РАСТВОРИМЫЙ СКВАЖИННЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ СТВОЛА МНОГОСТВОЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ
SOLUBLE BOREHOLE DEFLECTOR FOR MULTI-BARREL BOREHOLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение в целом относится к заканчиванию ствола скважины на участке скважины и, в частности, к растворимой компоновке скважинного отклонителя для ствола многоствольной скважины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В связи с одной или более операциями на участке скважины может потребоваться бурение вторичного ствола скважины из основного или первичного ствола скважины. Бурение основного ствола скважины обычно осуществляют с помощью бурильной колонны с буровым долотом на дистальном конце, а затем заканчивают, размещая обсадную колонну в основном стволе скважины и цементируя обсадную колонну на месте путем закачки, например, цементного раствора в кольцевые зазоры между обсадной колонной и окружающей стенкой пласта. Комбинация цемента и обсадной колонны усиливает ствол первичной скважины и содействует изоляции определенных зон пласта за обсадной колонной для добычи углеводородов в надземном месте на поверхности геологической среды, в которой находится оборудование для добычи углеводородов. Во многих случаях заканчивание основного ствола скважины осуществляется на первой глубине и производится в течение определенного периода времени или с целью получения определенного объема добычи. Добычу могут производить из различных зон пласта путем перфорации обсадной колонны.
Для создания ствола многоствольной скважины может потребоваться отклонение бурового долота с основного ствола скважины в сторону вторичного ствола скважины. Обычной практикой является размещение скважинного отклонителя в хвостовике обсадной колонны основного ствола скважины, чтобы отклонить одну или более фрез в боковом направлении (или в альтернативной ориентации) относительно колонны обсадных колонн и таким образом проникнуть в определенную часть обсадной колонны для образования окна или отверстия. Затем через это окно можно ввести буровое долото с целью бурения бокового или вторичного ствола скважины для достижения требуемой длины, и затем этот вторичный ствол скважины можно закончить. Извлечение скважинного отклонителя после бурения вторичного ствола скважины может потребовать осуществления многократных операций спуска-подъема в стволе скважины для извлечения компонентов скважинного отклонителя, что увеличивает затраты. Например, извлечение скважинного отклонителя может быть трудоемким и затратным по времени, а также может задерживать добычу и потреблять или связывать ценные ресурсы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для более полного понимания данного изобретения, а также его признаков и преимуществ, далее приводится ссылка на описание в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, в которых:
на фиг. 1 проиллюстрирован вид в поперечном сечении растворимой компоновки скважинного отклонителя в окружающей ствол скважины среде в соответствии с одним или более аспектами данного изобретения;
на фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном сечении растворимой компоновки скважинного отклонителя в среде, окружающей ствол скважины, в соответствии с одним или более аспектами данного изобретения;
на фиг. 3 графически представлены эрозионная устойчивость и скорости растворения материалов компоновки скважинного отклонителя в соответствии с одним или более аспектами данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном документе подробно описаны иллюстративные варианты реализации данного изобретения. С целью ясности не все признаки фактического осуществления описаны в этом описании. Конечно, очевидно, что при разработке любого такого фактического варианта реализации необходимо осуществление многочисленных специальных решений для достижения конкретных целей разработчика, таких как соответствие ограничениям, связанным с системой и связанным с бизнесом, которые будут варьироваться для разных вариантов осуществления. Кроме того, очевидно, что такие усилия по разработке могут быть сложными и трудоемкими, но несмотря на это, будут представлять рутинные действия для специалистов в данной области техники, для которых предназначено данное изобретение. Более того, нижеприведенные примеры никоим образом не следует воспринимать как ограничивающие или определяющие объем изобретения.
Процесс удаления скважинного отклонителя после того, как из основного ствола скважины был создан или образован боковой ствол скважины, может потреблять ценные ресурсы и задерживать добычу углеводородов из ствола скважины. Скважинный отклонитель, который является растворимым, но обладает достаточной прочностью, чтобы выдержать суровые условия, связанные с отклонением бурового долота или фрезы во время бурения бокового ствола скважины, снижает потребление этих ценных ресурсов, что приводит к общему увеличению эффективности и продуктивности участка скважины и одновременному снижению затрат, связанных с добычей углеводородов.
