СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СКВАЖИННЫХ РАБОТ (ВАРИАНТЫ)
DOWNHOLE APPARATUS AND METHOD FOR WELL ACTIVITIES (OPTIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к подаче текучей среды, например, цемента, через скважинный инструмент или компоновку.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В промышленности разведки и добычи нефти и газа бурят стволы скважин для доступа к подземным нефтегазоносным пластам. Трубная колонна, например, колонна заканчивания, может спускаться в ствол скважины, и кольцевое пространство снаружи колонны может заполняться текучей средой, например, цементом.
Цементирование может требоваться в различных случаях в течение жизненного цикла скважины, например, для крепления и несения колонны в стволе скважины во время начального заканчивания, для предотвращения неуправляемой миграции текучей среды в кольцевом пространстве, для создания изоляции одной или нескольких пластовых зон во время эксплуатации, и/или во время текущего или капитального ремонта.
Колонны заканчивания предпочтительно дают возможность выполнения ряда отличающихся операций в стволе скважины, в различных инструментах колонны заканчивания применяют различные исполнительные механизмы и системы.
Вместе с тем, поскольку многие инструменты колонны заканчивания проходят или требуют доступа в аксиальный сквозной канал или проход потока колонны, данные инструменты и связанное оборудование представляют препятствие проходу цемента. Поэтому, возможность направления цемента в требуемое место может являться затрудненной или исключаться.
Кроме того, имеются значительные стимулы улучшения эффективности и надежности инструментов, которые развертываются и эксплуатируются в окружающей среде внутри скважины, например, для обеспечeния работы инструментов с максимальным кпд, минимальным риском отказа или неточной работы, возможной гибкости согласно требованиям оператора и минимизации любых необходимых ремонтных действий, связанных с затратой времени и расходами. Также важно, чтобы, по существу, весь цемент направлялся через колонну без отрицательного влияния на последующую эффективную работу инструментов и скважинного оборудования.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты настоящего изобретения относятся к устройству и способам, применяемым в транспортировке текучей среды, например, цемента, через скважинный инструмент или компоновку. В частности, но не исключительно, варианты осуществления изобретения относятся к способам и устройству транспортировки цемента через скважинный инструмент, применяемый в обработке, например, гидроразрыве, подземного пласта.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения создано скважинное устройство для цементирования, спускаемое через скважинный инструмент с некоторым объемом цемента, содержащее:
корпус; и
уплотнительное устройство, установленное на корпусе и выполненное с возможностью образования точки плотного контакта уплотнительного устройства с внутренней поверхностью скважинного инструмента, причем точки, меняющей аксиальное положение при спуске устройства для цементирования через инструмент.
Создание точки плотного контакта, меняющей аксиальное положение вдоль по уплотнительному устройству, может обеспечивать создание уплотнения в течение всего времени прохода устройства через скважинный инструмент.
Уплотнительное устройство может содержать унитарный уплотнительный элемент или конструкцию, при этом уплотнительный элемент или конструкция образует множество зон уплотнения элементов, выполненных с возможностью установления плотного контакта с внутренней поверхностью скважинного инструмента.
Уплотнительное устройство может содержать по меньшей мере один уплотнительный элемент для герметичного сцепления с внутренней поверхностью скважинного инструмента. По меньшей мере один уплотнительный элемент может выполняться с функциональными возможностями свабирования или протирания внутри скважинного инструмента во время спуска через инструмент. Уплотнительные элементы могут быть разнесены так, что по меньшей мере один уплотнительный элемент может создавать плотный контакт с внутренней поверхностью скважинного инструмента во время спуска через инструмент.
Уплотнительное устройство может содержать множество уплотнительных элементов, расположенных вдоль корпуса. Уплотнительные элементы могут быть разнесены так, что уплотнительный элемент, применяемый для создания плотного контакта, меняется, когда устройство спускается через скважинный инструмент. Например, уплотнительные элементы могут быть разнесены так, что в случае если один уплотнительный элемент становится смежно с участком скважинного инструмента, на котором создает байпас текучей среды, по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов становится смежно с участком скважинного инструмента, который обеспечивает создание плотного контакта между устройством и скважинным инструментом, таким образом обеспечивая поддержание плотного контакта в течение всего времени прохода устройства через скважинный инструмент. При применении в цементировании, например, создание/ поддержание плотного контакта может обеспечивать эффективное перемещение цемента через скважинный инструмент и исключение или по меньшей мере снижение возможности затвердевания цемента в инструменте и создания препятствий цементированию и/или последующей работе скважинных инструментов и оборудования.
Плотный контакт может создаваться непрерывным уплотнением, проходящим по окружности между уплотнительным элементом и скважинным инструментом. Применяемое устройство можно выполнить так, что плотный контакт изолирует расположенный ниже по потоку участок скважинного инструмента от расположенного выше по потоку участка скважинного инструмента.
Устройство может изолировать текучую среду, расположенную ниже по потоку от плотного контакта, от расположенного выше по потоку участка скважинного инструмента.
В конкретных вариантах осуществления текучая среда ниже по потоку может содержать цемент, подлежащий продавливанию через скважинный инструмент. Дополнительно или альтернативно, текучая среда ниже по потоку может содержать рабочую текучую среду, например, гликоль, воду, буровой раствор или другую подходящую рабочую текучую среду. Дополнительно или альтернативно, текучая среда ниже по потоку может содержать ингибитор, например, сахарную консистентную смазку или т.п. Предпочтительно, создание сахарной консистентной смазки может предотвращать или ослаблять прилипание цемента к скважинному инструменту или другому скважинному оборудованию. Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению можно устанавливать за столбом текучей среды и выполнять функционально способным к перемещению текучей среды через скважинный инструмент.
