Система и способ заканчивания скважины, имеющей множество зон (варианты) - RU2316643C2
Код документа: RU2316643C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение в общем относится к добыче углеводородов в подземных пластах и, в частности, к системе и способу подачи обрабатывающих жидкостей в скважины, содержащие несколько эксплуатационных зон.
При выполнении типичных операций в стволе скважины различные обрабатывающие жидкости могут нагнетаться в скважину и, в конечном счете, в пласт горной породы для восстановления или повышения производительности этой скважины. Например, в ствол скважины может нагнетаться "жидкость для гидроразрыва", не являющаяся химически активной, для создания и распространения трещин в пласте горной породы с целью создания каналов, облегчающих перемещение потока углеводородов по направлению к стволу скважины, чтобы в результате эти углеводороды можно было откачать из скважины. При выполнении таких операций гидроразрыва упомянутая жидкость вводится в ствол скважины гидравлическим путем, проникая в подземный пласт, и воздействует давлением на слои этого пласта. Это заставляет слои разламываться и растрескиваться, и при перемещении вязкой жидкости, содержащей расклинивающий наполнитель, в разлом горной породы этот расклинивающий наполнитель проникает в трещины. Возникающее в результате разрушение, обусловленное проникновением расклинивающего наполнителя, приводит к увеличению потока извлекаемого флюида (т.е. нефти, газа или воды) в ствол скважины. В качестве другого примера, в пласт горной породы может быть введена жидкость, оказывающая реакционное воздействие на пласт или "кислота". Обработка пласта путем окисления приводит к растворению материала в его порах, что увеличивает производительность добычи.
В настоящее время в скважинах, содержащих несколько эксплуатационных зон, при обработке различных пластов горной породы может оказаться необходимым использовать соответствующую операцию, включающую несколько этапов, что требует выполнения множества спусков-подъемов (рейсов). Каждый рейс в общем случае состоит из изолирования отдельной эксплуатационной зоны и последующей подачи обрабатывающей жидкости в изолированную зону. Так как для изолирования и обработки каждой из зон требуется несколько рейсов, то вся операция может оказаться очень длительной и дорогостоящей.
Целью настоящего изобретения является создание систем и способов, обеспечивающих подачу обрабатывающих жидкостей в несколько зон скважины за один рейс.
Эта цель достигается тем, что система для заканчивания скважины, имеющей множество зон, содержит обсадную колонну, размещенную и закрепленную в стволе скважины посредством цемента, множество клапанов, соединенных с обсадной колонной и предназначенных для регулирования сообщения между этой колонной и зоной скважины, при этом, по меньшей мере, один из клапанов содержит фильтр, способный перемещаться между фильтрующим положением, в котором фильтр совмещен с, по меньшей мере, одним отверстием клапана, и другим положением, в котором он не совмещен с указанным отверстием клапана.
Каждый клапан может содержать корпус, имеющий осевой канал и, по меньшей мере, одно отверстие, предназначенное для обеспечения сообщения между осевым каналом корпуса и зоной скважины, и скользящую гильзу, установленную в корпусе с возможностью перемещения между положением с открытым отверстием, в котором существует путь прохождения потока между осевым каналом корпуса и зоной скважины, и положением с закрытым отверстием, в котором путь прохождения потока прерван.
Скользящая гильза может содержать, по меньшей мере, одно отверстие, совмещенное, по меньшей мере, одним отверстием корпуса при расположении гильзы в положении с открытым отверстием, и не совмещенное с, по меньшей мере, одним отверстием корпуса при расположении гильзы в положении с закрытым отверстием.
Система может дополнительно содержать шток, способный перемещать скользящую гильзу между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием.
Система может дополнительно содержать передатчик, соединенный , по меньшей мере, с одним клапаном и способный излучать предварительно определенный сигнал, и приемник, соединенный со штоком и способный обнаруживать предварительно определенный сигнал, излучаемый передатчиком, при этом шток способен перемещать скользящую гильзу клапана между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием при обнаружении предварительно определенного сигнала передатчика. Предварительно определенный сигнал может быть выбран из группы, состоящей из радиосигнала, акустического сигнала, сигнала радиоактивного излучения и магнитного сигнала.
Система может дополнительно содержать контроллер, поршень, установленный в корпусе каждого клапана для соединения со скользящей гильзой, соленоид, соединенный с поршнем каждого клапана и способный перемещать гильзу между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием, и сеть линий управления, предназначенную для соединения контроллера с, по меньшей мере, одним клапаном.
Система может дополнительно содержать адресуемый переключатель, установленный в электрической цепи, образованной сетью линий управления между контроллером и каждым клапаном, при этом сеть линий управления содержит, по меньшей мере, одну гидравлическую линию управления и, по меньшей мере, одну электрическую линию управления.
Система может дополнительно содержать сбрасываемый шар, имеющий заранее определенный диаметр, и гнездо, соединенное с гильзой одного из клапанов и имеющее осевой канал с диаметром, меньшим диаметра шара, при этом шар способен входить в контакт с гнездом для перемещения скользящей гильзы между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием.
