СКВАЖИННАЯ КОЛОННА ДЛЯ БУРЕНИЯ ЧЕРЕЗ ЗОНУ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
WELL STRING FOR DRILLING THROUGH LOW PRESSURE ZONE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к скважинной колонне для бурения в скважине через зону низкого давления в пласте. Кроме того, настоящее изобретение относится к скважинной системе и к скважинному способу.
Уровень техники
При бурении нового ствола скважины или бокового ствола в существующей скважине бурильная головка может войти при бурении в зону низкого давления, что приведет к потере давления. Таким образом, раствор, вводимый в отверстие скважины в процессе бурения для предотвращения фонтанирования, теряется в зоне низкого давления, и появляется большая вероятность фонтанирования при продолжении бурения. Цементирование и, таким образом, уплотнение части затрубного пространства над зоной низкого давления также невозможны, поскольку вводимый цемент теряется, так как он исчезает в зоне низкого давления, и тогда данный частично пробуренный ствол забрасывают и закрывают сверху, и выполняют бурение новой скважины.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является полное или частичное преодоление вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задачей является создание усовершенствованной системы заканчивания скважины или бурения, которая обеспечивает возможность продолжения бурения через упомянутую выше зону низкого давления.
Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и отличительные признаки, очевидные из приведенного ниже описания, выполнены благодаря решению согласно настоящему изобретению посредством скважинной колонны для бурения в скважине через зону низкого давления в пласте, содержащей:
- понижающую обсадную колонну, имеющую первый конец, ближайший к устью скважины, и второй конец; и
- рабочий инструмент, соединенный со вторым концом понижающей обсадной колонны;
причем скважинная колонна дополнительно содержит затрубный барьер, имеющий разжимную металлическую муфту, окружающую понижающую скважинную колонну, причем каждый конец разжимной металлической муфты соединен с понижающей обсадной колонной, а разжимная металлическая муфта выполнена с возможностью вхождения в контакт со стенкой ствола скважины или другой обсадной колонны так, что обеспечена возможность вращения понижающей обсадной колонны и ее скольжения относительно затрубного барьера после разжимания разжимной муфты.
В одном варианте осуществления изобретения затрубный барьер может быть соединен с понижающей обсадной колонной после разжимания разжимной муфты.
Дополнительно, затрубный барьер может быть соединен с возможностью скольжения и/или вращения с понижающей обсадной колонной после разжимания разжимной муфты.
Скважинная колонна может дополнительно содержать вертлюг, установленный как часть понижающей обсадной колонны и разделяющий понижающую обсадную колонну на первую часть обсадной колонны и вторую часть обсадной колонны для обеспечения вращения первой части обсадной колонны относительно второй части обсадной колонны.
В одном варианте осуществления изобретения вертлюг может содержать первую часть вертлюга, соединенную с первой частью обсадной колонны, и вторую часть вертлюга, соединенную со второй частью обсадной колонны.
Кроме того, между первой частью вертлюга и второй частью вертлюга может быть расположен шариковый подшипник.
Также, между первой частью вертлюга и второй частью вертлюга может быть расположен уплотнительный элемент.
Кроме того, вторая часть обсадной колонны может быть соединена с рабочим инструментом и затрубным барьером.
Дополнительно, понижающая обсадная колонна может содержать отверстия, выполненные над затрубным барьером.
Между разжимной металлической муфтой и понижающей обсадной колонной может быть расположено затрубное пространство.
Помимо этого, затрубное пространство может содержать вещество, предназначенное для разжимания затрубного пространства.
Также, указанное вещество может содержать по меньшей мере одно термически разлагаемое вещество, предназначенное для генерации газа или сверхкритической текучей среды при разложении.
Дополнительно, указанное вещество может содержать азот.
Кроме того, указанное вещество может быть выбрано из группы, содержащей следующие элементы: бихромат аммония, нитрат аммония, нитрит аммония, азид бария, нитрат натрия или их комбинацию.
