УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКУПОРИВАНИЯ СКВАЖИНЫ И СПОСОБ ВРЕМЕННОЙ ЗАКУПОРКИ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR WELL CLOGGING AND METHOD OF TEMPORARY WELL CLOGGING

Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к устройству для закупоривания скважины, используемому для повышения отдачи скважины при добыче углеводородных ресурсов, таких как нефть или природный газ, и к способу временной закупорки скважины с помощью такого устройства.
Предпосылки создания изобретения
[0002]
«Способ гидроразрыва» или «гидравлический разрыв пласта» является одной из методик повышения нефтеотдачи при добыче углеводородных ресурсов и представляет собой способ формирования трещин в продуктивном резервуаре (резервуаре, из которого добываются углеводородные ресурсы, такие как нефть, такая как сланцевая нефть, или природный газ, такой как сланцевый газ) глубоко под землей за счет гидравлического давления гидроразрывной жидкости. С помощью этого способа заданную секцию ствола скважины (нисходящего ствола), пробуренного в подземном пласте на несколько тысяч метров под землей, частично закупоривают последовательно с дистального концевого участка ствола скважины, и под высоким давлением подают гидроразрывную жидкость, таким образом осуществляя гидроразрыв пласта, что создает трещины в продуктивном резервуаре. Затем закупоривают следующую заданную секцию (как правило, перед предыдущей секцией, т. е. секцией, находящейся ближе к поверхности земли) и осуществляют гидроразрыв пласта. После этого данный процесс повторяют до тех пор, пока не будет завершена необходимая изоляция и гидроразрыв.
[0003]
Известны различные способы последовательного закупоривания ствола скважины от дистального концевого участка ствола скважины. Пример способа включает в себя способ с использованием скважинного инструмента, известного под названием «скважинная пробка» (иногда называемого также «гидроразрывной пробкой», «мостовой пробкой», «пакером» или т. п.). Например, в патентных документах 1–4 раскрыты скважинные пробки, выполненные с возможностью закупоривания и фиксации стволов скважин в качестве скважинных пробок.
[0004]
В патентном документе 1 раскрыта скважинная пробка для бурения скважин (иногда также называемая в дальнейшем просто «пробка»), и в частности раскрыта пробка, включающая в себя мандрель (основную часть), имеющую полую часть в осевом направлении, кольцо или кольцеобразный элемент вдоль осевого направления на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели, первый конический элемент и клиновой захват, эластичный элемент, образованный из эластомера, каучука или т. п., второй конический элемент и клиновой захват, а также элемент, препятствующий вращению. Изоляцию ствола скважины посредством скважинной пробки при бурении скважины выполняют следующим образом.
[0005]
Иными словами, перемещение мандрели в осевом направлении приводит к уменьшению зазора между кольцом или кольцеобразным элементом и элементом, препятствующим вращению. В результате этого клиновой захват упирается в наклонную поверхность конического элемента и продвигается вдоль конического элемента, радиально расширяется наружу, упирается во внутреннюю стенку ствола и фиксируется к нему. Более того, эластичный элемент расширяется в диаметре и деформируется, упирается во внутреннюю стенку ствола и, таким образом, закупоривает ствол. Мандрель имеет полую часть в осевом направлении, и ствол скважины можно закупоривать путем размещения в ней шара или т. п.
[0006]
Металлы (алюминий, сталь, нержавеющая сталь и т. п.), волокна, древесина, композитные материалы, пластмассы и т. п. широко представлены в качестве примеров материалов, из которых изготавливают пробки; описано, что предпочтительными являются композитные материалы, содержащие армирующий материал, такой как углеродные волокна, в особенности композитные материалы, содержащие полимер, такой как эпоксидная смола или фенольная смола, и что мандрель изготавливают из алюминия или композитного материала. С другой стороны, в патентном документе 1 описано, что, наряду с ранее описанными материалами, для изготовления шара или т. п. может использоваться материал, разлагающийся в зависимости от температуры, давления, pH (кислотного, щелочного) и т. п.
[0007]
В патентном документе 2 раскрыт пакерный узел для бурения скважин, в котором каждый пакер соединен со смежным пакером с возможностью отсоединения.
[0008]
В патентном документе 3 описан пакер, включающий в себя мандрель, имеющую полую часть в осевом направлении, клиновые захваты, клинья, упругие пакерные элементы, экструзионные ограничители и т. п. вдоль осевого направления на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели.
[0009]
В патентном документе 3 раскрыт одноразовый скважинный инструмент (означающий скважинную пробку или т. п.) или его элемент, содержащий разлагаемый материал, который разлагается под воздействием окружающей среды внутри скважины, а в качестве биоразлагаемого материала раскрыт разлагаемый полимер, такой как алифатический полиэфир, такой как полимолочная кислота. Кроме того, в патентном документе 3 описана комбинация элемента трубчатой формы, имеющего проточное отверстие в осевом направлении, узла пакерных элементов, включающего в себя верхний уплотняющий элемент, центральный уплотняющий элемент и нижний уплотняющий элемент вдоль осевого направления на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению трубчатого элемента, а также клинового захвата и корпуса механического захвата. Более того, в патентном документе 3 раскрыто, что поток флюида допустим только в одном направлении из-за того, что в проточном отверстии трубчатого элемента установлен шар.
[0010]
В патентном документе 4 раскрыта скважинная пробка, включающая в себя флаговую пробку, мандрель, имеющую полую часть, находящуюся в осевом направлении флаговой пробки, и установочный стержень, проходящий через полую часть мандрели. Установочный стержень, раскрытый в патентном документе 4, соединен с передним концом скважинной пробки.
[0011]
В качестве скважинной пробки обычно используется скважинная пробка, имеющая отверстие в центре и включающая в себя седло, которое принимает препятствие. При использовании шара в качестве препятствия для закупоривания ствола с помощью скважинной пробки с седлом для шара скважинную пробку устанавливают в заданном положении с помощью установочного инструмента, а затем приводят скважинную пробку в действие. После этого подают препятствие и размещают его в седле скважинной пробки, отверстие седла закупоривается и таким образом осуществляется закупоривание ствола скважины (например, патентный документ 5).
