СИСТЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ, ИМЕЮЩЕМ МНОЖЕСТВО ЗОН, (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ОБРАБОТКИ УКАЗАННОГО СТВОЛА СКВАЖИНЫ Российский патент 2013 года по МПК E21B34/08 

1. Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к системам и способам селективного регулирования потока текучей среды в эксплуатационной колонне в скважине. В конкретных аспектах изобретение относится к устройствам и способам приведения в действие клапанов регулирования потока, реагирующих на увеличение содержания воды или газа в добываемых текучих средах, получаемых из конкретных зон добычи в стволе скважины.

2. Предпосылки изобретения

Скважины могут проходить через различные нефтегазоносные коллекторы или могут проходить большое расстояние через один коллектор. Способ увеличения добычи из скважины состоит в перфорировании скважины в ряде различных зон, в одном нефтегазоносном коллекторе или в различных нефтегазоносных коллекторах. Во время поздних стадий добычи углеводородов из подземных зон добычи вода или газ часто входят в добываемую текучую среду, делая добычу менее рентабельной, поскольку добываемая текучая среда становится менее концентрированной. По указанной причине, в случае наличия нескольких зон добычи в скважине, необходимо отсекать приток из таких зон со значительными поступлениями воды и/или газа. Поэтому важно иметь средство регулирования притока текучей среды в конкретном месте по длине эксплуатационной колонны.

Известно много различных типов устройств клапанов для регулирования потока жидкости через отверстие или путь прохода. Такие устройства включают в себя использование набухающих в жидкости материалов, расширяющихся при контакте с жидкостью для закрытия пути прохода или отверстия и сокращающихся в отсутствие контакта с жидкостью для обеспечения прохода потока через путь прохода или отверстие (см. заявки на патенты США 2007/0034255, 2007/0034817).

Структура и функции устройств регулирования притока хорошо известны. Устройства регулирования притока в настоящее время не имеют средства для селективного отсечения притока в эксплуатационной колонне насосно-компрессорной трубы в случае вторжения воды и/или газа в эксплуатационный слой. Для приведения в действие большинство устройств регулирования притока требует расположения в скважине контрольно-измерительных приборов или проведения геолого-технических мероприятий в стволе скважины. Необходимым является создание механизма селективного закрытия устройства регулирования притока.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеописанных проблем известных решений.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению создана система для использования в стволе скважины, имеющем множество зон, содержащая эксплуатационную колонну, расположенную в стволе скважины, множество клапанов, соединенных с эксплуатационной колонной и содержащих, каждый, по меньшей мере одно отверстие для обеспечения сообщения между эксплуатационной колонной и по меньшей мере одной из множества зон, первый и второй каналы, при этом первый канал соединен с набухающим материалом, поршень, соединенный с набухающим материалом и одним из множества клапанов, при этом пластовая текучая среда проходит из одной из множества зон в первый и второй каналы, и поршень способен активизироваться при контакте набухающего материала с нежелательной пластовой текучей средой, и один из множества клапанов способен перемещаться посредством поршня между открытым положением, при котором по меньшей мере одно отверстие клапана открыто, и закрытым положением, при котором по меньшей мере одно отверстие клапана закрыто, и открытие и закрытие одного из множества клапанов выпускает один из множества маркерных элементов.

Набухающий материал может быть размещен в первом канале, который направляет расширение набухающего материала.

Ствол скважины может содержать обсадную колонну.

Один из множества клапанов может быть устройством регулирования притока.

Набухающий материал может переходить из нерасширенного состояния в расширенное состояние в присутствии заданной концентрации нежелательных текучих сред или заданной концентрации желательных текучих сред.

Набухающий материал в нерасширенном состоянии может поддерживать один из клапанов открытым для прохождения потока добываемых текучих сред.

Набухающий материал в расширенном состоянии может закрывать один из клапанов для прекращения прохождения потока добываемых текучих сред.

Один из множества клапанов может повторно открываться при проведении геолого-технического мероприятия.

Набухающий материал может быть полимером или композитом.

Нежелательная текучая среда может быть водой или газом.

