СПОСОБ, СИСТЕМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ, ОБРАБОТКИ ИЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МНОГОПЛАСТОВОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2011 года по МПК E21B47/00 E21B34/06 E21B43/00 

Ствол скважины может иметь множество пластов. Например, пласт, который содержит углеводороды, может иметь множество слоев, имеющих разные характеристики. Ствол скважины, который проходит сквозь такой пласт, будет иметь множество интервалов, которые соответствуют множеству слоев.

После того как ствол скважины пробурен сквозь пласт, множество слоев пласта перфорируют с использованием скважинных перфораторов. После перфорирования осуществляют исследования, такие как опробывание пласта испытателем пластов, спускаемым на колонне бурильных труб. Такие испытания пласта представляют собой процедуру для определения производительности пласта, давления, проницаемости или протяженности (или комбинации этих характеристик) залежи углеводородов в каждом слое пласта.

Во многих случаях может требоваться выполнение независимых испытаний множества пластов в стволе скважины. Для выполнения этих испытаний перфорируют нижний слой и затем в скважину спускают инструменты для опробования пластов, и этот слой испытывают посредством измерения притока. Затем испытательную колонну извлекают и устанавливают пробку над испытанным слоем и под следующим слоем, который необходимо исследовать. Далее перфорируют и испытывают следующий слой. Это повторяется, пока все представляющие интерес слои не будут испытаны. Для подготовки скважины к эксплуатации все пробки будут разбурены. В результате испытания множества интервалов опробывателем пластов, спускаемым на колонне бурильных труб, в стволе скважины могут быть продолжительным процессом, который может занимать несколько дней, что может быть расточительным с точки зрения трудозатрат и стоимости оборудования. Кроме того, продолжительные испытания пласта опробывателем пластов, спускаемым на колонне бурильных труб, также задерживают завершение ствола скважины.

Согласно изобретению создан способ испытания многопластовой скважины, содержащий в ствол скважины узла клапанов, приводимых в действие посредством сброса в соответствующий клапан объекта, приводящего в действие клапан, последовательное переведение с заданной последовательностью клапанов в открытое состояние и последовательное испытание пластов после переведения в открытое состояние соответствующих клапанов.

Последовательное испытание пластов может содержать выполнение последовательных опробываний пласта испытателем пласта, спускаемым на колонне бурильных труб.

При спуске узла клапанов в ствол скважины можно осуществлять спуск опробывателя пласта на бурильных колоннах, имеющий один или множество датчиков для измерения одной или более характеристик интервалов.

Способ может дополнительно содержать использование одного или множества датчиков для измерения, по меньшей мере, давления или акустических волн.

Переведение каждого клапана в открытое состояние может содержать сброс объекта, приводящего в действие клапан, в данный клапан, захват объекта в данном клапане, приложение давления к объекту для перемещения элемента в клапане для открывания одного или более отверстий клапана для создания потока текучей среды между внутренним каналом клапана и областью снаружи от клапана.

Переведение каждого клапана в открытое состояние может содержать переведение клапана из первого состояния во второе состояние, при этом клапан в его первом состоянии допускает сквозное прохождение через него объекта, приводящего в действие клапан, и во втором состоянии обеспечивает захват указанного объекта.

Переведение клапана из первого состояния во второе состояние может осуществляться в ответ на открытие соседнего клапана.

Способ может дополнительно содержать сообщение увеличенного давления текущей среды в канале управления от соседнего клапана к клапану в ответ на открытие соседнего клапана для перемещения поршня в клапане для переведения его из первого состояния во второе состояние.

Способ может дополнительно содержать сжатие сжимаемого элемента в ответ на перемещение поршня, причем сжимаемый элемент при его сжатии создает второе состояние. При сжатии сжимаемого элемента можно осуществлять сжатие, по меньшей мере, С-образного кольца или цанги.

Каждый пласт можно испытывать после открытия соответствующего клапана и перед открытием следующего клапана в заданной последовательности.

Способ может дополнительно содержать после переведения клапана в открытое состояние закрытие изолирующего элемента в каждом клапане для изоляции объекта, приводящего в действие клапан, от части канала в клапане, и после закрытия изолирующего элемента предотвращение притока текучей среды из нижних интервалов в соответствующий пласт, примыкающий к данному клапану.

Согласно изобретению создано устройство для испытания, обработки или эксплуатации скважины, содержащее принимающий элемент для приема объекта, приводящего в действие клапан, сбрасываемого в ствол скважины, втулку, перемещаемую повышенным давлением, прилагаемым к принимающему элементу и объекту, приводящему в действие клапан, корпус, имеющий канал и, по меньшей мере, одно отверстие, открываемое посредством перемещения втулки, и изолирующий элемент для изоляции объекта, приводящего в действие клапан, от потока текучей среды в канале.

Изолирующий элемент может содержать откидной клапан или шаровой клапан.

Устройство может дополнительно содержать оправку для удержания изолирующего элемента в открытом положении, причем оправка соединена с возможностью отсоединения со втулкой, и изолирующий элемент способен закрываться в ответ на прилагаемое давление, которое отделяет оправку от втулки.

