Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕМЕНТЫ ПРОТИРАЮЩЕЙ ЦЕМЕНТИРОВОЧНОЙ ПРОБКИ И СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СКВАЖИНУ СРЕДЫ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРИТОКА

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по заявке США № 13/366076, зарегистрированной 3 февраля 2012 г., полностью включенной в данном документе в виде ссылки.

Область техники изобретения

[0002] Настоящее изобретение направлено на создание способов подготовки обсаженного ствола скважины к обработке окружающей скважину среды для интенсификации притока и, в частности, способов подготовки обсаженного ствола скважины к обработке окружающей скважину среды для интенсификации притока без геотехнических мероприятий и с использованием приводимых в действие давлением муфт и устройств для временного дросселирования потока текучей среды, проходящего через обсадную колонну ствола скважины, для подготовки обсадной колонны ствола скважины к обработке для интенсификации притока, в противоположность использованию дополнительных способов с геотехническими мероприятиями в стволе скважины, таких как перфорирование на колонне насосно-компрессорных труб.

Описание уровня техники

[0003] Шаровые седла являются общеизвестными в технике. Например, типичные шаровые седла имеют канал или проход, дросселируемый седлом. Шар или пробка устанавливается на седле, предотвращая проход или дросселируя поток текучей среды через канал шарового седла и, таким образом, изолируя насосно-компрессорную трубу или секцию трубы, в которой шаровое седло устанавливается. С приложением силы к шару или пробке в трубе можно нагнетать давление для опрессовки насосно-компрессорной трубы, приведения в действие инструмента или выполнения манипуляций, например, для установки пакера. Шаровые седла используют в заканчивании с обсаженным стволом скважины, подвесках хвостовика, устройствах отвода потока, системах гидроразрыва пласта, системах кислотной обработки для интенсификации притока, оборудовании регулирования расхода и других системах.

[0004] Хотя термины "шаровое седло" и "шар" используются в данном документе, следует понимать, что сбрасываемую пробку, закупоривающее устройство или элемент другой формы можно использовать с "шаровыми седлами", описанными и рассмотренными в данном документе. Для упрощения следует понимать, что термины "шар" и "пробка" включают в себя и охватывают пробки, шары, дротики или сбрасываемые пробки всех форм и размеров, если конкретная форма или конструктивное исполнение "шара" специально не рассматривается.

[0005] Обработка для интенсификации притока в данном документе включает в себя гидроразрыв пласта или "гидроразрыв" в стволе скважины с использованием систем или инструментов обработки для интенсификации притока, также известных в технике. В общем, системы или инструменты обработки для интенсификации притока используются в нефтяных и газовых скважинах для заканчивания и увеличения дебита скважины. В наклонно-направленных стволах скважин, в частности имеющих большую длину, текучую среду, например кислоту или жидкости гидроразрыва пласта, стараются вводить в линейном или горизонтальном концевом участке скважины для обработки для интенсификации притока продуктивной зоны для открытия продуктивных трещин и пор, проходящих в породе. Например, гидравлический разрыв пласта является способом, в котором используют скорость нагнетания и гидравлическое давление, создаваемое жидкостью гидроразрыва пласта для расширения или создания трещин в подземном пласте или окружающей скважину среде.