Можно применять любое подходящее средство для спуска устройства через скважинный инструмент. Например, устройство можно спускать или продавливать через скважинный инструмент текучей средой. В конкретных вариантах осуществления устройство можно спускать или продавливать через скважинный инструмент давлением текучей среды, например, давлением текучей среды, действующим на плотном контакте. Устройство можно выполнять для спуска через скважинный инструмент с помощью расположенной выше по потоку текучей среды. Расположенная выше по потоку текучая среда может содержать рабочую текучую среду, например, гликоль, воду, буровой раствор или другую подходящую рабочую текучую среду. Дополнительно или альтернативно, расположенная выше по потоку текучая среда может содержать ингибитор, например, сахарную консистентную смазку или т.п. Альтернативно или дополнительно, расположенная выше по потоку текучая среда может содержать цемент или т.п. Таким образом, в некоторых случаях устройство согласно настоящему изобретению можно устанавливать впереди столба текучей среды, причем устройство спускается данной текучей средой.
Устройство может альтернативно или дополнительно содержать механическое средство или соединяться с механическим средством для спуска устройства через скважинный инструмент. Например, устройство может соединяться с рабочей колонной или т.п. для продавливания устройства через скважинный инструмент.
Устройство и, конкретнее, по меньшей мере один из уплотнительных элементов, может выполняться с возможностью свабирования или протирания внутри скважинного инструмента. Например, устройство может выполняться с возможностью удаления цементных отложений из скважинного инструмента при спуске устройства через него.
Уплотнительные элементы могут иметь любую подходящую форму или конструкцию.
Радиальная величина уплотнительных элементов может выполняться такой, что в первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте один из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт, и во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте уплотнительный элемент обеспечивает проход текучей среды, и по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт.
Радиальная величина уплотнительного элемента может выполняться такой, что в первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте первый уплотнительный элемент взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт, и во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте первый уплотнительный элемент не создает плотного контакта, и второй уплотнительный элемент взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт.
В некоторых вариантах осуществления два или больше уплотнительных элементов могут проходить радиально до одинакового диаметра. В конкретных вариантах осуществления один или несколько уплотнительных элементов могут иметь радиальную величину, отличающуюся от радиальной величины по меньшей мере одного из других уплотнительных элементов. Радиальную величину каждого уплотнительного элемента можно принимать соответствующей скважинному инструменту.
В конкретных вариантах осуществления один или несколько уплотнительных элементов может выполняться с возможностью образовывать форму чашки. Один или несколько уплотнительных элементов может выполняться с возможностью образовывать форму диска.
В конкретных вариантах осуществления устройство может содержать пять уплотнительных элементов, хотя следует признать, что устройство может альтернативно содержать два уплотнительных элемента, три уплотнительных элемента, четыре уплотнительных элемента или больше пяти уплотнительных элементов.
Уплотнительные элементы могут устанавливаться на шпинделе. Может создаваться любое подходящее средство для установки уплотнительных элементов на шпинделе. Один или несколько уплотнительных элементов могут выполняться интегральными со шпинделем. Один или несколько уплотнительных элементов могут крепиться к шпинделю. Один или несколько уплотнительных элементов могут выполняться с возможностью скольжения поверх шпинделя. Один или несколько уплотнительных элементов могут отливаться под давлением на шпинделе. Один или несколько уплотнительных элементов могут соединяться со шпинделем с помощью посадки с натягом, а также горячей запрессовки на шпинделе.
Шпиндель может представлять собой унитарный компонент. Шпиндель может содержать по меньшей мере один модуль.
Альтернативно и в конкретных вариантах осуществления шпиндель может содержать множество модулей. В конкретных вариантах осуществления модуль может связываться с каждым из уплотнительных элементов. Например, каждый из уплотнительных элементов может устанавливаться или иначе создаваться на своем собственном модуле. Альтернативно, модуль может связываться с множеством уплотнительных элементов. По меньшей мере один модуль может нести по меньшей мере один уплотнительный элемент. В вариантах осуществления, где устройство содержит уплотнительные элементы отличающихся типов или формы, например, но не исключительно отличающейся формы или радиальной величины, модуль может связываться с уплотнительным элементом каждого типа. Модули и/или уплотнительные элементы каждого типа могут содержать идентификатор. Снабжение идентификатором может обеспечивать быструю идентификацию каждого из модулей и/или уплотнительных элементов или по меньшей мере одного модуля или уплотнительного элемента, для сборки или инвентаризации, например.
Устройство может содержать один или несколько дистанцирующих устройств, выполненных с возможностью создания аксиального разноса между уплотнительными элементами. Дистанцирующиеся устройство может содержать модуль шпинделя.
Может создаваться соединительное устройство для соединения шпинделя со смежными компонентами и/или для соединения модулей шпинделя вместе. Соединительное устройство может создаваться для соединения по меньшей мере двух модулей шпинделя вместе. Шпиндель может содержать по меньшей мере одно дистанцирующее устройство для создания аксиального разноса между по меньшей мере двумя уплотнительными элементами.
Соединительное устройство может представлять собой охватывающее соединительное устройство.