Устройство может дополнительно содержать срезной механизм для соединения оправки со втулкой.

Принимающий элемент может иметь состояние для сквозного прохождения объекта и состояние для захвата объекта и, когда он находится в состоянии для сквозного прохождения объекта, обеспечивает сквозное прохождение объекта, приводящего в действие клапан, и когда он находится в состоянии для захвата объекта, захватывает объект, приводящий в действие клапан. Принимающий элемент может содержать, по меньшей мере, С-образное кольцо или цангу.

Устройство может дополнительно содержать поршень, приводимый в действие повышением давления для переведения принимающего элемента из состояния для сквозного прохождения объекта в состояние для захвата объекта.

Устройство может дополнительно содержать первый клапан, принимающий элемент, втулку, корпус, изолирующий элемент, являющийся частью первого клапана, и поршень, второй клапан, и канал управления для сообщения повышенного давления с поршнем в качестве реакции на открывание второго клапана.

Второй клапан может содержать второй принимающий элемент для приема второго объекта, приводящего в действие клапан, сбрасываемого в ствол скважины, вторую втулку, перемещаемую посредством повышения давления, прилагаемого ко второму принимающему элементу и второму объекту, приводящему в действие клапан, второй корпус, имеющий канал и, по меньшей мере, одно отверстие, открываемое посредством перемещения второй втулки, второй изолирующий элемент для изолирования второго объекта, приводящего в действие клапан, от потока текучей среды в канале второго корпуса, и второй поршень, приводимый в действие посредством повышения давления для перевода второго принимающего элемента из состояния для сквозного прохождения объекта во второе состояние для захвата объекта.

Устройство может дополнительно содержать третий клапан и второй канал управления, который передает повышенное давление второму поршню в результате открытия третьего клапана.

Поток текучей среды может создаваться, по меньшей мере, операцией добычи и операцией обработки.

Согласно изобретению создана система для испытания скважины, содержащая множество клапанов, каждый из которых имеет первое состояние и второе состояние, множество объектов, приводящих в действие клапан, сбрасываемых в ствол скважины для последовательного открывания соответствующих клапанов, причем каждый клапан, когда он находится в первом состоянии, допускает сквозное прохождение объектов, приводящих в действие клапан, и каждый клапан, когда он находится во втором состоянии, захватывает соответствующий объект, приводящий в действие клапан, и испытательный инструмент, соединенный с множеством клапанов для испытания соответствующих пластов скважины, примыкающих к соответствующим клапанам.

Испытательный инструмент может содержать один или множество датчиков для измерения характеристик каждого пласта.

Испытательный инструмент может последовательно испытывать соответствующие зоны, когда каждый клапан переводится в открытое состояние в заданной последовательности.

Система может дополнительно содержать пакеры для изоляции интервалов для обеспечения независимого и отдельного испытания пластов.

Каждый клапан может иметь сжимаемый элемент, который, когда он не сжат, определяет первое состояние данного клапана, и, когда он сжат, определяет второе состояние данного клапана.

Сжимаемый элемент может сжиматься в результате приложения повышенного давления вследствие открытия соседнего клапана.

Каждый клапан может иметь прорези для создания сообщения по текучей среде между внутренним пространством клапана и пространством снаружи от клапана, которые проходят по спирали или под углом относительно продольной оси клапана.

Согласно изобретению создан способ испытания, обработки или эксплуатации многопластовой скважины, содержащий спуск в ствол скважины узла клапанов, приводимых в действие посредством сброса в соответствующий клапан объекта, приводящего в действие клапан, последовательный перевод в заданной последовательности клапанов в открытое состояние, и последовательное испытание, обработку или эксплуатацию пластов после перевода соответствующих клапанов в открытое состояние.

Другие признаки изобретения будут понятны при ознакомлении с нижеследующим описанием, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает вид варианта опробывателя пласта, спускаемого на бурильной колонне, который включает узел клапанов для осуществления испытаний соответствующих пластов в стволе скважины согласно настоящему изобретению;

фиг.1А - вид альтернативного варианта выполнения клапана, который можно использовать в опробывателе пласта, показанном на фиг.1;

фиг.2А-2В изображают виды разных состояний при сквозном прохождении объекта и при захвате объекта в клапане, используемом в инструментальной колонне, показанной на фиг.1, согласно варианту осуществления изобретения;

фиг.3А-3D - виды клапана, используемого в инструментальной колонне, показанной на фиг.1, в нескольких положениях согласно варианту осуществления изобретения.

В нижеследующем описании изложены многие детали для обеспечения понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено без этих деталей, и что могут быть возможны многие изменения или модификации описанных вариантов осуществления изобретения.

Использованные здесь термины "вверх" и "вниз", "верхний" и "нижний", "вверху" и "внизу", "предшествующий по потоку" и "последующий по потоку"; "над" и "под"; и другие подобные термины, обозначающие относительные положения над или под заданной точкой или элементом, использованы в этом описании для более ясного описания некоторых вариантов осуществления изобретения. Однако при использовании в связи с оборудованием и способами, применяемыми в отношении скважин, которые являются наклонными или горизонтальными, такие термины могут означать слева направо, справа налево или другое взаимоотношение, как подходит.