[0006] Перед проведением обработки для интенсификации притока в стволе скважины инструмент обработки для интенсификации притока цементируют в стволе скважины. Затем выполняют опрессовку обсадной колонны ствола скважины, содержащей инструмент обработки для интенсификации притока. Для выполнения данного этапа путь через инструмент обработки для интенсификации притока должен быть закрыт. После подтверждения опрессовкой герметичности обсадной колонны ствола скважины путь гидравлического сообщения, проходящий через инструмент обработки для интенсификации притока, повторно открывают для подачи насосом текучей среды обработки для интенсификации через инструмент обработки для интенсификации притока и в пласт. В настоящее время на этапах работ повторного открытия потока текучей среды через инструмент обработки для интенсификации притока требуется проведение дополнительных геотехнических мероприятий в стволе скважины, таких как перфорирование на колонне насосно-компрессорных труб.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В широком смысле способы подготовки ствола скважины к обработке для интенсификации притока, раскрытые в данном документе, содержат этапы цементирования в обсадной колонне ствола скважины скважинного инструмента, содержащего клапан с устройством для дросселирования потока текучей среды, проходящей через клапан, такого как шаровое седло, расположенное над клапаном. Клапан приводится в открытое положение для установления потока текучей среды между каналом обсадной колонны и пластом или окружающей скважину средой. Затем пробка устанавливается на седло шарового гнезда и выполняется опрессовка обсадной колонны. Пробка затем растворяется или разрушается со временем, при этом увеличивается гидравлическое сообщение между пластом и обсадной колонной ствола скважины через клапан, при этом в обсадной колонне ствола скважины создаются условия для обработки для интенсификации притока без проведения дополнительного геотехнического мероприятия в стволе скважины после опрессовки обсадной колонны.

[0008] В одном конкретном варианте осуществления пробка также функционирует как протирающий элемент для осуществления дополнительной очистки канала клапана после выполнения опрессовки. Пробка растворяется, принимая заданную форму, в которой при продавливании через седло и канал клапана пробка стирает отходы в канале клапана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] На фиг. 1 в сечении одного конкретного варианта осуществления скважинного инструмента, раскрытого в данном документе, показан пример клапана в закрытом положении.

[0010] На фиг. 2 в сечении скважинного инструмента фиг. 1 показан клапан в одном из своих открытых положений.

[0011] На фиг. 3 в сечении скважинного инструмента фиг. 1 показана пробка, установленная на седло над клапаном так, что можно выполнять опрессовку обсадной колонны.

[0012] На фиг. 4 в сечении скважинного инструмента фиг. 1 показан скважинный инструмент в положении для проведения обработки для интенсификации притока после выполнения опрессовки и растворения пробки, показанной на фиг. 3.

[0013] На фиг. 5 показано сечение конкретного варианта осуществления пробки, раскрытой в данном документе.

[0014] На фиг. 6 показан вид сбоку протирающего цементировочного элемента, показанного на фиг. 5.

[0015] Изобретение описано ниже для предпочтительных вариантов осуществления; следует понимать, что описание не ограничивает изобретение данными вариантами осуществления. Напротив, изобретение охватывает все альтернативы, модификации и эквиваленты, которые соответствуют сущности и объему изобретения, определенному в прилагаемой формуле изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] В показанном на фиг. 1-4 одном конкретном варианте осуществления скважинный инструмент 30 содержит клапан 40 и устройство 70 дросселирования канала, показанное в виде шарового седла на фиг. 1-4. На фиг. 1 показан клапан 40 в закрытом положении, и фиг. 2-4 показывают клапан 40, приведенный в открытое положение.

[0017] Клапан 40 включает в себя нижний, снабженный окнами кожух 44 с окнами 46 гидравлического сообщения и верхний корпус 48. Герметичность клапана 40 поддерживается с помощью корпусных уплотнений 41. Корпусные установочные винты 47 удерживают корпусные соединительные резьбы 43 от развинчивания во время установки. Между нижним, снабженным окнами кожухом 44 и верхним корпусом 48 вставлена внутренняя сдвигающаяся муфта 50. Внутренняя сдвигающаяся муфта 50 имеет несколько диаметров, которые создают площади поршня для создания сдвигающих сил, открывающих клапан 40. Изолирующие окна уплотнения 45, расположенные на нижнем конце внутренней сдвигающейся муфты 50, и нижние внутренние поршневые уплотнения 65 канала над окнами 46 гидравлического сообщения действуют вместе, изолируя внутреннее пространство клапана 40 во время и после цементирования. Изолирующие окна уплотнения 45 и нижние поршневые уплотнения 65 внутреннего канала работают в своих соответствующих полированных каналах 55, 57 в нижнем, снабженном окнами кожухе 44. Увеличенные промежуточные поршневые уплотнения 52 внутреннего канала используются при продвижении вверх внутренней сдвигающейся муфты 50 вдоль верхнего внутреннего полированного канала 53 в нижнем, снабженном окнами кожухе 44 после разрушения разрывной мембраны 42.

