РАСШИРЯЮЩИЙСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ГЕРМЕТИК ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ С МНОГОСТВОЛЬНЫМИ СИСТЕМАМИ ЗАКАНЧИВАНИЯ
EXPANDABLE METAL SEALANT FOR USE WITH MULTI-HOLE COMPLETION SYSTEMS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[1] Настоящее изобретение относится в общем к многоствольным системам заканчивания и, в частности, к соединениям, используемым в них. Многоствольные системы заканчивания представляют собой доступные в нефтегазовой отрасли инструменты, используемые для разработки и добычи из углеводородных пластов в многоствольных стволах скважины. Боковые стволы скважины разрабатываются из единственного основного ствола скважины таким образом, что обсадная колонна или эксплуатационная насосно-компрессорная труба могут быть размещены в них и связаны друг с другом. Современные способы установки обсадной колонны или насосно-компрессорной трубы требуют либо отдельной операции по цементированию, оборудования для подвесного устройства хвостовика, либо дорогостоящего оборудования для заканчивания, чтобы надежно связать обсадную колонну и/или насосно-компрессорную трубу между собой и изолировать боковые и основные стволы скважины. Это могут быть сложные, требующие много времени и трудоемкие способы, которые могут повлечь за собой большие дополнительные расходы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[2] Для более полного понимания признаков и преимуществ настоящего изобретения далее приведена ссылка на подробное описание вместе с прилагаемыми фигурами, при этом соответствующие цифровые обозначения на разных фигурах относятся к соответствующим частям и при этом:
[3] на фиг. 1A и 1B представлены два проиллюстрированных примера многоствольных систем заканчивания уровней 5 и 6 технологии разветвленных скважин (Technology Advancement in Multi-Lateral; TAML) в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами реализации;
[4] на фиг. 2A и 2B представлены изображения соединения и металлического герметика до гидратации и металлического герметика после гидратации в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами реализации; и
[5] на фиг. 3 представлено изображение альтернативного применения металлического герметика с боковым соединением в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами реализации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[6] Хотя ниже подробно обсуждается создание и использование различных вариантов реализации настоящего изобретения, следует принимать во внимание, что настоящее изобретение обеспечивает множество применимых идей изобретения, которые могут быть воплощены в большом разнообразии конкретных контекстов. Обсуждаемые в данном документе конкретные варианты реализации являются всего лишь иллюстративными и не ограничивают объем настоящего изобретения. С целью ясности в настоящем изобретении могут быть описаны не все признаки фактической реализации. Конечно, следует понимать, что при разработке любого такого фактического варианта реализации должны быть приняты многочисленные решения, связанные с реализацией, для достижения конкретных целей разработчика, таких как соответствие связанным с системой и деятельностью ограничениям, которые будут отличаться в зависимости от варианта реализации. Кроме того, следует понимать, что такая разработка может быть сложной и трудоемкой, но будет рутинной задачей для специалистов в данной области техники, извлекающих выгоду из данного изобретения.
[7] В описании заявки подробно изложены низкозатратные способ, устройство и система для создания уровней 2, 3, 4, 5, 6 TAML или любого типа соединения для многоствольных систем заканчивания. Указанное устройство можно использовать для анкерного закрепления/изоляции обсадной колонны и/или эксплуатационной насосно-компрессорной трубы в боковом стволе без необходимости проведения отдельных работ по цементирования или использования любого типа системы хвостовика. Представлен металлический твердый раствор, который был испытан и продемонстрировал способность увеличивать свои размеры и выдерживать значительные перепады давления после воздействия воды. Таким образом, расширяющийся металл можно использовать для анкерного закрепления и герметизации обсадной колонны и эксплуатационной насосно-компрессорной трубы. Расширяющийся металл могут применять как внешнюю трубу или соединительную муфту снаружи боковой насосно-компрессорной трубы или обсадной колонны. Как только боковая насосно-компрессорная труба установлена в требуемом положении и металлический герметик вступит в реакцию с насыщенным минеральным раствором, металлический герметик начнет увеличиваться в объеме и образовывать гидроксид металла (или гидрат металла). Этот гидроксид металла будет сцепляться и образовывать прочное уплотнение (что доказано лабораторными исследованиями при перепаде давления более 7000 фунтов на квадратный дюйм на фут длины). После завершения реакции можно использовать отдельный цикл фрезерования, чтобы отрезать боковую насосно-компрессорную трубу заподлицо с основным стволом.