Соединительное устройство может представлять собой вставное соединительное устройство. В конкретных вариантах осуществления каждый модуль может содержать вставное соединительное устройство и охватывающее соединительное устройство.
Соединительное устройство может содержать резьбовое соединение, соединительное устройство плотной посадки вручную или т.п.
Скважинный инструмент может иметь любую подходящую форму или конструкцию.
Скважинный инструмент может, например, представлять собой инструмент для применения в обработке подземного пласта. Скважинный инструмент может представлять собой инструмент для применения в гидравлическом разрыве пласта. Гидравлический разрыв пласта, общеизвестный как "гидроразрыв", может включать в себя нагнетание текучей среды в пласт для распространения трещин в пласте горной породе и увеличения притока углеводородов в ствол скважины для их извлечения. Применяемые, один или несколько инструментов гидроразрыва могут спускаться в ствол скважины и устанавливаться смежно с пластом. Затем можно подавать текучую среду через окна в боковой стенке инструмента гидроразрыва и нагнетать в пласт. В некоторых случаях несколько инструментов гидроразрыва можно устанавливать в разных аксиально разнесенных позициях в трубной колонне, выполненных с возможностью проведения гидроразрыва многочисленных и/или выбранных пластов.
Скважинный инструмент может содержать корпус инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя окно прохода текучей среды. Окно прохода текучей среды можно выполнять обеспечивающим сообщение текучей средой между центральным каналом и местом снаружи корпуса. Окно прохода текучей среды может проходить в любом подходящем направлении. Окно прохода текучей среды может проходить в общем, перпендикулярно центральному каналу. В некоторых вариантах осуществления окно прохода текучей среды может проходить в общем наклонно относительно центрального канала. Окно прохода текучей среды может проходить различных направлениях, например, участки окна прохода текучей среды могут проходить по меньшей мере перпендикулярно, параллельно и наклонно относительно центрального канала.
Клапанный элемент, например, клапанная втулка может устанавливаться в корпусе. Клапанный элемент может являться перемещающимся, например, аксиально перемещающимся, из закрытого положения, в котором окно прохода текучей среды блокировано, в открытое положение в котором окно прохода текучей среды открыто. Окно прохода текучей среды может открываться для создания сообщения текучей средой между центральным каналом инструмента и позицией снаружи в скважине, например, кольцевым пространством, окружающим пластом или т.п. Окно прохода текучей среды может выполняться обеспечивающим прием одного или обоих, выходящего потока и входящего потока.
Скважинный инструмент может содержать захватывающее устройство, например, созданное согласно любому другому аспекту. Захватывающее устройство может устанавливаться в корпусе, например, со стороны забоя от клапанного элемента.
Скважинный инструмент может содержать механизм пошагового перемещения, установленный в корпусе. Механизм пошагового перемещения может устанавливаться со стороны устья скважины от клапанного элемента. Механизм пошагового перемещения может выполняться с возможностью перемещения аксиально вдоль корпуса в направлении к месту приведения в действие. По достижении места приведения в действие механизм пошагового перемещения может инициировать приведение в действие, например, перемещение, по меньшей мере одного из клапанного элемента и захватывающего устройства.
Скважинный инструмент может представлять собой скважинный инструмент гидроразрыва.
Скважинный инструмент может представлять собой инструмент, описанный в публикации WO 2011/117601 и/или WO 2011/117602, включены в данном документе в виде ссылки.
Применяемое устройство может выполняться для спуска через аксиальный проход потока или через канал скважинного инструмента.
Аксиальный проход потока скважинного инструмента может содержать или образовывать меняющийся профиль. Аксиальный проход потока может содержать первый участок первого диаметра и второй участок второго, большего диаметра. Второй участок может содержать выемку. В конкретных вариантах осуществления профиль может содержать профиль пошагового перемещения.
Создание устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может обеспечивать создание и поддержание плотного контакта в аксиальном проходе потока с таким меняющимся профилем, поскольку уплотнительные элементы могут быть разнесены так, что когда один уплотнительный элемент встает смежно с профилем участка, который может создавать обход текучей среды, по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов встает смежно с участком скважинного инструмента, который обеспечивает создание плотного контакта между устройством и скважинным инструментом, таким образом обеспечивается создание плотного контакта в течение всего времени прохода устройства через скважинный инструмент.
Альтернативно или дополнительно, в скважинном инструменте может создаваться сужение проходного сечения, и устройство может выполняться с возможностью спуска через сужение проходного сечения. Сужение проходного сечения может представлять собой часть скважинного инструмента, установленного в или выступающего в аксиальный проход потока. Альтернативно, или дополнительно, сужение проходного сечения может содержать инструмент, установленный в аксиальном проходе потока. Сужение проходного сечения может образовывать проход потока, иной, чем аксиальный проход потока, например, путь прохода утечки. В конкретных вариантах осуществления сужение проходного сечения может содержать втулку, например, зажимную конусную втулку.
Создание устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может обеспечивать плотный контакт, который нужно создавать и поддерживать в аксиальном проходе потока, имеющем такое сужение проходного сечения, поскольку уплотнительные элементы можно разнести так, что когда один уплотнительный элемент встает смежно с профилем участка где может создаваться обход текучей среды, по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов встает смежно с участком скважинного инструмента, который обеспечивает нужный плотный контакт между устройством и скважинным инструментом, таким образом, обеспечивая поддержание плотного контакта в течение всего времени прохода устройства через скважинный инструмент.