[0018] Верхние наружные поршневые штоковые уплотнения 59, расположенные в верхнем корпусе 48, действуют, предотвращая вход цемента в верхнюю атмосферную камеру 62, и протирают диаметр за пределами верхнего полированного канала 61 верхней муфты во время открытия клапана 40. Внутренняя сдвигающаяся муфта 50 также имеет уступ 54, который срезает срезной болт 56 во время сдвига, открывающего внутреннюю сдвигающуюся муфту 50. Наружный паз 63 удержания блокирующего кольца муфты расположен между внутренними уплотнениями 52 канала и диаметром верхнего полированного канала 61 муфты. Паз 63 удержания блокирующего кольца принимает блокирующее кольцо 69 муфты, которое удерживается захватом 67 блокирующего кольца после полного открытия клапана 40. Таким образом, блокирующее кольцо 69 муфты предотвращает закрытие внутренней сдвигающейся муфты 50 после открытия клапана 40 (фиг. 2-4).

[0019] Между нижними внутренними поршневыми уплотнениями 65 канала и промежуточными поршневыми уплотнениями 52 канала расположена нижняя атмосферная камера 58, содержащая воздух, которую можно независимо опрессовывать через нижний опрессовочный штуцер 60. Между промежуточными внутренними поршневыми уплотнениями 52 канала и верхними наружными поршневыми штоковыми уплотнениями 59 расположена верхняя атмосферная камера 62, также содержащая воздух, которую можно независимо опрессовывать через верхнее опрессовочное окно 64. Разрушающаяся или разрывная мембрана 42 удерживается на месте в окне, расположенном с наружной стороны внутренней сдвигающейся муфты 50 нагруженным кольцом 66 и нагруженной гайкой 68. Нагруженная гайка 68 разрывной мембраны подобрана обеспечивающей передачу значительного крутящего момента и нагрузки в разрывную мембрану 42 перед установкой внутренней сдвигающейся муфты 50 в клапан 40.

[0020] Специалисту в данной области техники понятно, что использование разрывной мембраны для освобождения поршня является просто предпочтительным способом и в общем более точным, чем исключительное применение среза срезного штифта. Клапан регулирования давления можно использовать для такого селективного подключения, так же как вступающий в химическую реакцию барьер, устраняющийся в присутствии заданного вещества или энергетического поля, температуры в скважине или другого скважинного условия, например, для перемещения муфты. Разрушающиеся или разрывные мембраны 42 также можно заменить любой другой регулирующей давление пробкой, известной в технике, например такой, как раскрыта и предложена в патентной заявке США, серийный № 13/286775, зарегистрированной 1 ноября 2011 г., под названием "Frangible Pressure Control Plug, Actuatable Tool, Including Plug, and Method Thereof", полностью включенной в данном документе в виде ссылки.

[0021] После разрушения разрывной мембраны 42 давление в нижней камере 58 сравнивается со скважинным давлением так, что прогиб стенки в данном месте минимизирован. Перед разрывом разрывной мембраны 42 размер нижней камеры 58 достаточно мал, что исключает прогиб стенки муфты в данной зоне. Использование большого контактного участка для опирания промежуточных внутренних поршневых уплотнений 52 канала также упрочняет внутреннюю сдвигающуюся муфту 50 непосредственно под верхней камерой 62, таким образом по меньшей мере уменьшая прогиб или искривление, которые могут защемлять внутреннюю сдвигающуюся муфту 50 до завершения ее сдвига. Несколько больший размер наружных поршневых штоковых уплотнений 59 в сравнении с изолирующими окна уплотнениями 45, которые удерживают внутреннюю сдвигающуюся муфту 50 закрытой вначале, также обеспечивают увеличенную толщину стенки для внутренней сдвигающейся муфты 50 вблизи верхней камеры 62 для дополнительного по меньшей мере уменьшения изгиба или искривления, обеспечивающего внутренней сдвигающейся муфте 50 полный сдвиг без заклинивания.

