Скоростная подъемная колонна, способ ее установки (варианты) и предохранительное устройство для нее

Скоростная подъемная колонна, способ ее установки (варианты) и предохранительное устройство для нее

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к скоростным подъемным колоннам и к устройствам, системам и способам, относящимся к предоставлению и использованию скоростных подъемных колонн.

В нефтегазовой промышленности скважины бурят для получения доступа к подземным пластам, содержащим углеводороды. Когда соответствующее устройство помещается в скважине и на поверхности, углеводороды могут вытекать из пласта или резервуара на поверхность. Однако с течением времени условия могут измениться, так что скорость поступления углеводородов снижается или даже прекращается. Например, в скважинах для добычи газа при падении давления в резервуаре скорость газа, протекающего через производственную трубу, может оказаться недостаточной для транспортировки на поверхность жидкости, присутствующей в газе. Таким образом, с течением времени жидкости скапливаются в скважине и в конечном счете мешают добыче.

Одним из признанных способов решения проблемы в этой ситуации является помещение труб или колонны меньшего диаметра в существующей эксплуатационной колонне, так что газ поступает на поверхность через трубу меньшего диаметра. Уменьшение площади потока ведет к повышению скорости потока, достаточной для переноса жидкостей из скважины, откуда и имеет место термин «скоростная подъемная колонна» для описания системы труб.

Нефтегазовые скважины отличаются наличием ряда предохранительных систем, предназначенных для предотвращения неконтролируемого высвобождения флюида из резервуара, включая применение одного или больше предохранительных клапанов в эксплуатационной колонне, которая переносит нефть или газ на поверхность. Типичный предохранительный клапан будет установлен внутри эксплуатационной колонны и будет управляться с поверхности через одну или больше управляющих линий, установленных с внешней стороны эксплуатационной колонны. Клапаном может быть подпружиненный клапанный затвор, который, будучи приведен в действие, действует как запорный клапан и будет открываться для того, чтобы пропустить поток с поверхности в скважину, но будет препятствовать потоку из резервуара на поверхность.

При установке в скважине скоростной подъемной колонны желательно сохранять функциональность предохранительного клапана. Таким образом, одним из решений является применение скоростной подъемной колонны с такими размерами, при которых верхний конец колонны оказывается непосредственно под существующим предохранительным клапаном. Колонна может быть подвешена на пакере, пропущенном внутрь и помещенном под предохранительным клапаном. При желании другая скоростная подъемная колонна помещается в верхней части скважины, причем нижний конец этой колонны помещается непосредственно над предохранительным клапаном. Однако такая компоновка имеет ряд недостатков, одним из которых является прерывание области потока между скоростными подъемными колоннами: когда поток покидает верхний конец нижней скоростной подъемной трубы, скорость газа падает, и жидкость может выделяться из потока флюида. Наличие пакера также ведет к уменьшению наличной области потока.

В некоторых случаях может оказаться невозможным пропустить пакер через ограничения, созданные предохранительным клапаном. В этой ситуации может быть представлена скоростная подъемная колонна, которая проходит через предохранительный клапан; однако это устраняет функциональность предохранительного клапана, удаляя один слой безопасности из работы скважины.

Согласно настоящему изобретению предлагается способ установки скоростной подъемной колонны, который содержит:

пропуск скоростной подъемной колонны в буровую скважину; и

выдвижение элемента или ключа на колонне для взаимодействия с профилем в стенке ствола скважины и поддержки таким образом колонны.

Другой аспект изобретения относится к скоростной подъемной колонне, имеющей поддерживающий колонну ключ, который может выдвигаться для взаимодействия с профилем в стенке скважины.

Использование ключа и профиля для поддержки скоростной подъемной колонны может устранить потребность в применении пакера для взаимодействия со стволом скважины и поддержки колонны. Пакер, способный пройти через существующий предохранительный клапан с последующим расширением или настроенный на поддержку скоростной подъемной колонны со стенки ствола скважины ниже предохранительного клапана может быть относительно прочной конструкцией. Как таковой, пакер будет стремиться занимать значительный объем и устанавливать ограничения на диаметр скоростной подъемной колонны. Например, обычно не существует возможности применить скоростную подъемную колонну диаметром больше чем 2 7/8 дюйма (83 мм), когда колонну устанавливают через пакер ниже предохранительного клапана в эксплуатационной колонне диаметром 4 S дюйма (114,3 мм) (понижение диаметра при двух стандартных размерах). Однако варианты реализации настоящего изобретения могут позволить, например, установку скоростной подъемной колонны диаметром 3 S дюйма (89 мм) в эксплуатационной колонне диаметром 4 S дюйма (114,3 мм) (единое уменьшение размера). Нормальными размерами труб, применяемыми в комплектах, являются: 2 3/8 дюйма (60,3 мм); 2 7/8 дюйма (83 мм); 3 S дюйма (89 мм); 4 S дюйма (114,3 мм; 5 дюймов (12 7 мм); 5 S дюйма (139,7 мм) и 7 дюймов (177,8 мм), хотя трубы в 5 дюймов применяются редко.