Далее со ссылкой на графические материалы, на фиг. 1 проиллюстрирован вид в поперечном сечении растворимой компоновки скважинного отклонителя в окружающей ствол скважины среде в соответствии с одним или более аспектами данного изобретения. Окружающая ствол скважины среда 100 может содержать основной или первичный ствол 102 скважины, который пробурен через различные подземные пласты (например, подземные и подводные пласты), включая пласт 104. Пласт 104 может содержать углеводородсодержащий пласт. После выполнения одной или более операций бурения основной ствол 102 скважины может быть закончен путем обсаживания всего или части основного ствола 102 скважины потайной обсадной колонной или обсадной колонной 106. Вся обсадная колонна 106 или ее часть может быть закреплена в основном стволе 102 скважины за счет укладки цемента 110 в кольцевом пространстве 112, определенном между обсадной колонной 106 и стенкой основного ствола 102 скважины. В одном или более вариантах реализации изобретения предварительно фрезерованное окно 114 может быть размещено или расположено внутри стенки обсадной колонны 106.
После того как обсадная колонна 106 зацементирована, нижняя потайная обсадная колонна 116 может быть продлена вглубь основного ствола 102 скважины и прикреплена к внутренней стенке обсадной колонны 106 в заранее определенном месте в забое скважины (например, на заранее определенном расстоянии от предварительно фрезерованного окна 114 или в любом другом заранее определенном месте). Нижняя потайная обсадная колонна 116 может содержать на своем дистальном конце любой один или более скважинных инструментов или устройств. В одном или более вариантах реализации изобретения нижняя потайная обсадная колонна 116 может быть соединена с одним или более вторичными или боковыми стволами скважины (не проиллюстрированы), проложенными или созданными в забое скважины, например, через предварительно фрезерованное окно 114 или в любом другом месте и отходящими от основного ствола 102 скважины в различных угловых ориентациях.
После того как основной ствол 102 скважины закончен, растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя может располагаться, транспортироваться или размещаться в основном стволе 102 скважины на бурильной колонне 202. Бурильная колонна 202 может содержать множество бурильных труб, соединенных друг с другом встык. Бурильная колонна 202 может содержать трубчатую колонну, каротажную проволоку, тросовую проволоку, гибкие насосно-компрессорные трубы (проводные и беспроводные) или любое другое устройство, подходящее для транспортировки растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя в основном стволе 102 скважины. В одном или более вариантах реализации изобретения бурильная колонна 202 не является необходимой, поскольку растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя может быть закачана в основной ствол 102 скважины. Растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя может содержать износостойкую накладку 224, растворимый скважинный отклонитель 204, защелочное анкерное крепление 206 и конструкцию 228 оправки. Любой один или более компонентов растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя может содержать растворимый материал, так что вся растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя или ее часть разрушается или растворяется таким образом, что в конечном итоге в основном стволе 102 скважины образуется траектория потока. В одном или более вариантах реализации изобретения защелочное анкерное крепление 206 может содержать растворимый материал. В одном или более вариантах реализации изобретения защелочное анкерное крепление 206 может содержать нерастворимый материал, например сталь, который остается прижатым к обсадной колонне 116 после завершения операции бурения и во время одного или более периодов добычи или протекания потока флюидов через основной ствол 102 скважины. В одном или более вариантах реализации изобретения растворимый скважинный отклонитель 204 может быть соединен с конструкцией оправки 228. Конструкция 228 оправки обеспечивает опору для растворимого скважинного отклонителя 204. Конструкция 228 оправки соединяется с защелочным анкерным креплением 206. Защелочное анкерное крепление 206 удерживает или размещает конструкцию 228 оправки на обсадной колонне 116.
