СКВАЖИННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ОБСАДНАЯ КОЛОННА
DOWNHOLE PRODUCTION CASING STRING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к скважинной эксплуатационной обсадной колонне, предназначенной для введения в ствол скважины в пласте. Кроме того, изобретение относится к системе скважинной эксплуатационной обсадной колонны для подземного заканчивания скважины, и к способу применения эксплуатационной обсадной колонны согласно изобретению.
Уровень техники
Нефтяные и газовые скважины могут иметь множество схем заканчивания в зависимости от состояния пласта. Большинство скважин имеют металлическую систему труб, также называемую обсадной колонной, которую вводят в пробуренный ствол скважины, и в некоторых случаях обсадная колонна застревает, либо пакер или затрубные барьеры не формируют герметичную изоляцию зоны при их установке. Это иногда случается по причине того, что в результате выполнения операции бурения в стволе скважины образуется множество выступающих частей, препятствующих свободному прохождению обсадной колонны.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является полное или частичное преодоление вышеупомянутых недостатков уровня техники. Более конкретно, задачей является создание улучшенной обсадной колонны с обеспечением более легкого ее применения в стволе скважины, также в случае, если эксплуатационная обсадная колонна имеет затрубные барьеры.
Указанные выше задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из нижеследующего описания, выполнены в решении согласно настоящему изобретению посредством скважинной эксплуатационной обсадной колонны, предназначенной для введения в ствол скважины в пласте, причем скважинная эксплуатационная обсадная колонна имеет первый конец, наиболее близкий к устью ствола скважины, и второй конец, наиболее удаленный от устья, при этом скважинная эксплуатационная обсадная колонна вытянута вдоль продольной оси и содержит:
- по меньшей мере одно отверстие, обеспечивающее возможность протекания углеводородосодержащей текучей среды из пласта в скважинную эксплуатационную обсадную колонну во время добычи;
- множество частей обсадной колонны, имеющих концевые секции и основную секцию, расположенную между концевыми секциями, причем основная секция имеет наружный диаметр; и
- по меньшей мере один затрубный выступающий элемент, имеющий наружную поверхность и по меньшей мере одну спиральную канавку, расположенную в наружной поверхности или на ней и имеющую полный наружный диаметр, который больше наружного диаметра основной секции.
Затрубный выступающий элемент может представлять собой муфту обсадной колонны, выполненную с возможностью соединения частей обсадной колонны.
Скважинная эксплуатационная обсадная колонна, описанная выше, может дополнительно содержать по меньшей мере один затрубный барьер.
Кроме того, затрубный выступающий элемент может быть расположен между двумя затрубными барьерами.
Также, затрубный выступающий элемент может представлять собой часть затрубного барьера.
Затрубный барьер может содержать часть обсадной колонны, разжимную муфту, окружающую часть обсадной колонны и имеющую внутреннюю поверхность муфты, обращенную к части обсадной колонны, и наружную поверхность муфты, обращенную к стволу скважины, причем каждый конец разжимной муфты соединен с частью обсадной колонны посредством двух соединений, и затрубное пространство между внутренней поверхностью разжимной муфты и частью обсадной колонны, при этом затрубный выступающий элемент может быть расположен на наружной поверхности обсадной колонны смежно по меньшей мере с одним соединением, расположенным наиболее близко ко второй части эксплуатационной обсадной колонны.
Затрубный барьер может дополнительно содержать часть обсадной колонны, разжимную муфту, окружающую часть обсадной колонны и имеющую внутреннюю поверхность муфты, обращенную к части обсадной колонны, и наружную поверхность муфты, обращенную к стволу скважины, причем каждый конец разжимной муфты соединен с частью обсадной колонны посредством двух соединений, и затрубное пространство между внутренней поверхностью разжимной муфты и частью обсадной колонны, при этом затрубный выступающий элемент по меньшей мере может образовывать одно соединение, расположенное наиболее близко ко второму концу эксплуатационной обсадной колонны.
Кроме того, затрубный выступающий элемент может быть расположен на каждом конце разжимной муфты для соединения муфты с частью обсадной колонны.
Дополнительно, затрубный выступающий элемент может образовывать соединительную часть, перекрывающую концы муфты так, что муфта оказывается зажатой между затрубным выступающим элементом и частью обсадной колонны.
Кроме того, отверстие может иметь угол относительно радиального направления, поперечного продольной оси, так что обеспечена возможность направления углеводородосодержащей текучей среды в эксплуатационную обсадную колонну под углом, отличным от 90°.
