Результат интеллектуальной деятельности: РАЗРУШАЕМОЕ ФИКСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ЗЕРНИСТЫМ МАТЕРИАЛОМ

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 14/561523, поданной 5 декабря 2014 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники

[0001] Это изобретение в общем относится к разрушаемым держателям клиньев и системам, в которых их используют для скважинных применений.

Описание известного уровня техники

[0002] Стволы скважины пробуривают в подземных пластах для добычи углеводородов (нефти и газа). Углеводороды захватывают в различных ловушках или зонах в подземных пластах на разных глубинах. Во многих операциях, таких как гидроразрыв пласта, требуется фиксация устройств (таких как пакеры, мостовые пробки и т.д.) в месте нахождения ствола скважины для способствования добыче нефти и газа. После таких операций фиксирующие устройства должны быть удалены или разрушены перед началом следующих операций. Эти операции удаления могут являться дорогостоящими и/или занимать много времени. Требуется создание фиксирующего устройства, которое может обеспечить достаточное фиксирование с обеспечением при этом необходимых и прогнозируемых характеристики разрушения.

[0003] Описание в данном документе предоставляет разрушаемые держатели клиньев и системы, в которых их используют, для размещения и работы в скважине.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Согласно одному аспекту раскрыто фиксирующее устройство, включающее в себя: разрушаемую подложку, имеющую первую твердость; и зернистый захватный материал, связанный с наружной областью разрушаемой подложки и имеющий вторую твердость, превышающую первую твердость.

[0005] Согласно другому аспекту раскрыт способ фиксации скважинного устройства, включающий в себя: создание разрушаемой подложки, имеющей первую твердость; и нанесение зернистого захватного материала на наружную область разрушаемой подложки, при этом зернистый захватный материал имеет вторую твердость, превышающую первую твердость.

[0006] Согласно другому аспекту раскрыта скважинная система, включающая в себя: обсадную колонну и фиксирующее устройство, сопряженное с обсадной колонной, включающее в себя: разрушаемую подложку, имеющую первую твердость; и зернистый захватный материал, связанный с наружной областью разрушаемой подложки, при этом зернистый захватный материал имеет вторую твердость, превышающую первую твердость, и вторая твердость больше твердости внутреннего диаметра обсадной колонны.

[0007] Примеры определенных отличительных признаков устройства и способа, раскрытых в данном документе, описаны в широком значении для обеспечения лучшего понимания следующего подробного их описания. Разумеется, существуют дополнительные отличительные признаки устройства и способа, раскрытые далее в настоящем документе, которые будут являться предметом прилагаемой к нему формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Изобретение в настоящем документе более понятно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые цифровые обозначения в общем обозначают одинаковые элементы, на которых:

На фиг. 1 показана схематическая диаграмма приведенной в качестве примера системы бурения, включающей в себя скважинные элементы в соответствии с вариантами реализации изобретения;

На фиг. 2 показана схематическая диаграмма приведенного в качестве примера скважинного устройства для использования в скважинной системе, такой как показанная на фиг. 1, в соответствии с одним вариантом реализации изобретения;

На фиг. 3A показан частичный вид подложки приведенного в качестве примера фиксирующего устройства для использования со скважинным устройством, таким как скважинное устройство, показанное на фиг. 2, для использования со скважинной системой, в соответствии с одним вариантом реализации изобретения;

На фиг. 3B показан частичный вид в разрезе фиксирующего устройства, показанного на фиг. 3A; и

На фиг. 3C показан вид в частичном разрезе фиксирующего устройства, показанного на фиг. 3A с зернистым захватным материалом.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] На фиг. 1 показан приведенный в качестве примера вариант реализации скважинной системы для способствования добыче нефти и газа. В определенных вариантах реализации система 100 обеспечивает возможность осуществления операций гидроразрыва пласта для способствования добыче нефти и газа. Система 100 включает в себя ствол 106 скважины, образованный в пласте 104, с обсадной колонной 108, расположенной в нем.