[0012]
Однако при использовании, например, шара в качестве препятствия для доставки шара заданного размера с поверхности земли и его размещения в седле для шара скважинной пробки, установленной под землей на глубине от 1000 до 5000 м, шар необходимо транспортировать потоком воды высокого давления в течение определенного количества времени. В этом случае использование потока воды высокого давления ведет к деформации шара, например, вследствие столкновения с породой резервуара во время транспортировки, или к его разрушению, такому как растрескивание или откалывание, что может привести к ухудшению характеристик закупоривания.
[0013]
В отличие от этого, в патентном документе 6 раскрыта мандрель, присутствующая в осевом направлении гидроразрывной пробки, и трубчатая металлическая гильза, установленная внутри мандрели, и описана скважинная пробка, включающая в себя шар в этой металлической гильзе.
[0014]
Тогда как скважинные пробки последовательно размещаются в скважине до завершения закупоривания, на стадии, когда начинается извлечение углеводородных ресурсов, скважинные пробки необходимо удалять. Поскольку пробка обычно не выполняется так, чтобы можно было снимать закупорку и извлекать ее после использования, то пробку удаляют путем ее разрушения или разделения на мелкие фрагменты любым способом, включая дробление или перфорацию, но для дробления, перфорации и т. п. требуются значительные финансовые и временные затраты. Также существуют пробки, специально выполненные с возможностью извлечения после использования (извлекаемые пробки), но, поскольку пробки устанавливают глубоко под землей, извлечение всех из них требует значительных финансовых и временных затрат.
[0015]
Более того, при обстоятельствах, когда условия проходки, такие как большая глубина, становятся все более сложными и разнообразными, возникла потребность в предложении устройства для закупоривания скважин и способа временной закупорки скважин, которые позволяют за короткое время надежно установить препятствие в седло скважинной пробки, чтобы обеспечить сокращение затрат и процесса бурения скважин.
Список цитируемой литературы
Патентный документ
[0016]
Патентный документ 1: спецификация US 2011/0,277,989 A
Патентный документ 2: спецификация US 2003/0,183,391 A
Патентный документ 3: спецификация US 2005/0,205,266 A
Патентный документ 4: спецификация US 2011/0,277,987 A
Патентный документ 5: спецификация US 2015/0,252,643 A
Патентный документ 6: спецификация US 2002/0,189,822 A
Краткое описание изобретения
Техническая проблема
[0017]
При обстоятельствах, когда условия проходки, такие как большая глубина, становятся все более сложными и разнообразными, целью настоящего изобретения является предложение устройства для закупоривания скважины, выполненного с возможностью надежной подачи препятствия, которое закупоривает путь потока в скважинной пробке за короткое время, а также способа временной закупорки скважины с помощью устройства для закупоривания скважины.
Решение проблемы
[0018]
В результате тщательного исследования для решения проблем авторы настоящего изобретения обнаружили следующее. Посредством включения препятствия для закупоривания пути потока в скважинной пробке в установочный инструмент, используемый для установки скважинной пробки, препятствие подается в скважинную пробку за короткое время без введения препятствия с поверхности земли и с уменьшением объема повреждений. Это позволяет решить проблемы и таким образом реализовать настоящее изобретение.
[0019]
Это означает, что в настоящем изобретении предложено устройство для закупоривания скважины, которое включает в себя скважинную пробку, установочный инструмент и одно или более препятствий. Установочный инструмент располагают на стороне заднего конца скважинной пробки. Установочный инструмент приводит в действие и устанавливает скважинную пробку. Одно или более препятствий закупоривают путь для потока в скважинной пробке. Скважинная пробка включает в себя полую мандрель, которая имеет отверстие по меньшей мере на заднем конце. Установочный инструмент включает в себя установочный стержень и установочную гильзу. Установочный стержень непосредственно или опосредованно соединен со стороной переднего конца мандрели. Установочная гильза размещается таким образом, чтобы покрывать весь установочный стержень или его часть и по меньшей мере часть скважинной пробки. Установочный стержень вставляют через отверстие на заднем конце мандрели в полую часть мандрели. Препятствие помещают внутрь в пространство внутри установочного инструмента.
[0020]
Следует отметить, что сам установочный инструмент или часть установочного инструмента по настоящему изобретению может называться комплектом приспособлений, и комплект приспособлений включает в себя установочный стержень и установочную гильзу.
[0021]
В настоящем описании термины «передний конец» и «задний конец» обозначают концы впереди и сзади в той ориентации, в которой скважинная пробка продвигается от входного отверстия скважины в скважину. Кроме того, «сторона переднего конца» и «сторона заднего конца» обозначают переднюю и заднюю стороны относительно средней точки отрезка в продольном осевом направлении.
[0022]
Предложен способ временного закупоривания скважины при помощи устройства для закупоривания скважины, включающего в себя скважинную пробку, установочный инструмент и одно или более препятствий. Установочный инструмент располагают на стороне заднего конца скважинной пробки. Установочный инструмент приводит в действие и устанавливает скважинную пробку. Одно или более препятствий закупоривают путь для потока в скважинной пробке. Скважинная пробка включает в себя полую мандрель с отверстием по меньшей мере на заднем конце. Установочный инструмент включает в себя установочный стержень, непосредственно или опосредованно соединенный со стороной переднего конца мандрели, и установочную гильзу, имеющую такую форму, которая покрывает часть или весь установочный стержень и по меньшей мере часть скважинной пробки. Установочный инструмент вставляют через отверстие на заднем конце мандрели в полую часть мандрели. Препятствие помещают внутрь в пространство внутри установочного инструмента. Способ включает в себя следующие этапы a)–d): a) перемещение устройства для закупоривания скважины в любое положение в скважине, приведение в действие и установка скважинной пробки; b) разъединение установочного инструмента и скважинной пробки для выведения установочного стержня; c) перемещение препятствия в установочном инструменте для закупоривания пути для потока в полой части мандрели; и d) по истечении заданного периода времени удаление препятствия для восстановления пути для потока.
