, основаны на полимерах, имеющих боковые цепи, которые могут быть сшиты хромом(III), цирконием(IV), или органическими мостиками (например, гексаналом) в водных средах, но не в углеводородных средах.

Несмотря на то что эти способы предшествующего уровня техники успешно используются для регулирования поступления воды, остается необходимость в более простых и более удобных способах регулирования поступления воды в скважину.

Сущность изобретения

В одном аспекте настоящее изобретение относится к дифференциальным фильтрам. Дифференциальный фильтр в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения содержит разбухающий полимер, который разбухает после контакта с водой так, что проницаемость дифференциального фильтра уменьшается.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу регулирования поступления воды в скважину. Способ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения включает развертывание дифференциального фильтра в забое скважины и проведение работы в забое скважины, при этом дифференциальный фильтр содержит разбухающий полимер, который разбухает после контакта с водой так, что проницаемость дифференциального фильтра уменьшается.

Другие объекты и преимущества изобретения станут очевидными из последующего описания и приложенной формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана схема добывающей скважины, имеющей три зоны и жидкость, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, закачиваемую в забой скважины для блокирования поступления воды.

На Фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая способ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения для предотвращения поступления воды в скважину.

Подробное описание изобретения

Варианты осуществления изобретения относятся к дифференциальным фильтрам, которые обладают различной проницаемостью для воды в отличие от углеводородов. Эти фильтры могут быть пористыми фильтрами для улавливания частиц. В соответствии с вариантами осуществления изобретения проницаемость этих фильтров изменяется после контакта с водой. Более конкретно, эти фильтры для улавливания частиц становятся менее проницаемыми после контакта с водой, снижая или предотвращая прохождение воды. С другой стороны, проницаемость этих фильтров практически не уменьшается, когда они сталкиваются с углеводородами (нефтью или газом). Вследствие этого, эти фильтры для улавливания частиц не будут препятствовать прохождению углеводородов. Эти фильтры, которые могут обеспечивать избирательное прохождение углеводородов и задерживать прохождение воды, могут относиться к так называемым «дифференциальным фильтрам».

