Способ установки трубного узла в скважину

Способ установки трубного узла в скважину

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способу установки трубного узла в скважину, образованную в земном пласте, при этом трубный узел включает несколько расширяемых трубчатых элементов. Трубчатыми элементами могут быть, например, секции обсадной колонны скважины или обсадные хвостовики.

Уровень техники

В обычных способах бурения скважин трубчатую обсадную колонну устанавливают в скважине с выбранными интервалами глубины. Каждая новая обсадная колонна, подлежащая установке, должна проходить через ранее установленную обсадную колонну, поэтому новая обсадная колонна должна иметь меньший диаметр, чем установленная ранее обсадная колонна. В результате такой процедуры диаметр скважины для добычи флюидов становится меньше с увеличением глубины. Для очень глубоких скважин или для скважин, в которых обсадную колонну необходимо устанавливать с относительно короткими интервалами, такая обычная схема установки обсадной колонны может сделать скважину экономически невыгодной. С учетом этого было предложено радиально расширять секции обсадной колонны/обсадного хвостовика после установки на желаемую глубину.

В ЕР-А-1044316 раскрыт способ, с помощью которого устанавливают в скважину первый трубчатый элемент и устанавливают в скважину второй трубчатый элемент, так что верхняя часть второго трубчатого элемента входит в нижнюю часть первого трубчатого элемента с образованием перекрывающейся части трубчатых элементов. Затем верхнюю часть второго трубчатого элемента радиально расширяют в направлении первого трубчатого элемента, так что в результате указанная нижняя часть первого трубчатого элемента радиально расширяется.

Недостатком известного способа является то, что расширяющие усилия, необходимые для расширения нижней части первого трубчатого элемента, обычно являются экстремально большими.

Раскрытие изобретения

Поэтому целью данного изобретения является создание улучшенного способа установки трубного узла в скважину, который исключает недостаток известного способа.

Согласно изобретению, создан способ установки трубного узла в скважину, образованную в земном пласте, причем трубный узел включает несколько расширяемых трубчатых элементов, при этом способ содержит:

- установку первого трубчатого элемента в скважину;

- установку второго трубчатого элемента в скважину так, что концевая часть второго трубчатого элемента входит в концевую часть первого трубчатого элемента с образованием перекрывающейся части трубного узла, при этом указанная перекрывающаяся часть расположена в скважине так, что вокруг перекрывающейся части расположено радиально деформируемое тело; и

- радиальное расширение концевой части второго трубчатого элемента в направлении концевой части первого трубчатого элемента так, что концевая часть первого трубчатого элемента претерпевает радиальное расширение, а указанное деформируемое тело радиально деформируется.

За счет этого достигается уменьшение расширяющего усилия, поскольку усилие, необходимое для расширения перекрывающейся части, остается внутри приемлемых пределов за счет расширения первого трубчатого элемента против действия радиально расширяемого тела вместо расширения против действия слоя затвердевшего цемента, как в уровне техники.

Второй трубчатый элемент предпочтительно проходит ниже первого трубчатого элемента и при этом верхняя концевая часть второго трубчатого элемента входит в нижнюю концевую часть первого трубчатого элемента.

В предпочтительном варианте выполнения деформируемое тело включает, по меньшей мере, сжимаемую часть земного пласта или деформируемый объем, расположенный в кольцевом пространстве, образованном между трубным узлом и стенкой скважины.

Кроме того, деформируемый объем, предпочтительно, включает, по меньшей мере, объем текучей среды, объем эластомера, объем пеноцемента или объем пористого материала.

Такой деформируемый объем, предпочтительно, включает объем текучей среды, занятой, по меньшей мере, жидкостью, газом, гелем или незатвердевающую текучую среду, выбранную из вязкопластичной жидкости, жидкости Хершеля-Булклей, жидкости, имеющей антитиксотропные характеристики, и флюидной системы, имеющей конечный предел текучести при нулевой скорости сдвига.

Другой аспект изобретения относится к системе для инициирования радиального расширения трубчатого элемента в скважине, содержащей расширитель трубчатого элемента, исполнительный механизм для протягивания расширителя через трубчатый элемент и анкер для крепления исполнительного механизма на трубчатом элементе.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится подробное описание изобретения в качестве примера со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1А-С - последовательные стадии установки трубного узла в скважину в соответствии с первым вариантом выполнения способа согласно изобретению;

фиг.2A-D - последовательные стадии установки трубного узла в скважину в соответствии со вторым вариантом выполнения способа согласно изобретению;

фиг.3А-С - последовательные стадии установки трубного узла в скважину в соответствии с третьим вариантом выполнения способа согласно изобретению;

фиг.4А-С - пример выполнения расширяющего инструмента, используемого в способе согласно изобретению, во время последовательных стадий процесса расширения.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.1А, обсадную колонну 2 опускают в скважину 4 в не расширенном состоянии и затем последовательно расширяют против действия стенки 8 скважины. Поскольку стенка 8 скважины имеет несколько неравномерную форму, то расширенная обсадная колонна 2 может быть не в полном контакте со стенкой 8 скважины. Земной пласт 6 может несколько сжиматься, так что в результате расширения обсадной колонны 2 к стенке 8 скважины обсадная колонна 2 с герметизацией прилегает к стенке 8 скважины в точках контакта.