На фиг.1 показана типичная инструментальная колонна 100, спущенная в ствол 114 скважины, которая включает испытательный инструмент 102 для опробывания пласта, спускаемый на бурильной колонне, и узел 110 клапанов 106 и пакеров 108, соответствующий варианту осуществления изобретения. Пакеры 108, когда они установлены, используются для изолирования множества интервалов, соответствующих множеству слоев 112 пласта, примыкающего к стволу 114 скважины. Согласно варианту осуществления изобретения, используют один клапан 106 и пакер 108 для каждого интервала.

Пакеры 108 позволяют перфорировать и затем независимо и индивидуально испытывать каждый пласт для определения характеристик слоя 112 в этом интервале. Множество интервалов испытывают с заданной последовательностью при помощи инструментальной колонны 100. При последовательном испытании каждого интервала приводят в действие соответствующий один из клапанов 106, переводимый в открытое состояние для обеспечения сообщения по жидкости между соответствующим интервалом и внутренним пространством инструментальной колонны 100 через отверстия 107 соответствующего клапана 106. Остальные клапаны 106 в комплекте 110, соответствующие другим интервалам, которые в данный момент не испытываются, остаются закрытыми.

Инструментальная колонна 100 может также обеспечивать обработку различных интервалов (например, посредством нагнетания жидкостей для гидроразрыва, которые содержат расклинивающие наполнители для гидроразрыва пласта) и добычу углеводородов из различных интервалов (через клапаны 106). Для добычи комплект 110 клапанов 106 и пакеров 108 может оставаться в стволе 114 скважины с заменой инструмента 102 эксплуатационной обсадной колонной, обеспечивающей поток углеводорода из слоя (слоев) 112 пласта через эксплуатационную обсадную колонну на поверхность земли.

На фиг.1А показан альтернативный вариант выполнения клапана 106А, который может заменить любой из клапанов 106, показанных на фиг.1. Клапан 106А имеет каналы, которые выполнены в виде прорезей 107А, расположенных по спирали или под наклонным углом относительно продольной оси клапана 106А. По меньшей мере, часть спиральных или расположенных под углом прорезей 107А могут находиться перед любой трещиной, которая может создаваться в пласте (например, при обработке), таким образом, что текучая среда (например, обрабатывающая текучая среда) может подаваться в трещину пласта с меньшим перепадом давлений и с меньшей извилистостью для уменьшения вероятности преждевременного выпадения песка вблизи ствола скважины.

Для осуществления испытания определенного интервала (который включает испытываемый слой 112) при помощи опробывателя пласта, буровой мастер быстро понижает давление в стволе 114 скважины таким образом, что создается пониженное давление в области ствола 114 скважины вблизи испытываемого слоя 112. Быстрый сброс давления вызывает достижение частью испытываемого слоя 112 вблизи ствола 114 скважины более низкого давления, чем в остальной части испытываемого слоя 112. После осуществления понижения давления ствол 114 скважины запирают (другими словами, изолируют скважину на уровне земли или в каком-либо месте в скважине 114 с использованием запорного клапана), и давлению в стволе 114 скважины позволяют подняться вследствие притока текучей среды из испытываемого слоя 112 пласта в ствол 114 скважины.

В инструменте 102, спускаемом на бурильной колонне, расположен один или более датчиков 104 для отслеживания различных характеристик, связанных с потоком текучей среды из испытываемого слоя 112 в ствол скважины. Одним или множеством датчиков 104 может быть датчик давления для отслеживания давления в стволе 114 скважины. Темп, с которым возрастает давление в стволе 114 скважины после понижения давления и запирания, является показателем проницаемости испытываемого слоя 112 пласта. Различные значения давления, считываемые датчиком давления, могут записываться и локально храниться в инструменте 102, спускаемом на бурильной колонне, для последующего извлечения. В альтернативном варианте, считанные значения давления могут передаваться телеметрическим механизмом по кабелю (например, электрическому кабелю, волоконно-оптическому кабелю и т.д.) в оборудование на поверхности земли.

Закрытие ствола 114 скважины после снижения давления также вызывает создание волн давления вследствие ударного давления, связанного с запиранием. Волны давления распространяются через испытываемый слой 112 пласта. Слой 112 пласта может включать одну или более границ. Волны давления, распространяющиеся в слой 112 пласта, отражаются от этих границ. Отражения от этих границ могут измеряться при помощи датчика давления или акустического датчика (или множества датчиков давления или акустических датчиков), который является (являются) частью датчиков 104 в инструменте 102. Измерение отраженных волн давления допускает определение расположения границ в испытываемом слое 112 для обнаружения любых трещин или разломов в слое 112 пласта. Кроме того, отраженные волны давления могут указывать на то, как глубоко проходит слой 112 пласта (в глубину испытываемого слоя 112 от ствола 114 скважины в радиальном направлении в слой 112 пласта).

При помощи инструмента 102 можно также осуществлять другие испытания. В альтернативном варианте осуществления изобретения инструмент 102 представляет собой другой тип испытательного инструмента (отличный от опробывателя пласта, спускаемого на бурильной колонне).