Система может дополнительно содержать опускаемый инструмент, состоящий из корпуса с прикрепленным к нему блокировочным механизмом, имеющим множество штырей, один конец которых закреплен на корпусе опускаемого инструмента, а другой конец имеет выступающий элемент, и блокировочный механизм способен переключаться между первым положением, в котором множество штырей убрано, и вторым положением, в котором множество штырей выдвинуто наружу в радиальном направлении, и рабочую колонну, предназначенную для подвешивания опускаемого инструмента в стволе скважины, при этом гильза каждого клапана содержит ответную часть, способную принимать выступающие элементы множества штырей блокировочного механизма, когда этот механизм находится во втором положении.
Каждое отверстие клапана может быть выполнено в выступающем элементе, размещенном на корпусе и выступающем наружу в радиальном направлении к стволу скважины.
Система может дополнительно содержать трубчатый поршень, установленный в каждом отверстии корпуса и способный выдвигаться из корпуса наружу в радиальном направлении для контакта со стволом скважины и установления сообщения между осевым каналом корпуса и зоной скважины.
Система может дополнительно содержать хрупкий элемент, установленный в трубчатом поршне и способный герметично отделять осевой канал корпуса от ствола скважины. Трубчатый поршень может быть выполнен с острым концом, перемещаемым наружу в радиальном направлении для контакта с зоной скважины.
Система может дополнительно содержать расширяющийся элемент, образованный вокруг отверстия одного из клапанов и способный предотвращать поступление цемента в отверстие при его активации. Расширяющийся элемент может быть выбран из группы, состоящей из разбухающего каучука, разбухающего гидрогеля и разбухающей эластомерной смеси.
Согласно изобретению создан способ заканчивания скважины, имеющей множество зон, и содержащий следующие этапы:
опускание обсадной колонны, содержащей множество выполненных в ней клапанов с расширяющимся элементом, сформированным вокруг отверстия, по меньшей мере, одного клапана, с поверхности вниз, в ствол скважины таким образом, что каждый клапан располагается на уровне зоны скважины;
цементирование обсадной колонны в стволе скважины;
открытие, по меньшей мере, одного клапана для обеспечения сообщения ствола скважины с поверхностью;
активация расширяющегося элемента для предотвращения поступления цемента в указанное отверстие.
Способ может дополнительно содержит этап подачи обрабатывающей жидкости в зону скважины через открытый клапан.
Открытие клапана можно осуществлять посредством перемещения под действием давления штока с поверхности в обсадную колонну для перемещения гильзы в клапане, или посредством сбрасывания с поверхности шара в обсадную колонну для его размещения в гнезде гильзы клапана и увеличения гидравлического давления над шаром для перемещения гильзы в клапане, или посредством подачи электрического сигнала на соленоид клапана по линии управления и обеспечения энергией поршня для перемещения скользящей гильзы в клапане.
Способ может дополнительно содержать этап перемещения, по меньшей мере, одного трубчатого поршня наружу в радиальном направлении для обеспечения сообщения между зоной скважины и клапаном.
Согласно изобретению создана система для заканчивания скважины, имеющей множество зон, содержащая обсадную колонну, размещенную и закрепленную в стволе скважины при помощи цемента, множество клапанов, соединенных с обсадной колонной и содержащих, каждый, сквозное отверстие, предназначенное для регулирования сообщения между обсадной колонной и одной из зон скважины, и скользящую гильзу, установленную в клапане, предназначенную для регулировки сообщения через сквозное отверстие и имеющую осевой канал, имеющий ответную часть, исполнительный инструмент, содержащий конусный замок, способный избирательно входить в сцепление с ответной частью скользящей гильзы каждого клапана, и рабочую колонну, соединенную с исполнительным инструментом и способную перемещать этот инструмент в стволе скважины в осевом направлении.
Система может дополнительно содержать покрытие, нанесенное на корпус каждого клапана, способное уменьшать связь цемента с корпусом.
Система может дополнительно содержать множество выступов, выполненных на корпусе каждого клапана и выступающих наружу в радиальном направлении в сторону ствола скважины для уменьшения объема цемента, находящегося в кольцевом пространстве, образованном корпусом и стволом скважины, при этом между двумя соседними выступами расположена канавка, обеспечивающая прохождение цемента через кольцевое пространство при выполнении операции цементирования.
Согласно другому варианту осуществления изобретения создана система для заканчивания скважины, имеющей зону скважины, содержащая обсадную колонну, размещенную и закрепленную в стволе скважины посредством цемента и имеющую осевой канал, и клапан, соединенный с обсадной колонной, предназначенный для регулирования сообщения между этой колонной и зоной скважины и способный перемещаться между открытым положением, в котором существует путь прохождения потока между осевым каналом обсадной колонны и зоной скважины, и закрытым положением, в котором путь прохождения потока прерван, при этом клапан имеет выбранное фильтрующее положение для фильтрации текучей среды, поступающей из зоны скважины.
Система может дополнительно содержать шток, способный переключать клапан между открытым положением и закрытым положением.
Система может дополнительно содержать контроллер, поршень, соединенный с клапаном, соленоид, соединенный с поршнем клапана и способный перемещать поршень для переключения клапана между открытым положением и закрытым положением, и линию управления, соединяющую контроллер с клапаном.
