ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОСНОВНОГО СТВОЛА СКВАЖИНЫ
TOOL FOR CLEANING THE MAIN WELLBORE OF WELL

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение в целом относится к завершению добычи из скважины залежей находящихся в недрах земли, а более конкретно, к способам и системам контроля или сбора мусора из скважины перед и во время завершения добычи из скважины.
2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Скважины бурятся на различные глубины для получения доступа к нефти и ее добычи, газу, минералам и другим залежам природного происхождения и их добычи из находящихся в недрах земли геологических отложений. Углеводороды могут добываться через ствол скважин с пересечением подземных отложений. Ствол скважины может быть сравнительно сложным и включать, например, одно или более боковых ответвлений. Поскольку ответвления от основного ствола скважины могут пересекать другие ответвления, отложения этих ответвлений может приводить к накоплению мусора на пересечении ответвлений. Расчистка мусора важна для обеспечения правильной установки узлов для завершения добычи в скважинах перед добычей. Нерасчищенный мусор может служить препятствием для надлежащей герметизации, особенно в среде высокого давления, например, в скважине, где давление может достигать 5000 фунтов на квадратный дюйм и выше.
Хотя существующие системы могут предполагать расчистку мусора из скважины, важное значение имеет также сведение к минимуму количества спуско-подъемных операций в скважине на этапах завершения добычи из скважины. Меньшее число спуско-подъемных операций, выполняемых для расчистки обломков породы и установки оборудования для завершения добычи из скважин приводит к снижению стоимости завершения и добычи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан поперечный разрез вида сбоку скважины, имеющий узел для завершения добычи из скважины на пересечении материнского ствола скважины и ответвляющегося ствола скважины в соответствии с иллюстративным вариантом воплощения изобретения, причем данный узел имеет сочленение, вставляемое в ствол скважины на спускном инструменте;
На фиг. 2 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где сочленение имеет клапанную систему, которая сконфигурирована для отвода потока текучей среды внутри сочленения таким образом, что вблизи части сочленения создается всасывание для расчистки мусора из скважины;
На фиг. 3 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где сочленение продвинуто в отклонитель завершения так, что обломочный материал удаляется вблизи отклонителя завершения;
На фиг. 4 показаны поперечный разрез вида сбоку камеры для обломочного материала сочленения на фиг. 1, где камера для обломочного материала имеет подпружиненную створку в закрытом положении;
На фиг. 5 показана камера для обломочного материала на фиг. 4 с подпружиненной створкой, установленной в открытом положении;
На фиг. 6 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где сочленение опущено в отклонитель завершения после сбора обломочного материала;
На фиг. 7 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где сочленение получило размещаемый шар в первое положение, что помогает восстановлению потока текучей среды в ответвляющийся ствол скважины;
На фиг. 8 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где сочленение получило размещаемый шар во второе положение, что помогает восстановлению потока текучей среды в ответвляющийся ствол скважины;
На фиг. 9 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где сочленение восстанавливает поток текучей среды в ответвляющийся ствол скважины;
На фиг. 10 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где спускной инструмент получает размещаемый шар, что помогает уплотнению сочленения и удалению спускного инструмента;
На фиг. 11 показан поперечный разрез вида сбоку скважины и узла на фиг. 1, где сочленение расположено в скважине, а спускной инструмент удален из скважины;
На фиг. 12 показан поперечный разрез вида сбоку узла для завершения скважины на пересечении материнского ствола скважины и ответвляющегося ствола скважины в соответствии с иллюстративным вариантом воплощения изобретения, причем данный узел содержит сочленение и клапанную систему, размещенную в первом положении; и
На фиг. 13 показан поперечный разрез вида сбоку узла на фиг. 12, где клапанная система размещена во втором положении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последующем подробном описании иллюстративных вариантов воплощения изобретения сделана ссылка на прилагаемые чертежи, которые составляют часть данного описания. Эти варианты реализации изобретения подробно описываются здесь для того, чтобы дать возможность тем, кто является специалистом в данной области, реализовать настоящее изобретение; при этом имеется понимание, что могут быть использованы другие варианты реализации изобретения и что логические структурные, механические, электрические и химические изменения могут быть сделаны без отклонения от сущности или объема настоящего изобретения. Для избежания подробностей, которые не являются необходимыми для тех, кто является специалистом в данной области техники, для реализации настоящего изобретения, описанного в данном документе, описание может опускать определенную информацию, известную тем, кто является специалистом в данной области техники. Следовательно, приведенное далее подробное описание не должно рассматриваться как имеющее ограничительный характер, а объем иллюстративных вариантов реализации изобретения определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.
Описанные в данном документе варианты реализации настоящего изобретения относятся к системам и способам, которые можно разместить или реализовать в стволе скважины, например, в материнском стволе скважины в толще подземного геологического образования, и в котором может быть сформировано и завершено ответвление ствола скважины. “Материнский ствол скважины” или “материнская скважина” относится к стволу скважины, из которого бурится другой ствол скважины. Его также называют “основной ствол скважины” или “основная скважина”. Материнский или основной ствол скважины не обязательно простирается прямо с поверхности земли. Например, это может быть ответвление ствола скважины от другого материнского ствола скважины. “Ответвляющийся ствол скважины” или “ответвляющаяся скважина” или "боковой ствол" относится к стволу скважины, пробуренному наружу из его пересечения с материнским стволом скважины. Примеры ответвляющихся стволов скважин включают боковой ствол скважины и направленный в сторону ствол скважины. Ответвляющийся ствол скважины может иметь другой ответвляющийся ствол скважины, пробуренный наружу из него так, что первый ответвляющийся ствол скважины является материнским по отношению к второму ответвляющемуся стволу скважины.