Преимущество, даваемое инструментальной колонной 100, соответствующей некоторым вариантам осуществления изобретения, состоит в том, что осуществляют один спуск инструментальной колонны для обработки, испытания или эксплуатации множества интервалов в стволе 114 скважины. Каждый из интервалов может индивидуально обрабатываться, испытываться или эксплуатироваться при изолировании этого интервала от других интервалов с использованием пакеров 108. Сообщение с каждым интервалом достигают посредством использования соответствующего одного или множества клапанов 106, которые последовательно открываются для обработки, испытания или эксплуатации соответствующих зон. В некоторых вариантах осуществления изобретения, инструментальная колонна 100 может перемещаться после испытания одного интервала для обработки, испытания или эксплуатации другого интервала. Инструментальная колонна 100 может также устранять необходимость во вмешательстве вспомогательного каната, шлифовального каната или труб в бухтах для обработки, испытания или эксплуатации множества интервалов.

В некоторых вариантах осуществления изобретения клапаны открывают в последовательности, которая начинается в нижней части колонны в самом нижнем интервале, при этом испытания продолжают последовательно вверх в других интервалах, расположенных выше самого нижнего интервала. В горизонтальном стволе скважины испытания могут начинаться от наиболее дальнего интервала (интервала, наиболее удаленного от поверхности земли). В других вариантах осуществления изобретения последовательность может начинаться в самом верхнем интервале или в самом ближнем интервале.

Для открывания конкретного клапана в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, с поверхности земли в ствол 114 скважины и во внутренний канал инструментальной колонны 100 помещают свободно падающий или закачиваемый вниз объект (такой как шар). Такой объект назван здесь объектом для приведения в действие клапана. Например, объект для приведения в действие клапана, который сбрасывают в ствол 114 скважины для приведения в действие клапана 106, может быть, в целом, сферическим шаром. В других вариантах осуществления изобретения можно использовать объекты для приведения в действие клапанов других типов.

В некоторых вариантах осуществления изобретения могут использоваться объекты для приведения в действие клапана одного размера (хотя в других вариантах осуществления изобретения могут использоваться объекты для приведения в действие клапана разных размеров) для приведения в действие соответствующих клапанов 106 с переводом в открытое состояние. Объекты для приведения в действие клапана "одинаковых размеров" относятся к объектам для приведения в действие клапана, размеры которых отличаются друг от друга менее, чем на приблизительно 0,125 дюйма. Размер, например, может составлять диаметр, в целом, сферического шара.

Использование объектов для приведения в действие клапана одинакового размера для открывания множества соответствующих клапанов 106 осуществляют посредством применения клапанов 106, каждый из которых имеет, по меньшей мере, два разных состояния: первое состояние ("состояние для сквозного прохождения объекта"), в котором объект для приведения в действие клапана, сбрасываемый в канал инструментальной колонны 100, может проходить сквозь клапан 106; и второе состояние ("состояние для захвата объекта"), в котором объект для приведения в действие клапана, сброшенный в канал инструментальной колонны 100, захватывается этим клапаном и оказывается посаженным в принимающем элементе клапана 106. Клапан 106, который имеет состояние для сквозного прохождения объекта и состояние для захвата объекта, назван "клапаном со многими состояниями, приводимым в действие объектом".

Когда объект, приводящий в действие клапан, захвачен в клапане 106, клапан 106 может переводиться гидравлическим способом из закрытого положения в открытое положение. Согласно одному варианту осуществления изобретения, самый нижний клапан 106 первым переводится в состояние для захвата объекта таким образом, что первый объект, приводящий в действие клапан, падающий в канал инструментальной колонны 100, захватывается самым нижним клапаном 106. В некоторых других вариантах самый нижний клапан 106 может быть выполнен как стандартный клапан, а не как клапан с многими состояниями, приводимый в действие объектом. После того как самый нижний клапан 106 открыт, может осуществляться испытание слоя 112 пласта, примыкающего к самому нижнему клапану 106.

Открывание самого нижнего клапана 106 вызывает перевод следующего расположенного выше клапана 106 (названного "вторым клапаном") из состояния для сквозного прохождения объекта в состояние для захвата объекта. Таким образом, второй объект, приводящий в действие клапан, который падает в канал инструментальной колонны 100, может быть захвачен вторым клапаном 106 для переведения второго клапана 106 в открытое состояние таким образом, что может осуществляться испытание слоя 112 пласта, примыкающего ко второму клапану 106.

Открывание второго клапана 106 вызывает перевод клапана (названного "третьим клапаном"), расположенного над вторым клапаном 106, из состояния для сквозного прохождения объекта в состояние для захвата объекта. Это обеспечивает открывание третьего клапана для осуществления испытания следующего интервала, примыкающего к третьему клапану 106. Процесс последовательно повторяется, пока не будет открыт самый верхний клапан 106 для обеспечения испытания самого верхнего интервала.