Преимущества изобретения
[0023]
При обстоятельствах, когда условия проходки, такие как большая глубина, становятся все более сложными и разнообразными, в настоящем изобретении может быть предложено устройство для закупоривания скважины, включающее в себя установочный инструмент и скважинную пробку. Устройство для закупоривания скважины выполнено с возможностью включения препятствия для закупоривания пути для потока в скважинной пробке внутри установочного инструмента, расположенного рядом со скважинная пробкой, для безопасной подачи препятствия в скважинную пробку за короткое время. Кроме того, также может быть предложен способ, который позволяет временно закупорить скважину с помощью устройства для закупоривания скважины.
Краткое описание графических материалов
[0024]
На ФИГ. 1 представлена схема, иллюстрирующая конкретный пример устройства для закупоривания скважины по настоящему изобретению.
На ФИГ. 2 представлена принципиальная схема во фронтальном поперечном сечении, иллюстрирующая конкретный пример устройства для закупоривания скважины по настоящему изобретению.
На ФИГ. 3 представлена схема, иллюстрирующая внешний вид гидроразрывной пробки в качестве конкретного примера скважинной пробки, включенной в устройство для закупоривания скважины по настоящему изобретению.
На ФИГ. 4A представлена принципиальная схема во фронтальном поперечном сечении, иллюстрирующая гидроразрывную пробку в качестве конкретного примера скважинной пробки, включенной в устройство для закупоривания скважины по настоящему изобретению, а на ФИГ. 4B представлена принципиальная схема во фронтальном поперечном сечении, иллюстрирующая состояние, при котором скважинная пробка, изображенная на ФИГ. 4A, установлена и зафиксирована в стволе скважины.
На ФИГ. 5A представлена схема, иллюстрирующая периферийное поперечное сечение установочного стержня, изображенного на ФИГ. 2, с частичным срезом в форме прямой линии, на ФИГ. 5B представлена схема, иллюстрирующая периферийное поперечное сечение установочного стержня, изображенного на ФИГ. 2, с частичным срезом в форме кривой линии, а на ФИГ. 5C и ФИГ. 5C’ представлены схемы, иллюстрирующие круговые поперечные сечения установочных стержней, изображенных на ФИГ. 2, с частичным срезом в форме угловых линий.
На ФИГ. 6A представлена схема, иллюстрирующая периферийное поперечное сечение установочной гильзы, изображенной на ФИГ. 2, с внутренней поверхностью, имеющей криволинейную выточку, на ФИГ. 6B и ФИГ. 6C представлены схемы, иллюстрирующие периферийные поперечные сечения установочных гильз, изображенных на ФИГ. 2, с внутренними поверхностями, имеющими угловые выточки.
Описание вариантов осуществления
[0025]
Настоящее изобретение относится к устройству для закупоривания скважины, включающему в себя скважинную пробку, установочный инструмент для установки скважинной пробки и препятствие для закупоривания пути для потока в скважинной пробке, а также к способу временной закупорки скважины с помощью этого устройства. Ниже описано устройство для закупоривания скважины и способ закупоривания в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0026]
1. Устройство для закупоривания скважины
Ниже описано устройство для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления со ссылкой на чертежи. Устройство для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления включает в себя скважинную пробку 1, установочный инструмент 2 и препятствие 3 для закупоривания пути для потока в скважинной пробке. Следует отметить, что ФИГ. 1 представляет собой конкретный пример средства для решения проблем настоящего изобретения и объем настоящего изобретения не ограничен устройством для закупоривания скважины в аспекте, проиллюстрированном на ФИГ. 1.
[0027]
(1) Скважинная пробка
Скважинная пробка, которую называют гидроразрывной пробкой, мостовой пробкой, пакером или т. п., представляет собой устройство, устанавливаемое в ствол скважины для закупоривания части скважины. Скважинная пробка включает в себя по меньшей мере одну мандрель и один или более элементов, установленных на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели. Ниже описана гидроразрывная пробка 1 в аспекте, проиллюстрированном на ФИГ. 1, в качестве одного из примеров скважинной пробки. На ФИГ. 3 проиллюстрирован внешний вид гидроразрывной пробки 1. Как проиллюстрировано на ФИГ. 3, гидроразрывная пробка 1 включает в себя мандрель 11 и элементы, установленные на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели 11.
[0028]
1) Мандрель
Мандрель 11, входящая в комплект с гидроразрывной пробкой 1, представляет собой элемент, который имеет приблизительно круглую форму в поперечном сечении и имеет длину, достаточно большую относительно диаметра поперечного сечения для обеспечения прочности гидроразрывной пробки 1. Диаметр поперечного сечения мандрели 11 надлежащим образом выбирается в соответствии с размером ствола скважины. Этот диаметр, который немного меньше внутреннего диаметра ствола, позволяет гидроразрывной пробке 1 перемещаться внутри ствола. В то же время разница между диаметром мандрели 11 и внутренним диаметром ствола скважины такова, что ствол может быть закупорен за счет расширения диаметра расширяемого по диаметру кольцевого каучукового элемента 15, описанного ниже, и т. п. Хотя мандрель 11 имеет длину, которая, например, приблизительно в 5–20 раз превышает диаметр поперечного сечения, длина не ограничивается этим значением. Диаметр поперечного сечения мандрели 11 обычно находится в диапазоне приблизительно от 5 до 30 см.