Хотя материнский ствол скважины в некоторых случаях может быть образован в основном с вертикальной ориентацией по отношению к поверхности скважины, а ответвляющийся ствол скважины в некоторых случаях может быть образован в основном с горизонтальной ориентацией по отношению к поверхности скважины, указание в этом документе как на материнский ствол скважины, так и на ответвляющийся ствол скважины не предполагает какой-либо определенной ориентации, а ориентация каждого из этих стволов скважин может включать участки, которые являются вертикальными, не являются вертикальными, являются горизонтальными или не являются горизонтальными.
Системы и способы, описанные здесь, могут быть использованы для завершения скважины, имеющей один материнский ствол и по меньшей мере один ответвляющийся ствол. Поскольку образование ответвляющегося ствола обычно включает в себя фрезерование окна в обсадной трубе материнского ствола, а затем бурения ответвляющегося ствола, клин-отклонитель может быть установлен в материнском стволе вблизи желаемого пересечения материнского ствола с отклоняющимся стволом. Клин-отклонитель может включать в себя съемную поверхность для направления фрезерного инструмента и буровых снарядов, так, что ответвляющийся ствол начинается в надлежащем месте и при угле по отношению к материнскому стволу. После фрезерования и сверления ответвляющегося ствола скважины отклонитель завершения может быть размещен в скважине с целью отклонения инструментов и трубопроводов в ответвляющийся ствол скважины. Хотя традиционно клин-отклонитель и отклонитель завершения опускаются в скважину во время отдельных спуско-подъемных операций в ствол скважины, этот процесс может быть объединен для сведения к минимуму спуско-подъемных операций в ствол скважины и из него. Поскольку отклонитель завершения находится вблизи места пересечения материнского и ответвляющегося ствола, обломочный материал из ответвляющегося ствола может собираться в материнском стволе возле отклонителя завершения и на поверхности отклонения отклонителя завершения. Последующие действия по завершению, а именно опускание сочленения или другого раздвоенного узла на пересечение двух стволов, могут быть осложнены невозможностью получения надлежащего уплотнения при посадке сочленения в отклонитель завершения из-за наличия накопленного обломочного материала. Система и способы вариантов воплощения изобретения, описанные здесь, позволяют удаление обломочного материала из отклонителя завершения и окружающей области скважины перед опусканием сочленения и во время такого опускания.
Узлы в соответствии с описанными здесь вариантами воплощения изобретения могут ограничивать количество спуско-подъемных операций, необходимых для завершения ответвляющегося ствола скважины. Ограничение количества спуско-подъемных операций, необходимых для завершения ответвляющегося ствола скважины, позволяет операторам буровых установок осуществить значительную экономию эксплуатационных расходов. Устранение спуско-подъемных операций обеспечивается системами и способами, описанными здесь путем объединения функции очистки от обломочного материала с функцией физического опускания сочленения.
Использованные в настоящем документе фразы "гидравлически связанный", "гидравлически соединенный", "в гидравлическом взаимодействии", "имеющий жидкостное сообщение", "выполненный с возможностью жидкостного соединения" и "в жидкостном взаимодействии" относятся к форме связи, соединения или взаимодействия, которые связаны с текучими средами и с соответствующими потоками или давлениями, связанными с этими текучими средами. Ссылка на гидравлическую связь, соединение или взаимодействие между двумя компонентами описывает компоненты, которые связаны таким образом, что текучая среда может течь между этими компонентами или среди этих компонентов.
Как показано на фиг. 1, узел 100 в соответствии с иллюстративным вариантом воплощения изобретения может быть опущен в скважину 104, имеющую материнский ствол 108 скважины и ответвляющийся ствол 112 скважины, проходящие через различные земные пласты. Материнский ствол 108 скважины может иметь обсадную трубу 116, которая проходит от поверхности скважины 104 и цементируется на месте. Узел 100 может включать в себя отклонитель 120 завершения, который крепится в обсадной трубе 116 с помощью замкового соединения 124. Замковое соединение 124 способствует закреплению отклонителя 120 завершения в обсадной трубе 116. Хотя это и не показано явно на фиг. 1, в обсадной трубе 116 в скважине замкового соединения 124 для герметичного получения отклонителя 120 завершения может находиться дополнительный узел уплотнения. Отклонитель 120 завершения включает в себя центральный канал 128, простирающийся по длине отклонителя 120 завершения. Центральный канал 128 включает в себя область опускания 132, в которой площадь поперечного сечения центрального канала 128 уменьшена по отношению к площади поперечного сечения центрального канала 128 за пределами области опускания 132. Область опускания 132 центрального канала 128 выполнена с возможностью принимать часть сочленения (ниже описано более подробно), причем область опускания 132 может включать в себя эластомерные уплотнения или другие компоненты для обеспечения герметичного сцепления между сочленением и отклонителем 120 завершения.
