009188 Область техники, к которой относится изобретение

009188
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к экрану ствола скважины, предназначенному для управления
притоком твердых частиц внутрь ствола скважины, причем экран ствола скважины содержит трубопровод, предназначенный для переноса текучей среды, и внешний слой, содержащий фильтр, предназначенный для отфильтровывания твердых частиц из текучей среды, протекающей в трубопроводе.
Уровень техники
Независимые системы отделения песка, такие как хвостовики со щелевидными продольными отверстиями или проволочными экранами, обычно используют в скважинах, предназначенных для получения потоков текучей среды из подземной формации, и в скважинах, предназначенных для нагнетания
потока текучей среды внутрь подземной формации. Производимый и/или нагнетаемый поток текучей
среды может представлять собой, например, нефть, газ или воду. Часто возникающая проблема при использовании таких систем отделения песка относится к осевому потоку текучей среды в кольцевом зазоре между стенкой ствола скважины и экраном. Твердые вещества из окружающей формации, которые
протекают вместе с потоком текучей среды внутри скважины, таким образом, транспортируются вдоль
экрана и осаждаются на экране в виде слоя с очень низкой проницаемостью. Эта проблема особенно резко выражена в случае, когда частицы глины попадают внутрь ствола скважины. В результате такого потока текучей среды через кольцевое пространство возможно возникновение закупоривания экрана по
всей его длине, что может привести к снижению добычи углеводородной текучей среды или воды из
скважины. Кроме того, если поток текучей среды в экран уменьшается до локального отрезка экрана,
который (еще) не был закупорен, может происходить избыточная эрозия экрана.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в создании улучшенного экрана скважины, который позволяет преодолеть указанные выше проблемы.
В соответствии с изобретением предложен экран ствола скважины, предназначенный для управления притоком твердых частиц внутрь ствола скважины, причем экран ствола скважины содержит трубопровод, предназначенный для транспортирования текучей среды, внешний слой, содержащий фильтр для
уменьшения притока твердых частиц в трубопровод, причем внешний слой продолжается вокруг трубопровода и может расширяться в радиальном направлении к стенкам ствола скважины, и набухающее
средство, расположенное между трубопроводом и внешним слоем, причем набухающее средство набухает при контакте с выбранной текучей средой, в результате чего оно радиально расширяет внешний слой,
прижимая его к стенке ствола скважины.
Таким образом обеспечивается то, что после контакта набухающего средства с выбранной текучей
средой внешний слой с включенным в него фильтром смещается к стенке ствола скважины. Твердые частицы, которые локально попадают в ствол скважины, при этом не могут перемещаться в продольном
направлении вдоль всего экрана, в результате чего устраняется риск закупоривания всего фильтра из-за
локального притока твердых частиц. Кроме того, расширенный внешний слой поддерживает стенки
ствола скважины, в результате чего существенно снижается обвал песка внутри ствола скважины. Кроме
того, расширенный внешний слой обеспечивает большую площадь притока для экрана.
Скважина может представлять собой, например, эксплуатационную скважину, предназначенную
для производства углеводородной текучей среды (сырой нефти или газа) или воды. В качестве альтернативы скважина может представлять собой нагнетательную скважину, предназначенную для нагнетания
воды, нефти, газа, жидких отходов или другой текучей среды в подземную формацию. В любом случае,
выбранная текучая среда, которая может приводить к набуханию набухающего средства, может представлять собой добываемую текучую среду, такую как углеводородная текучая среда или вода, и нагнетаемая текучая среда, такая как углеводородная текучая среда (например, сырая нефть, дизельное топливо или газ) или вода.
В случае эксплуатационной скважины, предназначенной для добычи углеводородной текучей среды, быстрая активация может быть достигнута путем накачки углеводородной текучей среды, такой как
дизельное топливо, внутрь скважины для индуцирования быстрого набухания набухающего средства.
После того как будет получено быстрое набухание, такое набухание будет поддерживаться в результате
контакта набухающего средства с добываемой углеводородной текучей средой.
Следует понимать, что в случае нагнетательной скважины проблема закупоривания может возникать во время интервалов времени, когда нагнетание текучей среды остановлено, и текучая среда может
протекать обратно из ствола скважины на экран.
