БАЙПАСНАЯ КОМПОНОВКА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА
BYPASS ARRANGEMENT OF GRAVEL FILTER

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые нефтяные и газовые скважины заканчивают в неконсолидированных пластах, содержащих несвязанный мелкодисперсный материал и песок. Когда из таких скважин добывают текучие среды, несвязанный мелкодисперсный материал и песок может мигрировать с добываемыми текучими средами и может повреждать оборудование, такое как электрические погружные насосы (ЭЦН) и другие системы. По данной причине в заканчивании могут требоваться фильтры для борьбы с поступлением песка.
Горизонтальные скважины, в которых требуется борьба с поступлением песка, обычно проходят заканчивание с необсаженным забоем. В прошлом преобладало использование автономных песчаных фильтров в данных горизонтальных необсаженных стволах. Вместе с тем, операторы также используют установку гравийных фильтров в данных горизонтальных необсаженных стволах для борьбы с поступлением песка. Гравий является специально подобранным по крупности материалом из твердых частиц, таким как сортированный песок или проппант, который набивается вокруг песчаного фильтра в кольцевом пространстве ствола скважины. Применяемый гравий действует как фильтр, предотвращая миграцию любых пластовых мелкодисперсных частиц и песка с добываемыми текучими средами.
Компоновка 20 гравийного фильтра известной техники, показанная на Фиг. 1А, проходит от пакера 14 к забою от обсадной колонны 12 в стволе 10 скважины, который является горизонтальным необсаженным стволом. Для борьбы с поступлением песка операторы предпринимают заполнение кольцевого пространства между компоновкой 20 и стволом 10 скважины гравием (зернистым материалом) с помощью перекачивания суспензии текучей среды и гравия в ствол 10 скважины для набивки кольцевого пространства. Для горизонтального необсаженного ствола 10 скважины операторы могут применять методику альфа-бета волны (или водного заполнения) для заполнения кольцевого пространства. В данной методике применяют текучую среду малой вязкости, такую как рассол заканчивания, для переноса гравия. Компоновка 20 на Фиг. 1А представляет такой альфа-бета тип.
Вначале операторы устанавливают промывочную трубу 40 в фильтр 25 и перекачивают суспензию текучей среды и гравия вниз по внутренней рабочей колонне 45. Суспензия проходит через окно 32 в переводнике 30 в кольцевое пространство между фильтром 25 и стволом 10 скважины. Как показано, переводник 30 устанавливается вплотную к пакеру 14 гравийного фильтра со стороны забоя скважины и со стороны устья скважины от фильтра 25. Окно 32 переводника отводит поток суспензии из внутренней рабочей колонны 45 в кольцевое пространство со стороны забоя от пакера 14. Одновременно другое окно 34 переводника отводит поток возвращающегося из скважины раствора из промывочной трубы 40 в кольцевое пространство обсадной колонны со стороны устья скважины от пакера 14.
Когда операция начинается, суспензия перемещается из окна 32 переводника в кольцевое пространство. Текучий носитель в суспензии затем уходит через пласт и/или через фильтр 25. Вместе с тем фильтр 25 предотвращает проход гравия в суспензии в в фильтр 25. Текучие среды, проходящие отдельно через фильтр 25, могут затем возвращаться через окно 34 переводника и в кольцевое пространство над пакером 14.
Когда текучая среда уходит, гравий выпадает из суспензии и вначале укладывается вдоль нижней стороны кольцевого пространства ствола скважины. Гравий собирается ярусами 16а, 16b, и т.д., которые продвигаются от пятки к носку в форме так называемой альфа-волны. Поскольку ствол 10 скважин является горизонтальным, гравитационные силы доминируют в образовании альфа-волны, и гравий осаждается вдоль нижней стороны на высоту подъема в положении равновесия вдоль фильтра 25.
Когда альфа-волна заполнения гравийного фильтра завершена, гравий начинает собираться ярусами (не показано) бета-волны. Волна образуется вдоль верхней стороны фильтра 25, начинаясь от носка и продвигаясь к пятке фильтра 25. Здесь также текучая среда, несущая гравий, может проходить через фильтр 25 и вверх по промывочной трубе 40. Для завершения бета-волны в операции заполнения гравийного фильтра должна создаваться достаточная скорость текучей среды для поддержания турбулентного потока и перемещения гравия вдоль верхней стороны кольцевого пространства. Для рециркуляции после данной точки, операторы должны механически реконфигурировать переводник 30 для получения возможности промывки трубы 40.
Хотя альфа-бета методика может являться экономически оправданной вследствие текучего носителя низкой вязкости и возможности использования фильтров обычных типов, в некоторых ситуациях может требоваться применение методики заполнения с вязкой текучей средой с использованием альтернативного пути. В данной методике шунты, расположенные на фильтре, отводят перекачиваемую суспензию заполнения вдоль наружной части фильтра. На Фиг. 1В показан пример компоновки 20 с шунтами 50 и 52 (только два показаны). В общем, шунты 50/52 для транспортировки и заполнения прикреплены эксцентрично к фильтру 25. Транспортные шунты 50 питают заполняющие шунты 52 суспензией, и суспензия выходит из сопел 54 на заполняющих шунтах 52. С помощью использования шунтов 50/52 для транспортировки и заполнения при заполнении гравийного фильтра можно обойти зоны высокого поглощения в стволе 10 скважины, которые обуславливают образование перемычек и нарушают заполнение гравийного фильтра.
Известные в технике компоновки 20 гравийного фильтра для обеих методик, показанные на Фиг. 1А-1В, имеют ряд проблем и недостатков. Во время операции заполнения гравийного фильтра в горизонтальной скважине, например, окна 32/34 переводника может потребоваться переконфигурировать несколько раз. Во время гидроразрыва пласта с применением проппанта суспензия, перекачиваемая под высоким давлением и с высоким расходом, может в некоторых случаях дегидрировать внутренний объем в переводнике 30 компоновки и связанной скользящей муфте (не показано). В неблагоприятных условиях осажденный песок или дегидрированная суспензия может прихватывать сервисные инструменты и может даже привести к засорению скважины железным ломом. Кроме того, переводник 30 подвержен эрозии во время гидроразрыва и установки гравийного фильтра, и переводник 30 может прихватываться в пакере 14, что может приводить к чрезвычайно сложным ловильным работам в скважине.