Колонна может быть предназначена для взаимодействия с ограничением канала или непроходимостью. Колонна может включать в себя непроходной элемент или ключ и может быть выполнена таким образом, что взаимодействие ключа с непроходимостью вызывает выдвижение взаимодействующего с профилем ключа в зацепление с соответствующим стопорным профилем. Взаимодействующий с непроходимостью ключ может быть конфигурирован для втягивания при выдвижении взаимодействующего с профилем ключа. Типичная непроходимость, такая как должна быть предусмотрена в ниппеле предохранительного клапана, обычно не приспособлена для поддержки значительного веса, такого как вес скоростной подъемной колонны. Соответственно варианты реализации изобретения могут использовать взаимодействие с непроходимостью как установочный механизм и далее как механизм выдвижения взаимодействующего с профилем ключа; стопорный, связанный с непроходимостью, обычно лучше приспособлен для поддержки значительного веса.

Ключ может обладать способностью втягиваться для того, чтобы облегчить или допустить возвращение колонны. В одном варианте реализации применение направленного вверх натяжения к колонне приведет ко втягиванию ключа.

Профиль может быть предусмотрен в сочетании с областью уплотнения или хонингованной расточкой и может образовать, таким образом, часть ниппеля. Профиль может быть частью имеющего отверстия или ниппеля предохранительного клапана, то есть ниппель предлагается в сочетании с портом, который может сообщаться с линией управления.

Способ может содержать формирование уплотнения со стенкой ствола скважины с любой стороны порта. Колонна может включать в себя уплотнительные элементы, которые приспособлены для размещения выше и ниже порта для создания изолированного объема. Колонна может быть приспособлена для того, чтобы допустить сообщение по текучей среде между этим объемом и соответствующим инструментом или устройством, таким как вставной предохранительный клапан или входной управляющий клапан.

Способ может содержать опускание устройства или клапана в ствол скважины и устройство или клапан могут быть приспособлены для того, чтобы оперативно объединяться со скоростной подъемной колонной. Устройство или клапан могут опускаться вместе со скоростной подъемной колонной, или же опускаться отдельно от скоростной подъемной колонны. Вставной предохранительный клапан может быть введен в ствол скважины для установки в скоростной подъемной колонне, с клапаном и колонной, приспособленными так, что клапаном можно управлять через линии управления, соединенные с ниппелем предохранительного клапана. С другой стороны, или в дополнение, клапаном может быть входной управляющий клапан, приспособленный для пропуска или выпуска текучей среды, обычно газа. Например, в кольце между верхним концом скоростной подъемной колонны и эксплуатационной колонной может собираться газовая шапка, и клапан может открываться для того, чтобы допустить выпуск газовой шапки в скоростную подъемную колонну.

Клапан может быть приспособлен для взаимодействия с возможностью отделения с колонной, например клапан может включать в себя выдвижной ключ или другой элемент, приспособленный для взаимодействия с профилем, сформированным в колонне.

Согласно настоящему изобретению предлагается способ установки скоростной подъемной колонны, который содержит:

пропуск скоростной подъемной колонны в эксплуатационную колонну для взаимодействия с ниппелем предохранительного клапана; и

пропуск предохранительного клапана скоростной подъемной колонны в скоростную подъемную колонну и соединение предохранительного клапана с портом на ниппеле предохранительного клапана.

Предохранительный клапан может быть соединен с портом через скоростную подъемную колонну.

Способ может включать в себя операцию первоначального извлечения существующего предохранительного клапана из эксплуатационной колонны.

Другой аспект настоящего изобретения относится к предохранительному устройству скоростной подъемной колонны, содержащему:

скоростную подъемную колонну, приспособленную для взаимодействия с ниппелем предохранительного клапана; и

предохранительный клапан, приспособленный для взаимодействия со скоростной подъемной колонной и сообщающийся с портом ниппеля предохранительного клапана.