[0022] Промежуточные внутренние поршневые уплотнения 52 канала могут являться интегральными с внутренней сдвигающейся муфтой 50 или представлять собой отдельную конструкцию. Верхняя камера 62 имеет начальное давление, равное атмосферному или заданной величине меньше расчетного гидростатического давления во внутренней сдвигающейся муфте 50. Объем верхней камеры 62 уменьшается, и внутреннее давление в ней поднимается, когда внутренняя сдвигающаяся муфта 50 перемещается для открытия окон 46.

[0023] Шаровое гнездо 70 крепится к верхнему концу клапана 40 с помощью любого устройства или способа известной техники, например резьбовым соединением. Шаровое гнездо 70 содержит верхний конец 71, нижний конец 72, который крепится к клапану 40, и внутреннюю поверхность 73 стенки, образующую канал 74. Седло 75 расположено на внутренней поверхности 73 стенки для приема пробки, такой как шар 80, показанный на фиг. 3.

[0024] В работе скважинный инструмент 30 соединяется с обсадной колонной верхним и нижним концами и спускается в открытый ствол для заканчивания с цементированием непосредственно над башмаком с обратным клапаном. После установки в стволе скважины на нужном месте скважинный инструмент 30 цементируется в скважине.

[0025] После цементирования проводится промывка для удаления отходов из пути потока через клапан 40. Промывку можно выполнять, прокачивая текучую среду через скважинный инструмент 30, вымывая любые отходы, оставшиеся от цементирования. В дополнение или альтернативно верхнюю цементировочную пробку можно спускать вниз по каналу обсадной колонны, мимо седла 75 и через канал клапана 40 для снятия с них отходов, включающих в себя оставшийся цемент.

[0026] После затвердевания цемента снаружи клапана 40 клапан готов к открытию с помощью комбинации высокого гидростатического и нагнетаемого давления. По достижении критического давления разрывная мембрана 42 разрушается и открывает нижнюю атмосферную камеру 58 абсолютному давлению в скважине. Данное давление действует на площадь поршня, созданную нижними внутренними поршневыми уплотнениями 65 канала и более крупными внутренними поршневыми уплотнениями 52 канала, и перемещает внутреннюю сдвигающуюся муфту 50 вверх, сжимая воздух в верхней атмосферной камере 62 и открывая окна 46 гидравлического сообщения на снабженном окнами кожухе 44. Таким образом, объем верхней камеры 62 уменьшается и внутреннее давление в ней возрастает, когда внутренняя сдвигающаяся муфта 50 перемещается для открытия окон 46.

[0027] Когда внутренняя сдвигающаяся муфта 50 полностью сдвигается и входит в контакт с обращенным вниз уступом на захвате 67 блокирующего кольца, блокирующее кольцо 69 муфты входит в паз 63 удержания блокирующего кольца муфты на внутренней сдвигающейся муфте 50, предотвращая последующее закрытие клапана 40.

[0028] После разрушения разрывной мембраны 42 абсолютное давление в скважине действует на поршневые уплотнения 52 и поршневые уплотнения 65, непрерывно толкая муфту 50 вверх и действуя как резервный блокирующий элемент, предотвращающий последующее закрытие клапана 40.