Ниже будут описываться варианты осуществления изобретения с несколько подробным описанием, которое предназначено только для иллюстрации и не предполагает ограничение объема изобретения. Кроме того, следует понимать, что в данном описании, если ряд концентраций или величин описывается как использующийся, или подходящий, или подобное, подразумевается, что любая или каждая концентрация или величина в пределах ряда, включая конечные точки, должна рассматриваться как упомянутая. Более того, каждое числовое обозначение должно прочитываться однажды, как модифицированное термином «около» (если уже специально не было так модифицировано) и затем прочитывается снова без использования подобной модификации, если в контексте не утверждается обратное. Например, «ряд от 1 до 10» необходимо читать как указывающий любое или каждое возможное число в диапазоне между около 1 и около 10. Другими словами, когда представлен определенный ряд, даже если только несколько конкретных точек параметра точно определены или отнесены в пределах ряда, или даже когда точки параметра не отнесены в пределах ряда, необходимо понимать, что авторы изобретения принимают во внимание и подразумевают, что любые или все точки параметра в пределах ряда должны рассматриваться как включенные в описание, и что автор изобретения обладает правом на полный ряд и все точки в пределах ряда.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения дифференциальные фильтры могут содержать смесь твердых частиц «матричного» типа, смешанных с частицами разбухающего полимера. Разбухающие частицы могут равномерно смешиваться в массе (смеси). Поскольку нефть добывают через наполнитель фильтра, как правило, нет уменьшения проницаемости фильтра. Когда вода будет добываться через фильтр, шарики, разбухаемые в воде, будут расширяться, уменьшая проницаемость фильтра. Таким образом, фильтры могут функционировать, блокируя или ограничивая поступление воды в забой скважины.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения частицы матрицы инертны к нефти, газу или воде. Любые инертные частицы, известные из уровня техники, могут использоваться. Например, частицами матрицы могут быть обычный или облегченный гравий, стеклянные шарики, керамика, скорлупа грецких орехов или подобное. Частицами матрицы также могут быть любой тип покрытого смолой гравия или проппанта, или полимерных шариков (не разбухающих). Примеры материалов полимерной матрицы, например, могут включать полукристаллические полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен, сшитые термоотверждающие полимеры или термопластичные полимеры.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения инертные частицы матрицы могут содержать полимерные частицы, которые могут быть «сварены» вместе, подвергая их действию другого реагента. Примеры таких полимерных частиц могут включать поли(L-лактид)(PLA) и шарики или частицы полистирола. Эти полимерные шарики могут быть сварены вместе (или образовывать агломераты) действием органического растворителя. Агломераты этих полимерных частиц могут обеспечивать некоторую прочность структуры фильтра согласно изобретению. В эксплуатации смесь, содержащая такую полимерную матрицу, может закачиваться в скважину, образуя массу в забое скважины либо в стволе скважины, либо в перфорациях. Это будет сопровождаться резким потоком растворителя. Резкий поток химически «точечно сошьет» массу частиц в единый пористый фильтр. Это описано ниже в примерах.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения дифференциальные фильтры могут содержать частицы матричного типа, покрытые разбухающим полимером. Покрытие из разбухающего полимера будет расширяться и уменьшать проницаемость фильтров, приводя к уменьшенному прохождению воды (вследствие этого, уменьшенному поступлению воды). С другой стороны, углеводороды не могут значительно расширять покрытие из разбухающего полимера. В результате углеводороды могут проходить через фильтры и добыча углеводородов значительно не изменяется. Вследствие этого, эти фильтры могут служить в забое скважины для блокирования или остановки поступления воды.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения дифференциальные фильтры могут содержать разбухающие в воде полимеры. Эти разбухающие в воде полимеры могут использоваться в чистом виде или в комбинации с другими агентами, обычно используемыми для работ в забое скважины. Например, эти разбухающие в воде полимеры могут смешиваться с проппантами в жидкости для гидроразрыва пласта или с гравием для работ с гравийной засыпкой.

Разбухающие в воде шарики в соответствии с вариантами осуществления изобретения, например, могут включать полиакриловую кислоту (PAA), полиметакриловую кислоту (PMA), полималеиновый ангидрид, поливиниловый спирт (PVOH), латекс с низкой вязкостью или полимер, схожий с типами, используемыми в разбухающих полотенцах. Также шарики могут включать полиэтилен оксид, полипропилен оксид, полиоксиметилен, поливинил метиловый эфир, полиэтилен имид, поливиниловый спирт, поливинил пирролидон, полиэтилен имин, полиэтилен сульфокислоту, поликремниевую кислоту, полифосфорную кислоту, полистирол сульфокислоту, поливиниламин, природные водорастворимые полимеры, производные гуара, производные целлюлозы, ксантан, хитозан, дайтен и любые подходящие сополимеры или их смеси. Эти типы шариков содержат полимеры, которые сшивают, чтобы предотвратить их растворение в воде. Эти полимеры входят в класс полимеров, известный как полиэлектролиты. Неполимерные разбухающие шарики также могут быть использованы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, например, но не ограничиваясь, такими неорганическими материалами, как натриевой солью бентонита или даже силикагелем. Кроме того, разбухающие частицы также могут быть выполнены из инертных частиц (керамики, металла или полимера) с покрывающим слоем сшитого разбухающего полимерного материала (например, PAA, PMA и подобных). С механической точки зрения, разбухающие шарики, как правило, разбухали и блокировали поры фильтра, когда через них добывали воду.