Как показано на фиг.1В, пробуривают другую секцию 9 скважины и опускают второй расширяемый трубчатый элемент в виде хвостовика 10 через обсадную колонну 2. Хвостовик 10 располагают в скважине 4 так, что верхняя часть 12 хвостовика 10 входит в нижнюю часть 14 обсадной колонны 2 с образованием перекрывающейся части 16 обсадной колонны 2 и хвостовика 10. Кольцо 17 уплотняющего эластомера проходит вокруг верхней концевой части 12 хвостовика 10.

Как показано на фиг.1C, хвостовик 10 радиально расширяют против действия стенки 8 скважины, за счет чего верхняя часть 12 хвостовика расширяется к нижней части обсадной колонны 2. В результате, нижняя часть 14 обсадной колонны 2 дополнительно расширяется против действия земного пласта 6, который за счет этого (дополнительно) сжимается. Уплотнительное кольцо 17 герметизирует хвостовик 10 относительно обсадной колонны 2.

Таким образом обеспечивается установка расширенного трубного узла из обсадной колонны 2 и хвостовика 10 в скважину, за счет чего обеспечивается зональная изоляция посредством расширения обсадной колонны 2 и хвостовика 10 к стенке 8 скважины. Следует отметить, что "зональная изоляция" означает, что предотвращается миграция флюидов скважины (таких как углеводородные флюиды высокого давления из земного пласта) через путь прохождения потока между трубным узлом и стенкой 8 скважины.

На фиг.2A-D показан другой вариант выполнения способа, с помощью которого радиально расширенную обсадную колонну 2 вводят в скважину 4.

Как показано на фиг.2А, 2В, канал 20 проходит через обсадную колонну 2 и проходит через нижний запор в виде башмака 22 с обратным клапаном, расположенного на нижнем конце обсадной колонны 2. Объем цемента 24 закачивают через канал 20 в нижнюю часть скважины 4 и оттуда в кольцевое пространство 26, образованное между обсадной колонной 2 и стенкой 8 скважины. Порция незатвердевающего текучего материала в виде геля 28 находится между парой цементировочных пробок 30, 31. Порцию геля 28 нагнетают за цементный объем 24 через канал 20 в кольцевое пространство 26. Количество геля является достаточным для заполнения части кольцевого пространства 26, расположенного вокруг нижней части 14 обсадной колонны 2. Нижняя цементировочная пробка 31 выполнена так, что она разрушается после остановки при прокачивании через канал 20 с помощью подходящего стопорного выступа (не изображен), расположенного на нижнем конце канала 20. Гель, предпочтительно, имеет относительно высокий предел текучести. Например, гель можно использовать с вязкопластичной жидкостью, жидкостью Хершеля-Булклей или любой другой текучей средой, имеющей конечный предел текучести при нулевой скорости сдвига. В этой связи можно сослаться, например, на монографию Р.В.Ворлоу "Реологичесие технологии", Ellis Horwood Ltd, 2-е изд. (1972), ISBN 0-13-77537005, стр. 12-18. Кроме того, можно использовать гель, имеющий реверсивное, зависящее от времени увеличение вязкости (обычно известное как отрицательная тиксотропия или антитиксотропия; см. стр. 20-23 указанной монографии).

После разрушения цементировочной пробки 31 после прокачивания к стопорному выступу вся порция геля 28 нагнетается в часть кольцевого пространства 26 вокруг нижней части 14 обсадной колонны 2 (фиг.2В). Объем геля 28 остается ниже объема цемента 24 в кольцевом пространстве 26 за счет разницы в плотности между гелем и цементом. Кроме того, гель не мигрирует в цемент во время процесса нагнетания за счет его высокого предела текучести.

