Способ и система гидравлического разрыва пласта - RU2604600C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе и способу гидравлического разрыва подземного пласта в нефтяной или газовой скважине.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Имеются две обычно используемые методики гидроразрыва в способе заканчивания. На Фиг. 1 показан ствол 10 скважины с обсадной колонной 12 с цементированием 14 в окружающем кольцевом пространстве 16. Цементирование в нормальных условиях выполняют через цементировочный башмак (не показано) на нижнем конце обсадной колонны 12. Во многих случаях, если предполагается дальнейшее бурение, башмак разбуривают и бурение продолжается. После цементирования колонны 12 и затвердевания цемента 14 в скважину спускают стреляющий перфоратор (не показано) и подрывают, выполняя перфорации 18, через которые затем проводят гидроразрыв пласта текучей средой, подаваемой с поверхности, затем следует спуск и установка пакера или мостовой пробки 20 для изоляции перфораций 18. Затем процесс повторяется, за перфорированием следует гидравлический разрыв, за которым следует установка еще одного пакера или мостовой пробки над выполненными ранее перфорациями, через которые проведен гидроразрыв пласта. В последовательности выполняются пары перфорирования и установки пакера/мостовой пробки 22, 24; 26, 28; 30, 32; и 34 на месте в скважине 10 с проведением работ от забоя 36 скважины к поверхности 38.

Вариант данной схемы исключает перфорирование благодаря включению в стенку обсадной колонны телескопических элементов, которые селективно выдвигаются через цемент до затвердевания цемента для создания проходов в пласт и перекрывания цементируемого кольцевого пространства. Использование выдвигающихся элементов взамен перфорирования показано в патенте U.S. №4475729. Когда элементы выдвинуты, кольцевое пространство цементируется, и выбранные проходы через выдвигающиеся элементы открываются, в данном конкретном случае скважину можно использовать для нагнетания. При исключении перфорирования благодаря выдвигающимся элементам стоимость цементирования плюс время работы буровой установки могут приводить к высоким затратам, и на некоторых площадках усложнение логистики для буровой площадки может увеличивать стоимость.

Затем могут устанавливаться наружные пакеры, набухающие в скважинных текучих средах, или иные, такие как позиции 40, 42, 44, 46, и 48 на Фиг. 2 снаружи на колонне 49 для изоляции зоны 50, 52, 54, и 56 где имеется клапан, обычно скользящая муфта 58, 60, 62 и 64 в соответствующих зонах. Колонна 49 подвешивается, не касаясь обсадной колонны 66, и имеет башмак на нижнем конце 67. Используя различные известные устройства для переключения муфты, можно открывать в любом требуемом порядке так, что кольцевые пространства 68, 70, 72 и 74 можно изолировать между двумя пакерами, затем текучая среда гидроразрыва под давлением может подаваться в кольцевое пространство и создавать давление в окружающем пласте. Данный способ гидравлического разрыва пласта включает в себя установку в нужное положение пакера при скреплении колонны и задержки для обеспечения набухания пакеров для изоляции зон. Имеются также потенциальные неопределенности, нет уверенности, что все пакеры достигают уплотнения, при котором нагнетаемое давление в колонне надежно подается в назначенную зону при подаче давления в колонне 49 на поверхности. Некоторые примеры набухающих пакеров приведены в патентах US №№ 7441596; 7392841 и 7387158. Имеются также потенциальные неопределенности по местоположению трещины, возможно инициирование трещин на пакерах вместо клапанов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создан способ точечного приложения давления гидроразрыва к нужному пласту, исключающий или сокращающий дорогостоящие процедуры, такие как цементирование и установка пакеров в кольцевом пространстве, где характеристики пласта должны обеспечивать сохранение целостности ствола скважины. Давление в колонне подается через выдвигающиеся трубы, которые с уплотнением взаимодействуют с пластом. Множество групп труб соединяется с изолирующим устройством, так что только группа или группы, предназначенные для проведения гидроразрыва, в любое заданное время, селективно открываются. Давление, подаваемое через выдвинутые трубы, действует прямо на пласт и обходит кольцевое пространство в интервале.