Отклонитель 120 завершения дополнительно включает в себя отклоняющую поверхность 140 на конце отклонителя 120 завершения. После установки отклонителя 120 завершения в материнском стволе 108 скважины, конец отклонителя 120 завершения с отклоняющей поверхностью 140 устанавливается в ориентации вверх по стволу скважины, а наклонная отклоняющая поверхность 140 ориентирована так, что отклоняющая поверхность 140 может отклонять и направлять выбранные инструменты и узлы в направлении ответвляющегося ствола 112 скважины. Например, отклоняющая поверхность 140 может отклонять хвостовик или часть сочленения в ответвляющийся ствол 112 скважины.
Кроме того, узел 100 может включать в себя сочленение 150 или другой раздвоенный узел, содержащий корпус 152 сочленения, замок уплотнения или ветвь 154 основного ствола и боковую ветвь 158. Вместе различные компоненты сочленения 150 обеспечивают разветвленный трубопровод, который способен собирать текучую среду из материнского ствола 108 скважины и ответвляющегося ствола 112 скважины, когда сочленение 150 почти опущено на пересечение материнского ствола 108 скважины и ответвляющегося ствола 112 скважины. Хотя сочленение 150 показано с двумя ветвями, в некоторых вариантах воплощения изобретения сочленение может включать в себя более двух ветвей для использования с определенными многоствольными скважинами. Текучая среда из материнского ствола 108 скважины и ответвляющегося ствола 112 скважины может быть собрана в корпусе 152 сочленения и подана на поверхность скважины 104 с помощью насосно-компрессорной колонны (не показана), подсоединенной к сочленению 150 после опускания. Боковая ветвь 158 может включать в себя боковую обсадную колонну 160, которая выполнена с возможностью отфильтровывания осадка, обломочного материала и других материалов, когда текучая среда проходит из ответвляющегося ствола 112 скважины к боковой ветви 158 сочленения 150. В некоторых вариантах воплощения изобретения боковая обсадная колонна 160 может включать в себя одну или несколько труб, трубок или других узлов. Боковая обсадная колонна 160 может быть хвостовиком с щелевыми прорезями или включать в себя внешние разбухающие пакеры, клапаны регулирования притока, скользящие муфты и другие устройства. Вместо боковой обсадной колонны 160 может быть предусмотрен экран или он может быть соединен с боковой обсадной колонной 160 или встроен в нее. Использование термина "боковая обсадная колонна» здесь не означает, что трубы, трубки или другие компоненты, образующие часть боковой обсадной колонны 160, изготовляются из какого-то конкретного материала; а наоборот, компоненты боковой обсадной колонны могут быть изготовлены из любого подходящего материала, включая металлические или неметаллические материалы.
Как показано на фиг. 1, а также на фиг. 2, каждый из корпуса 152 сочленения, ветви 154 основного ствола и боковой ветви 158 включает в себя канал, способный проводить текучую среду. В варианте воплощения изобретения, показанном на фиг. 1, сочленение 150 включает в себя один или более хвостовиков, которые обеспечивают управление текучей средой внутри сочленения 150 и через него. Например, сочленение включает в себя боковой хвостовик 162, который может частично находиться внутри боковой ветви 158 и частично находиться внутри корпуса 152 сочленения. Боковой хвостовик 162 включает в себя канал 166, который может его удлинять для обеспечения гидравлического соединения через боковую ветвь 158 сочленения 150. Следует понимать, что хотя канал 166 описывается как часть бокового хвостовика 162 или определяется им, канал 166 может рассматриваться и как часть боковой ветви 158 сочленения 150.
Стингерный хвостовик 170 может частично находиться внутри ветви 154 основного ствола и частично находиться внутри корпуса 152 сочленения. Стингерный хвостовик 170 удлиняется и в некоторых вариантах воплощения изобретения включает в себя закрытый конец 174, который проходит из отверстия 178 в ветвь 154 основного ствола. Стингерный хвостовик 170 включает в себя наружный диаметр, который меньше, чем внутренний диаметр ветви 154 основного ствола, и, следовательно, стингерный хвостовик 170 может находиться вдоль длины ветви 154 основного ствола так, что между ветвью 154 основного ствола и стингерным хвостовиком 170 образуется кольцевое пространство 182. Уплотнительные элементы 186 крепят стингерный хвостовик 170 в ветви 154 основного ствола и предотвращают попадание текучей среды в кольцевое пространство 182 из выхода отверстия 178. Внутри стингерного хвостовика 170 предусмотрены внешний трубопровод 190 и внутренний трубопровод 194, причем внешний трубопровод 190 проходит от отверстия 212 в стингерном хвостовике 170 к закрытому концу 174 стингерного хвостовика 170. Отверстие 212 выполнено с возможностью позволять гидравлическую связь между кольцевым пространством 182 и внешним трубопроводом 190. Внутренний трубопровод 194 гидравлически связан с внешним трубопроводом 190 и проходит от закрытого конца 174 стингерного хвостовика 170 к камере 220 для обломочного материала, который может быть частью стингерного хвостовика 170, отдельного хвостовика или может быть независимой камерой более постоянно находящейся в сочленении 150. Вместе кольцевое пространство 182, внешний трубопровод 190 и внутренний трубопровод 194 образуют канал 224, который связан как со стингерным хвостовиком 170, так и с сочленением 150. Следует понимать, что хотя канал 224 может описываться как часть стингерного хвостовика 170 или по меньшей мере частично определяться им, канал 224 может также рассматриваться как часть ветви 154 основного ствола сочленения 150.