[8] Далее в соответствии с фиг. 1A и 1B проиллюстрированы два примера многоствольных систем заканчивания уровня 5 и уровня 6, обозначенных в целом и соответственно как 20 и 40, в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами реализации. Система 20 уровня 5 содержит скважинную вертикальную и боковую обсадную колонну 22v, 22l, скважинную вертикальную и боковую эксплуатационную насосно-компрессорную трубу 24v, 24l, а также инструменты разработки и добычи на уровне поверхности. Система 40 уровня 6 содержит скважинную вертикальную и боковую обсадную колонну 42v, 42-1l и 42-2l, скважинную вертикальную эксплуатационную насосно-компрессорную трубу 44-1v, 44-2l, а также инструменты разработки и добычи на уровне поверхности. Системы уровня 5 и уровня 6 считаются усовершенствованными системами ствола скважины, которые обеспечивают большую структурную целостность и больший контроль давления, чем другие, более простые конструкции. Из-за сложности и возможных ограничений уровней добычи система уровня 6 часто считается менее практически осуществимым вариантом. Тем не менее, обе системы считаются сложными и дорогостоящими. Однако представленный в данном документе металлический герметик и его применение могут значительно снизить сложность и стоимость, связанные с системами уровня 5 и уровня 6, а также обеспечить структурную целостность и давление, необходимые для таких усовершенствованных систем. Следует понимать, что, очевидно, системы уровня 5 и уровня 6 - это не единственные системы, в которых применяется металлический герметик. Описанное в данном документе соединение могут использовать во многих скважинных применениях, где требуется использование технологии соединения.
[9] Система 20 уровня 5 и система 40 уровня 6 содержат систему 26 подвижного блока и инструмента для спуска инструментов, обсадной колонны и насосно-компрессорной трубы в скважину через устье 28 скважины. Систему 26 спускного инструмента могут использовать для размещения соединения 28 в процессе разработки. В варианте реализации соединение 28 содержит внешнюю муфту, изготовленную из металлического герметика, способную устанавливать соединение 28 таким образом, чтобы надежно соединять вертикальную и боковую эксплуатационную насосно-компрессорную трубу 24 или вертикальную эксплуатационную насосно-компрессорную трубу 44-1 и 44-2. В любом случае металлический герметик набухает вокруг области соединения 28, создавая уплотнение с сопряжением после воздействия воды или аналогичного флюида. Кроме того, свойства металлического герметика заставляют гидратированное соединение 28 с расширяющимся металлом действовать как анкерное крепление. Насосную станцию 30 используют для откачки флюида через вертикальные и боковые перфорационные отверстия, образованные в скважинных пластах, после заканчивания.
[10] Далее в соответствии с фиг. 2A и 2B проиллюстрированы соединение 28 и расширяющийся металлический герметик 50B (до гидратации) и расширяющийся металлический герметик 50A (после гидратации) в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами реализации. В качестве альтернативы расширяющийся металлический герметик можно описать как расширяющийся в цементоподобном материале, который герметизирует и закрепляет сопряжение. Другими словами, металл превращается из металла в частицы микронного размера, а затем эти частицы сжимаются вместе, по существу образуя анкерное крепление.
[11] Далее в соответствии с фиг. 2A и 2B проиллюстрированы соединение 28 и металлический герметик 50B (до гидратации) и металлический герметик 50A (после гидратации) в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами реализации. В качестве альтернативы металлический герметик можно описать как расширяющийся в цементоподобном материале, который герметизирует и закрепляет сопряжение. Другими словами, металл превращается из металла в частицы микронного размера, а затем эти частицы сцепляются вместе, по существу образуя анкерное крепление. Реакция происходит менее чем через 30 дней один раз в способном вступать в реакцию флюиде и при температурах внутри скважины. Металл до расширения является электропроводным. Металл можно механически обработать для придания ему необходимого размера/формы, экструдировать, сформовать, отлить или обработать другими обычными способами, чтобы добиться требуемой формы металла. Металл до расширения является электропроводным. Металл до расширения имеет предел текучести более около 8000 фунтов на квадратный дюйм, т. е. 8000 фунтов на квадратный дюйм +/- 50%. Металл имеет минимальный размер более около 0,05 дюйма.