Согласно другому варианту система для использования в стволе скважины, имеющем множество зон, содержит эксплуатационную колонну, расположенную в стволе скважины, множество клапанов, соединенных с эксплуатационной колонной и содержащих, каждый, по меньшей мере одно отверстие для обеспечения сообщения между эксплуатационной колонной и по меньшей мере одной из множества зон, первый и второй каналы, при этом первый канал соединен с набухающим материалом, первый поршень, соединенный с набухающим материалом, первый шток, имеющий отверстие и соединенный с первым поршнем, причем пластовая текучая среда проходит из одной из множества зон в первый и второй каналы, набухающий материал способен активизировать первый поршень при контакте с нежелательной пластовой текучей средой, первый шток способен перемещаться посредством первого поршня и совмещать его отверстие с третьим и четвертым каналом с выпуском газа высокого давления из камеры высокого давления в поршневую камеру, содержащую второй поршень и второй шток, один из множества клапанов способен перемещаться посредством второго поршня между открытым положением, при котором по меньшей мере одно отверстие клапана открыто, и закрытым положением, при котором по меньшей мере одно отверстие клапана закрыто.

Набухающий элемент может набухать однонаправленно.

Один из множества клапанов может повторно открываться при проведении геолого-технического мероприятия.

Сила, созданная набухающим материалом, может уменьшаться при контакте с желательными текучими средами, обеспечивая повторное открытие одного из множества клапанов.

Набухающий материал может определять присутствие нежелательных текучих сред в пластовых текучих средах.

Открытие и закрытие одного из множества клапанов может выпускать маркерные элементы.

Маркерные элементы могут выпускаться в эксплуатационную колонну. Маркерные элементы могут быть одним из следующего: химические реагенты, твердые частицы или стеклянная дробь. Маркерные элементы могут быть введены в набухающий материал или в набухающие капсулы. Маркерные элементы могут выпускаться при контакте с нежелательными текучими средами. Маркерные элементы могут быть индивидуальными для каждой зоны добычи.

Открытие или закрытие одного из множества клапанов может подавать сигналы на устье скважины, которые могут быть трубными волнами.

Согласно изобретению создан способ обработки ствола скважины, имеющего множество зон, содержащий следующие этапы:

размещение в стволе скважины эксплуатационной колонны, содержащей множество клапанов, имеющих, каждый, по меньшей мере одно отверстие для обеспечения сообщения между эксплуатационной колонной и по меньшей мере одной из множества зон, первый и второй каналы, при этом первый канал соединен с набухающим материалом, первый поршень, соединенный с набухающим материалом, первый шток, имеющий отверстие и соединенный с первым поршнем, при этом пластовая текучая среда проходит из одной из множества зон в первый и второй каналы;

активация первого поршня набухающим элементом при контакте с нежелательной текучей средой;

перемещение активированным первым поршнем первого штока и совмещение его отверстия с третьим и четвертым каналом с выпуском газа высокого давления из камеры высокого давления в поршневую камеру, содержащую второй поршень и второй шток;

перемещение одного из множества клапанов посредством второго поршня между открытым положением, при котором по меньшей мере одно отверстие клапана открыто, и закрытым положением, при котором по меньшей мере одно отверстие клапана закрыто.

Набухающий элемент может набухать однонаправленно.

Способ может содержать определение присутствия нежелательных текучих сред.

Преимущество данного изобретения состоит в возможности его использования для автоматизации и управления определенным чрезмерным поступлением нежелательных текучих сред из многочисленных зон в одной скважине. Данные устройства регулирования потока могут отсекать дополнительное поступление нежелательных текучих сред и передавать сигналы на устье скважины для предупреждения оператора о данных отсечках. Добычу в каждой зоне можно регулировать индивидуально и приспосабливать к конкретным локальным условиям для оптимизации суммарного дебита скважины.

Дополнительные признаки и преимущества изобретения должны стать более ясными и понятными из следующего подробного описания с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение дополнительно подробно описано ниже со ссылками на множество чертежей с использованием не ограничивающих примеров вариантов осуществления, где одинаковыми позициями представлены аналогичные части на нескольких чертежах, на которых показано следующее.

