СИСТЕМА ДЛЯ ПОМЕЩЕНИЯ ИНДИКАТОРА В СКВАЖИНУ
SYSTEM FOR PLACEMENT OF INDICATOR IN WELL

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №14/967,013, поданной 11 декабря 2015 года, которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] При добыче из нефтяных и газовых скважин, как правило, после выбуривания скважины может быть выполнено ее заканчивание. Один из способов заканчивания скважины включает разделение скважины на несколько зон с последующей обработкой каждой зоны по отдельности.
[0003] Отдельная обработка каждой секции скважины может быть осуществлена несколькими способами. Один из способов состоит в сборке на поверхности трубчатого узла, который содержит множество расположенных на расстоянии друг от друга скользящих манжет. Скользящие манжеты, как правило, расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что по меньшей мере одна скользящая манжета будет примыкать к каждой зоне. В некоторых случаях пакеры для кольцевого пространства также могут быть расположены на расстоянии друг от друга вдоль трубчатого узла для разделения ствола скважины на требуемое количество зон. В других случаях, если пакеры для кольцевого пространства не используют для разделения ствола скважины на требуемое количество зон, трубчатый узел может быть зацементирован в требуемом месте.
[0004] Затем трубчатый узел спускают в ствол скважины, как правило, со скользящими манжетами в закрытом положении. Когда трубчатый узел находится на своем месте в скважине и зацементирован на этом месте или когда задействованы пакеры, ствол скважины может быть обработан.
[0005] В других вариантах трубчатого узла обсадную колонну спускают в открытый забой и затем цементируют на месте. Цементирование и обсаживание обеспечивают зональную изоляцию. Чтобы обеспечить доступ в ствол скважины, пробку спускают в скважину и устанавливают ниже самой нижней зоны, к которой необходимо обеспечить доступ. Затем скважинный перфоратор спускают в обсадную колонну, размещают рядом с продуктивным пластом и приводят в действие для образования отверстия в обсадной колонне. Затем продуктивный пласт, примыкающий к образованным в обсадной колонне отверстиям, обрабатывают путем гидроразрыва или с применением других способов воздействия. Затем в обсадную колонну спускают еще одну пробку, которую размещают между отверстиями в обсадной колонне и следующей самой нижней зоной пласта. Процессы перфорации, воздействия и закупоривания повторяют до тех пор, пока не будут обработаны все зоны.
[0006] Когда все зоны будут обработаны путем вставки или путем открытия скользящих манжет и выполнения гидроразрыва, пробки или другое изолирующее оборудование между различными зонами внутри обсадной колонны извлекают, чтобы пластовая текучая среда попала внутрь обсадной колонны и на поверхность.
[0007] Когда скважина введена в эксплуатацию, текучая среда протекает из каждого продуктивного пласта через соседние каналы или отверстия в обсадной колонне и на поверхность. К сожалению, оператору сложно определить, поступает ли текучая среда из конкретного пласта, в каких количествах она поступает из конкретного пласта, а также качество текучей среды, поступающей из конкретного пласта. Качество текучей среды из конкретного пласта, как правило, является функцией от соотношения углеводородов и воды, добываемых из конкретной зоны.
[0008] Обладая информацией, связанной с добычей текучей среды из каждой зоны, оператор может увеличивать добычу из скважины за счет закрытия зон, в которых либо не добывают углеводороды, либо добывают текучие среды с высоким соотношением содержания воды к углеводородам. Кроме того, такая информация позволила бы оператору использовать технические средства воздействия на скважину или механизированной эксплуатации скважины на соответствующем этапе периода эксплуатации скважины.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Предполагается, что добавление индикатора к скважинной текучей среде позволит оператору определить, сколько углеводородов и воды добывается в скважине. В частности, путем добавления материала-индикатора к текучей среде, добываемой из каждой зоны пласта, оператор сможет получить требуемую информацию в отношении количества углеводородов и отношения углеводородов к воде, которые были добыты в конкретной зоне. Для каждой зоны следует применять свой собственный конкретный материал-индикатор. Материалы-индикаторы могут представлять собой химические вещества, радиоактивные изотопы, метки радиочастотной идентификации, идентифицируемую дробь и т.д.