[0029]
Хотя мандрель 11 может быть сплошной, с учетом таких факторов, как обеспечение надежного пути для потока на ранней стадии гидроразрыва, уменьшения массы мандрели и т. п., мандрель 11 предпочтительно представляет собой полую мандрель, по меньшей мере частично включающую в себя полую часть вдоль осевого направления. Это означает, что полая часть может быть выполнена таким образом, что она проходит через мандрель 11 в осевом направлении или не проходит через мандрель 11 в осевом направлении. Кроме того, для продвижения гидроразрывной пробки 1 в скважину с помощью флюида для транспортировки мандрель 11 предпочтительно имеет полую часть вдоль осевого направления. Когда мандрель 11 имеет полую часть вдоль осевого направления, форма мандрели 11 в поперечном сечении представляет собой круговую кольцевую форму, образованную двумя концентрическими окружностями, определяющими диаметр (внешний диаметр) мандрели 11 и внешний диаметр полой части (соответствующий внутреннему диаметру мандрели 11). Соотношение диаметров двух концентрических окружностей, то есть отношение внешнего диаметра полой части к диаметру мандрели 11, составляет предпочтительно не более 0,7. Величина этого соотношения имеет взаимную связь с величиной отношения толщины полой мандрели 11 к диаметру мандрели 11, поэтому определение верхнего предела этого соотношения может считаться эквивалентным определению предпочтительного нижнего предела толщины полой мандрели. Когда толщина полой мандрели слишком мала, прочность (в частности прочность при растяжении) полой мандрели может оказаться недостаточной при размещении гидроразрывной пробки 1 внутри ствола или во время закупоривания ствола или гидроразрыва, что в крайних случаях может привести к повреждению гидроразрывной пробки 1. Таким образом, отношение внешнего диаметра полой части к диаметру мандрели 11 более предпочтительно составляет не более 0,6, а еще более предпочтительно — не более 0,5.
[0030]
Диаметр мандрели 11 и внешний диаметр полой части могут быть равномерными вдоль осевого направления мандрели 11, но также могут и варьировать вдоль осевого направления. Это означает, что за счет изменения внешнего диаметра мандрели 11 вдоль осевого направления внешняя периферийная поверхность мандрели 11 может включать в себя изогнутую часть, такую как выпуклый участок, уступ, фланцевый участок, углубленный участок (участок с канавкой), а также винтовой участок (как правило, конструкцию с наружной винтовой резьбой), или зубчатые участки храпового механизма, описанного ниже. Кроме того, внешний диаметр полой части (внутренний диаметр мандрели 11) может изменяться вдоль осевого направления с получением изогнутой части, такой как выпуклый участок, уступ, участок с канавкой и дополнительно винтовой участок (конструкции с наружной винтовой резьбой или конструкции с внутренней винтовой резьбой) на внутренней периферийной поверхности мандрели 11. Дополнительно изогнутая часть может иметь сужающийся участок.
[0031]
Кроме того, как описано ниже, поскольку препятствие размещается в некотором пространстве (в дальнейшем в настоящем документе это пространство может также называться «пространством внутри установочного инструмента»), образованном внутренней стенкой установочной гильзы, установочным стержнем и задним концом мандрели в устройстве для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления, задний конец мандрели может иметь такой вырез, чтобы можно было размещать препятствие. Вырез предпочтительно имеет форму, приблизительно идентичную форме поверхности препятствия.
[0032]
Выпуклый участок, уступ, фланцевый участок и углубленный участок (участок с канавкой), которые могут быть предусмотрены на внешней периферийной поверхности или внутренней периферийной поверхности мандрели 11, могут использоваться в качестве несущих элементов при транспортировке гидроразрывной пробки 1 в скважину или могут использоваться в качестве частей для установки и фиксации какого-либо другого элемента на внешней периферийной поверхности или внутренней периферийной поверхности мандрели 11. Кроме того, когда мандрель 11 имеет полую часть, она может служить в качестве седла для удержания препятствия для закупоривания пути для потока. В случае, когда полая часть мандрели 11 присутствует по меньшей мере на заднем конце, мандрель 11 является открытой. Выполнение этого отверстия в виде седла, имеющего форму, выполненную с возможностью удержания препятствия, позволяет более надежно установить препятствие в седле и в результате более надежно закупорить путь для потока. Следует отметить, что, помимо выполнения отверстия мандрели 11 в форме седла, в качестве седла к мандрели 11 может быть прикреплен элемент-седло, имеющий открытую центральную часть. Например, при использовании шара в качестве препятствия надлежащий выбор размера отверстия в седле (седло для шара) скважинной пробки позволяет предотвратить растрескивание и выход шара, обеспечивая таким образом более надежную закупорку пути для потока. Более того, кольцеобразный храповой механизм, перпендикулярный осевому направлению мандрели, может быть выполнен на внешней периферийной поверхности мандрели 11. Совместно с внутренней периферийной поверхностью элемента, установленного на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели 11, храповой механизм обеспечивает одностороннее перемещение этого элемента вдоль осевого направления мандрели и образует множество зубчатых частей, ограничивающих перемещение в противоположном направлении.
[0033]
Материал для изготовления мандрели
Выбор материала, из которого изготовлена мандрель 11, входящая в состав скважинной пробки, конкретно не ограничен. Можно использовать материалы, традиционно используемые в качестве материалов для изготовления мандрели, входящей в комплект со скважинной пробкой. Примеры материала могут включать в себя металл (алюминий, сталь, нержавеющая сталь и т. п.), волокно, древесину, композитный материал, смолу и т. п. В частности материал может включать в себя композитный материал, содержащий армирующий материал, такой как углеродное волокно, в частности композитный материал, содержащий полимер, такой как эпоксидная смола и фенольная смола, и т. п. Так как скважинная пробка по настоящему варианту осуществления позволяет снизить затраты и сократить процесс бурения скважин за счет простоты извлечения скважинной пробки и обеспечения надежного пути для потока, мандрель 11 предпочтительно изготавливают из разлагаемого материала.