Система может дополнительно содержать сбрасываемый шар, способный переключать клапан между открытым положением и закрытым положением.
Система может дополнительно содержать опускаемый инструмент, состоящий из корпуса с прикрепленным к нему блокировочным механизмом и способный переключать клапан между открытым положением и закрытым положением, и рабочую колонну, предназначенную для подвешивания опускаемого инструмента в стволе скважины.
Система может дополнительно содержать расширяющийся элемент, образованный вокруг клапана и способный предотвращать поступление цемента в клапан при открытом положении клапана.
Согласно еще одному варианту изобретения система для заканчивания скважины, имеющей множество зон, содержит обсадную колонну, размещенную и закрепленную в стволе скважины посредством цемента, множество клапанов, соединенных с обсадной колонной и предназначенных для регулирования сообщения между этой колонной и зоной скважины, и расширяющийся элемент, образованный вокруг отверстия корпуса одного из клапанов и способный предотвращать поступление цемента в указанное отверстие при его активации.
Расширяющийся элемент может быть выбран из группы, состоящей из разбухающего каучука, разбухающего гидрогеля и разбухающей эластомерной смеси.
Более подробное описание изобретения приведено ниже со ссылками на приложенные чертежи, на которых изображено следующее:
Фиг.1 изображает вид сбоку одного из вариантов системы заканчивания многозонной скважины, соответствующей настоящему изобретению, которая содержит зональные распределительные клапаны, размещаемые в стволе скважины;
Фиг.2А-2В изображают вид сбоку и поперечное сечение одного из вариантов зонального распределительного клапана, соответствующего настоящему изобретению, который содержит скользящую гильзу;
Фиг.3 изображает поперечное сечение одного из вариантов исполнительного штока, используемого при приведении в действие скользящей гильзы зонального распределительного клапана;
Фиг.4А-4Е изображают поперечные сечения одного из вариантов зонального распределительного клапана со скользящей гильзой, приводимого в действие штоком с использованием радиочастотных приемников/передатчиков;
Фиг.5А изображает поперечное сечение одного из вариантов зонального распределительного клапана, содержащего осевой поршень, предназначенный для приведения в действие гильзы;
Фиг.5В схематично изображает один из вариантов системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению, которая содержит сеть линий управления, предназначенную для приведения в действие одного или несколько зональных распределительных клапанов;
Фиг.6 изображает вид сбоку одного из вариантов системы заканчивания многозонной скважины, соответствующей настоящему изобретению, которая содержит зональные распределительные клапаны, приводимые в действие одним или несколькими сбрасываемыми шарами;
Фиг.7 изображает поперечное сечение зонального распределительного клапана со скользящей гильзой, который содержит дополнительную фильтрующую область;
Фиг.8А-8D изображают поперечные сечения различных вариантов поршней, предназначенных для откачки, которые установлены в отверстиях зонального распределительного клапана;
Фиг.9А-9Н изображают поперечные сечения одного из вариантов зонального распределительного клапана со скользящей гильзой, устанавливаемого в стволе скважины;
Фиг.10А-10С изображают виды сбоку одного из вариантов системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению, которую размещают в открытом или необсаженном стволе скважины;
Фиг.11А-11Е изображают виды сбоку нескольких зональных распределительных клапанов со скользящими гильзами, приводимых в действие блокировочным механизмом, который подвешен на рабочей колонне.
Необходимо отметить, однако, что приложенные чертежи иллюстрируют только типичные варианты реализации настоящего изобретения и, таким образом, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, поскольку изобретение может допускать и другие варианты его реализации, обладающие равнозначной эффективностью.
В приведенном ниже описании для облегчения понимания настоящего изобретения указаны многочисленные детали. Однако специалисты в данной области техники должны понимать, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без использования этих деталей, и что к описанным вариантам реализации настоящего изобретения могут быть сделаны различные изменения и модификации.
В описании и приложенной Формуле изобретения термины "соединять", "соединение", "соединенный", "в соединении с" и "соединяющий" используются в значении "в непосредственном соединении с" или "в соединении через другой элемент", и термин "группа" используется в значении "один элемент" или "более одного элемента". В том виде, как они здесь используются, термины "вверх" и "вниз", "верхний" и "нижний", "в направлении вверх" и "в направлении вниз", "выше по течению" и "ниже по течению", "выше" и "ниже" и другие подобные термины, указывающие относительное положение выше или ниже заданной точки или элемента, применяются в данном описании с целью более четкого описания некоторых вариантов реализации настоящего изобретения. Кроме того, термин "уплотняющий механизм" включает пакеры, пакер-пробки, забойные клапаны, скользящие гильзы, комбинации перегородка-пробка, уплотнения приемных гнезд (пакеров), а также все другие способы и устройства, предназначенные для временной блокировки потока текучих сред через ствол скважины. Кроме того, термин "обрабатывающая жидкость" включает любую жидкость, подаваемую в пласт для стимулирования добычи, включая жидкость для гидроразрыва, кислоту, гель, пену или другую жидкость для воздействия на пласт, но не ограничиваясь перечисленным.