[0029] С открытием клапана 40 устанавливается гидравлическое сообщение между каналом скважинного инструмента 30 и обсадной колонной ствола скважины и, следовательно, пластом ствола скважины или окружающей скважину средой. Затем можно выполнять опрессовку обсадной колонны. Для опрессовки пробка 80 спускается в обсадную колонну и встает на седло 75 шарового гнезда 70 (фиг. 3). Затем выполняется опрессовка. При условии успешной опрессовки в стволе скважины принимают решение проводить обработку для интенсификации притока. Вместе с тем пробка 80 остается на седле 75. Пробка 80 удаляется из седла 75 через некоторое время вследствие растворения по меньшей мере части пробки 80. После достаточного растворения пробки 80, при котором давление текучей среды, действующее вниз на пробку 80, может протолкнуть пробку 80 через седло 75 и через канал клапана 40, гидравлическое сообщение между обсадной колонной и пластом увеличивается так, что можно выполнять обработку для интенсификации притока. Таким образом, после установки пробки 80 на седло 75 и выполнения опрессовки не требуется дополнительного геотехнического мероприятия в стволе скважины для создания в обсадной колонне условий для обработки для интенсификации притока.

[0030] В некоторых вариантах осуществления пробка 80 полностью растворяется. В других вариантах осуществления пробка 80 частично растворяется перед проходом через седло 75 и через канал клапана 40. В других вариантах осуществления часть пробки 80 выполняется из нерастворимого материала. Растворение части или всей пробки 80 может выполняться для пробки 80, выполненной по меньшей мере частично из растворимого материала. "Растворимый" означает, что материал способен растворяться в текучей среде или растворителе, размещенном в обсадной колонне ствола скважины. "Растворимый" следует понимать охватывающим термины "разрушающийся" и "разлагающийся". Аналогично термины "растворенный" и "растворение" также интерпретируются включающими в себя "разрушенный" и "разложившийся" и "разрушение" и "разложение" соответственно. Растворимый материал может являться любым материалом, известным специалистам в данной области техники, который может растворяться, разрушаться или разлагаться с течением некоторого времени под действием температуры или текучей среды, такой как буровые растворы на водной основе, буровые растворы на углеводородной основе или природный газ, и который можно калибровать так, что величина времени, требуемого для растворения растворимого материала, является известной или легко определяется без лишнего экспериментирования. Подходящие растворимые материалы включают в себя контролируемые электролитические металлические наноструктурные материалы, примеры которых раскрыты в заявках U.S. Patent Application Serial No. 12/633682, зарегистрирована 8 декабря 2009 г. (U.S. Patent Publication No. 2011/0132143), U.S. Patent Application Serial No. 12/633,686, зарегистрирована 8 декабря 2009 г. (U.S. Patent Publication No. 2011/0135953), U.S. Patent Application Serial No. 12/633,678, зарегистрирована 8 декабря 2009 г. (U.S. Patent Publication No. 2011/0136707), U.S. Patent Application Serial No. 12/633,683, зарегистрирована 8 декабря 2009 г. (U.S. Patent Publication No. 2011/0132612), U.S. Patent Application Serial No. 12/633,668, зарегистрирована 8 декабря 2009 г. (U.S. Patent Publication No. 2011/0132620), U.S. Patent Application Serial No. 12/633,677, зарегистрирована 8 декабря 2009 г. (U.S. Patent Publication No. 2011/0132621), и U.S. Patent Application Serial No. 12/633,662, зарегистрирована 8 декабря 2009 г. (U.S. Patent Publication No. 2011/0132619), все полностью включены в данном документе в виде ссылки.

[0031] Дополнительные подходящие растворимые материалы включают в себя полимеры и биологически разрушаемые полимеры, например полимеры на основе поливинилового спирта, такие как полимер HYDROCENE^ТМ, серийно производимый и поставляемый Idroplax, S.r.l., Altopascia, Italy, полилактид ("PLA") полимер 4060D, поставляемый Nature-Works^ТМ, division, Cargill Dow LLC; TLF-6267 полигликолевая кислота ("PGA"), поставляемая DuPont Specialty Chemicals; поликапролактамы и смеси PLA и PGA; твердые кислоты, такие как сульфаминовая кислота, трихлоруксусная кислота и лимонная кислота, удерживаемые вместе парафином или другим подходящим связующим материалом; полиэтилен гомополимеры и твердые парафины; полиалкилен оксиды, такие как полиэтилен оксиды, и полиалкилен гликоли, такие как полиэтилен гликоли. Данные полимеры могут являться предпочтительными в буровых растворах на водной основе, поскольку медленно растворяются в воде.