Таким образом, при введении эксплуатационной обсадной колонны может быть обеспечена возможность того, что текучая среда не будет выбрасываться непосредственно в стенку напротив отверстия, в результате чего обеспечивается значительное снижение износа стенки.
Также, спиральная канавка может иметь режущую кромку.
Дополнительно, затрубный выступающий элемент может содержать несколько канавок, образующих спираль вокруг продольного направления.
Затрубный выступающий элемент, описанный выше, может быть выполнен сужающимся в направлении второго конца эксплуатационной обсадной колонны.
Наружный диаметр затрубного выступающего элемента может представлять собой полный наружный диаметр эксплуатационной обсадной колонны.
Также, отверстие может быть выполнено в канавке для обеспечения возможности прохождения текучей среды из пласта в эксплуатационную обсадную колонну.
Дополнительно, эксплуатационная обсадная колонна может иметь внутреннюю поверхность, вдоль которой может быть расположена с возможностью скольжения скользящая муфта для скольжения между закрытым положением, в котором скользящая муфта обеспечивает блокировку отверстия, и открытым положением, в котором обеспечена возможность протекания текучей среды через отверстие в эксплуатационную обсадную колонну.
Отверстие может быть выполнено ближе к первому концу эксплуатационной обсадной колонны, чем ко второму концу эксплуатационной обсадной колонны, или ближе ко второму концу эксплуатационной обсадной колонны, чем к первому концу эксплуатационной обсадной колонны.
Помимо этого, канавка может иметь угол относительно продольной оси, причем угол может составлять 10-80°, предпочтительно 25-75°, более предпочтительно 35-55°.
Также, канавка может быть выполнена сужающейся в направлении первого и/или второго конца эксплуатационной обсадной колонны.
Дополнительно, затрубный выступающий элемент может иметь резьбу для его соединения с частями обсадной колонны.
Изобретение также относится к системе скважинной эксплуатационной обсадной колонны для подземного заканчивания скважины, содержащей:
- эксплуатационную обсадную колонну по любому из предыдущих пунктов; и
- вращающее оборудование, предназначенное для обеспечения вращения эксплуатационной обсадной колонны вдоль направления спиральной канавки при введении эксплуатационной обсадной колонны в ствол скважины.
Наконец, настоящее изобретение относится к способу применения эксплуатационной обсадной колонны согласно изобретению в стволе скважины, содержащему следующие этапы:
- соединяют части обсадной колонны и по меньшей мере один затрубный выступающий элемент для формирования эксплуатационной обсадной колонны;
- вводят эксплуатационную обсадную колонну в ствол скважины по мере сборки частей обсадной колонны; и
- вращают эксплуатационную обсадную колонну вдоль направления спиральной канавки по мере ввода эксплуатационной обсадной колонны в ствол скважины.
Указанный способ может дополнительно содержать этап, на котором отделяют часть стенки ствола скважины от стенки путем выполнения резания или удара по стволу скважины посредством затрубного выступающего элемента.
Кроме того, описанный выше способ может содержать этап, на котором обеспечивают возможность протекания текучей среды из ствола скважины через отверстие в затрубном выступающем элементе в скважинную эксплуатационную обсадную колонну.
Способ может дополнительно содержать этап, на котором увеличивают внутренний диаметр ствола скважины при ударе кромки канавки по стенке ствола скважины.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с целью иллюстрации показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:
- на фиг. 1 показана система скважинной эксплуатационной обсадной колонны, предназначенная для подземного заканчивания скважины и имеющая эксплуатационную обсадную колонну;
- на фиг. 2 показан затрубный выступающий элемент, выполненный в виде части муфты обсадной колонны;
- на фиг. 3 в поперечном сечении, относительно продольного направления, показан вид эксплуатационной обсадной колонны, показанной на фиг. 2;
- на фиг. 4а в поперечном сечении, вдоль продольного направления, показан вид эксплуатационной обсадной колонны, показанной на фиг. 2;
- на фиг. 4b в поперечном сечении, вдоль ее продольного направления, показан вид эксплуатационной обсадной колонны;
- на фиг. 5 показана эксплуатационная обсадная колонна, имеющая затрубный барьер;
- на фиг. 6 в поперечном сечении показан вид эксплуатационной обсадной колонны, имеющей затрубный барьер;
- на фиг. 7 в поперечном сечении показан вид другого затрубного барьера, имеющего затрубный выступающий элемент;
- на фиг. 8 в поперечном сечении показан вид затрубного барьера, имеющего другой затрубный выступающий элемент;
- на фиг. 9 в поперечном сечении показан вид затрубного барьера, имеющего другой затрубный выступающий элемент; и
- на фиг. 10 показана эксплуатационная обсадная колонна, имеющая два затрубных барьера.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана скважинная эксплуатационная обсадная колонна 1 во время ее введения в ствол 2 скважины в пласте 3. Перед введением скважинной эксплуатационной обсадной колонны 1 ствол скважины был пробурен, а буровая колонна извлечена из скважины. Скважинная эксплуатационная обсадная колонна имеет первый конец 4, наиболее близкий к устью ствола скважины, и второй конец 5, наиболее удаленный от устья. Скважинная эксплуатационная обсадная колонна вытянута вдоль продольной оси 6, которая по существу совпадает с продольной осью ствола скважины. Скважинная эксплуатационная обсадная колонна вытянута по всей длине до устья скважины, однако первый конец 4 эксплуатационной обсадной колонны также может быть соединен с буровой трубой или другим трубчатым элементом, предназначенным для введения в эксплуатационную обсадную колонну в стволе скважины.