Можно предусматривать ингибитор для предотвращения или ослабления прилипания/ затвердевания текучей среды, например, цемента, на устройстве и/или скважинном инструменте. Ингибитор может содержать сахарную консистентную смазку или т.п. Обнаружено, что сахарная консистентная смазка является особенно эффективной в предотвращении прилипания цемента к скважинным инструментам и оборудованию. Ингибитор можно размещать на скважинном инструменте. Ингибитор можно размещать на устройстве. Ингибитор можно создавать в виде покрытия.
Скважинный инструмент может соединяться трубной колонной с или образовывать ее часть, например, часть колонны заканчивания.
Можно оборудовать один скважинный инструмент. В конкретных вариантах осуществления можно оборудовать множество скважинного инструментов. В вариантах осуществления, где скважинный инструмент представляет собой инструмент для обработки, например, гидроразрыва пласта, подземный пласт может содержать до 30 скважинных инструментов, для примера, 150 скважинных инструментов.
Можно оборудовать одно устройство. В конкретных вариантах осуществления можно оборудовать множество скважинных инструментов. В вариантах осуществления, где оборудуют множество скважинных инструментов, одно устройство можно оборудовать для каждого скважинного инструмента.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения создан способ, содержащий:
создание корпуса;
создание уплотнительного устройства на корпусе;
выполнение такого уплотнительного устройства, что на участке, где устройство для цементирования спускается через скважинный инструмент, уплотнительное устройство образует меняющуюся аксиально вдоль по уплотнительному устройству точку плотного контакта с внутренней поверхностью скважинного инструмента.
Уплотнительное устройство может содержать множество аксиально разнесенных уплотнительных элементов. В первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте один из уплотнительных элементов устанавливает взаимодействие со скважинным инструментом для создания плотного контакта. Во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте уплотнительный элемент обеспечивает проход текучей среды и по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт.
Способ может содержать продавливание текучей среды, например, цемента или т.п. через скважинный инструмент. Способ может представлять собой или образовывать часть цементирования в стволе скважины.
Способ может содержать обработку, например, гидроразрыв подземного пласта.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения создан способ скважинных работ, содержащий:
спуск устройства через скважинный инструмент, где устройство представляет собой уплотнительное устройство;
установление точки плотного контакта между уплотнительным устройством и внутренней поверхностью скважинного инструмента; и
изменение точки плотного контакта, аксиально вдоль по уплотнительному устройству во время спуска через скважинный инструмент.
Способ может содержать создание меняющейся точки плотного контакта между множеством аксиально разнесенных уплотнительных элементов в уплотнительном устройстве.
В первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте, первый уплотнительным элемент может взаимодействовать со скважинным инструментом для создания первой точки плотного контакта. Во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте первая точка плотного контакта может удаляться, и второй уплотнительный элемент может взаимодействовать со скважинным инструментом для создания второй точки плотного контакта.
Способ может содержать перемещение насосом устройства через скважинный инструмент.
Способ может содержать пропуск объема цемента через скважинный инструмент на одной аксиальной стороне устройства.
Способ может содержать:
спуск первого и второго устройства через скважинный инструмент, при этом каждое устройство может включать в себя соответствующее уплотнительное устройство;
размещение некоторого объема цемента между первым и вторым устройствами;
установление точки плотного контакта между соответствующим уплотнительным устройством и внутренней поверхностью скважинного инструмента; и
изменение соответствующих точек плотного контакта аксиально по соответствующим уплотнительным устройствам во время спуска через скважинный инструмент.
Способ может представлять собой или образовывать часть скважинного цементирования. Способ может содержать обработку подземного пласта с помощью скважинного инструмента.
Скважинный инструмент может представлять собой инструмент для применения в гидроразрыве подземного пласта.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения создан:
скважинный инструмент; и
устройство для спуска через скважинный инструмент, причем устройство содержит множество аксиально разнесенных уплотнительных элементов, причем аксиальный разнос уплотнительных элементов выполнен так, что в первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте один из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт, и во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте уплотнительный элемент обеспечивает проход текучей среды и по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения создано устройство для спуска через скважинный инструмент, причем устройство содержит множество аксиально разнесенных уплотнительных элементов, причем аксиальный разнос уплотнительных элементов выполнен так, что в первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте один из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт, и во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте уплотнительный элемент обеспечивает проход текучей среды и по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения создана скважинная система, содержащая:
скважинный инструмент; и
устройство для спуска через скважинный инструмент, при этом устройство представляет собой уплотнительное устройство, выполненное с возможностью образования точки плотного контакта с внутренней поверхностью скважинного инструмента, меняющей аксиальное положение вдоль по уплотнительному устройству во время спуска через инструмент.
Устройство может содержать множество аксиально разнесенных уплотнительных элементов, при этом аксиальный разнос уплотнительных элементов может выполняться так, что в первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте один из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт, и во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте уплотнительный элемент обеспечивает проход текучей среды и по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт.
Скважинный инструмент может содержать инструмент для применения в обработке подземного пласта, инструмент для применения в гидроразрыве пласта, корпус инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя окно прохода текучей среды, клапанную втулку, захватывающее устройство и/или механизм пошагового перемещения, или т.п.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения создан способ, содержащий спуск устройства, имеющего множество аксиально разнесенных уплотнительных элементов, через скважинный инструмент, при этом в первом аксиальном местоположении в скважинном инструменте один из уплотнительных элементов устанавливает взаимодействие со скважинным инструментом, создавая плотный контакт, и во втором аксиальном местоположении в скважинном инструменте уплотнительный элемент обеспечивает проход текучей среды и по меньшей мере один другой из уплотнительных элементов взаимодействует со скважинным инструментом, создавая плотный контакт.