Для установки гравийного фильтра в некоторых скважинах с необсаженной зоной забоя разработана система Reverse-Port Uphill Openhole Gravel Pack, разработанная, как описано в документе SPE 122765, под названием “World′s First Reverse-Port uphill Open Hole Gravel Pack with Swellable Packers” (Jensen et al. 1009). Данная система обеспечивает заполнение гравийного фильтра в направленном вверх необсаженном стволе скважины с использованием окна, направленного к носку скважины.
Настоящее изобретение направлено на преодоление или по меньшей мере уменьшение воздействия одной или нескольких проблем, изложенных выше.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство удаления излишков суспензии и способ заполнения гравийного фильтра обеспечивает удаление излишков суспензии из внутренней колонны в кольцевое пространство вокруг компоновки гравийного фильтра. В общем, устройство имеет корпус с корпусным каналом, поддерживающим сообщение от пятки к носку, и часть корпуса со стороны носка может иметь башмачный патрубок с колонным башмаком с обратным клапаном. Корпус, вместе с тем, может являться любой частью компоновки гравийного фильтра, расположенной в некоторой точке в стволе скважин и не обязательно расположенной на башмачном патрубке. Тем не менее, ссылаться можно на корпус, на башмачном патрубке или являющийся его частью, для удобства.
Башмачный патрубок (т.е. корпус) образует окна прохода потока, поддерживающие сообщение корпусного канала снаружи башмачного патрубка с окружающим кольцевым пространством ствола скважины.
Первые седла, расположенные внутри прохода башмачного патрубка, обеспечивают уплотнениям на внутренней колонне возможность уплотнения на выпускных окнах колонны в гидравлическом сообщении с окнами прохода потока башмачного патрубка. Байпас, расположенный на башмачном патрубке, поддерживает сообщение корпусного канала с одной стороны от окон прохода потока с другой стороной. Например, данный байпас может являться внутренней трубой или каналом, поддерживающим сообщение забойного конца внутреннего прохода башмачного патрубка с концом со стороны устья скважины. Альтернативно, байпас может являться наружной трубой, например, шунтирующей трубой, расположенной снаружи от башмачного патрубка и проходящей с одной стороны от окон прохода потока к другой.
Задвижка устанавливается на башмачном патрубке и может регулировать или селективно открывать и закрывать гидравлическое сообщение через окна прохода потока. В общем, задвижка может являться обратным клапаном, скользящей муфтой, вращающейся муфтой, разрывным диском, фильтром и т.д. Как скользящая муфта, например, задвижка может перемещаться переключающим инструментом на внутренней колонне для открытия или закрытия гидравлического сообщения через окна прохода потока. Перемещение муфты может также открывать и закрывать гидравлическое сообщение через байпас.
Альтернативно, байпас может всегда оставаться открытым и обеспечивать проход потока текучей среды через него.
Когда задвижка открыта, и выпускные окна колонны уплотнены в гидравлическом сообщении вместе окнами прохода потока башмачного патрубка, излишки суспензии во внутренней колонне можно перекачивать в кольцевом пространстве ствола скважины вокруг башмачного патрубка, подавая излишки суспензии из выпускных окон колонны в кольцевое пространство ствола скважины через окна прохода потока башмачного патрубка. Когда данное происходит, излишки гравия собираются вокруг башмачного патрубка, и возвращающаяся из скважины текучая среда в кольцевом пространстве ствола скважины проходит назад в башмачном патрубке через фильтр, расположенный на башмачном патрубке между окнами прохода потока и носком.
Когда возвращающаяся из скважины текучая среда проходит через него, фильтр предотвращает проход по меньшей мере части твердых частиц в возвращающейся из скважины текучей среде в башмачный патрубок, так что гравий должен заполнять кольцевое пространство ствола скважины вокруг башмачного патрубка. Оказавшись внутри башмачного патрубка, возвращающаяся из скважины текучая среда перепускается со стороны устья скважины от уплотненных выпускных окон и окон прохода потока, проходя на устье скважины через байпас вокруг окон прохода потока. В данной точке возвращающаяся из скважины текучая среда может проходить на устье скважины в компоновке гравийного фильтра.
Башмачный патрубок может иметь колонный башмак с обратным клапаном на носке башмачного патрубка. Для промывки внутреннюю колонну можно переместить в селективное положение в башмачном патрубке для уплотнения одного из ее уплотнений на одном из седел башмачного патрубка. При этом изолируются выпускные участки инструмента на колонном башмаке с обратным клапаном, так что промывочную текучую среду можно перекачивать из башмачного патрубка и вокруг кольцевого пространства ствола скважины.
Устройство с башмачным патрубком может включать в себя другие компоненты для установки гравийного фильтра. Например, части устройства со стороны устья скважины от башмачного патрубка могут иметь дополнительные окна прохода потока, седла, и фильтры. Внутренняя колонна может перемещаться в селективные положения в устройстве уплотнения выпускных окон колонны вместе с данными другими окнами прохода потока, и внутренняя колонна может передавать суспензию из выпускных окон в кольцевое пространство ствола скважины. Поток суспензии на данных других окнах прохода потока можно использовать для заполнения фильтра гравием или гидроразрыва пласта с применением проппанта в стволе скважины вокруг различных участков устройства в процессе проходящего от носка до пятки заполнения гравийного фильтра. Некоторые из данных различных участков устройства можно также изолировать друг от друга пакерами или т.п.
Приведенная выше сущность изобретения не описывает возможные отдельные варианты осуществления или аспекты настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1А-1В показаны компоновки гравийного фильтра известной техники.
На Фиг. 2 показана компоновка гравийного фильтра согласно настоящему изобретению с секциями фильтра, разделенными пакерами.
На Фиг. 3А-3В показаны участки компоновки гравийного фильтра Фиг. 2 во время промывки скважины.
На Фиг. 4А-4В показаны участки компоновки гравийного фильтра Фиг. 2 во время заполнения кольцевого пространства вокруг башмачного патрубка.
На Фиг. 5 показана другая компоновка гравийного фильтра согласно настоящему изобретению с секциями фильтра, разделенными пакерами и с байпасной компоновкой, расположенной на башмачном патрубке.