Настоящее изобретение в общем относится к системе и способу для заканчивания многозонных скважин путем подачи обрабатывающей жидкости для достижения определенной производительности. В типичном случае такие скважины заканчивают поэтапно, что приводит к длительному времени заканчивания (например, приблизительно от четырех до шести недель). При использовании настоящего изобретения можно снизить время заканчивания (например, до нескольких дней) путем выполнения нескольких операций, каждая из которых ранее осуществлялась за один рейс, в процессе единого рейса.
На Фиг.1 изображен вариант системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению, которая предназначена для использования в стволе 10 скважины. Ствол 10 скважины может включать множество зон 12А и 12В (например, пластовые, эксплуатационные зоны, зоны нагнетания, нефтегазоносные, нефтеносные, газоносные либо водоносные зоны или интервалы). Система заканчивания включает обсадную колонну 20, содержащую один или несколько зональных распределительных клапанов 25А и 25В, размещенных в соответствии с расположением каждой пластовой зоны 12А и 12В. Зональные распределительные клапаны 25А и 25В служат для регулирования гидродинамической взаимосвязи между осевым каналом обсадной колонны 20 и соответствующей пластовой зоной 12А и 12В. Например, для подачи обрабатывающей жидкости в пластовую зону 12В клапан 25В открывают, а клапан 25А закрывают. В результате любая обрабатывающая жидкость, подаваемая в обсадную колонну 20 с поверхности, будет подаваться в зону 12В и будет проходить мимо зоны 12А. Клапаны 25А и 25В системы заканчивания скважины могут включать клапан любого типа или различные комбинации клапанов, включая клапаны со скользящей или вращающейся гильзой, шаровые клапаны, откидные клапаны, но не ограничиваясь перечисленным. Более того, хотя в данном варианте описана система заканчивания, включающая обсадную колонну, в других вариантах может быть использована любая последовательность трубчатых элементов, включающая обсадную трубу, вкладыш, патрубок, трубу или другие трубчатые элементы.
Что касается использования системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению, то некоторые ее варианты могут быть размещены в стволе скважины (например, открытом или необсаженном стволе) в качестве временного оборудования. В таких вариантах уплотняющие механизмы могут быть использованы для каждого клапана и внутри кольцевого пространства, образованного последовательностью трубчатых элементов и стволом скважины для изоляции пластовых зон, обрабатываемых обрабатывающей жидкостью. Однако в других вариантах клапаны и обсадная колонна системы заканчивания могут быть зацементированы на месте в качестве постоянного оборудования. В таких вариантах цемент служит для изоляции каждой пластовой зоны.
На Фиг.2А и 2В изображен один из вариантов зонального распределительного клапана 25. Клапан 25 включает внешний корпус 30, через который проходит осевой канал и который соединен с обсадной колонной 20 (или другой последовательностью трубчатых элементов), либо является ее неотъемлемой частью. Корпус 30 имеет группу отверстий 32, выполненных в нем с целью установления сообщения между стволом скважины и осевым каналом в этом корпусе. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения корпус 30 также содержит группу "выступов" или выступающих элементов 34, в которых выполнены отверстия 32. Каждый выступ 34 выдается наружу в радиальном направлении для снижения до минимума зазора 14 между клапаном 25 и стволом 10 скважины (как показано на Фиг.1), при этом цемент может по-прежнему свободно протекать через канавки между выступами во время цементирования обсадной колонны. Путем снижения до минимума зазора 14 между выступами 34 и пластом горной породы, кроме того, можно уменьшить до минимума количество цемента, препятствующего сообщению через отверстия 32. Внутри осевого канала корпуса 30 установлена гильза 36. Гильза 36 может перемещаться между: "положением с открытым отверстием", при котором существует сообщение между стволом скважины и осевым каналом корпуса 30 через группу отверстий 32, и "положением с закрытым отверстием", при котором гильза 36 препятствует сообщению между стволом скважины и осевым каналом корпуса 30 через группу отверстий 32. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения в гильзе 36 выполнена группа отверстий 38, которые совмещены с группой отверстий 32 корпуса 30 при положении с открытым отверстием и несовмещены с группой отверстий 32 корпуса 30 при упомянутом положении с закрытым отверстием. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения гильза 36 не имеет отверстий, и клапан 25 переходит в положение с открытым отверстием и положение с закрытым отверстием соответственно в результате перемещения гильзы 36 из положения в непосредственной близости от группы отверстий 32 и перемещения гильзы 36 в положение, когда она закрывает группу отверстий 32. Хотя в этом варианте реализации настоящего изобретения гильза 36 переходит из положения с открытым отверстием в положение с закрытым отверстием и обратно в результате скольжения или шагового перемещения в осевом направлении, в других вариантах эта гильза может переходить из положения с открытым отверстием в положение с закрытым отверстием и обратно в результате вращения вокруг центральной оси корпуса 30. Более того, хотя в данном варианте клапан 25 содержит гильзу 36, установленную внутри корпуса 30, в альтернативном варианте гильза 36 может быть расположена с внешней стороны этого корпуса.