Восьмой аспект настоящего изобретения относится к применению ингибитора для предотвращения прилипания цемента к скважинному оборудованию.
Скважинное оборудование может содержать устройство согласно любому предыдущему аспекту.
Скважинное оборудование может содержать скважинный инструмент согласно любому предыдущему аспекту.
Ингибитор может содержать сахарную консистентную смазку.
Согласно девятому аспекту настоящего изобретения создан способ предотвращения прилипания цемента к скважинному инструменту колонны, содержащий выполнение покрытия поверхности инструмента сахарной консистентной смазкой.
Способ может содержать направление некоторого объема сахарной консистентной смазки через колонну. Скважинный инструмент может содержать инструмент для применения в обработке подземного пласта, инструмент для применения в гидроразрыве пласта, корпус инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя окно прохода текучей среды, клапанную втулку, захватывающее устройство, и/или механизм пошагового перемещения, или т.п.
Способ может содержать направление некоторого объема цемента через скважинный инструмент. Способ может содержать применение скважинного устройства, содержащего корпус и уплотнительное устройство, установленное на корпусе, для направления сахарной консистентной смазки через скважинный инструмент.
Согласно десятому аспекту настоящего изобретения создан способ скважинного цементирования, содержащий:
направление некоторого объема цемента через колонну, содержащую инструмент гидроразрыва; и
направление цемента в кольцевое пространство, окружающее по меньшей мере участок колонны.
Способ может содержать выполнение гидроразрыва пласта после направления цемента в кольцевое пространство.
Способ может содержать спуск устройства согласно любому другому аспекту через колонну с объемом цемента.
Способ может содержать установку первого устройства со стороны забоя скважины от объема цемента.
Способ может содержать установку второго устройства со стороны устья скважины от цемента.
Способ может содержать выполнение покрытия поверхностей инструмента гидроразрыва ингибитором, предотвращающим прилипание цемента к поверхности.
Ингибитор может содержать сахарную консистентную смазку.
В одиннадцатом аспекте настоящее изобретение относится к скважинному устройству, спускаемому через скважинный инструмент. Устройство можно спускать с некоторым объемом текучей среды. Устройство может содержать корпус. Устройство может представлять собой уплотнительное устройство, установленное на корпусе. Уплотнительное устройство может выполняться с возможностью образования плотного контакта с внутренней поверхностью скважинного инструмента. Уплотнительное устройство может выполняться с возможностью создания точки плотного контакта, меняющейся по длине уплотнительного устройства при спуске устройства через инструмент.
Понятно, что признаки, определенные выше согласно любому аспекту настоящего изобретения, или ниже для любого конкретного варианта осуществления изобретения можно применять, либо индивидуально или в комбинации с любым другим определенным признаком, в любом другом аспекте или варианте осуществления изобретения.
Данные и другие аспекты настоящего изобретения описаны ниже только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показано продольное сечение скважинного устройства для цементирования согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 показано продольное сечение скважинного устройства для цементирования фиг. 1, установленного в скважинном инструменте.
На фиг. 3 показана с увеличением первая, расположенная со стороны устья скважины, концевая область скважинного инструмента с цементирующим устройством на первом аксиальном месте.
На фиг.4 показана с увеличением вторая, расположенная со стороны забоя скважины, концевая область скважинного инструмента.
На фиг.5 показано сечение устройства и скважинного инструмента по линии A-A фиг. 4.
На фиг.6 схематично показана система ствола скважины, в которой можно применять варианты осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 схематично показана система ствола скважины фиг.6, во время цементирования.
На фиг.8 схематично показана система ствола скважины фиг.7 и 8 по завершении цементирования.
На фиг.9 схематично показана система ствола скважины фиг.7, 8 и 9 во время гидроразрыва пласта.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 и 2, показано скважинное устройство для цементирования в виде цементировочного дротика 10 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Дротик 10 применяется во время цементирования скважины, дротик 10 спускается в скважину через скважинный инструмент 12 (фиг.2) с некоторым объемом цемента 14 и выполнен с возможностью создания меняющейся точки плотного контакта 16 между дротиком 10 и скважинным инструментом 12, что обеспечивает перемещение цемента 14 через скважинный инструмент 12.
Как показано на фиг. 1, дротик 10 содержит корпус в виде шпинделя 18 и уплотнительное устройство 20 для создания плотного контакта 16. В показанном варианте осуществления уплотнительное устройство 20 содержит множество аксиально разнесенных уплотнительных элементов 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, и применяемый дротик 10 выполнен так, что при спуске дротика 10 через скважинный инструмент 12 точка плотного контакта 16 между дротиком 10 и инструментом 12 меняется аксиально вдоль уплотнительного устройства 20, при этом обеспечивая поддержание плотного контакта между дротиком 10 и инструментом 12 в течение всего времени прохода дротика 10 через инструмент 12.