В одном варианте осуществления способ содержит этапы установки участка трубы в ствол скважины, где труба имеет множество выдвигающихся элементов, и блокирование по меньшей мере части проема выдвигающихся элементов множеством легкоразрушающихся пробок. Способ дополнительно включает в себя этапы выдвижения по меньшей мере одного выдвигающегося элемента от трубы, где по меньшей мере часть переднего конца выдвигающегося элемента взаимодействует с участком окружающего пласта; и подачу текучей среды под давлением через выдвигающийся элемент для выталкивания по меньшей мере части разрушающихся пробок на окружающий пласт; и гидравлический разрыв окружающего пласта текучей средой под давлением, подаваемой через выдвигающийся элемент.

В другом варианте осуществления разрушающиеся пробки выполнены с возможностью полностью блокировать проем выдвигающихся элементов. В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап уплотнения зазора между передним концом выдвигающегося элемента и окружающим пластом частью разрушающихся пробок, которые выталкиваются на пласт.

В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап обеспечения прохода текучей среды между трубой и окружающим пластом через проем выдвигающихся элементов. В одном варианте осуществления регулирование выполняют множеством скользящих муфт. В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап открытия по меньшей мере одной скользящей муфты для подачи текучей среды под давлением в выдвигающиеся элементы, связанные с открытой скользящей муфтой. В еще одном варианте осуществления способ содержит этапы закрытия открытой скользящей муфты и последовательного открытия и закрытия других скользящих муфт для подачи текучей среды через проем выдвигающихся элементов, связанных с другими скользящими муфтами.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создана система для выполнения гидравлического разрыва пласта в зоне необсаженного ствола скважины без цементирования или аналогичных процедур изоляции кольцевого пространства. Кольцевое пространство системы перекрывается выдвигающимися элементами, расположенными за изолирующими клапанами. Заданная группа выдвигающихся элементов может открываться, и выдвигающиеся элементы могут выдвигаться, перекрывая кольцевое пространство и взаимодействуя с пластом с уплотнением. Выдвигающиеся элементы могут являться телескопическими элементами и содержать биологически разрушающуюся пробку, выполненную с возможностью временно блокировать проем выдвигающихся элементов для обеспечения выдвижения выдвигающихся элементов к поверхности пласта приложением давления, подаваемого на телескопический элемент, при этом создавая телескопический проход в пласт. При взаимодействии выдвигающихся элементов с пластом и с пробкой, остающейся на месте, дополнительное давление текучей среды гидроразрыва может подаваться на блокированные выдвигающиеся элементы до выталкивания по меньшей мере части легкоразрушающегося материала на поверхность пласта. По меньшей мере часть легкоразрушающегося материала, придавленного к поверхности пласта, содействует уплотнению между концом выдвигающихся элементов и поверхностью пласта заполнением любых существующих путей утечки. Уплотнение обеспечивает рост давления до превышения градиента разрыва пласта, и гидроразрыв пласта происходит на стыке с телескопическим элементом, при этом обеспечивается точечное размещение начала трещины. В подходящем пласте цементирование не требуется для поддержания целостности ствола скважины. Выдвигающиеся элементы могут, если необходимо, иметь фильтры. В нормальных условиях характер пласта является таким, что установка гравийного фильтра также не требуется. Эксплуатационная колонна может спускаться в колонну с телескопическими устройствами, и продуктивные участки пласта можно эксплуатировать через селективно открываемые воздействию выдвигающиеся элементы.

В одном варианте осуществления выдвигающийся элемент содержит легкоразрушающийся материал. В другом варианте осуществления выдвигающийся элемент содержит множество телескопических компонентов. В другом варианте осуществления система дополнительно содержит по меньшей мере одну скользящую муфту, выполненную с возможностью регулирования прохода текучей среды между трубой и окружающим пластом через выдвигающийся элемент. В одном варианте осуществления скользящая муфта выполнена с возможностью регулирования прохода текучей среды через выдвигающийся элемент в ответ на прием предмета заданного размера.

В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью выполнения гидравлического разрыва пласта без пакеров. Альтернативно систему можно выполнять с возможностью проведения гидравлического разрыва пласта с несколькими пакерами, установленными между выдвинутыми выдвигающимися элементами.