Как показано на фиг.2С, в следующей стадии канал 20 удаляют из скважины 4, и скважину 4 углубляют после затвердевания цемента 24 в кольцевом пространстве 26. Часть кольцевого пространства 26 вокруг нижней части 14 обсадной колонны 2 не цементируется, поскольку в указанной части присутствует гель. Затем расширяемый хвостовик 10 опускают в скважину 4 через обсадную колонну 2, пока хвостовик не будет вблизи дна скважины 4, за счет чего верхняя часть 12 хвостовика 10 входит в нижнюю часть 14 обсадной колонны 2, так что образуется перекрывающаяся часть 16 обсадной колонны 2 и хвостовика 10.

Как показано на фиг.2D, в следующей стадии хвостовик 10 радиально расширяют, за счет чего верхняя часть 12 хвостовика 10 расширяется против действия нижней части 14 обсадной колонны 2. Расширение хвостовика 10 происходит так, что его внутренний диаметр становится, по существу, равным внутреннему диаметру расширенной обсадной колонны 2. В результате, нижняя часть 14 обсадной колонны 2 дополнительно расширяется. Такое расширение нижней части 14 обсадной колонны 2 возможно за счет отсутствия цемента в кольцевом пространстве 26 у перекрывающейся части 16 обсадной колонны 2 и хвостовика 10. Затем расширенный хвостовик 10 цементируют в скважине с помощью слоя цемента 34.

На фиг.3А-С показан другой вариант выполнения способа, с помощью которого обсадную колонну 2 радиально расширяют в скважине 4.

Как показано на фиг.3А, нижняя часть скважины 4 расширена для увеличения ее диаметра перед установкой обсадной колонны 2 в скважину 4. Слой пеноцемента 36 нагнетают в кольцевое пространство 26 вокруг обсадной колонны 2.

Как показано на фиг.3В, затем бурят другую секцию скважины 4 и устанавливают расширяемый хвостовик 10 в скважину 4 через обсадную колонну 2, пока хвостовик 10 не будет вблизи дна скважины 4. В этом положении верхняя часть 12 хвостовика 10 входит в нижнюю часть 16 обсадной колонны 2, образуя тем самым перекрывающуюся часть 16 обсадной колонны 2 и хвостовика 10.

Как показано на фиг.3С, затем хвостовик 10 радиально расширяют, по существу, до того же внутреннего диаметра, что и расширенная обсадная колонна 2, так что в результате этого нижняя часть 14 обсадной колонны 2 дополнительно расширяется. Такое дополнительное расширение нижней части 14 обсадной колонны 2 возможно за счет сжимаемости пеноцемента (вследствие упругой и/или пластической деформации), окружающего перекрывающуюся часть 16. Затем расширенный хвостовик 10 цементируют в скважине с помощью слоя пеноцемента 38.

На фиг.4А-С показан пример выполнения расширяющего инструмента 40 для применения в способе согласно изобретению. Расширяющий инструмент 40 включает расширяемую нижнюю пробку 42 для закрывания нижнего конца расширенного хвостовика 10, расширяющий конус 44 для расширения хвостовика 10, гидравлический исполнительный механизм 46 (называемый также "умножитель усилия"), способный протягивать конус 44 в хвостовик 10, и расширяемый анкер 48 для крепления верхнего конца гидравлического исполнительного механизма 46 на хвостовике 10. Расширяющий конус 44 имеет сквозное отверстие 49, которое соединено с возможностью прохождения жидкости с насосом (не изображен) на поверхности через проход для жидкости (не изображен), проходящий через гидравлический исполнительный механизм 46, анкер 48 и цепочку труб 50, которая проходит от анкера 48 к насосу на поверхности.

Во время нормального использования расширяющий инструмент 40 сначала подвешивают с помощью цепочки труб 50 в положении, в котором расширяющий конус 44 расположен ниже хвостовика 10 (фиг.4А). Затем анкер 48 расширяют к внутренней поверхности хвостовика 10 так, что он закрепляется в нем, и приводят в действие гидравлический исполнительный механизм для втягивания расширяющего конуса 44 и нижней пробки 42 в нижнюю концевую часть хвостовика 10, за счет чего нижняя концевая часть радиально расширяется (фиг.4В). Затем нижнюю пробку 42 неподвижно устанавливают в нижней концевой части хвостовика 10, отсоединяют расширяющий конус 44 от нижней пробки 42 и закачивают жидкость под большим давлением с поверхности через цепочку труб 50 в хвостовик 10. В результате, расширяющий конус 44 прокачивают наверх через хвостовик 10, который за счет этого расширяется (фиг.4С). Цепочку труб 50 поднимают с поверхности синхронно с движением вверх расширяющего конуса 44.