На Фиг. 6А показаны участки компоновки гравийного фильтра Фиг. 5 во время промывки скважины.
На Фиг. 6В показано характерное концевое сечение байпасной компоновки Фиг. 5 со скользящей муфтой, байпасными каналами и окнами прохода потока.
На Фиг. 6С-1 и 6С-2 показаны характерные сечения байпасной компоновки Фиг. 5 со скользящей муфтой, выполненной с возможностью открытия и закрытия как байпасных каналов, так и окон прохода потока.
На Фиг. 7 показаны участки компоновки гравийного фильтра Фиг. 5 во время удаления песка.
На Фиг. 8А-8В показаны участки компоновки гравийного фильтра Фиг. 5 с альтернативными байпасными каналами.
На Фиг. 9А-9В показаны участки компоновки гравийного фильтра на Фиг. 5 с байпасными каналами в форме наружных труб.
На Фиг. 10А-10С показан возможный способ включения раскрытой байпасной компоновка в состав в одной из секций компоновки гравийного фильтра.
На Фиг. 11 показана другая компоновка гравийного фильтра с байпасной компоновкой согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 2 показана компоновка 100 гравийного фильтра с хвостовиком 170, проходящим от подвески 14 хвостовика и имеющим несколько секций 102А-С гравийного фильтра, разделенных изолирующими элементами 104. Компоновка 100 создает несколько разобщенных зон коллектора, так что несколько операций заполнения гравийного фильтра или гидроразрыва пласта с применением проппанта можно выполнять отдельно в каждой зоне. Изолирующие элементы 104 и секции 102А-С гравийного фильтра развертываются в скважине за один рейс. Изолирующие элементы 104, называемые в данном документе пакерами для удобства, могут иметь один пакер или комбинацию пакеров для изоляции секций 102А-С гравийного фильтра друг от друга. Любые подходящие пакеры можно использовать, в том числе гидравлические или гидростатические пакеры 106 и набухающие пакеры 107, например, используемые индивидуально или в комбинации друг с другом, как показано.
Каждая секция 102А-С гравийного фильтра может являться аналогичной компоновкам гравийного фильтра, раскрытым во включенной в состав патентной заявке U.S. Pat. Appl. No. 12/913981. При этом каждая секция 102А-С гравийного фильтра имеет два фильтра 140А-В, устройства альтернативного пути или шунты 150 и кожухи 130А-В с окнами 132А-В прохода потока, хотя любые из других раскрытых вариантов можно использовать. В дополнение, каждая секция 102А-С может иметь другие компоненты, раскрытые во включенной в состав патентной заявке U.S. Pat. Appl. No. 12/913981. Наконец, различные детали применения сервисного инструмента для установки пакера на подвеске 14 хвостовика и выполнения других этапов рассмотрены подробно во включенной в состав патентной заявке U.S. Pat. Appl. No. 12/913981, так что они здесь не повторяются.
Кратко описывая заполнение гравием компоновки 100 фильтра, внутреннюю колонну 110 вначале развертывают в первой секции 102А гравийного фильтра и выполняют промывку. После промывки и установки пакеров 104 в рабочее положение в компоновке 100 можно начинать операцию заполнения фильтра гравием или гидроразрыва пласта с применением проппанта. Выпускные окна 112 колонны со своими уплотнениями 114 изолируют с гидравлическим сообщением вместе с нижними окнами 132А прохода потока в первой секции 102А гравийного фильтра для заполнения фильтра гравием или гидроразрыва пласта с применением проппанта в окружающей зоне в конфигурации от носка до пятки.
Когда заполнение на данных окнах 132А завершается, внутренняя колонна 110 может вновь перемещаться так, что выпускные окна 112 изолируют на верхних окнах 132В прохода потока, соединенных с шунтами 150. Суспензия, перекачиваемая вниз внутри колонны 110, может затем заполнять кольцевое пространство вокруг нижнего конца первой секции 102А гравийного фильтра. Операции можно затем продолжать, повторяя аналогичные этапы, продвигаясь к устью скважины, для каждой из секций 102В-С гравийного фильтра, разделенных пакерами 104.
Как указано выше, операторы вначале выполняют промывку компоновкой 100 перед установкой гравийного фильтра. На Фиг. 3А-3В, участки компоновки 100 показаны настроенными для промывки. Со стороны устья скважины на Фиг. 3А, сервисный инструмент 18 установлен на подвеске 14 хвостовика в обсадной колонне 12, и уплотнения 16 на сервисном инструменте 18 не уплотнены в подвеске 14 хвостовика, при этом гидростатическое давление может передаваться, обходя уплотнения 16. Со стороны забоя на Фиг. 3В дальний конец внутренней колонны 110 проходит с плотным прилеганием через секции 140А-В фильтра нижний секции 102А, и одно из уплотнений 114 колонны уплотняется на седле 124 вблизи колонного башмака 122 с обратным клапаном в башмачном патрубке 120 компоновки.
Операторы осуществляют циркуляцию текучей среды вниз по внутренней колонне 110, и поток текучей среды циркуляции проходит из обратного клапана в колонном башмаке 122, вверх по кольцевому пространству и вокруг не установленного в рабочее положение пакера подвески 14 хвостовика (Фиг. 3А). Возвращающаяся из скважины текучая среда может также проходить в компоновке 100 через фильтры 140А-В и проходить к устью скважины, обходя подвеску 14 хвостовика.
Со стороны забоя байпас 200А расположен вблизи колонного башмака 122 с обратным клапаном и может обеспечивать текучей среде циркуляции проход к кольцевому пространству ствола скважины во время данного процесса. Байпасная компоновка 200А может являться обратным клапаном, участком фильтра, перемещающейся муфтой или другим подходящим устройством, которое обеспечивает вход потока возвращающегося промывочного раствора, но не гравия из кольцевого пространства ствола скважины в компоновку 100. Фактически, байпасная компоновка 200A, как участок фильтра, может иметь любую требуемую длину в башмачном патрубке 120 в зависимости от варианта реализации.