Выше весьма широко описаны признаки и технические преимущества настоящего изобретения для лучшего понимания подробного описания изобретения, приведенного ниже. Дополнительные признаки и преимущества изобретения описаны ниже в данном документе, который формирует задачу формулы изобретения. Специалисту в данной области техники понятно, что концепция и конкретные описанные варианты осуществления можно использовать как основу для модификации или разработки других структур для целей настоящего изобретения. Специалист в данной области техники должен учитывать, что такие эквивалентные конструкции не отходят от сущности и объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения. Признаки новизны, которые отличают изобретение, как его организации, так и способа работы вместе с дополнительными задачами и преимуществами должны стать лучше понятными из следующего описания при рассмотрении с прилагаемыми фигурами. Также понятно, что каждая фигура является только иллюстративной и дополняющей описание и не задает ограничений настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более полного понимания настоящего изобретения ниже приводится описание с прилагаемыми чертежами, на которых показано следующее:

На Фиг. 1 показана известная система цементирования обсадной колонны и поочередного перфорирования и установки внутренних пакеров или мостовых пробок для изоляции зон при проведении в них перфорирования и гидроразрыва пласта.

На Фиг. 2 показана другая известная система с использованием наружных набухающих пакеров в кольцевом пространстве для изоляции зон, доступ к которым открывает клапан со скользящей муфтой.

На Фиг. 3 показан вариант осуществления настоящего изобретения с использованием проходов в пласт, образованных выдвигающимися элементами, к которым селективно открывает доступ клапан, при этом в пласте можно проводить гидроразрыв напрямую из колонны, обходя кольцевое пространство зоны необсаженного ствола.

На Фиг. 4a показаны выдвигающиеся элементы, содержащие телескопические звенья в убранном положении, и на Фиг. 4b показаны телескопические звенья в выдвинутом положении, образующие телескопические проходы.

Фиг. 5a-5f показаны различные конфигурации установки полимерной пробки в телескопическом элементе.

На Фиг. 6 показана часть пробки в выдвигающихся элементах, которая вытолкнута на поверхность пласта для обеспечения взаимодействия с уплотнением между выдвигающимися элементами и пластом.

На Фиг. 7a показан телескопический элемент и скользящая муфта в начальном положении, и на Фиг. 7b показан выдвинутый телескопический элемент с открытой скользящей муфтой.

На Фиг. 8a показан телескопический элемент и выдвигающее устройство спускающейся колонны, выполненной с возможностью выдвижения телескопического элемента, в начальном положении, и на Фиг. 8b показан телескопический элемент, выдвинутый выдвигающим устройством спускающейся колонны.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг. 3 показана зона 100 необсаженного ствола скважины ниже обсадной колонны 102. Хвостовик 104 подвешен на обсадной колонне 102 с использованием подвески 106 хвостовика. Компоновка 108 гидроразрыва, показанная на Фиг. 3, является обычным оборудованием, и специалист в данной области техники должен понимать, что любое подходящее число компоновок 108 можно использовать, которые в основном являются аналогичными, но могут иметь отличия, для приведения в действие в требуемой последовательности, как описано ниже. Как показано на Фиг. 4, каждая компоновка 108 имеет закрывающее устройство, предпочтительно в виде скользящей муфты 110, которая может, если необходимо, функционировать с помощью шара 114, встающего в гнездо 112. В одном варианте осуществления гнезда и шары, встающие в них, все имеют различные размеры, и муфты могут закрываться последовательно снизу вверх, при этом первыми встают в гнезда меньшего диаметра в нижних компоновках 108 шары меньшего диаметра, и постепенно диаметр сбрасываемых шаров, встающих в следующие гнезда для закрытия клапанов 110, увеличивается.