[0034]
Разлагаемый материал
В мандрели 11, изготовленной из разлагаемого материала в скважинной пробке, используемой для настоящего варианта осуществления, в качестве разлагаемого материала можно использовать разлагаемый материал, обладающий способностью к биологическому разложению или гидролизу, а также разлагаемый материал, который можно химически разложить любым другим способом.
[0035]
Следует отметить, что материал, подвергающийся физическому разложению в результате приложения большого механического усилия, такого как разрушение и распад, например, металл, такой как алюминий, который обычно используется для мандрели, входящей в комплект с традиционной скважинной пробкой, не применяется в качестве разлагаемого материала для изготовления мандрели 11, входящей в комплект со скважинной пробкой. Однако, как видно на примере композитного материала из разлагаемой смолы и металлического материала или неорганического вещества, материал, который уменьшает прочность исходной смолы вследствие снижения степени полимеризации и т. п. и становится хрупким и в результате легко распадается и теряет свою форму при приложении крайне небольшого механического усилия, классифицируется как разлагаемый материал. В особенности включен разлагаемый материал, выполненный следующим образом. В материале основы, изготовленной из разлагаемого материала, такого как разлагаемая смола, включая полигликолевую кислоту (в дальнейшем также иногда называемую «ПГК») предусматривается углубленный участок, такой как выемка, имеющая заданную форму, прикладывается элемент из металла (такой как металлическая деталь) или неорганического вещества, имеющий форму, соответствующую форме этого углубленного участка, и эти элементы фиксируются с помощью адгезива. Альтернативно наматывается проволока, волокно или т. п. для фиксации таким образом, чтобы металлическая деталь или неорганический материал и материал основы могли сохранять фиксированное состояние.
[0036]
В скважинной пробке, используемой в настоящем варианте осуществления, в случае мандрели 11, изготовленной из разлагаемого материала, разлагаемый материал представляет собой предпочтительно гидролизуемый материал, который разлагается под действием воды при заданной температуре или выше. Предпочтительно разлагаемый материал в основном содержит ПГК. Среди полигликолевых кислот предпочтительной является полигликолевая кислота со средневесовой молекулярной массой 150 000 или более, а высокомолекулярная полигликолевая кислота со средневесовой молекулярной массой 180 000 или более является особенно предпочтительной из-за своей высокой прочности. Это означает, что желательной является скважинная пробка с мандрелью 11, изготовленной из ПГК с высокой молекулярной массой. Более того, разлагаемый материал может содержать армирующий материал или может содержать другой ингредиент. В качестве разлагаемого материала для изготовления мандрели 11 также можно использовать разлагаемый металл. Из-за своей высокой прочности сплав магния является предпочтительным в качестве разлагаемого металла, используемого для мандрели 11.
[0037]
2) Элементы, установленные на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели
Скважинная пробка, используемая в настоящем варианте осуществления, включает в себя мандрель и элементы, установленные на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели. Это означает, что для эффективного и надежного осуществления транспортировки и установки скважинной пробки, закупоривания ствола и гидроразрыва пласта в этой пробке на внешней периферийной поверхности мандрели обычно дополнительно устанавливают различные элементы для упрощения работы и т. п. Выбор элементов, устанавливаемых на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели, особо не ограничивается при условии, что элементы используются в скважинной пробке традиционным способом. В частности, как проиллюстрировано на ФИГ. 3, в отношении гидроразрывной пробки 1 предпочтительным является по меньшей мере один из элементов, выбранных из группы, состоящей из клинового захвата 12, клина 13, пары фиксирующих элементов 14 кольцевой формы и кольцевого каучукового элемента 15 с расширяемым диаметром. Следует отметить, что эти элементы называются элементами в том значении, которое включает в себя монтажные элементы для крепления соответствующих элементов к мандрели.
[0038]
Материал для изготовления элемента, устанавливаемого на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели
Выбор материала для изготовления элемента, устанавливаемого на внешней периферийной поверхности мандрели, используемой в настоящем варианте осуществления, особо не ограничивается и может использоваться материал, традиционно используемый в качестве материала для изготовления этого элемента, предусмотренного в скважинной пробке. Примеры материала могут включать в себя металл (алюминий, сталь, нержавеющая сталь и т. п.), волокно, древесину, композитный материал, смолу и т. п. В частности материал может включать в себя композитный материал, содержащий армирующий материал, такой как углеродное волокно, в частности композитный материал, содержащий полимер, такой как эпоксидная смола и фенольная смола, и т. п. С учетом того, что снижения затрат и сокращения процесса бурения скважин можно достичь за счет простоты снятия закупорки и обеспечения надежного пути для потока после использования, по меньшей мере один из элементов предпочтительно изготавливается из разлагаемого материала, аналогично приведенному выше описанию в отношении мандрели.
[0039]
Разлагаемый материал
В скважинной пробке, используемой в настоящем варианте осуществления, в качестве разлагаемого материала для изготовления по меньшей мере одного из элементов, аналогично приведенному выше описанию в отношении мандрели, можно использовать разлагаемый материал, обладающий способностью к биологическому разложению или гидролизу, а также разлагаемый материал, который можно химически разлагать любым другим способом, и разлагаемый материал, который может становиться хрупким и легко распадаться. В случае элемента, который представляет собой кольцевой каучуковый элемент с расширяемым диаметром, в качестве разлагаемого материала можно использовать, например, разлагаемый каучук, такой как каучук на основе алифатического полиэфира, полиуретановый каучук, натуральный каучук, полиизопрен, акриловый каучук, алифатический полиэфирный каучук, термопластичный эластомер на основе полиэфира и термопластичный эластомер на основе полиамида.