Стингерный хвостовик 170 дополнительно включает в себя отверстие или собирающее отверстие 230, находящееся вблизи закрытого конца 174 стингерного хвостовика 170. Отверстие 230 позволяет обеспечить гидравлическую связь между внутренним трубопроводом 194 и областью извне стингерного хвостовика 170 или ветвью 154 основного ствола. Отверстие 230 может проходить через стенку стингерного хвостовика 170 под углом, ориентированным к предназначенному направлению потока текучей среды во внутреннем трубопроводе 194. Отверстие 230 не является непосредственно гидравлически связанным с внешним трубопроводом 190. Другими словами, текучая среда, проходящая через внешний трубопровод 190, не входит в отверстие 230, а, наоборот, проходит к закрытому концу 174 стингерного хвостовика 170 и меняет направление, когда она попадает во внутренний трубопровод 194. После попадания во внутренний трубопровод 194, но перед достижением отверстия 230, текучая среда может проходить через область уменьшенного диаметра 234 внутреннего трубопровода 194, что приводит к увеличению скорости потока текучей среды. Когда текучая среда проходит мимо отверстия 230, в нем возникает всасывание в связи с эффектом Вентури, который описывается принципом Бернулли и уравнением непрерывности. Всасывание, получаемое в отверстии 230, способно втянуть текучую среду и обломочный материал из зоны вблизи отверстия 230 во внутренний трубопровод 194. Опять же, важно понимать, что подобно каналу 224 отверстие 230, как часть стингерного хвостовика 170, также может рассматриваться как часть ветви 154 основного ствола сочленения 150.
В некоторых вариантах воплощения изобретения стингерный хвостовик 170 может быть исключен из ветви 154 основного ствола, и взамен этого канал 224 может быть проложен непосредственно через ветвь 154 основного ствола, а отверстие 230 может находиться непосредственно в стенке ветви 154 основного ствола так, что поток текучей среды через канал 224 и мимо отверстия 230 создает всасывание в отверстии 230, способное извлечь текучую среду и обломочный материал в канал 224 через отверстие 230. Например, собирающее отверстие может в этих вариантах воплощения изобретения быть отверстием 178 ветви 154 основного ствола.
В вариантах воплощения изобретения, показанных на фиг. 1 и 2, боковой хвостовик 162, стингерный хвостовик 170 и камера 220 для обломочного материала взаимодействуют для образования инструмента 238 очистки основного ствола. Инструмент очистки 238 основного ствола способен направлять поток текучей среды для создания всасывания в собирающем отверстии таким образом, что обломочный материал может быть собран со ствола скважины. Хотя в конкретных вариантах воплощения изобретения, показанных на фиг. 1 и 2, инструмент 238 очистки ствола скважины является отсоединяемым от остальной части сочленения 150, инструмент 238 очистки основного ствола может вместо этого быть более постоянной частью сочленения 150. Хотя инструмент 238 очистки основного ствола описывается здесь, прежде всего, как часть сочленения или раздвоенного узла, он может быть связан и с другими скважинными узлами. Например, вместо связи с сочленением инструмент очистки основного ствола может быть просто связан или соединен с уплотнительным узлом, таким как стингерный хвостовик 170 (или уплотнительный стингер), который может быть использован для создания уплотнения в скважине между уплотнительным узлом и приемным гнездом полированного штока (PBR). В таком варианте воплощения изобретения уплотнительный узел может быть использован в одиночном стволе скважины без необходимости в сочленении.
Как показано на фиг. 1 и 2, клапанный узел 242 находится внутри канала 166 боковой ветви 158 или гидравлически соединен с ним таким образом, что клапанный узел 242 способен избирательно позволять прохождение потока текучей среды по всей длине канала 166 или может отклонять поток текучей среды через отводное отверстие 246 в боковом хвостовике 162, чтобы позволить гидравлическую связь с каналом 224 ветви основного ствола 154.
Хотя клапанный узел 242 может быть клапаном с выбором положения, он в некоторых вариантах воплощений может включать в себя один или более размещаемых шаров и одну/один или более скользящих муфт и седел клапана. Более конкретно вариант воплощения изобретения показан на фиг. 1 и 2, Седло 250 клапана находится в канале 166 на скважинной стороне отводного отверстия 246. Седло 250 клапана закреплено срезными штифтами 254, имеющими расчетную прочность на срез. Первая скользящая муфта 258 выполнена с возможностью закрывать отводное отверстие 246, когда она находится в первом положении, как показано на фиг. 1. Первый шар 262 может быть размещен в канале 166 для сцепления с первой скользящей муфтой 258 и перемещения ее во второе положение, как показано на фиг. 2. Во втором положении первая скользящая муфта 258 входит в контакт с седлом 250 клапана 250 и по меньшей мере частично открывает отводное отверстие 246, позволяя установить гидравлическую связь между каналом 166 и каналом 224.