[0010] В приведенном в качестве примера варианте реализации ствол 106 скважины бурят от поверхности 102 к месту 110 нахождения ствола скважины. Обсадная колонна 108 может быть расположена внутри ствола 106 скважины для способствования добыче. В приведенном в качестве примера варианте реализации обсадная колонна 108 проходит через несколько эксплуатационных зон Z1…Zn в месте 110 нахождения ствола скважины. Ствол 106 скважины может являться вертикальным стволом скважины, горизонтальным стволом скважины, отклоненным стволом скважины или стволом скважины любого другого подходящего типа, или любым их сочетанием.

[0011] Для способствования осуществлению скважинных операций, таких как операции гидроразрыва пласта, мостовые пробки 116a, пакеры 116b или другие подходящие скважинные устройства используют в обсадной колонне 108. В определенных вариантах реализации такие скважинные устройства 116a,b фиксируют к обсадной колонне 108 посредством фиксирующего узла 118. В определенных вариантах реализации мостовые пробки 116a используют фиксирующий узел 118 и шары 120 для гидроразрыва с целью изолирования зон Z1…Zn для операций гидроразрыва пласта. В определенных вариантах реализации шары 120 для гидроразрыва расположены в месте 110 нахождения ствола скважины для блокирования и герметизации потока текучей среды в локальной зоне 112 для способствования потоку к отверстиям 114 совместно с шарами 116a для гидроразрыва. В определенных вариантах реализации пакеры 116b используют совместно с фиксирующим узлом 118 с целью изолирования зон Z1…Zn для операций гидроразрыва пласта.

[0012] В определенных вариантах реализации текучую среду 124 для гидроразрыва пласта нагнетают от источника 122 текучей среды для гидроразрыва в место 110 нахождения ствола скважины для протекания через отверстия 114 в зоне 112, изолированной скважинным устройством 116a,b. Преимущественно, операции гидроразрыва пласта обеспечивают больше нефти и газа, доступных для добычи.

[0013] После осуществления требуемых операций (таких как операции гидроразрыва пласта) и перед осуществлением следующих операций, часто фиксирующие устройства 118 убирают или разрушают другим образом для обеспечения возможности протекания нефти и газа через обсадную колонну 108. В приведенном в качестве примера варианте реализации фиксирующие устройства 118 выполнены с возможностью фиксации к обсадной колонне 108 локальной зоны 112 до заданного времени, при наступлении которого фиксирующие устройства 118 растворяются или разрушаются для способствования добыче нефти и газа. Преимущественно, в приведенном в качестве примера варианте реализации фиксирующие устройства 118, описанные в настоящем документе, образованы из нескольких материалов для того, чтобы иметь прогнозируемые и регулируемые характеристики разрушения, при этом обеспечивая подходящие фиксирующие характеристики.

[0014] На фиг. 2 показано скважинное устройство 216, такое как мостовая пробка, пакер или любое другое подходящее скважинное устройство, для использования со скважинными системами, такими как система 100, показанная на фиг. 1. В приведенном в качестве примера варианте реализации скважинная система 200 включает в себя скважинное устройство 216, взаимодействующее с обсадной колонной 208 посредством фиксирующего узла 218 для фиксации скважинного устройства 216. В определенных вариантах реализации шар 220 для гидроразрыва используют со скважинным устройством 216 для изолирования потока текучей среды для гидроразрыва в стволе скважины.

[0015] В приведенном в качестве примера варианте реализации фиксирующий узел 218 включает в себя клин 224 и держатель 228 клиньев. В определенных вариантах реализации клин 224 толкают в скважину для прижимания держателя 228 клиньев по направлению наружу к обсадной колонне 208 для фиксации к обсадной колонне 208. В определенных вариантах реализации держатель 228 клиньев может растрескаться или иметь иное разделение при его прижимании к обсадной колонне 208. В определенных вариантах реализации клин 224 толкают посредством раскрепляющего устройства, взрывчатых веществ или любых других подходящих средств. В определенных вариантах реализации скважинное устройство 216 дополнительно использует уплотнитель 226 для уплотняющего прижатия скважинного устройства 216 к обсадной колонне 208 и дальнейшего ограничения движения. Уплотнитель 226 может аналогично подталкиваться к обсадной колонне 208 посредством клина 224.