В некоторых вариантах осуществления разбухающие шарики могут содержать полимеры, которые включают функциональные группы, которые могут гидролизоваться водой и продукт гидролиза может разбухать в воде. Примеры таких полимеров могут включать сшитый поливинилацетат или другие полимеры, имеющие функциональные группы, способные к гидролизу (такие как лактоны, лактамы, имиды, ангидриды, тиолактоны, тиоангидриды, и т.д.). В присутствии воды эфирные функциональные группы поливинилацетата, как правило, гидролизуются, образуя поливиниловый спирт (PVOH), который, как правило, разбухает в воде. Другой модифицированный PVOH может включать сополимеры PVOH и другого эфира, такого как метилметакрилат. Примеры таких модифицированных PVOH полимеров описаны в патенте США 5,137,969, выданном Marten и др. (кол.5, строки 1-11). Некоторые из этих модифицированных PVOH продаются Celanese Chemicals (Даллас, Техас, США) под торговой маркой Vytek^TM.

В добавлении к PVOH разбухающие шарики на основе полимеров, имеющих способные к гидролизу функциональные группы, могут быть на основе других полимеров, таких как полиамиды, полиэфиры, латекс или подобных. Латексы, пригодные для таких целей (например, латексы с низкой вязкостью), производятся Hexion Specialty Chemicals (Колумбус, Огайо, США). Латекс может быть получен синтетически полимеризацией мономера, который эмульгируется с поверхностно-активными веществами. Например, в патенте США 5,175,205 описано получение латекса с низкой вязкостью. Латекс, описанный в этом патенте, синтезирован из способного к сополимеризации мономера, имеющего, по меньшей мере, одну терминальную алкеновую (CH₂=C<) группу. Такими мономерами предпочтительно являются алкил эфиры акриловой или метакриловой кислоты, и латекс может быть синтезирован из одного мономера или комбинации мономеров. После полимеризации полимер может использоваться как есть, или эфирные группы в полимере могут быть частично гидролизованы, давая карбоксилированные полимеры, которые являются латексом с низкой вязкостью. Гидролиз эфиров может контролироваться в любой желаемой степени (например, 10% или 20%) так, что латекс по-прежнему будет содержать способные к гидролизу эфирные группы, которые будут гидролизоваться водой. После гидролиза латекс будет иметь поликарбоксильные боковые цепи, которые могут функционировать подобно полиэлектролитам.

Размеры частицы шариков матрицы и разбухающих шариков могут иметь любые размеры, которые подходят для предполагаемого использования. Например, если эти шарики предназначены для размещения в трещинах, меньшие размеры частиц будут предпочтительными. С другой стороны, если эти шарики предназначены для формирования фильтров в стволе скважины, могут быть использованы частиц крупных размеров. В большинстве случаев шарики и частицы фильтра согласно изобретению могут иметь размеры (также известные как средние диаметры) в диапазоне от около 10 меш (средний размер около 2 мм или менее) до около 1000 меш (средний размер около 10 микрон или менее), например, около 20 меш (средний размер около 940 микрон или менее), около 40 меш (средний размер около 350 микрон или менее), около 60 меш (средний размер около 250 микрон или менее), около 80 меш (средний размер около 160 микрон или менее), около 100 меш (средний размер около 1200 микрон или менее), около 200 меш (средний размер около 60 микрон или менее) и подобные. Однако частицы за пределами этого диапазона также могут использоваться. Любой средний специалист в данной области техники знает, какие размеры лучше подходят для требуемых работ. Например, фильтр для закладки шариков для использования с гравийной засыпкой предпочтительно имеет размеры, схожие с размерами материалов гравийной засыпкой, которые могут быть 24, 40 или 60 меш, например. Использование частиц более крупного размера может способствовать снижению капиллярных сил, которые возникают в смешанных водо-нефтяных потоках или когда вода поступает обратно в пласт, который добывает нефть. С другой стороны, меш меньших размеров может использоваться в инструментах забоя скважины, таких как MDT®.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения фильтры для улавливания частиц могут включать другие особенности для обеспечения информацией о поступлении воды в ствол скважины. Например, разбухающие шарики могут быть загружены перед использованием химического индикатора, который будет диффундировать из шарика и вытесняться при столкновении шариков с водой. В шарики могут помещаться различные индикаторы, которые распределяются в расфасованных экранах. Индикаторы в шариках будут указывать, какие зоны ствола скважины преодолевают поступление воды. Пробы воды или нефти, отобранные из ствола скважины, могут затем анализироваться для выяснения источника воды без необходимости использования инструмента в забое скважины.

