СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ В СТВОЛЕ ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЫ ПОСРЕДСТВОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИБКИХ ОБСАДНЫХ ТРУБ Российский патент 2010 года по МПК E21B7/20 E21B19/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к операциям в стволе геологической скважины, таким как те, которые включают в себя бурение и/или крепление стволов скважин в нефтяных и газовых скважинах. Более точно, настоящее изобретение относится к способам и устройству для бурения и/или крепления стволов подземных скважин посредством использования гибких обсадных труб.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При обычных операциях в стволах подземных скважин, таких как бурение, обсадную колонну/ нижнюю трубу обсадной колонны или бурильную колонну (называемые вместе «колонной труб») образуют из секций или звеньев из резьбовых трубчатых элементов, как правило, имеющих длину приблизительно 30-40 футов, которые последовательно свинчивают вместе по мере подачи колонны труб в ствол геологической скважины. Соответственно необходимо, чтобы выполняемые операции бурения или установки обсадных труб периодически прерывались с тем, чтобы последовательные секции из трубчатых элементов можно было присоединить и продолжить операции бурения или установки обсадных труб. Когда бурильная труба или обсадная труба с резьбой использована и следующая секция готова к присоединению, операции бурения или установки обсадных труб прекращают, и колонну труб в стволе скважины подвешивают с помощью клиньев или тому подобного, образующих часть оборудования устья скважины. Конец следующей секции заводят затем в подвешенную колонну труб и свинчивают, а затем продолжают операции установки обсадных труб. Операции, такие как образование и разъединение резьбовых соединений, являются трудоемкими и, что более важно, по своей сути опасными для персонала, находящегося на полу буровой вышки. Кроме того, в течение того времени, когда осуществляют присоединение следующей секции к подвешенной колонне, операции, связанные с циркуляцией текучих сред, включая буровой раствор или текучие среды для установки обсадных труб, прекращают. Таким образом, при обычных операциях бурения или установки обсадных труб, выполняемых с использованием составных трубчатых элементов, на практике невозможно обеспечить непрерывную циркуляцию, поскольку, как отмечено выше, в течение периода, когда добавляют следующую секцию, операции, связанные с циркуляцией, прекращают. Непрерывная циркуляция желательна для сохранения свободного кольцевого пространства между обсадной колонной и стволом скважины и для предотвращения закупоривания. Кроме того, желательно, чтобы во время операций установки обсадной колонны обсадная колонна, подвешенная в стволе скважины, удерживалась заполненной текучей средой для предотвращения чрезмерных перепадов давления текучей среды на обсадной колонне и тем самым предотвращения сплющивания и/или выбросов.

Обсадная колонна использовалась в качестве бурильной колонны, так что после бурения ствола скважины до заданной глубины обсадная колонна, образующая бурильную колонну, может быть зацементирована на месте обычным образом. Данная технология устраняет необходимость в отдельных бурильных колоннах и обсадных колоннах. Обычно в том случае, когда обсадная колонна используется в качестве бурильной колонны, конец обсадной колонны в стволе геологической скважины прикреплен к используемому однократно или извлекаемому оборудованию низа бурильной колонны, которое включает в себя двигатель и буровое долото. Когда операция бурения будет завершена, оборудование низа бурильной колонны может быть извлечено, и обсадную колонну в стволе скважины затем цементируют на месте обычным образом. В то время как бурение вместе с креплением обсадными трубами очевидно имеет преимущества с точки зрения экономии времени и денег по сравнению с обычными операциями бурения стволов скважин, предусматривающими использование отдельных бурильных колонн и обсадных колонн, в существующих в настоящее время способах бурения вместе с креплением обсадными трубами предусматривается использование составных обсадных колонн со всеми сопутствующими проблемами, рассмотренными выше в связи с составными бурильными колоннами и/или обсадными колоннами.

Гибкие насосно-компрессорные трубы, имеющие размер менее 3 дюймов или менее, сматывали с барабана и вводили в обсадную колонну с резьбовыми соединениями в скважине. Несмотря на то что гибкие трубы обычно не используют при операциях цементирования, было известно сматывание труб с барабана и подачу их в скважину с поврежденной обсадной колонной и последующее цементирование кольцевого пространства между трубами и поврежденной обсадной колонной для продолжения добычи из скважины.

Те, кто знаком с операциями, выполняемыми с гибкими трубами, признают, что размеры гибких труб обычно доходят до приблизительно 3 дюймов и что размеры обсадных труб, как правило, доходят до приблизительно 4 дюймов - до приблизительно 7 дюймов или более. Таким образом, гибкие обсадные трубы в соответствии с настоящим изобретением, как правило, будут иметь диаметр 4 дюйма или более и обычно будут иметь диаметр, составляющий 4 ¹/₂ дюйма или 5 ¹/₂ дюйма.

