RU2485286C2

RU2485286C2 - Способ и многослойный шариковый уплотнитель для изоляции перфораций в скважине

Info

Publication number: RU2485286C2
Application number: RU2010119704/03A
Authority: RU
Inventors: Бельгин БАЗЕР; Кертис Л. Бони; Эрик КЛУМ; ДЕ КАРДЕНАС Хорхе Е. ЛОПЕС
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2013-06-20
Also published as: CA2701700A1; RU2010119704A; BRPI0818558A8; MX2010004008A; WO2009050681A2; WO2009050681A3; US20090101334A1; US8714250B2

Abstract

Группа изобретений относится к способам и многослойным шариковым уплотнителям для изоляции перфораций в скважине. Обеспечивает эффективное уплотнение перфораций различных форм. Шариковый уплотнитель для изоляции перфораций в скважине содержит внутреннее ядро, сохраняющее свою первоначальную форму при расположении на перфорации в стволе скважины, и по меньшей мере, два расположенных на внутреннем ядре слоя, по меньшей мере, один из которых является деформируемым промежуточным слоем, и по меньшей мере другой из которых является внешним слоем, причем деформируемый слой содержит материал, деформируемый под давлением, и внешний слой содержит слой материала для заключения в себе промежуточного слоя при деформации промежуточного слоя и имеет способность адаптироваться к последеформационной форме промежуточного слоя. Способ изоляции перфораций в скважине содержит следующие этапы: нагнетание в область перфораций в скважину указанного шарикового уплотнителя, взвешенного в текучей среде; приложение давления в скважине до расположения шарикового уплотнителя на перфорации и до увеличения давления до уровня, достаточного для деформации, по меньшей мере, одного промежуточного деформируемого слоя шарикового уплотнителя и создания уплотнения между шариковым уплотнителем и перфорацией. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится в основном к изоляции перфораций в скважине. Более конкретно, изобретение относится к многослойным шариковым уплотнителям, имеющим деформируемый слой, позволяющий шариковому уплотнителю лучше приспосабливаться к различным формам перфорационных отверстий, обеспечивая тем самым лучшее уплотнение.

Предшествующий уровень техники изобретения

Положения этого раздела только предоставляют информацию об уровне техники, относящейся к настоящему изобретению, и не могут составлять описание известного уровня техники.

Общей практикой в нефтяной индустрии является завершение скважин, пробуренных под поверхностью земли, с помощью размещения в скважине цилиндрической обсадной колонны и цементирования обсадной колонны в скважине. Обсадная колонна и окружающий цемент обеспечивают изоляцию текучей среды между скважиной и окружающей формацию скважиной. Для установления потока текучей среды между внутренним пространством обсадной колонны и окружающей формацией в требуемых местах, осуществляется перфорирование обсадной колонны.

Это может стать желательным или необходимым при добыче из пласта для улучшения потока текучей среды из пласта в скважину посредством техник, известных под общим названием как стимуляция пласта. Двумя обычно используемыми техниками являются гидравлический разрыв и химическая стимуляция.

Гидравлический разрыв является процессом, в котором подземный углеводородный пласт стимулируется для создания высокопроводимых путей в формации, увеличивающих поток углеводородов из пласта. Разрывающая текучая среда закачивается под высоким давлением для разрыва формации, создавая тем самым большие каналы для протекания углеводорода. Разрывающая текучая среда может включать в себя расклинивающий наполнитель, такой как песок или другие твердые частицы, которые заполняют разрывы в формации, так что разрывы остаются открытыми, когда обработка разрывом заканчивается и высокое давление снимается.

Химическая стимуляция является процессом, в котором поток через каналы в формации улучшается путем растворения материалов в формации, например, путем закачивания кислоты в формацию через перфорации в обсадной колонне.