На фиг.1 показан вид сбоку сечения примерного ствола скважины с несколькими зонами добычи и эксплуатационной компоновкой, включающей в себя систему регулирования притока согласно настоящему изобретению.

На фиг.2 показан вид сбоку сечения примерного ствола скважины с несколькими зонами добычи и эксплуатационной компоновкой с зонной миграцией неприемлемых текучих сред.

На фиг.3 показан вид сбоку сечения примерного ствола скважины с несколькими зонами добычи и эксплуатационной компоновкой с зонной миграцией неприемлемых текучих сред в устройства регулирования притока.

На фиг.4 показаны устройства регулирования притока в открытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.5 показаны устройства регулирования притока в закрытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.6 показаны устройства регулирования притока в открытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.7 показаны устройства регулирования притока в закрытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.8 показаны устройства регулирования притока в открытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.9 показаны устройства регулирования притока в закрытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.10 показаны устройства регулирования притока в открытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.11 показаны устройства регулирования притока в закрытом рабочем состоянии согласно варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Сведения приведены в данном документе в качестве примера и служат только целям рассмотрения вариантов осуществления настоящего изобретения и представляют наиболее применимое и понятное описание принципов и концептуальных аспектов настоящего изобретения. В данном контексте не делается попыток показать конструктивные детали настоящего изобретения более подробно, что необходимо для общего понимания настоящего изобретения, описанного и показанного на чертежах, делающих ясным специалистам в данной области техники возможность осуществления на практике нескольких форм настоящего изобретения. Дополнительно, одинаковыми позициями на различных чертежах указаны одинаковые элементы.

Настоящее изобретение, в общем, относится к системе и способу регулирования притока текучей среды в эксплуатационную колонну с использованием множества устройств регулирования потока текучей среды в соответствующих зонах скважины.

На фиг.1, в одном варианте осуществления скважинной системы показано использование множества устройств регулирования потока. В данном варианте осуществления скважинная система 101 содержит эксплуатационную колонну 103, размещенную в стволе 102 скважины. Хотя ствол 102 скважины показан на фиг.1 вертикальным, он может быть боковым или горизонтальным стволом согласно другим вариантам осуществления системы. Ствол 102 скважины пробурен в подземный пласт 104, который может содержать добываемые текучие среды, такие как нефть. В показанном варианте ствол 102 скважины имеет крепление обсадной колонной 109. Ствол 102 скважины может также не иметь обсадной колонны согласно другим вариантам осуществления системы. Зоны 106 и 107 изолированы друг от друга сверху и снизу пакерами 108 в стволе 102 скважины, окружающими эксплуатационную колонну насосно-компрессорной трубы 103, используемую для доступа к различным зонам 106 и 107. В каждой зоне находится ряд устройств 110, 115, 116 регулирования притока. Данные устройства регулирования притока состоят из скважинных фильтров 111, 117, 120, регулирующих поступление твердых частиц в ствол 102 скважины, скважинных фильтров 111, 117, 120, содержащих трубопроводы 114, 120 и 123 для транспортировки углеводородной текучей среды, снабженных фильтрами (не показано на чертеже) для уменьшения поступления твердых частиц в трубопроводы 114, 120, 123. В показанном варианте осуществления устройства 110, 115, 116 регулирования притока содержат основные устройства 112, 118, 121 регулирования потока, такие как клапаны, выполненные с возможностью приведения в действие и создающие путь потока для транспортировки углеводородов через отверстия 113, 119, 122 в эксплуатационную колонну 103 для транспортировки к устью 100 скважины на поверхность.