Зональный распределительный клапан 26 может приводиться в действие при помощи ряда устройств, включая штоки, инструментальные колонны, линии управления и сбрасываемые шары, но не ограничиваясь перечисленным. Кроме того, варианты реализации настоящего изобретения могут включать беспроводное приведение в действие зонального распределительного клапана, например, при помощи импульса давления, волн электромагнитного излучения, сейсмических волн, акустических сигналов и других способов беспроводной передачи сигнала. На Фиг.3 изображен один из вариантов исполнительного механизма для выборочного приведения в действие клапанов системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению. Шток 100, содержащий блокировочный механизм 110 (например, конусный замок), может опускаться в обсадную колонну 20 и под действием давления продвигаться вниз до вхождения в сцепление с ответной частью 37, выполненной в скользящей гильзе 36 клапана 25. После вхождения штока в сцепление с гильзой гидравлическое давление за штоком 100 может быть увеличено до предварительно определенного уровня для перемещения гильзы между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения шток 100 может содержать центратор 115 (например, направляющие пластины).
В некоторых вариантах штока, соответствующего настоящему изобретению, блокировочный механизм 110 является неподвижным, то есть блокировочный механизм выдвинут наружу в радиальном направлении для вхождения в сцепление с ответной частью 37, выполненной в гильзе 36 первого клапана 25, который встречается на его пути (Фиг.3). В других вариантах блокировочный механизм 110 является подвижным, то есть шток 100 сначала продвигается вниз с убранным блокировочным механизмом (как показано на Фиг.4А), и запрограммирован на выдвижение наружу в радиальном направлении при приближении к заранее определенному клапану (Фиг.4В). В этом случае может выбираться клапан 25, расположенный в конкретном интервале пласта, который открывается для поступления обрабатывающей жидкости в нижележащий пласт. Например, согласно Фиг.4А, каждый из клапанов 25А, 25В и 25С содержит передатчик 120А, 120В и 120С, излучающий конкретный сигнал (например, радиосигнал, акустический сигнал, сигнал радиоактивного излучения, магнитный сигнал и т.д.). Каждый передатчик 120А, 120В и 120С каждого из клапанов 25А, 25В и 25С может излучать уникальный радиосигнал. Шток 100 под действием давления продвигается вниз с поверхности с конусным замком 110 (или другим блокировочным механизмом), находящимся в убранном (т.е. не выдвинутом в радиальном направлении) положении. Шток 100 содержит приемник 125, предназначенный для приема конкретного заданного радиосигнала. Когда шток 100 проходит мимо клапанов 25А и 25В, излучающих отличающийся радиосигнал, конусный замок 110 остается убранным. Как показано на Фиг.4В, когда шток 100 приближается к клапану 25С, излучающему заданный радиосигнал, конусный замок 110 быстро переходит в выдвинутое положение за счет перемещения наружу в радиальном направлении. Как показано на Фиг.4С, выдвинутый конусный замок 110 штока 100 запирается в ответной части 37С гильзы 36С. После этого шток 100 и гильзу 36 можно за счет давления перемещать вниз до тех пор, пока клапан 25С не перейдет в положение с открытыми отверстиями, в результате чего может быть обеспечена подача обрабатывающей жидкости в пластовую зону 12С.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения шток может содержать уплотняющий механизм для предотвращения прохождения обрабатывающей жидкости ниже штока, когда он заблокирован в скользящей гильзе клапана. Как показано на Фиг.40, в таких вариантах реализации настоящего изобретения в обсадную колонну 20 может быть опущен и продвинут вниз при помощи давления другой шток 200. Как и в случае штока 100, конусный замок 210 штока 200 остается в убранном положении до тех пор, пока шток 200 не приблизится к передатчику 120В клапана 25В, излучающему заданный радиосигнал, соответствующий приемнику 225 штока 200. Как показано на Фиг.4Е, когда принят данный сигнал, конусный замок 210 быстро переходит в выдвинутое положение за счет перемещения наружу в радиальном направлении, в результате чего он запирается и герметизируется в ответной части 37В гильзы 36В данного клапана. После этого шток 200 и гильзу 36В можно за счет давления перемещать вниз до тех пор, пока клапан 25В не перейдет в положение с открытым отверстием, при этом клапан 25В изолируется от клапанов 25А и 25С. В этом случае обрабатывающую жидкость можно подавать в пластовую зону 12В. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения штоки могут содержать ловильную часть, в результате чего их можно извлекать после подачи обрабатывающей жидкости и до начала эксплуатации скважины.
