СКВАЖИННЫЙ ЭКРАН ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ИЛИ ИСКРИВЛЕННОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 1996 года по МПК E21B43/08 

Настоящее изобретение относится к области бурения скважин для добычи жидких сред, например, нефти, воды и т.п. и, в частности, к скважинному экрану для горизонтальной или искривленной скважины.

В скважинах для добычи нефти, воды и т.п. имеется все возрастающая тенденция использования вместо вертикальной скважины, которая получается вертикальным бурением породы с поверхности земли к нефтяному или водяному пласту, горизонтальной или искривленной скважины, которая создается бурением вертикального отрезка, изогнутого отрезка и горизонтального или искривленного отрезка, проходящего горизонтально или наклонно по нефтяному или водяному пласту. Подобная горизонтальная или искривленная скважина выгодна тем, что поскольку участок экрана такой горизонтальной или искривленной скважины, с которого может собираться нефть или вода, во много раз длиннее, чем у вертикальной скважины, то такая горизонтальная или искривленная скважина имеет во много раз большую продуктивность добычи нефти или воды, чем вертикальная скважина.

Известен скважинный экран для горизонтальной или искривленной скважины (см. например, патент США N 3816894), включающий основную часть экрана, в виде ряда основных продольных стержней, размещенных по образующей основной части экрана, и проволоки, намотанной на основные стержни, и защитный каркас в виде ряда защитных продольных стержней, размещенных снаружи проволочной намотки и защитной проволоки, намотанной вокруг защитных стержней.

Недостатком этого скважинного экрана является то, что при его пропускании через изгиб нефтяной скважины стержни сталкиваются с проволокой промежуточного экрана и промежуточными стержнями, что приводит к их изгибу в соответствии с изгибом буровой скважины и потере упругой памяти.

При этом после прохождения изгиба скважины экран остается согнутым и уже не будет плотно прилегать к стенкам скважины при достижении места в скважине, где он должен отделять песок от жидкости, выкачиваемой из нее. В результате этот экран экран не обеспечит полное удержание песка от попадания его в указанную жидкость.

В связи с этим техническим результатом настоящего изобретения является создание скважинного экрана для горизонтальной ли искривленной скважины, способного предотвращать повреждение или пластическую деформацию экрана, которые возникают при прохождении экрана через изогнутый отрезок скважины, и, таким образом, сохранять свою эффективную функцию.

Этот технический результат достигается тем, что в скважинном экране для горизонтальной или искривленной скважины, включающим основную часть экрана, в виде ряда основных продольных стержней, размещенных по образующей основной части экрана, и проволоки, намотанной на основные стержни, и защитный каркас в виде ряда защитных продольных стрежней, размещенных снаружи проволочной намотки и защитной проволоки, намотанной вокруг защитных стержней, согласно изобретению имеются кольцевые элементы для крепления стержней, размещенные по оси скважинного экрана, причем защитные продольные стержни установлены с зазором относительно проволоки основной части экрана.

Целесообразно, чтобы кольцевые элементы были закреплены на основных продольных стержнях.

Согласно данному изобретению, при введении с усилием скважинного экрана в скважину экран проходит через изогнутый отрезок скважины, защитный каркас, имеющий защитные стержни и защитную проволоку, скользит вдоль изогнутого отрезка, касаясь стенок скважины. Таким образом, проволока внутреннего экрана ни в каком случае, не контактирует со стенками скважины, а упруго деформируется внутри защитного каркаса и после достижения скважинным экраном горизонтального отрезка скважины восстанавливает свою начальную конфигурацию. Кроме того, поскольку между защитными стержнями защитного каркаса и внешней поверхностью проволоки экрана имеется зазор заданной величины, за счет подгонки этого зазора до нужной величины может быть сделана такая регулировка, что при прохождении скважинного экрана через изогнутый отрезок скважины проволока экрана через изогнутый отрезок скважины проволока экрана не будет соприкасаться с защитными стержнями защитного каркаса, или если она даже и будет контактировать с некоторыми из защитных стержней, то к проволоке экрана не будет приложено чрезмерной нагрузки, вызывающей пластическую деформацию проволоки экрана. Отсюда следует, что при введении с усилием скважинного экрана в скважину повреждение или пластическая деформация, возникающие в скважинном экране при прохождении через изогнутый отрезок скважины, могут быть эффективно предотвращены и при всех условиях скважины может быть сохранена постоянная ширина зазора проволоки экрана.