В одном или более вариантах реализации изобретения износостойкая накладка 224 может быть соединена с растворимым скважинным отклонителем 204 таким образом, что фреза 208 контактирует или входит в зацепление с износостойкой накладкой 224. Износостойкая накладка 224 может представлять собой наклонную поверхность, угловую поверхность или откос, который отклоняет одну или более фрез 208 в сторону стенки обсадной колонны 106 для фрезерования вырезки окна в обсадной колонне или фрезерования через предварительно фрезерованное окно 114. Износостойкая накладка 224 предотвращает фрезерование фрезой 208 растворимого скважинного отклонителя 204.
В одном или более вариантах реализации изобретения износостойкая накладка 224 может содержать материал с высокой устойчивостью к эрозии и высокой скоростью растворения. В одном или более вариантах реализации изобретения износостойкая накладка 224 содержит химически активный, легко разрушающийся металл или сплав. В одном или более вариантах реализации изобретения износостойкая накладка 224 содержит разлагаемый композит из металлической матрицы или сплава со структурой твердого раствора, который является устойчивым к истиранию, устойчивым к эрозии, или композитом в растворимой матрице. Сплав может включать в себя новый сплав, композитный сплав или гибридный сплав и может содержать химически активный металл, включая, но не ограничиваясь этим, кальций, магний и алюминий и по меньшей мере один легирующий элемент, который включает, но не ограничивается этим, любое одно или более из лития, магния, кальция, галлия, индия, висмута, цинка и алюминия. Разлагаемый композит, например металлическая матрица или сплав со структурой твердого раствора, исчезает или растворяется в процессе гальванического разложения или коррозии. В одном или более вариантах реализации изобретения износостойкая накладка 224 может содержать диспергированный, устойчивый к эрозии материал, который связан растворимым сплавом со структурой твердого раствора. В одном или более вариантах реализации изобретения диспергированный, устойчивый к эрозии материал может включать керамику, включая, но не ограничиваясь этим, диоксид циркония, оксид алюминия, карбид, вольфрам, борид, нитрид, алмаз или диоксид кремния. Керамика может быть оксидной или неоксидной. В одном или более вариантах реализации изобретения диспергированный, устойчивый к эрозии материал может представлять собой закаленный металл, включая, но не ограничиваясь этим, сталь, индий, титановые сплавы или хромовые сплавы. В одном или более вариантах реализации изобретения диспергированный, устойчивый к эрозии материал может представлять собой волокно или плетеный мат. В одном или более вариантах реализации изобретения износостойкая накладка 224 может содержать одну или более частиц карбида, например карбида кремния, склеенных или сцепленных вместе в матрице из растворимого материала, например магниевого или алюминиевого сплава.
В одном или более вариантах реализации изобретения износостойкая накладка 224 может содержать легирующую примесь, добавляемую к композиту для увеличения и регулирования гальванического разрушения или коррозии износостойкой накладки 224. В одном или более вариантах реализации изобретения легирующая примесь может содержать любое одно или более из никеля, железа, меди, цинка, алюминия, титана или углерода. Разлагаемый композит, который содержит сплав и диспергированный, устойчивый к эрозии материал, может состоять из различных структур, например, химически активного металла или сплава с кристаллической, аморфной или смешанной кристаллической и аморфной структурой, структурой, подобной к применяемой в порошковой металлургии, а также композитной и гибридной структурой. В одном или более вариантах реализации изобретения тип разлагаемого композита, включая легирующую примесь и устойчивый к эрозии материал, может быть выбран или определен на основании любого одного или более факторов или критериев, включая, но не ограничиваясь этим, любое одно или более из типа пласта 104, температуры, давления, типа фрезы 208, скорости вращения бурильной колонны 202, требуемой или необходимой скорости разрушения, растворения или коррозии или любого другого фактора.