Во время промывки байпас 200А (если является фильтром или т.п.) может обеспечивать выход текучей среды циркуляции из башмачного патрубка 120 и проход в кольцевое пространство ствола скважины, поскольку текучей среде циркуляции также обеспечен выход из колонного башмака 122 с обратным клапаном. Если в байпасе 200А используется обратный клапан, который обеспечивает проход промывочного раствора, выходящего из скважины, в башмачный патрубок 120, поток текучей среды из байпаса 200А может дросселироваться во время промывки. Если в байпасе 200А используется перемещающаяся муфта, поток текучей среды в байпас 200А и выходящий из него может дросселироваться во время промывки закрытием муфты, что может выполнять подходящее сдвигающее устройство на внутренней колонне 110, например.
После промывки можно проводить заполнение гравийного фильтра с помощью перемещения внутренней колонны 110 к окну 132А прохода потока для заполнения гравием кольцевого пространства ствола скважины от носка к пятке. После заполнения гравием фильтра на данной первой позиции внутреннюю колонну 110 можно переместить к следующим окнам 132В прохода потока для дальнейшего заполнения гравием кольцевого пространства вокруг башмачного патрубка и/или для удаления излишка суспензии из внутренней колонны 110.
Как рассмотрено во включенной в состав патентной заявке U.S. Pat. Appl. No. 12/913981, например, операторы могут удалять излишек суспензии из внутренней колонны 110 во время установки гравийного фильтра. Пространство снаружи башмачного патрубка 120 обеспечивает свободный объем для удаления любых излишков гравия, остающихся во внутренней колонне 110 после заполнения гравийного фильтра одной или нескольких секции 102А-В. Операторы могут также намеренно заполнить гравийный фильтр вокруг башмачного патрубка 120 в противоположность использованию последнего для удаления излишков суспензии.
Поскольку башмачный патрубок 120 имеет колонный башмак 122 с обратным клапаном, который обеспечивает выход потока текучей среды из башмачного патрубка 120 и предотвращает приток в башмачный патрубок 120, требуется путь для возвращающихся из скважины текучих сред, когда суспензия перекачивается в кольцевое пространство ствола скважины вокруг башмачного патрубка 120 для удаления излишков суспензии из внутренней колонны 110. Способ удаления суспензии вокруг башмачного патрубка 120 показан на Фиг. 4А-4В, где показаны участки компоновки 100, настроенные на удаление песка.
Как показано, во время удаления песка операторы развертывают внутреннюю колонну 110 ко вторым окнам 132В прохода потока на секции гравийного фильтра 102А башмачным патрубком 120. Данное можно выполнить после достижения операторами выпадения песка при перекачке суспензии на первых окнах 132А прохода потока секции первого снабженного окнами кожуха 130А или после заполнения гравийного фильтра на других секциях гравийного фильтра (например, секциях 102В-С на компоновке 100 Фиг. 2). В любом случае операторы выполняют операцию удаления излишков песка для очистки внутренней колонны 110 от излишков суспензии или для запланированного заполнения гравийного фильтра вокруг башмачного патрубка 120.
Для выполнения указанного операторы устанавливают внутреннюю колонну 110, как показано на Фиг. 4А-4В. Здесь уплотнения 114 колонны взаимодействуют с седлами 134 вокруг вторых окон 132В прохода потока между секциями 140А-В фильтра.
Операторы затем перекачивают суспензию вниз по внутренней колонне 110 к выпускным окнам 112, и суспензия проходит из выпускных окон 112 и через окна 132В кожуха прохода потока.
В общем, суспензия может проходить напрямую из окон 132В прохода потока в окружающее кольцевое пространство, если требуется. Данное возможно, если одно или несколько окон 132В прохода потока сообщаются напрямую с кольцевым пространством и не сообщаются с одним из устройств альтернативного пути или шунтом 150. Все равно, суспензия может проходить из окон 132В прохода потока и в устройства альтернативного пути или шунты 150 для размещения в другом месте в окружающем кольцевом пространстве. Как показано здесь, шунты 150 могут подавать суспензию к носку вокруг башмачного патрубка 120. Хотя шунты 150 показаны определенным образом, любое требуемое устройство и число транспортных и заполняющих устройств для альтернативного пути можно использовать для подачи и доставки суспензии.
В зависимости от варианта реализации данный второй этап перекачки суспензии можно использовать для дополнительного заполнения гравийного фильтра в стволе 10 скважины. Альтернативно, как указано выше, перекачка суспензии через шунты 150 обеспечивает операторам удаление излишков суспензии из колонны 110 в кольцевое пространство ствола скважины вокруг башмачного патрубка 120 без реверсирования потока в колонне от направления основного потока (т.е. к окнам 112 колонны). Данное является отличием от обычной практики реверсирования направления потока с помощью перекачки текучей среды вниз по кольцевому пространству для удаления излишков суспензии из колонны.
При этом шунты 150, прикрепленные к снабженному окнами кожуху 130В над нижней секцией 140А фильтра, можно использовать для удаления излишков гравия из внутренней колонны 110 вокруг башмачного патрубка 120 (и если необходимо, внутри самого башмачного патрубка 120). Как показано на Фиг. 4В, суспензия проходит из выпускных окон 112, через окна 132В прохода потока и через шунты 150. Из шунтов 150 суспензия выходит через боковые окна или сопла 154 в шунтах 150 и заполняет кольцевое пространство вокруг башмачного патрубка 120. Указанное обеспечивает заполнению гравийного фильтра альтернативный путь, отличающийся от основного пути компоновки заполнения от носка к пятке кольцевого пространства гравием.
Шунты 150 несут суспензию вниз в нижнюю секцию 140А фильтра, так что промывочную трубу не требуется устанавливать в башмачном патрубке 120. Вместе с тем байпасная компоновка 200А, установленная в компоновке 100 вблизи колонного башмака 122 с обратным клапаном, обеспечивает вход текучей среды во время данного процесса в компоновку 100.
Как указано выше, байпасная компоновка 200А может являться обратным клапаном, участком фильтра, муфтой или другим подходящим устройством, которое обеспечивает вход потока промывочного раствора, выходящего из скважины, но не гравия из ствола скважин в компоновку 100. Как фильтр байпасная компоновка 200A может иметь любую требуемую длину вдоль башмачного патрубка 120 в зависимости от варианта реализации, так что показанный размер байпасной компоновки 200А является только иллюстративным.