В простейшем случае, как в скважине, в которой была перфорирована только одна зона или в которой обработка может быть выполнена через все перфорации, не требуется зональной изоляции. Однако в скважинах с многочисленными перфорациями или множеством продуктивных зон, часто является необходимым для успешного выполнения операции стимулирования пласта точно и эффективно изолировать одну зону, в которой должна применяться обработка, от других зон, в которых обработка применяться не должна. Одной из причин для возникновения необходимости в эффективной зональной изоляции является то, что обрабатывающие текучие среды, если применяются для всех перфораций, обычно больше поступают в зоны с высокой проницаемостью, а не в зоны с низкой проницаемостью, т.е. в зоны, где необходимо улучшение проницаемости. Таким образом, необходимо в этих условиях отклонять обработку от зон с высокой проницаемостью, чтобы обработка, т.е. гидравлическая текучая среда или химическая, не поступала в эти зоны вместо зон, для которых необходима обработка.

Зональная изоляция достигается путем использования техники отклонения. Один подход включает в себя использование шариковых уплотнителей. Шариковые уплотнители, как следует из названия, являются объектами сферической формы, которые предназначены для изоляции перфораций и предотвращения или препятствования вытеканию находящейся в скважине текучей среды через перфорации в формацию.

Шариковые уплотнители обычно вводятся в скважину на поверхности и переносятся вниз по скважине вместе с обрабатывающей текучей средой. Положительная разность давления поддерживается между скважиной и окружающей скважину формацией. Когда шариковые уплотнители достигают открытой перфорации при помощи такой разности давлений, т.е. когда давление в скважине является более высоким, чем в формации, шариковые уплотнители сами садятся в перфорацию и удерживаются на месте при помощи положительной разности давлений.

Желательно, чтобы шариковые уплотнители осуществляли эффективное уплотнение без постоянного размещения в перфорации или формации. Таким образом, шариковые уплотнители имеют такой предпочтительный размер, чтобы максимизировать их изолирующий потенциал без ввода в перфорацию.

Шариковые уплотнители существуют различных диаметров и плотностей для применения в различных средах и имеют подходящий размер для входных отверстий, для изоляции которых предназначены шариковые уплотнители. Шариковые уплотнители бывают растворимыми и нерастворимыми.

Перфорации часто выполняются с использованием перфораторов, которые располагаются не по центру обсадной колонны. Обычно используемый перфоратор с 90-градусной поверхностью обстрела создает, по меньшей мере, две перфорации с отверстиями овальной формы. Такая овальность по существу приводит к плохому уплотнению между сферическим шариковым уплотнителем и перфорацией. Даже если качество перфорации улучшилось за последние годы, все. еще есть перфорации, которые имеют достаточно зазубренные отверстия, которые плохо изолируют шариковые уплотнители.

Отверстия перфораций могут также ухудшиться до размещения шариковых уплотнителей на перфорационном отверстии. Поскольку поток текучей среды стремится следовать по пути с наименьшим сопротивлением, значительный поток текучей среды может ожидаться через перфорации, которые должны быть изолированы до установки шариковых уплотнителей. Обрабатывающие текучие среды часто являются очень абразивными. Таким образом, этот поток текучей среды может вызвать эрозию перфорации до того, как шариковые уплотнители будут установлены на отверстия.

Плохое уплотнение приводит к проблемам. Например, обрабатывающие текучие среды часто являются очень абразивными. Если текучая среда будет протекать за шариковый уплотнитель, то с большой вероятностью возникнет быстрая эрозия шарикового уплотнителя, дополнительно ограничивающая его способность изолировать перфорацию и, таким образом, исключающая требуемое отклонение.

Известные шариковые уплотнители были обычно выполнены в форме сфер со сплошными или полыми ядрами, покрытыми мягкой, тонкой оболочкой, нанесенной на поверхность, см., например, патент США №4,102,401, автор Эрбстоэссер, озаглавленный "Well Treatment Fluid Diversion with Low Density Ball Sealers", 25 июля 1978. Данный патент раскрывает шариковый уплотнитель, имеющий внутреннее ядро из синтаксической пены (или, в качестве альтернативы, из термопластика, такого как полиметилпентен), покрытое эластомерным материалом. Синтаксическая пена является материалом, состоящим из полых сферических частиц, например, стеклянных сфер, рассеянных в связующем веществе, например, в эпоксидной смоле. Резина используется в качестве эластомерного покрывающего материала, покрывающего ядро из синтаксической пены.