В патенте США 3724567 раскрыта система для манипулирования бурильной трубой или колонной труб для ремонтных операций. Колонна труб с резьбовыми соединениями может представлять собой непрерывный элемент, перемещаемый от места хранения к скважине. В патенте США 4100968 раскрыта технология установки обсадных труб с использованием механизированного вращающегося инструмента. В патенте США 5197553 раскрыто извлекаемое долото и забойный двигатель на нижнем конце трубчатой бурильной штанги, и в патенте США 5271472 раскрыто долото в сборе, включающее в себя выдвигаемые и отводимые в радиальном направлении несущие элементы с шарошками, которые могут быть извлечены через бурильную штангу.

В патенте США 5215151 раскрыт способ бурения с непрерывной секцией из составных гибких труб. Рабочая жидкость для гидравлических систем может быть закачана через колонну труб, и талевый канат используется для извлечения долота. В патенте США 5547314 раскрыта система для хранения и спуска составных трубчатых элементов в скважину. В патенте США 6250395 раскрыта система для установки трубы с резьбой в скважине и извлечения ее из скважины. В патенте США 5641021 раскрыт буровой инструмент, используемый при креплении скважины обсадными трубами и предусмотренный с запорной втулкой.

В патенте США 6419033 раскрыта система для бурения скважины с долотом и раздвижным буровым расширителем. В патенте США 6439866 раскрыт забойный двигатель с герметизированной опорой. В патенте США 6443245 раскрыт башмак обсадной колонны. В патентах США 6513223 и 6585052 раскрыты центраторы насосно-компрессорных колонн. В патенте США 6564868 раскрыт инструмент и способ разрезания трубчатого элемента. В патенте США 6705413 раскрыта технология бурения вместе с креплением обсадными трубами, предусматривающая использование извлекаемого долота.

В известных патентах не раскрыты способы, позволяющие значительно уменьшить стоимость установки обсадных труб в скважине, и соответственно существенные затраты и риски имеют место как при установке обсадной трубы в скважине, так и при извлечении обсадной колонны из скважины.

Настоящее изобретение позволяет преодолеть недостатки предшествующего уровня техники, и ниже раскрыты усовершенствованное оборудование и способы установки обсадных труб в скважине.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте осуществления способ бурения ствола подземной скважины включает в себя обеспечение барабана с непрерывной колонной гибких обсадных труб, имеющей свободный конец, и подающего устройства для перемещения колонны гибких обсадных труб. Оборудование низа бурильной колонны, включающее в себя, по меньшей мере, забойный двигатель и буровое долото, присоединено к свободному концу непрерывной колонны гибких обсадных труб для образования бурильной колонны из гибких обсадных труб. Бурильную колонну из гибких обсадных труб подают в подземный пласт при одновременной циркуляции текучей среды через колонну гибких обсадных труб для образования пробуренного ствола скважины, имеющего стенку ствола скважины. Бурильную колонну из гибких обсадных труб извлекают на поверхность из ствола скважины, и оборудование низа бурильной колонны может быть отделено от свободного конца колонны гибких обсадных труб, которая затем может быть повторно подана в ствол скважины и подвешена к оборудованию устья скважины. Подвешенная колонна гибких обсадных труб может быть отрезана для образования свободноподвешенной колонны гибких обсадных труб в стволе скважины, при этом образуется кольцевое пространство между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью свободноподвешенной колонны гибких обсадных труб. Затем может быть осуществлено нагнетание цементирующего материала или другого связующего вещества в свободноподвешенную колонну гибких обсадных труб и в кольцевое пространство.

В другом варианте осуществления извлекаемое оборудование низа бурильной колонны присоединяют к свободному концу колонны гибких обсадных труб для образования бурильной колонны из гибких обсадных труб, и ствол скважины бурят посредством подачи колонны гибких обсадных труб в подземный пласт при одновременной циркуляции текучей среды по гибким обсадным трубам к оборудованию низа бурильной колонны. Бурильную колонну из гибких обсадных труб подвешивают в оборудовании устья скважины и разрезают в месте, находящемся выше места подвешивания, посредством оборудования устья скважины. Оборудование низа бурильной колонны затем может быть извлечено через свободноподвешенную бурильную колонну из гибких обсадных труб.

В еще одном варианте осуществления свободный конец колонны гибких обсадных труб присоединяют к предназначенному для одноразового использования оборудованию низа бурильной колонны, и бурильную колонну из гибких обсадных труб подают в подземный пласт и подвешивают к оборудованию устья скважины. Бурильную колонну из гибких обсадных труб разрезают в месте, находящемся выше места подвешивания, посредством оборудования устья скважины, и связующее вещество нагнетают в свободноподвешенную бурильную колонну из гибких обсадных труб и вокруг оборудования низа бурильной колонны и вверх в кольцевое пространство между бурильной колонной из гибких обсадных труб и пробуренным стволом скважины.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретение включает в себя устройство для бурения ствола подземной скважины, включающее в себя барабан с непрерывной колонной гибких обсадных труб, оборудование низа бурильной колонны, прикрепленное к свободному концу колонны гибких обсадных труб и включающее в себя, по меньшей мере, буровое долото и забойный двигатель, и подающее устройство подачи колонны гибких обсадных труб и оборудования низа бурильной колонны в подземный пласт для образования пробуренного ствола скважины с кольцевым пространством, образованным между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью колонны гибких обсадных труб. Один или несколько насосов обеспечивают циркуляцию текучей среды через колонну гибких обсадных труб и оборудование низа бурильной колонны и в кольцевое пространство между стенкой ствола скважины и колонной гибких обсадных труб.