[0010] В одном варианте осуществления скользящая манжета содержит промежуточный перфорированный подузел. Промежуточный перфорированный подузел, как правило, расположен между корпусом и внутренней скользящей манжетой. Промежуточный перфорированный подузел предпочтительно обеспечивает щелевые отверстия или по меньшей мере кольцевую область между корпусом и внутренней скользящей манжетой. Щелевые отверстия или кольцевая область, в свою очередь, удерживают предпочтительно твердый материал-индикатор, причем материал-индикатор выполнен с возможностью соприкосновения с текучей средой в скважине в конкретном месте внутри перфорированного подузла. Материал-индикатор, соприкасающийся с текучей средой, растворяется, размывается, разлагается или иным образом смешивается с текучей средой, что позволяет части материала-индикатора переноситься текучей средой из промежуточного перфорированного подузла на поверхность.
[0011] Как правило, узел индикатора не перфорирован. Во внутренней скользящей манжете выполнены сквозные отверстия. В закрытом положении или положении спуска отверстия во внутренней скользящей манжете выровнены с пустой частью корпуса или пустой частью промежуточного перфорированного подузла, что позволяет не допустить протекание текучей среды изнутри трубчатого элемента к материалу-индикатору внутри промежуточного перфорированного подузла. Внутренняя скользящая манжета удерживается в закрытом положении с помощью удерживающего устройства, такого как срезной штифт, С-образное кольцо или другое удерживающее устройство.
[0012] Когда оператору необходимо открыть внутреннюю скользящую манжету для обеспечения доступа к материалу-индикатору, внутреннюю скользящую манжету сдвигают из закрытого положения в открытое положение. Открытие скользящей манжеты предполагается путем сбрасывания шара, пробки или другого обтюрирующего устройства, которое будет проходить через внутреннюю часть трубчатого элемента и при достижении соответствующего седла, которое соответствует узлу индикатора, который необходимо открыть оператору, шар образует уплотнение с седлом для предотвращения дальнейшего протекания текучей среды за уплотнение таким образом, чтобы при приложении давления с поверхности к уплотнению возникала сила, способная сдвинуть удерживающее устройство, таким образом позволяя открыть внутреннюю скользящую манжету. Теперь открытые с помощью внутренней скользящей манжеты отверстия во внутренней скользящей манжете выровнены с отверстиями в промежуточном перфорированном подузле. Отверстия в промежуточном перфорированном подузле обеспечивают доступ по меньшей мере к части материалов-индикаторов в кольцевой области, образованной промежуточным перфорированным подузлом.
[0013] В альтернативной конструкции, когда внутренняя скользящая манжета открыта, конец внутренней скользящей манжеты открывает отверстия или щелевые отверстия в промежуточном перфорированном подузле, обеспечивая сообщение по текучей среде с материалом-индикатором в кольцевой области, образованной промежуточным перфорированным подузлом. В некоторых вариантах настоящего изобретения конец внутренней скользящей манжеты и отверстия, проходящие через внутреннюю скользящую манжету, открывают по меньшей мере часть материала-индикатора в промежуточном перфорированном подузле, обеспечивая сообщение по текучей среде между внутренней частью трубчатого элемента и материалом-индикатором.
[0014] Как правило, при сдвиге внутренней скользящей манжеты с помощью шара, пробки или обтюрирующего устройства, когда внутренняя скользящая манжета сдвинута, седло перемещается из исходного поддерживаемого положения внутри корпуса в неподдерживаемое положение, в котором обеспечено расширение седла, таким образом позволяя шару проходить через трубчатый элемент и в следующий узел индикатора соответствующего размера или к другому инструменту, который может быть приведен в действие шаром.
[0015] В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что узел индикатора также перфорируют в направлении наружной стороны корпуса таким образом, что скользящая манжета может быть применена в качестве скользящей манжеты гидроразрыва пласта. В таких случаях отверстие наружного корпуса закрыто или может быть закрыто оболочкой, выполненной с возможностью ее разрушения пробкой внутри отверстия или другими средствами для защиты материала-индикатора в промежуточном перфорированном подузле.
[0016] Материалы-индикаторы в промежуточном перфорированном подузле, как правило, смещают таким образом, чтобы поток текучей среды мог достигать лишь части материала-индикатора, открытого в отверстии, и когда этот материал размывается, растворяется или иным образом удаляется, материал-индикатор в промежуточном перфорированном подузле проходит в отверстие с помощью средства смещения. Причем средство смещения может представлять собой сжатый газ, силу тяжести, пружину и т.д.