Как показано на фиг. 1 и 2, но также и фиг. 8 и 9, вторая скользящая муфта 270 находится в первом положении вверх по потоку от первой скользящей муфты 258, как показано на фиг. 2. Второй шар 274 может быть размещен в канале 166 для сцепления со второй скользящей муфтой 270 и перемещения ее во второе положение, как показано на фиг. 8. Во втором положении вторая скользящая муфта 270 входит в контакт с первой скользящей муфтой 258, а второй шар 274 либо вторая скользящая муфта 270 предотвращает гидравлическую связь через отводное отверстие 246, когда вторая скользящая муфта 270 будет находиться во втором положении. Как показано на фиг. 9, камера 280 для захвата гидравлически связана с каналом 166 и находится ниже его по потоку. Камера 280 для захвата выполнена с возможностью принимать первую скользящую муфту 258, первый шар 262, вторую скользящую муфту 270 и второй шар 274, когда на второй шар прикладывается сила, достаточная для среза срезных штифтов 254 и освобождения седла 250 клапана и первой скользящей муфты 258 в канале 166. Когда первая скользящая муфта 258, первый шар 262, вторая скользящая муфта 270 и второй шар 274 входят в камеру 280 для захвата, большая площадь поперечного сечения камеры 280 для захвата по отношению к каналу 166 разрешает гидравлическую связь через камеру 280 для захвата.
Что касается прежде всего фиг. 1, то при работе сочленение 150 опускается в материнский ствол 108 скважины или обсадную колонну 116 или поднимается оттуда на спускном инструменте 284. Спускной инструмент 284 может быть гидравлически соединен с боковым хвостовиком 162 и может быть гидравлически связан из поверхности скважины 104 и через боковую ветвь 158 сочленения 150. Кроме того, в скважине к сочленению 150 может быть прикреплено другое оборудование. Например, насосно-компрессорная колонна, забойный двигатель и буровое долото или другое оборудование может быть прикреплено к сочленению 150 или боковой обсадной колонне 160 для циркуляции обломочного материала из пути боковой обсадной колонны 160 или для удаления обломочного материала в случае частичного обрушения ответвляющегося ствола 112 скважины. В этом случае "промывочная труба", или труба малого диаметра, может быть спущена в скважину и прикреплена к инструменту 238 очистки основного ствола, а затем извлечена со ствола скважины после удаления инструмента 238 очистки основного ствола, при этом оставляя сочленение 150, боковую обсадную колонну 160 и любые инструменты большого диаметра (т.е. буровое долото, забойный двигатель и т.п.) в скважине.
На фиг. 1, когда боковая ветвь 158, боковая обсадная колонна 160 или другое оборудование входит в контакт с отклоняющей поверхностью 140, боковая ветвь 158, боковая обсадная колонна 160 и оборудование отклоняются в ответвляющийся ствол 112 скважины. Когда эти компоненты вставляются в ответвляющийся ствол 112 скважины, текучая среда может быть подана через боковую ветвь 158, показанную стрелками 288, для удаления и смыва грязи, закупорок и другого обломочного материала из ответвляющегося ствола 112 скважины.
На фиг. 1 установка первой скользящей муфты 258 в первое положение предотвращает гидравлическую связь через отводное отверстие 246. Что касается снова фиг. 2, то когда ветвь 154 основного ствола сочленения 150 достигает отклонителя 120 завершения, клапанный узел 242 располагается так, чтобы отклонить поток текучей среды из канала 166 в канал 224. В то время как размещение ветви 154 основного ствола по отношению к отклонителю 120 завершения может меняться в зависимости от условий скважины и конкретной конфигурации клапанного узла 242, в некоторых вариантах воплощения изобретения может быть желательно активировать или разместить клапанный узел 242, когда ветвь 154 основного ствола находится в пределах двух метров от опускания отклонителя 120 завершения.
Когда первый шар 262 размещается из поверхности в спускной инструмент 284, первый шар 262 перемещается в канал 166 и входит в зацепление с первой скользящей муфтой 258. Первый шар 262 помещается напротив первой скользящей муфты, так как он имеет такие размеры, что не может пройти через первую скользящую муфту 258. При оказании давления текучей среды на первый шар 262 этот шар 262 передвигает первую скользящую муфту 258 во второе положение для контакта с седлом 250 клапана, который также открывает отводное отверстие 246. Продолжающееся давление текучей среды на первый шар 262 приводит к герметичному сцеплению шара с первой скользящей муфтой 258, тем самым предотвращая или существенно сокращая поток текучей среды мимо первого шара 262.