Шпиндель 18 содержит несколько отдельных модулей 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f и 24g. В показанном варианте осуществления модули 24a, 24b, 24c, 24d и 24e представляют собой модули уплотнительных элементов, каждый имеющий уплотнительный элемент 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, расположенный или выполненный на нем, а модули 24f и 24g представляют собой дистанцирующие модули. Каждый из модулей 24a to 24g имеет вставное соединительное устройство 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26f и соответствующее охватывающее соединительное устройство 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 28f и 28g для соединения модулей 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f и 24g вместе, которые обеспечивают конструирование дротика 10 с требуемым разносом, обеспечивающим требуемый плотный контакт 16.
Аксиальный разнос уплотнительных элементов 22a, 22b, 22c, 22d, 22e выполнен так, что точка плотного контакта 16 между дротиком 10 и аксиальным проходом 14 потока инструмента 12 поддерживается по меньшей мере одним из уплотнительных элементов 22a, 22b, 22c, 22d, 22e в течение всего времени прохода дротика 10 через скважинный инструмент 12. Создание и поддержание уплотнения 16 обеспечивает перемещение цемента 14 через скважинный инструмент 12 даже в случае, если один или несколько уплотнительных элементов 22a, 22b, 22c, 22d, 22e расположены на аксиальном месте в скважинном инструменте 12, которое может обеспечивать проход текучей среды вокруг соответствующего уплотнительного элемента 22a, 22b, 22c, 22d, 22e.
В показанном варианте осуществления каждый уплотнительный элемент 22a-22e содержит уплотнительный элемент 30a, 30b, 30c, 30d, 30e в форме чашки, отлитый или иначе установленный на своем соответствующем участке 24a-24e шпинделя. Уплотнительные элементы 30a-30e каждый образует угол ϴa, ϴb, ϴc, ϴd, ϴe детали в форме чашки относительно шпинделя 18 и образуют максимальный диаметр Da, Db, Dc, Dd, De на своих дальних концах 32a, 32b, 32c, 32d, 32e. Углы ϴa, ϴb, ϴc, ϴd, ϴe детали в форме чашки и диаметры Da, Db, Dc, Dd, De можно выполнять такими, что точка плотного контакта 16 между дротиком 10 и аксиальным проходом 14 потока инструмента 12 поддерживается по меньшей мере одним из уплотнительных элементов 22a, 22b, 22c, 22d, 22e в течение всего времени прохода дротика 10 через скважинный инструмент 12.
Показанный на фиг.2-4, скважинный инструмент 12 содержит корпус 34, который образует центральный канал 36 и проходит между расположенным со стороны устья скважины соединительным устройством 38 и расположенным со стороны забоя скважины соединительным устройством 40. Соединительные устройства 38, 40 обеспечивают соединение инструмента 12 с расположенным со стороны устья скважины компонентом S1 колонны и расположенным со стороны забоя скважины компонентом S2 колонны (схематично показано на фиг. 1).
Окна 42 прохода текучей среды проходят радиально через стенку корпуса 34 и, когда открываются, окна 42 обеспечивают выход текучей среды из центрального канала 36 корпуса 34. Клапанный элемент в виде втулки 44 может перемещаться аксиально вдоль корпуса 34 из закрытого положения, в котором втулка 44 блокирует или закрывает окна 42, в открытое положение. Перемещение втулки 44 в направлении к своему открытому положению выполняет связанный исполнительный механизм 46.
Захватывающая втулка 48 расположена со стороны забоя от клапанной втулки 44 и выполнена с возможностью перемещения из конфигурации, не создающей препятствий проходу, в которой объекту, например, шару (не показано) обеспечен свободный проход, в конфигурацию захвата, в которой обеспечен захват объекта, например, шара. Применяемая захватывающая втулка 48 может функционировать, захватывая объект и устанавливая отвод любой текучей среды из центрального канала 36 в направлении наружу через окна 42 прохода текучей среды, когда последние открыты. Дополнительно, захватывающая втулка 48 управляется для перемещения в свою конфигурацию захвата с помощью перемещения клапанной втулки 44 в направлении к ее открытой конфигурации.
Участок исполнительного механизма инструмента 12 образует профиль 50 пошагового перемещения, созданный на внутренней поверхности корпуса 34.
Профиль 50 пошагового перемещения включает в себя множество аксиально разнесенных кольцевых выемок 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h, выполненных во внутренней поверхности корпуса 34. Индексирующая втулка 54 установлена в корпусе 34 и выполнена с возможностью взаимодействия с профилем 50 пошагового перемещения для перемещения несколькими дискретными шагами линейного перемещения через корпус 34 при проходе соответствующего числа приводящих в действие объектов, например, шаров. Индексирующая втулка 54 приводится в действие дискретными шагами перемещения до достижения места приведения в действие в инструменте 12, где индексирующая втулка 54 сцепляется с клапанной втулкой 44 и перемещает ее в направлении к забою скважины для открытия окна 42.
В показанном варианте осуществления индексирующая втулка 50 включает в себя конструкцию 56 трубной стенки, которая образует центральный канал 58, соответствующий центральному каналу 36 корпуса 34. Центральному каналу 58 придан размер, обеспечивающий сквозной проход через него управляющему объекту, например, шару.