Предпочтительно набухающее средство включает в себя множество набухающих колец, причем
каждое кольцо, продолжается вокруг трубопровода и может набухать при контакте с выбранными текучими средами, при этом кольца взаимно расположены вдоль трубы, например, через равные промежутки.
В другой компоновке набухающее средство включает в себя муфту, продолжающуюся вокруг трубопровода, причем муфта содержит множество сквозных отверстий, расположенных через определенный
промежуток вдоль муфты, например, сквозных отверстий, имеющих, по существу, прямоугольную форму или, по существу, круглую форму.
В предпочтительном варианте выполнения набухающее средство включает в себя материал, под-1-
009188
верженный набуханию при контакте с углеводородной текучей средой или водой.
В случае набухания при контакте с водой материал, например, представляет собой каучук, выбранный из каучука на основе NBR (бутадиен-нитрильный каучук), HNBR (гидрированный бутадиеннитрильный каучук), XNBR (карбоксилатный бутадиен-нитрильный каучук), FKM (фторэластомер),
FFKM (перфторэластомер), TFE/P (тетрафторэтилен/полипропилен) или EPDM (каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера).
В случае набухания при контакте с углеводородной текучей средой материал предпочтительно
включает в себя каучук, выбранный из натурального каучука, нитрилкаучука, гидрированного нитрилкаучука, акрилат-бутадиенового каучука, полиакрилатного каучука, бутилкаучука, бромбутилкаучука,
хлорбутилкаучука, хлорполиэтилена, неопренового каучука, каучука из сополимера стирола и бутадиена,
сульфурированного полиэтилена, этилен-акрилатного каучука, сополимера эпихлоргидрина и этиленоксида, сополимера этилена и пропилена (с поперечными связями, образованными перекисью), сополимера
этилена и пропилена (с поперечными связями, образованными серой), каучука на основе тройного сополимера этилена, пропилена и диена, сополимера этилена и винилацитата, фторкаучука, фторсиликонового каучука и силиконового каучука.
Предпочтительно указанный материал выбирают из EP(D)M каучука (сополимер этилена и пропилена или с поперечными связями, образованными перекисью или серой), каучука ЕРТ (каучук из тройного сополимера этилена пропилена и диена), бутилкаучука, бромбутилкаучука, хлорированного бутилкаучука и хлорированного полиэтилена.
Предпочтительно внешний слой включает в себя слой кольцевого фильтра и кольцевой бандаж,
продолжающийся вокруг слоя кольцевого фильтра.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более подробно описано ниже на примере со ссылкой на прилагаемые чертежи,
на которых
на фиг. 1 схематично показан вид в продольном разрезе варианта выполнения экрана ствола скважины в соответствии с изобретением перед набуханием набухающего средства;
на фиг. 2 схематично показан вид в продольном разрезе варианта выполнения по фиг. 1 после набухания набухающего средства;
на фиг. 3 схематично показан вид в поперечном разрезе 3-3 по фиг. 1;
на фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе 4-4 по фиг. 2.
На фигурах одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые компоненты.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 и 2 показан экран 1 ствола скважины, установленный в стволе 2 скважины, предназначенный для добычи углеводородной текучей среды. Экран 1 содержит трубчатый элемент 3, проницаемый
кольцевой внешний слой 4, продолжающийся на некотором расстоянии вдоль радиуса вокруг трубчатого
элемента 3, причем внешний слой 4 сформирован из слоя 4а фильтра и бандажа 4b, расположенного снаружи от слоя 4а фильтра, и множество набухающих элементов, выполненных в форме колец 6, расположенных между трубчатым элементом 3 и внешним слоем 4. Кольца 6 расположены через равные интервалы вдоль трубчатого элемента 3. Верхний слой 4 выполнен гибким и с возможностью радиального
расширения, по меньшей мере, с коэффициентом расширения, в результате чего бандаж 4b входит в контакт со стенкой ствола скважины. Кроме того, слой 4а фильтра имеет размер отверстия сита, адаптированный для предотвращения потока твердых частиц внутрь трубчатого элемента 3. Кольца 6 изготовлены
из эластомера, который набухает при контакте с углеводородной текучей средой, причем эластомер
представляет собой, например, каучук. Трубчатый элемент 3 имеет множество перфораций 7, предназначенных для притока добываемой углеводородной текучей среды внутрь трубчатого элемента 3, и на его
концах предусмотрены соответствующие соединительные участки 8, 10, предназначенные для взаимного
соединения скважинного экрана 1 с трубопроводом 9, предназначенным для транспортирования добываемой углеводородной текучей среды на поверхность.