Дополнительно, указанное вещество может представлять собой порошок, диспергированный в жидкости порошок или растворенный в жидкости порошок.
В понижающей обсадной колонне напротив разжимной металлической муфты может быть выполнено отверстие для обеспечения возможности прохождения текучей среды под давлением в затрубное пространство для обеспечения разжимания разжимной металлической муфты.
Помимо этого, в отверстии может быть расположен клапан.
Указанный клапан может быть обратным клапаном.
Также, клапан может содержать выполненный с возможностью активации перекрывающий элемент, так что обеспечено закрывание клапана при прохождении конца разжимной металлической муфты мимо выполненного с возможностью активации перекрывающего элемента.
Один или оба конца разжимной металлической муфты могут быть соединены с понижающей обсадной колонной посредством соединительных частей.
Кроме того, между соединительной частью или концом разжимной металлической муфты и понижающей обсадной колонной может быть расположено уплотнительное средство.
Дополнительно, рабочий инструмент может быть расширителем, бурильной головкой или цементным башмаком.
Дополнительно, понижающая обсадная колонна может быть смонтирована из трубчатых секций обсадной колонны посредством муфт обсадной колонны.
Кроме того, понижающая обсадная колонна может быть выполнена с возможностью скольжения между двумя смежными муфтами обсадной колонны.
Также, в понижающей обсадной колонне ближе к первому концу относительно затрубного барьера может быть расположена скользящая муфта или фрак-порт.
Настоящее изобретение также относится к скважинной системе для бурения в скважине через зону низкого давления в пласте, содержащей:
- скважинную колонну, как описано выше; и
- рабочий модуль для обеспечения скольжения и/или вращения понижающей обсадной колонны.
Указанный рабочий модуль также может быть использован для обеспечения скольжения и/или вращения понижающей обсадной колонны относительно разжатой разжимной металлической муфты.
Скважинная система, описанная выше, может дополнительно содержать модуль повышения давления для повышения давления текучей среды в понижающей обсадной колонне для обеспечения разжимания разжимной металлической муфты.
Дополнительно, скважинная система, описанная выше, может содержать скважинный инструмент, например инструмент для цементирования.
Помимо этого, скважинная система может дополнительно содержать шар, выполненный с возможностью его сбрасывания в понижающую обсадную колонну для установки в гнездо и перекрытия части обсадной колонны.
Дополнительно, скважинная система может содержать бурильную головку, соединенную с концом бурильной трубы для осуществления бурения изнутри понижающей обсадной колонны наружу в пласт.
Настоящее изобретение также относится к скважинному способу бурения в пласте через зону низкого давления в пласте, содержащему следующие этапы:
- пробуривают ствол скважины в пласте;
- определяют зону низкого давления в пласте;
- разжимают затрубный барьер над зоной низкого давления относительно устья ствола скважины;
- обеспечивают наличие цемента над затрубным барьером в затрубном пространстве между обсадной колонной и стенкой ствола скважины;
- осуществляют колебание или вращение по меньшей мере части обсадной колонны относительно затрубного барьера при цементировании, после разжимания разжимной муфты; и
- выполняют бурение через зону низкого давления.
Этап, на котором выполняют бурение через зону низкого давления, может быть выполнен после того, как вставляют бурильную головку и бурильную трубу в обсадную колонну.
Кроме того, этап, на котором обеспечивают наличие цемента, может быть выполнен после того, как располагают инструмент для цементирования напротив отверстия в обсадной колонне над затрубным барьером.
