PL237762B1 - Narzędzie wgłębne do hydrourabiania i sposób stymulacji wydobycia węglowodorów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie wgłębne do hydraulicznego urabiania oraz sposób stymulacji wydobycia węglowodorów. Wynalazek znajduje zastosowanie w górnictwie naftowym do eksploatacji złóż surowców płynnych oraz intensyfikacji wydobycia węglowodorów poprzez udrożnienie otworów wiertniczych za pomocą płynu pod ciśnieniem.

Stan techniki

W stanie techniki znanych jest kilka metod stymulacji odwiertów, mających na celu zwiększenie wydajności odwiertu, który z upływem czasu z różnych przyczyn może zostać uszkodzony lub zakolmatowany, przez co przepływ ropy naftowej lub gazu ziemnego staje się ograniczony lub niemożliwy. Znane metody stymulacji odwiertów zostaną pokrótce opisane niżej.

Szczelinowanie hydrauliczne - proces technologiczny mający na celu zwiększenie wydajności lub przywrócenie wydobycia węglowodorów. Proces ten przeprowadza się poprzez wpompowywanie do odwiertu płynu szczelinującego (mieszaniny wody z dodatkami chemicznymi i podsypką) pod wysokim ciśnieniem w celu wytworzenia, utrzymania lub powiększenia szczelin w skałach. Proces ten wymaga dużych nakładów finansowych ze względu na dużą ilość sprzętu i energii hydraulicznej do wytworzenia szczelin i pęknięć górotworu. Ponadto, wymagane jest kosztowne przygotowanie odwiertu, przygotowanie i użycie dedykowanych płynów do szczelinowania oraz materiałów podsypkowych. Jednym z problemów tej metody jest ryzyko uszkodzenia odwiertu lub zanieczyszczenie słodkowodnych warstw znajdujących się powyżej warstw zbiornikowych.

Perforacja strefy przyodwiertowej - wykonywana zwykle przy pomocy ładunków wybuchowych. Wadą tej metody jest płytkie oddziaływanie na strefę przyodwiertową, często powoduje uszkodzenie przepuszczalności skały, zatykanie porów spowodowane krótkotrwałym wysokoenergetycznym oddziaływaniem na skały zbiornikowe.

Czyszczenie odwiertu (eksploatowanej warstwy zbiornikowej) - wykonywane mechanicznie lub hydraulicznie. Usuwa zanieczyszczenia powierzchniowe, ale nie penetruje, przywraca przepuszczalności skały zbiornikowej.

Poszerzanie odwiertu - wykonanie w istniejącym odwiercie zwiercania skał w celu zwiększenia średnicy odwiertu. Kosztowny proces wymagający użycia urządzenia wiertniczego wraz z całym wyposażeniem stosowanego do standardowego wykonywania odwiertów naftowych. Duże ryzyko uszkodzenia przepuszczalności skał (kolmatacja strefy przyodwiertowej) przy złym doborze płuczki, parametrów wiercenia, itp.

Z brytyjskiego zgłoszenia patentowego nr GB2324818A znane jest narzędzie do oczyszczania odwiertów węglowodorów wyposażone w głowicę za pomocą, której strumień cieczy pod ciśnieniem kierowany jest na wewnętrzną powierzchnię ścianek otworu wiertniczego. Narzędzie posiada orurowanie połączone trwale z tuleją osłonową, która pełni rolę stabilizującą oraz centrującą. Następnie do rury, poniżej dolnej krawędzi osłonowej tulei, obrotowo przymocowana jest głowica z dyszami, którymi wypływa ciecz pod ciśnieniem.

Z chińskich dokumentów nr CN104863532A oraz CN104806182B znane są narzędzia do hydrourabiania wyposażone w centralizatory rozmieszczone na zewnętrznej powierzchni cylindrycznych rur, poniżej których znajduje się obrotowa głowica z dyszami.

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US2012312539A znane jest narzędzie wyposażone w obrotowe złącze, do którego zamocowana jest głowica z wieloma poziomo zorientowanymi dyszami wylotowymi. Poniżej głowicy znajduje się dysk centrujący, który ma za zadanie centrować urządzenie w ciągu rur okładzinowych oraz chronić dysze przed uszkodzeniem.

Z kolei inne publikacje chińskie nr CN206397485U oraz CN204738801U ujawniają zastosowanie teleskopowych dysz.

Istota wynalazku

Celem wynalazku jest zapewnienie narzędzia wgłębnego, które jest proste, skuteczne oraz tanie.

Innym celem wynalazku jest zapewnienie prostego i skutecznego sposobu stymulacji wydobycia węglowodorów.