Ниже будут описаны в качестве примера эти и другие варианты реализации настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 показан вид в разрезе системы скоростной подъемной колонны согласно варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.2А-2D показаны в увеличенном масштабе виды системы с фиг.1; и

на фиг.3А-3С показаны в дополнительно увеличенном масштабе виды предохранительного клапана системы с фиг.1.

Сначала приводится ссылка на фиг.1 чертежей, которая иллюстрирует предохранительную систему скоростной подъемной колонны согласно варианту реализации настоящего изобретения. На фигуре проиллюстрирован разрез завершения или эксплуатационной колонны 10, включающий ниппель предохранительного клапана 12. При нормальной добыче ниппель 12 будет включать в себя подходящий предохранительный клапан (не показан). Как более ясно можно видеть на фиг.2с чертежей, ниппель 12 включает в себя непроходимость 14 и стопорный профиль 16, помещенные выше секций хонингованной расточки 18, 19, окружающих порт 20, который сообщается с линией управления 22. В процессе нормальной работы работа предохранительного клапана будет контролироваться с поверхности посредством линии управления 22.

Фигуры иллюстрируют ниппель предохранительного клапана 12, после того как предохранительный клапан, подходящий для эксплуатационной колонны 10, втянут и введены и установлены скоростная подъемная колонна 24 и предохранительный клапан 26 скоростной подъемной колонны. Фигуры иллюстрируют только верхний конец скоростной подъемной колонны 24, который включает в себя взаимодействующий с ниппелем участок 28, а выше этого участок 30 приспособлен для приема предохранительного клапана 26.

Взаимодействующая с ниппелем часть 28, возможно, лучше всего проиллюстрирована на фиг.2с и 2d чертежей и включает в себя ключ взаимодействия с непроходимостью 32 и ключ взаимодействия с профилем 34. Ключи могут иметь любую подходящую форму и могут быть, например, кулачками, полукруглыми сегментами или разрезными кольцами. На фиг.2с проиллюстрированы ключи 32, 34 в конфигурации при эксплуатации и иллюстрируется позиционирование ключей 32, 34 в момент, когда ключ взаимодействия с непроходимостью 32 помещается на непроходимости 14 ниппеля предохранительного клапана. Ключи 32, 34 образуют часть узла, который может двигаться вверх относительно остальной скоростной подъемной колонны 24 и ключи 32, 34 поддерживаются также профилированным элементом 36. Внутренние поверхности ключей 32, 34 и наружная поверхность элемента профиля 36 конфигурированы так, что на ключе 32, взаимодействующем с непроходимостью 14, вес скоростной подъемной колонны 24 заставляет остальную часть скоростной подъемной колонны 24, включая профилированный элемент 36, продолжать двигаться вниз относительно непроходимости 14. Таким образом, ключи 32, 34 перемещаются вверх относительно профилированного элемента 36, так что отводится ключ 32, взаимодействующий с непроходимостью, в то время как ключ 34, взаимодействующий с профилем, выдвигается и остается в выдвинутом положении, находясь в зацеплении со стопорным профилем 14 под весом скоростной подъемной колонны 24.

Ниже ключей 32, 34 скоростная подъемная колонна 24 несет два разнесенных между собой уплотнения 38, имеющие размеры и размещение, позволяющие взаимодействовать с участками хонингованной расточки 18, 19 ниппеля 12. Так, уплотнения 38 в сочетании с наружной поверхностью колонны 24 и внутренней поверхностью ниппеля 12 образуют изолированное кольцевое пространство 40, сообщающееся с портом 20 ниппеля предохранительного клапана. Скоростная подъемная колонна 24 приспособлена для ограничения канала для флюида 42, связывающего кольцевое пространство 40 и, таким образом, порт 20 и линию управления 22 с портом 44 в приемной части 30 предохранительного клапана (см. фиг.2а).

Теперь обратимся также к фиг.3а-3с, которые иллюстрируют предохранительный клапан 26 более подробно. Как отмечено выше, предохранительный клапан 26 будет обычно вводиться в скважину после закрепления скоростной подъемной колоны 24 в ниппеле 12. Клапан 26 включается в себя компоновку ключей 46 и профилированные подпружиненные гильзы 48, которыми можно манипулировать для закрепления клапана 26 в верхнем конце колонны 24.