Возвращающаяся из скважины текучая среда входит в башмачный патрубок 120 через данную байпасную компоновку 200А, и возвращающаяся из скважины текучая среда выходит из первой секции 140А фильтра, через окружающий гравий, и назад в верхней секции 140В фильтра. Данное обеспечивает возвращающейся из скважины текучей среде проход вокруг уплотненных окон 112 и 132В. Возвращающаяся из скважины текучая среда может затем проходить к устью скважины в кольцевом пространстве между внутренней колонной 110 и компоновкой 100, в результате достигая подвески 14 хвостовика и не установленного в рабочее положение сервисного инструмента 18.
В некоторый момент, операции могут достичь условия “выпадения песка” или увеличения давления при перекачке суспензии на окнах 132В прохода потока. В данный момент клапан, разрывная мембрана, или другое закрывающее устройство 156 в шунтах 150 может открываться, так что гравий в суспензии может заполнять внутреннее пространство башмачного патрубка 120 после удаления излишка гравия вокруг башмачного патрубка 120. В данном способе операторы могут удалить больше излишков гравия внутри башмачного патрубка 120. Когда такое происходит, возвращающаяся из скважины текучая среда может проходить из нижней секции 140A фильтра, через уложенный гравий и назад через верхнюю секцию 140В фильтра для прохода к устью скважины.
В других устройствах байпасной компоновки нижний снабженный окнами кожух 130А или другие участки компоновки 100 гравийного фильтра могут иметь байпас, другой шунт или т.п., который можно использовать для доставки возвращающейся из скважины текучей среды мимо уплотнений 114 и седел 134 и к устью скважины. Детали других байпасных компоновок согласно настоящему изобретению рассмотрены ниже.
На Фиг. 5 показана другая компоновка 100 гравийного фильтра с хвостовиком 170, проходящим от подвески 14 хвостовика, и с несколькими секциями 102А-С гравийного фильтра, разделенными пакерами 104, расположенными в стволе 10 скважины. Данная компоновка 100 гравийного фильтра также может являться аналогичной компоновке, рассмотренной выше и компоновке, раскрытой во включенной в состав патентной заявке U.S. Pat. Appl. No. 12/913981.
Компоновка 100 имеет другой вариант осуществления башмачного патрубка 120 с байпасной компоновкой 200В на конце компоновки 100 гравийного фильтра. Как показано, байпасная компоновка 200В и башмачный патрубок 120 могут являться отдельными секциями на компоновке 100 гравийного фильтра, отделенными от секций 102А-В гравийного фильтра одним или несколькими пакерами 104.
Альтернативно, байпасную компоновку 200В можно включать в состав секции гравийного фильтра 102А на конце компоновки 100 без отделения от секции 102А аналогично другим байпасным устройствам Фиг. 3А-3В и 4А-4В.
После заполнения гравием других секций 102А-В гравийного фильтра операторы предпочтительно удаляют излишки суспензии из внутренней колонны 110, как указано выше, и используют пространство снаружи башмачного патрубка 120 для укладки гравия, остающегося во внутренней колонне 110. Соответственно, внутренняя колонна 110 развертывается на башмачном патрубке 120, и излишек суспензии перекачивается вниз и выходит из внутренней колонны 110 в кольцевое пространство ствола скважины вокруг башмачного патрубка 120, как рассмотрено выше. При этом байпасная компоновка 200В обеспечивает возвращающейся из скважины текучей среде в нижний фильтр 220 и обход ей окон 112 внутренней колонны, так что возвращающаяся из скважины текучая среда может проходить на наземное оборудование устья скважины.
Дополнительные детали башмачного патрубка 120 и байпасной компоновки 200В показаны на Фиг. 6А-7. Показанная на Фиг. 6А байпасная компоновка 200В имеет окна 210 прохода потока, фильтр 220 и байпасный канал 230. Окна 210 прохода потока сообщаются с кольцевым пространством ствола скважины. Для управления расходом текучей среды, проходящей через данные окна 210 прохода потока, внутренние седла 214 расположены со стороны устья и со стороны забоя скважины от окон 210 прохода потока для взаимодействия с уплотнениями внутренней колонны, как рассмотрено ниже. Обратное устройство можно также использовать, в котором внутренние уплотнения, расположенные со стороны устья и со стороны забоя скважины от окон 210 прохода потока, могут взаимодействовать с седлами внутренней колонны.
Как дополнительную возможность для управления расходом через окна 210 прохода потока, как показано, байпасная компоновка 200В также имеет задвижку 240. Задвижка 240 может селективно открывать и закрывать гидравлическое сообщение через окна 210 прохода потока. Когда, например, задвижка 240 закрыта, предотвращается проход возвращающейся из скважины текучей среды, текучих сред кольцевого пространства, гравия и т.п. обратно в башмачный патрубок 120 во время промывки, эксплуатации или других операций. Когда, вместе с тем, задвижка 240 открыта, обеспечивается проход суспензии из окон 210 прохода потока, так что можно выполнять заполнение гравием башмачного патрубка 120 в кольцевом пространстве ствола скважины. Показанное на Фиг. 6А применение задвижки 240 может не требоваться во всех вариантах реализации. Другими словами, для регулирования гидравлического сообщения достаточно установки уплотнений на внутренней колонне в байпасной компоновке 200В (или установки окон на внутренней колонне относительно уплотнений на байпасной компоновке 200В).
Различные формы задвижки 240 можно использовать для управления или селективного открытия и закрытия гидравлического сообщения через окна 210 прохода потока. Например, задвижка 240 может включать в себя скользящую муфту, вращающуюся муфту, фильтр, обратный клапан, обеспечивающий проход потока из башмачного патрубка 120, но предотвращающий приток в него, разрывной диск или другое устройство для селективного разрешения/дросселирования гидравлического сообщения через окна 210 прохода потока. Указанное можно использовать индивидуально или в комбинации друг с другом. Как конкретно показано на Фиг. 6А, задвижка 240 является скользящей муфтой, которую можно сдвигать в открытое и закрытое положение относительно окон 210 прохода потока. Сдвиг скользящей муфты 240 можно осуществлять с использованием сдвигающего инструмента 116, известного в технике.