[0017] В некоторых случаях материал-индикатор может быть более легко растворимым в углеводородах или более легко растворимым в воде, благодаря чему поток текучей среды, протекающий мимо материала-индикатора, будет удалять больший или меньший объем материала-индикатора в зависимости от типа протекающей текучей среды, таким образом указывая на тип вещества, т.е. на воду или нефть. В некоторых случаях материал-индикатор может быть нерастворимым и может содержать растворимое связующее.
[0018] Как правило, материал-индикатор помещают над конкретной зоной, даже если зона имеет множество «точек воздействия». Например, конкретная зона может содержать пять скользящих манжет для доступа к зоне и только один узел индикатора над самой верхней скользящей манжетой, позволяющий определить, сколько текучей среды поступает из конкретной зоны. Каждая зона может содержать отличный материал-индикатор для обеспечения возможности определения, какой может быть конкретная фаза или доля зоны в общем потоке текучей среды. Когда текучая среда протекает через отверстие, где материал индикатора сообщается по текучей среде с индикатором, количество индикатора, захваченного потоком, пропорционально объему протекающего мимо него потока.
[0019] Размещая узел индикатора в ключевых точках скважины, а затем отбирая образцы текучей среды на поверхности, можно определить наличие конкретного материала-индикатора «А» и наличие конкретного количества материала-индикатора «В», таким образом, мы можем сказать, что часть текучей среды прошло мимо узла индикатора, содержащего материал-индикатор «А», а другое количество текучей среды прошло мимо узла индикатора, содержащего материал-индикатор «В».
[0020] В некоторых случаях множественные узлы индикатора могут быть установлены друг над другом в стволе скважины для обеспечения большего количества материала-индикатора в конкретной зоне или фазе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021] На фиг. 1 изображен узел индикатора, содержащий неперфорированный наружный корпус.
[0022] На фиг. 2 представлен вид узла индикатора с вырезом в корпусе.
[0023] На фиг. 3 изображен перфорированный подузел, занимающий часть выреза корпуса, причем большая часть материала-индикатора удалена.
[0024] На фиг. 4 представлен вид вставки А узла индикатора по фиг. 3.
[0025] На фиг. 5 изображено частичное поперечное сечение подузла индикатора.
[0026] На фиг. 6 показан узел индикатора с внутренней скользящей манжетой и седлом в верхнем или закрытом положении.
[0027] На фиг. 7 показан узел индикатора со сдвинутыми вниз внутренней скользящей манжетой и седлом.
[0028] На фиг. 8 изображен узел индикатора гидроразрыва, содержащий наружный корпус, нижний конец и верхний конец.
[0029] На фиг. 9 изображен узел индикатора гидроразрыва по фиг. 8 с частичным вырезом в корпусе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] Нижеследующее описание включает типовые устройства, способы, технические средства и последовательности команд, которые воплощают технические средства согласно объекту настоящего изобретения. Однако следует отметить, что описанные варианты осуществления могут быть осуществлены на практике без этих конкретных деталей.
[0031] На фиг. 1 изображен узел 10 индикатора, содержащий неперфорированный наружный корпус 12, нижний конец 14 и верхний конец 16.
[0032] На фиг. 2 показан вид узла 10 индикатора с вырезом корпуса 12 для представления наружной части промежуточного перфорированного подузла 16 с рядами материала-индикатора 18 в перфорированной кольцевой области, образованной корпусом 12 и углублением в промежуточном перфорированном подузле 16.
[0033] На фиг. 3 изображен перфорированный подузел 10, занимающий часть выреза корпуса 12, причем большая часть материала-индикатора 18 удалена, чтобы были видны первый набор отверстий 20 и второй набор отверстий 22. Как можно видеть на фигуре, углубленная область 24 образована между первым заплечиком 26 промежуточного перфорированного подузла и вторым заплечиком 28 промежуточного перфорированного подузла. Материал-индикатор 18 размещен в углубленной области, причем он удерживается внутри углубленной области с помощью корпуса 12, наружной части промежуточного перфорированного подузла 16, первый заплечик 26 промежуточного перфорированного подузла и второй заплечик 28 промежуточного перфорированного подузла.
[0034] На фиг. 4 представлен вид вставки А узла 10 индикатора по фиг. 3, изображающий углубленную область 24, первый набор отверстий 20, материал-индикатор 18, передний заплечик 26 и срезные штифты 30.