Группа выдвигающихся элементов 116 может содержать телескопические компоненты, такие как телескопические компоненты или удлинители 120 и 122, с помощью которых элементы 116 могут выдвигаться. Выдвигающиеся элементы 116 селективно закрываются клапаном 110 и могут иметь любое число, расстановку или размер, требуемый в варианте применения с учетом проектных расходов для гидравлического разрыва или последующей эксплуатации. На Фиг. 3 и 4a показан выдвигающийся элемент 116 в убранном положении. В частности, на Фиг. 4a показаны с увеличением выдвигающиеся элементы 116 в убранном положении. На Фиг. 3 также показаны выдвигающиеся элементы 116' в выдвинутом положении, установленные в упор со стенкой 100 ствола скважины. На Фиг. 4b показаны с увеличением выдвигающиеся элементы 116' в выдвинутом положении. Хотя на Фиг. 4a и 4b в качестве примера показаны только выдвигающиеся элементы 116, содержащие два телескопических удлинителя или компонента, понятно, что выдвигающийся узел может содержать нужное число перемещающихся относительно друг друга компонентов, требуемое для работы. Например, ширина кольцевого зазора 126 может задавать данное число или другие факторы.

В предпочтительном варианте осуществления большинство или все выдвигающиеся элементы 116 вначале закупорены пробкой 118, так что выдвигающиеся элементы 116 могут выдвигаться приложением силы внутреннего давления в хвостовике 104. Полимерные пробки 118 по меньшей мере по существу блокируют или закрывают проем выдвигающихся элементов 116, что обеспечивает выдвижение элементов, когда клапаны 110 на каждом узле 116 открываются и прикладывается сила давления, например, в хвостовике 104. Дополнительно в некоторых вариантах осуществления пробки 118 заполняют пути утечки или зазоры между выдвигающимися элементами 116 и пластом, что улучшает взаимодействие с уплотнением на стыке выдвигающегося узла и обеспечивает точечное приложение давления гидравлического разрыва пласта. Хотя материал пробок 118 описан подробно ниже, понятно, что вариации в форме замен и изменений, отличающиеся от данных описаний, не отходят от сущности изобретения и находятся в объеме изобретения. Например, любой полимер или материал со свойствами, аналогичными описанным ниже, можно использовать взамен или в комбинации с материалами, описанными для получения функций пробки 118.

В предпочтительном варианте осуществления пробка 118 является легкоразрушающейся. При разрушающейся пробке 118 закрытие или по меньшей мере частичное блокирование проема выдвигающихся элементов 116 обеспечивает в системе и способе настоящего изобретения полное выдвижение выдвигающихся элементов и их взаимодействие с пластом. Поскольку поверхность пласта не всегда гладкая, весьма вероятно не все участки периметра взаимодействующего конца полностью выдвинутого телескопического элемента входят в контакт с поверхностью пласта. Следовательно, полностью выдвинутый телескопический элемент может не обеспечивать оптимального герметичного уплотнения для гидравлического разрыва пласта, например, для подачи текучих сред гидроразрыва через телескопические проходы для гидравлического разрыва пласта на точке контакта или вблизи такой точки. По существу, легкоразрушающийся материал способа и системы настоящего изобретения уплотняет один или несколько зазоров между выдвинутым телескопическим элементом и пластом, обеспечивая адекватное герметичное уплотнение для гидравлического разрыва пласта и точечное приложение рабочего давления.

В одном варианте осуществления, когда все выдвигающиеся элементы выдвинуты и проходы выполнены, пробки 118 остаются по существу на месте при увеличении давления, прикладываемого к закрытым пробкой выдвигающимся элементам, до проталкивания или продавливания по меньшей мере части пробки 118 проталкивается на поверхность пласта увеличенным давлением, как показано на Фиг. 6. Когда по меньшей мере часть легкоразрушающегося материала придавливается к поверхности пласта, легкоразрушающийся материал улучшает уплотнение при взаимодействии между концом выдвигающихся элементов и поверхностью пласта, заполняя пути утечки на стыке взаимодействующих поверхностей или вблизи него, что обеспечивает нарастание давления до превышения градиента разрыва пласта и получения гидравлического разрыва пласта.

В дополнение легкоразрушающийся материал из пробки 118, который проталкивается на поверхность пласта, дополнительно обеспечивает поддержание уплотнения между выдвигающимися элементами и пластом после гидроразрыва пласта. В частности легкоразрушающийся материал предотвращает уход текучей среды под давлением в кольцевое пространство через зазоры, например пути утечки, между выдвинутым телескопическим элементом и пластом. По существу, легкоразрушающийся материал поддерживает уплотнение, предотвращая дополнительное расширение зазоров от эрозии, и обеспечивает достаточное давление для продолжения трещин. В дополнение при гидравлическом разрыве пласта вероятно некоторый легкоразрушающийся материал проталкивается в пласт. Поскольку материал выполнен с возможностью легкого разрушения, как описано ниже, он не должен снижать производительность или создавать проблемы для последующей добычи или технологических процессов. В одном варианте осуществления легкоразрушающийся материал является безвредным для окружающей среды, например биологически разрушающимся, и по существу не наносит вреда окружающей среде.