Как описано выше, существует несколько механизмов, которые могут вызывать поступление воды в скважину. Варианты осуществления изобретения могут использоваться для уменьшения или ограничения поступления воды независимо от механизмов, которые вызывают поступление воды. На фиг.1 показана одна из таких ситуаций. Как показано на фиг.1, скважина 10 для добычи включает устье 11 скважины и ствол 12 скважины. Ствол 12 скважины проходит через три проницаемых слоя 13, 14, 15 в пласте. Из этих слоев слои 13, 15 добывают углеводороды, а слой 14 добывает воду.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения жидкость 16 для обработки может закачиваться с поверхности с механической изоляции (пакеры) или без нее. Жидкость 16 для обработки может быть не водной жидкостью, которая включает один или более фильтров для улавливания частиц согласно изобретению. В качестве альтернативы, жидкость 16 для обработки может быть водной жидкостью, в которой частицы согласно изобретению могут быть суспендированы в качестве инкапсулированных частиц. Инкапсуляция может растворяться или разлагаться в условиях забоя скважины (например, высокие температуры или высокие давления). Однажды закачиваемая в забой скважины жидкость 16 для обработки может поступать во все открытые зоны (например, слои 13, 14, 15). Фильтры для улавливания частиц в жидкости 16 для обработки будут контактировать с нефтью или водой в различных зонах. Когда эти фильтры для улавливания частиц контактируют с водой (например, в слое 14), разбухающий полимер в фильтрах будет расширяться, приводя к уменьшенной проницаемости фильтров. Вследствие чего, поступление воды из слоя 14 будет уменьшаться или предотвращаться.

С другой стороны, эти фильтры для улавливания частиц, входя в слои 13 и 15, будут контактировать с углеводородами. Разбухающий в воде полимер не будет значительно расширяться (или совсем не будет расширяться) при его столкновении с углеводородами. Таким образом, фильтры для улавливания частиц в слоях 13 и 15 главным образом будут сохранять свою изначальную проницаемость. Вследствие этого добыча углеводородов не будет затруднена.

Как описывалось ранее, фильтры для улавливания частиц согласно изобретению закачиваются в забой скважины в жидкости 16. Альтернативные способы развертывания фильтров для улавливания частиц изобретения могут включать опускание фильтров для улавливания частиц в качестве таблеток, брусков или других твердых форм. Эти шарики фильтра для улавливания частиц могут быть инкапсулированы материалом, таким как: полимолочная кислота, полигликолиевая кислота, сополимеры полимолочной кислоты и полигликолиевой кислоты или даже воск с низкой температурой плавления, такой как парафин, монтан, камфора или полиэтиленовые воски; поскольку воски плавятся при температурах скважины, высвобождая разбухающие частицы, или другую подходящую смесь выше упомянутых материалов, такие материалы способны деградировать в условиях забоя скважины (например, высокой температуры) или могут легко разрушаться при добавлении другого реагента. Многие из этих инкапсулирующих материалов, таких как в случае с камфорой, не обязательно водорастворимы, но скорее растворимы в нефти. Используя частицы в сочетании с растворимыми в нефти материалами, инкапсулированные частицы могут закачиваться в ствол скважины посредством несущей жидкости на основе воды и по мере добычи нефти, частицы становятся активными при удалении растворимого в нефти герметика.

Методики, описанные выше, иллюстрируют одно применение среди многих возможных применений вариантов осуществления изобретения. Другие применения, например, могут включать следующее.