На фиг. 1 показан экран 1 ствола скважины перед набуханием колец 6 при контакте с добываемой
углеводородной текучей средой так, что внешний слой 4 находится в нерасширенном состоянии, в результате чего между бандажом 4b и стенкой ствола скважины существует зазор 11.
На фиг. 2 показан экран 1 ствола скважины после набухания колец 6 после контакта с углеводородной текучей средой, в результате чего внешний слой 4 был радиально расширен набухающими кольцами
6 так, что кольцевой бандаж 4b входит в контакт со стенкой ствола 2 скважины.
На фиг. 3 показан экран 1 ствола скважины и ствол 2 скважины в поперечном сечении перед набуханием колец 6. Как можно видеть, слой 4а фильтра сформирован из множества взаимно наложенных
листов 5 фильтра. Каждый лист 5 фильтра на одном конце соединен с одним или больше колец 6 с помощью соответствующего зажима 14 и накладывается на соседний лист 5 фильтра. Бандаж 4b выполнен
в виде муфты из тонкого металла, на которой предусмотрена сетка из продольных прорезей (не показаны), взаимно накладывающихся в продольном направлении, что придает бандажу 4b исключительную
гибкость при радиальном расширении, что обеспечивает соответствующую защиту слоя 4а фильтра.
На фиг. 4 показан экран 1 ствола скважины и ствол 2 скважины в поперечном сечении после набу-2-
009188
хания колец 6. Внешний слой 4 был расширен к стенке ствола скважины, в результате чего во время
расширения слоя 4а фильтра соседние листы 5 фильтра скользят относительно друг к другу и во время
расширения бандажа 4b происходит расширение прорезей бандажа 4b.
Для упрощения на чертежах не все кольца 6 и перфорации 7 обозначены номерами ссылочных позиций.
Во время нормального использования экран 1 ствола скважины погружают в ствол 2 скважины и
устанавливают в зоне, несущей углеводородную текучую среду в окружающей формации, в результате
чего, кольца 6 находятся в соответствующем не набухшем состоянии и зазор 11 присутствует между
внешним слоем 4 и стенкой скважины 2 (фиг. 1). Когда в скважине 2 начинается производство, поток
сырой нефти протекает из окружающей формации внутрь скважины 2 и оттуда через внешний слой 4 и
перфорацию 7 в трубчатый элемент 3. При этом поток углеводородной текучей среды протекает вдоль
колец 6, которые в результате набухают из своего не расширенного состояния (фиг. 1) до расширенного
состояния (фиг. 2). После набухания кольца 6 выталкиваются в направлении радиально наружу к внешнему слою 4, который в результате расширяется к стенке ствола 2 скважины. Поскольку сила набухания,
прикладываемая набором колец, распределяется вдоль длины внешнего слоя 4, внешний слой 4 после его
расширения будет, по существу, соответствовать крупным неровностям стенки ствола скважины. Размер
отверстия сита в слое 4а фильтра не изменяется в результате радиального расширения, поскольку во
время расширения слоя 4а фильтра отдельные листы 5 фильтра скользят относительно друг друга, в результате чего уменьшается степень перекрытия соседних листов 5 фильтра. При этом остается некоторая
степень перекрытия соседних листов 5 фильтра, что обеспечивает отсутствие открытых пятен, которые
могли бы пропустить текучую среду мимо слоя 4а фильтра.
Если требуется, может быть обеспечено ускоренное набухание колец 6 в результате прокачки дизельного топлива или любой другой соответствующей текучей среды внутрь скважины 2 до начала ввода
скважины в эксплуатацию.
При этом предотвращается поток углеводородной текучей среды в осевом направлении вдоль
внешней стороны внешнего слоя 4, в результате чего частицы песка и глины, которые могут локально
поступать в поток углеводородной текучей среды, не протекают в продольном направлении вдоль всего
внешнего слоя 4. В результате возникает важное преимущество, связанное с тем, что такой поток частиц
вдоль всего внешнего слоя 4 мог бы в противном случае привести к закупориванию всего слоя 4b фильтра, в частности в случае, когда частицы глины попадают в ствол скважины.