В одном варианте осуществления по меньшей мере некоторые или все компоненты выдвигающихся элементов содержат легкоразрушающийся материал, как описано выше. Предпочтительно легкоразрушающийся материал, выбранный для компонентов выдвигающегося материала, выполнен с возможностью легкого разрушения или исчезновения со временем, то есть удаления из путей потока, образованных выдвигающимися элементами, пересекающими кольцевое пространство, обеспечивая улучшение добычи углеводородов из пласта.

Как показано на Фиг. 5a-5f, пробка 118 может прикрепляться к выдвигающимся элементам 116, например к телескопическому компоненту 122, для по меньшей мере по существу блокирования или закрытия проема выдвигающихся элементов 116 в различных конфигурациях. Например, пробка 118 может прикрепляться в проеме выдвигающегося элемента на или вокруг конца вблизи хвостовика 104 и на расстоянии от пласта, как показано на Фиг. 5a. В другом варианте осуществления пробка 118 может прикрепляться, как крышка проема выдвигающихся элементов 116, как показано на Фиг. 5b. Хотя на Фиг. 5b показано, что пробка 118 установлена на компонент 122 выдвигающегося элемента 116 как крышка на дальнем от пласта конце, предусматривается также возможность установки пробки 118 как крышки на конце выдвигающегося элемента 116, смежном с пластом альтернативно или в комбинации в других вариантах осуществления. В другом варианте осуществления пробка 118 может прикрепляться к выдвигающемуся элементу 116 в проеме выдвигающегося узла 116 между двумя концами узла, как показано на Фиг. 5c. В другом варианте осуществления, пробка 118 может прикрепляться в проеме выдвигающегося узла 116 вблизи переднего конца или вокруг переднего конца, как показано на Фиг. 5d. В еще одном варианте осуществления пробка 118 может заполнять по существу по всей длине проем узла 116, как показано на Фиг. 5e. Предусмотрено также, что конфигурации, описанные выше и показанные на Фиг. 5a-5e, можно использовать в различных комбинациях. В других вариантах осуществления любая одна конфигурация или комбинация конфигураций, показанных на Фиг. 5a-5e, может дополнительно содержать легкоразрушающийся материал вокруг переднего конца компонента, выполненный с возможностью взаимодействия с пластом, например позиция 118 на Фиг. 5f. С дополнительным разрушающимся материалом на переднем конце, т.е. конце, смежном с пластом, конфигурации Фиг. 5f могут дополнительно обеспечивать уплотнение путей утечки, когда выдвигающиеся элементы 116 взаимодействуют с пластом. В некоторых вариантах осуществления пробка 118 прикрепляется к выдвигающемуся узлу, по существу закрывая или блокируя проем. Например, могут выполняться отверстия или промежутки в пробках. В одном варианте осуществления выдвигающиеся элементы выполнены с возможностью выдвижения при нагнетании давления от около 1000 фунт/дюйм² (7 МПа) до около 5000 фунт/дюйм² (35 МПа). В других вариантах осуществления предусматривается также выполнение выдвигающихся элементов с возможностью выдвижения при других диапазонах давления.