[0040]
3) Приведение в действие и установка скважинной пробки и закупоривание ствола скважины
Скважинная пробка, используемая в настоящем варианте осуществления, приводится в действие с помощью описанного ниже установочного инструмента и устанавливается в стволе скважины. Например, в гидроразрывной пробке 1 приложение усилия, которое уменьшает расстояние между парой фиксирующих элементов 14 кольцевой формы в осевом направлении мандрели, приводит к тому, что клиновой захват 12 поднимается по наклонной верхней поверхности клина 13 и перемещается наружу перпендикулярно осевому направлению мандрели. Затем самая внешняя периферийная поверхность этого клинового захвата 12, перпендикулярная осевому направлению мандрели, упирается во внутреннюю стенку скважины, и таким образом пробку можно установить в заданное положение в стволе скважины. Кроме того, в связи с тем, что кольцевой каучуковый элемент 15 с расширяемым диаметром сжимается в осевом направлении мандрели для уменьшения осевого расстояния (уменьшение в диаметре), кольцевой каучуковый элемент 15 с расширяемым диаметром расширяется в диаметре в направлении, перпендикулярном осевому направлению мандрели. Этот кольцевой каучуковый элемент 15 расширяется в диаметре и обращенный наружу участок в направлении, перпендикулярном осевому направлению, упирается во внутреннюю стенку ствола скважины и дополнительно обращенный внутрь участок в направлении, перпендикулярном осевому направлению, упирается во внешнюю периферийную поверхность мандрели, таким образом обеспечивая закупоривание (запечатывание) пространства между пробкой 1 и стволом скважины (закупоривание ствола скважины). Затем в состоянии, при котором пространство между пробкой и стволом скважины закупорено (запечатано), можно выполнить гидроразрыв пласта.
[0041]
(2) Установочный инструмент
Установочный инструмент, используемый в устройстве для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления, имеет приблизительно столбчатую форму и включает в себя установочный стержень и установочную гильзу. Установочный стержень обычно имеет стержневую форму и расположен по центру поперечного сечения установочного инструмента (поперечное сечение параллельно нижней поверхности приблизительного столба). Это означает, что установочный стержень вставляется в полую часть установочного инструмента. Установочная гильза имеет трубчатую форму, окружающую один конец длинного вала установочного стержня.
[0042]
Сам установочный инструмент или часть установочного инструмента по настоящему варианту осуществления иногда называют комплектом приспособлений, и комплект приспособлений включает в себя установочный стержень и установочную гильзу.
[0043]
Установочный инструмент, используемый в настоящем варианте осуществления, расположен от задней части относительно заднего конца скважинной пробки до стороны заднего конца в полой части, а установочный стержень и установочный инструмент находятся в контакте со скважинной пробкой. Таким образом, установочный стержень непосредственно или опосредованно соединен с мандрелью, а установочная гильза устанавливается смежно с элементом, установленным на внешней периферийной поверхности перпендикулярно осевому направлению мандрели. Когда установочный инструмент приводится в действие, а установочная гильза сдерживает перемещение элемента, установленного на внешней периферийной поверхности мандрели, в направлении заднего конца, установочный стержень перемещается в направлении заднего конца и передает усилие на мандрель в направлении заднего конца для выведения мандрели в направлении заднего конца, и скважинная пробка работает в соответствии с приведенным выше описанием. Пример включает в себя установочный инструмент, который включает в себя установочную гильзу и установочный стержень, приводимые в действие посредством газа, образующегося при взрыве.
[0044]
1) Установочный стержень
В устройстве для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления, когда установочный стержень соединен с мандрелью, установочный стержень, как правило, непосредственно или опосредованно соединен с мандрелью на концевом участке на стороне, противоположной концевому участку, окруженному установочной гильзой. Установочный стержень вставляется в полую часть мандрели через отверстие в задней части мандрели. Хотя местом соединения мандрели с установочным стержнем может быть сторона заднего конца, центр или сторона переднего конца мандрели в продольном осевом направлении, в том случае, когда прочность при сжатии является недостаточной из-за того, что мандрель изготовлена из смолы или т. п., установочный стержень предпочтительно присоединяется к стороне переднего конца мандрели. В этом случае установочный стержень присоединяется к стороне переднего конца со стороны заднего конца мандрели через полую часть. Ниже описан пример присоединения установочного стержня к переднему концу мандрели со ссылкой на ФИГ. 2 и ФИГ. 3.
[0045]
Установочный стержень 21 на ФИГ. 2 соединен со скважинной пробкой 1 с помощью соединительного участка 23. Способ соединения соединительного участка 23 включает в себя способ непосредственного соединения и крепления соединительного участка 23 к переднему концу мандрели 11 и способ опосредованного соединения и крепления соединительного участка 23 посредством соединительного элемента (не показан), установленного на переднем конце мандрели 11 и установленного на мандрели 11. Способ фиксации соединительного участка 23 к скважинной пробке 1 включает в себя способ фиксации соединительного участка 23 к скважинной пробке 1 с помощью резьбы, вырезанной на внешней периферии соединительного участка 23, и способ фиксации соединительного участка 23 с помощью штифта. Резьба и штифт предпочтительно повреждаются вследствие усилия, приложенного в осевом направлении мандрели для разъединения скважинной пробки и установочного инструмента.
[0046]
Как описано ниже, в устройстве для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления препятствие размещается в пространстве, образованном внутренней стенкой установочной гильзы, установочным стержнем и задним концом мандрели или элементом, установленным на заднем конце. Соответственно, установочный стержень может быть деформирован, например, путем формирования углублений, изгибания или срезания части стержня с образованием секторальной формы в осевом направлении таким образом, что установочная гильза может содержать внутри себя препятствие (шар). Иными словами, установочный стержень может иметь выточку или элемент в виде выреза в осевом направлении.
[0047]
Конкретные примеры деформации установочного стержня включают в себя: часть круглой формы в виде поперечного сечения установочного стержня, срезанного с получением прямолинейной формы (ФИГ. 5A), срезанного с получением криволинейной формы (ФИГ. 5B), срезанного с получением угловых форм (ФИГ. 5C и 5С’) или т. п.