При незакрытом отводном отверстии 246 текучая среда, поступающая через канал 166 (показано стрелками 292), входит в кольцевое пространство 182 (как показано стрелками 294). Как описано ранее, текучая среда поступает во внешний трубопровод 190 через отверстие 212 (как показано стрелками 296) и проходит к закрытому концу 174 стингерного хвостовика 170. В закрытом конце 174 текучая среда меняет направление и попадает во внутренний трубопровод 194, как показано стрелками 298. После поступления во внутренний трубопровод 194 текучая среда проходит мимо отверстия 230, и в отверстии 230, как описывалось ранее, создается всасывание. Это всасывание обеспечивает возможность очистить обломочный материал из скважины в непосредственной близости от отклонителя завершения, когда сочленение продолжает продвигаться и опускаться.
И снова на фиг. 3, при всасывании, образуемом в отверстии 230 в связи с отклонением текучей среды, описанным выше, ветвь 154 основного ствола способна очищать обломочный материал, такой как камень, почва и другие твердые частицы пласта из области вокруг отклоняющей поверхности 140 и области опускания 132 отклонителя завершения. Это всасывание продолжается, пока ветвь 154 основного ствола продвигается в отклонитель завершения, как показано на фиг. 3. Когда обломочный материал втягивается через отверстие 230 в поток текучей среды, проходящей через внутренний трубопровод 194, обломочный материал и текучая среда проходят в камеру 220 для обломочного материала, которая гидравлически соединена с внутренним трубопроводом 194 и в некоторых вариантах воплощения изобретения включает в себя площадь поперечного сечения (взятую перпендикулярно к потоку текучей среды) больше, чем площадь внутреннего трубопровода 194. Увеличенная площадь поперечного сечения позволяет обеспечить уменьшение скорости текучей среды после входа в камеру 220 для обломочного материала. Это уменьшение в скорости текучей среды позволяет захватывать обломочный материал внутри и выталкивать его текучей средой до оседания на дно камеры 220 для обломочного материала для сбора.
Как показано на фиг. 4 и 5, в некоторых вариантах воплощения изобретения камера 220 для обломочного материала может включать в себя множество перегородок 418, расположенных вдоль стенки камеры 220 для обломочного материала. В некоторых вариантах воплощения изобретения перегородки 418 могут быть просто кольцами, расположенными вдоль внутренней поверхности камеры 220 для обломочного материала. В других вариантах воплощения изобретения может быть предусмотрена спиральная или винтовая конфигурация перегородок. В вариантах воплощения изобретения, показанных на фиг. 4 и 5, перегородки 418а расположены выше по потоку от перегородок 418b и удлиняются на меньшее расстояние от стенки камеры 220 для обломочного материала. Такая конфигурация перегородок различного размера может быть предпочтительна, поскольку меньший разрыв потока может быть желательным для текучей среды, поступающей в камеру 220 для обломочного материала. Другими словами, поскольку большие количества (и, предположительно крупные куски) обломочного материала присутствуют, когда текучая среда и обломочный материал сначала поступают в камеру 220 для обломочного материала, для побуждения оседания обломочного материала за перегородками 418а может потребоваться меньшая турбулентность. Но для сбора дополнительного обломочного материала при увеличении потока через камеру обломочного материала могут быть необходимы более турбулентные и, таким образом, более крупные перегородки 418b.
На фиг. 4 и 5, кроме того, показаны опционально подпружиненные створки 424 на входе в камеру 220 для обломочного материала или вблизи него. Створки 424 помогают захватить обломочный материал и предотвратить случайную потерю обломочного материала после сбора или во время удаления камеры 220 для обломочного материала из скважины 104. На фиг. 4 створки 424 показаны в подпружиненном закрытом положении, когда текучая среда не поступает в камеру 220 для обломочного материала. На фиг. 5, когда текучая среда поступает в камеру 220 для обломочного материала, текучая среда толкает створки 424 в открытое положение.
Как показано на фиг. 6 после сбора обломочного материала в камере 220 для обломочного материала ветвь 154 основного ствола сочленения 150 опускается в отклонитель 120 завершения и поток текучей среды к сочленению 150 может быть временно приостановлен.
Как показано на фиг. 7 и 8, второй шар 274 опционально может быть размещен с помощью спускного инструмента 284 в канале 166, если необходимо восстановить циркуляцию текучей среды через боковую ветвь 158 сочленения 150. Чтобы смыть обломочный или иной материал из ответвляющегося ствола 112 скважины, может быть желательным восстановление такого потока. Если второй шар 274 действительно размещен, то он проходит в канал 166 до контакта со второй скользящей муфтой 270. При оказании давления текучей среды выше по потоку от второго шара 274 сила, достаточная для смещения второй скользящей муфты 270 (путем срезания штифтов, связанных со второй скользящей муфтой 270) из первого положения (показано на фиг. 7), смещает второй шар 274 и вторую скользящую муфту 270 во второе положение, показанное на фиг. 8. В этом втором положении вторая скользящая муфта 270 входит в контакт с первой скользящей муфтой 258, а второй шар 274 либо вторая скользящая муфта 270 предотвращает гидравлическую связь через отводное отверстие 246. В данной точке в работе узла 100 гидравлическая связь через как боковую ветвь 158 и ветвь 154 основного ствола предотвращена или существенно уменьшена.