В еще одном варианте осуществления способ установки хвостовика в пробуренном стволе подземной скважины включает в себя обеспечение барабана с непрерывной колонной гибких обсадных труб и подающее устройство для перемещения колонны гибких обсадных труб. Колонну гибких обсадных труб подают в пробуренный ствол скважины, и при этом образуется кольцевое пространство между стенкой пробуренного ствола скважины и наружной поверхностью колонны гибких обсадных труб. Обеспечивают циркуляцию текучей среды через колонну гибких обсадных труб во время подачи колонны гибких обсадных труб, при этом текучая среда проходит вверх через кольцевое пространство,

В еще одном варианте осуществления установки хвостовика в пробуренном стволе скважины колонну гибких обсадных труб подают в пробуренный ствол скважины при одновременном обеспечении циркуляции текучей среды через колонну гибких обсадных труб, и колонну гибких обсадных труб подвешивают в стволе скважины в оборудовании устья скважины. Колонну гибких обсадных труб разрезают на некотором расстоянии выше места подвешивания посредством оборудования устья скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет выполненный частично в разрезе вертикальный вид, показывающий использование колонны гибких обсадных труб для бурения ствола скважины посредством использования обычной буровой установки.

Фиг.2 представляет собой вид, аналогичный фиг.1, но показывает использование смонтированной на прицепе буровой установки с гибкими обсадными трубами, предназначенной для бурения ствола геологической скважины.

Фиг.3 представляет собой выполненный частично в разрезе вертикальный вид, показывающий оборудование низа бурильной колонны для колонны гибких обсадных труб, удаляемое из пробуренного ствола геологической скважины.

Фиг.4 представляет собой выполненный частично в разрезе вертикальный вид, показывающий непрерывную колонну гибких обсадных труб с башмачной насадкой для цементирования скважины, спускаемую в пробуренный ствол геологической скважины.

Фиг.5 представляет собой выполненный частично в разрезе вертикальный вид, показывающий операцию цементирования, при которой обсадная колонна из гибких обсадных труб была подвешена в пробуренном стволе геологической скважины, и обсадную колонну из гибких обсадных труб вращают для усиления сцепления между цементом и подвешенной обсадной колонной.

Фиг.6 представляет собой вид, аналогичный фиг.5, показывающий возвратно-поступательное движение для усиления сцепления между цементом и подвешенной обсадной колонной.

Фиг.7 представляет собой выполненный частично в разрезе вертикальный вид, показывающий использование колонны гибких обсадных труб в качестве бурильной колонны с извлекаемым оборудованием низа бурильной колонны, содержащим буровое долото, раздвижной буровой расширитель и забойный двигатель, присоединенные к концу колонны гибких обсадных труб.

Фиг.8 показывает оборудование по фиг.7, извлекаемое через свободноподвешенную колонну посредством использования предварительно смонтированного линейного средства для извлечения в колонне гибких обсадных труб.

Фиг.9 показывает извлекаемое оборудование низа обсадной/бурильной колонны по фиг.8, приближающееся к верхней открытой поверхности свободноподвешенной обсадной колонны для удаления оборудования низа бурильной колонны.

Фиг.10 представляет собой вертикальный вид, показывающий установку устройства для запуска вертлюга для бурения с промывкой буровым раствором и запуска скребков на верхнем конце свободноподвешенной обсадной колонны по фиг.9.

Фиг.11 показывает закачиваемый башмак для цементирования скважины, который был отсоединен от устройства для запуска скребков, показанного на фиг.10.

Фиг.12 представляет собой вид сбоку, показывающий башмачную насадку для цементирования скважины, подвешенную в нижней части свободноподвешенной обсадной колонны, и верхнюю цементировочную пробку, закачиваемую вниз для вытеснения цемента из внутреннего пространства свободноподвешенной обсадной колонны и в кольцевое пространство между стволом геологической скважины и колонной обсадных труб.

Фиг.13 показывает бурение ствола подземной скважины посредством колонны гибких обсадных труб с использованием предназначенного для одноразового применения оборудования низа бурильной колонны.

Фиг.14 показывает операцию цементирования посредством предназначенного для одноразового применения оборудования низа бурильной колонны, показанного на фиг.13.

Фиг.15 показывает наклонно направленное бурение посредством колонны гибких обсадных труб в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.1 показывает обычную буровую установку 10, содержащую буровую вышку 12, имеющую наголовник 14 буровой вышки, к которому подвешен талевый блок 16, присоединенный к серьгам 18, к которым, в свою очередь, подвешено устьевое подающее устройство 20 для колонны гибких обсадных труб. Типовое оборудование 22 устья скважины размещено на полу 24 буровой вышки или рядом с полом 24 буровой вышки и включает в себя клинья (плашки) или другие захватывающие устройства для подвешивания трубчатых элементов в стволе скважины.