[0048]
Хотя положение и длина участка с деформацией по всей длине установочного стержня особо не ограничиваются при условии отсутствия препятствий для осуществления функции установочного стержня, деформированные части, проиллюстрированные на ФИГ. 5A–5C’, находятся предпочтительно на стороне переднего конца по длине от дистального конца (переднего конца) установочного стержня, не соединенного со скважинной пробкой, до заднего конца скважинной пробки. Кроме того, длина деформированной части предпочтительно составляет 10 мм или более в осевом направлении установочного стержня.
2) Установочная гильза
Установочная гильза 22 по настоящему варианту осуществления расположена смежно со стороной заднего конца элемента, установленного на внешней периферийной поверхности мандрели 11, и выполняет функцию ограничения перемещения элемента на внешней периферийной поверхности мандрели к задней стороне.
[0049]
Кроме того, аналогично установочному стержню установочная гильза может иметь выточку или элемент в виде выреза во внутренней стенке, так чтобы установочная гильза могла содержать внутри себя препятствие (шар). Конкретные примеры выточки во внутренней стенке установочной гильзы включают в себя криволинейную выточку (ФИГ. 6A) или угловые выточки (ФИГ. 5B и 6C) в поперечном сечении установочной гильзы.
[0050]
Выточка во внутренней стенке установочной гильзы лишь должна иметь такую форму, чтобы установочная гильза могла содержать внутри себя препятствие, а положение, длина и глубина особо не ограничены. Однако выточки, проиллюстрированные на ФИГ. 6A–6C, предпочтительно имеют длину (в осевом направлении установочной гильзы) 10 мм или более, ширину 5 мм или более и глубину 1 мм или более.
[0051]
Материал для изготовления установочного инструмента
Выбор материала для изготовления установочного инструмента, используемого в настоящем варианте осуществления, особо не ограничивается, и могут используются материалы, которые используются традиционно.
[0052]
(3) Препятствие для закупоривания пути потока в скважинной пробке
Препятствие для закупоривания пути для потока в скважинной пробке, используемой в настоящем варианте осуществления, размещается в пространстве, образованном внутренней стенкой установочной гильзы и установочным стержнем установочного инструмента, а также задним концом мандрели или элементом, установленным на заднем конце. Функция препятствия для закупоривания пути для потока в скважинной пробке заключается в том, чтобы закупорить путь для потока в скважинной пробке после установки скважинной пробки в скважине и удаления установочного стержня. При условии что путь для потока в скважинной пробке может быть закупорен и препятствие имеет размер и форму, позволяющие ему попасть в пространство в описанном выше установочном инструменте, форма препятствия особо не ограничивается и, например, включает в себя такие формы, как шар, стрела или диск. Среди этих препятствий шар способен закупорить отверстие в седле независимо от направления в седле и путь для потока можно надежно закупорить, поэтому шар является предпочтительным.
[0053]
Материал для изготовления препятствия для закупоривания пути для потока в скважинной пробке
Выбор материала для изготовления препятствия для закупоривания пути потока в скважинной пробке, используемой в настоящем варианте осуществления, особо не ограничен, и могут использоваться материалы, традиционно используемые в качестве материалов для изготовления данного препятствия. Примеры материала могут включать в себя металл (алюминий, сталь, нержавеющую сталь или т. п.), волокно, древесину, композитный материал, смолу и т. п. В частности материалы могут включать в себя композитный материал, содержащий армирующий материал, такой как углеродное волокно, и в частности композитный материал, содержащий полимер, такой как эпоксидная смола и фенольная смола, и т. п. С учетом того, что снижения затрат и сокращения процесса для бурения скважин можно достичь за счет простоты снятия закупорки и обеспечения надежного пути потока после использования скважинной пробки, по меньшей мере часть препятствия предпочтительно изготавливается из разлагаемого материала, аналогично приведенному выше описанию в отношении мандрели. Более предпочтительным является разлагаемый материал, главным образом содержащий ПГК. В случае использования ПГК в качестве основного компонента средневесовая молекулярная масса ПГК предпочтительно является большой с точки зрения повышения прочности, например, предпочтительно 50 000 или более, более предпочтительно 100 000 или более и еще более предпочтительно 150 000 или более.
[0054]
Разлагаемый материал
В качестве разлагаемого материала для изготовления препятствия для закупоривания пути потока в скважинной пробке, используемой в настоящем варианте осуществления, аналогично приведенному выше описанию в отношении мандрели, можно использовать разлагаемый материал, обладающий способностью к биологическому разложению или гидролизу, а также разлагаемый материал, который можно химически разложить любым другим способом, и разлагаемый материал, который может становиться хрупким и легко распадаться. Среди материалов, в случае разлагаемой смолы или разлагаемого металла легко регулируется скорость разложения, поэтому они являются предпочтительными в качестве разлагаемого материала, используемого для препятствия. В частности благодаря своей высокой прочности в качестве разлагаемой смолы предпочтительной является полигликолевая кислота, а в качестве разлагаемого металла предпочтительным является сплав магния.
[0055]
В случае устройства для закупоривания скважины в соответствии с описанным выше вариантом осуществления препятствие для закупоривания пути потока в скважинной пробке можно надежно подать за короткое время. Таким образом, можно избежать повреждений препятствия, связанных с транспортировкой препятствия, и можно сэкономить объем флюида, необходимого для транспортировки препятствия. Это позволяет снизить затраты и сократить процесс бурения скважин.
[0056]
2. Способ закупоривания скважины
Устройство для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления можно использовать независимо от глубины скважины, а также вертикальной или горизонтальной скважине.