Байпасные каналы 230 в данном устройстве являются внутренними каналами или каналами, образованными в байпасной компоновке 200В, и обходящими седла 214 и окна 210 прохода потока. Хотя показаны пересекающимися, окна 210 прохода потока и байпасные каналы 230 фактически смещены друг от друга по окружности башмачного патрубка 120, так что они не пересекаются друг с другом. Например, на Фиг. 6В показана концевая секция байпасной компоновки 200В с байпасными каналами 230 и выпускными окнами 210, смещенными по окружности байпасной компоновки 200В. Другие конфигурации можно также использовать.
Как указано выше, скользящая муфта 240 может перемещаться внутри компоновки 200В для открытия или закрытия окон 210 прохода потока. При этом, байпасные каналы 230 могут всегда оставаться открытыми, а окна 210 прохода потока могут открываться и закрываться. Как альтернатива, перемещение скользящей муфты 240 может также открывать и закрывать гидравлическое сообщение через байпасные каналы 230. В качестве примера на Фиг. 6С-1 и 6С-2 показаны примеры сечений байпасной компоновки 200В со скользящей муфтой 240, перемещающейся в компоновке 200В.
Когда муфта 240, как показано на Фиг. 6С-1, перемещается, закрывая окна 210 прохода потока, участок муфты 240 отсекает каналы 230 в компоновке 200В. В данном примере каналы 230 могут проходить продольно через компоновку 200В и могут иметь участок, который проходит по периферии. Задвижка, золотник или другой элемент 241 муфты 240 может прерывать гидравлическое сообщение через периферический участок канала 230. В отличие от этого, когда муфта 240, как показано на Фиг. 6С-2, перемещается, открывая выпускные окна 210, задвижка 241 муфты 240 открывает гидравлическое сообщение каналов 230 в компоновке 200В.
На Фиг. 6С-1 и 6С-2 представлен только один вариант открытия и закрытия гидравлического сообщения как для окон 210 прохода потока, так и для каналов 230 с перемещением муфты 240. Применяющему настоящее изобретение специалисту в данной области техники понятно, что различные подкомпоновки, уплотнения, и т.п. должны потребоваться для конструирования представленного и также понятно, что другие устройства можно использовать для открытия и закрытия окон 210 прохода потока и каналов 230 со скользящей муфтой или другой задвижкой 240 согласно настоящему изобретению.
В свою очередь фильтр 220 на Фиг. 6А может являться любым подходящим фильтром для использования в забойной зоне скважины и может являться фильтром с проволочной намоткой, щелевым хвостовиком, фильтром из проволочной сетки и т.д. Кроме того, фильтр 220 может иметь любую требуемую длину вдоль башмачного патрубка 120 в зависимости от варианта реализации. Вместе фильтр 220 и байпасные каналы 230 обеспечивают проход возвращающейся из скважины текучей среды во время удаления песка, описанного ниже, вверх по кольцевому пространству между внутренней колонной 110 и башмачной зоной 120.
Конкретно на Фиг. 6А компоновка 100 башмачным патрубком 120 и байпасной компоновкой 200В показаны настроенными для начальной промывки. Внутренняя колонна 110 развернута в башмачном патрубке 120, и одно из уплотнений 114 на конце внутренней колонны 110 уплотнено внутри башмачного патрубка 120 на седле 214 со стороны забоя скважины. Операторы перекачивают промывочный раствор через внутреннюю колонну 110, и текучая среда циркуляции проходит через обратный клапан 126 в колонном башмаке 122 и выходит из окон 124 башмака.
Когда поток текучей среды циркуляции выходит из колонного башмака 122 с обратным клапаном, текучая среда проходит вверх по кольцевому пространству и вокруг не установленного в рабочее положение пакера подвески 14 хвостовика со стороны устья скважины на компоновке 100. Текучая среда циркуляции может также выходить из фильтра 220 байпасной компоновки, что может не создавать проблемы во время процедуры промывки. Закрытая муфта 240 на башмачном патрубке 120 вместе с тем перекрывает окна 210 прохода потока на башмачном патрубке 120. Кроме того, закрытая муфта 240 может перекрывать сообщение через байпасный канал 230, если выполнена с возможностью действовать таким образом.
На Фиг. 7 компоновка 100 башмачным патрубком 120 и байпасной компоновкой 200В показана настроенной на операцию удаления песка. Как рассмотрено выше, операторы предпочтительно удаляют излишки суспензии из внутренней колонны 110 после установки гравийного фильтра одной или нескольких секций (102) и могут использовать пространство снаружи башмачного патрубка 120 для удаления любой суспензии, остающейся во внутренней колонне 110.
Как показано на Фиг. 7, уплотнения 114 внутренней колонны установлены и уплотнены на седлах 214 со стороны устья скважины от байпасного фильтра 220 в положении удаления песка. В уплотнении 114 можно применять эластомерные или другого типа уплотнения, расположенные на внутренней колонне 110, и седла 214 могут являться полированными седлами или поверхностями внутри башмачного патрубка 120, для взаимодействия с уплотнениями 114. Суспензия перекачивается через внутреннюю колонну 110, и перекачиваемая суспензия выходит из колонны 110 и проходит через окна 112 и 210, которые направляют суспензию в кольцевое пространство ствола скважины. Когда указанное происходит, суспензия начинает заполнять кольцевое пространство вокруг колонного башмака 120 с обратным клапаном. (Шунт 150 или т.п. можно использовать для направления суспензии, если требуется).
Когда суспензия заполняет кольцевое пространство, возвращающаяся из скважины текучая среда проходит через фильтр 220, который предотвращает вход гравия в компоновку 100 гравийного фильтра. Возвращающаяся текучая среда проходит вверх по башмачной зоне 120 к байпасным каналам 230. Здесь байпасные каналы 230 обеспечивают проход возвращающейся из скважины текучей среды вверх из башмачного патрубка 120 и мимо задвижки 240, седел 214 и окон 210 прохода потока. Указанное обеспечивает возвращающейся из скважины текучей среде проход наружу вокруг взаимодействующих уплотнений 114 и седел 214, обходя внутреннюю колонну 210. Как указано выше, байпасные каналы 230 могут всегда являться открытыми, или могут открываться и закрываться с помощью перемещения муфты 240. Другими словами, сдвиг скользящей муфты 240 может открывать и закрывать гидравлическое сообщение через байпасный канал 230, а также окна 210 прохода потока.