В патенте США №4,407,368, автор Эрбстоэссер описал улучшенный шариковый уплотнитель, имеющий сплошное ядро, покрытое полиуретановой оболочкой. Другой двухслойный шариковый уплотнитель был представлен Донером и другими в патенте США №4,505,334, в котором термостатическое волокно оборачивается вокруг ядра, после чего материал вулканизируется и может иметь необязательное эластомерное внешнее покрытие.

Дополнительные двухслойные шариковые уплотнители описаны в патенте США №4,702,316, авторы Чжен и другие, в котором шариковый уплотнитель выполнен из полимерного состава, покрытого тонкой эластомерной оболочкой. В патенте США №5,253,709, авторы Кендрик и другие раскрывают шариковый уплотнитель, имеющий деформируемую оболочку, определяющую центральное ядро, заполненное не деформируемыми твердыми частицами, которые могут течь с деформируемой оболочкой, и, поскольку консолидируется под давлением потока текучей среды, то заставляет внешнюю оболочку перекрывать перфорационное отверстие.

Шариковый уплотнитель с жестким полым ядром описан в патенте США №5,485,882, авторы Бэйли и другие "Low-Density Ball Sealer for Use as a Diverting Agent in Hostile Environment Wells", 23.06.1996. Данные шариковые уплотнители формируются из двух частей из высокопрочных материалов, которые скрепляются вместе, образуя сферу с полым ядром. Предпочтительные материалы для шариковых уплотнителей Бэйли включают в себя высокопрочный алюминий и высокопрочный термопластик и может включать в себя защитное покрытие для защиты алюминия от определенных растворителей, находящихся в некоторых обрабатывающих текучих средах.

Деградирующий шариковый уплотнитель описан в патенте США №6,380,138, автор Иши и другие, "Injection Molded Degradable Casing Perforation Ball Sealers Fluid Loss Additive and Method of Use". Данные шариковые уплотнители формируются из смеси растворимого наполняющего материала и связующего вещества и имеют характеристики небольшого размягчения в присутствии стимулирующей текучей среды, гарантируя тем самым твердый контакт через управляемую поверхностную деформацию. Шариковые уплотнители остаются неповрежденными при близкой к поверхностной температуре, т.е. температуре, нагнетаемой обрабатывающей текучей средой, но деградируют при воздействии высоких температур, таких, какие ожидаются после возврата естественных скважинных температур после завершения обработки.

Из вышеизложенного видно, что несмотря на то, что шариковые уплотнители успешно разрабатывались для обеспечения различных требуемых свойств, существует необходимость в улучшении шарикового уплотнителя для обеспечения эффективного уплотнения с перфорациями различных форм.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создан способ изоляции перфораций в скважине, содержащий следующие этапы:

нагнетание в область перфораций в скважину шарикового уплотнителя, взвешенного в текучей среде и содержащего внутреннее ядро, сохраняющее свою первоначальную форму при расположении на перфорации в стволе скважины, и по меньшей мере, два расположенных на внутреннем ядре слоя, по меньшей мере, один из которых является деформируемым промежуточным слоем, и по меньшей мере другой из которых является внешним слоем, причем промежуточный слой содержит материал, деформируемый под давлением, и внешний слой содержит слой материала для заключения в себе промежуточного слоя при деформации промежуточного слоя и имеет способность адаптироваться к последеформационной форме промежуточного слоя;

приложение давления в скважине до расположения шарикового уплотнителя на перфорации и до увеличения давления до уровня, достаточного для деформации, по меньшей мере, одного промежуточного деформируемого слоя шарикового уплотнителя и создания уплотнения между шариковым уплотнителем и перфорацией.

Материал, деформируемый под давлением, может быть материалом, выбранным из группы, включающей в себя эластомеры и термопластические эластомеры, или эластомером, выбранным из группы, включающей в себя полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен, полиуретан, или термопластическим эластомером, который является комбинацией сополимеров, включающей в себя, по меньшей мере, два из полибутадиена, полиизобутилена, полиизопрена и полиуретана.

Промежуточный слой может содержать материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину при расположении шарикового уплотнителя на перфорации.

Материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, может быть материалом, деформируемым при температурах в диапазоне от 70 до 550 градусов Фаренгейта (от 21,11 до 287,78 градусов Цельсия), или термопластическим эластомером, или биополимером.