Во время операции бурения для создания вторичного ствола скважины фреза 208 может контактировать или входить в зацепление с износостойкой накладкой 224. Композит износостойкой накладки 224, например, магниевый сплав с легирующей примесью, в конечном итоге растворяется. Например, твердосплавные частицы композита износостойкой накладки 224 могут превращаться в пыль или мелкие частицы, которые поглощаются или вымываются из основного ствола скважины 102 скважинным флюидом или настолько малы, что не имеют никакого значения для операций дальнейшего бурения или добычи или не препятствуют им. В одном или более вариантах реализации изобретения любой один или более компонентов или всей растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя содержат разлагаемый металл с диспергированным, устойчивым к эрозии материалом, легирующей примесью или и тем, и другим.
Защелочное анкерное крепление 206 может содержать корпус 210 защелки, уплотнение 212 и профиль 214 защелки. Профиль 214 защелки сопрягается с соединением 216 защелки, установленным в обсадной колонне 106 в заранее определенном месте. Когда растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя опускается в основной ствол 102 скважины, профиль 214 защелки находит, размещается или позиционируется в соединении 216 защелки для закрепления растворимой компоновка 200 скважинного отклонителя на месте внутри основного ствола 102 скважины. Защелочное анкерное крепление 206 может ориентировать последующие или дополнительные растворимые компоновки 200 скважинного отклонителя в той же заранее определенной угловой ориентации относительно, например, предварительно фрезерованного окна 114 или любого другого места вдоль обсадной колонны 106. Уплотнение 212 может быть зацеплено и иным образом активировано, чтобы предотвратить перемещение флюидов через защелочное анкерное крепление 206 в месте сопряжения корпуса 210 защелки и внутренней стенки обсадной колонны 106. Защелочное анкерное крепление 206 может обеспечивать опору для одного или более других компонентов растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя, включая, но не ограничиваясь этим, любое одно или более из износостойкой накладки 224, конструкции 228 оправки или растворимого скважинного отклонителя 204.
В одном или более вариантах реализации изобретения скважинный инструмент или устройство 226, например инструмент для измерения в процессе бурения («ИПБ»), может ориентировать растворимую компоновку 200 скважинного отклонителя внутри основного ствола 102 скважины и может по меньшей мере частично использоваться для определения местоположения соединения 216 защелки. Инструмент 226 может содержать один или более датчиков, которые могут подтверждать или предоставлять одно или более измерений, связанных с угловой ориентацией растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя. Одно или более измерений могут по меньшей мере частично использоваться для обеспечения того, чтобы растворимый скважинный отклонитель 204 и одна или более фрез 208 были правильно ориентированы в заранее определенном месте, например, в предварительно фрезерованном окне 114.
На фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном сечении растворимой компоновки скважинного отклонителя в среде, окружающей ствол скважины, в соответствии с одним или более аспектами данного изобретения. Бурильная колонна 202 может перемещать или направлять одну или более фрез 208 в направлении вниз по стволу скважины относительно износостойкой накладки 224. Износостойкая накладка 224 направляет или заставляет одну или более фрез 208 подниматься вверх по наклонной поверхности износостойкой накладки 224. Износостойкая накладка 224 отклоняет одну или более фрез 208 для вхождения в зацепление со стенкой обсадной колонны 106 или предварительно фрезерованным окном 114. Вращение одной или более фрез 208 посредством бурильной колонны 202 расфрезеровывает обсадную колонну 106 или предварительно фрезерованное окно 114, чтобы сформировать вырезку окна 302 в обсадной колонне для образования начала бокового или вторичного ствола 304 скважины, который отходит от основного ствола 102 скважины. Уплотнение 212 защелки одного или более защелочных анкерных креплений 206 может препятствовать потоку флюида протекать в или через основной ствол 102 скважины. Уплотнение 212 может содержать разлагаемый эластомерный или металлический материал. Защелочное анкерное крепление 206 и уплотнитель 212 защелки могут направлять поток флюида к или по направлению к боковому стволу 304 скважины.