На опорной плите 26 смонтирован намоточный барабан 28 для размещения гибких обсадных труб 30, которые сматывают с барабана 28 посредством дугообразной направляющей 31 в устьевое подающее устройство 20, через оборудование 22 устья скважины и затем в пробуренный ствол 32 скважины. Как показано, ствол 32 скважины имеет верхний интервал 34, в котором была установлена устьевая колонка 36 обсадных труб, которая зацементирована на месте посредством цемента 38. Как показано, часть колонны гибких обсадных труб, подвешенная ниже оборудования 22 устья скважины, называемая свободноподвешенной обсадной колонной, имеет на ее свободном конце башмак 40 обсадной колонны, через которую цемент или другое связующее вещество может быть закачано обычным образом для цементирования свободноподвешенной обсадной колонны в стволе 32 скважины. Таким образом, цементирующий раствор может проходить вниз по обсадной колонне и вверх через кольцевое пространство 42 между свободноподвешенной обсадной колонной и стенкой 44 ствола 32 геологической скважины. Поскольку колонна 30 гибких обсадных труб не является составной, то основной хвостовик обсадной колонны ствола скважины можно непрерывно устанавливать в ствол 32 скважины, при этом отсутствует потребность в периодических остановах для присоединения последовательных звеньев обсадной колонны, как обычно осуществляется при операциях спуска и установки составной обсадной колонны.

Обычно используемые текучие среды, такие как соляной раствор, пресная вода, буровой раствор и т.д., могут быть поданы из источника 46 в гибкие обсадные трубы так, как желательно, по магистрали 47 во время операций спуска для облегчения подачи обсадной колонны в ствол скважины. Текущие среды, выходящие из кольцевого пространства, могут быть направлены в отстойник 48 по трубопроводу 50. В этой связи соединительные системы, используемые для «соединения» гибких труб с подобными текучими средами во взвешенном состоянии, также могут быть использованы при операциях с колоннами гибких обсадных труб по настоящему изобретению. Когда секция обсадной колонны с заданной длиной будет находиться в стволе скважины, обсадная колонна может быть захвачена клиньями в оборудовании 22 устья скважины, и колонна гибких обсадных труб может быть разрезана в месте, находящемся выше места крепления колонны 30 к оборудованию 22 устья скважины. После этого связующее вещество, такое как цемент, может быть закачано в обсадную колонну для цементирования обсадной колонны на месте в стволе скважины.

Фиг.2 аналогична фиг.1 и показывает буровую вышку 12, к которой подвешено подающее устройство 20 и барабан 28, снабжаемый текучей средой посредством магистрали 47 при сматывании гибких обсадных труб к подающему устройству. Лебедка 51, предназначенная для подъема и спуска подающего устройства 20, расположена на мачтовой буровой вышке 12. В отстойник 48 поступают текучие среды, выходящие из кольцевого пространства. В данном случае применения барабан 28 с колонной гибких обсадных труб предусмотрен на смонтированной на прицепе установке 29.

Нижняя часть фиг.2 увеличена для более четкой иллюстрации кольцевого пространства 32, окружающего колонну 30 гибких обсадных труб. На фиг.2 показан обычный гидравлический забойный двигатель (забойный турбинный двигатель) 54 на нижнем конце обсадной колонны 30, предназначенный для вращения долота 56. Таким образом, флюид закачивают через обсадную колонну 30 по магистрали 47 посредством гидравлического забойного двигателя 54 и через долото 56, затем вверх через кольцевое пространство 42 и в отстойник 48. Фиг.2 также показывает в упрощенном виде одну или несколько утяжеленных бурильных труб (удлинителей) 52 и один или несколько стабилизаторов 53, предусмотренных над двигателем 54 соответственно для добавления массы для бурения и для стабилизации оборудования низа бурильной колонны.

Фиг.3 показывает дополнительные детали, относящиеся к нижней части колонны 30 гибких обсадных труб, гидравлическому забойному двигателю 54 и долоту 56. Двигатель 54 может иметь диаметр, равный диаметру колонны 30 гибких обсадных труб или немного превышающий диаметр колонны 30 гибких обсадных труб, так что кольцевое пространство 32 может быть ограничено в зоне двигателя 54. Извлекаемое оборудование низа бурильной колонны, включающее в себя двигатель 54 и долото 52, можно периодически извлекать на поверхность посредством приведения в действие подающего устройства 20 для перемещения колонны 30 гибких обсадных труб вверх, в результате чего обеспечивается возможность проверки, ремонта или замены двигателя и замены долота.

В варианте осуществления по фиг.4 ствол 32 скважины был пробурен до заданной глубины, и колонна 30 гибких обсадных труб вставлена с обычным башмачком 58, предназначенным для цементирования скважины и предусмотренным на нижнем конце колонны гибких обсадных труб. В альтернативном варианте осуществления башмак для цементирования скважины может быть заменен звеном для цементирования.