На фиг.2А-2В показаны два разных состояния клапана 106: состояние для сквозного прохождения объекта (фиг.2А) и состояние для захвата объекта (фиг.2В). Клапан 106 включает в целом цилиндрическую верхнюю секцию 200 корпуса, которая соосна с продольной осью клапана 106. Верхняя секция 200 корпуса включает верхнее отверстие 202 для сообщения текучей среды (скважинной текучей среды, пластовой текучей среды и т.д.) с частью инструментальной колонны 100 (фиг.1), которая расположена выше и которая прикреплена к верхней секции 200 корпуса. На ее нижнем конце верхняя секция 200 корпуса соосна и соединена с в целом цилиндрической промежуточной секцией 204 корпуса, которая, в свою очередь, соединена с нижней секцией 205 корпуса. Хотя они показаны как множество секций корпуса, секции корпуса можно совместно назвать "корпусом" клапана 106.

Клапан 106 включает клапанную втулку 206, соосную с продольной осью и приспособленную для движения в продольном направлении внутри клапана. Центральный проход клапанной втулки 206 формирует часть центрального канала 208 клапана 106. Для уплотнения радиальных отверстий (не показаны) в верхней секции 200 корпуса применены уплотнения (не показаны), такие как уплотнительные кольца. Как дополнительно описано ниже, когда втулка 206 движется вниз для открывания клапана 106, радиальные отверстия в верхней секции 200 корпуса открываются для перевода клапана 106 в открытое состояние, в котором создается сообщение по жидкости между центральным каналом 208 клапана 106 и областью, которая окружает клапан 106 (кольцевая область ствола 114 скважины). В других вариантах осуществления изобретения вместо клапанной втулки 206 могут использоваться другие подвижные элементы для открывания радиальных отверстий (или отверстий других форм) клапана 106.

Другим ее концом клапанная втулка 206 соединена с верхним концом оправки 210. Оправка 210 прикреплена к откидному клапану 212, который включает створку 214. В положении, показанном на обеих фиг.2А-2В, откидной клапан 212 находится в его открытом положении, допускающем прохождение объекта, приводящего в действие клапан, через центральный канал 208 клапана 106. Как дополнительно описано ниже, после посадки объекта, приводящего в действие клапан, в клапан 106 и перевода клапана 106 в открытое состояние, створка 214 поворачивается в ее закрытое положение для предотвращения притока текучей среды из нижних интервалов вверх при понижении давления в стволе скважины для испытания соответствующего интервала, примыкающего к клапану 106 (или вследствие потока текучей среды при эксплуатации или обработке соответствующего интервала). Откидной клапан 212 представляет собой один вариант изолирующего элемента для предотвращения подъема объекта, приводящего в действие клапан, с места посадки в клапане 106. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться изолирующие элементы других типов, такие как шаровые клапаны.

В другом варианте осуществления изобретения объект, приводящий в действие клапан, опустившись в клапан 200 (такой как С-образное кольцо 218, описанное ниже), вызывает захват объекта, приводящего в действие клапан, таким образом, что объект, приводящий в действие клапан, создает уплотнение в обоих направлениях. В таком варианте осуществления изобретения откидной клапан 212 может быть исключен из конструкции.

Нижний конец оправки 210 соединен с верхним концом поршня 216. Поршень 216, в целом, соосен с продольной осью. В положении, показанном на фиг.2А, поршень находится в пассивном положении. Нижний конец 220 поршня 216 входит в контакт с наклонной поверхностью 222 С-образного кольца 218. В качестве реакции на приведение в действие поршня 216, которое вызывает движение поршня 216 вниз, нижний конец 220 поршня 216 отталкивается к наклонной поверхности 222 С-образного кольца 218, допуская скольжение входящего в зацепление элемента 224 поршня 216 между С-образным кольцом и неподвижным элементом 226 (см. положение на фиг.2В). Это вызывает выдвижение С-образного кольца радиально внутрь (сжатие) в центральный канал 208 клапана 106 таким образом, что внутренний диаметр центрального канала 208 в области, ограниченной С-образным кольцом 218, становится меньше диаметра центрального канала 208 в других сечениях клапана 106. Например, внутренний диаметр D2 в области, ограниченной С-образным кольцом 218 (когда оно выдвинуто радиально внутрь, как показано на фиг.2В), меньше внутреннего диаметра D1, ограниченного поршнем 216.

Положение, показанное на фиг.2В, соответствует положению состояния для захвата объекта клапана 106, тогда как положение, показанное на фиг.2А, соответствует состоянию для сквозного прохождения объекта. Объект, приводящий в действие клапан, может проходить сквозь клапан 106 в положении, показанном на фиг.2А, тогда как объект, приводящий в действие клапан, будет захвачен С-образным кольцом 218 в состоянии для захвата объекта, показанном на фиг.2В. С-образное кольцо рассматривается как вариант принимающего элемента для приема объекта, приводящего в действие клапан, в состоянии для захвата объекта. Объект, приводящий в действие клапан, с уплотнением посажен на С-образное кольцо 218 для обеспечения приложения повышенного давления к объекту, приводящему в действие клапан, и к С-образному кольцу для открывания клапана.