[0035] На фиг. 5 представлено частичное поперечное сечение подузла 50 индикатора, содержащего трубчатую внутреннюю часть 52, корпус 54 и промежуточный перфорированный подузел 56, передний заплечик 58, углубленную область 60, первый набор отверстий 72, срезной штифт 66, внутреннюю скользящую манжету 70, отверстия 62 внутренней скользящей манжеты и материал-индикатор 64. Как показано на фиг. 5, внутренняя скользящая манжета 70 была сдвинута для выравнивания первого набора отверстий 72 с отверстиями 62 внутренней скользящей манжеты, что позволяет обеспечить сообщение по текучей среде между трубчатой внутренней частью 52 и материалом-индикатором 64 в углубленной области 60. Как правило, когда текучая среда движется вверх по стволу скважины мимо узла 50 индикатора, поток текучей среды, как показано стрелкой 74, будет проходить через отверстия 62 внутренней скользящей манжеты, через первый набор отверстий 72 и размывать по меньшей мере часть материала-индикатора 64. Затем текучая среда будет переносить материал-индикатор 64 обратно через первый набор отверстий 72, через отверстия 62 внутренней скользящей манжеты и к поверхности, как показано стрелкой 76.
[0036] На фиг. 6 изображен вид выреза подузла 100 индикатора, содержащего корпус 110, седло 112, опору 116 седла, отверстия 118 и внутреннюю скользящую манжету 114. На фиг. 6 изображен подузел 100 индикатора в закрытом положении или положении спуска, в котором отверстия 118 выровнены со сплошной частью промежуточного перфорированного подузла 122, таким образом предотвращая протекание текучей среды из внутренней части трубчатого элемента 120 через отверстия 118 и на материал-индикатор, который защищен от потока текучей среды корпусом 110 внутренней скользящей манжеты 114 и промежуточным перфорированным подузлом 122. В закрытом положении внутренняя скользящая манжета 114 удерживается в своем положении с помощью срезных штифтов 124. Седло 112 поддерживается заплечиком 116, которое проходит в радиальном направлении вовнутрь от корпуса 110. При наличии седла 112, поддерживаемого заплечиком 116, когда шар или пробка, выполненные с возможностью сопряжения с седлом 112 (не показаны), проходят через внутреннюю часть трубчатого элемента 120, шар спускается на седло 112, образуя уплотнение таким образом, чтобы текучая среда не могла проходить через седло 112, когда в нем находится шар. Затем к шару и седлу давление текучей среды с поверхности может быть приложено таким образом, чтобы преодолеть способность срезного штифта 124 удерживать внутреннюю скользящую манжету 114 в закрытом положении. Шар и седло 112 в сочетании с давлением текучей среды с поверхности будут обеспечивать перемещение внутренней скользящей манжеты 114 из закрытого положения в открытое положение.
[0037] На фиг. 7 показан узел 100 индикатора с внутренней скользящей манжетой 114 и сдвинутое вниз седло 112. Когда седло 112 сдвинуто вниз, седло 112 больше не поддерживается заплечиком 116, проходящим в радиальном направлении вовнутрь от корпуса 110. Поскольку седло больше не поддерживается заплечиком 116, седло 112 больше не способно поддерживать шар при приложении достаточного давления с поверхности, что позволяет шару раздвигать штыри седла 112 и проходить вниз в скважину к следующему соответствующим образом сконфигурированному инструменту. Теперь, когда внутренняя скользящая манжета 114 находится в открытом положении, отверстия 118 скользящей манжеты могут быть совмещены с первым набором отверстий 130 промежуточного перфорированного подузла 122, в то время как верхний конец внутренней скользящей манжеты 114 открывает второй набор отверстий 134 промежуточного перфорированного подузла 122. Предполагается, что внутренняя скользящая манжета 114 в случае необходимости может быть выполнена с возможностью либо открытия первого набора отверстий 130 во внутренний перфорированный подузел 122, открытия второго набора отверстий 134 во внутренний перфорированный подузел 122, либо их открытия, как показано на фиг. 7. Под действием скважинного потока текучей среды, проходящего вверх по скважине мимо открытых отверстий в подузле 100 индикатора, в любом из первого или второго наборов отверстий 130 или 134, как показано стрелкой 140, будет размываться часть материала-индикатора в промежуточном перфорированном подузле 122 и этот материал будет перенесен на поверхность, как показано стрелкой 142. В случае, если открыт только первый набор отверстий 130 для обеспечения сообщения по текучей среде в кольцевой области между корпусом 110 и внутренней скользящей манжетой 114, образуется локализованная область для соприкосновения между скважинной текучей средой и материалом-индикатором.