Фильтры для улавливания частиц изобретения, например, могут использоваться со смесями гравийной засыпки. Смеси гравийной засыпки могут использоваться в скважинах с открытым стволом. При таком применении разбухающий полимер (шарики или частицы) может закачиваться с гравием или с облегченным гравием, как при обычной работе с гравийной засыпкой. Шарики разбухающего полимера могут быть обеспечены в качестве инкапсулированных частиц. Инкапсуляция будет растворяться или деградировать в забое скважины. В этом применении, разбухающий полимер не надо смешивать с частицами матрицы перед использованием, поскольку гравий может функционировать подобно частицам матрицы. Однако разбухающие полимеры, заранее смешанные с другими частицами матрицы, также могут использоваться.

При применении гравийной засыпки, если скважина начинает добывать воду в одном месте, таком как устье скважины, разбухающие шарики будут разбухать и останавливать поступление воды. Другие части скважины вдоль ствола скважины будут продолжать добывать нефть или газ через гравийную засыпку. Это, как правило, предотвращает дорогостоящие мероприятия по остановке поступления воды.

Таким же образом, фильтры для улавливания частиц согласно изобретению могут также использоваться с экранами с предварительной набивкой (например, экранами для борьбы с поступлением песка в скважину), содержащими смесь обычного гравия или покрытого смолой гравия и разбухающих полимерных шариков. Преимущества использования этих фильтров в таких применениях аналогичны вышеописанным для работы гравийной засыпки.

В другом применении, смеси обычных и разбухающих в воде шариков могут закачиваться в забой скважины в перфорации. Затем эти шарики располагаются потоком растворителя в месте для «точечной сварки» обычных полимерных шариков в пласте. В этом применении шарики такие, что могут свариваться растворителем, таким как PLA и вышеописанным полистиролом.

Фильтры для улавливания частиц согласно изобретению могут также использоваться со смесями для гидроразрыва пласта, которые включают проппанты. В этом применении разбухающие шарики, которые могут быть инкапсулированными, могут входить в трещины с проппантами. Разбухающие шарики в трещинах будут предотвращать поступление воды через зоны, которые пересекают трещину. Водные зоны, пересекающие зону добычи, могут иметь место, когда нет трещин в пределах зоны добычи или когда зона добычи наполняется водой. Другие зоны, пересекающие трещину и добывающие газ или нефть, как правило, нормально добывают.

Фильтры для улавливания частиц согласно изобретению могут также использоваться в качестве временных фильтров в забое скважины, которые позволяют продолжать добычу газа и нефти. При этом временные фильтры будут предотвращать вхождение воды в линию добычи, когда через них поступает вода. Временные фильтры могут быть получены из смеси разбухающих шариков и шариков PLA. Шарики PLA могут свариваться или спекаться вместе, образуя агломерат, опорную структуру. Агломераты PLA могут деградировать за время пребывания в забое скважины. И наоборот, подходящий реагент (такой, как карбонат кальция, оксид магния, гидроксид натрия и подобные, в качестве не ограничивающего примера) может быть добавлен для увеличения деградации агломерата PLA, когда больше нет необходимости во временном фильтре.

Фильтры для улавливания частиц согласно изобретению могут также использоваться в качестве постоянных фильтров в скважинах, которые позволяют продолжать добычу газа и нефти, но не позволяют воде поступать через них. Эти фильтры могут содержать инертные шарики (покрытые смолой проппанты или другие материалы, порошковую керамику или пластиковые шарики), смешанные с шариками, разбухающими в воде. Эти фильтры в забое скважины, будь то временные или постоянные, могут устанавливаться в инструментах забоя скважины (таких, как инструмент многошагового тестирования жидкости (MDT®) от Schlumberger), забойных двигателях, насосов или даже в элементах пакера.

Ниже следует описание нескольких примеров для иллюстрации вариантов осуществления изобретения. Эти примеры предназначены только для иллюстрации. Любой средний специалист в данной области техники, как правило, понимает, что эти примеры не являются исчерпывающими и не предполагают ограничение объема изобретения.