Покидая байпасные каналы 230 со стороны устья скважины от седел 214 и уплотнений 114, возвращающаяся из скважины текучая среда выходит в кольцевое пространство между внутренней колонной 110 и хвостовиком 170. В результате возвращающаяся из скважины текучая среда выходит из хвостовика 170 в обсадную колонну 12. Таким способом возвращающуюся из скважины текучую среду можно подавать по всему пути к устью скважины в компоновке 100, что не требует входа во внутреннюю колонну 110.
Для предотвращения любого возможного входа песка в байпасные каналы 230 входы каналов можно защитить песчаными фильтрами (не показано). Как известно, песок, способный собираться над внутренней колонной 110, может обуславливать прихват колонны 110. Поэтому дополнительный фильтр на входе байпасных каналов 230 может дополнительно предотвращать проход песка в пространство над закрывающей муфтой 240.
Как показано на Фиг. 7, байпасные каналы 230 могут являться одним или несколькими каналами, выполненными в кожухе компоновки 200В и обходящими седло 214, окна 210 и скользящую муфту 240. Со своей стороны, муфта 240 может переключаться перемещением инструмента и приемлемым сдвигающим устройством 116 на внутренней колонне 110 для перемещения относительно выпускных окон 210 между открытым и закрытым положениями. (Сдвигающее устройство 116 может устанавливаться в другом месте на колонне 110, отличающемся от места, показанного на фигурах, и сдвигающее устройство 116 может быть выполнено с возможностью открытия и закрытия муфт 240 в противоположных направлениях с использованием элементов, хорошо известных в технике).
Байпасная компоновка 200В может использовать байпасные каналы нескольких различных типов. Как показано на Фиг. 8А-8В, например, каналы 232 для байпасной компоновки 200В могут иметь различную конфигурацию и могут выполняться в части седел 214. В другой альтернативе, показанной на Фиг. 9А-9В, для каналов 234 можно применять шунтирующие трубы или другие трубы, расположенные снаружи башмачного патрубка 120 для обеспечения прохода возвращающейся из скважины текучей среде наружу из окон 210 и муфты 240 и затем обратно в пространство между внутренней колонной 110 и башмачной зоной 120. Понятно, что с пользой для настоящего изобретения данные и другие конфигурации можно использовать для байпасных каналов.
Данные другие конфигурации могут давать некоторые дополнительные преимущества. Например, входы в каналы 232 на Фиг. 8А-8В имеют отверстия 233, выполненные на станке сверления оружейных стволов поперечно поверхности седла 214 со стороны забоя скважины. Как показано на Фиг. 8А, внутреннюю колонну 110 можно устанавливать в байпасной компоновке 200В с уплотнением 114 со стороны забоя скважины, установленным со стороны устья скважины от отверстий 233, выполненных на станке сверления оружейных стволов для каналов 232. В данном положении отверстия 233 каналов 232 могут принимать возвращающуюся из скважины текучую среду, входящую в фильтр 220 во время удаления песка, так что каналы 232 могут обходить выпускные окна 210 и уплотнения 114, как описано выше.
Альтернативно, как показано на Фиг. 8В, внутреннюю колонну 110 можно устанавливать с уплотнением 114, со стороны забоя от отверстий 233, выполненных на станке сверления оружейных стволов, по существу изолируя каналы 232 от нижнего участка башмачного патрубка 120. В данном положении отверстия 233 каналов 232 могут принимать текучую среду, выходящую из внутренних окон 112 колонны, без прохода в башмачный патрубок 120. Кроме того, реверсивный поток может передавать текучую среду со стороны устья скважины в компоновке 100 в каналы 232 и в окна 112 внутренней колонны. Универсальность данной конфигурации может иметь ряд преимуществ для других процедур, таких как вымывание компонентов, выполнение нагнетания химреагентов и других операций, известных в технике.
Каналы 234 шунтирующей трубы, показанные на Фиг. 9А со своими впусками 235, расположенными в седле 214 со стороны забоя скважины, могут предлагать аналогичные каналам 232, показанным на Фиг. 8А-8В, преимущества. Кроме того, каналы 234 шунтирующей трубы на Фиг. 9В показывают, как впуски 235 можно устанавливать на некотором расстоянии вниз к башмачной зоне 120, что может обеспечивать предотвращение интерференции на впусках 235 от любого из компонентов внутренней колонны 110, расположенных в байпасной компоновке 200В.
Хотя байпасная компоновка 200В показана на конце компоновки 100 гравийного фильтра на башмачном патрубке 120, понятно, что другие части компоновки 100 могут также включать в себя элементы такой байпасной компоновки 200В. Например, секция 102 гравийного фильтра Фиг. 2 или 5, в которой отсутствует башмачный патрубок и колонный башмак с обратным клапаном, может включать в себя элементы раскрытой байпасной компоновки 200В. В общем, корпус такой секции 102 может являться аналогичным показанному ранее, но должен не иметь колонного башмака с обратным клапаном на своем конце, так что внутренний канал может сообщаться с другой расположенной со стороны забоя секцией 102 гравийного фильтра.
В качестве примера, на Фиг. 10А-10В показано, как байпасную компоновку 200С можно включать в одну из секций гравийного фильтра 102В компоновки 100. Как показано, компоновка 100 имеет много компонентов, аналогичных рассмотренным выше, так что их не описывают повторно. Однако секции гравийного фильтра, такие как секция 102В, показанная подробно, включают в себя байпасную компоновку 200С согласно настоящему изобретению, включенную в нижний снабженный окнами кожух 130А. Другая секция 102А имеет байпасную компоновку 200С вместе с колонным башмаком с обратным клапаном.
Как показано на Фиг. 10А, секция 102В включает в себя нижний снабженный окнами кожух 130А с окнами 132А прохода потока, нижнюю секцию 140А фильтра, верхний снабженный окнами кожух 130В с окнами 132В прохода потока, шунтирующие трубы 150 и верхнюю секцию 140В фильтра, которые выполнены аналогично описанным выше устройствам. Нижний кожух 130А включает в себя байпасный фильтр 220 и байпасные каналы (т.е. каналы 234 шунтирующей трубы на данном изображении). Окна 132А прохода потока на кожухе 130А имеют седла 214 и закрывающую или скользящую муфту 240.