Клапан 26 включает в себя подпружиненную створку 50 (см. фиг.3с), которая отжимается для того, чтобы закрыть проходящий сквозь клапан канал 52, хотя на фигурах проиллюстрирована створка, закрепленная позади блокировочной гильзы 54. Пружина 56 смещает гильзу 54 в положение отвода, допуская закрывание створки 50. Однако гильза 54 может оставаться в проиллюстрированном выдвинутом вперед положении за счет давления гидравлической жидкости, воздействующего на верхний конец поршня 58, связанного через подходящую связь 60 с верхним концом гильзы 54. Поршень 58 может перемещаться в вытянутой цилиндрической камере для поршня 62, сообщающейся по текучей среде с портом 64 в корпусе клапана, каковой порт выравнивается с портом в скоростной подъемной колонне 44. Уплотнения 66 помещаются на корпусе клапана выше и ниже порта 64 для достижения плотного взаимодействия с противоположным внутренним диаметром колонны 24.

В процессе эксплуатации оператор будет следить за добычей из скважины и будет иметь установленные условия, указывающие, какие условия для скоростной подъемной колонны должны быть благоприятными. Например, при истощении газовой скважины скорость газа, вытекающего из резервуара на поверхность, может снижаться в такой степени, что газовый поток не может захватывать жидкость, что ведет к накоплению жидкости в скважине. В этой ситуации оператор в первую очередь извлечет предохранительный клапан, который первоначально должен быть установлен в ниппеле предохранительного клапана 12. Затем в скважину опускают скоростную подъемную колонну 24. Как описано выше, на взаимодействующем с непроходимостью ключе 32, взаимодействующем с непроходимостью ниппеля 14, взаимодействующий с профилем ключ 34 выдвигается наружу для взаимодействия со стопорным профилем 16, закрепляя и поддерживая таким образом колонну 24 в эксплуатационной колонне 10. Предохранительный клапан 26 затем пропускают в верхний конец скоростной подъемной колонны 24. Комбинированный узел размещается так, что линии управления 22 сообщаются с предохранительным клапаном 26 и оператор таким образом обладает полным контролем над предохранительным клапаном 26 с поверхности.

Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что возможность использовать ниппель предохранительного клапана 12 для подвешивания скоростной подъемной колонны 24 в эксплуатационной колонне 20 позволяет надежно удерживать скоростную подъемную колонну 24, сохраняя при этом относительно большой проточный диаметр колонны. Это отличается от обычных компоновок, при которых потребность в применении отдельного пакера, который должен быть пропущен через существующий предохранительный клапан с последующим расширением, достаточным для зацепления с эксплуатационной колонной под предохранительным клапаном, ограничивает максимальную внутреннюю проточную площадь скоростной подъемной колонны. В результате поток в скоростной подъемной колонне может быть меньше, чем требуется для того, чтобы обеспечить подъем жидкости из скважины.

Кроме того, способность использовать существующие гидравлические системы гарантирует сохранение функциональности предохранительного клапана.

Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что описанный выше вариант реализации является просто примером настоящего изобретения и что в него могут быть внесены различные модификации и улучшения без отступления от объема настоящего изобретения. Например, вместо того чтобы контролировать работу предохранительного клапана 26, как описано выше, или в дополнение к этому, система может включать в себя устройство контроля поступления (ICO) или клапан, помещенный в скоростной подъемной колонне под ниппелем предохранительного клапана 12. ICD может быть связан с существующей гидравлической системой так, что ICD можно управлять с поверхности и время от времени открывать, например, для того, чтобы допустить удаление любой газовой шапки, образующейся в кольцевом пространстве между скоростной подъемной колонной 24 и эксплуатационной колонной 10.

1. Способ установки скоростной подъемной колонны, в котором:пропускают скоростную подъемную колонну в буровую скважину;обеспечивают вхождение ключа для взаимодействия с непроходимостью во взаимодействие с непроходимостью ниппеля;осуществляют выдвижение взаимодействующего с профилем ключана скоростной колонне для взаимодействия с соответствующим стопорным профилем в стенке ствола скважины и поддержки таким образом скоростной колонны,причем взаимодействие указанного взаимодействующего с непроходимостью ключа с непроходимостью ниппеля вызывает выдвижение взаимодействующего с профилем ключа в зацепление со стопорным профилем.

2. Способ по п.1, в котором взаимодействующий с непроходимостью ниппеля ключ втягивается при выдвижении ключа, взаимодействующего с профилем.

3. Способ по любому предшествующему пункту, в котором стопорный профиль образует часть ниппеля и применяется в сочетании с уплотнительной областью.

4. Способ по п.3, в котором стопорный профиль образует часть ниппеля предохранительного клапана, включающего порт, сообщающийся с линией управления.

5. Способ по п.1, в котором образуют уплотнение между скоростной колонной и стенкой ствола скважины с любой стороны порта.

6. Способ по п.5, содержащий размещение уплотнительных элементов на скоростной колонне выше и ниже порта для образования изолированного объема.