На фиг.2 показано, что с продолжением эксплуатации скважины возникает зонная миграция неприемлемых текучих сред, которая известна как образование водного венца. Данную межзонную миграцию необходимо контролировать. На фиг.2 зонная миграция воды имеет заводненную зону 2, 107, а часть зоны 1, 106 вблизи устройства 110 регулирования притока испытывает некоторую миграцию воды. Зонная миграция нежелательных текучих сред, например, воды 201 должна перемещаться в эксплуатационную колонну 103. В существующих способах определения появления данных неприемлемых текучих сред происходит на устье скважины, но при этом невозможно определить, от какого из устройств 110, 115, 116 регулирования притока передается неприемлемая текучая среда. Если определяют, что необходимо уменьшение притока нежелательных текучих сред, приходится использовать инструменты эксплуатационного каротажа для обнаружения, из какого именно устройства 110, 115, 116 регулирования притока нежелательные текучие среды входят в эксплуатационную колонну насосно-компрессорной трубы. При определении прохождения текучей среды в эксплуатационную колонну насосно-компрессорной трубы через устройство 110 и 115 регулирования притока можно использовать средство проведения геолого-технического мероприятия (на тросовом канате, гибкой насосно-компрессорной трубе и т.д.) для закрытия клапанов 112 и 118 устройств 110 и 115 регулирования притока. Данные операции являются дорогостоящими для операторов промысла, прерывают добычу из скважин и создают потенциальные риски повреждения оборудования заканчивания скважин. Многие скважины по данным причинам оставляют без обработки, и указанное приводит к далекой от оптимальной эксплуатации стволов скважин. Варианты осуществления настоящего изобретения направлены на устранение недостатков известных устройств регулирования притока. Варианты осуществления настоящего изобретения автоматизируют процедуры, описанные выше и показанные на фиг.1 и 2, с использованием набухающих материалов.

Как показано на фиг.3, когда происходит межзоновая миграция неприемлемых текучих сред, например воды, и поступление воды в отверстия 306 и 310 увеличивается, вода, входящая из зоны 106 и зоны 107, должна контактировать с набухающим материалом в клапанах 311 и 307. Набухающий материал переходит из ненабухшего состояния в набухшее состояние при контакте с водой, закрывая клапаны 307 и 311. Данное закрытие клапанов перекрывает путь потока между фильтром 312 и отверстием 310 и фильтром 308 и отверстием 306. Устройства регулирования притока настоящего изобретения определяет нежелательные текучие среды и закрывают клапаны, через которые они поступают, например, вода, без проведения какого-либо геолого-технического мероприятия. Через отверстие 302 продолжается добыча текучих сред в эксплуатационную колонну 103 на устье 114 без каких-либо перерывов. Закрытие устройств 305 и 309 регулирования притока не влияет на способность добычи текучих сред через устройство 301 регулирования притока и добыча желательных углеводородов продолжается.

На фиг.4 показан один вариант осуществления настоящего изобретения на виде сечения устройства 410 регулирования притока. Пластовые текучие среды проходят через скважинный фильтр 402 в узел 406 клапана. Узел 406 клапана содержит канал 407 и набухающий материал 408. Данный набухающий материал 408 может быть полимером или композитом. Набухающий материал 408 расположен в виде непрерывного кольца, проходящего вокруг металлической оправки 409, используемой для удержания полимера и направления расширения набухающего материала в радиальном направлении. Пластовая текучая среда проходит через канал 407 и через отверстие 405 в добываемый поток 404. Набухающий материал 408 имеет такой состав, что способен находиться в расширенном состоянии и нерасширенном состоянии, когда на полимерный материал воздействуют некоторые текучие среды. Набухающий материал 408 имеет такой состав, что его конфигурация должна изменяться под воздействием на него некоторых текучих сред.

Устройство 410 регулирования притока функционирует, обнаруживая присутствие неприемлемых текучих сред в пластовых текучих средах 403. Набухающий материал 408 набухает только когда имеются заданные уровни нежелательных текучих сред, например, воды, но если добываемые текучие среды содержат в основном углеводороды, набухающий материал 408 остается в нерасширенном состоянии.

Таким образом, в варианте осуществления фиг.4 показана добыча текучей среды, содержащей в основном углеводороды, и набухающий материал должен оставаться в нерасширенном состоянии. Узел клапана остается открытым, и пластовая текучая среда может проходить через канал 407 в добываемый поток 404 через отверстие 405.