В одном или более вариантах реализации изобретения конструкция 228 оправки растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя может содержать отверстие или прорезь (не проиллюстрировано). В одном или более вариантах реализации изобретения после завершения операции бурения или другой операции в основной ствол 102 скважины может быть подана или закачана эрозионная или коррозийная жидкость, например кислота, чтобы разрушить или растворить износостойкую накладку 224. Извлекающий или подъемный инструмент может входить в зацепление с отверстием (не проиллюстрировано) конструкции 228 оправки для извлечения любых оставшихся или нерастворенных частей растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя.
В одном или более вариантах реализации изобретения растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя может быть частично растворимой. Растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя может содержать растворимую сердцевину 306. Один или более компонентов растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя могут не растворяться, например, защелочное анкерное крепление 206, одна или более частей скважинного отклонителя 204 или любая другая стенка или компонент растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя. Растворимая сердцевина 306 может растворяться, подвергаться коррозии или разлагаться во время операции бурения, так что в основном стволе 102 скважины образуется траектория потока (не проиллюстрирована). В одном или более вариантах реализации изобретения эрозионная или коррозийная жидкость, например кислота, может быть подана или закачана в основной ствол 102 скважины после создания бокового ствола 304 скважины. Эрозионная жидкость может разлагать, растворять, разъедать или разрушать износостойкую пластину 224, обнажая растворимую сердцевину 306. Растворимая сердцевина 306 может растворяться во время операции бурения, после воздействия эрозионной жидкости или в любое другое время. Траектория потока (не проиллюстрирована) может обеспечить протекание или подачу флюидов, механических инструментов или устройства, любого другого материала или устройства или любой их комбинации через основной ствол 102 скважины. Любые нерастворенные части растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя могут оставаться в основном стволе 102 скважины в качестве возвратного отклонителя или в любое время могут быть извлечены. В одном или более вариантах реализации изобретения нерастворенные части растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя могут быть извлечены с помощью подъемного инструмента (не проиллюстрирован) после того, как в основной ствол 102 скважины поступила кислота для растворения износостойкой накладки 224. Такое извлечение может потребовать меньшего количества ресурсов. Например, может потребоваться меньше времени для удаления какой-либо одной или более частей растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя, поскольку нерастворенные части растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя могут быть легкими и просто извлекаемыми, и для растворения одной или более частей растворимой компоновки 200 скважинного отклонителя может потребоваться только незначительное или небольшое количество кислоты.
На фиг. 3 графически представлены эрозионная устойчивость и скорости растворения материалов компоновки скважинного отклонителя в соответствии с одним или более аспектами данного изобретения. На фиг. 3 проиллюстрированы эрозионная устойчивость и скорости растворения трех разных материалов для компоновки скважинного отклонителя. Результаты, проиллюстрированные на фиг. 3, были получены с помощью насоса мощностью в одну лошадиную силу, работающего со скоростью пятнадцать грамм в минуту, с использованием двадцати фунтов (9 килограммов) абразивной дроби в двадцати пяти галлонах (95 литрах) воды. Размер сита абразивной дроби составлял 70/140. Результаты были получены примерно через один час закачки. На фиг. 3 проиллюстрирована компоновка скважинного отклонителя, которая содержит полностью или частично растворимый металл, обеспечивает высокую скорость растворения, но низкую эрозионную устойчивость, так что фреза (например, фреза 208 в соответствии с фиг. 1) легко или без труда пробивается сквозь или просверливает компоновку скважинного отклонителя. Компоновка скважинного отклонителя, которая содержит полностью или частично чугунный материал, обеспечивает высокую эрозионную устойчивость, но низкую скорость растворения, так что компоновка скважинного отклонителя должна быть извлечена после завершения операции бурения. Компоновка скважинного отклонителя, такая как растворимая компоновка 200 скважинного отклонителя (фиг. 1 или фиг. 2), обеспечивает хороший баланс между эрозионной устойчивостью и скоростью растворения, так что операция бурения может быть завершена без дополнительных затрат на извлечение компоновки скважинного отклонителя.