В одном варианте осуществления пробки 118 включают в себя или по меньшей мере частично выполнены из легкоразрушающегося материала, который разрушается или распадается. Как рассмотрено выше, пробки выполнены из материала с возможностью отделения от выдвигающихся элементов, когда нагнетается некоторое давление, для (1) создания пути потока через выдвигающийся элемент, (2) создания улучшенного уплотнения между выдвигающимся элементом и пластом и (3) обеспечения точечного приложения давления для гидроразрыва пласта. Подходящие легкоразрушающиеся материалы для пробок 118 включают в себя без ограничения этим биологически разрушающиеся полимеры, которые разлагаются на кислоты. Одним таким полимером является PLA (полилактид) полимер 4060D от компании NATURE-WORKS.TM., подразделения Cargill Dow LLC. Данный полимер разлагается со временем и под действием температуры на молочную кислоту, которая не только растворяет фильтрационную корку бурового раствора, захваченную между муфтой, трубой или барьером и стенкой ствола скважины, но может также обрабатывать для интенсификации притока приствольную зону пласта. Полигликолиевая кислота TLF-6267 от DuPont Specialty Chemicals является другим полимером, легкоразрушающимся на гликолиевую кислоту с аналогичной функциональностью. Другие материалы из сложных полиэфиров, такие поликапролактамы и смеси полилактида и полигликолиевой кислоты, разрушаются аналогичным способом и создают аналогичную функциональность удаления фильтрационной корки бурового раствора. Твердые кислоты, например сульфаминовая кислота, трихлоруксусная кислота и лимонная кислота, в неограничивающих примерах удерживаемые от распада парафином или другим подходящим связывающим материалом, также являются подходящими. В соответствующей жидкости и/или при соответствующей температуре связующее растворяется или расплавляется, и твердые частицы кислоты превращаются в жидкость и в таком состоянии входят в контакт с фильтрационной коркой бурового раствора, удаляя ее с поверхности забоя ствола скважины и выполняя кислотную обработку участка приствольной зоны пласта с локальными путями потока. Гомополимеры полиэтилена и твердые парафины также можно считать материалами, пригодными для легкоразрушающихся барьеров в способе данного изобретения. Продукты разрушения барьера включают в себя без ограничения этим кислоты, основания, спирты, двуокись углерода, их комбинации и т.п.

Имеются материалы других типов, которые можно использовать для пробок 118 и которые можно регулируемо удалять. Полиалкиленоксиды, такие как полиэтиленоксид и полиалкиленгликоли, такие как полиэтиленгликоли, являются некоторыми наиболее широко используемыми материалами в других ситуациях. Данные полимеры медленно растворяются в воде. Интенсивность или скорость растворения зависит от молекулярного веса данных полимеров. Приемлемые скорости растворения можно получить с молекулярным весом в диапазоне 100000-7000000. Таким образом, скорости растворения для температурного диапазона от 50°C до 200°C могут подбираться с помощью подходящего молекулярного веса или смеси с подходящими молекулярными весами. В дополнение к представленным материалам другие подходящие материалы включают в себя легкоразрушающиеся материалы, служащие для временного закупоривания в скважине, известные в технике с различными химическими составами, подходящими для различных скважинных условий.

В одном неограничивающем варианте осуществления изобретения легкоразрушающийся материал разрушается за период времени в диапазоне от около 1 до около 240 часов. В альтернативном неограничивающем варианте осуществления период времени имеет диапазон от около 1 до около 120 часов, альтернативно от 1 до 72 часов. В другом неограничивающем варианте осуществления изобретения легкоразрушающийся материал разрушается в температурном диапазоне от около 50°C до около 200°C. В альтернативном неограничивающем варианте осуществления температура может иметь диапазон от около 50°С до около 150°C. Альтернативно нижний предел данных диапазонов может составлять около 80°C. Понятно, что время и температура могут работать вместе для разрушения материала. Можно использовать воду в составе обычных буровых или промывочных растворов заканчивания или некоторых других химреагентов индивидуально или вместе с временем и/или температурой для разрушения материала. Другие текучие среды или химреагенты, которые можно использовать, включают в себя без ограничения этим спирты, растворяющие средства, жидкое топливо, например дизельное топливо и т.п. В контексте данного изобретения легкоразрушающийся барьер считается по существу растворимым в текучей среде, если, по меньшей мере, половина барьера является растворимой в ней или растворяется в ней.

В других вариантах осуществления пробки 118 могут дополнительно содержать слой материала замедленного разрушения, который является аналогичным, но отличается от описанных легкоразрушающихся материалов. Данный слой материала замедленного разрушения предназначен в большинстве случаев для создания покрытия или нанесения поверх легкоразрушающихся пробок. Одной целью применения слоя материала замедленного разрушения является защита инструмента и легкоразрушающегося барьера во время спуска в скважину и установки инструмента. Некоторые материалы для слоя замедленного разрушения могут являться аналогичными или отличаться от материалов пробок 118.