На фиг.5 показан вариант осуществления настоящего изобретения, где устройство регулирования притока закрыто. Когда добываемая текучая среда 403 проходит в фильтр 402, набухающий материал 408 должен обнаруживать присутствие нежелательных текучих сред и должен абсорбировать данные текучие среды, и набухающий материал должен модифицировать свое состояние, переходя в расширенное состояние. Размещение набухающего материала 408 обеспечивает расширение его объема радиально наружу, и набухающий материал 408 расширяется до блокирования и изоляции канала 407. Ствол скважины может включать в себя или не включать в себя обсадную колонну. На фиг.4 и 5 ствол скважины не включает в себя обсадную колонну. В любом случае, набухающий материал 408 расширяется для адекватного уплотнения к стенке скважины или обсадной колонны. Размещение металлической оправки 409 обеспечивает расширение объема набухающего материала радиально наружу для изоляции канала. После прохождения данного расширения канал 407 блокирован набухающим материалом 408 и узел 406 клапана закрыт. При этом блокирован вход пластовой текучей среды 403 в отверстие 405 и ее подача в эксплуатационную колонну 404. В данном варианте осуществления узел 406 клапана автоматически определяет неприемлемые текучие среды, когда данные текучие среды достигают некоторого уровня. Когда компоновка 406 задвижки определяет некоторый уровень неприемлемых текучих сред, клапан закрывается, поскольку набухающий материал 408 абсорбирует воду и набухает радиально наружу, блокируя канал 407. В данном варианте осуществления набухающий материал 408 функционирует как детектор текучих сред в пластовой текучей среде 403 и также как изолирующий элемент 501, расширяющийся радиально и блокирующий канал 407, закрывая устройство регулирования притока.

Настоящий вариант осуществления использует набухающие материалы 408, которые набухают, когда в пластовых текучих средах увеличивается до некоторого уровня содержание нежелательных текучих сред. Если в пластовых текучих средах содержание нежелательных текучих сред уменьшается, набухающий материал может возвращаться из расширенного состояния в нерасширенное состояние. После возвращения набухающего материала в нерасширенное состояние узел 406 клапана устройства 410 регулирования притока должен открываться, и углеводородная добываемая текучая среда должна проходить в эксплуатационную колонну 404 насосно-компрессорной трубы.

Настоящий вариант осуществления дополнительно использует набухающие материалы 408, расширяющиеся и закрывающие канал 407 для прекращения поступления потока нежелательной текучей среды. В данном варианте узел 406 клапана является постоянно закрытым, или он повторно открывается только при проведении соответствующего геолого-технического мероприятия. Настоящий вариант осуществления дополнительно использует набухающий материал 408, расширяющийся, когда в пластовой текучей среде увеличивается содержание нежелательных текучих сред. Если состав пластовой текучей среды изменяется и содержание нежелательных текучих сред падает ниже заданного предела, набухающий материал должен оставаться расширенным, но сокращение можно инициировать и ускорить, используя внешние инициирующие механизмы. Инициирующими механизмами могут быть другие текучие среды, которые закачивают в коллектор текучей среды, размещенный в оборудовании заканчивания, или выпускают из него электрические, магнитные или электромагнитные поля.

На фиг.6 показан дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения. Пластовая текучая среда 601 проходит через фильтр 602 в кожух, состоящий из каналов или кольцевого пространства 603 и 607. Канал 603 соединен с набухающим материалом 604 так, что набухающий материал 604 всегда открыт воздействию пластовой текучей среды. Набухающий материал 604 размещен между каналом 603 и поршнем 606 и способен расширяться в объеме однонаправленно, в варианте фиг.6 влево. Пластовая текучая среда входит в кожух через каналы 603 и 607. Поршень 606 соединен с клапаном 608 штоком 605. Если в пластовой текучей среде 601 не достигнут заданный уровень нежелательной текучей среды, как показано на фиг.6, набухающий материал не должен расширяться, и клапан 608 остается открытым, при этом отверстие 609 является открытым и не блокированным, и пластовая текучая среда 601 может проходить из канала 603 через канал 607 и через отверстие 609 в эксплуатационную колонну насосно-компрессорной трубы для транспортировки на поверхность.