[0016] В приведенном в качестве примера варианте реализации подложка держателя 228 клиньев выполнена из разрушаемого материала для обеспечения растворения или разрушения держателя 228 клиньев после осуществления требуемой фиксирующей функции. В определенных вариантах реализации в сочетании с подложкой держателя 228 клиньев используют второй материал для фиксации держателя 228 клиньев к обсадной колонне 208. Обычно второй материал тверже, чем обсадная колонна 208 для обеспечения возможности частичного вдавливания держателя 228 клиньев в обсадную колонну 208. В определенных вариантах реализации воздействие скважинной температуры на скважинное устройство 216 и держатель 228 клиньев варьируется от 100 до 350 градусов Фаренгейта (37,8 - 176,7 градусов Цельсия) в конкретном скважинном участке для данной области. Преимущественно, держатель 228 клиньев, как описано в настоящем документе, может обеспечивать разрушение после прохождения требуемого времени в определенных скважинных условиях, при этом обеспечивая подходящие фиксирующие свойства. В определенных вариантах реализации участки держателя 228 клиньев выполнены с возможностью разрушения, или без возможности препятствования дальнейшим скважинным операциям или ограничения потока внутри ствола скважины другим образом.

[0017] На фиг. 3A, 3B и 3C показан приведенный в качестве примера вариант реализации держателя 328 клиньев. В приведенном в качестве примера варианте реализации держатель 328 клиньев включает в себя подложку 331 и зернистый захватный материал 330. В определенных вариантах реализации держатель 328 клиньев используют со скважинными устройствами, как показано на фиг. 2, для фиксации скважинных устройств к обсадной колонне. Преимущественно, держатель 328 клиньев представляет собой разрушаемое устройство, что обеспечивает возможность разрушения держателя 328 клиньев без вспомогательных операций удаления или разрушения.

[0018] В приведенном в качестве примера варианте реализации подложка 331 представляет собой разрушаемый материал. Преимущественно, путем образования подложки 331 держателя 328 клиньев из разрушаемого материала, скважинное устройство может быть зафиксировано посредством держателя 328 клиньев на требуемый период времени, а затем держатель 328 клиньев может быть измельчен для обеспечения беспрепятственного осуществления дальнейших операций. В определенных вариантах реализации подложка 331 образована из металла, подверженного коррозии, такого как контролируемый электролитический металлический материал (controlled electrolytic metallic), включая Intallic, но не ограничиваясь им. Материалы подложки 331 могут включать: магниевый сплав, магний-кремниевый сплав, магниеалюминиевый сплав, магний-цинковый сплав, магниемарганцевый сплав, магниеалюминиевоцинковый сплав, магниеалюминиевомарганцевый сплав, магниецинковоциркониевый сплав и магниевый сплав с редкоземельным элементом. Редкоземельные элементы могут без ограничения включать скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим и эрбий. В определенных вариантах реализации материалы подложки 331 дополнительно покрыты алюминием, никелем, железом, вольфрамом, медью, кобальтом. В определенных вариантах реализации материалы подложки 331 являются уплотненными и кованными. В определенных вариантах реализации элементы могут быть преобразованы в порошок, а подложка может быть изготовлена из прессованного порошка. В приведенном в качестве примера варианте реализации материал подложки 331 выбран на основании требуемых свойств разрушения держателя 328 клиньев.

[0019] В приведенном в качестве примера варианте реализации подложка 331 образует в целом цилиндрическую форму с внутренней областью 336 и наружной областью 334. В определенных вариантах реализации внутренняя область 336 имеет участок уменьшающегося или меньшего радиуса для обеспечения возможности удержания скважинного устройства внутри держателя 328 клиньев. В приведенном в качестве примера варианте реализации материал подложки 331 выбран относительно относительной твердости скважинного устройства для предотвращения повреждения скважинного устройства. В приведенном в качестве примера варианте реализации наружная область 334 держателя 328 клиньев выполнена таким образом, чтобы взаимодействовать с обсадной колонной. В приведенном в качестве примера варианте реализации наружная область 334 включает в себя зернистый захватный материал 330, предназначенный для взаимодействия с обсадной колонной.