Примеры

Возможность дифференциального пропускания углеводородов и блокирования прохождения воды дифференциальными фильтрами согласно изобретению проиллюстрирована в следующих примерах. В первом примере, шарики поли(L-лактида)(PLA) размером около 20 меш смешивали с частицами сверхабсорбента (такого, как частицы Terra-sorb приблизительно 40 меш) в соотношении 5:1 по весу. Terra-sorb представляет собой сшитый поташом полиакриламидакрилатный сополимер, обычно использующийся в садоводстве для обогащения почвы, и доступен от многих поставщиков. Получающаяся в результате смесь шариков была слита в ствол стеклянной трубы и затвердевала (т.е., шарики PLA точечно сшивались) с помощью потока ацетона, который образовывал агломераты шариков PLA. Этот процесс был выполнен отдельно для двух различных труб. В третьей трубе процесс повторялся за исключением того, что масса шариков содержала только шарики PLA, т.е., без каких-либо частиц сверхабсорбента.

В третьей трубе, когда вода проводилась по трубе через агломерированную массу из шариков PLA, наблюдалось беспрепятственное протекание воды через массу, указывая на то, что масса проницаема и открыта для потока воды. Во второй трубе нефть облегченного состава с вязкостью около 5 мПа пропускалась через массу шариков. Этой нефтью также демонстрировалось прохождение через массу шариков, указывая на то, что масса проницаема для нефти, даже через материал сверхабсорбента, включенного в набивку. В первой трубе вода проводилась через набивку шариков, содержащую шарики PLA и частицы сверхабсорбента. Не было зафиксировано протекание воды через набивку шариков, даже спустя более чем 24 часа. Материал сверхабсорбента в набивке шариков разбухал после контакта с водой и закупоривал способную к проницаемости набивку.

Похожий эксперимент был проведен, используя распылитель вместо труб. Аналогичные смеси набивки шариков были приготовлены в трех распылителях. Было обнаружено, что набивка шариков с материалом сверхабсорбента не пропускала воду, даже под некоторым небольшим давлением (приблизительно 10 фунтов на квадратный дюйм), создаваемым плунжером. Эти эксперименты ясно показывают, что фильтры, выполненные из материалов сверхабсорбента, в набивке шариков являлись селективными фильтрами, которые пропускали нефть, а не воду.

Вышеописанные примеры демонстрируют, что дифференциальный фильтр согласно изобретению может создавать селективную проницаемость набивки, которая регулирует поступление воды, по меньшей мере, значительным прекращением поступления жидкости, когда уровень поступления воды становится нежелательным. Поскольку эти дифференциальные фильтры практичны во многих различных применениях, четкий способ, согласно которому их следовало бы использовать, как правило, определенно зависит от специфики применений. На фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая основной способ того, как фильтры согласно изобретению могут использоваться.

Как показано на фиг.2, в типичном применении, дифференциальные фильтры согласно изобретению являются развертывающимися в забое скважины (этап 21). В зависимости от типов работ, которые необходимо выполнить в забое скважине, фильтры могут быть развертывающимися с помощью жидкости, которую, например, закачивают. Другие способы развертывания могут включать использование фильтров в инструменте для развертывания в забое скважины. Следует отметить, что дифференциальные фильтры согласно изобретению могут содержать растворимый полимер в соотношении, достигающем от около 1% до около 100% по отношению к общему весу частиц (т.е., суммы частиц матрицы и разбухающих частиц). Затем возможно необязательное выжидание в течение определенного промежутка времени для реакции фильтров с водой (этап 22). Это выжидание может быть необходимым или нет, в зависимости от работ в забое скважины, и также от типов разбухающих материалов. Например, в случае с разбухающим материалом, который разбухает при контакте с водой, этого не требуется. С другой стороны, если разбухание зависит от гидролиза определенных функциональных групп (т.е., ангидридов, эфиров, и т.д.), может быть необходимо некоторое время для осуществления гидролиза. После попадания фильтров в пласт работа в забое скважины может быть выполнена или продолжена (этап 23).