Индексирующая втулка 54 также включает в себя первую и вторую группы элементов 60, 62 сцепления, расположенных по окружности, при этом группа первых элементов 60 сцепления аксиально отнесена от группы вторых элементов 62 сцепления. Элементы сцепления расположены в пазах 64, 66, выполненных проходящими через конструкцию 56 стенки. Применяемые группы элементов 60, 62 сцепления взаимодействуют с профилем 50 пошагового перемещения корпуса 34 для последовательного зацепления проходящим объектом, например, шаром для перемещения втулки 54 пошагового перемещения на один дискретный шаг линейного перемещения. Более конкретно, первая и вторая группы элементов 60, 62 сцепления выполнены с возможностью перемещаться радиально в свои связанные пазы 64, 66 так, что каждая группа элементов 60, 62 сцепления перемещается в режиме альтернативном или со смещением фазы относительно другой группы элементов 60, 62 сцепления при взаимодействии с профилем 50 пошагового перемещения во время перемещения втулки 54 пошагового перемещения через корпус 34. В таком альтернативном радиальном перемещении попеременно перемещаются первая и вторая группы элементов 60, 62 сцепления радиально внутрь и в центральный канал втулки 54 пошагового перемещения, для последовательного зацепления проходящим управляющим объектом. В данном способе проходящий объект может зацеплять элементы 62,64 сцепления одной из первой и второй групп для перемещения втулки 54 пошагового перемещения на длину шага дискретного перемещения, и последующего сцепления элементов 62, 64 сцепления с другой одной из первой и второй групп до завершения шага дискретного перемещения втулки 54 пошагового перемещения.
Элементы 62, 64 сцепления установлены на дальних концах соответствующих пальцев 68 зажимной конусной втулки, которые крепятся на своих ближних концах к конструкции 56 трубной стенки. Пальцы 68 зажимной конусной втулки выполнены упруго деформирующимися для обеспечения радиального перемещения элементов 62, 64 сцепления при взаимодействии с профилем 50 пошагового перемещения.
В показанном варианте осуществления пальцы 68 зажимной конусной втулки не напряжены, когда элементы 62, 64 сцепления установлены радиально в направлении наружу и при этом выведены из центрального канала. При этом, палец 68 зажимной конусной втулки должен принудительно деформироваться с помощью подходящего взаимодействия между элементами 62, 64 сцепления и профилем 50 пошагового перемещения для перемещения элементов 62, 64 сцепления радиально внутрь в центральный канал для обеспечения зацепление управляющим объектом, например, шаром. В таком устройстве пальцы 66 зажимной конусной втулки могут функционировать, смещая элементы 62, 64 сцепления в направлении радиально наружу из центрального канала. Каждый паз втулки 54 пошагового перемещения вмещает два соответствующих элемента 62, 64 сцепления. Дополнительно, образованы пазы между соответствующими удлиненными ребрами. Каждое ребро включает в себя шлицевой элемент или шпонку, которая размещается в соответствующем продольно проходящих пазах или шпоночных канавках (не показано), выполненных в корпусе 34. Сцепление между шпонками и продольными пазами или шпоночными канавками может функционировать, блокируя вращение втулки 54 пошагового перемещения относительно корпуса 34, при этом, обеспечивая линейное перемещение втулки 54 пошагового перемещения через корпус 34. Такое устройство может обеспечивать выбуривание втулки 54 пошагового перемещения, если потребуется.
Следует признать, что скважинный инструмент 12 при этом включать в себя профиль, например, профиль 50 пошагового перемещения, или сужение проходного сечения, через которое должен проходить дротик, такое как захватывающая втулка 48 или индексирующая втулка 50, которое может исключать создание непрерывного уплотнения, проходящего по окружности. В варианте сужения проходного сечения, например, утечка текучей среды может обеспечиваться вокруг сужения проходного сечения и таким образом исключать создание непрерывного уплотнения, проходящего по окружности. Альтернативно или дополнительно, форма сужения проходного сечения, которое может, например, содержать зажимную конусную втулку, может исключать создание непрерывного уплотнения, проходящего по окружности.
В вариантах осуществления настоящего изобретения, однако, дротик 10 выполнен с возможностью создания меняющейся аксиально вдоль уплотнительного устройства 20 точки плотного контакта 16, что обеспечивает создание плотного контакта 16 в течение всего времени прохода дротика 10 через скважинный инструмент 12.
Спуск дротика 10 через скважинный инструмент 12 описан ниже.
На фиг. 3, дротик 10 показан установленным в аксиальный проход 14 потока скважинного инструмента 12 в первом аксиальном местоположении. В данном первом местоположении плотный контакт 16 создается первым уплотнительным элементом 22a, который расположен смежно с и в упор к клапанной втулке 44 скважинного инструмента 12.
Вместе с тем, при продвижении дротика 10 в направлении стрелки 90 уплотнительный элемент 22a должен совмещаться с окнами 92, образованными в клапанной втулке (которые применяетcя в итоге для совмещения с окном 42). Соответственно, уплотнительный элемент 22a должен терять свою функцию уплотнения. Вместе с тем, в данный момент уплотнительный элемент 22b должен совмещаться с цилиндрической поверхностью 94 на инструменте 12, и при этом должен устанавливать плотный контакт.
При продолжении продвижения дротика 10 конкретный уплотнительный элемент, выполняющий функцию уплотнения, может меняться, при этом обеспечивается получение по меньшей мере одного плотного контакта в течение всего времени прохода дротика 10 через скважинный инструмент 12.
Понятно, что варианты осуществления, описанные в данном документе, являются только примерами, и что различные модификации можно выполнять без отхода от объема изобретения.
Например, следует признать, что система ствола скважины может содержать множество дротиков 10 и скважинных инструментов 12 аналогичной или отличающейся конфигурации и дротик 10 можно оборудовать за столбом цемента 14 и применять для перемещения цемента 14 через скважинный инструмент 12 или можно устанавливать впереди колонны цемента и применять, например, для размещения ингибитора в скважинном инструменте 12 до цементирования.