Powyższe cele spełnia narzędzie wgłębne do hydrourabiania oraz sposób stymulacji wydobycia węglowodorów według wynalazku.

PL 237 762 B1

Zgodnie z pierwszym aspektem przedmiotowego wynalazku, narzędzie wgłębne do hydrourabiania posiada przewód, którym wprowadzane jest do odwiertu oraz za pomocą, którego doprowadzany jest płyn pod ciśnieniem do głowicy, co najmniej jeden centralizator do współosiowania narzędzia w odwiercie, głowicę połączoną z końcem przewodu oraz wyposażoną w co najmniej jedną dyszę wylotową zamocowaną suwliwie w korpusie oraz przystosowaną do kierowania strumienia płynu pod ciśnieniem na wewnętrzną powierzchnię odwiertu. Głowica narzędzia wraz z co najmniej jedną dyszą wylotową usytuowana jest wewnątrz przestrzeni centralizatora, przy czym dysza wylotowa połączona jest swym jednym końcem z centralizatorem.

Korzystnie, głowica wyposażona jest w co najmniej jeden element rurowy usytuowany zasadniczo prostopadle do pionowej osi narzędzia, przy czym we wspomnianym elemencie rurowym suwliwie umieszczony jest ruchomy prowadnik zakończony dyszą wylotową. Element rurowy może mieć postać nypla prowadzącego.

Korzystnie, centralizator jest centralizatorem sprężynowym, składającym się z dwóch pierścieni połączonych wieloma łukowatymi sprężynami. Do centralizatora może być przymocowany obciążnik, który ułatwia zapuszczenie narzędzia w odwiercie.

Korzystnie, głowica osadzona jest obrotowo w przewodzie za pomocą złącza obrotowego.

Sposób stymulacji wydobycia węglowodorów, według wynalazku, polega na tym, że mocuje się na końcu przewodu narzędzie wgłębne opisane powyżej, zapuszcza się przewód do odwiertu oraz podaje się płyn pod ciśnieniem. Następnie przesuwa się narzędzie wgłębne w dół w celu drążenia kanałów w strefie przyodwiertowej aż do osiągnięcia dolnego horyzontu eksploatowanej warstwy zbiornikowej, po czym obraca się narzędzie wgłębne o pewien kąt i rozpoczyna drążenie od dołu do góry, a następnie po osiągnięciu górnego poziomu warstwy złożowej obraca się narzędzie wgłębne o kolejną wartość kąta i powtórnie rozpoczyna drążenie od góry do dołu.

Korzystnie, sposób obejmuje operację zapuszczania narzędzia w dół z równoczesnym obrotem narzędzia wokół osi pionowej lub operację przemieszczania narzędzia w górę odwiertu z równoczesnym obrotem wokół osi pionowej w stronę przeciwną niż obraca się narzędzie w czasie zapuszczania w dół.

Korzystne skutki wynalazku

Główną zaletą wynalazku jest proste, skuteczne i nisko kosztowe rozwiązanie dla zwiększenia wolumenu oraz szybkości wydobycia węglowodorów. Umieszczenie głowicy narzędzia wraz z dyszami wylotowymi w przestrzeni wewnątrz centralizatora oraz jednocześnie suwliwe połączenie dysz wylotowych sprawia, że dysze znajdują się zawsze możliwe blisko ścian odwiertu, ale jednocześnie też dysze są chronione przed przypadkowym uszkodzeniem.

Wynalazek zostanie poniżej przedstawiony w korzystnym przykładzie wykonania, z odniesieniem do załączonego rysunku, na którym:

Fig. 1 - przedstawia narzędzie wgłębne do hydrourabiania umieszczone w strefie przyodwiertowej eksploatowanej warstwy zbiornikowej.

Szczegółowy opis korzystnego przykładu wykonania wynalazku

W jednym z praktycznych przykładów realizacji wynalazku, narzędzie wgłębne do hydrourabiania zostało pokazane na fig. 1. Narzędzie wgłębne znajduje głównie zastosowanie dla odwiertów, w których warstwa roponośna nie jest zarurowana. Narzędzie umożliwia hydrauliczne wycinanie kanałów w strefie przyodwiertowej skały zbiornikowej w celu udrożnienia i zwiększenia wydajności odwiertu. Narzędzie wgłębne do hydrourabiania posiada przewód 1 do wprowadzania narzędzia do odwiertu. Przewodem 1 doprowadzany jest również płyn pod ciśnieniem za pomocą pompy, która może być częścią urządzenia napowierzchniowego (nie pokazano na rysunku). Na końcu przewód 1 połączony jest z głowicą 4 wyposażoną w co najmniej jedną dyszę wylotową 5 zamocowaną suwliwie w korpusie głowicy 4 oraz przystosowaną do kierowania strumienia płynu pod ciśnieniem na wewnętrzną powierzchnię odwiertu. Głowica 4 wraz z co najmniej jedną dyszą wylotową 5 usytuowana jest wewnątrz przestrzeni centralizatora 3, przy czym dysza wylotowa 5 połączona jest swym jednym końcem z centralizatorem 3.