о
оо
Скважинная эксплуатационная обсадная колонна 1 содержит отверстие 7, через которое обеспечена возможность прохождения углеводородосодержащей текучей среды в скважинную эксплуатационную обсадную колонну из пласта с целью добычи нефти или газа. Скважинная эксплуатационная обсадная колонна собрана из множества частей 8 обсадной колонны. Части обсадной колонны имеют концевые секции 9 и основную секцию 10, расположенную между концевыми секциями с образованием одной трубной секции. Между частями 8 обсадной колонны расположен затрубный выступающий элемент 11, соединяющий две смежные части обсадной колонны. Каждый затрубный выступающий элемент 11 имеет наружную поверхность 12 и по меньшей мере одну спиральную канавку 14а, расположенную на наружной поверхности. Основная секция имеет наружный диаметр D, а каждый затрубный выступающий элемент 11 имеет общий наружный диаметр D, который больше наружного диаметра основной секции, так что при введении эксплуатационной обсадной колонны в ствол скважины, затрубные выступающие элементы 11 являются элементами, ударяющими по стенке ствола скважины. Колонну вращают, как обозначено стрелками, и поскольку каждый затрубный выступающий элемент 11 имеет спиральные канавки, затрубные выступающие элементы 11 выполняют функцию винта, облегчая применение эксплуатационной обсадной колонны в стволе скважины. В результате выполнения операции бурения ствола скважины образуется множество выступающих частей породы, которые могут препятствовать свободному прохождению известных эксплуатационных обсадных колонн. Благодаря наличию затрубных выступающих элементов 11, имеющих спиральную канавку, обеспечено легкое вкручивание с прохождением данных выступающих частей ствола скважины, в результате чего значительно уменьшается вероятность застревания эксплуатационной обсадной колонны в стволе скважины во время введения. Кроме того, при введении эксплуатационной обсадной колонны затрубный выступающий элемент 11 может ударять по выступам ствола скважины и, таким образом, отделять крайнюю часть выступа ствола скважины от остальной его части, облегчая прохождение эксплуатационной обсадной колонны дальше вниз в ствол скважины. Таким образом, затрубные выступающие элементы выполняют функцию по выравниванию некоторых неровностей ствола скважины в процессе введения скважинной эксплуатационной обсадной колонны. При введении эксплуатационной обсадной колонны и ударения затрубными выступающими элементами по выступам породы затрубные выступающие элементы 11 эксплуатационной обсадной колонны обеспечивают также защиту других компонентов оборудования заканчивания скважины в эксплуатационной обсадной колонне, расчищая для нее путь.
Система 100 скважинной эксплуатационной обсадной колонны, показанная на фиг. 1, содержит вышеупомянутую эксплуатационную обсадную колонну и вращающее оборудование 50, предназначенное для обеспечения вращения эксплуатационной обсадной колонны вдоль спиральной канавки по мере введения эксплуатационной обсадной колонны в ствол скважины. Вращающее оборудование 50 расположено на вышке, но также может быть расположено на любой подходящей буровой платформе или судне. Части обсадной колонны собирают с затрубными выступающими элементами 11 над вращающим оборудованием 50 и после этого вводят в ствол скважины, после чего новые части обсадной колонны монтируют на эксплуатационную обсадную колонну 1.