Далее описывается предпочтительный вариант выполнения изобретения со ссылками на сопровождающие фигуры, на которых:
фиг. 1 изображает аксонометрический вид варианта выполнения скважинного экрана, согласно настоящему изобретению, который показан с удаленной частью;
фиг. 2 вид сбоку экрана, показанного на фиг.1, изображенного с удаленной частью,
фиг.3 продольный разрез части скважинного экрана,
фиг.4 схематичный вид горизонтальной скважины.

Скважинный экран 1, показанный на фигуре 1, состоит из основной части 2 и защитного каркаса 3. Основная часть 2 экрана 1 включает в себя вертикальную перфорированную трубу 4 с множеством отверстий 5 для забора жидкости, ряд основных стержней 6, расположенных снаружи перфорированной трубы 4, идущих в продольном направлении скважинного экрана 1 и размещенных по образующей основной части 2 на равном расстоянии между соседними основными стержнями 6, и проволоку 7, намотанную по спирали на стержни 6. Такая конструкция основной части 2 экрана 1 хорошо известна в области техники нефтяных скважин. Между участками проволоки 7, которые прилегают друг к другу в осевом направлении скважинного экрана 1, формируется зазор 8, имеющий заданную ширину d.

Защитный каркас 3 содержит ряд защитных стержней 9, размещенных снаружи проволочной намотки и идущих в продольном направлении скважинного экрана 1, и защитную проволоку 10, намотанную по спирали вокруг защитных стержней 9. Экран 1 снабжен кольцевыми элементами 11 для крепления стержней, размещенными по оси скважинного экрана 1. Каждый защитный стержень 9 прикреплен обоими концами к кольцевым элементам 11 для крепления стержней сваркой или другим способом. Защитная проволока 10 приварена к защитным стержням 9 в каждой точке контакта с ними. Защитная проволока 10 предназначена для формирования вместе с защитными стержнями 9 сеткообразной структуры, так что шаг намотки защитной проволоки 10 будет подходящим, если он будет достаточен для обеспечения требуемой прочности защитного каркаса 3.

Между защитными стержнями 9 и внешней поверхностью проволоки 7 экрана имеется зазор g заданной величины. Нужная величина этого зазора g определяется с учетом диаметра скважины, радиуса кривизны изогнутого отрезка 12 (фиг. 4) скважины 13 и других условий таким образом, чтобы при прохождении скважинного экрана 1 через 1 через изогнутый отрезок 12 изогнутая проволока 7 экрана 1 не соприкасалась с изогнутыми защитными стержнями 9. Если она даже и будет контактировать с некоторыми из изогнутых защитных стержней 9, то к проволоке 7 экрана 1 не будет приложено чрезмерной нагрузки со стороны защитных стержней 9, вызывающей пластическую деформацию проволоки 7 экрана 1.

В иллюстрированном фигурами варианте осуществления изобретения кольцевые элементы 11 для крепления стержней прикреплены к основным стержням 6 экрана 1 подходящим способом, таким как варка в подлежащих местах между концами одиночного скважинного экрана I. При закреплении кольцевых элементов 11 на основных стержнях 6 экрана 1, между концами одиночного скважинного экрана 1 может быть установлено желаемое число кольцевых элементов 11. Следовательно, при установке соответствующих кольцевых элементов 11 на достаточно коротком расстоянии друг от друга соответствующие основные стержни 6 и проволока 7 в каждой секции между двумя соседними кольцевыми элементами 11 будут изгибаться достаточно однородно на изогнутом отрезке 12 скважины 13 и, как результат, зазор 8 проволоки 7 экрана 1 на изогнутом участке 14 экрана 1 (фиг.4) будет претерпевать достаточно одинаковое изменение. Таким образом, в данном варианте осуществления, в котором между концами одиночного экрана 1 может быть размещено желаемое число кольцевых элементов 11 для крепления стержней, существует меньшая вероятность возникновения неравномерности в ширине d зазора проволоки 7 экрана на изогнутом участке 14 экрана 1, чем в случае, когда кольцевые элементы 11 имеются только на концах одиночного экрана 1.

В иллюстрированном варианте осуществления изобретения внутренняя поверхность 15 каждого кольцевого элемента 11 находится в плотном контакте с внешней поверхностью перфорированной трубы 4. За счет такого устройства кольцевые элементы 11 для крепления стержней разделяют пространство между внешней поверхностью перфорированной трубы 4 и внутренней поверхностью проволоки 7 экрана в осевом направлении скважинного экрана 1 и изолируют соответствующие области, образующиеся при этом разделении пространства 16. Тем самым в случае, когда для прочистки конкретной части экрана 1 или для другой цели изнутри экрана 1 к его внешней части подается промывочная или другая жидкость, может быть предотвращено растекание промывочной или другой жидкости вдоль пространства 16 к другим частям экрана 1 без ее концентрации на нужном участке и за счет этого может быть осуществлена эффективная прочистка или другая операция.