Внешний слой может содержать материал, который гидролизуется при температуре, превышающей пороговую величину.

Согласно изобретению создан шариковый уплотнитель для изоляции перфорации перфораций в скважине, содержащий внутренне ядро, сохраняющее свою первоначальную форму при расположении на перфорации в стволе скважины, и по меньшей мере, два расположенных на внутреннем ядре слоя, по меньшей мере, один из которых является деформируемым промежуточным слоем, и по меньшей мере другой из которых является внешним слоем, причем деформируемый слой содержит материал, деформируемый под давлением, и внешний слой содержит слой материала для заключения в себе промежуточного слоя при деформации промежуточного слоя и имеет способность адаптироваться к последеформационной форме промежуточного слоя.

Материал, деформируемый под давлением, может быть материалом, выбранным из группы, включающей в себя эластомеры и термопластические эластомеры, или эластомером, выбранным из группы, включающей в себя полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен, полиуретан.

Промежуточный слой может содержать материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, при расположении шарикового уплотнителя на перфорации.

В соответствии с изобретением, многослойные шариковые уплотнители могут быть закачаны в скважину любым приемлемым способом, включающим в себя закачивание из устья скважины или введение многослойных шариковых уплотнителей на приемлемой глубине с помощью насосно-компрессорной трубы, составного трубопровода и тому подобного.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает обычное размещение шариковых уплотнителей в качестве отклоняющего агента в скважине.

Фиг.2 изображает узел перфорационного инструмента, опущенного в скважину на кабеле.

Фиг.3 изображает поперечное сечение обсадной колонны вдоль линии а-а на фиг.2 и размещение перфорационных зарядов на одном уровне узла перфорационного инструмента и поперечные сечения перфораций, созданных этими перфорационными зарядами.

Фиг.4 изображает вид в перспективе, иллюстрирующий пересечение воображаемых цилиндров, вырезанных перфорационным зарядом и цилиндрической обсадной колонной, когда перфорационный заряд подрывается не из центра обсадной колонны.

Фиг.5 изображает вид в перспективе, иллюстрирующий овальность перфорационных отверстий от выстрела из центра.

Фиг.6 изображает слабое уплотнение между сферическим шариковым уплотнителем и овальным перфорационным отверстием.

Фиг.7 изображает перфорационное отверстие с зазубренными краями.

Фиг.8 изображает сферический шариковый уплотнитель, используемый для уплотнения перфорационного отверстия.

Фиг.9 изображает композицию из трех фотографий, иллюстрирующих трехмерную природу зазубрин перфорационного отверстия.

Фиг.10 изображает поперечное сечение многослойного шарикового уплотнителя и деформацию многослойного шарикового уплотнителя при приложении давления к многослойному шариковому уплотнителю при размещении шарикового уплотнителя на перфорационном отверстии.

Фиг.11 изображает поперечное сечение многослойного шарикового уплотнителя с водорастворимым или гидролизуемым внешним слоем, деформацию шарикового уплотнителя при приложении к нему давления, когда уплотнитель размещен на перфорационном отверстии, и открытие зазоров после растворения или гидролизации внешнего слоя.

Подробное описание некоторых иллюстративных вариантов осуществления

В следующем подробном описании сделаны ссылки на приложенные чертежи, которые показывают, в качестве примера, конкретные варианты осуществления, которые могут быть использованы. Эти варианты осуществления описаны с достаточными подробностями, чтобы специалисты в данной области техники могли использовать изобретение. Следует понимать, что эти различные варианты осуществления изобретения, несмотря на то, что они разные, необязательно являются взаимоисключающими. Например, конкретный признак, структура или характеристика, описанная здесь в соединении с одним вариантом осуществления, может быть применена с другими вариантами осуществления без выхода за сущность и объем изобретения. В дополнение, следует понимать, что расположение или размещение отдельных элементов в каждом раскрытом варианте осуществления может быть изменено без выхода за сущность и объем изобретения. Следующее подробное описание не должно, таким образом, восприниматься в ограничивающем смысле, и объем настоящего изобретения определен только приложенной формулой изобретения, правильно интерпретированной вместе с полным диапазоном эквивалентов, которые описаны в формуле изобретения. На чертежах одинаковые номера ссылаются на одинаковую или подобную функциональность на нескольких видах.