На фиг.7 показан тот же вариант осуществления фиг.6 с закрытым устройством регулирования притока. Пластовая текучая среда 601 проходит через фильтр 602 в канал 603. Канал 603 соединен с набухающим материалом 604, и когда набухающий материал 604 определяет нежелательные пластовые текучие среды, набухающий материал 604 должен их абсорбировать и расширяться. Набухающий материал 604 размещен между каналом 603 и поршнем 606. После определения набухающим материалом 604 нежелательных текучих сред он набухает и расширяется в объеме однонаправленно. Данное расширение или набухание материала перемещает поршень 606, соединенный со штоком 605, влево в варианте осуществления, показанном на фиг.7, перемещающий клапан 608, который последовательно блокирует и изолирует отверстие 609 и, таким образом, закрывает устройство регулирования притока. В результате таких действий клапан 608 закрывается, и пластовая текучая среда 601 не может проходить в добываемый через канал потока 607 и отверстие 609. Набухающий материал 604 определяет заданный объем нежелательной текучей среды и расширяется автоматически, перемещает влево поршень, который закрывает клапан 608. Никаких геолого-технических мероприятий для закрытия клапана 608 не проводится. Набухающий материал 604 в данном варианте осуществления функционирует одновременно как детектор нежелательных текучих сред и исполнительный механизм, создающий усилие для перемещения поршня 606 и штока 605 для приведения в действие клапана 608. Аналогично, если набухающий материал 604 определяет желательные текучие среды, материал может переходить в нерасширенное состояние, таким образом, уменьшая силу, действующую на поршень 606 и шток 605, которые, в свою очередь, должны приводить в действие клапан 608 и обуславливать повторное открытие клапана, обеспечивающее проход текучей среды к устью 610 скважины.

На фиг.8 показан дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения. Одна проблема использования набухающего материала может состоять в том, что сила, создаваемая набухающим материалом, недостаточна для приведения в действие и смещения поршня, и поэтому перемещение клапана может быть недостаточным. В варианте осуществления на фиг.8 данная проблема разрешена. На фиг.8 набухающий материал заключен в малый объем. Проблема набухающего материала состоит в том, что сила, создаваемая набухающим материалом в расширенном состоянии, обычно недостаточно велика. На фиг.8 сила, создаваемая набухающим материалом в расширенном состоянии, перемещает первый поршень. Перемещение первого поршня должно инициировать выпуск предварительно введенной текучей среды из камеры. Выпущенная предварительно введенная текучая среда должна создавать значительно увеличенную силу для перемещения второго поршня. Перемещение второго поршня должно приводить в действие клапан. Вариант осуществления на фиг.8 реализует способ умножения силы. Набухающий материал 703 в настоящем варианте осуществления служит для определения присутствия нежелательных текучих сред, так и запускающим устройством, управляющим действием значительно увеличенной силы для приведения в действие клапана 713. Пластовые текучие среды входят в фильтр 701 и в оба канала 702 и 712. Набухающий материал 703 соединен с каналом 702, и набухающий материал 703 размещен между каналом 702 и поршнем 706 так, что набухающий материал 703 расширяется в объеме однонаправленно влево в варианте осуществления фиг.8. Набухающий материал 703 не должен набухать в присутствии желательных текучих сред и не должен в таком случае перемещать поршень 706. Поршень 706 соединен со штоком 704, имеющим дроссельное отверстие 705. Добываемые текучие среды должны проходить через фильтр и каналы 702 и 712 к устью 716 скважины через отверстие 714. Клапан 713 остается открытым, когда набухающий материал 703 находится в нерасширенном состоянии, поскольку пластовая текучая среда содержит желательные текучие среды. Пока текучая среда не достигла заданного неприемлемого уровня, как показано на фиг.8, набухающий материал 703 не должен расширяться и дроссельное отверстие 705 не должно совмещаться с каналом 707 и каналом 711. В данном варианте камера 708, которая может содержать газ под высоким давлением (например, азот), не должна выпускать предварительно введенную текучую среду в канал 711. Канал 711 соединен с поршнем 710, соединенным со штоком 709. Поршень 710 соединен с клапаном 713 штоком 709. Когда набухающий материал 703 не расширяется, клапан 713 открыт. Клапан 713 открыт, поскольку нет выпуска предварительно залитого газа из камеры 708, который должен вызывать перемещение поршня 710 влево в варианте осуществления фиг.8 и закрывать клапан 713. Текучая среда может проходить через канал 712 и отверстие 714 к устью 716 в добываемый поток.