Слой материала замедленного разрушения может включать в себя без ограничения этим полиуретан, насыщенные полиэфиры, поливиниловые спирты, полиэтилены низкого молекулярного веса, полимолочную кислоту, полигликолиевую кислоту, целлюлозу, полиамиды, полиакриламиды, поликетоны, производные целлюлозы, силиконы среднего и высокого молекулярного веса и их комбинации. Производные целлюлозы включают в себя без ограничения этим карбоксиметилцеллюлозу (CMC), гидроксиэтилцеллюлозу (HEC), полианионную целлюлозу (PAC), карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу (CMHEC) и их комбинации. Силиконы среднего молекулярного веса имеют средний молекулярный вес (M.sub.w) от около 10000 до около 100000, а силиконы высокого молекулярного веса имеют средний молекулярный вес от около 100000 до около 750000. Подходящие полиэтилены низкого молекулярного веса включают в себя без ограничения этим полиэтилены POLYWAX.RTM. cо средним молекулярным весом в диапазоне от около 450 до около 3000, поставляемые компанией Baker Fetrolite.

Дополнительно каждый или некоторые из элементов 116 могут иметь фильтрующий материал 128 в сквозном канале, который образуется после выдвижения элементов 116. Клапан 110, связанный с каждым телескопическим узлом 116, может также управляться толкателем муфты в любом требуемом порядке. Каждый клапан может иметь индивидуальный профиль, который может взаимодействовать с толкателем в одном или отдельных рейсах для выполнения гидравлического разрыва одним клапаном 110 и связанной с ним телескопической группой 116, готовой для гидравлического разрыва или несколькими клапанами 110 и телескопическими группами 116.

В альтернативе для закрытия клапана 110 можно использовать коленчатые гнезда шара, принимающие шар заданного диаметра и обеспечивающие управление клапаном 110 и проход шара после перемещения гнезда, где такое перемещение гнезда создает форму другого гнезда в другом клапане 110 для приема другого предмета, которое имеет диаметр одинаковый с первым сброшенным предметом и управление другим клапаном 110. Другие методики можно использовать для управления несколькими клапанами в одном рейсе в скважину. Например, сочлененный толкатель можно спускать в скважину и приводить в действие так, что при спуске в скважину или подъеме из скважины он может открывать или закрывать один или несколько клапанов либо с применением индивидуальных взаимодействующих профилей на каждом клапане, который предпочтительно является скользящей муфтой, или даже с общими сдвигающими профилями с использованием известного местоположения каждого клапана и приведения в действие толкателя перед достижением конкретного клапана, требующего переключения.

Альтернативно разрывные диски с уставкой на разрыв при различных расчетных давлениях можно использовать для последовательности, в которой телескопические элементы должны открываться при заданном давлении и в конкретном порядке. Вместе с тем, после разрыва разрывного диска для открытия подачи через группу телескопических элементов проходы не могут закрываться вновь, когда другой комплект дисков разрывается для доступа в другую зону. С помощью скользящих муфт весь имеющийся объем и давление можно направлять в заданную группу проходов, но с разрывными дисками система является менее гибкой, если в конкретных зонах требуется изолированный гидроразрыв.

Способ настоящего изобретения обеспечивает гидравлический разрыв в зоне необсаженного ствола скважины с направлением текучей среды гидроразрыва в пласт, не требует кольцевых барьеров, в нужном пласте гидравлический разрыв может проходить в зоне необсаженного ствола скважины без цементирования хвостовика. Такая методика в комбинации с клапанами на большинстве или всех телескопических элементах обеспечивает точечное проведение гидравлического разрыва в требуемых местах и в требуемом порядке. После гидравлического разрыва некоторые или все клапаны могут закрываться либо для закрытия всей скважины, где гидравлический разрыв проведен, или для селективного открытия одного или нескольких мест для эксплуатации с проходом через хвостовик в эксплуатационную колонну (не показано). Полученный в результате способ дает экономию на стоимости цементирования и стоимости кольцевых барьеров и обеспечивает выполнение всего технологического процесса до момента гидравлического разрыва пласта за меньшее время, чем в известных способах, описанных выше и показанных на Фиг. 1 и 2.