Варианты осуществления изобретения могут содержать одно или более из следующих преимуществ. Дифференциальные фильтры согласно изобретению являются эффективными для предотвращения потока воды, а не углеводородов. Вследствие этого они могут использоваться в скважине для уменьшения или предотвращения поступления воды. Предварительные знания относительно того, где может поступать вода, не являются необходимыми. Эти фильтры могут легко развертываться без необходимости в специальном оборудовании. Эти фильтры могут развертываться без прерывания обычных работ в скважине, дополнительного времени и расходов. Эти фильтры могут включать индикаторы (маркеры) для выявления зон, в которые поступает вода в скважине.

Несмотря на то что изобретение было описано в отношении ограниченного количества вариантов осуществления изобретения, специалисты в данной области техники поймут, что могут быть разработаны другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за рамки описанного здесь изобретения. Следовательно, рамки изобретения должны ограничиваться только приложенной формулой изобретения.

1. Дифференциальный фильтр, содержащий частицы матрицы и разбухающий полимер, который разбухает после контакта с водой так, что проницаемость дифференциального фильтра уменьшается, при этом разбухающий полимер нерастворим в воде, содержит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из полиакриловой кислоты, полиметакриловой кислоты, полималеинового ангидрида, полиакриламида, поливинилового спирта, латекса, полиамида, полиэфира, и их сополимеров, и нанесен на частицы матрицы.

2. Фильтр по п.1, в котором разбухающий полимер содержит полимер, имеющий функциональную группу, которая может гидролизоваться водой.

3. Фильтр по п.1, в котором частицы матрицы содержат, по меньшей мере, один тип частиц, выбранный из группы, состоящей из: гравия, стеклянных шариков, керамики, скорлупы грецких орехов, покрытого смолой гравия, покрытого смолой проппанта и полимерных шариков.

4. Фильтр по п.1, в котором частицы матрицы содержат, по меньшей мере, один тип частиц, выбранный из группы, состоящей из: поли(L-лактида), полистирола, сшитых термоотверждающих полимеров и термопластичных полимеров.

5. Фильтр по п.1, дополнительно содержащий маркер, который вытесняется из дифференциального фильтра при столкновении с водой.

6. Фильтр по п.1, в котором он смешан в жидкости для использования в забое скважины.

7. Фильтр по п.6, в котором жидкость для использования в забое скважины выбрана из группы, состоящей из: жидкости для гравийной засыпки и жидкости для гидроразрыва пласта.

8. Фильтр по п.1, в котором дифференциальный фильтр расположен на устройстве для развертывания в забое скважины.

9. Фильтр по п.8, в котором устройство для развертывания в забое скважины выбрано из экрана для борьбы с поступлением песка в скважину, пакера, колонны заканчивания скважины и инструмента для обслуживания.

10. Способ регулирования поступления воды в скважину, включающий: развертывание дифференциального фильтра в забое скважины; и проведение работы в забое скважины, при этом дифференциальный фильтр содержит частицы матрицы, и разбухающий полимер, который разбухает после контакта с водой так, что проницаемость дифференциального фильтра уменьшается, при этом разбухающий полимер нерастворим в воде, содержит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из полиакриловой кислоты, полиметакриловой кислоты, полималеинового ангидрида, полиакриламида, поливинилового спирта, латекса, полиамида, полиэфира, и их сополимеров, и нанесен на частицы матрицы.

11. Способ по п.10, в котором частицы матрицы содержат, по меньшей мере, один тип частиц, выбранный из группы, состоящей из: гравия, стеклянных шариков, керамики, скорлупы грецких орехов, покрытого смолой гравия, покрытого смолой проппанта и полимерных шариков.

12. Способ по п.10, в котором частицы матрицы содержат, по меньшей мере, один тип частиц, выбранный из группы, состоящей из: поли(L-лактида), полистирола, сшитых термоотверждающих полимеров и термопластичных полимеро