УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ СКВАЖИНЫ
WELL TESTING DEVICE

Данное изобретение относится к устройству пробки, как указано в вводной части пункта 1 формулы изобретения.
Использование пробок для проведения испытаний нефтяных скважин, например при помощи нефтепроводов, хорошо известно и заключается в предварительном испытании трубы на достаточную герметичность. Одно из таких испытаний заключается в установке пробки в трубе и перекрытии потока текучей среды. При этом происходит повышение давления с поверхности с поддержанием давления на более высоком уровне. После этого регистрируют возможное падение давления, являющееся сигналом того, насколько герметична труба.
Как правило, такие пробки либо подсоединяют к проводу так называемой проводной линии, либо удаляют путем саморастворения - так называемые исчезающие пробки, либо удаляют, подвергая их воздействию импульсами давления текучей среды, что называется клапанами с открытием цикла текучей среды, встроенными в трубу.
Известные на сегодняшний день клапаны с открытием цикла дают операторам возможность осуществлять связь со скважиной путем открытия клапана, обеспечивая возможность замены текучей среды путем открытия клапана. При установке в скважине эксплуатационного оборудования не обязательно проводить повторное заполнение текучей средой также и потому, что клапан переводят в открытое положение с его последующим закрытием при установке эксплуатационного оборудования в скважине. Недостатком клапанов указанных типов является то, что их очень трудно открыть в случае их поломки при открытии цикла. В результате действия операторов требуют значительных затрат времени и денежных средств.
Известные пробки с проводной линией обеспечивают те же преимущества, что и клапаны с открытием цикла относительно обеспечения связи со скважиной, поскольку данные пробки не устанавливают до того, как эксплуатационное оборудование не прошло испытания на давление. Таким образом, при установке в скважине эксплуатационного оборудования имеется полная гибкость и возможность замены жидкости в скважине для установки пробки. Пробки с проводной линией также устанавливают наверху эксплуатационного оборудования, создавая так называемую испытательную пробку для подвески насосно-компрессионной колонны. Такая конструкция позволяет проводить испытание верхней части эксплуатационного оборудования на рабочее давление, поскольку нижние части эксплуатационного оборудования не выдерживают указанного давления в сумме с гидростатическим давлением в скважине. На сегодняшний день не существует устройств для испытания данного оборудования без дорогостоящих ремонтных работ, проводимых для извлечения указанных пробок с проводной линией.
Наличие пробок с проводной линией также приводит к дорогостоящим работам по извлечению ремонтного устройства из скважины. Естественно предположить, что такие работы должны проводиться при установке пробки в насосно-компрессорной трубе, проводимой через скважину.
Известные исчезающие пробки устраняют некоторые из указанных недостатков, но в то же время создают новую проблему. Исчезающие пробки имеют то общее свойство, что они изготовлены из растворимого материала или из материала, который может содержать взрывчатое вещество, детонируемое посредством приложения циклов изменения давления, что в результате обеспечивает разрушение материала пробки. Изготовление пробок из таких материалов является значительным преимуществом, поскольку такие пробки легко удаляются при их выходе из строя и запоздалом открытии.
Недостатком данных пробок является то, что они все проводятся через насосно-компрессорную трубу, то есть приводятся в движение как часть эксплуатационной колонны. Это означает, что для каждой новой трубной секции, навинчиваемой на эксплуатационное оборудование и пропускаемой в скважину, жидкость необходимо вводить вручную. Соответственно, действия операторов требуют значительных затрат времени и денежных средств. В существующих исчезающих пробках также не предусмотрена возможность осуществлять связь со скважиной через/сквозь пробку, поскольку эти исчезающие пробки заглушают трубу на 100% и не обеспечивают связь со скважиной или пространством под пробкой. Также очень трудно использовать известные исчезающие пробки для испытания подвески насосно-компрессионной колонны, поскольку предназначенная для этой цели пробка должна иметь средства сообщения, проходящие позади корпуса пробки таким образом, чтобы можно было провести испытания расположенных под пробкой систем до снятия пробки для верхней подвески насосно-компрессионной колонны.
Самыми лучшими известными исчезающими пробками являются керамические пробки, стеклянные пробки и пробки, изготовленные из плотно спрессованной соли, заключенной в резиновую оболочку и растворяемой накачиваемой водой.
Аналоги предлагаемого устройства приведены в патенте США №6026903, в заявке на патент США №2008/0073075, в европейском патентном документе ЕР-0681087 и патентном документе Великобритании №2442136.