[0057]
Способ закупорки скважины с использованием устройства для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления заключается в следующем. Во-первых, устройство для закупоривания скважины по настоящему варианту осуществления перемещают в любое положение внутри скважины с помощью флюида или т. п. (ФИГ. 4A). После этого при приведении в действие установочного инструмента кольцеобразный каучуковый элемент и клиновой захват расширяются в диаметре для установки и крепления скважинной пробки ко внутренней стенке ствола скважины (ФИГ. 4B). Затем установочный инструмент и скважинная пробка разъединяются и установочный стержень вынимают из полой части мандрели. Препятствие, помещенное внутрь установочной гильзы, подается и размещается в положение, при котором путь для потока в скважинной пробке закупоривается, например, в седло, установленное в мандрели, и таким образом выполняется закупоривание.
[0058]
Если препятствие изготовлено, например, из разлагаемого материала, обладающего способностью к гидролизу, воздействие на препятствие воды в течение заданного периода времени приводит к разложению препятствия, а распад, растворение или выход препятствия из отверстия седла (приемного гнезда) позволяет восстановить закупоренный путь для потока.
[0059]
3. Изложение сущности изобретения
Устройство для закупоривания скважины, которое включает в себя скважинную пробку, установочный инструмент и одно или более препятствий. Установочный инструмент располагают на стороне заднего конца скважинной пробки. Установочный инструмент приводит в действие и устанавливает скважинную пробку. Одно или более препятствий закупоривают путь для потока в скважинной пробке. Скважинная пробка включает в себя полую мандрель, которая имеет отверстие по меньшей мере на заднем конце. Установочный инструмент включает в себя установочный стержень, непосредственно или опосредованно соединенный со стороной переднего конца мандрели, и установочную гильзу, расположенную таким образом, чтобы покрывать по меньшей мере часть установочного стержня и по меньшей мере часть скважинной пробки. Установочный стержень вставляют через отверстие на заднем конце мандрели в полую часть мандрели. Препятствие помещают внутрь в пространство внутри установочного инструмента.
[0060]
Кроме того, предпочтительно мандрель содержит смолу в качестве основного компонента.
[0061]
Кроме того, предпочтительно мандрель содержит разлагаемый металл в качестве основного компонента.
[0062]
Кроме того, предпочтительно мандрель содержит разлагаемую смолу в качестве основного компонента.
[0063]
Кроме того, предпочтительно скважинная пробка включает в себя седло, которое вмещает препятствие.
[0064]
Кроме того, предпочтительно препятствие представляет собой шар, стрелу или диск.
[0065]
Кроме того, предпочтительно препятствие по меньшей мере частично содержит разлагаемый материл.
[0066]
Кроме того, предпочтительно разлагаемый материал представляет собой разлагаемую смолу или разлагаемый металл.
[0067]
Кроме того, предпочтительно мандрель имеет задний конец, имеющий элемент в виде выреза, выполненный с возможностью помещения препятствия внутрь пространства внутри установочного инструмента.
[0068]
Кроме того, предпочтительно по меньшей мере один из установочного стержня или установочной гильзы имеет выточку или элемент в виде выреза относительно осевого направления, выполненные с возможностью помещения препятствия внутрь пространства внутри установочного инструмента.
[0069]
Предпочтительно по меньшей мере один из установочного стержня или установочной гильзы имеет элемент в виде выреза в форме сектора относительно осевого направления, выполненный с возможностью помещения препятствия внутрь пространства внутри установочного инструмента.
[0070]
Кроме того, установочный стержень имеет выточку или элемент в виде выреза относительно осевого направления.
[0071]
Кроме того, установочная гильза имеет выточку на внутренней поверхности.
[0072]
Предложен способ временного закупоривания скважины при помощи устройства для закупоривания скважины, включающего в себя скважинную пробку, установочный инструмент и одно или более препятствий. Установочный инструмент располагают на стороне заднего конца скважинной пробки. Установочный инструмент приводит в действие и устанавливает скважинную пробку. Одно или более препятствий закупоривают путь для потока в скважинной пробке. Скважинная пробка включает в себя полую мандрель с отверстием по меньшей мере на заднем конце. Установочный инструмент включает в себя установочный стержень, непосредственно или опосредованно соединенный со стороной переднего конца мандрели, и установочную гильзу, имеющую такую форму, которая покрывает по меньшей мере часть установочного стержня и по меньшей мере часть скважинной пробки. Установочный стержень вставляют через отверстие на заднем конце мандрели в полую часть мандрели. Препятствие помещают внутрь в пространство внутри установочного инструмента. Способ включает в себя следующие этапы a)–d): a) перемещение устройства для закупоривания скважины в любое положение в скважине, приведение в действие и установка скважинной пробки; b) разъединение установочного инструмента и скважинной пробки для выведения установочного стержня; c) перемещение препятствия в установочном инструменте для закупоривания пути для потока в полой части мандрели; и d) по истечении заданного периода времени удаление препятствия для восстановления пути для потока.
Промышленное применение
[0073]
Настоящее изобретение представляет собой устройство для закупоривания скважины, включающее в себя установочный инструмент и скважинную пробку, в котором препятствие для закупоривания пути потока в скважинной пробке помещено внутрь установочного инструмента смежно со скважинной пробкой. Соответственно, предложено устройство для закупоривания скважины, которое способно быстро и безопасно подавать препятствие в скважинную пробку, предотвращать повреждение препятствия, снижать затраты на бурение скважины, включая экономию объема флюида для транспортировки препятствия, и сокращать процесс, обеспечивая высокую промышленную применимость. Кроме того, предложен способ временной закупорки скважины с помощью устройства для закупоривания скважины, обеспечивающий высокую промышленную применимость.
Перечень позиционных обозначений
[0074]
1 — Гидроразрывная пробка
2 — Установочный инструмент
3 — Шар
12a, 12b — Клиновой захват
13a, 13b — Клиновидная плашка
14a, 14b — Фиксирующий элемент в форме кольца
15 — Кольцевой каучуковый элемент с расширяемым диаметром
21 — Установочный стержень
22 — Установочная гильза
23 — Соединительный участок между установочным инструментом и гидроразрывной пробкой
H — Внутренняя стенка ствола скважины.