7. Способ по п.6, в котором обеспечивают связь по текучей среде между изолированным объемом и по меньшей мере одним связанным устройством.

8. Способ по п.7, в котором связанным устройством является предохранительный клапан.

9. Способ по п.7 или 8, в котором связанное устройство является входным управляющим клапаном.

10. Способ по п.1, в котором осуществляют ввод устройства в ствол скважины и оперативное соединение устройства со скоростной подъемной колонной.

11. Способ по п.10, в котором устройство вводят вместе со скоростной подъемной колонной.

12. Способ по п.10, в котором устройство вводят отдельно от скоростной подъемной колонны.

13. Способ по п.1, в котором: скоростную колонну опускают в ниппель предохранительного клапана; предохранительный клапан вводят в ствол скважины и опускают в скоростную подъемную колонну; причем и клапан, и колонна выполнены с возможностью управления клапаном через линии управления, соединенные с ниппелем предохранительного клапана.

14. Способ по п.1, в котором: скоростную колонну опускают в ниппель предохранительного клапана; впускной управляющий клапан вводят в ствол скважины; и предохранительный клапан, и скоростная колонна выполнены с возможностью управления предохранительным клапаном через линии управления, соединенные с ниппелем предохранительного клапана.

15. Способ по п.1, в котором скоростную подъемную колонну вводят в эксплуатационную колонну стандартного размера и скоростная подъемная колонна имеет следующий наименьший стандартный размер.

16. Скоростная подъемная колонна, содержащая поддерживающий колонну взаимодействующий с профилем ключ, выполненный с возможностью выдвижения для взаимодействия с соответствующим стопорным профилем в стенке ствола скважины, и при этом ключ для взаимодействия с непроходимостью выполнен с возможностью взаимодействия с непроходимостью ниппеля,причем скоростная колонна выполнена так, что взаимодействие указанного взаимодействующего с непроходимостью ключа с непроходимостью ниппеля вызывает выдвижение взаимодействующего с профилем ключа в зацепление со стопорным профилем.

17. Колонна по п.16, в которой взаимодействующий с непроходимостью ниппеля ключ выполнен с возможностью втягивания при выдвижении ключа, взаимодействующего с профилем.

18. Колонна по любому из п.16 или 17, выполненная с возможностью взаимодействия с ниппелем предохранительного клапана.

19. Колонна по п.16, включающая наружные уплотнительные элементы, удаленные от взаимодействующего с профилем ключа, и при этом стопорный профиль расположен на ниппеле предохранительного клапана, так что на взаимодействующем с профилем ключе, взаимодействующем со стопорным профилем на ниппеле предохранительного клапана, уплотнительные элементы будут помещены выше и ниже порта в ниппеле предохранительного клапана для создания изолированного объема.

20. Колонна по п.19, в которой скоростная колонна выполнена с возможностью создания сообщения по текучей среде между изолированным объемом и соответствующим устройством.

21. Колонна по п.16, в которой скоростная колонна выполнена с возможностью размещения в ней предохранительного клапана.

22. Колонна по п.21, в которой скоростная колонна выполнена с возможностью допуска гидравлического приведения в действие предохранительного клапана через канал для флюида в скоростной колонне.

23. Колонна по п.16, выполненная в сочетании с предохранительным клапаном, приспособленным для помещения в скоростную колонну.

24. Колонна по п.16, выполненная в сочетании с ниппелем предохранительного клапана, приспособленным для помещения в скоростную колонну.

25. Способ установки скоростной подъемной колонны, в котором осуществляют:пропуск скоростной подъемной колонны в эксплуатационную колонну для взаимодействия с ниппелем предохранительного клапана; ипропуск предохранительного клапана скоростной подъемной колонны в скоростную подъемную колонну и соединение предохранительного клапана с портом на ниппеле предохранительного клапана.

26. Способ по п.25, в котором соединяют предохранительный клапан с портом через скоростную подъемную колонну.

27. Способ по п.25 или 26, включающий в себя операцию первоначального извлечения существующего предохранительного клапана из эксплуатационной колонны.

28. Предохранительное устройство скоростной подъемной колонны, содержащее:скоростную подъемную колонну, выполненную с возможностью взаимодействия с ниппелем предохранительного клапана; ипредохранительный клапан, выполненный с возможностью взаимодействия со скоростной подъемной колонной и сообщающийся с портом на ниппеле предохранительного клапана.

29. Устройство по п.28, которое выполнено с возможностью соединения с предохранительным клапаном с портом через скоростную подъемную колонну.