В первом из указанных документов, в патенте США №6026903, описана пробка из удаляемого материала, которая используется при испытаниях скважины, содержащей циркуляционный канал, проходящий между стенкой трубы и пробкой. Пробку проталкивают так, что она закрывает циркуляционный канал и постоянно перекрывает проточное соединение между участками трубы выше и ниже пробки.
В заявке на патент США №2008/0073075 также описана пробка из удаляемого материала, при этом на внешней стороне внутренней трубы расположена внешняя труба и образован кольцевой канал, обеспечивающий проточное соединение между участком скважины над пробкой и участком скважины под пробкой. Закрывающий элемент может перекрывать проточное соединение в канале.
Однако из указанного документа неизвестно, выполнены ли в стенке трубы отверстия для изложенных выше целей, как это имеет место для устройства согласно настоящему изобретению.
Устройство согласно настоящему изобретению отличается тем, что участки стенки трубы содержат каналы, обеспечивающие протонное соединение между участком скважины над пробкой и участком скважины под пробкой соответственно, причем каждый указанный канал содержит осевую полость, в которой размещен закрывающий элемент, а также тем, что предусмотрена возможность повторной регулировки указанного закрывающего элемента путем осевого перемещения из первого положения в указанном канале, в котором указанный элемент обеспечивает проточное соединение через канал, во второе положение, в котором указанное соединение постоянно перекрыто.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения указанный закрывающий элемент представляет собой поршень, имеющий верхнюю расширенную часть и нижнюю расширенную часть, которые обеспечивают уплотнение с имеющей полости внутренней стенкой при помощи прокладок, а также средней части поршня в полости.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения дополнительный канал обеспечивает соединение между полостью трубы и камерой на нижней стороне верхней расширенной части поршня, при этом в указанном канале расположен клапан, выполненный с возможностью пропускания находящейся под давлением в трубе текучей среды в полость на нижней стороне расширенной части поршня, при этом при подаче сигнала клапан открывается, так что давление в камере увеличивается, а поршень начинает перемещаться вверх в канале, перекрывая проточное соединение в каналах.
В еще одном варианте выполнения изобретения каналы выполнены в виде отверстия, направленного горизонтально или под углом через стенку трубы от области над пробкой и в осевую камеру, выполненную в стенке трубы, и соответствующего отверстия от дна камеры через трубу и в полость ниже пробки.
В еще одном варианте выполнения изобретения отверстие для канала представляет собой канал в форме кольца, проходящий по всему периметру внутренней части трубы, с группой каналов, проходящих через стенку трубы к полости трубы, соответственно, над и под пробкой.
Предпочтительно после прохождения канала нижней стороной поршня указанный канал перекрывается, не пропуская текучую среду через каналы, так что корпус пробки и поршень образуют полное закрытие.
В еще одном варианте выполнения изобретения перекрытие проточного соединения активируется путем использования импульсов давления с помощью пусковых устройств с электронным управлением или отдельной управляющей линии, ведущей вниз к открывающему клапану или с помощью управляемых по времени механизмов или других электронных пусковых устройств, обеспечивающих закрытие.
В еще одном варианте выполнения изобретения пробка является исчезающей пробкой, то есть корпус пробки изготовлен, например, из стекла, керамических материалов или плотно спрессованной соли или других материалов, растворимых в жидкостях.
В еще одном варианте выполнения изобретения поршни установлены в наружной стенке пробки таким образом, что они первоначально обеспечивают пропускание по корпусу пробки через каналы, выполненные в наружной стенке.
В еще одном варианте выполнения указанный по меньшей мере один поршень установлен так, что он удерживается в заблокированном положении при его активации для закрытия путем воздействия давления текучей среды с боковой стороны скважины (нижняя сторона корпуса пробки), предотвращая какой-либо проход текучей среды через указанные каналы.
Известно несколько типов клапанов, открываемых и закрываемых с помощью сигналов давления. Однако из уровня техники не известны системы с внутренними каналами, выполненными в стенке трубы и способными образовывать проточное соединение между областями над и под пробкой в трубе. Во всех известных манжетных клапанах предусмотрены каналы для непосредственной связи через наружную стенку нефтепровода, поскольку указанные клапаны предназначены для открытия и закрытия при добыче между различными зонами скважины. Такой клапан невозможно использовать, например, наверху исчезающей пробки, что исключает использование данной пробки в качестве испытательной пробки для подвески насосно-компрессионной колонны. При этом невозможно обеспечить сообщение через насосно-компрессорную трубу с кольцевым участком (кольцевой участок между трубой и стенкой скважины), поскольку это приводит к появлению полного давления скважины в зоне, где внешняя обсадная труба не рассчитана на такое давление. Для обеспечения возможности использования исчезающей пробки в качестве пробки для подвески насосно-компрессионной колонны необходимо наличие внутреннего сообщения, проходящего по корпусу пробки таким образом, чтобы указанное сообщение можно было открывать и закрывать. Исчезающие пробки известны с 1930-х годов. Известен также способ, в котором необходимо проводить пробки для подвески насосно-компрессионной колонны, что является дорогостоящей операцией. Однако никому не удалось обеспечить такую связь между внутренним небольшим манжетным клапаном по каналу вдоль корпуса пробки и далее вниз к скважине, при которой экономятся время и деньги.