На фиг.6-9, показана система 100 ствола скважины, включающая в себя пробуренный ствол 102 скважины, который проходит от поверхности 104 и пересекает подземный коллектор или пласт 106. В показанном варианте осуществления ствол 102 скважины может содержать наклонно-направленную, проходящую под большим углом или горизонтальную секцию 108.
Пласт 106 может содержать углеводороды для извлечения на поверхность 104 с помощью системы 100. Альтернативно, или дополнительно, подземный пласт 106 может являться целью для размещения веществ обработки или текучей среды, нагнетаемой с поверхности 104 с помощью системы 100, например, для увеличения пластового давления и улучшения добычи углеводородов из пласта 106 или соседнего пласта, для целей изоляции, или т.п.
Трубная колонна 110 проходит через ствол 102 скважины, причем колонна 110 содержит множество инструментов 112 гидроразрыва, распределенных по длине через требуемые интервалы. Один или несколько инструментов 112 могут, например, представлять собой инструменты, такие как инструменты 12, описанные выше.
На фиг.6 показана система 100 ствола скважины после установки трубной колонны 110 на требуемой глубине.
Некоторое число работ могут требоваться в течение жизненного цикла системы 100 ствола скважины, которые требуют обеспечения направления текучей среды в пласт 106 и/или из него. Например, можно проводить цементирование для содействия в креплении и опирании по меньшей мере части колонны 110 в стволе 102 скважины, предотвращения неуправляемой миграции текучей среды в кольцевом пространстве 114 между колонной 110 и стволом 102 скважины и/или изоляции конкретной пластовой зоны до выполнения гидроразрыва или обработки пласта для интенсификации притока.
Как показано на фиг.7, цементирование может включать в себя направление некоторого объема цемента 116 через колонну 110, который затем направляется в кольцевое пространство 114 и нагнетается обратно в направлении к поверхности для заполнения кольцевого пространства 114 или секции кольцевого пространства.
Для управления цементированием первое устройство для цементирования можно устанавливать впереди цемента 116 и соединять с муфтой для посадки и фиксации пробки для цементирования (не показано), а второе устройство для цементирования можно устанавливать за столбом цемента 116. Первое устройство для цементирования может содержать дротик 118, аналогичный или идентичный дротику 10, описанному выше. Второе устройство для цементирования может также или альтернативно содержать дротик 120, аналогичный или идентичный дротику 10, описанному выше. Затем можно подавать увеличенное давление для разрыва или открытия прохода текучей среды, при котором цемент 116 может перемещаться в кольцевое пространство 114. Применяемый второй дротик 120 может также проводить очистку от цемента 116 при перемещении через колонну 110, цемент может иначе создавать препятствия. Прошедший цементирование ствол скважины показан на фиг. 8.
Альтернативно или дополнительно, пласт 106 может требовать обработки для улучшения темпа добычи или скорости нагнетания, которые требуется получить или восстановить. Методики обработки включают в себя гидравлический разрыв пласта, который включает в себя нагнетание жидкости для гидроразрыва в пласт под высоким давлением и/или с высокой интенсивностью для создания механических трещин в геологической среде. Данные трещины могут увеличивать эффективную проницаемость приствольной зоны скважины и сообщаемость текучей среды между пластом и стволом скважины. Жидкость для гидроразрыва может нести проппант, который функционирует, расклинивая трещины, когда давление гидроразрыва сбрасывается. Кислотная обработка под давлением ниже давления гидроразрыва дает эффект аналогичный гидроразрыву пласта. Такая обработка обычно включает в себя нагнетание химреагента, такого как, кислота, например, соляная кислота, в пласт для химического создания трещин или червоточин в геологической среде. Такая кислотная обработка под давлением ниже давления гидроразрыва может находить применение в геологических средах некоторых типов, например, в карбонатных коллекторах.
Как показано на фиг. 9, каждый из инструментов 112 включает в себя множество расположенных проходящими по окружности окон 122, которые вначале закрыты. Дополнительно, каждый инструмент 112 включает в себя или связан со скважинным исполнительным механизмом (не показано) который выполнен с функциональной возможностью приведения в действие инструмента 112 для открытия окон 122, обеспечивающих нагнетание текучей среды обработки, например, жидкости для гидроразрыва пласта или кислоты, из колонны 110 в окружающий пласт 106 для создания трещин 124. Каждый инструмент 112 управляется управляющими объектами, например, шарами, которые подаются через колонну 110 с поверхности 104.
Инструменты 112 выполнены с функциональной возможностью приведения в действие в требуемой последовательности, таким образом обеспечивая стадийную обработку пласта 106 по длине ствола 102 скважины. Такую возможность последовательного приведения в действие инструментов 112 можно получить с помощью связанного скважинного исполнительного механизма. В показанном варианте осуществления, инструменты 112 выполнены с возможностью последовательного приведения в действие в направлении к устью скважины. Данное показано на фиг. 9, где самый нижний инструмент 112 уже сработал, а смежный инструмент 112, расположенный со стороны устья скважины от него, показан в состоянии приведения в действие с жидкостью для гидроразрыва, направляемой из открытых окон 122 в пласт 106 в направлении стрелок 126. Когда проектный гидроразрыв получен с помощью инструмента 112, следующий расположенный со стороны устья скважины инструмент 112 можно приводить в действие.