Дополнительно, инструмент для цементирования могут извлечь из обсадной колонны до того, как введут бурильную головку.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых для целей иллюстрации показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:
- на фиг. 1 показан вид в частичном поперечном разрезе скважинной колонны для бурения через зону низкого давления;
- на фиг. 2 показана скважинная колонна, показанная на фиг. 1, после разжимания затрубного барьера;
- на фиг. 3 показана скважинная колонна, показанная на фиг. 1, в процессе выполнения цементирования над затрубным барьером;
- на фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе одного затрубного барьера;
- на фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе другого затрубного барьера;
- на фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе еще одного затрубного барьера;
- на фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе затрубного барьера относительно муфт обсадной колонны;
- на фиг. 8 показан вид в частичном поперечном разрезе другой скважинной колонны для бурения через зону низкого давления посредством расширителя;
- на фиг. 9 показана скважинная колонна, показанная на фиг. 1, в процессе вставки второй бурильной головки;
- на фиг. 10 показан вид в частичном поперечном разрезе другой скважинной колонны;
- на фиг. 11 показана другая скважинная колонна, имеющая вертлюг;
- на фиг. 12 показана скважинная колонна, показанная на фиг. 11, после разжимания затрубного барьера;
- на фиг. 13 показан вид в поперечном разрезе другой скважинной колонны, имеющей вертлюг, обеспечивающий возможность вращения части скважинной колонны в процессе цементирования затрубного пространства; и
- на фиг. 14 показан вид в поперечном разрезе другой скважинной колонны, в которую был вставлен инструмент для цементирования.
Все чертежи являются весьма схематичными и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения настоящего изобретения, при этом другие части не показаны или показаны без объяснения.
Осуществление изобретения
low
На фиг. 1 показана скважинная колонна 1 для бурения в скважине 3 через зону Z низкого давления в пласте. Скважинная колонна 1 содержит понижающую обсадную колонну 2, имеющую первый конец 4, ближайший к устью 5 скважины 3, и второй конец 6, расположенный ближе к забою 7 скважины. Скважинная колонна 1 дополнительно содержит рабочий инструмент 8, соединенный со вторым концом 6 понижающей обсадной колонны 2 для выполнения части операции бурения.
low
low
При бурении нового ствола скважины или бокового ствола в существующей скважине бурильная головка 8а, 8 может попасть в зону Z низкого давления, в результате чего раствор, вводимый в отверстие скважины в процессе бурения для предотвращения фонтанирования, может быть потерян в зоне низкого давления, и, таким образом, появляется большая вероятность фонтанирования, если бурение будет продолжаться. Для предотвращения потери давления скважинная колонна 1 содержит затрубный барьер 10, имеющий разжимную металлическую муфту 11, окружающую понижающую обсадную колонну 2. Каждый конец 14, 15 разжимной металлической муфты 11 соединен с внешней поверхностью 12 понижающей обсадной колонны 2. Затрубный барьер 10 имеет неразжатое состояние, как показано на фиг. 1, и разжатое состояние, как показано на фиг. 2. При входе в зону Z низкого давления разжимная металлическая муфта 11 разжимается для вхождения в контакт со стенкой 16 ствола 17 скважины, как это показано на фиг. 2, или другой обсадной колонны (не показана). Таким образом, гарантируется, что затрубный барьер 10 вместе с понижающей обсадной колонной 2 предотвращают фонтанирование пластовой текучей среды.
Далее выполняют другую операцию, например цементирование затрубного пространства 18 над затрубным барьером 10. При выполнении этой следующей работы обеспечено вращение понижающей обсадной колонны 2 и ее скольжение относительно затрубного барьера 10, который надежно прикреплен к стенке 16 ствола скважины. Это обеспечивает возможность осуществления последующей операции, например, цементирования затрубного пространства 18 над затрубным барьером 10, как показано на фиг. 3, или продолжения операции бурения. Это связано с тем, что разжимная металлическая муфта 11 выполнена из металла и обеспечивает жесткость, необходимую для перемещения понижающей обсадной колонны 2 относительно затрубного барьера 10.