Следует также отметить, что при разработке любого варианта осуществления много решений в соответствии с условиями, должны быть сделаны для достижения конкретных целей разработчика, таких как совместимость с системзависимыми и бизнес-зависимыми ограничениями, которые будут меняться от одной реализации к другой. Более того, следует понимать, что такие разработки могут быть сложными и требующими времени, но тем не менее должны быть выполнены специалистами в данной области техники, имеющими преимущество настоящего раскрытия.

Настоящее изобретение является шариковыми уплотнителями, которые обеспечивают улучшенную способность адаптироваться к форме перфорационного отверстия, тем самым эффективно изолируя перфорации от скважины, одновременно поддерживая структурную прочность, необходимую для сопротивления возрастающим скважинным давлениям.

Фиг.1 иллюстрирует обычное размещение шариковых уплотнителей 112 в качестве отклоняющего агента в скважине 100. Скважинная обсадная колонна 105 была установлена в стволе скважины 100 с использованием цементной оболочки 107. Первая перфорационная зона 111a является изолированной с использованием шариковых уплотнителей 112. Шариковые уплотнители 112 закачиваются в скважины с обрабатывающей текучей средой. Положительная разность давлений между скважиной 101 и формацией 109а заставляет текучую среду течь через перфорации. Шариковые уплотнители 112 стремятся следовать этому потоку текучей среды, до их расположения на отверстиях перфораций. На фиг.1 определенные шариковые уплотнители 112b расположены на перфорационных отверстиях, в то время как другие шариковые уплотнители 112а плавают в обрабатывающей текучей среде. По существу, как только все шариковые уплотнители 112а расположатся на перфорационных отверстиях, формация 109а, соответствующая первому набору перфораций 111a, станет изолированной от скважины 101. Дальнейшее закачивание обрабатывающей текучей среды будет отклонено к другим зонам, например, к нижней перфорационной зоне 111b. Насколько эффективно это отклонение, зависит от того, как хорошо шариковые уплотнители 112 изолируют перфорации. Качество сформированного уплотнения зависит от формы и качества, например, наличия зазубрин, перфорационных отверстий в обсадной колонне 105 и способности шариковых уплотнителей адаптироваться к перфорационным отверстиям.

Фиг.2 является иллюстрацией узла 203 перфорационного инструмента, опущенного в скважину на кабеле 201. Узел 203 перфорационного инструмента состоит из верхнего магнитного децентрализатора 207а и нижнего магнитного децентрализатора 207b. Децентрализаторы 207 обеспечивают расположение узла 203 перфорационного инструмента вплотную к внутренней стенке обсадной колонны 105. Узел 203 перфорационного инструмента дополнительно состоит из множества перфорационных зарядов 205.

Фиг.3 является поперечным сечением обсадной колонны 105 вдоль линии а-а на фиг.2 и иллюстрирует расположение перфорационных зарядов 205 на одном уровне узла 203 перфорационного инструмента, а также поперечное сечение перфораций, созданных этими перфорационными зарядами 205. Перфорационные заряды 205 обычно размещаются по прямой с 90-градусным фазовым сдвигом по отношению друг к другу, например, заряд 205а расположен перпендикулярно зарядам 205b и 205d и на одной линии с зарядом 205с. Когда перфорационные заряды 205a-d подрываются, заряды создают перфорации 311a-d, соответственно, с перфорационными отверстиями 303а-d, соответственно.

Вследствие того, что перфорации создаются не по центру, перфорационные отверстия, которые создаются не радиально, имеют входные отверстия овальной формы. Это проиллюстрировано на фиг.4 и 5. Фиг.4 является трехмерным видом в перспективе малой секции обсадной колонны 105, иллюстрирующим пересечение воображаемых цилиндров, вырезанных перфорационным зарядом и цилиндрической обсадной колонной, когда перфорационный заряд подрывается не по центру обсадной колонны 105. При подрыве перфорационных зарядов образуются цилиндрические каналы 403a-d через скважину и обсадную колонну 105. Любой из этих цилиндров, не являющихся радиальным по отношению к обсадной колонне, формирует овальные входные отверстия в обсадной колонне 105, например, отверстия 405b и 405d, соответственно.