Дополнительные преимущества экрана ствола скважины связаны с применением заранее просверленного твердого трубчатого элемента, который имеет высокую стойкость к разрушению, при этом
кольцевое пространство между трубчатым элементом и внешним слоем, которое обеспечивает хорошую
характеристику притока для добываемой текучей среды, и механизм расширения устраняют необходимость механического расширения трубчатого элемента.
Вместо изготовления всех колец из эластомера, который набухает при контакте с углеводородной
текучей средой, одно или больше колец могут быть изготовлены из материала, который набухает при
контакте с водой, производимой из подземной формации. Например, кольца могут включать в себя первый набор колец, подверженных набуханию при контакте с углеводородной текучей средой и второй
набор колец может быть подвержен набуханию в воде, в результате чего кольца из первого и второго
набора располагают в порядке чередования.
Кроме того, вместо соединения каждого листа фильтра на одном его конце к одному или всем
кольцам любой другой соответствующий участок фильтра может быть соединен с кольцами. Кроме того,
листы фильтра могут удерживаться на месте бандажом, при этом отпадает необходимость соединения
листов фильтра с некоторыми или всеми кольцами.
В качестве альтернативы вместо бандажа с перекрывающимися продольными прорезями можно использовать любой другой соответствующий бандаж, например складывающийся бандаж, на котором
предусмотрены шарниры, обеспечивающие возможность разворачивания бандажа, или бандаж, сформированный из множества взаимно соединенных небольших трубок, при этом отдельные трубки сплющиваются при расширении бандажа.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Экран ствола скважины, предназначенный для управления притоком твердых частиц внутрь
ствола скважины, который содержит трубопровод, предназначенный для транспортирования текучей
среды, внешний слой, охватывающий трубопровод и содержащий фильтр, предназначенный для снижения притока твердых частиц внутрь трубопровода и выполненный с возможностью радиального расширения к стенке ствола скважины, и средство, способное к набуханию при контакте с выбранной текучей
средой, расположенное между трубопроводом и внешним слоем.
2. Экран по п.1, в котором средство, способное к набуханию, выполнено в виде множества колец,
размещенных с промежутками между собой вдоль трубопровода.
3. Экран по п.2, в котором кольца расположены через равные промежутки.
-3-
009188
4. Экран по п.1, в котором средство, способное к набуханию, выполнено в виде муфты со множеством сквозных отверстий, расположенных с промежутками вдоль муфты.
5. Экран по п.4, в котором каждое сквозное отверстие имеет, по существу, прямоугольную форму
или, по существу, круглую форму.
6. Экран по любому из пп.1-5, в котором указанное средство выполнено из материала, способного к
набуханию при контакте с углеводородной текучей средой или водой.
7. Экран по п.6, в котором указанный материал способен к набуханию при контакте с водой и представляет собой каучук, выбранный из бутадиен-нитрильного каучука, гидрированного бутадиеннитрильного каучука, карбоксилатного бутадиен-нитрильного каучука, фторэластомера, тетрафторэтилена/полипропилена, каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, хлоропренового каучука, хлоросульфурированного полиэтилена, хлорполиэтилена и полиуретанового каучука.
8. Экран по п.6, в котором указанный материал способен к набуханию при контакте с углеводородной текучей средой и представляет собой каучук, выбранный из натурального каучука, акрилатбутадиенового каучука, бутилкаучука, бромбутилкаучука, хлорбутилкаучука, хлорполиэтилена, хлоропренового каучука, каучука из сополимера стирола и бутадиена, сульфурированного полиэтилена, этилен-акрилатного каучука, сополимера эпихлоргидрина и этиленоксида, тройного сополимера эпихлоргидрина и этиленоксида, сополимера этилена и пропилена с поперечными связями, образованными перекисью, каучука на основе тройного сополимера этилена, пропилена и диена и силиконового каучука.
9. Экран по п.8, в котором указанный материал выбирают из сополимера этилена и пропилена с поперечными связями, образованными перекисью каучука на основе тройного сополимера этилена, пропилена и диена, бутилкаучука, бромбутилкаучука, хлорбутилкаучука и хлорполиэтилена.
10. Экран по любому из пп.1-9, в котором внешний слой состоит из слоя кольцевого фильтра и размещенного на нем кольцевого бандажа.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
-4-
009188
Фиг. 4
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
-5-