Во время заполнения гравийного фильтра выпускные окна 112 внутренней колонны можно изолировать вместе с окнами 132А прохода потока, а скользящую муфту 240 открыть. Суспензия, перекачиваемая вниз по внутренней колонне 110, может выходить из окон 112 и 132А для заполнения гравием кольцевого пространства ствола скважины вокруг данной секции 102В. Суспензия должна проходить к устью скважины для укладки гравия вокруг секций 140А-В фильтра в конфигурации от носка к пятке. Некоторая часть суспензии может проходить к забою скважины с возвращающейся из скважины текучей средой, приходящей через байпасный фильтр 220 и проходящей через байпасные каналы 234.
Когда заполнение гравийного фильтра завершено на данных первых окнах 132А прохода потока, внутреннюю колонну 110 можно поднимать на следующую ступень так, что выпускные окна 112 сообщаются с верхними окнами 132В прохода потока, которые сообщаются с шунтирующими трубами 150. Как показано на Фиг. 10А-10В, шунтирующие трубы 150 могут заканчиваться в кольцевом пространстве 150 ствола скважины и могут не сообщаться с проходом внутрь компоновки вблизи носка данной секции 102В гравийного фильтра, как в предыдущих примерах.
С колонной 110 в данном положении суспензия, перекачиваемая через внутреннюю колонну 110, проходит в шунтирующие трубы 150 и в кольцевое пространство ствола скважины вблизи носка данной секции 102В гравийного фильтра для заполнения данной носковой секции или удаления излишков суспензии. В это время возвращающаяся из скважины текучая среда из данного второго яруса может входить в компоновку 100 через байпасный фильтр 220, проходить вверх по секции 102В и обходить изолированные выпускные окна 112 и окна 132В прохода потока. Для обхода изолированных окон 112 и 132В возвращающаяся из скважины текучая среда может выходить из секции 140A фильтра и входить обратно через секцию 140В фильтра, как в устройствах, описанных выше (см., Фиг. 4В). В качестве альтернативы, показанной на Фиг. 10С, верхний снабженный окнами кожух 130В в данной компоновке 100 может иметь аналогичное устройство байпасных каналов 236 для более прямого пути обхода возвращающейся из скважины текучей средой изолированных окон 112 и 132В.
Хотя раскрытые байпасные компоновки (т.е. 200А, 200В и 200С) показаны с компоновкой 100 гравийного фильтра с заполнением от носка к пятке, раскрытую байпасную компоновку можно использовать с другими компоновками гравийного фильтра. Например, на Фиг. 11 показана другая компоновка 100′ гравийного фильтра с хвостовиком 170, проходящим от подвески 14 хвостовика и имеющим фильтр 145, отделенный пакером 104. Байпасная компоновка 200D, аналогичная раскрытым выше, устанавливается со стороны устья скважины от фильтра 145.
Здесь также башмачный патрубок 120 на конце компоновки 100' может иметь внутреннее седло 124, так что внутренняя колонна 110 может уплотняться одним из своих уплотнений 114 на нем и осуществлять циркуляцию промывочного раствора из колонного башмака с 122 с обратным клапаном. После промывки внутреннюю колонну 110 можно поднимать к байпасной компоновке 200D в точку со стороны устья скважины от фильтра 145 и настраивать для заполнения гравийного фильтра.
Как показано подробно на Фиг. 11, задвижка 240 открывается (сдвигающим устройством 116 или т.п.), и уплотнения 114 на внутренней колонне 110 уплотняются с седлами 214 внутри компоновки 200D. Операторы перекачивают суспензию вниз по внутренней колонне 110, и суспензия проходит из окон 112 и 210, укладывая гравийный фильтр вокруг фильтра 145 в обычной конфигурации от пятки к носу. Возвращающаяся из скважины текучая среда проходит через фильтр 140 и проходит вверх к байпасной компоновке 200D. Внутри компоновки 200D возвращающаяся из скважины текучая среда проходит в каналы, которые показаны здесь, как каналы 234 шунтирующей трубы, хотя другие конфигурации можно использовать. В результате, возвращающаяся из скважины текучая среда может проходить вверх по хвостовику 170 и в обсадную колонну 12.
Когда заполнение гравийного фильтра завершено, скользящую муфту 240 можно закрыть для предотвращения гидравлического сообщения с кольцевым пространством ствола скважины во время эксплуатации. Каналы 234 шунтирующей трубы могут оставаться без изменений, поскольку они должны просто работать, подавая добываемую текучую среду или т.п. вдоль компоновки 100′. Как показывает данная компоновка 100′, байпасная компоновка 200D может работать, как наружный переводник, расположенный на самой компоновке 100′ фильтра. Данное устройство может значительно упрощать обычные компоненты, требуемые для заполнения гравийным фильтром ствола скважины в обычной конфигурации от пятки к носу.
Хотя только одна секция фильтра 145 и одна байпасная компоновка 200D показаны на Фиг. 11, компоновка 100′ может иметь любое число фильтров 145 и байпасных компоновок 200D, расположенных вдоль ее длины. Кроме того, различные пакерующие устройства можно использовать между секциями 145 фильтров и байпасными компоновками 200D для разобщения на отдельные зоны ствола 10 скважины.
Описание предпочтительных и других вариантов осуществления не ограничивает объем или применимость концепций изобретения, изложенных Заявителями. Для настоящего изобретения понятно, что элементы одного варианта осуществления можно комбинировать с другими описанными компонентами в другом варианте осуществления или заменять ими. В данном документе описано применение компоновок гравийного фильтра в стволах скважин, таких как необсаженные стволы скважин. В общем, данные стволы скважин могут иметь любую ориентацию, являться вертикальными, горизонтальными или наклонно-направленными. Например, горизонтальным стволом скважины можно называть любую наклонно-направленную секцию ствола скважины, образующую угол 50 градусов или больше и даже более 90 градусов относительно вертикали.
Раскрывая в данном документе концепции изобретения, заявители обладают всеми патентными правами согласно прилагаемой формуле изобретения. При этом прилагаемая формула изобретения включает в себя все модификации в полном объеме пунктов формулы или их эквивалентов.