Для того чтобы зацементировать затрубное пространство 18 над затрубным барьером 10, в понижающую обсадную колонну 2 погружают скважинный инструмент 21 в виде инструмента для цементирования. Инструмент 21 для цементирования располагают напротив зоны, которую необходимо зацементировать, и устанавливают первый пакер 22 или нижний пакер инструмента 21 для цементирования, чтобы закрыть нижнюю часть понижающей обсадной колонны 2. Затем цемент закачивают вниз через колонну 23 труб и в пространство 24 в понижающей обсадной колонне 2 между первым пакером и вторым пакером 25, и в затрубное пространство 18 над затрубным барьером 10. Второй пакер 25 может представлять собой манжетное уплотнение, выполненное с возможностью перемещения в направлении первого пакера, чтобы выдавливать цемент наружу через отверстия 26 в понижающей обсадной колонне над затрубным барьером 10. В процессе цементирования понижающая обсадная колонна 2 колеблется вверх и вниз, как показано двойной стрелкой, чтобы предотвратить образование в цементе пузырей и обеспечить правильное выполнение работы по цементированию. Таким образом, данное колебательное движение понижающей обсадной колонны 2 относительно затрубного барьера 10 важно для последующей работы по цементированию.
Затрубный барьер 10 содержит разжимную металлическую муфту 11, которая соединена с понижающей обсадной колонной 2, образуя затрубное пространство 28, как показано на фиг. 4. Затрубный барьер 10 разжимают путем повышения давления во внутреннем объеме 27 понижающей обсадной колонны 2 и направления текучей среды под давлением в затрубное пространство 28 через отверстие 20 в понижающей обсадной колонне 2 напротив затрубного барьера, тем самым разжимая муфту для ее вхождения в контакт со стенкой 16 ствола 17 скважины, и изолируя верхнюю первую часть 31 от нижней второй части 32 понижающей обсадной колонны 2, и таким образом, предотвращая потерю давления или фонтанирование.
В другом решении, показанном на фиг. 5, затрубный барьер 10 разжимают путем активации вещества 33, присутствующего в затрубном барьере 10 при погружении понижающей обсадной колонны 2. При активации вещества 33 оно вступает в химическую реакцию или разлагается для генерации газа или сверхкритической текучей среды при разложении. Вещество 33 может содержать азот, и может быть выбрано из группы, содержащей следующие элементы: бихромат аммония, нитрат аммония, нитрит аммония, азид бария, нитрат натрия или их комбинацию. Вещество может присутствовать в виде порошка, диспергированного в жидкости порошка или растворенного в жидкости порошка.
Как показано на фиг. 5, разжимная металлическая муфта 11 соединена непосредственно с наружной поверхностью 12 понижающей обсадной колонны 2, поскольку разжимная металлическая муфта 11 имеет концы 14, 15, имеющие увеличенную толщину, так что концы 14, 15 остаются неразжатыми в процессе разжимания. Как показано на фиг. 4 и 6, разжимная металлическая муфта 11 соединена с наружной поверхностью 12 понижающей обсадной колонны посредством первой и второй соединительных частей 34, 35 в виде кольцеобразных элементов. Для того чтобы улучшить уплотнение между понижающей обсадной колонной 2 и концами разжимной металлической муфты или соединительными частями, уплотнительные элементы 36 могут быть расположены так, как показано на фиг. 6.
Для предотвращения выхода текучей среды из затрубного пространства 28 в затрубном барьере 10 в отверстии 20 расположен клапан 38, как показано на фиг. 6. Клапан 38 может быть обратным клапаном, так что обеспечена возможность вхождения текучей среды в клапан для того, чтобы выполнить разжимание разжимной металлической муфты 11, но предотвращено ее возвращение в понижающую обсадную колонну 2. Клапан 38 содержит выполненный с возможностью активации перекрывающий элемент 37, так что когда конец разжимной металлической муфты 11 проходит выполненный с возможностью активации перекрывающий элемент 37, клапан 38 закрывается, чтобы перекрыть понижающую обсадную колонну 2, так как затрубный барьер 10 уже не перекрывает отверстие 20 относительно пластовой текучей среды, поскольку затрубный барьер был перемещен скольжением мимо отверстия 20. Как показано на фиг. 7, понижающая обсадная колонна 2 выполнена с возможностью скольжения между двумя смежными муфтами 39 обсадной колонны, соединяющими две секции 40 обсадной колонны, из которых монтируют понижающую обсадную колонну.