В варианте осуществления по фиг.5 связующее вещество, такое как цементирующий материал, нагнетают по трубопроводу 60 к цементировочной головке 62 вертлюжного типа, и оттуда связующее вещество проходит вниз через колонну 30 гибких обсадных труб к башмаку 58 для цементирования скважины, находящейся у нижнего конца скважины. Во время данной операции обсадная колонна опирается на клин 64, предусмотренный в оборудовании 22 устья скважины. По мере того как ствол заполняется цементом, флюид, находящийся в кольцевом пространстве 32, вытесняется вверх и наружу из выкидной линии 50 к отстойнику 48, как было описано ранее. Цементировочная головка 62 может быть выполнена с конструкцией, способствующей вращению колонны 30 гибких труб по часовой стрелке и/или против часовой стрелки во время операции цементирования, в результате чего обеспечивается более эффективное сцепление между колонной гибких обсадных труб и стенкой ствола скважины.

В варианте осуществления по фиг.6 альтернативная цементировочная головка 66 подвешена посредством серег 18, и цементирующий материал подается в нее по трубопроводу 60. Цементировочная головка 66 и колонна гибких обсадных труб подвешены к элеватору и перемещаются в аксиальном направлении во время операций цементирования. Связующая текучая среда подается вниз по колонне 30 гибких обсадных труб и выходит из башмака 58 на нижнем конце колонны гибких обсадных труб. Текучая среда, находящаяся в кольцевом пространстве 32, проходит по трубопроводу 50 к отстойнику. Для выполнения данной операции колонну гибких обсадных труб предпочтительно перемещают возвратно-поступательно в направлении, по существу совпадающем с осью колонны гибких обсадных труб для обеспечения качественного сцепления между колонной гибких обсадных труб и стенкой ствола скважины. После цементирования колонна 30, находящаяся в скважине, может быть подвешена к оборудованию устья скважины или к подвесному хомуту для обсадной колонны.

В варианте осуществления, показанном на фиг.7, извлекаемый гидравлический забойный двигатель 68 подвешен у нижнего конца колонны гибких труб к талевому канату 70, который проходит до поверхности. Гидравлический забойный двигатель 68 обеспечивает приведение во вращение пилотного долота 71, а также расширительной секции 72, которая имеет диаметр режущей части, заметно больший, чем диаметр колонны 30 гибких обсадных труб. Для специалистов в данной области техники будет очевидно то, что колонна 30 гибких обсадных труб может быть оставлена в стволе, и гидравлический забойный двигатель 68, долото 71 и расширитель 72 могут быть извлечены на поверхность посредством талевого каната 70, при этом извлекаемые компоненты будут проходить через колонну 30 гибких обсадных труб с определенным внутренним диаметром. Таким образом, диаметр расширителя 72 путем отвода уменьшают до диаметра, немного меньшего, чем внутренний диаметр колонны гибких обсадных труб, как показано на фиг.8. Фиг.9 показывает гидравлический забойный двигатель 68, расширитель 72 и пилотное долото 71 рядом с верхним концом обсадной колонны 30, которая была разрезана в месте, находящемся над клиньями 64 соответствующего подвесного хомута для обсадной колонны, который обеспечивает фиксацию колонны гибких обсадных труб относительно пола 24 буровой вышки. Таким образом, талевый канат 70 может быть извлечен через отрезанную колонну 30 гибких обсадных труб и подающее устройство 20. После извлечения на поверхность гидравлический забойный двигатель может быть отремонтирован или заменен, и как пилотное долото, так и расширитель 72 могут быть заменены новыми компонентами. В альтернативном варианте осуществления колонна гибких труб может быть использована вместо талевого каната 70 для извлечения оборудования низа бурильной колонны.

На фиг.10 проиллюстрирована цементировочная головка 66, показанная в целом на фиг.6, и более точно проиллюстрированы одна или несколько верхних цементировочных (скребковых) пробок 76 и управляющих элементов 78 для регулирования отсоединения верхних цементировочных пробок. Цемент закачивают по трубопроводу 66 во внутреннее пространство обсадной колонны 30, и флюиды, находящиеся в кольцевом пространстве, выходят из трубы 50 в соответствующий отстойник или другое устройство для удерживания флюидов.

Как показано в вариантах осуществления по фиг.11 и 12, скребок 80 может быть закачан вниз по колонне 30 гибких труб с тем, чтобы он опустился и установился на конце колонны гибких труб, при этом цементирующий материал 82 закачивают за скребком 80, и верхний «конец» цементирующей текучей среды изолируют от нецементирующей рабочей жидкости 83 посредством верхних цементировочных пробок 76. Таким образом, текучая среда выходит из нижней части колонны 30 гибких обсадных труб, проходит наружу из скребка 80 и в кольцевое пространство 32, обеспечивая заполнение кольцевого пространства цементом.

В варианте осуществления по фиг.13 гидравлический забойный двигатель 54 на нижнем конце колонны 30 гибких обсадных труб приводят в действие посредством текучей среды, проходящей вниз через колонну 30 гибких обсадных труб и гидравлический забойный двигатель, для приведения во вращение долота 56. Для данного варианта осуществления гидравлический забойный двигатель и долото могут представлять собой элементы одноразового использования, и соответственно когда заданная глубина будет достигнута, цементирующий материал 82 может быть закачан по колонне 30 гибких обсадных труб, при этом верхняя цементировочная пробка 76 (фиг.14) служит для выполнения ранее описанной функции. Таким образом, цементирующий материал может заполнять кольцевое пространство вокруг колонны 30 гибких обсадных труб, а также заполнять кольцевое пространство вокруг двигателя 54 и долота 56.