Предполагается, что в состоянии для сквозного прохождения объекта С-образное кольцо не будет сжато, тогда как в состоянии для захвата объекта С-образное кольцо будет сжато. С-образное кольцо 218 представляет собой один пример сжимаемого элемента, который может быть сжат поршнем 216. В других вариантах осуществления изобретения можно использовать сжимаемые элементы других типов, такие как цанга.

Поршень 216 приводится в действие по направлению вниз перепадом давлений, создаваемым относительно камеры 228, которая находится под атмосферным давлением или каким-либо другим низким давлением. На другой стороне поршня 216 давление прилагается по каналу 230 управления, образованному в нижней секции 205 корпуса. Канал 230 управления передает давление одной стороне поршня 216 таким образом, что повышение давления в канале 230 управления вызывает перемещение поршня 216 вниз для взаимодействия с С-образным кольцом 218 и отталкивания С-образного кольца в радиальном направлении внутрь в положение, показанное на фиг.2В. Канал 230 управления соединен с каналом 232 управления (образованным в верхней секции 200 корпуса) следующего клапана под указанным клапаном 106. Канал 232 управления клапана 106, показанного на фиг.2А-2В в свою очередь соединен с каналом 230 управления в следующем верхнем клапане 106. Другими словами, в цепочке клапанов 106 каналы 230, 232 управления каждой пары последовательных клапанов 106 соединены друг с другом.

Канал 232 управления первоначально находится под низким давлением, таким как атмосферное давление, равное давлению в камере 228. Таким образом, поршень 216 не приводится в действие. Однако, когда клапан под показанным клапаном 106 переводится в открытое положение (вследствие движения вниз клапанной втулки 206), канал 232 управления в верхней секции 200 корпуса открывается для давления в стволе скважины, которое сообщается с каналом 230 управления следующего верхнего клапана. Давление ствола скважины в канале 230 управления создает перепад давлений на уровне поршня 216 таким образом, что поршень 216 может двигаться вниз для приведения в действие С-образного кольца 218.

В альтернативном варианте осуществления изобретения вместо использования поршня 216 и С-образного кольца 218 для получения состояния для захвата объекта клапана 106 можно использовать цанговый патрон, когда цанговый патрон первоначально находится в расширенном состоянии для достижения состояния для сквозного прохождения объекта. Цанговый патрон может быть сжат, например, поршнем 216 для достижения состояния для захвата объекта.

На фиг.3А-3D показаны несколько положений клапана 106 после перевода клапана 106 в состояние для захвата объекта, показанное на фиг.2В. Для перевода клапана 106 в открытое состояние объект 300, приводящий в действие клапан, сбрасывают в центральный канал 208 клапана 106. Объект 300, приводящий в действие клапан, захватывается С-образным кольцом, которое формирует уплотнение таким образом, что верхняя часть центрального канала 208 изолируется от нижней части центрального канала 208. В результате давление в верхней части центрального канала 208 может повышаться для приложения направленной вниз силы к узлу, который включает клапанную втулку 206, оправку 210 и поршень 216.

Направленное вниз давление, воздействующее на клапанную втулку 206, вызывает срезание множества срезных штифтов 302 (которые с возможностью освобождения соединяют клапанную втулку 206 с нижней секцией 204 корпуса, таким образом, что может достигаться движение вниз клапанной втулки 206 (см. фиг.3В). Движение вниз клапанной втулки 206 открывает радиальные отверстия (не показаны) в верхней секции 200 корпуса для обеспечения сообщения по жидкости между кольцевой областью снаружи от клапана 106 и центральным каналом 208 клапана 106. Кроме того, канал 232 управления в верхней секции 200 корпуса открыт в центральный канал 208 таким образом, что давление в стволе скважины может передаваться в канал 232 управления, а также в канал 230 управления в следующем верхнем клапане 106, как описано выше.

Оправка 210 в положении, показанном на фиг.3В, остается соединенной с клапанной втулкой 206. Соединение между клапанной втулкой 206 и оправкой 210 представляет собой разъединяемое соединение, образуемое срезным механизмом, который может срезаться под воздействием дополнительного направленного вниз давления относительно объекта 300, приводящего в действие клапан. Внутренняя поверхность нижней секции 204 корпуса образует стопор для предотвращения дальнейшего движения вниз клапанной втулки 206 таким образом, что продолжение приложения направленного вниз давления к объекту 300, приводящему в действие клапан, будет вызывать срезание срезного механизма, соединяющего оправку 210 с клапанной втулкой 206. Срезание срезного механизма, соединяющего клапанную втулку 206 и оправку 210, вызывает отделение оправки 210 от клапанной втулки 206, как показано на фиг.3С. В положении, показанном на фиг.3В, створка 214 удерживается в открытом положении оправкой 210. Однако, когда оправка 210 отделяется от клапанной втулки 206 и движется от створки 214, смещающий механизм откидного клапана 212 допускает поворот створки 214 в закрытое положение, показанное на фиг.3С. Когда створка 214 закрыта, давление в области 304 центрального канала 208 над откидным клапаном 212 изолировано от давления в области 306 между откидным клапаном 212 и объектом 300, приводящим в действие клапан. В результате любое понижение давления, которое вызывает падение давления в области 304 над откидным клапаном 212, изолировано от объекта 300, приводящего в действие клапан, таким образом, что объект 300, приводящий в действие клапан, не поднимается с места посадки в ходе процедуры испытания.