Овальность входных отверстий нецентрового подрыва дополнительно проиллюстрирована на фиг.5. Перфорации, которые выполнены вдоль радиуса обсадной колонны 105, имеют круглую форму, т.е. перфорационные отверстия 405а и 405с. Вследствие кривизны цилиндра перфорационные отверстия радиально образованных перфораций также являются не совсем круглыми, но скорее имеют форму искривленного круга. Перфорационные отверстия 405b и 405d, которые были проделаны не радиально, имеют овальные формы.

Фиг.6 является иллюстрацией слабой изоляции между сферическим шариковым уплотнителем 112 и овальным перфорационным отверстием 405d. Шариковый уплотнитель 112 не закрывает зазоры 601а и 601b вследствие того, что форма сферического шарикового уплотнителя 112 является не совместимой с формой отверстия 405d.

Похожая проблема возникает, когда перфорационный заряд не создает перфорационное отверстие правильной формы. Фиг.7 является иллюстрацией зазубренного перфорационного отверстия 701. Несмотря на то что перфорационное отверстие примерно круглое, отверстие является зазубренным.

Фиг.8 является иллюстрацией сферического шарикового уплотнителя 112, используемого при попытке изоляции зазубренного перфорационного отверстия 701. Сферический шариковый уплотнитель 112 не закроет зазоры 801 вследствие несоответствия форм шарикового уплотнителя 112 и несовершенной формы перфорационного отверстия 701.

Фиг.10 является поперечным сечением многослойного шарикового уплотнителя 900. Многослойный шариковый уплотнитель имеет внутреннее ядро 901, промежуточный слой 903 и внешний слой 905. По меньшей мере, один из трех слоев является деформируемым слоем, позволяющим шариковому уплотнителю адаптироваться к неправильным формам перфорационных отверстий.

В первом варианте осуществления, деформируемый слой является промежуточным слоем 903, и внешний слой выполнен из материала, способного заключать в себе деформируемый промежуточный слой 903. Внешний слой дополнительно способен адаптироваться к последеформационной форме промежуточного слоя 903.

Деформируемый промежуточный слой 903 выполнен из материала, который деформируется под давлением. Подходящие материалы включают в себя эластомеры и термопластические эластомеры. Подходящие эластомеры включают в себя полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен и полиуретан. В альтернативном варианте осуществления, промежуточный слой 903, который является деформируемым слоем, является термопластическим эластомером, который является комбинацией сополимеров, включающих в себя, по меньшей мере, два из полибутадиена, полиизобутилена, полиизопрена и полиуретана.

В альтернативном варианте осуществления, промежуточный слой 903 выполнен из материала, который деформируется при размещении на перфорационном отверстии, и скважинная температура вблизи перфорации, на которой сидит шариковый уплотнитель, превышает температурную пороговую величину, например, в диапазоне от 100 до 300 градусов Фаренгейта (от 37,78 до 148,89 градусов Цельсия). Подходящие материалы включают в себя термопластические эластомеры и биополимеры.

Фиг.10 дополнительно иллюстрирует деформацию, которой подвергается шариковый уплотнитель 900b при размещении на перфорационном отверстии 405 в обсадной колонне 105 и приложении давления 907 к скважине. Промежуточный слой 903 деформируется, позволяя шариковому уплотнителю 900b адаптировать форму, которая изолирует перфорационное отверстие 405. Внешний слой 905 адаптируется к форме деформированного промежуточного слоя 903, в то время как внутреннее ядро остается в свое изначальной, например, сферической форме.

В альтернативном варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг.11, многослойный шариковый уплотнитель 150 имеет внутреннее ядро 151, промежуточный слой 153 и деформируемый внешний слой 155. Деформируемый внешний слой 155 выполнен из материалов, которые деформируются под давлением 157, например, при посадке на перфорационное отверстие 405 и при повышении гидростатического давления в скважине, что вызывает повышение положительной разности давлений между скважиной и формацией 109, адаптируя тем самым несферическую форму 150b, которая адаптируется к форме перфорационного отверстия 405, и, тем самым, формируя эффективное уплотнение между шариковым уплотнителем 150 и перфорационным отверстием 405.