Как показано на фиг. 9, дополнительное давление текучей среды выше по потоку от второго шара 274 оказывает усилие среза на срезные штифты 254, связанные с седлом 250 клапана. Срез срезных штифтов 254 разрешает перемещение первой скользящей муфты 258, первого шара 262, второй скользящей муфты 270 и второго шара 274 по каналу 166 в камеру 280 для захвата, которая гидравлически соединена с каналом 166 и находится ниже его по потоку. Плечо 914 в камере 280 для захвата предотвращает выход первой скользящей муфты 258, первого шара 262, второй скользящей муфты 270 и второго шара 274 из камеры 280 для захвата. Большая площадь поперечного сечения камеры 280 для захвата по отношению к каналу 166 разрешает гидравлическую связь вокруг первой скользящей муфты 258, первого шара 262, второй скользящей муфты 270 и второго шара 274 в камере 280 для захвата, тем самым восстанавливая гидравлическую связь с ответвляющимся стволом 112 скважины. Возобновление гидравлической связи с ответвляющимся стволом 112 скважины позволяет установку сочленения и пакеров, как описано ниже.
Как показано на фиг. 10 и 11, спускной инструмент 284, стингерный хвостовик 170 и боковой хвостовик 162 могут быть удалены из сочленения 150. Третий шар 1012 размещается в скважине с помощью спускного инструмента 284, что помогает в установке уплотнительного элемента или пакера 1016. Пакер 1016 размещается внутри кольцевого пространства 1020 между сочленением 150 и обсадной трубой 116 для предотвращения поступления текучей среды в кольцевом пространстве 1020 пакера 1016 на поверхность скважины 104. После установки пакера 1016 спускной инструмент 284, стингерный хвостовик 170 (в том числе камера 220 для обломочного материала) и боковой хвостовик 162 удаляются из скважины 104. После удаления этих компонентов опускание и установка сочленения 150 завершается, как показано на фиг. 11, а сочленение 150 может объединять скважинную продукцию из ответвляющегося ствола 112 скважины и материнского ствола 108 скважины перед доставкой скважинной продукции на поверхность скважины 104.
Как показано на фиг. 12 и 13, узел 1200 в соответствии с иллюстративным вариантом воплощения изобретения может находиться в скважине подобно узлу 100, описанному ранее со ссылкой на фиг. 1-11. Узел 1200 может включать в себя отклонитель завершения (не показан), аналогичный отклонителю 120 завершения, который установлен в материнском стволе скважины. Кроме того, узел 1200 может включать в себя сочленение 1208, содержащее корпус 1212 сочленения, ветвь 1216 основного ствола и боковую ветвь 1220. Сочленение 1208 может быть опущено на пересечение материнского ствола скважины и ответвляющегося ствола скважины аналогично описанному выше. Ветвь 1216 основного ствола принимает отклонитель завершения или другое устройство завершения, которое помогает в закреплении сочленения 1208 на пересечении и обеспечивает герметичное сцепление между ветвью 1216 основного ствола и материнским стволом скважины, тем самым обеспечивая поступление скважинной продукции из материнского ствола скважины в ветвь 1216 основного ствола. Боковая ветвь 1220 размещается в ответвляющемся стволе скважины и может включать в себя экран, как описано выше.
Каждый из корпуса 1212 сочленения, ветви 1216 основного ствола и боковой ветви 1220 включает канал, способный проводить текучую среду. В вариантах воплощения изобретения, показанных на фиг. 12 и 13, сочленение 1208 включает в себя один или несколько хвостовиков, которые управление текучей средой внутри соединения 1208 и через него. Например, сочленение 1208 включает в себя хвостовик 1230, который может быть частично размещен внутри каждого из корпуса 1212 сочленения, ветви 1216 основного ствола и боковой ветви 1220. Хвостовик 1230 включает в себя канал 1234, который может простираться по меньшей мере частично через корпус 1212 сочленения и по меньшей мере частично через боковую ветвь 1220. Данный хвостовик дополнительно может включать в себя канал 1238, который может простираться по меньшей мере частично через корпус 1212 сочленения и по меньшей мере частично через ветвь 1216 основного ствола. Отводное отверстие 1242 способно обеспечивать гидравлическую связь между каналом 1234 и каналом 1238. Следует понимать, что хотя каналы 1234 и 1238 могут быть описаны как часть стингерного хвостовика 1230 или по меньшей мере частично определяться им, они могут рассматриваться также как часть боковой ветви 1220 и ветви 1217 основного ствола, соответственно, сочленения 1208.
Клапанный узел 1260 помещен внутри или гидравлически соединен по меньшей мере с одним из каналов 1234 и 1238 так, что клапанный узел 1260 способен избирательно позволять поток текучей среды по всей длине канала 1234 или способен отклонять поток текучей среды через отводное отверстие 1242, чтобы разрешить гидравлическую связь с каналом 1238. Клапанный узел 1260 может включать в себя множество компонентов управления потоком, а в некоторых вариантах воплощения изобретения клапанный узел 1260 включает в себя седло 1264 клапана и корпус 1268 клапана. Корпус 1268 клапана включает в себя проход 1272, через который текучая среда может проходить, когда корпус 1268 клапана находится в первом положении (показано на фиг. 12). В этом первом положении корпус 1268 клапана также перекрывает отводное отверстие 1242, предотвращая гидравлическую связь между проходами 1234 и 1238. Поскольку давление в канале 1234 увеличивается, пружина 1276, которая смещает корпус 1268 клапана в направлении первого положения, сжимается, что позволяет корпусу 1268 клапана перемещаться во второе положение (показано на фиг. 13). Во втором положении проход 1272 блокируется так, что текучая среда больше не может проходить по всей длине канала 1234. Движение корпуса 1268 клапана во второе положение также открывает отводное отверстие 1242, тем самым позволяя гидравлическую связь между каналом 1234 и каналом 1238.