Далее описывается процедура установки подобного скважинного экрана 1, имеющего защитный каркас 3, в горизонтальную или искривленную скважину 13.

Ряд экранов 1 описанной выше конструкции соединяется последовательно и постепенно задвигается с усилием в горизонтальную или искривленную скважину 13 с поверхности земли как показано на фиг.4. После вертикального отрезка 18 скважины 13 каждый экран 1 проходит через изогнутый отрезок 12 скважины 13, проволока 7 экрана 1 изгибается в соответствии с конфигурацией изогнутого отрезка 12. Однако проскальзывает по стенке изогнутого отрезка 12 скважины 13 защитная проволока 10 защитного каркаса 3, а проволока 7 экрана 1 не касается стенок изогнутого отрезка 12 скважины 13, но упруго деформируется внутри защитного каркаса 3 и затем восстанавливает за счет упругости свою начальную прямолинейную конфигурацию, когда экран 1 достигает горизонтального отрезка 17 скважины 13.

В изложенном выше варианте осуществления для защитных стержней 9 и для защитной проволоки 10 используются стержни и проволока круглого сечения. Вместо них могут использоваться элементы с другими сечениями, например, с ромбическим, квадратным и треугольным сечением.

Кольцевые элементы 11 для крепления стержней не ограничены только элементами представленной формы. Кольцевыми элементами 11 могут, быть и такие, у которых длина в осевом направлении экрана 1 больше, чем длина в радиальном направлении экрана 1.

Что касается способа крепления кольцевых элементов 11 к основной части 2 экрана 1, то способы описанного выше варианта осуществления, согласно которому кольцевые элементы 11 прикреплены к основным стержням 6 основной части 2 экрана 1 является особенно предпочтительным, потому, что, как указано выше, позволяет поддержать одинаковую ширину d зазора проволоки 7 экрана 1. Однако изобретение ограничено только такой конструкцией, кольцевые элементы 11 для крепления стержней могут находиться только на двух концах одного экрана 1.

Основная часть 2 экрана 1 не ограничена только иллюстрированной, с использованием перфорированной трубы 4, в качестве основной части 2 экрана 1 могут быть использованы другие известные или неизвестные типа экрана, например, экран, описанный в японском патент 32275/1983, в котором вместо перфорированной трубы 4 применяются армирующие кольца.

Если позволяют условия использования экрана 1, то защитная проволока 10 может быть приварена только к части защитных стержней 9 вместо того, чтобы быть приваренной во всех точках контакта со всеми стержнями 9. Более того, защитная проволока 10 может быть приварена только на концах, к кольцевым элементам 11 для крепления стержней, совсем без сварки с защитными стержнями 9. Помимо того, вместо использования спиральной проволоки, как в описанном выше варианте осуществления, в качестве защитной 10 проволоки снаружи защитных стержней 9 может быть размещен с интервалом ряд колец и приварен к защитным стержням 9 во всех точках контакта с ними.

Использование: при спуске скважинного экрана в горизонтальные или искривленные скважины, обеспечивает сохранность скважинного экрана и предотвращение его деформации. Сущность изобретения: устройство включает основную часть экрана. Она выполнена в виде ряда основных продольных стержней, которые размещены по образующей основной части экрана. На основные стержни намотана проволока. Снаружи проволочной намотки помещен защитный каркас. Он выполнен в виде ряда защитных продольных стержней. Вокруг защитных стержней намотана защитная проволока. Для крепления стержней установлены кольцевые элементы. Они установлены по оси скважинного экрана. Защитные продольные стержни установлены с зазором относительно проволоки основной части экрана. Кроме того, кольцевые элементы закреплены на основных продольных стержнях. 4 ил.

1. Скважинный экран для горизонтальной или искривленной скважины, включающий основную часть экрана, в виде ряда основных продольных стержней, размещенных по образующей основной части экрана, и проволоки, намотанной на основные стержни, и защитный каркас в виде ряда защитных продольных стержней, размещенных снаружи проволочной намотки, и защитной проволоки, намотанной вокруг защитных стержней, отличающийся тем, что он снабжен кольцевыми элементами для крепления стержней, размещенными по оси скважинного экрана, причем защитные продольные стержни установлены с зазором относительно проволоки основной части экрана. 2. Экран по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые элементы закреплены на основных продольных стержнях.