[0020] В приведенном в качестве примера варианте реализации держатель 328 клиньев может быть выполнено с возможностью разлома на несколько участков при расширении. В определенных вариантах реализации держатель 328 клиньев выполнен с возможностью расширения посредством клина, как было показано ранее на фиг. 2. Для способствования разлому держателя 328 клиньев определенные варианты реализации держателя 328 клиньев включают в себя точки 332 образования трещины, расположенные на наружной области 334. Точки 332 образования трещины включают надрезы, канавки, щели, отверстия и т.д., но не ограничены ими. Точки 332 образования трещины могут выполнять функцию точки концентрации напряжения для образования трещин, разлома или отделения вдоль продольной оси держателя 328 клиньев при расширении держателя 328 клиньев. В определенных вариантах реализации точки 332 образования трещин образованы посредством обработки подложки 331 электрическим разрядом.

[0021] В приведенном в качестве примера варианте реализации наружная область 334 включает в себя зернистый захватный материал 330, выполненный таким образом, чтобы взаимодействовать с обсадной колонной или другим подходящим фиксирующим средством. В приведенном в качестве примера варианте реализации материал для зернистого захватного материала 330 выбран таким образом, чтобы иметь большую твердость, чем смежная обсадная колонна. Твердость обсадной колонны может составлять приблизительно 120 тысяч фунтов на кв. дюйм (827,4 МПа). Классы обсадной колонны могут находиться в диапазоне от L80 до Q125. Преимущественно, относительно более твердый фиксирующий зернистый захватный материал 330 обеспечивает возможность надежной фиксации скважинного устройства к обсадной колонне или другому подходящего фиксирующему средству посредством зернистого захватного материала 330. В определенных вариантах реализации фиксирующий зернистый захватный материал 330 образован из более твердого материала, чем подложка 331. Преимущественно, материалы, в частности разрушаемые материалы, могут не иметь подходящую твердость для надлежащей фиксации к обсадной колонне или другому подходящему фиксирующему материалу, что обуславливает необходимость использования более твердого фиксирующего зернистого захватного материала 330, как описано в настоящем документе. Материалы, выбранные для подложки 331 и зернистого захватного материала 330, могут быть тщательно выбраны для обеспечения более глубокого вдавливания захватного материала 330 в обсадную колонну или фиксирующее средство, по сравнению с подложкой 331.