[0032] В калибровании скорости растворения растворимого материала 40 в общем скорость зависит от молекулярной массы полимеров. Приемлемые скорости растворения можно получить при молекулярной массе в диапазоне 100000-7000000. Таким образом, скорости растворения для температур в диапазоне 50°C-250°C могут разрабатываться на основе приемлемой молекулярной массы или смеси с приемлемыми молекулярными массами.

[0033] В показанном на фиг. 5-6 альтернативном варианте осуществления пробка 180 имеет начальную форму (фиг. 5), выполненную с возможностью установки на седло 75 для дросселирования потока текучей среды, проходящего через седло 75, и новую или вторую форму (фиг. 6), удовлетворяющую требованиям работы верхнего цементировочного элемента при его проходе через седло 75, и/или через канал клапана 40, и/или канал внутренней сдвигающейся муфты 50 после частичного или полного растворения растворимого материала 181 пробки 180. В данном варианте осуществления пробка 180 включает в себя протирающий цементировочный элемент 190, заключенный в капсулу из растворимого материала 181. Протирающий цементировочный элемент 190 можно выполнять из нерастворимого материала 191 или второго материала, растворяющегося медленнее растворимого материала 181. После достаточного растворения растворимого материала 181 протирающий цементировочный элемент 190 может проталкиваться через седло 75 и/или через канал клапана 40 и/или канал внутренней сдвигающейся муфты 50. При этом протирающий цементировочный элемент 190 стирает или счищает отходы, отложившиеся на данных поверхностях. Таким образом, механическую очистку клапана можно выполнять после опрессовки без дополнительного геотехнического мероприятия в стволе скважины.

[0034] Как рассмотрено выше, пробки 80, 180 можно выполнять полностью из одного или нескольких растворимых материалов, или пробки 80, 180 можно выполнять частично из одного или нескольких растворимых материалов. В первом варианте осуществления пробки 80, 180 должны полностью растворяться и поток текучей среды, проходящий через клапан 40 в окружающей скважину среде, должен увеличиваться. В последнем варианте осуществления после растворения пробки 80, 180 могут иметь новую или вторую форму, отличающуюся от начальной формы пробки 80, дросселировавшей поток текучей среды, проходящий через седло 75. Пробка 80 новой формы может либо проваливаться через клапан 40 как отходы или может осуществлять протирку или очистку канала клапана 40 оставшейся частью (частями) пробок 80, 180. Таким образом, пробки 80, 180 могут удалять отходы, отложившиеся в канале клапана при увеличении гидравлического сообщения между обсадной колонной ствола скважины и окружающей скважину средой. В данных вариантах осуществления как увеличение гидравлического сообщения между обсадной колонной ствола скважины и окружающей скважину средой после удаления пробок 80, 180, так и механическая очистка канала клапана проходят без дополнительного геотехнического мероприятия в стволе скважины.

[0035] Следует понимать, что изобретение не ограничено конкретными деталями конструкции и работы, конкретными материалами или показанными и описанными вариантами осуществления; модификации и эквиваленты должны быть ясны специалисту в данной области техники. Например, протирающий цементировочный элемент может иметь любую требуемую форму для прохода через клапан для удаления отходов, отложившихся в канале клапана и/или внутри сдвигающейся муфты. В дополнение протирающий цементировочный элемент можно выполнять из нерастворимого материала или другого растворимого материала. Кроме того, от клапана не требуется иметь конструкции, раскрытые в данном документе, также от клапана не требуется работа, раскрытая в данном документе. Дополнительно шаровые седла, раскрытые в данном документе, можно модифицировать, как требуется или необходимо для дросселирования потока текучей среды, проходящего через обсадную колонну ствола скважины.

Кроме того, растворимые материалы, не раскрытые в данном документе, можно использовать вместо раскрытых в данном документе. Соответственно изобретение ограничено только объемом прилагаемой формулы изобретения.