о
оо
Как показано на фиг. 1 и 2, затрубные выступающие элементы 11 представляют собой муфты обсадной колонны, соединяющие части 8 обсадной колонны. Затрубные выступающие элементы 11 имеют спиральные канавки, как показано на фиг. 2, причем каждая канавка проходит частично вокруг наружной поверхности 12 затрубного выступающего элемента 11, покрывая всю длину окружности наружной поверхности 12 затрубного выступающего элемента 11, как показано на виде в поперечном сечении на фиг. 3. Как показано на фиг. 2, основная секция частей обсадной колонны имеет наружный диаметр D, а затрубный выступающий элемент 11 имеет наружный диаметр, который представляет собой полный наружный диаметр D эксплуатационной обсадной колонны, и который больше наружного диаметра основной секции частей обсадной колонны.
Как показано на фиг. 4а, части обсадной колонны имеют концевые секции 9 и базовую секцию 11, расположенную между концевыми секциями 9, при этом концевые секции 9 соединены с затрубными выступающими элементами 11 посредством резьбового соединения. В одной из канавок выполнено отверстие, предназначенное для обеспечения возможности прохождения скважинной текучей среды в эксплуатационную обсадную колонну в процессе добычи, или для выпуска струи текучей среды для гидроразрыва из эксплуатационной обсадной колонны для выполнения гидроразрыва пласта. Если отверстие используют для добычи, обеспечивают возможность протекания скважинной текучей среды вдоль канавки, благодаря чему канавка обеспечивает наличие канала для текучей среды в том случае, если затрубный выступающий элемент 11 упирается в стенку ствола скважины. Если отверстие используют для обеспечения возможности выпуска текучей среды для гидроразрыва и ее прохождения в пласт, канавки используют для распределения текучей среды для гидроразрыва на всей протяженности вокруг окружности затрубного выступающего элемента 11. Как показано на фиг. 2, канавка выполнена сужающейся в направлении первого конца и второго конца эксплуатационной обсадной колонны, так что текучая среда всегда может протекать в канавку.
Затрубный выступающий элемент 11 имеет внутреннюю канавку 31, в которой расположена скользящая муфта 32, как показано на фиг. 4а. Скользящая муфта имеет вырезы для совпадения с ключевым инструментом для открывания и закрывания муфты путем возвратно-поступательного скольжения скользящей муфты с целью перекрывания и открывания отверстия.
Как показано на фиг. 4а, отверстие выполнено под углом относительно продольной оси, то есть отверстие выполнено под углом β относительно радиального направления, поперечного продольной оси, так что обеспечена возможность направления углеводородосодержащей текучей среды в эксплуатационную обсадную колонну под углом, отличным от 90°. Угол, показанный на фиг. 4а, составляет приблизительно 45°, однако в другом варианте осуществления изобретения угол может быть 10-80°, предпочтительно 25-75°, более предпочтительно 35-55°. Таким образом, при прохождении текучей среды в эксплуатационную обсадную колонну она не выпускается непосредственно в стенку напротив отверстия, в результате чего обеспечивается значительное снижение износа стенки.
Выполненное под углом отверстие может также представлять собой часть вставки 51, вставленной в отверстие в затрубном выступающем элементе 11, как показано на фиг. 4b. Вставка может быть изготовлена из керамического материала или карбида вольфрама. Затрубный выступающий элемент 11 дополнительно имеет вырезы 53, совпадающие с башмаками 52 или подобными элементами, выполненными с возможностью их выталкивания наружу посредством пружины, так что, если башмаки скользящей муфты расположены напротив вырезов 53, башмаки входят во взаимодействие с вырезами.
Как показано на фиг. 1, затрубный выступающий элемент 11 выполнен сужающимся в направлении первого конца 4 и второго конца 5 эксплуатационной обсадной колонны. Таким образом, как показано на виде в поперечном сечении на фиг. 4а и 4b, затрубный выступающий элемент 11 имеет уменьшающуюся толщину в направлении частей обсадной колонны и в области, где затрубный выступающий элемент 11 и части обсадной колонны взаимодействуют посредством резьбового соединения 33. Спиральная канавка, расположенная наиболее близко к второму, нижнему концу эксплуатационной обсадной колонны, снабжена режущей кромкой 34, так что при ударе кромки 35 канавки по выступу на стенке ствола скважины, обеспечивается срезание указанного выступа. Таким образом, при введении эксплуатационной обсадной колонны, имеющей затрубные выступающие элементы 11, обеспечивается выравнивание внутреннего диаметра ствола скважины. Благодаря выравниванию ствола скважины облегчается возможность успешной установки пакеров или затрубных барьеров, представляющих собой часть эксплуатационной обсадной колонны, так как они предназначены для их упора в стенку ствола скважины для обеспечения изоляции зоны.