Фиг.15 раскрывает еще один вариант осуществления, в котором мачтовая буровая вышка 12 наклонена относительно прицепа 29, так что колонна 30 гибких обсадных труб может быть использована для бурения под рекой. Таким образом, двигатель 54 и долото 56 могут быть выполнены с возможностью обеспечения обычного наклонно направленного бурения, и с этой целью двигатель может включать в себя сравнительно небольшую внутреннюю изогнутую часть (непоказанную), обычную для оборудования для наклонно направленного бурения.

Циркуляция текучей среды по обсадной колонне из гибких труб происходит во время бурения, при этом промывочная жидкость проходит между внутренним пространством обсадной колонны и кольцевым пространством. Циркуляция при установке хвостовика обсадной колонны предпочтительна для лучшего перемещения хвостовика обсадной колонны в скважину и для обеспечения надлежащей очистки ствола. Циркуляция связующего вещества, такого как цементирующая текучая среда, требуется, если хвостовик обсадной колонны должен быть зацементирован в необсаженной части ствола скважины.

Для каждого из вариантов осуществления, рассмотренных здесь, колонна гибких обсадных труб, будучи однажды установленной в скважине, обеспечивает первичный барьер между пластом и внутренним пространством обсадной колонны. Колонна гибких обсадных труб может быть перфорирована после ее установки, так что пластовая текучая среда проходит во внутреннее пространство обсадной колонны. В других вариантах осуществления колонна гибких обсадных труб не является сплошным трубчатым элементом и вместо этого может быть выполнена с прорезями или перфорациями для предотвращения обрушения стенки пласта при одновременном обеспечении возможности прохода текучей среды во внутреннее пространство обсадной колонны.

Колонна гибких обсадных труб по настоящему изобретению может быть выполнена из различных материалов, включая углеродистую легированную сталь или материал из углеродного волокна. Различные типы направляющих устройств, инструментов для ступеней цементирования, забивных башмаков, пакеров, скважинных стреляющих перфораторов, корреляционных индикаторов и переходных инструментов могут быть использованы вместе с колонной гибких обсадных труб. Оборудование низа бурильной колонны может включать в себя удлинители, бурильную трубу, утяжеленную бурильную трубу, амортизирующие переходники, ударные освобождающие инструменты, раздвижные буровые расширители, стабилизаторы, расширители, перепускные переводники и различные типы буровых долот. Скважинные отклонители, отклоняющие переводники и различные типы забойных двигателей с изогнутыми корпусами могут быть перемещены на оборудовании низа колонны гибких обсадных труб. Вместе с колонной гибких обсадных труб также могут быть использованы инструменты для обеспечения добычи из скважины, включая удлинители для боковых стволов и устройства для размещения боковых удлинителей.

Колонна гибких обсадных труб может быть подана при бурении или перемещена в ствол скважины в вертикальном направлении, в наклонном направлении или в по существу горизонтальной плоскости. Способы по настоящему изобретению могут быть использованы для добычи углеводородов различных типов, включая нефть и газ, а также могут быть использованы для геотермальных применений или для извлечения воды. Приложенное внутреннее давление в колонне гибких обсадных труб может быть создано посредством жидкости или газа, которым сообщена энергия жидкости или газа под давлением. Воздух, азот, природный газ, вода, совместимые жидкие углеводороды, буровые растворы и другие среды могут быть использованы для закачивания их в колонну гибких обсадных труб посредством использования насосов или компрессоров, широко распространенных в нефтедобывающей промышленности.

Несмотря на то что определенные варианты осуществления изобретения были описаны здесь с некоторыми подробностями, это было сделано исключительно в целях разъяснения различных аспектов изобретения и не предназначено для ограничения объема изобретения, определенного в нижеприведенной формуле изобретения. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что показанный и описанный вариант осуществления приведен в качестве примера и что различные другие замены, изменения и модификации, включая те, которые представляют собой альтернативу конструкциям, специально рассмотренным здесь, но не только они, могут быть выполнены при реализации изобретения на практике без отхода от его объема.