Закрывание откидного клапана 212 может также допускать добычу пластовых текучих сред, поступающих в клапан 106, при этом добываемый поток изолирован от интервалов, расположенных ниже открытого клапана 106.

В некоторых вариантах осуществления изобретения объект 300, приводящий в действие клапан, формируют из материала, который растворяется или плавится при температуре между температурой в стволе скважины и температурой текучей среды, используемой для закачивания вниз объекта 300, приводящего в действие клапан. Объект 300, приводящий в действие клапан, исчезает или в, другом случае, разрушается в достаточной степени для обеспечения прохождения потока через С-образное кольцо 218 и поршень 216 через некоторый период времени после открывания клапана 106, как показано на фиг.3D. Растворение объекта 300, приводящего в действие клапан, позволяет глушить интервалы и глушить скважину для безопасного извлечения инструментальной колонны 100.

Описанные выше варианты осуществления изобретения предусматривают открывание нижнего клапана для переведения следующего расположенного выше клапана в состояние для захвата объекта таким образом, что следующий расположенный выше клапан может переводиться в открытое состояние. В альтернативном варианте осуществления изобретения открывание верхнего клапана вызывает перевод следующего нижнего клапана в состояние для захвата объекта.

В другом варианте осуществления изобретения откидной клапан 212 может быть сначала закрыт до приведения в действие клапанной втулки 206 для открывания радиальных отверстий в верхней секции 200 корпуса. Первоначальное закрывание откидного клапана 212 допускает испытание притока до открывания клапана 106 в пласт. Испытание притока позволяет определять расход текучей среды для данного давления в скважине. После испытания притока можно прилагать дополнительное давление для приведения в действие клапанной втулки 206 для открывания радиальных отверстий верхней секции 200 корпуса.

Хотя изобретение было описано в отношении ограниченного количества вариантов осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будут понятны многие его модификации и изменения. Предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает такие модификации и изменения как входящие в рамки сущности и объема изобретения.

Изобретение относится к способу, системе и устройству для испытания, обработки или эксплуатации многопластовой скважины. Техническим результатом является повышение надежности системы, устройства и эффективности способа. Узел клапанов спускают в ствол скважины, имеющий множество интервалов, причем каждый из клапанов приводят в действие посредством сброса объекта, приводящего в действие клапан, в соответствующий клапан. Клапаны последовательно переводят в заданной последовательности в открытое состояние. Интервалы последовательно испытывают после перевода соответствующих клапанов в открытое состояние. 4 н. и 27 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ испытания многопластовой скважины, содержащий спуск в ствол скважины узла клапанов, приводимых в действие посредством сброса в соответствующий клапан объекта, приводящего в действие клапан, последовательное переведение с заданной последовательностью клапанов в открытое состояние и последовательное испытание пластов после переведения в открытое состояние соответствующих клапанов.

2. Способ по п.1, в котором последовательное испытание пластов содержит выполнение последовательных опробований пласта испытателем пласта, спускаемым на колонне бурильных труб.

3. Способ по п.2, в котором при спуске узла клапанов в ствол скважины осуществляют спуск опробователя пласта на бурильных колоннах, имеющий один или множество датчиков для измерения одной или более характеристик пластов.

4. Способ по п.3, дополнительно содержащий использование одного или множества датчиков для измерения, по меньшей мере, давления или акустических волн.

5. Способ по п.1, в котором переведение каждого клапана в открытое состояние содержит сброс в данный клапан объекта, приводящего в действие клапан, захват объекта в данном клапане, приложение давления к объекту для перемещения элемента в клапане для открывания одного или более отверстий клапана для создания потока текучей среды между внутренним каналом клапана и областью снаружи от клапана.

6. Способ по п.5, в котором переведение каждого клапана в открытое состояние также содержит переведение клапана из первого состояния во второе состояние, при этом клапан в его первом состоянии допускает сквозное прохождение через него объекта, приводящего в действие клапан, и во втором состоянии обеспечивает захват указанного объекта.

7. Способ по п.6, в котором переведение клапана из первого состояния во второе состояние осуществляется в ответ на открытие соседнего клапана.

8. Способ по п.7, дополнительно содержащий сообщение увеличенного давления текучей среды в канале управления от соседнего клапана к клапану в ответ на открытие соседнего клапана для перемещения поршня в клапане для переведения его из первого состояния во второе состояние.

9. Способ по п.8, дополнительно содержащий сжатие сжимаемого элемента в ответ на перемещение поршня, причем сжимаемый элемент при его сжатии создает второе состояние.

10. Способ по п.9, в котором при сжатии сжимаемого элемента осуществляют сжатие, по меньшей мере, С-образного кольца или цанги.

11. Способ по п.1, в котором каждый пласт испытывают после открытия соответствующего клапана и перед открыванием следующего клапана в заданной последовательности.