В еще одном варианте системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению, как показано на Фиг.11А-11Е, вместо продвижения блокировочного механизма за счет давления вниз на штоки, блокировочный механизм 700 (например, конусный замок) может опускаться в скважину на рабочей колонне 705 (например, лифтовой колонне из гибких труб, наматываемых на барабан, тросе, бурильной колонне или проволочном канате). Блокировочный механизм 700 используется для вхождения в сцепление с гильзами 36А, 36В и 36С для перемещения этих гильз между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием. При выполнении операций возбуждения притока в скважину блокировочный механизм 700 может использоваться для открывания соответствующего клапана 25А, 25В и 25С пластовой зоны 12А, 12В и 12С, в который планируется подача обрабатывающей жидкости. В этом случае заданный интервал пласта во время процесса возбуждения притока изолируют от любых других интервалов пласта. Например, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения блокировочный механизм 700, содержащий конусный замок 710, может опускаться вниз на тросе 705. Конусный замок 710 содержит множество штырей 712, на концах которых выполнены выступающие элементы 714, предназначенные для сцепления с ответной частью 39А, 39В, 39С, расположенной на внутренней поверхности скользящей гильзы 36А, 36В, 36С каждого из клапанов 25А, 25В и 25С. При приведении в действие конусный замок 710 может занимать одно из двух положений: первое положение, при этом штыри 712 убираются (Фиг.11А), и второе положение, при этом упомянутые штыри при перемещении выдвигаются наружу в радиальном направлении (Фиг.11В). Конусный замок 710 может приводиться в действие импульсами давления, посылаемыми с поверхности, которые должны приниматься контроллером, установленным в блокировочном механизме 700. В качестве альтернативы блокировочный механизм 700 может также содержать преобразователь натяжения, в результате чего сигналы в контроллер этого механизма могут подаваться за счет вертикального перемещения троса 705 (например, при вытягивании троса на поверхность). В процессе работы блокировочный механизм 700 опускается до самого нижнего клапана 25С, при этом конусный замок 710 этого механизма находится в первом, убранном положении. Когда блокировочный механизм 700 достигает заданной глубины поблизости от пластовой зоны 12С, конусный замок 710 приводится в действие с поверхности для перемещения штырей 712 наружу в радиальном направлении, в результате чего элементы 714 входят в сцепление с ответной частью 39С скользящей гильзы 36С. Блокировочный механизм 700 подтягивается в осевом направлении вверх на тросе 705 для перевода скользящей гильзы 36С из положения с закрытыми отверстиями в положение с открытыми отверстиями, что позволяет подавать обрабатывающую жидкость в нижележащую пластовую зону 12С. После обработки пластовой зоны 12С блокировочный механизм 700 снова подтягивают в осевом направлении вверх на тросе 705 для перевода скользящей гильзы 36С из положения с открытым отверстием в положение с закрытым отверстием. После чего конусный замок 710 снова приводится в действие, чтобы убрать штыри 712, и вывести этот механизм из сцепления со скользящей гильзой 36С. Затем блокировочный механизм 100 может быть перемещен вверх к следующему клапану 25В, в результате чего этот клапан можно открыть, в пластовую зону 12В подать обрабатывающую жидкость, и после этого снова закрыть данный клапан. Этот процесс можно повторить для каждого клапана, имеющегося в системе заканчивания скважины.
В других вариантах реализации настоящего изобретения клапаны системы заканчивания скважины могут приводиться в действие с использованием сети линий управления (например, гидравлических, электрических, волоконно-оптических или их комбинации). Сеть линий управления может соединять каждый из клапанов с расположенным на поверхности контроллером, который предназначен для управления положением этих клапанов. Как показано на Фиг.5А-5В, каждый клапан 25А, 25В и 25С содержит осевой поршень 60, который является его неотъемлемой частью и предназначен для перемещения гильзы 36 между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием, а также содержит соленоид 62А, 62В и 62С, предназначенный для снабжения энергией поршня каждого из упомянутых клапанов. Один из вариантов данной сети может включать отдельную линию управления для каждого клапана 25, идущую на поверхность, либо может существовать только одна электрическая линия 64 управления и линия 66 гидравлического питания. В случае варианта, включающего одну электрическую линию 64 управления, уникальный электрический сигнал посылается на адресуемый переключатель 68А, 68В и 68С, который имеет электрическое соединение соответственно с соленоидом 62А, 62В и 62С. Каждый адресуемый переключатель 68А, 68В и 68С распознает уникальный электрический адрес и осуществляет подачу электроэнергии на соответствующий соленоид 62А, 62В, 62С только в случае приема упомянутого уникального сигнала. Каждый из соленоидов 62А, 62В, 62С подает гидравлическое давление от линии питания или сбрасывает гидравлическое давление в пласт, обсадную колонну или обратно на поверхность. При его приведении в действие каждый из соленоидов 62А, 62В и 62С перемещает гильзу 36 между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием.
В следующих вариантах системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению, исполнительный механизм, предназначенный для приведения в действие клапанов, может включать группу сбрасываемых шаров. Как показано на Фиг.6, каждый из клапанов 25А, 25В, 25С может содержать соответствующее гнездо 300А, 300В, 300С для сбрасываемого шара, которое предназначено для размещения сбрасываемого шара в гильзе 36А, 36В и 36С и герметизации проходящего через нее осевого канала. Затем с поверхности на сбрасываемый шар может подаваться давление для перемещения каждой из гильз 36А, 36В и 36С между положением с открытым отверстием и положением с закрытым отверстием. В одном из вариантов каждый клапан может содержать гнездо с таким размером, чтобы удерживать шар определенного размера. Например, осевой канал, проходящий через гнездо 300 В расположенного выше клапана 25В, может иметь диаметр больше чем у гнезда 300С расположенного ниже клапана 25С, в результате чего сбрасываемый шар 310С, предназначенный для приведения в действие расположенного ниже клапана 25С, может проходить через осевой канал гнезда 300В клапана 25В, который расположен выше. Это позволяет сначала открыть расположенный ниже клапан 25С, обработать пласт 12С, затем открыть расположенный выше клапан 25В при помощи сбрасываемого шара 310В и обработать пласт 12В. Как и в случае использования штоков, при размещении шаров в гнездах может обеспечиваться герметичность, чтобы изолировать клапаны, расположенные ниже, во время подачи обрабатывающей жидкости.