Предложенная группа изобретений относится к области бурения скважин на нефть и газ, в частности к способу и устройству для бурения и крепления скважин посредством гибких труб. Техническим результатом является снижение затрат на строительство глубоких скважин на нефть и газ. Способ бурения подземного ствола скважины включает следующие стадии: подготовку устройства для бурения скважины, включающего барабан с непрерывной колонной гибких труб, подающее устройство для перемещения колонны гибких обсадных труб в процессе строительства скважины и один или несколько насосов, предназначенных для циркуляции текучей среды; присоединение к указанной колонне гибких труб бурового инструмента, содержащего, по меньшей мере, забойный двигатель и буровое долото; бурение скважины до заданной глубины; извлечение колонны из гибких труб из скважины; отделение бурового инструмента; спуск указанной колонны гибких труб в ствол скважины; подвешивание поданной колонны гибких обсадных труб в пробуренном стволе скважины к оборудованию устья скважины; разрезание подвешенной колонны гибких обсадных труб; и нагнетание связующего вещества в свободноподвешенную колонну гибких обсадных труб и в кольцевое пространство. 6 н. и 21 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ бурения подземного ствола скважины, включающий следующие стадии:
обеспечение барабана с непрерывной колонной гибких обсадных труб, имеющей свободный конец;
обеспечение подающего устройства для перемещения колонны гибких обсадных труб;
присоединение оборудования низа бурильной колонны, включающего в себя, по меньшей мере, забойный двигатель и буровое долото, к свободному концу непрерывной колонны гибких обсадных труб для образования бурильной колонны из гибких обсадных труб;
подача бурильной колонны из гибких обсадных труб в подземный пласт при одновременной циркуляции через нее текучей среды для образования пробуренного ствола скважины, имеющего стенку ствола скважины;
извлечение бурильной колонны из гибких обсадных труб из пробуренного ствола скважины;
отделение оборудования низа бурильной колонны от свободного конца колонны гибких обсадных труб;
подача колонны гибких обсадных труб в пробуренный ствол скважины до заданной глубины;
подвешивание поданной колонны гибких обсадных труб в пробуренном стволе скважины к оборудованию устья скважины;
разрезание подвешенной колонны гибких обсадных труб в месте, находящемся выше указанного места подвешивания, посредством оборудования устья скважины для образования свободно подвешенной колонны гибких обсадных труб в стволе скважины с образованием кольцевого пространства между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью указанной колонны;
нагнетание связующего вещества в свободно подвешенную колонну гибких обсадных труб и в кольцевое пространство.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя соединение оборудования низа бурильной колонны, дополнительно включающего в себя одну или несколько утяжеленных бурильных труб, со свободным концом непрерывной колонны гибких обсадных труб.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя прикрепление башмачка для цементирования скважины или звена для цементирования к свободному концу колонны гибких обсадных труб для образования колонны из гибких обсадных труб после извлечения из ствола скважины бурильной колонны из гибких обсадных труб и отделения оборудования низа бурильной колонны.

4. Способ по п.1, в котором подающее устройство расположено на буровой установке.

5. Способ по п.1, в котором связующее вещество представляет собой цементирующий материал.

6. Способ по п.1, в котором свободно подвешенную колонну гибких обсадных труб перемещают в пробуренном стволе скважины при закачивании связующего вещества.

7. Способ бурения подземного ствола скважины, включающий следующие стадии:
обеспечение барабана с непрерывной колонной гибких обсадных труб, имеющий свободный конец;
обеспечение подающего устройства для перемещения колонны гибких обсадных труб;
присоединение извлекаемого оборудования низа бурильной колонны к свободному концу колонны гибких обсадных труб для образования бурильной колонны из гибких обсадных труб, при этом оборудование низа бурильной колонны включает в себя, по меньшей мере, буровое долото и забойный двигатель;
бурение подземного ствола скважины посредством подачи бурильной колонны из гибких обсадных труб в подземный пласт при одновременной циркуляции текучей среды через указанную колонну к оборудованию низа бурильной колонны;
подвешивание указанной бурильной колонны из гибких обсадных труб в оборудовании устья скважины;
разрезание подвешенной бурильной колонны из гибких обсадных труб в месте, находящемся выше указанного места подвешивания, посредством оборудования устья скважины;
извлечение оборудования низа бурильной колонны через свободно подвешенную бурильную колонну из гибких обсадных труб.

8. Способ по п.7, дополнительно включающий в себя соединение оборудования низа бурильной колонны, дополнительно включающего в себя одну или несколько утяжеленных бурильных труб и один или несколько стабилизаторов, со свободным концом указанной непрерывной колонны гибких обсадных труб.

9. Способ по п.7, дополнительно включающий в себя прикрепление талевого каната или гибкой трубы к оборудованию низа бурильной колонны и спуск талевого каната или гибкой трубы в колонне гибких обсадных труб при бурении подземного ствола скважины.

10. Способ по п.7, в котором подающее устройство расположено на буровой установке.

11. Способ по п.7, в котором связующее вещество представляет собой цементирующий материал.

12. Способ по п.7, в котором свободно подвешенную колонну гибких обсадных труб перемещают в пробуренном стволе скважины при закачивании связующего вещества.