В одном или более вариантах реализации изобретения способ включает транспортировку растворимой компоновки скважинного отклонителя в основной ствол скважины, отклонение фрезы износостойкой накладкой растворимой компоновки скважинного отклонителя, создание бокового ствола скважины отклоненной фрезой и размывание по меньшей мере части износостойкой накладки. Кроме того, способ может включать растворение части растворимой компоновки скважинного отклонителя. Способ может дополнительно включать создание траектории потока через растворенную часть растворимой компоновки скважинного отклонителя. Способ может дополнительно включать удаление нерастворенной части растворимой компоновки скважинного отклонителя из основного ствола скважины. Способ может дополнительно включать закачку эрозионной жидкости в основной ствол скважины и размывание износостойкой накладки с помощью закачиваемой эрозионной жидкости. Способ может дополнительно включать размещение растворимой компоновки скважинного отклонителя в основном стволе скважины на основании, по меньшей мере частично, результатов одного или более измерений скважинного инструмента.
В одном или более вариантах реализации изобретения растворимая компоновка скважинного отклонителя может содержать скважинный отклонитель, при этом скважинный отклонитель содержит одну или более растворимых частей и износостойкую накладку, соединенную со скважинным отклонителем, при этом износостойкая накладка содержит композит и при этом композит содержит устойчивый к эрозии материал, который устойчив к воздействию фрезы. Система может дополнительно содержать растворимую сердцевину, расположенную внутри скважинного отклонителя. Система может дополнительно содержать защелочное анкерное крепление, соединенное со скважинным отклонителем. Система может дополнительно содержать уплотнение, расположенное внутри защелочного анкерного крепления, при этом уплотнение расположено так, что жидкость не перемещается через защелочное анкерное крепление. Система может дополнительно содержать износостойкую накладку, при этом износостойкая накладка имеет откос. Система может дополнительно содержать конструкцию оправки внутри скважинного отклонителя и отверстие в конструкции оправки, при этом отверстие входит в зацепление с извлекающим инструментом. Способ может дополнительно включать композит, при этом композит износостойкой накладки содержит легирующую примесь.
В одном или более вариантах реализации изобретения скважинная система содержит основной ствол скважины, обсадную колонну, закрепленную в основном стволе скважины, растворимую компоновку скважинного отклонителя, расположенную внутри основного ствола скважины, при этом растворимая компоновка скважинного отклонителя содержит скважинный отклонитель, при этом скважинный отклонитель содержит одну или более растворимых частей и износостойкую накладку, соединенную со скважинным отклонителем, при этом износостойкая накладка содержит композит, при этом композит содержит устойчивый к эрозии материал, который устойчив к воздействию фрезы. Скважинная система может дополнительно содержать бурильную колонну, расположенную внутри основного ствола скважины, и по меньшей мере одну фрезу бурильной колонны, находящуюся в зацеплении с износостойкой накладкой. Скважинная система может дополнительно содержать боковой ствол скважины, который отходит от основного ствола скважины в месте вырезки окна в обсадной колонне, при этом вырезка окна в обсадной колонне создается за счет отклонения по меньшей мере одной фрезы износостойкой накладкой. Скважинная система может дополнительно содержать конструкцию оправки внутри скважинного отклонителя, отверстие конструкции оправки и извлекающий инструмент, находящийся в зацеплении с отверстием конструкции оправки. Скважинная система может дополнительно содержать растворимую сердцевину скважинного отклонителя. Скважинная система может дополнительно содержать композит, при этом композит износостойкой накладки содержит легирующую примесь. Скважинная система может дополнительно содержать защелочное анкерное крепление, соединенное со скважинным отклонителем, при этом защелочное анкерное крепление прикрепляет растворимую компоновку скважинного отклонителя к основному стволу скважины.
Хотя подробно описаны данное изобретение и его преимущества, следует понимать, что различные изменения, замены и преобразования могут быть выполнены в данном документе без отклонения от сущности и объема данного изобретения, как определено в последующей формуле изобретения.