Предпочтительно канал содержит внутренние запорные элементы, имеющие сквозную циркуляцию и проходящие вдоль корпуса пробки.
В частности, предпочтительно использовать закрывающую систему, которая необратимо закрывает канал или каналы и которую невозможно повторно открыть.
В результате можно использовать исчезающие заглушки на большинстве участков, проходящих через трубу, и обеспечить связь с нижней стороной корпуса пробки через указанные каналы.
Предпочтительно для указанных каналов предусмотрена возможность закрытия посредством импульсов давления или посредством управляющей линии, связанной с рабочим органом. Можно также представить такую схему, при которой указанные каналы закрываются посредством управляемых по времени механизмов или других электронных пусковых устройств, обеспечивающих закрытие.
В одном из предпочтительных вариантов изобретения устройство содержит исчезающую пробку, то есть корпус пробки изготовлен, например, из стекла, керамических материалов или плотно спрессованной соли или других материалов, растворимых в жидкостях, причем указанные внутренние каналы проходят по корпусу пробки.
Предпочтительно пробка содержит по меньшей мере один закрывающий элемент в наружной стенке пробки, который может перемещаться по продольной оси пробки.
Предпочтительно по меньшей мере один из закрывающих элементов размещен в наружной стенке пробки таким образом, что он первоначально обеспечивает пропускание по корпусу пробки через каналы, выполненные в наружной стенке.
Предпочтительно предусмотрен разобщающий механизм, соответствующий, по меньшей мере, одному закрывающему элементу, размещенному в наружной стенке, так что при активации разобщающего механизма, предпочтительно путем осевого перемещения закрывающего элемента, указанный механизм закрывает обеспечивающие сообщение каналы, проходящее по корпусу пробки.
Предпочтительно указанный по меньшей мере один закрывающий элемент должен устанавливаться таким образом, что он удерживается в заблокированном положении при его активации, так что давление с боковой стороны скважины (нижняя сторона корпуса пробки) не может приводить к появлению прохода по корпусу пробки, который отодвигается назад и снова открывает канал.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Значительное преимущество такой пробки, имеющей циркуляционные каналы вдоль нее, заключается в том, что исчезающие пробки могут использоваться в гораздо большем количестве областей применения по сравнению с существующими аналогами. Например, такую исчезающую пробку можно разместить наверху эксплуатационной колонны в качестве испытательной пробки для подвески насосно-компрессионной колонны, что до сегодняшнего дня было невозможно.
Под оснащением скважины понимается, например, установка на трубопроводе необходимой оснастки и приборов для начала добычи сырой нефти - например, перфорация бурильной трубы сквозь формацию для начала притока нефти и газа в трубу.
На сегодняшний день в качестве испытательной пробки для подвески насосно-компрессионной колонны проводят только пробки с проводной линией. Это является очень затратной операцией, поскольку необходимо обеспечить, при помощи ремонтного устройства, проводку на протяжении, например, 3000 метров для получения возможности вытащить данные пробки при начале добычи в скважине. Для проводки исчезающей пробки необходимо наличие каналов для текучей среды, проходящих по пробке. Это необходимо, прежде всего, для проведения испытания оборудования на нижней стороне пробки и затем для закрытия указанных каналов и проведения испытаний только подвески насосно-компрессионной колонны под более высоким давлением.
Очень важно, чтобы такой запорный элемент, обеспечивающий прохождение текучей среды, был способен выдерживать давление с нижней стороны без опасности его повторного открытия, то есть чтобы давление со стороны скважины поддерживалось постоянным и обеспечивало закрытие указанных проходных каналов, поскольку пробка и каналы на корпусе пробки участвуют в создании барьера, препятствующего поступлению текучей среды из скважины.
При отсутствии таких проходных каналов на корпусе пробки невозможно проводить исчезающие пробки в скважине, например, в качестве испытательной пробки для подвески насосно-компрессионной колонны.