low
low
Как показано на фиг. 1-3, затрубный барьер 10 соединен с понижающей обсадной колонной 2 и, тем самым, с первой бурильной головкой 8а, 8. В процессе бурения бурильная головка 8а, 8 может быть заменена на расширитель 8b, 8 (показан на фиг. 8), и затрубный барьер 10 может, таким образом, быть соединен с понижающей обсадной колонной 2, имеющей расширитель, как показано на фиг. 8. Когда расширитель 8b встречает зону Z низкого давления, затрубный барьер 10 разжимается и затрубное пространство 18 над затрубным барьером 10 цементируется. Далее процесс бурения продолжают путем введения второй бурильной головки 42 (показана на фиг. 9), например, на бурильной трубе, имеющей меньший наружный диаметр, чем внутренний диаметр понижающей обсадной колонны 2. Затем осуществляют бурение посредством второй бурильной головки 42 через расширитель 8b и через зону Z низкого давления и дальше в пласт, продлевая, таким образом, ствол скважины. Во время бурения посредством второй бурильной головки 42, выполняют выбрасывание раствора, соответствующего процессу бурения, через зоны низкого давления для уплотнения зоны низкого давления.
Как показано на фиг. 10, операционным инструментом 8 также может быть башмак 8с, например, цементный башмак, направляющий башмак или плавающий башмак. Когда цементирующим инструментом 21 зацементировано затрубное пространство 18 над затрубным барьером 10, вставляют вторую бурильную головку, а также заменяют раствор подходящим раствором для бурения через башмак и далее в пласт 45.
Как показано на фиг. 10, отверстия 26 в понижающей обсадной колонне 2 над затрубным барьером 10 представляют собой порт, например фрак-порт, причем скользящая муфта 46 расположена с возможностью скольжения для открытия или закрытия отверстия 26.
Как показано на фиг. 11, скважинная колонна 1 дополнительно содержит вертлюг 29, установленный как часть понижающей обсадной колонны и разделяющий понижающую обсадную колонну 2 на первую часть 41 обсадной колонны и вторую часть 43 обсадной колонны. Вторая часть 43 обсадной колонны соединена с рабочим инструментом 8 и затрубным барьером 10, и после разжимания разжимной металлической муфты 11 затрубного барьера, вторая часть понижающей обсадной колонны 2 жестко закрепляется на стенке 16 ствола 17 скважины, как показано на фиг. 12. Во время работы по цементированию важно иметь возможность вращать обсадную колонну для того, чтобы распределить цемент во всем затрубном пространстве между обсадной колонной и стенкой 16 ствола 17 скважины. Благодаря наличию вертлюга 29 обеспечена возможность вращения первой части 41 обсадной колонны в процессе выполнения работы по цементированию без необходимости вращения второй части 43 обсадной колонны. Таким образом, уплотнение, обеспечиваемое затрубным барьером 10, сохраняется и не подвергается опасности из-за вращения также и второй части 43 обсадной колонны. Отверстия 26 понижающей обсадной колонны 2 расположены над затрубным барьером 10 и над вертлюгом 29.