Хотя телескопические элементы рассмотрены как предпочтительный вариант осуществления, предусматриваются другие конструктивные решения для эффективного перекрывания промежутка окружающего кольцевого пространства способом, обеспечивающим взаимодействие с пластом для осуществления передачи давления и уменьшения потерь давления или ухода текучей среды в окружающее кольцевое пространство. Специалист в данной области техники должен понимать, что данный способ предназначен в основном для консолидированных пластов, где обрушение ствола не представляет значительной проблемы.

Одной альтернативой гидравлического выдвижения элементов 116 является их механическое выдвижение. Как показано позицией 130 на Фиг. 7a, телескопические блоки втянуты в обсадную колонну так, что не выступают за ее наружный диаметр 132 при спуске в скважину. Когда скользящая муфта 134 сдвигается, как показано на Фиг. 7b, например при установке шара 138 в гнездо 140, скользящая муфта 134 имеющимся сужением прикладывает механическую силу на телескопические блоки 130 и выдвигает их в контакт с пластом, как показано позицией 131. Хотя скользящая муфта является предпочтительной, любые механические устройства можно использовать для механического выдвижения телескопических блоков. В одном примере, показанном на Фиг. 8a и 8b, используется спуск колонны 142 с податливыми толкателями 144 для выталкивания наружу телескопических блоков, как показано на Фиг. 8a и 8b. Толкатели могут выдвигаться силой внутреннего давления или другим средством. В данном варианте закрывающее устройство применяется, если необходимо.

Другой альтернативе выталкиванию элементов 116 силой давления с использованием телескопических компонентов является включение расширения в состав хвостовика 104 для подачи элементов к окружающему пласту. Здесь можно использовать комбинацию телескопического узла, соединяющегося с трубчатым расширением. Расширение хвостовика может выполняться оправкой, продвижение которой выдвигает элементы, расположенные внутри хвостовика 104 во время спуска в скважину. Альтернативно расширение может выполняться с помощью давления, которое не только расширяет хвостовик, но также выдвигает элементы 116.

Если необходимо, передние концы выдвигающейся дальше всех от оси телескопической секции 122 можно выполнять твердыми и острыми, например с зубками из карбида или алмаза, для содействия проникновению в пласт, а также уплотнению на нем. Передний конец может выполняться зубчатым или содержать другие рисунки с остриями, содействующими проникновению в пласт.

Хотя настоящее изобретение и его преимущества описаны подробно, понятно, что различные изменения, замены и вариации в нем можно выполнять без отхода от сущности и объема, определенного прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, объем настоящей заявки не ограничен конкретными вариантами осуществления способа, механизма изготовления, состава, средства, способов и этапов, приведенных в описании. Специалисту в данной области техники понятно из описания настоящего изобретения, что способы, механизмы, изготовление, состав, средства, способы и этапы, существующие или которые предстоит разработать, которые выполняют по существу одинаковые функции или достигают по существу одинакового результата с соответствующими вариантами осуществления, описанными в данном документе, можно использовать согласно настоящему изобретению. Соответственно прилагаемая формула изобретения включает в себя в своем объеме такие способы, механизмы изготовления, составы, средства, способы или этапы.

Реферат

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для гидравлического разрыва пласта. Гидравлический разрыв пласта проводится в зоне необсаженного ствола скважины без изоляции кольцевого пространства. Кольцевое пространство перекрывается выдвигающимися элементами, расположенными за изоляционными клапанами. Выдвигающиеся элементы могут содержать биологически разрушающуюся пробку, которая обеспечивает выдвижение выдвигающихся элементов с помощью приложения давления. С пробкой, остающейся на месте, дополнительное давление может подаваться до выталкивания по меньшей мере части легкоразрушающегося материала на поверхность пласта. По меньшей мере часть выталкиваемого легкоразрушающегося материала создает уплотнение между концом выдвигающихся элементов и поверхностью пласта для обеспечения нарастания давления до превышения градиента разрыва пласта и гидравлического разрыва пласта. Технический результат заключается в повышении эффективности гидравлического разрыва пласта в зоне необсаженного ствола скважины. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

Формула