Можно считать, что пробки клапанного типа работают с открывающим клапаном так же, как и испытательная пробка для подвески насосно-компрессионной колонны, обеспечивающая их закрытие при завершении испытаний в скважине. Из-за требующей наличия пространства конструкции шарового клапана/створчатого клапана корпусы клапанов этого типа имеют слишком низкую прочность на разрыв для того, чтобы под ними можно подвесить подвеску ТНК. В результате пространство в устье скважины ограниченно, что, в свою очередь, ограничивает толщину стенки. Работа с такими клапанами в сложных условиях приводит также к крайне большим затратам в случае, если окажется, что эти клапаны не открылись в нужный момент времени. Как правило, пробки с проводной линией всегда использовались в качестве пробок для подвески насосно-компрессионной колонны, что обусловлено высоким риском использования клапанов с металлическими уплотнительными поверхностями, которые могут быть открыты и закрыты. В исчезающих пробках для обеспечения их работы требуется гораздо меньшая толщина стенки и, следовательно, возможно выполнение исчезающих пробок с проходными каналами внутренней циркуляции с одновременным обеспечением удовлетворительной прочности корпуса пробки. Известно также, что исчезающие пробки могут быть легко открыты путем вмешательства и, следовательно, они имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными стальными клапанами и пробками с проводной линией.
При использовании исчезающей пробки также можно сэкономить несколько недель дорогостоящих работ на буровой установке за счет того, что после завершения бурения скважины буровая установка больше не нужна. Например, на морских скважинах можно закончить бурение, установить пробку и оставить скважину. После этого можно вернуться, установить оборудование для устья скважины с судна и затем открыть находящуюся в скважине пробку с помощью клапанов устьевой арматуры. Данная устьевая арматура или оборудование также называются ″фонтанной елкой″. Подобная операция невозможна в существующих устройствах с вытяжными пробками, поскольку для них требуется оборудование для контроля давления в морской скважине с целью обеспечения возможности вытягивания указанных пробок по способу с проводной линией.
Предлагаемое изобретение раскрыто более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1 изображена схема морской добычи с использованием предлагаемого изобретения в пробуренной скважине от дна океана до нефтегазосодержащей формации.
На фиг.2 изображено предлагаемое устройство в нормальном положении, в котором закрывающий клапан остается открытым и не активирован, что обеспечивает свободный проход текучей среды.
На фиг.3 изображено устройство, показанное на фиг.2, в котором закрывающий клапан активирован и закрывает канал для текучей среды.
На фиг.4 показан в разрезе другой вариант предлагаемого устройства, не приведенного в действие, что обеспечивает проход для текучей среды.
На фиг.5 изображено устройство, показанное на фиг.4, в котором закрывающий клапан активирован и закрывает канал для текучей среды.
Предпочтительный вариант выполнения изобретения
Настоящее изобретение отличается тем, что установленная в трубе пробка имеет соединительный канал, проходящий через корпус пробки, причем указанный канал содержит элемент, выполненный с возможностью перекрытия канала при подаче сигнала активации, так что корпус пробки обеспечивает 100-% закрытие данного канала и тем самым вместе с корпусом пробки перекрытия всего потока текучей среды через трубу. Такой сигнал может быть передан в форме гидравлического импульса, электрического сигнала, радиосигнала или в форме сигнала других известных типов. Известно много способов проведения таких закрывающих операций. В данной заявке эти способы не рассматриваются.
На фиг.1 изображена скважина 100, пробуренная от дна 102 океана вниз сквозь формацию 103. В скважине 100 установлена труба 16, труба ТН подвески насосно-компрессионной колонны с верхней пробкой 1 и пробкой 104 на некотором расстоянии вниз от устья скважины. Кроме того, на дне 102 океана установлена так называемая ″фонтанная елка″ (обозначена XT на фиг.1). Труба 106 проходит далее до поверхности моря 107, где она используется на плавучей установке 105.
Предлагаемое устройство отличается тем, что корпус 1 пробки установлен в трубе 16 и представляет собой исчезающую пробку, то есть он изготовлен из разрушаемого материала, например, стекла или керамического материала или из материала, растворимого в текучей среде. Пробка 1 имеет, например, шестигранную форму с наклонными поверхностями и установлена в специальном гнезде для пробки, выполненном в трубе. Канал трубы (полость) над пробкой 1 обозначен номером 70 позиции, а полость под пробкой 1 обозначена номером 72 позиции. В трубе 16 устанавливается корпус 1 пробки. На участке 16 стенки трубы, то есть там, где установлен корпус 1, образован обходной канал 3, 4, 8, который, при его открытии, образует проточное соединение между полостью 70 трубы над пробкой 1 и полостью 72 трубы под пробкой 1. На фиг.2 поток текучей среды в канале обозначен стрелкой Р. Более подробно, канал представляет собой отверстие 3 (например, под углом) через трубу 16 от верхней части пробки 1 далее в камеру 4 в стенке трубы (например, на самой высокой части камеры) и соответствующее отверстие 8 от камеры (например, от нижней части камеры) через трубу 16 и далее в полость 72 трубы под пробкой 1.