W jednym z praktycznych przykładów realizacji wynalazku dysza wylotowa 5 osadzona jest suwliwie w rurowym elemencie 8, który połączony jest z głowicą 4 i usytuowany jest prostopadle do osi pionowej narzędzia, a więc prostopadle do ścian odwiertu. Element rurowy 8 może wraz z głowicą 5 stanowić monolityczny korpus lub może być osadzony rozłącznie w głowicy 5, tj. może mieć postać złączki rurowej osadzonej na gwincie w otworze głowicy 5. Korzystnie element rurowy 8 ma postać

PL 237 762 B1 nypla prowadzącego, w którym suwliwie umieszczony jest ruchomy prowadnik 6 zakończony dyszą wylotową 5. Takie rozwiązanie umożliwia łatwą wymianę elementów w przypadku uszkodzenia albo zastosowanie elementów o różnych średnicach.

Pomiędzy ruchomym prowadnikiem 6 a elementem ruchomym 8 znajduje się uszczelnienie. Płyn pod ciśnieniem wydostaje się ruchomym prowadnikiem 6 oraz dyszą wylotową 5 na zewnątrz w kierunku ściany odwiertu, ale jednocześnie naciska też na uszczelnienie i dociska dyszę w stronę ściany odwiertu tak, aby dysza wylotowa 5 znalazła się możliwe najbliżej ściany odwiertu.

Z kolei dysza wylotowa 5 połączona jest z centralizatorem 3 w taki sposób, aby strumień płynu mógł być swobodnie kierowany w stronę ściany odwiertu. W tym celu w sprężynach centralizatora 3 może być wykonany otwór, w którym osadzona jest trwale dysza wylotowa 5 lub ruchomy prowadnik 6. Takie połączenie sprawia, że wraz z elastyczną pracą jaką wykonuje centralizator 3 dociskany do ścian odwiertu przemieszcza się również ruchomy prowadnik 6 z dyszą wylotową 3, dzięki czemu dysza wylotowa 5 znajduje się możliwie blisko ścian odwiertu, a w konsekwencji proces wycinania kanałów w strefie przyodwiertowej jest bardziej efektywny.

Centralizator 3 służy do łatwego zapuszczania narzędzia do odwiertu oraz dociskania dysz wylotowych 5 do ściany odwiertu podczas hydrourabiania. Ilość centralizatorów oraz liczba dysz wylotowych jest zależna od warunków otworowych oraz oczekiwanych rezultatów zabiegu. Centralizator 3 jest typu sprężynowego składającego się z dwóch pierścieni połączonych wieloma łukowatymi sprężynami wygiętymi na zewnątrz w kierunku wewnętrznej powierzchni ścian odwiertu. Do centralizatora 3 może być przymocowany u dołu obciążnik 9, który ułatwia zapuszczenie narzędzia w odwiercie.

Ruchomy prowadnik 6 umożliwia dostarczenie płynu z korpusu głowicy 4 do dyszy wylotowej 5 oraz pracę narzędzia w różnych średnicach otworu.

Dysze wylotowe 5 mogą być wymienne lub na stałe zintegrowane z ruchomym prowadnikiem 6. Możliwe jest stosowanie dysz prostych, skośnych (powodujących obrót całego narzędzia w odwiercie) lub obrotowych zależnie od warunków otworowych oraz oczekiwanych efektów zabiegu stymulacji wydobycia węglowodorów.

Głębokość i szerokość nacinanych kanałów zależy od rodzaju dyszy, ciśnienia, przepływu, prędkości posuwu oraz skały zbiornikowej. Uzyskanie różnych efektów daje możliwości przystosowania narzędzia do specyficznych warunków geologicznych i złożowych.