Когда текучая среда в канале 1234 проходит через отводное отверстие 1242 в канал 1238, текучая среда и обломочный материал из скважины могут втягиваться в канал 1234 через отверстие 1280, предусмотренное в хвостовике 1230 или ветви 1216 основного ствола. Обломочный материал и текучая среда, указанные стрелками 1284, затем поступают в камеру 1288 для обломочного материала. Камера 1288 для обломочного материала, аналогичная тем, которые ранее описаны, может опционально включать в себя перегородки 1292 и подпружиненную створку 1296, что помогает захватить обломочный материал в камере 1288 для обломочного материала.
Одним из различий между узлом 1200 и другими, описанными здесь, является то, что клапанный узел активируется при увеличении давления или потока текучей среды в скважине. Поскольку втягивание обломочного материала в канал 1234 вызывается отрицательным давлением, создаваемым ближе к пересечению ветви 1216 основного ствола и боковой ветви 1220 (в отличие от узла 100, который был задействован отрицательным давлением, получающимся вблизи конца ветви основного ствола), для создания большего всасывания, необходимого для захвата и извлечения обломочного материала из скважины требуются более высокие скорости текучей среды через каналы 1234 и 1238.
Контроль и сбор обломочного материала в скважине может быть важным для обеспечения надлежащего уплотнения между поверхностями во время скважинных операций. Аналогично управление обломочным материалом может быть важным в процессе завершения скважины до начала добычи. Настоящее изобретение описывает узлы, системы и способы для управления обломочным материалом и его сбора. Помимо описанных ранее вариантов воплощения изобретения, объем изобретения также включает многие примеры конкретных комбинаций, некоторые из них детализированы в описании ниже.
Пример 1. Узел, выполненный с возможностью быть размещенным в скважине на пересечении материнского ствола скважины и бокового ствола скважины и содержащий:
сочленение, имеющее ветвь основного ствола и боковую ветвь;
канал в ветви основного ствола, выполненный с возможностью принимать текучую среду;
отверстие в сочленении, гидравлически соединенное с каналом так, что среда, протекающая в канале, образует всасывание в отверстии для втягивания обломочного материала в скважине через отверстие в канал.
Пример 2. Узел, выполненный с возможностью быть размещенным в скважине на пересечении материнского ствола скважины и бокового ствола скважины и содержащий:
сочленение, имеющее ветвь основного ствола и боковую ветвь;
первый канал, размещенный по меньшей мере частично в боковой ветви;
второй канал, размещенный по меньшей мере частично в ветви основного ствола; и
клапанный узел, гидравлически соединенный с первым каналом для избирательного отклонения текучей среды от первого канала ко второму каналу.
Пример 3. Способ завершения скважины, имеющей основной ствол и боковой ствол, содержащий:
размещение сочленения, имеющего ветвь основного ствола и боковую ветвь в скважине, причем ветвь основного ствола имеет собирающее отверстие, гидравлически соединенное с каналом в ветви основного ствола;
обеспечения протекания текучей среды по каналу для создания всасывания в собирающем отверстии; и
сбор обломочного материала из скважины через собирающее отверстие.
Пример 4. Инструмент очистки основного ствола, размещаемый в стволе скважины и содержащий:
хвостовик, имеющий канал и отверстие;
камеру для обломочного материала, гидравлически соединенную с каналом хвостовика, для получения обломочного материала, удаляемого из ствола скважины через отверстие;
причем по меньшей мере одно из хвостовика и камеры для обломочного материала может быть размещено с возможностью его удаления в раздвоенном узле.
Пример 5. Инструмент очистки основного ствола по примеру 4, в котором всасывание создается в непосредственной близости к отверстию для втягивания обломочного материала из ствола скважины в канал.
Пример 6. Инструмент очистки основного ствола по примеру 5, в котором всасывание создается эффектом Вентури, вызываемым текучей средой, протекающей в канале.
Пример 7. Инструмент очистки основного ствола, размещаемый в стволе скважины и содержащий:
хвостовик, имеющий канал и отверстие;
камеру для обломочного материала, гидравлически соединенную с каналом хвостовика, для получения обломочного материала, удаляемого из ствола скважины через отверстие;
причем по меньшей мере одно из хвостовика и камеры для обломочного материала может быть присоединено с возможностью его удаления к раздвоенному узлу.
Из приведенного выше должно быть очевидно, что были предложены варианты реализации изобретения, имеющие значительные преимущества. Хотя варианты воплощения настоящего изобретения представлены только в немногих видах, они не ограничиваются, а наоборот, являются пригодными для различных изменений и модификаций без отступления от существа настоящего изобретения.