13. Способ бурения подземного ствола скважины, включающий следующие стадии:
обеспечение барабана с непрерывной колонной гибких обсадных труб, имеющей свободный конец;
расположение подающего устройства, предназначенного для перемещения колонны гибких обсадных труб, на буровой вышке, над оборудованием устья скважины и на расстоянии в осевом направлении от него для расположения между ними оборудования низа бурильной колонны;
присоединение свободного конца колонны гибких обсадных труб к оборудованию низа бурильной колонны для образования бурильной колонны из гибких обсадных труб, при этом оборудование низа бурильной колонны включает в себя, по меньшей мере, забойный двигатель и вращаемое им буровое долото;
подача бурильной колонны из гибких обсадных труб в подземный пласт для создания пробуренного ствола скважины, имеющего стенку, при одновременной циркуляции текучей среды через указанную колонну к оборудованию низа бурильной колонны с образованием кольцевого пространства между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью указанной колонны;
подвешивание бурильной колонны из гибких обсадных труб в оборудовании устья скважины;
разрезание бурильной колонны из гибких обсадных труб в месте, находящемся выше места подвешивания, посредством оборудования устья скважины;
закачивание связующего вещества в свободно подвешенную бурильную колонну из гибких обсадных труб и вокруг оборудования низа бурильной колонны и вверх в кольцевое пространство между указанной колонной и стенкой пробуренного ствола скважины.

14. Способ по п.13, в котором свободно подвешенную колонну гибких обсадных труб перемещают в пробуренном стволе скважины при закачивании связующего вещества.

15. Способ по п.13, в котором связующее вещество представляет собой цементирующий материал.

16. Способ по п.13, дополнительно содержащий прикрепление башмака для цементирования скважины или звена для цементирования к колонне гибких обсадных труб до циркуляции через нее текучей среды.

17. Устройство для бурения подземного ствола скважины, содержащее барабан с непрерывной колонной гибких обсадных труб, имеющей свободный конец, оборудование низа бурильной колонны, прикрепленное к свободному концу колонны гибких обсадных труб и включающее в себя, по меньшей мере, буровое долото и забойный двигатель для его вращения, подающее устройство, расположенное на буровой вышке буровой установки с возможностью вертикального перемещения вдоль вышки для размещения оборудования низа бурильной колонны под подающим устройством на расстоянии от него для подачи колонны гибких обсадных труб и оборудования низа бурильной колонны в подземный пласт создания ствола скважины, имеющего стенку ствола скважины, с образованием кольцевого пространства между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью указанной колонны, и один или несколько насосов, предназначенных для циркуляции текучей среды через указанную колонну и оборудование низа бурильной колонны в кольцевое пространство между стенкой ствола скважины и указанной колонной.

18. Устройство по п.17, дополнительно содержащее башмак для цементирования скважины или звено для цементирования, прикрепленное к колонне гибких обсадных труб до циркуляции текучей среды через нее.

19. Устройство по п.18, в котором циркулирующая текучая среда представляет собой цементирующий материал.

20. Способ установки хвостовика в пробуренном стволе скважины, имеющем стенку, включающий следующие стадии:
обеспечение барабана с непрерывной колонной гибких обсадных труб, имеющей свободный конец, поддерживающий оборудование низа бурильной колонны, включающее, по меньшей мере, забойный двигатель и вращаемое им буровое долото;
расположение подающего устройства на буровой вышке буровой установки для перемещения колонны гибких обсадных труб;
подача колонны гибких обсадных труб в пробуренный ствол скважины с образованием кольцевого пространства между стенкой пробуренного ствола скважины и наружной поверхностью указанной колонны;
извлечение оборудования низа бурильной колонны из пробуренного ствола скважины;
обеспечение циркуляции текучей среды через колонну гибких обсадных труб при подаче указанной колонны в ствол скважины с прохождением текучей среды вверх через кольцевое пространство.

21. Способ по п.20, дополнительно включающий в себя прикрепление башмака для цементирования скважины или звена для цементирования к колонне гибких обсадных труб до циркуляции через нее текучей среды.

22. Способ по п.20, в котором циркулирующая текучая среда представляет собой цементирующий материал.

23. Способ по п.20, в котором оборудование низа бурильной колонны извлекается через гибкую колонну обсадных труб.

24. Способ по п.20, в котором гибкая колонна обсадных труб и оборудование низа бурильной колонны извлекают на поверхность, и указанная колонна повторно подается в ствол скважины после удаления из нее указанного оборудования.

25. Способ установки хвостовика в пробуренном стволе скважины, имеющем стенку, включающий в себя следующие стадии:
обеспечение барабана с непрерывной колонной гибких обсадных труб, имеющей свободный конец;
расположение подающего устройства на буровой вышке с возможностью вертикального перемещения вдоль нее для перемещения колонны гибких обсадных труб;
подача колонны гибких обсадных труб в пробуренный ствол скважины при одновременной циркуляции через нее текучей среды с образованием кольцевого пространства между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью указанной колонны;
подвешивание колонны гибких обсадных труб, поданной в пробуренный ствол скважины, в оборудовании устья скважины;
разрезание колонны гибких обсадных труб на участке, расположенном выше указанного места подвешивания посредством оборудования устья скважины.

26. Способ по п.25, дополнительно включающий в себя прикрепление башмака для цементирования скважины или звена для цементирования к колонне гибких обсадных труб до циркуляции через нее текучей среды.

27. Способ по п.25, дополнительно включающий в себя закачивание связующего вещества в колонну из гибких обсадных труб и в кольцевое пространство.
Приоритет по пунктам:

20.06.2005 по пп.1-27.