[12] Гидролиз любого металла может привести к образованию гидроксида металла. Формирующие свойства щелочноземельных металлов (Mg - магний, Ca - кальций и т. д.) и переходных металлов (Zn - цинк, Al - алюминий и т. д.) в реакциях гидролиза демонстрируют структурные характеристики, которые являются благоприятными для многоствольных систем заканчивания уровня 5 и уровня 6. Гидратация приводит к увеличению размера в результате реакции гидратации и приводит к образованию гидроксида металла, который может выпадать в осадок из флюида.
[13] Реакция гидратации магния представлена следующим образом:
2
2
2
Mg+2HO -> Mg(OH)+H,
2
где Mg(OH) также известен как брусит. В другой реакции гидратации используют гидролиз алюминия. В результате реакции образуется материал, известный как гиббсит, байерит и норстрандит, в зависимости от формы. Реакция гидратации алюминия представлена следующим образом:
2
3
2
Al+3HO -> Al(OH)+3/2 H
В другой реакции гидратации используют гидролиз кальция. Реакция гидратации кальция представлена следующим образом:
2
2
2
Ca+2HO -> Ca(OH)+H,
2
где Ca(OH) известен как портландит и представляет собой обычный продукт гидролиза портландцемента. Считается, что гидроксид магния и гидроксид кальция относительно нерастворимы в воде. Гидроксид алюминия можно рассматривать как амфотерный гидроксид, который растворим в сильных кислотах или сильных основаниях.
[14] В варианте реализации используемый металлический материал может представлять собой металлический сплав. Металлический сплав может представлять собой сплав основного металла с другими элементами, чтобы либо регулировать прочность металлического сплава, либо регулировать время реакции металлического сплава, либо регулировать прочность полученного побочного продукта гидроксида металла. Металлический сплав может быть легирован элементами, повышающими прочность металла, такими как, помимо прочего, Al - алюминий, Zn - цинк, Mn - марганец, Zr - цирконий, Y - иттрий, Nd - неодим, Gd - гадолиний, Ag - серебро, Ca - кальций, Sn - олово, Re - рений, Cu - медь. В некоторых вариантах реализации сплав может быть легирован легирующей добавкой, которая способствует коррозии, такой как Ni - никель, Fe - железо, Cu - медь, Co - кобальт, Ir - иридий, Au - золото, C - углерод, галлий, индий, ртуть, висмут, олово и Pd - палладий. Металлический сплав может быть изготовлен методом твердого раствора, когда элементы объединяются с расплавленным металлом или металлическим сплавом. В качестве альтернативы металлический сплав может быть изготовлен методом порошковой металлургии. Металл может быть литым, кованным, экструдированным или их комбинацией.
[15] Необязательно к исходным металлическим материалам могут быть добавлены нерасширяющиеся компоненты. Например, керамические, эластомерные, стеклянные или не вступающие в реакцию металлические компоненты могут быть встроены в расширяющийся металл или нанесены на поверхность металла. В качестве альтернативы исходный металл может представлять собой оксид металла. Например, оксид кальция (CaO) с водой будет производить гидроксид кальция в ходе энергетической реакции. Из-за более высокой плотности оксида кальция он может иметь объемное расширение, составляющее 260%, причем при превращении 1 моля CaO объем увеличивается с 9,5 куб. см до 34,4 куб. см. В одном варианте расширяющийся металл образуется в ходе реакции серпентинита, реакции гидратации и метаморфизма. В одном варианте полученный материал напоминает мафический материал. В реакцию могут быть добавлены дополнительные ионы, включая силикат, сульфат, алюминат, фосфат. Металл можно легировать, чтобы увеличить реакционную способность или контролировать образование оксидов.