[0022] В приведенном в качестве примера варианте реализации зернистые захватные материалы 330 расположены на наружной области 334 держателя 328 клиньев. В определенных вариантах реализации зернистые захватные материалы 330 расположены в углубленном участке 338. Преимущественно большая часть держателя 328 клиньев может быть покрыта зернистыми захватными материалами 330 для обеспечения лучших фиксирующих свойств. В определенных вариантах реализации путем покрытия большой части держателя 328 клиньев, подложка 331 держателя 328 клиньев может избегать повреждений или уменьшать их. Преимущественно, путем использования зернистых захватных материалов 330, подложка 331 может быть образована из материала с меньшей прочностью для обеспечения большей деформируемости держателя 328 клиньев. В приведенном в качестве примера варианте реализации зернистые захватные материалы 330 могут в целом находиться в зернистой форме аналогичных размеров, и иметь правильную или неправильную формы. В определенных вариантах реализации зернистые захватные материалы 330a могут иметь относительно больший размер. В других вариантах реализации зернистые захватные материалы 330b могут иметь относительно меньший размер, по сравнению с другими зернистыми захватными материалами 330a. Как показано на фиг. 3C, размер зерна зернистого материала 330a,330b может варьироваться в зависимости от применения. В определенных вариантах реализации зернистый материал 330a,330b наносят на держатель 328 клиньев несколькими слоями. Преимущественно, использование нескольких слоев зернистого материала 330a,330b может предотвращать повреждение подложки 331 путем распределения фиксирующих усилий и обеспечения возможности использования более твердых материалов (или материалов с большим размером зерна) 330a для взаимодействия с обсадной колонной или фиксирующим средством, при этом менее твердые зернистые материалы (или материалы с меньшим размером зерна) 330b взаимодействуют с подложкой 331. В определенных вариантах реализации материалы 330a, взаимодействующие с обсадной колонной или фиксирующим средством, имеют размер зерна от 0,5 до 10 мм. В варианте реализации материалы 330a, взаимодействующие с обсадной колонной или другим фиксирующим средством, имеют размер зерна от 1 до 5 мм. В определенных вариантах реализации материалы 330b, взаимодействующие с подложкой 331, имеют размер зерна от 1 микрон до 2 мм. В варианте реализации материалы 330b, взаимодействующие с подложкой 331, имеют размер зерна от 50 микрон до 1 мм. В определенных вариантах реализации совместная толщина слоев 330a,330b находится в диапазоне от 0,5 до 10 мм. В варианте реализации совместная толщина слоев 330a,330b находится в диапазоне от 2 до 5 мм. Также, характеристики и свойства держателя 328 клиньев могут быть регулированы и разработаны путем изменения положения слоев 330a,b относительно подложки 331 и обсадной колонны или другого фиксирующего средства. Преимущественно, зернистые захватные материалы 330 могут быть выполнены таким образом, чтобы иметь размер и форму для обеспечения возможности прохождения через предназначенные пути потока и для обеспечения возможности осуществления операций для продолжения после растворения подложки 331.

[0023] В приведенном в качестве примера варианте реализации зернистые захватные материалы 330 образованы из способных к измельчению материалов, измельчаемых на мелкие частицы. Зернистые захватные материалы 330 могут быть образованы из любого подходящего материала, включая оксиды, карбиды и нитриды, но не ограничиваясь ими. В определенных вариантах реализации зернистые захватные материалы 330 образованы из оксида алюминия, карбида кремния, карбида вольфрама, диоксида циркония и нитрида кремния. В определенных вариантах реализации зернистые захватные материалы 330 могут содержать керамические проппанты или другие материалы с высокой твердостью.

[0024] В приведенном в качестве примера варианте реализации зернистые захватные материалы 330 расположены в углубленном участке 338, образованном в подложке 331. В определенных вариантах реализации углубленный участок 338 имеет меньший наружный диаметр, чем остальная наружная область 334 для обеспечения возможности включения зернистых захватных материалов 330, при этом сохраняя такой же или подобный наружный диаметр, как и остальная наружная область 334. Преимущественно, углубленный участок 338 может облегчить нанесение зернистого захватного материала 330 и связующего вещества 339.

[0025] Зернистые захватные материалы 330 могут быть прикреплены к подложке 331 посредством связующего вещества 339 или любого другого подходящего клеящего вещества. В определенных вариантах реализации используемое связующее вещество способно к измельчению. Связующие вещества включают термически улучшенный акрил, эпоксидный состав, металлы с низкой температурой плавления (такие как алюминий, магний, цинк и их сплавы) и т.д., но не ограничиваются ими. В других вариантах реализации углубленный участок 338 может удерживать зернистые захватные материалы 330 без дополнительных компонентов. В определенных вариантах реализации различные размеры зернистого материала 330a,b связаны посредством различных связующих веществ 339a,b. В определенных вариантах реализации различные связующие вещества 339a,b могут варьироваться в зависимости от размера зернистого материала 330a,b, а также от относительного положения внутри держателя 328 клиньев.