На фиг. 13 показан вид в поперечном разрезе другой понижающей обсадной колонны 2, в которой вертлюг 29 содержит первую часть 48 вертлюга, соединенную с первой частью 41 обсадной колонны, и вторую часть 49 вертлюга, соединенную со второй частью 43 обсадной колонны. Между первой частью 48 вертлюга и второй частью 49 вертлюга расположен шариковый подшипник 53 для уменьшения трения между первой частью вертлюга и второй частью вертлюга, когда первая часть вертлюга вращается по отношению ко второй части вертлюга. Кроме того, между первой частью 48 вертлюга и второй частью 49 вертлюга расположен уплотнительный элемент 54, и данный уплотнительный элемент, таким образом, является частью динамического уплотнения, обеспечивающего возможность вращения первой части 41 обсадной колонны по отношению ко второй части 43 обсадной колонны, не вызывая протечки между ними.
Настоящее изобретение дополнительно относится к скважинной системе 100, показанной на фиг. 1-3, предназначенной для бурения через зону низкого давления в пласте, в скважине, содержащей скважинную колонну и рабочий модуль 51 для обеспечения возможности скольжения понижающей обсадной колонны и/или ее вращения относительно разжатой разжимной металлической муфты затрубного барьера и, таким образом, относительно ствола скважины. Как показано на чертеже, скважинная система 100 дополнительно содержит нагнетательный модуль 52 для повышения давления текучей среды в понижающей обсадной колонне 2 для разжимания разжимной металлической муфты 11. Как показано на фиг. 3, скважинная система 100 дополнительно содержит инструмент 21 для цементирования. Если в понижающей обсадной колонне 2 отсутствует отверстие над затрубным барьером 10, отверстия могут быть выполнены посредством перфоратора.
На фиг. 13 показана скважинная система, дополнительно содержащая шар 44, сброшенный в понижающую обсадную колонну 2, упирающийся в гнездо 47, установленный в нем и закрывающий часть обсадной колонны над затрубным барьером 10. Гнездо 47 расположено в вертлюге 29, однако в другом варианте осуществления изобретения может быть расположено выше или ниже в обсадной колонне. Гнездо 47 всегда расположено под отверстиями 26 для обеспечения возможности прохождения цемента в затрубное пространство. Таким образом, обеспечена возможность вращения первой части 41 обсадной колонны относительно второй части 43 обсадной колонны, например, в процессе выполнения работы по цементированию.
Как показано на фиг. 14, инструмент 21 для цементирования содержит манжетные уплотнения 62 и отверстие 63, выполненное между манжетными уплотнениями с образованием пространства 64 между уплотнениями и обсадной колонной так, что цемент, подаваемый вниз по инструменту, входит в данное пространство перед тем, как войти в затрубное пространство между стенкой 16 ствола скважины 17 и обсадной колонной 2. Инструмент 21 для цементирования расположен напротив отверстий 26 в понижающей обсадной колонне 2 и над вертлюгом, так что первая часть 41 обсадной колонны выполнена с возможностью вращения относительно второй части 43 обсадной колонны, например, в процессе выполнения работы по цементированию.
Настоящее изобретение дополнительно относится к скважинному способу бурения в скважине через зону низкого давления в пласте. Во-первых, выполняют бурение ствола скважины и определяют наличие зоны низкого давления, и затем разжимают разжимную металлическую муфту затрубного барьера над зоной низкого давления относительно устья ствола скважины. Далее обеспечивают наличие цемента над затрубным барьером в затрубном пространстве между обсадной колонной и стенкой ствола скважины через отверстие в понижающей обсадной колонне, например, через фрак-порт или отверстие, выполненное перфоратором. При выполнении работы по цементированию обеспечивают колебания обсадной колонны относительно затрубного барьера, а затем процесс бурения продолжают, осуществляя бурение за зоной низкого давления, например, при вращении понижающей обсадной колонны. Для продолжения операции бурения в понижающую обсадную колонну могут быть вставлены бурильная головка и бурильная труба.
Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.
Под понижающей обсадной колонной подразумевается любой вид трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.
В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвигающиеся рычаги, имеющие колеса, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения трактора и инструмента вперед в скважине. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor.
Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможно несколько модификаций настоящего изобретения, не выходящих за пределы объема правовой охраны изобретения, определенного нижеследующей формулой изобретения.