[16] Далее в соответствии с фиг. 3 проиллюстрировано альтернативное применение расширяющегося металлического герметика 50 с соединением 28 в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами реализации. Расширяющийся металлический герметик 50 может иметь множество различных форм, если имеется достаточный объем материала для набухания. Это может быть одна длинная труба, несколько коротких труб и/или колец. В варианте реализации, показанном на фиг. 3, соединение 28 содержит чередующиеся металлический герметик 50 и сталь. Соединение 28 может включать несколько примеров расширяющегося металлического герметика 50 любой длины и различной длины с обычными стальными кольцами, установленными вокруг него, чтобы помочь стабилизировать и/или защитить расширяющийся металл во время спуска.
[17] Приведенные в качестве примера системы, способы и действия, описанные в вариантах реализации, представленных ранее, являются иллюстративными, и в альтернативных вариантах реализации определенные действия могут выполняться в другом порядке, параллельно друг другу, полностью опускаться и/или сочетаться между различными приведенными в качестве примера вариантами реализации, и/или могут быть выполнены определенные дополнительные действия без отклонения от объема и сущности различных вариантов реализации. Соответственно, такие альтернативные варианты реализации включены в приведенное в данном документе описание.
[18] Используемые в данном документе формы единственного числа предназначены для включения также форм множественного числа, если контекст явно не указывает иное. Кроме того, следует понимать, что термины «содержит» и/или «содержащий», при использовании в данном описании, определяют наличие заявленных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличие или добавление одного или более других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп. Используемый в данном документе термин «и/или» включает в себя все возможные комбинации одного или более связанных перечисленных элементов. Используемые в данном документе фразы, такие как «от X до Y» и «от около X до Y», следует интерпретировать как включающие X и Y. Используемые в данном документе фразы, такие как «от около X до Y» означают «от около X до около Y». Используемые в данном документе фразы, такие как «примерно от X до Y», означают «от около X до около Y».
[19] Раскрытые выше варианты реализации были представлены в целях иллюстрации и для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники применить изобретение на практике, но данное изобретение не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограниченным раскрытыми формами. Многие несущественные модификации и вариации будут очевидны для специалистов в данной области техники без отклонения от объема и сущности данного изобретения. Объем формулы изобретения предназначен для широкого охвата раскрытых вариантов реализации и любых подобных модификаций. Кроме того, следующие пункты представляют дополнительные варианты реализации данного изобретения и должны рассматриваться в пределах объема данного изобретения:
[20] пункт 1, соединение для применения в многоствольной системе заканчивания, содержащее: металлический герметик, наносимый на боковой компонент; при этом металлический герметик выполнен с возможностью расширения в ответ на гидролиз; при этом боковой компонент и металлический герметик выполнены с возможностью образования уплотнения или образования анкерного крепления с нефтепромысловым трубчатым элементом многоствольной системы заканчивания в ответ на гидролиз;
[21] пункт 2, соединение по пункту 1, отличающееся тем, что гидролиз образует структуру гидроксида металла;
[22] пункт 3, соединение по пункту 1, отличающееся тем, что металл выполнен с возможностью расширения в ответ на одно из гидролиза щелочноземельного металла и гидролиза переходного металла;
[23] пункт 4, соединение по пункту 1, отличающееся тем, что металлический герметик выполнен с возможностью изменения радиального размера в ответ на одно из гидролиза магния, гидролиза алюминия, гидролиза кальция и гидролиза оксида кальция;
[24] пункт 5, соединение по пункту 4, отличающееся тем, что гидролиз образует структуру, содержащую одно из брусита, гиббсита, байерита и норстрандита;
[25] пункт 6, соединение по пункту 1, отличающееся тем, что металлический герметик представляет собой магниевый сплав или магниевый сплав, легированный по меньшей мере одним из Al, Zn, Mn, Zr, Y, Nd, Gd, Ag, Ca, Sn и Re;
[26] пункт 7, соединение по пункту 6, отличающееся тем, что магниевый сплав легирован по меньшей мере одним из Ni, Fe, Cu, Co, Ir, Au и Pd;