[0026] Следовательно, согласно одному аспекту раскрыто фиксирующее устройство, включающее в себя: разрушаемую подложку, имеющую первую твердость; и зернистый захватный материал, связанный с наружной областью разрушаемой подложки, при этом зернистый захватный материал имеет вторую твердость, превышающую первую твердость. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал способен к измельчению. В определенных вариантах реализации разрушаемая подложка включает в себя одно из следующего: магниевый сплав, магний-кремниевый сплав, магниеалюминиевый сплав, магний-цинковый сплав, магниемарганцевый сплав, магниеалюминиевоцинковый сплав, магниеалюминиевомарганцевый сплав, магниецинковоциркониевый сплав и магниевый сплав с редкоземельным элементом. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал включает в себя одно из следующего: карбид кремния, оксид, карбид, нитрид и керамический материал. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал меньше предназначенного пути потока. В определенных вариантах реализации разрушаемая подложка включает в себя по меньшей мере одну точку образования трещины. В определенных вариантах реализации дополнительно содержится связующее вещество, связанное с зернистым захватным материалом и разрушаемой подложкой. В определенных вариантах реализации связующее вещество способно к измельчению. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал включает в себя множество зернистых слоев. В определенных вариантах реализации каждый зернистый слой из множества зернистых слоев имеет соответствующий размер зерна. В определенных вариантах реализации внутренний зернистый слой множества зернистых слоев имеет твердость внутреннего слоя или размер зерна внутреннего слоя и примыкает к разрушаемой подложке, наружный слой множества зернистых слоев имеет твердость наружного слоя или размер зерна наружного слоя, а размер зерна внутреннего слоя меньше размера зерна наружного слоя, или твердость внутреннего слоя меньше твердости наружного слоя.

[0027] Согласно другому аспекту раскрыт способ фиксации скважинного устройства, включающий в себя: создание разрушаемой подложки, имеющей первую твердость; и нанесение зернистого захватного материала на наружную область разрушаемой подложки, при этом зернистый захватный материал имеет вторую твердость, превышающую первую твердость. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал способен к измельчению. В определенных вариантах реализации разрушаемая подложка включает в себя одно из следующего: магниевый сплав, магний-кремниевый сплав, магниеалюминиевый сплав, магний-цинковый сплав, магниемарганцевый сплав, магниеалюминиевоцинковый сплав, магниеалюминиевомарганцевый сплав, магниецинковоциркониевый сплав и магниевый сплав с редкоземельным элементом. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал включает в себя одно из следующего: карбид кремния, оксид, карбид, нитрид и керамический материал. В определенных вариантах реализации дополнительно содержится связующее вещество, связанное с зернистым захватным материалом и разрушаемой подложкой. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал включает в себя множество зернистых слоев. В определенных вариантах реализации внутренний зернистый слой множества зернистых слоев имеет твердость внутреннего слоя или размер зерна внутреннего слоя и примыкает к разрушаемой подложке, наружный слой множества зернистых слоев имеет твердость наружного слоя или размер зерна наружного слоя, а размер зерна внутреннего слоя меньше размера зерна наружного слоя, или твердость внутреннего слоя меньше твердости наружного слоя.

[0028] Согласно другому аспекту раскрыта скважинная система, включающая в себя: обсадную колонну; и фиксирующее устройство, сопряженное с обсадной колонной, включающее в себя: разрушаемую подложку, имеющую первую твердость; и зернистый захватный материал, связанный с наружной областью разрушаемой подложки, при этом зернистый захватный материал имеет вторую твердость, превышающую первую твердость, и вторая твердость больше твердости внутреннего диаметра обсадной колонны. В определенных вариантах реализации зернистый захватный материал способен к измельчению. В определенных вариантах реализации фиксирующее устройство сопряжено с пакером или мостовой пробкой. В определенных вариантах реализации фиксирующее устройство сопряжено с клином.

[0029] Предшествующее описание направлено на определенные конкретные варианты реализации для простоты изложения. Однако специалистам в данной области техники будут очевидны различные изменения и модификации этих вариантов реализации. Предполагается, что все эти изменения и модификации, находящиеся в пределах объема и сущности прилагаемой формулы изобретения, включены в настоящее изобретение.