Труба 16 может содержать по меньшей мере один такой соединительный канал 3, 4, 8, проходящий от одной стороны корпуса 1 к другой его стороне. Номером 2 позиции указано, что указанный канал может содержать несколько подобных каналов. Отверстие канала 4 может быть выполнено в форме кольцевого канала, проходящего по всему периметру внутренней части трубы с группой каналов, проходящих через стенку 16 к полости 70 трубы и к полости 72 трубы, соответственно, над и под пробкой.
Закрывающий элемент 5, выполненный в виде вытянутого элемента или поршня, устанавливается в соединительном канале 4. Поршень имеет верхнюю расширенную часть 51 и нижнюю расширенную часть 53, причем обе указанные части обеспечивают уплотнение с имеющей полости внутренней стенкой при помощи прокладок 12, 13, 14.
В показанном примере закрывающий элемент 5 выполнен соответствующим соединительному каналу 4 и имеет прокладки 12, 13, 14, выполненные соответствующими каналу 4. В своей верхней части/на вершине 76 закрывающий элемент/поршень 5 имеет расширенный участок. Дополнительный канал 151 образует соединение с полостью 70 трубы и с камерой 7 на нижней стороне расширенной верхней части 76 поршня. В канале 151 размещен дополнительный клапан 15, в котором стравливается давление текучей среды в трубе из полости 70 в камеру 7 на нижней стороне расширенной части поршня. При подаче сигнала клапан 15 открывается, увеличивая давление в камере 7, и закрывающий элемент/поршень 5 приводится в движение и перемещается вверх в канале 4.
После того как нижняя сторона закрывающего элемента 5 прошла канал 8, указанный канал перекрывается, не пропуская текучую среду через каналы 2, 3, 4, 8, так что корпус 1 пробки совместно с элементом 5 обеспечивают полное закрытие трубы 16. Элемент 5 перемещается вверх, так что при образовавшемся давлении с нижней стороны (через канал 8, расположенный напротив нижней стороны 51 поршня) система 3, 4, 8 каналов постоянно перекрыта. Это решение показано на фиг.2 и 3.
Согласно предлагаемому изобретению предпочтительным (наиболее практичным) является вариант, в котором закрывающему элементу 5 передается усилие от гидростатического давления в скважине. Данный вариант может быть также заменен, например, вариантами, в которых используется сжатый газ. Согласно предлагаемому изобретению предпочтительным также является вариант, в котором закрывающий элемент 5 размещен горизонтально в трубе 16. Однако допускается также вариант с несколькими осевыми отверстиями, в каждом из которых имеется закрывающий поршень, при этом давление текучей среды может оказывать воздействие на поршни 5, установленные по окружности трубы вокруг пробки 1.
Такие воображаемые поршни могут при необходимости перемещаться во внутреннем или наружном направлении от центральной линии пробки 1.
В предпочтительном варианте изобретения может быть также предусмотрен окружающий поршень 6, который также перемещается в продольном направлении относительно пробки 1 в канале 4. В этом варианте поршень 6 установлен под циркуляционным каналом 3, 4, 8 таким образом, что при подаче сигнала от регулирующего клапана 15, установленного на нижней стороне канала 4 под поршнем, давление трубы переходит в нижнюю сторону. Поршень толкается вверх и блокирует канал 4 между расположенными под углом отверстиями 3 и 8 соответственно с нижней стороны и с верхней стороны пробки. Это решение показано на фиг.4 и 5.
Предлагаемое изобретение обеспечивает значительное техническое преимущество в области техники, относящейся к испытательным пробкам, изготовленным из распадающегося/разрушаемого материала. Предусмотрена также возможность использования пробок, изготовленных из распадающегося/разрушаемого материала, в качестве пробок для испытания подвески насосно-компрессионной колонны, поскольку по корпусу пробки предусмотрены соединительные каналы, через которые возможно соединение через корпус пробки без наличия соединения с кольцевой стороной насосно-компрессорной трубы. В результате операторы получают значительную экономию затрат, поскольку им не нужно осуществлять проводку ремонтного устройства, что может сэкономить для операторов в среднем одну неделю работ на буровой установке.