[0038] На фиг. 8 изображен узел 200 индикатора гидроразрыва, содержащий наружный корпус 212, нижний конец 216 и верхний конец 218. Отверстия 214 проходят через корпус 200 в кольцевое пространство между корпусом и внутренней манжетой, внутри которой, как правило, находится промежуточный перфорированный подузел.
[0039] На фиг. 9 изображен узел 200 индикатора гидроразрыва по фиг. 8 с частичным вырезом в корпусе 212. В узле 200 индикатора гидроразрыва заплечик 230 проходит в радиальном направлении наружу от промежуточного перфорированного подузла 222. В некоторых случаях заплечик 230 может проходить в радиальном направлении вовнутрь от корпуса 212 или может представлять собой отдельную деталь, если только заплечик 230 образует локализованную область для соприкосновения между скважинной текучей средой и материалом-индикатором 240. Отверстия 224 проходят через промежуточный перфорированный подузел 222 и, как правило, выровнены с отверстиями 214 в наружном корпусе 212. Устройство смещения, в этом случае пружина 232, упирается в заплечик 234 в углублении 236, которое образовано заплечиком 234, заплечиком 230 и наружной поверхностью промежуточного перфорированного подузла 222. Материал-индикатор 240 удерживается внутри углубления 236 и, как правило, размещается по окружности вокруг промежуточного перфорированного подузла 222 и внутри углубления 236. Пружина 232 смещает узел 240 индикатора в направлении заплечика 230. Когда внутренняя скользящая манжета открыта, отверстия во внутренней скользящей манжете, как правило, совмещаются с отверстиями 224 и отверстиями 214. В любом случае отверстия внутренней скользящей манжеты, отверстия 224 и отверстия 214 обеспечивают сообщение по текучей среде между внутренней частью трубчатого элемента 250 и пластом (не показано). После обработки пласта, когда текучая среда протекает из пласта и через отверстия 214 в направлении отверстий 224, текучая среда протекает мимо заплечика 230. Поперечно направленные отверстия 252 в заплечике 230 обеспечивают попадание текучей среды на материал-индикатор 240 внутри углубления 236. Когда текучая среда проходит мимо материала-индикатора 240, часть материала-индикатора 240 будет размываться или иным образом переноситься текучей средой во внутреннюю часть трубчатого элемента 250 и вверх на поверхность.
[0040] В некоторых случаях промежуточный перфорированный подузел 222 не будет содержать заплечик 230, благодаря чему материал-индикатор 240 будет проходить между отверстиями 224 промежуточного перфорированного подузла 222 и отверстиями 214 наружного корпуса 212, примыкающего к заплечику 260 промежуточного перфорированного подузла 222. В таких случаях в углублении 236 могут быть предусмотрены поперечные каналы (не показаны) для обеспечения протекания текучей среды вокруг материала-индикатора 240, причем материал-индикатор 240 проходит между отверстиями 224 промежуточного перфорированного подузла 222 и отверстиями 214 наружного корпуса 212. В таком случае материал-индикатор 240 может быть обеспечен в виде палочек или гранул внутри каждого канала, причем каждый канал может быть оснащен независимым средством смещения.
[0041] «Нижний», «подошвенный» или «забойный» обозначает конец скважины или устройства в направлении от поверхности, включая движение в сторону от поверхности. «Верх», «вверх», «поднятый» или «высший» обозначает конец скважины или устройства в направлении к поверхности, включая движение в направлении поверхности. Хотя варианты осуществления описаны со ссылкой на различные реализации и варианты применения, следует понимать, что эти варианты осуществления являются иллюстративными и что объем изобретения не ограничивается ими. Возможны многие варианты, модификации, дополнения и улучшения.
[0042] Множество примеров описанных в настоящем документе компонентов, операций или конструкций могут быть обеспечены в качестве одного примера. В общем случае конструкции и функциональные возможности, представленные в виде отдельных компонентов в приведенных в качестве примера конфигурациях, могут быть реализованы в виде комбинированной конструкции или компонента. Аналогичным образом, конструкции и функциональные возможности, представленные в виде одного компонента, могут быть реализованы в виде отдельных компонентов. Эти и другие варианты, модификации, дополнения и усовершенствования входят в объем настоящего изобретения.