[27] пункт 8, многоствольная система заканчивания, содержащая: скважинную обсадную колонну или насосно-компрессорную трубу; боковой компонент, гидравлически соединенный со скважинной обсадной колонной; металлический герметик, нанесенный на боковой компонент; при этом металлический герметик выполнен с возможностью изменения радиального размера в ответ на гидролиз; при этом боковой компонент и металлический герметик выполнены с возможностью образования уплотнения или анкерного крепления со скважинной обсадной колонной или насосно-компрессорной трубой многоствольной системы заканчивания в ответ на гидролиз;
[28] пункт 9, многоствольная система заканчивания по пункту 8, отличающаяся тем, что гидролиз образует структуру гидроксида металла;
[29] пункт 10, многоствольная система заканчивания по пункту 8, отличающаяся тем, что металлический герметик выполнен с возможностью изменения радиального размера в ответ на одно из гидролиза щелочноземельного металла или гидролиза переходного металла;
[30] пункт 11, многоствольная система заканчивания по пункту 8, отличающаяся тем, что металлический герметик выполнен с возможностью изменения радиального размера в ответ на одно из гидролиза магния, гидролиза алюминия, гидролиза кальция и гидролиза оксида кальция;
[31] пункт 12, многоствольная система заканчивания по пункту 11, отличающаяся тем, что гидролиз образует структуру, содержащую одно из брусита, гиббсита, байерита и норстрандита;
[32] пункт 13, многоствольная система заканчивания по пункту 8, отличающаяся тем, что металлический герметик представляет собой магниевый сплав или магниевый сплав, легированный по меньшей мере одним из Al, Zn, Mn, Zr, Y, Nd, Gd, Ag, Ca, Sn и Re;
[33] пункт 14, многоствольная система заканчивания по пункту 13, отличающаяся тем, что магниевый сплав легирован по меньшей мере одним из Ni, Fe, Cu, Co, Ir, Au и Pd;
[34] пункт 15, способ применения соединения в многоствольной системе заканчивания, включающий: нанесение металлического герметика на боковой компонент; размещение бокового компонента, гидравлически соединенного со скважинной обсадной колонной; при этом металлический герметик выполнен с возможностью изменения радиального размера в ответ на гидролиз; при этом боковой компонент и металлический герметик образуют уплотнение и анкерное крепление со скважинной обсадной колонной или насосно-компрессорной трубой многоствольной системы заканчивания в ответ на гидролиз;
[35] пункт 16, способ по пункту 15, отличающийся тем, что гидролиз образует структуру гидроксида металла;
[36] пункт 17, способ по пункту 15, отличающийся тем, что металлический герметик выполнен с возможностью изменения радиального размера в ответ на одно из гидролиза щелочноземельного металла или гидролиза переходного металла;
[37] пункт 18, способ по пункту 15, отличающийся тем, что металлический герметик выполнен с возможностью изменения радиального размера в ответ на одно из гидролиза магния, гидролиза алюминия, гидролиза кальция и гидролиза оксида кальция;
[38] пункт 19, способ по пункту 18, отличающийся тем, что гидролиз образует структуру, содержащую одно из брусита, гиббсита, байерита и норстрандита; и
[39] пункт 20, способ по пункту 15, отличающийся тем, что металлический герметик представляет собой магниевый сплав или магниевый сплав, легированный по меньшей мере одним из Al, Zn, Mn, Zr, Y, Nd, Gd, Ag, Ca, Sn и Re.
[40] Вышеизложенное описание вариантов реализации данного изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать изобретение точной раскрытой формой, и модификации и изменения возможны в свете вышеизложенных идей или могут быть получены в результате применения данного изобретения на практике. Варианты реализации были выбраны и описаны для объяснения принципов данного изобретения и его практического применения, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники использовать данное изобретение в различных вариантах реализации и с различными модификациями, которые подходят для конкретного предполагаемого использования. В конструкции, рабочих условиях и компоновке вариантов реализации могут быть сделаны другие замены, модификации, изменения и опущения без отклонения от объема настоящего изобретения. Такие модификации и комбинации иллюстративных вариантов реализации, а также других вариантов реализации будут очевидны для специалистов в данной области техники при ссылке на описание. Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает любые подобные модификации или варианты реализации.