12. Способ по п.5, дополнительно содержащий после переведения клапана в открытое состояние закрытие изолирующего элемента в каждом клапане для изоляции объекта, приводящего в действие клапан, от части канала в клапане, и после закрытия изолирующего элемента предотвращение притока текучей среды из нижних интервалов в соответствующий пласт, примыкающий к данному клапану.

13. Устройство для испытания, обработки или эксплуатации скважины, содержащее принимающий элемент для приема объекта, приводящего в действие клапан, сбрасываемого в ствол скважины, втулку, перемещаемую повышенным давлением, прилагаемым к принимающему элементу и объекту, приводящему в действие клапан, корпус, имеющий канал и, по меньшей мере, одно отверстие, открываемое посредством перемещения втулки, и изолирующий элемент для изоляции объекта, приводящего в действие клапан, от потока текучей среды в канале.

14. Устройство по п.13, в котором изолирующий элемент содержит откидной клапан или шаровой клапан.

15. Устройство по п.13, дополнительно содержащее оправку для удержания изолирующего элемента в открытом положении, причем оправка соединена с возможностью отсоединения со втулкой, и изолирующий элемент способен закрываться в ответ на прилагаемое давление, которое отделяет оправку от втулки.

16. Устройство по п.15, дополнительно содержащее срезной механизм для соединения оправки со втулкой.

17. Устройство по п.13, в котором принимающий элемент имеет состояние для сквозного прохождения объекта, приводящего в действие клапан, и состояние для захвата указанного объекта и, когда он находится в состоянии для сквозного прохождения объекта, обеспечивает сквозное прохождение объекта, приводящего в действие клапан, и, когда он находится в состоянии для захвата объекта, захватывает объект.

18. Устройство по п.17, в котором принимающий элемент содержит, по меньшей мере, С-образное кольцо или цангу.

19. Устройство по п.17, дополнительно содержащее поршень, приводимый в действие повышением давления для переведения принимающего элемента из состояния для сквозного прохождения объекта в состояние для захвата объекта.

20. Устройство по п.19, дополнительно содержащее первый клапан, принимающий элемент, втулку, корпус, изолирующий элемент, являющийся частью первого клапана, и поршень, второй клапан, и канал управления для сообщения повышенного давления с поршнем в качестве реакции на открывание второго клапана.

21. Устройство по п.20, в котором второй клапан содержит второй принимающий элемент для приема второго объекта, приводящего в действие клапан, сбрасываемого в ствол скважины, вторую втулку, перемещаемую посредством повышения давления, прилагаемого ко второму принимающему элементу и второму объекту, приводящему в действие клапан, второй корпус, имеющий канал и, по меньшей мере, одно отверстие, открываемое посредством перемещения второй втулки, второй изолирующий элемент для изолирования второго объекта, приводящего в действие клапан, от потока текучей среды в канале второго корпуса, и второй поршень, приводимый в действие посредством повышения давления для перевода второго принимающего элемента из состояния для сквозного прохождения объекта во второе состояние для захвата объекта.

22. Устройство по п.21, дополнительно содержащее третий клапан и второй канал управления, который передает повышенное давление второму поршню в результате открытия третьего клапана.

23. Устройство по п.13, в котором поток текучей среды создается, по меньшей мере, операцией добычи или операцией обработки.

24. Система для испытания скважины, содержащая множество клапанов, каждый из которых имеет первое состояние и второе состояние, множество объектов, приводящих в действие клапан, сбрасываемых в ствол скважины для последовательного открывания соответствующих клапанов, причем каждый клапан, когда он находится в первом состоянии, допускает сквозное прохождение объектов, приводящих в действие клапан, и каждый клапан, когда он находится во втором состоянии, захватывает соответствующий объект, приводящий в действие клапан, и испытательный инструмент, соединенный с множеством клапанов для испытания соответствующих пластов скважины, примыкающих к соответствующим клапанам.

25. Система по п.24, в которой испытательный инструмент содержит один или множество датчиков для измерения характеристик каждого пласта.

26. Система по п.24, в которой испытательный инструмент способен последовательно испытывать соответствующие пласты при переводе каждого клапана в открытое состояние в заданной последовательности.

27. Система по п.24, дополнительно содержащая пакеры для изоляции интервалов для обеспечения независимого и отдельного испытания пластов.

28. Система по п.24, в которой каждый клапан имеет сжимаемый элемент, который, когда он не сжат, определяет первое состояние данного клапана, и, когда он сжат, определяет второе состояние данного клапана.

29. Система по п.28, в которой сжимаемый элемент способен сжиматься в результате приложения повышенного давления вследствие открытия соседнего клапана.

30. Система по п.24, в которой каждый клапан имеет прорези для создания сообщения по текучей среде между внутренним пространством клапана и пространством снаружи от клапана, которые проходят по спирали или под углом относительно продольной оси клапана.

31. Способ испытания, обработки и эксплуатации многопластовой скважины, содержащий спуск в ствол скважины узла клапанов, приводимых в действие посредством сброса в соответствующий клапан объекта, приводящего в действие клапан, последовательный перевод в заданной последовательности клапанов в открытое состояние, и последовательные испытание, обработку или эксплуатацию пластов после перевода соответствующих клапанов в открытое состояние.