о
Как показано на фиг. 5, затрубный выступающий элемент 11 представляет собой часть затрубного барьера. Как показано на фиг. 6, затрубный барьер содержит часть 8 обсадной колонны, разжимную муфту 15, окружающую часть обсадной колонны и имеющую внутреннюю поверхность 16 муфты, обращенную к части обсадной колонны, и наружную поверхность 17 муфты, обращенную к стволу скважины. Каждый конец 18, 19 разжимной муфты соединен с частью обсадной колонны посредством двух соединений 22, образующих затрубное пространство 20 между внутренней поверхностью разжимной муфты и частью обсадной колонны. Затрубный выступающий элемент 11 расположен на наружной поверхности 23 обсадной колонны и образует одно из соединений 22, а именно соединение, расположенное наиболее близко ко второму концу эксплуатационной обсадной колонны и, следовательно, напротив затрубного барьера, при введении в ствол скважины. Как показано на фиг. 5, затрубный выступающий элемент 11 расположен на каждом конце разжимной муфты 15 для соединения муфты 15 с частью 8 обсадной колонны. Как показано на фиг. 6, затрубный выступающий элемент 11 образует соединительную часть 22, перекрывающую концы 18, 19 муфты, так что муфта оказывается зажата между затрубным выступающим элементом 11 и частью 8 обсадной колонны. Наружный диаметр затрубного выступающего элемента 11 больше наружного диаметра D соединений в области перекрывания муфты. На наружной поверхности 17 муфты 15 расположено уплотнительное средство 24 для обеспечения хорошего уплотнения относительно ствола скважины при разжимании разжимной муфты путем обеспечения возможности прохождения текучей среды в пространство через отверстие 21 для разжимания, как показано пунктирной линией. Таким образом, затрубный выступающий элемент 11 не имеет отверстия, соединенного с канавкой.
Как показано на фиг. 7, затрубный выступающий элемент 11 также представляет собой соединительную часть 22, обеспечивающую соединение разжимной муфты с частью 8 обсадной колонны. Дополнительно, в каждой канавке 14а выполнены отверстия 7. Отверстия соединены в общий канал для потока, соединенный с возможностью передачи текучей среды с внутренним объемом эксплуатационной обсадной колонны при нахождении скользящей муфты в ее открытом положении. На фиг. 7 скользящая муфта показана в ее открытом положении.
1
2
Затрубный выступающий элемент 11 и соединение 22 соединительной части 22 также могут представлять собой два отдельных элемента, как показано на фиг. 8 и 9. Толщина t затрубного выступающего элемента 11 больше толщины t соединения или соединительной части 22. Как показано на фиг. 9, затрубный выступающий элемент 11 представляет собой отдельный компонент, выполненный с возможностью легкой установки на наружную поверхность части обсадной колонны в соединении с затрубным барьером для обеспечения защиты затрубного барьера при введении эксплуатационной обсадной колонны в ствол скважины. Затрубный выступающий элемент 11 содержит множество отверстий для выпуска текучей среды для гидроразрыва или обеспечения возможности протекания скважинной текучей среды в эксплуатационную обсадную колонну.
На фиг. 10 показана эксплуатационная обсадная колонна, имеющая два затрубных барьера и три затрубных выступающих элемента 11, расположенные между ними. Количество затрубных выступающих элементов 11 зависит от длины каждого затрубного барьера, и, таким образом, эксплуатационная обсадная колонна может быть смонтирована так, чтобы подходить для разных конструкций ствола скважины и оборудования для заканчивания скважины.
Как показано в правой части фиг. 10, отверстие 7 расположено ближе ко второму концу эксплуатационной обсадной колонны, чем к первому концу эксплуатационной обсадной колонны. Отверстия также могут быть расположены ближе к первому концу эксплуатационной обсадной колонны, чем ко второму концу эксплуатационной обсадной колонны, как показано в левой части фиг. 10. Благодаря тому, что отверстия расположены ближе к первому концу эксплуатационной обсадной колонны, чем ко второму концу эксплуатационной обсадной колонны, отверстия не заполняются частицами при введении эксплуатационной обсадной колонны. Благодаря расположению отверстий на расстоянии от центра затрубного выступающего элемента 11, обеспечена возможность более легкого протекания текучей среды в эксплуатационную обсадную колонну.
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 обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.
Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.