Пластовые изоляторы для открытого ствола

Пластовые изоляторы для открытого ствола используются в нефтяной промышленности в открытых стволах скважин (то есть в участках скважин, где не установлена обсадная колонна). Они в основном используются для разделения различных пластов или зон в стволе скважины для выполнения операций послойной обработки, повышения нефтеотдачи или контроля потока жидкости в скважине. Ниже приводится подробное описание пластовых изоляторов для открытого ствола:

Определение пластового изолятора для открытого ствола

Пластовый изолятор для открытого ствола – это специально разработанное изолирующее устройство, которое устанавливается в открытом стволе скважины (стенка скважины без защиты обсадной колонны). Он непосредственно контактирует со стенкой скважины посредством расширения или механического воздействия, образуя уплотнение, которое изолирует различные зоны давления или жидкости в скважине. Он широко используется для послойной добычи нефти, гидроразрыва пласта, кислотной обработки или испытательных работ.

Основные функции

1. Послойная изоляция: разделение открытого ствола скважины на несколько независимых зон для предотвращения перетока жидкости между пластами (например, нефти, воды или газа).
2. Поддержка поинтервальной обработки: в сочетании с многостадийным гидроразрывом пласта или послойной закачкой воды для точной обработки пласта.
3. Повышение нефтеотдачи: за счет изоляции низкопродуктивных или обводненных пластов, оптимизация добычи нефти и газа.
4. Контроль жидкости в скважине: например, предотвращение прорыва газа или образования водяного конуса, повышение эффективности добычи.

Типы пластовых изоляторов для открытого ствола

В зависимости от принципа работы и области применения пластовые изоляторы для открытого ствола можно разделить на следующие типы:

1. Расширяющиеся изоляторы:
   • Принцип: гидравлическое или химическое воздействие вызывает расширение резинового элемента изолятора, который плотно прилегает к стенке скважины, образуя уплотнение.
   • Особенности: адаптируется к нерегулярному диаметру скважины (например, овальному или нерегулярному стволу скважины), обладает хорошими герметизирующими свойствами.
   • Обычные материалы: высокопрочная резина (например, HNBR или FKM) в сочетании со стальным или композитным корпусом.
   • Применение: многостадийный гидроразрыв пласта, сложные горизонтальные скважины (например, разработка сланцевого газа).
2. Механические изоляторы:
   • Принцип: механическое устройство (например, конус или ползун) приводит в действие расширение уплотнительного элемента, который контактирует со стенкой скважины.
   • Особенности: простая конструкция, возможность повторного использования, но предъявляет более высокие требования к регулярности диаметра скважины.
   • Применение: обычные испытания пластов в открытом стволе или закачка воды.
3. Изоляторы с химическим расширением:
   • Принцип: использование водопоглощающих расширяющихся материалов (например, высокомолекулярных полимеров), которые расширяются при контакте с водой, образуя уплотнение.
   • Особенности: подходит для длительной изоляции, простая установка, но зависит от свойств пластовой жидкости.
   • Применение: длительная послойная изоляция или герметизация заброшенных скважин.
4. Комбинированные изоляторы:
   • Принцип: сочетание расширения и механического воздействия, сочетающее в себе высокую адаптивность и надежность.
   • Применение: глубокие, сверхглубокие скважины или среда с высокой температурой и высоким давлением (HPHT).

Обычные материалы

• Корпус: высокопрочная сталь (например, низколегированная сталь 4140, 4130) или коррозионностойкий сплав (например, Inconel), адаптированный к среде с высокой температурой, высоким давлением или коррозионной средой.
• Уплотнительные элементы: маслостойкие, термостойкие резиновые материалы (например, гидрированный нитрил-бутадиеновый каучук HNBR, фторкаучук FKM) или расширяющиеся полимеры.
• Поверхностное покрытие: на поверхность некоторых изоляторов наносится износостойкое или коррозионностойкое покрытие (например, напыление карбида вольфрама) для продления срока службы.

Технологический процесс

Технологический процесс изготовления пластовых изоляторов для открытого ствола аналогичен технологическому процессу изготовления жестких центраторов, но больше внимания уделяется герметизирующим свойствам и адаптируемости к стенкам скважины:

1. Точное литье/ковка: изготовление высокопрочного корпуса для обеспечения устойчивости к давлению.
2. Формование резины: производство уплотнительных элементов методом литья под давлением или экструзии для обеспечения характеристик расширения и долговечности.
3. Механическая обработка: токарная и фрезерная обработка для обеспечения точности корпуса и уплотнительных элементов, соответствия требованиям к диаметру скважины.
4. Обработка поверхности: термическая обработка для повышения прочности корпуса, химическое покрытие или напыление для повышения коррозионной стойкости.
5. Сборка и испытания: испытания герметичности и устойчивости к давлению в среде высокого давления, соответствие стандартам API или ISO (например, API 11D1).

Области применения

• Многостадийный гидроразрыв пласта: при разработке сланцевых газовых или плотных нефтегазовых месторождений пластовые изоляторы для открытого ствола используются для поинтервального гидроразрыва пласта (например, в сочетании с системой скользящих муфт).
• Послойная добыча нефти: изоляция обводненных или низкопродуктивных пластов, оптимизация добычи нефти и газа.
• Испытание пласта: изоляция испытательного участка, получение точных данных о давлении или жидкости в пласте.
• Нагнетательные скважины: разделение различных нагнетательных пластов, контроль направления и давления закачки воды.
• Сложные условия скважины: расширяющиеся изоляторы имеют больше преимуществ, например, в скважинах с высокой температурой и высоким давлением, горизонтальных скважинах или скважинах с нерегулярным диаметром.