1. Способ установки трубного узла в скважину, образованную в земном пласте, причем трубный узел включает несколько расширяемых трубчатых элементов, при этом способ содержит установку первого трубчатого элемента в скважину; установку второго трубчатого элемента в скважину, так что концевая часть второго трубчатого элемента входит в концевую часть первого трубчатого элемента с образованием перекрывающейся части трубного узла, при этом указанная перекрывающаяся часть расположена в скважине так, что вокруг перекрывающейся части расположено радиально деформируемое тело; и радиальное расширение концевой части второго трубчатого элемента к концевой части первого трубчатого элемента такое, что концевая часть первого трубчатого элемента претерпевает радиальное расширение, а указанное деформируемое тело радиально деформируется, при этом между первым трубчатым элементом и стенкой скважины присутствует тело из цемента, характеризующееся тем, что деформируемое тело является жидкостным объемом, который нагнетают между первым трубчатым элементом и стенкой скважины перед затвердеванием цемента.

2. Способ по п.1, в котором второй трубчатый элемент проходит ниже первого трубчатого элемента, при этом верхняя концевая часть второго трубчатого элемента входит в нижнюю концевую часть первого трубчатого элемента.

3. Способ по п.1, в котором деформируемое тело включает, по меньшей мере, сжимаемую часть земного пласта или деформируемый объем, расположенный в кольцевом пространстве, образованном между трубным узлом и стенкой скважины.

4. Способ по п.3, в котором деформируемый объем включает, по меньшей мере, объем текучей среды, объем эластомера, объем пеноцемента или объем пористого материала.

5. Способ по п.4, в котором деформируемый объем включает объем текучей среды, включающей, по меньшей мере, жидкость, газ, гель или незатвердевающую текучую среду, выбранную из вязкопластичной жидкости, жидкости Хершеля-Булклей, жидкости, имеющей антитиксотропные характеристики.

6. Способ по п.5, в котором объем текучей среды включает незатвердевающую жидкость, при этом способ дополнительно содержит нагнетание объема незатвердевающей жидкости в часть указанного кольцевого пространства, окружающего перекрывающуюся часть.

7. Способ по п.6, дополнительно содержащий нагнетание объема затвердевающей жидкости в остальную часть указанного кольцевого пространства для закрепления трубного узла в скважине.

8. Способ по п.7, в котором объем незатвердевающей жидкости нагнетают в скважину в виде порции, которую нагнетают после нагнетания указанного объема цемента в кольцевое пространство.

9. Способ по п.8, в котором указанную порцию нагнетают в скважину через канал, проходящий в скважину, при этом порцию располагают между парой пробок, расположенных в канале.

10. Способ по п.9, в котором каждая пробка является цементировочной пробкой или долотообразным выступом.

11. Способ по любому из пп.7-10, в котором затвердевающая жидкость имеет меньший удельный вес чем незатвердевающая жидкость.

12. Способ по п.4, в котором деформируемый объем включает объем пеноцемента, при этом способ дополнительно содержит нагнетание объема пеноцемента в часть указанного кольцевого пространства, расположенного вокруг указанной перекрывающейся части трубного узла.

13. Способ по любому из пп.1-10 или 12, в котором каждый трубчатый элемент снабжен, по меньшей мере, одним эластомерным уплотнением, расположенным между трубчатым элементом и стенкой скважины, для герметизации трубчатого элемента относительно стенки скважины.

14. Способ по п.11, в котором каждый трубный элемент снабжен, по меньшей мере, одним эластомерным уплотнением, расположенным между трубчатым элементом и стенкой скважины, для герметизации трубчатого элемента относительно стенки скважины.

15. Система для инициирования радиального расширения трубчатого элемента в скважине, содержащая расширитель для расширения трубчатого элемента, исполнительный механизм для протягивания расширителя через трубчатый элемент и анкер для крепления исполнительного механизма на трубчатом элементе, характеризующаяся тем, что система дополнительно содержит пробку для закрывания нижней концевой части трубчатого элемента, при этом указанная пробка расположена на стороне расширителя, противоположной исполнительному механизму, и разъемно соединена с расширителем.

16. Система по п.15, в которой анкер входит в трубчатый элемент и выполнен с возможностью радиального расширения к внутренней поверхности трубчатого элемента.

17. Система по п.15, в которой, по меньшей мере, исполнительный механизм или анкер выполнены гидравлическими.

18. Система по п.15, в которой анкер и исполнительный механизм снабжены проходом для жидкости для нагнетания жидкости в трубчатый элемент между расширителем и пробкой, когда пробка отсоединена от расширителя.

19. Система по любому из пп.15-18, в которой расширитель проходит ниже трубчатого элемента, при этом анкер и, по меньшей мере, часть исполнительного механизма проходят внутри трубчатого элемента.