На Фиг.7 изображен другой вариант зонального распределительного клапана 25, используемого с системой заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению. Как и в случае варианта, показанного на Фиг.2, клапан 25 содержит корпус 30, в котором выполнена группа отверстий 32 корпуса, и скользящую гильзу 36, в которой выполнена группа соответствующих отверстий 38 гильзы. Однако в этом варианте гильза 36 также содержит фильтр 400. При совмещении с группой отверстий 32 корпуса 30 фильтр 400 гильзы 36 обеспечивает третье положение, в котором может работать клапан 25. При выполнении операций в скважине данный вариант клапана 25 может находиться в трех положениях: закрытое положение, полностью открытое положение для подачи обрабатывающей жидкости и открытое положение через фильтр 400. "Фильтрующее положение" может использоваться для предотвращения поступления расклинивающего наполнителя или в ином случае для традиционной борьбы с поступлением песка (т.е. для предотвращения поступления в ствол скважины извлекаемого песка). Фильтр 400 может быть изготовлен в виде любого обычного экрана для борьбы с поступлением песка, включая вкладыш со щелевидными продольными отверстиями, который обернут проволокой, металлическую ткань и спеченный слоистый материал, но не ограничиваясь перечисленным.
На Фиг.8А-8С изображен следующий вариант зонального распределительного клапана 25, который предназначен для использования с цементируемой системой заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению. В этом варианте в каждом отверстии 32 корпуса 30 размещен выдвигаемый поршень 500, в котором выполнен осевой канал, предназначенный для сообщения между пластом и осевым каналом клапана 25. Каждый поршень 500 может выдвигаться для вхождения в контакт с пластом и создания уплотнения, препятствующего проникновению цемента во время цементирования обсадной колонны, что позволяет цементу протекать мимо выдвинутых поршней. В общем случае каждый из клапанов 25 опускают вниз вместе с обсадной колонной в таком состоянии, когда поршни 500 находятся в убранном положении. Когда обсадной колонной достигнута заданная глубина, поршни 500 под воздействием давления могут быть выдвинуты наружу в радиальном направлении и могут войти в контакт и/или создать герметичное соединение с пластом. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения каждый из поршней содержит хрупкую прокладку 505 (например, разрушаемый диск), установленную в поршне для предотвращения поступления в него цемента. Когда цемент затвердел, при помощи давления можно разрушить прокладку 505 в клапане 25 и установить гидродинамическую взаимосвязь с пластом. После чего через выдвинутые поршни 500 можно подавать в пласт обрабатывающую жидкость. В качестве альтернативы, чтобы закрыть отверстия и воспрепятствовать поступлению цемента в клапан, к корпусу может быть прикреплен тонкий металлический щиток. В этом варианте упомянутый щиток можно легко оторвать от корпуса с помощью давления обрабатывающей жидкости во время операции возбуждения притока в нижележащем интервале. В альтернативном варианте, как показано на Фиг.80, каждый из поршней 500 может иметь острый конец 510 для создания первоначального участка поступления обрабатывающей жидкости в пласт, после того как поршень выдвигается для контактирования с этим пластом. Такие альтернативные поршни 500 могут иметь открытый конец и содержать хрупкую прокладку 505, либо иметь закрытый конец и не содержать хрупкой прокладки (не показано). В последнем случае острый конический конец 510 поршня 500 будет разрушаться под действием давления, позволяя обеспечить гидродинамическую взаимосвязь с пластом.