В одном варианте осуществления, деформируемый внешний слой 155 выполнен из водорастворимого материала, например, водорастворимого биополимера или поливинилового спирта.

Будучи водорастворимыми, после процесса обработки шариковые уплотнители 150 постепенно там растворяются, когда гидростатическое давление легко перемещает шариковые уплотнители 150 обратно от перфорационных отверстий 405.

В альтернативном варианте осуществления, деформируемый внешний слой 155 изготовлен из материала, который гидролизуется выше пороговой величины температуры, например, в диапазоне от 100 до 300 градусов Фаренгейта (от 37,78 до 148,89 градусов Цельсия). Подходящие материалы со свойствами гидролизации при подходящей температуре включают в себя полигликолевую кислоту и полимолочную кислоту. Скорость гидролизации зависит от показателя рН скважинной текучей среды, так что, соответственно, скорость удаления внешнего слоя 155 может управляться путем корректировки значения рН скважинной текучей среды.

Когда внешний слой растворяется или гидролизуется, трансформация 159, результирующий шариковый уплотнитель 150с содержит только оставшийся промежуточный слой 153 и внутреннее ядро 151. Когда разность гидростатического давления меняет знак при завершении процесса обработки, шариковый уплотнитель 150с более легко отходит от перфорационного отверстия 405 благодаря зазорам, которые могли образоваться при растворении или гидролизации внешнего слоя 155.

Размер шарикового уплотнителя, используемого в качестве отклоняющего агента, зависит от размера перфораций в обсадной колонне. Обычные внешние диаметры шарикового уплотнителя находятся в диапазоне от 5/8 дюйма до 1,5 дюймов (от 1,5875 см до 3,81 см). В одном варианте осуществления, многослойный шариковый уплотнитель 900 или 150, как было описано выше, имеет внешний диаметр в этом диапазоне, при этом деформируемый слой имеет толщину в диапазоне между 1/8 дюйма и 3/8 дюйма (0,3175 см и 0,9525 см). В альтернативных вариантах осуществления шариковые уплотнители 900 и 150 имеют несферические формы, такие как яйцеобразная форма или эллипсоид. Такие формы могут дополнительно улучшить уплотнение между перфорационными отверстиями 405 и шариковым уплотнителем 900 или 150. В одном варианте осуществления деформируемый слой такого многослойного шарикового уплотнителя 900 или 150 будет иметь толщину в диапазоне между 1/8 дюйма и 3/8 дюйма (0,3175 см и 0,9525 см).

Многослойный шариковый уплотнитель 900 и 150 может быть применен в качестве отклоняющего агента для достижения зональной изоляции путем взвешивания шариковых уплотнителей 900 и 150 в текучей среде, нагнетаемой в скважину. Затем давление прикладывается до тех пор, пока шариковые уплотнители 900 и 150 не сядут на перфорационные отверстия 405 и не деформируются от разности гидростатического давления между скважиной и формацией, формируя тем самым эффективное уплотнение между скважиной и формацией, в которую проникают перфорации.

Многослойные шариковые уплотнители могут нагнетаться в скважину любым подходящим способом, включающим в себя нагнетание из устья скважины или введение многослойных шариковых уплотнителей на подходящую глубину с использованием насосно-компрессорной трубы, составного трубопровода или тому подобного.

Вышеописанные варианты осуществления могут быть успешно использованы в многозональных операциях обработки, т.е. где узел перфоратора и соответствующее устройство обработки перемещается от одной обрабатываемой зоны к другой. Такие операции включают в себя перемещение перфорационной системы и повторение, по меньшей мере, одного из этапов размещения шариковых уплотнителей, выполнения обработки, измерения свойств, характеризующих результат. Многозональная стимуляция описана в одновременно заявленной заявке на патент США №12/039,583, полное раскрытие.

Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку они могут быть изменены и реализованы различными, но эквивалентными способами, известными специалистам в данной области техники, имеющим преимущество здесь изложенного. Более того, не предусмотрено ограничений к подробностям конструирования или проектирования, показанных здесь, отличных от описанных ниже в формуле изобретения. Таким образом, является очевидным, что конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы и все такие вариации считаются находящимися в объеме и сущности изобретения, в частности, любой диапазон значений (в форме "от примерно А до примерно В", или эквивалентно, "от приблизительно от А до В", или эквивалентно "от приблизительно А-В"), раскрытый здесь, должен быть понимаем как множество всех подмножеств соответствующего диапазона значений. Соответственно, объем охраны изложен в формуле изобретения.

Claims

1. Способ изоляции перфораций в скважине, содержащий следующие этапы: нагнетание в область перфораций в скважину шарикового уплотнителя, взвешенного в текучей среде и содержащего внутреннее ядро, сохраняющее свою первоначальную форму при расположении на перфорации в стволе скважины, и по меньшей мере, два расположенных на внутреннем ядре слоя, по меньшей мере, один из которых является деформируемым промежуточным слоем, и по меньшей мере, другой из которых является внешним слоем, причем промежуточный слой содержит материал, деформируемый под давлением, и внешний слой содержит слой материала для заключения в себе промежуточного слоя при деформации промежуточного слоя и имеет способность адаптироваться к последеформационной форме промежуточного слоя; приложение давления в скважине до расположения шарикового уплотнителя на перфорации и до увеличения давления до уровня, достаточного для деформации, по меньшей мере, одного промежуточного деформируемого слоя шарикового уплотнителя и создания уплотнения между шариковым уплотнителем и перфорацией.

2. Способ по п.1, в котором материал, деформируемый под давлением, является материалом, выбранным из группы, включающей в себя эластомеры и термопластические эластомеры.

3. Способ по п.2, в котором материал, деформируемый под давлением, является эластомером, выбранным из группы, включающей в себя полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен, полиуретан.

4. Способ по п.2, в котором материал, деформируемый под давлением, является термопластическим эластомером, который является комбинацией сополимеров, включающей в себя, по меньшей мере, два из полибутадиена, полиизобутилена, полиизопрена и полиуретана.

5. Способ по п.1, в котором промежуточный слой содержит материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину при расположении шарикового уплотнителя на перфорации.

6. Способ по п.5, в котором материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, является материалом, деформируемым при температурах в диапазоне от 70 до 550°F (от 21,11 до 287,78°C).

7. Способ по п.6, в котором материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, является термопластическим эластомером.

8. Способ по п.6, в котором материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, является биополимером.

9. Способ по п.1, в котором внешний слой содержит материал, который гидролизуется при температуре, превышающей пороговую величину.

10. Шариковый уплотнитель для изоляции перфораций в скважине, содержащий внутреннее ядро, сохраняющее свою первоначальную форму при расположении на перфорации в стволе скважины, и по меньшей мере, два расположенных на внутреннем ядре слоя, по меньшей мере, один из которых является деформируемым промежуточным слоем, и по меньшей мере другой из которых является внешним слоем, причем деформируемый слой содержит материал, деформируемый под давлением, и внешний слой содержит слой материала для заключения в себе промежуточного слоя при деформации промежуточного слоя и имеет способность адаптироваться к последеформационной форме промежуточного слоя.

11. Шариковый уплотнитель по п.10, в котором материал, деформируемый под давлением, является материалом, выбранным из группы, включающей в себя эластомеры и термопластические эластомеры.

12. Шариковый уплотнитель по п.10, в котором материал, деформируемый под давлением, является эластомером, выбранным из группы, включающей в себя полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен, полиуретан.

13. Шариковый уплотнитель по п.10, в котором промежуточный слой содержит материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, при расположении шарикового уплотнителя на перфорации.

14. Шариковый уплотнитель по п.13, в котором материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, является материалом, деформируемым при температурах в диапазоне от 70 до 550°F (от 21,11 до 287,78°C).

15. Шариковый уплотнитель по п.14, в котором материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, является термопластическим эластомером.

16. Шариковый уплотнитель по п.14, в котором материал, деформируемый при температуре, превышающей пороговую величину, является биополимером.