Opis metody

Za pomocą urządzenia napowierzchniowego wpuszcza się do odwiertu sztywny lub elastyczny przewód 1 wysokociśnieniowy przez rurę okładzinową 2 oraz wytwarza się odpowiedni przepływ płynu i ciśnienia przez urządzenie na powierzchniowe (nie pokazano na rysunku). Przed zapuszczeniem przewodu 1 do odwiertu mocuje się narzędzie wgłębne opisane powyżej. Następnie zapuszcza się narzędzie na przewodzie 1 do odwiertu na głębokość, gdzie rozpoczyna się początek warstwy zbiornikowej. Po osiągnięciu wymaganej głębokości tłoczy się pod odpowiednim ciśnieniem płyn dostosowany do warunków złożowych (zapobieganie kolmatacji porów). Następnie przesuwa się narzędzie wgłębne w dół w celu drążenia kanałów w strefie przyodwiertowej 10 aż do osiągnięcia dolnego horyzontu eksploatowanej warstwy zbiornikowej 11. Następnie obraca się narzędzie o pewien kąt i rozpoczyna drążenie od dołu do góry. Po osiągnięciu górnego poziomu warstwy złożowej obraca się narzędzie o kolejną wartość kąta i powtórnie rozpoczyna drążenie od góry do dołu. Proces drążenia góra - dół i dół góra może być powtarzany wielokrotnie.

Ponadto korzystnym jest, gdy głowica 5 będzie obracana również w trakcie posuwu w górę i w dół, najlepiej w przeciwnych kierunkach, wówczas wycinane kanały będą miały kształt spiralny. Użycie wielu dysz wylotowych 5 ustawionych pod kątem umożliwia również wykonywanie kanałów spiralnych. Natomiast dysze obrotowe spowodują zwiększenie szerokości kanałów.

Drążone kanały mogą być wykonywane w różnych kierunkach i na różny sposób.

Wykaz oznaczeń do rysunku:

1. Przewód (rura)

2. Rura okładzinowa

3. Centralizator

4. Głowica

5. Dysza wylotowa

6. Ruchomy prowadnik

7. Uszczelnienia

PL 237 762 B1

8. Element rurowy

9. Obciążnik

10. Strefa przyodwiertowa

11. Warstwa zbiornikowa

Claims (9)

1. Narzędzie wgłębne do hydrourabiania posiadające przewód, którym narzędzie wprowadzane jest do odwiertu oraz za pomocą, którego doprowadzany jest płyn pod ciśnieniem do głowicy, co najmniej jeden centralizator do współosiowania narzędzia w odwiercie, głowicę połączoną z końcem przewodu oraz wyposażoną w co najmniej jedną dyszę wylotową zamocowaną suwliwie w korpusie oraz przystosowaną do kierowania strumienia płynu pod ciśnieniem na wewnętrzną powierzchnię odwiertu, znamienne tym, że głowica (4) narzędzia wraz z co najmniej jedną dyszą wylotową (5) usytuowana jest wewnątrz przestrzeni centralizatora (3), przy czym dysza wylotowa (5) połączona jest swym jednym końcem z centralizatorem (3).

2. Narzędzie wgłębne według zastrz. 1, znamienne tym, że głowica (5) wyposażona jest w co najmniej jeden element rurowy (8) usytuowany zasadniczo prostopadle do pionowej osi narzędzia, przy czym we wspomnianym elemencie rurowym (8) suwliwie umieszczony jest ruchomy prowadnik (6) zakończony dyszą wylotową (5).

3. Narzędzie wgłębne według zastrz. 2, znamienne tym, że element rurowy (8) ma postać nypla prowadzącego.

4. Narzędzie wgłębne według zastrz. 1, znamienne tym, że centralizator (3) jest centralizatorem sprężynowym, składającym się z dwóch pierścieni połączonych wieloma łukowatymi sprężynami.

5. Narzędzie wgłębne według zastrz. 1 albo 4, znamienne tym, że do centralizatora (3) przymocowany jest obciążnik (9).

6. Narzędzie wgłębne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że głowica (5) osadzona jest obrotowo w przewodzie (1) za pomocą złącza obrotowego.

7. Sposób stymulacji wydobycia węglowodorów, polegający na tym, że mocuje się na końcu przewodu (1) narzędzie wgłębne według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 6, zapuszcza się przewód (1) do odwiertu oraz podaje się płyn pod ciśnieniem, znamienny tym, że przesuwa się narzędzie wgłębne w dół w celu drążenia kanałów w strefie przyodwiertowej (10) aż do osiągnięcia dolnego horyzontu eksploatowanej warstwy zbiornikowej (11), po czym obraca się narzędzie wgłębne o pewien kąt i rozpoczyna drążenie od dołu do góry, a następnie po osiągnięciu górnego poziomu warstwy złożowej (11) obraca się narzędzie wgłębne o kolejną wartość kąta i powtórnie rozpoczyna drążenie od góry do dołu.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że obejmuje operację zapuszczania narzędzia w dół z równoczesnym obrotem narzędzia wokół osi pionowej.

9. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że obejmuje operację przemieszczania narzędzia w górę odwiertu z równoczesnym obrotem wokół osi pionowej w stronę przeciwną niż obraca się narzędzie w czasie zapuszczania w dół.