Как показано на Фиг.9А-9Н предлагается следующий вариант способа установки системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению. В этом варианте система заканчивания скважины является неотъемлемой частью обсадной колонны и цементируется в стволе скважины в виде постоянного оборудования. Цемент обеспечивает изоляцию зон, делая необязательным использование каких-либо механических устройств для изоляции зон (заколонные пакеры, саморасклинивающиеся эластомерные пакеры и т.п.). Сначала обсадную колонну, содержащую один или более зональных распределительных клапанов 25, опускают в ствол скважины на заданную глубину, при которой каждый клапан находится на уровне соответствующей заданной пластовой зоны 12 (Фиг.9А). Лифтовая колонна 600 опускается через осевой канал обсадной колонны до уровня дна этой колонны (Фиг.9В), при этом между обсадной колонной и рабочей лифтовой колонной 600 создается герметичное соединение (например, путем установки в посадочное отверстие). С поверхности к каждому клапану 25 с наружной стороны лифтовой колонны 600 прикладывается гидравлическое давление для приведения в действие группы поршней 500, установленных в каждом из отверстий 32, и выдвижения этих поршней наружу в радиальном направлении до их вхождения в контакт с заданным пластом 12 (Фиг.9С и 9D). В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения отверстия 32, предназначенные для прохождения жидкости, могут быть заполнены консистентной смазкой, воском или какой-либо другой неподдающейся смешиванию жидкостью/веществом, чтобы повысить вероятность того, что проход остается открытым во время операции цементирования. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения система заканчивания скважины, соответствующая настоящему изобретению, опускается вниз, когда группа из поршней 500 не установлена в отверстия 32. Кроме того, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения по периферии упомянутой группы отверстий установлен расширяющийся элемент 610, который может быть изготовлен из увеличивающегося в объеме материала (например, разбухающей эластомерной смеси, разбухающего каучука или разбухающего гидрогеля). Этот увеличивающийся в объеме материал может реагировать с водой, маслом и/или другой жидкостью, находящейся в стволе скважины, что вызывает его расширение наружу с образованием герметичного соединения с пластом 12 (Фиг.9Е). В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения увеличивающийся в объеме материал можно растворять после завершения операции цементирования. В альтернативных вариантах для предотвращения поступления цемента в клапан 25 со стороны образующегося в стволе скважины кольцевого пространства можно использовать хрупкий материал, пористый цемент или другое средство. Такие средства можно использовать вместе с увеличивающимся в объеме материалом, что также помогает предотвратить попадание цемента в клапан, или упомянутые средства можно использовать в комбинации с другими средствами, либо отдельно. После того, как группа поршней 500 каждого клапана 25 выдвинута, с поверхности вниз под давлением подается цемент 620, который проходит до дна обсадной колонны через лифтовую колонну 600 и поднимается вверх в кольцевое пространство между обсадной колонной и стволом скважины (Фиг.9Г и 9G). В одном из вариантов реализации настоящего изобретения после завершения цементирования обсадной колонны, в обсадную колонну может под давлением подаваться жидкость для удаления цемента из группы отверстий 500 (Фиг.9Н). В качестве альтернативы в цемент через группу отверстий 500 может вводиться ингибитор для обеспечения промывания обрабатывающей жидкости группы отверстий и ее проникновения в пластовую зону 12. Кроме того, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения внешняя поверхность корпуса 30 клапана может быть покрыта скользким или препятствующим адгезии материалом, таким как Teflon®, Xylan®, Kynar®, политетрафторэтилен, эластомерный сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена, поливинилиденфторид, пенополиуретан, статистический сополимер этилена и хлортрифторэтилена или другие материалы, используемые в качестве фторполимерных покрытий.
Как показано на Фиг.10А-10С, предлагается следующий вариант способа размещения системы заканчивания скважины, соответствующей настоящему изобретению. В этом варианте система заканчивания скважины является частью последовательности трубчатых элементов, которая содержит один или несколько уплотняющих механизмов, предназначенных для изоляции зон. В процессе работы систему заканчивания скважины опускают в отверстие до заданной глубины, после чего к уплотняющим механизмам подводят энергию. Герметизирующие механизмы могут быть установлены в рабочее состояние либо путем создания давления во всей обсадной колонне, либо путем продвижения отдельного наладочного инструмента через каждое устройство для изоляции зон. После изолирования каждой из эксплуатационных зон от следующей, в отверстие может опускаться обслуживающий инструмент для обработки каждой зоны.
Хотя выше подробно были описаны всего лишь несколько примерных вариантов реализации настоящего изобретения, специалисты в данной области техники с легкостью поймут, что применительно к данным примерным вариантам можно осуществить множество модификаций, которые, по существу, не нарушат новаторских принципов настоящего изобретения и не повлияют на его преимущества. Таким образом, предполагается, что все подобные модификации не выходят за пределы объема данного изобретения, который определен в пунктах приложенной Формулы изобретения. В приложенной Формуле изобретения предполагается, что положения "средство плюс функция" охватывают описанные здесь конструкции, как выполняющие указанную функцию, и при этом не только конструктивные эквиваленты, но также эквивалентные конструкции. Таким образом, хотя гвоздь и шуруп могут и не являться конструктивными эквивалентами, то есть для скрепления деревянных деталей вместе в гвозде используется цилиндрическая поверхность, в то время как в шурупе используется винтовая поверхность, при скреплении деревянных деталей гвоздь и шуруп могут представлять собой эквивалентные конструкции.
Реферат
Изобретение относится к системе и способу заканчивания скважины с несколькими зонами добычи. Обеспечивает повышение надежности системы и эффективности способа. Сущность изобретения: система содержит обсадную колонну, размещенную и закрепленную в стволе скважины посредством цемента, множество клапанов, соединенных с обсадной колонной и предназначенных для регулирования сообщения между этой колонной и зоной скважины. При этом клапаны содержат фильтр, способный перемещаться в фильтрующее положение, в котором фильтр совмещен с, по меньшей мере, одним отверстием клапана, и положение, в котором он не совмещен с указанным отверстием клапана. Кроме того, в изобретении описаны механизмы приведения в действие одного или нескольких клапанов, включая шток, сбрасываемый шар, опускаемый инструмент и систему приведения в действие на основе линий управления. 5 н. и 28 з.п. ф-лы, 11 ил.