На фиг.9 показан вариант осуществления фиг.8 в закрытом положении. Когда текучие среды, проходящие в канал 702, содержат неприемлемые текучие среды, набухающий материал 703 должен набухать и расширяться. Набухающий материал 703 размещен между каналом 702 и поршнем 706. При набухании он должен расширяться в объеме и перемещать поршень 706 и шток 704. Перемещение штока 704 обеспечивает постепенное совмещение дроссельного отверстия 705 с обоими каналами 707 и 711. Совмещение дроссельного отверстия 705 с двумя каналами обеспечивает выпуск предварительно введенной текучей среды из камеры 708 через канал 707, дроссельное отверстие 705 и канал 711 в поршневую камеру 715. Предварительно введенная текучая среда внутри поршневой камеры 715 должна перемещать поршень 710 и шток 709, который перемещает клапан 713 для постепенного закрытия отверстия 714. Когда клапан 713 закрыт, пластовая текучая среда не может проходить в добываемый поток. Набухающий материал настоящего варианта осуществления автоматически определяет заданное содержание неприемлемой текучей среды. Когда это происходит, набухающий материал запускает выпуск предварительно введенной текучей среды из камеры в поршневую камеру и закрывает клапан. Геолого-технических мероприятий не требуется для автоматического открытия или закрытия данного клапана.

На фиг.10 и 11 показан дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения с использованием многих признаков вариантов осуществления, показанных на фиг.8 и 9. Вариант осуществления может иметь дополнительную камеру с маркерными элементами, индивидуальными для каждого устройства регулирования притока. Клапан 713 в закрытом положении обуславливает перемещение дополнительного штока 1002. Данный шток 1002 содержит дроссельное отверстие 1003, и когда шток 1002 перемещается, дроссельное отверстие 1003 совмещается с каналом 1001. Камера 1004 маркеров затем открывается и выпускаются маркеры, которые, среди прочего, могут быть химреагентами, твердыми частицами или дробью. Данные маркерные элементы выпускают в добываемый поток через дроссельное отверстие 1003 и канал 1001. Оператор на поверхности может определять маркеры в добываемом потоке, и по данным маркерам может определять, какие устройства регулирования притока закрыты. Если имеются могочисленные устройства регулирования притока, как в показанных вариантах осуществления, каждое устройство регулирования притока может иметь индивидуальный маркер, так что оператор может определять, какие устройства регулирования притока отсечены. Данные маркеры могут представлять собой жидкость, твердые частицы или газ с возможностью их идентифицикации на устье скважины по отличающимся признакам. Например, данные маркеры могут быть стеклянными легированным редкоземельными элементами с микроштриховыми кодами, описанными в статье "Rare earth-doped glass microbarcodes, Dejnek et al., vol.100, No.2, Pages 389-393, January 21, 2003".

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения маркеры могут быть введены в набухающий материал в клапанах устройства регулирования притока или находиться в набухающих капсулах, открытых воздействию добываемой текучей среды. При некотором уровне нежелательной добываемой текучей среды капсулы должны набухать и выпускать маркер. Маркеры могут быть выполнены индивидуальными для каждой зоны эксплуатационной колонны насосно-компрессорной трубы и поэтому при выпуске должны извещать оператора о предстоящем увеличении в некоторых зонах неприемлемых текучих сред. Оператор может при этом предпринять некоторые действия в виде геолого-технических мероприятий или в вариантах осуществления, описанных в настоящем изобретении.

В вариантах осуществления настоящего изобретения можно также использовать трубные волны для передачи сигналов на устье скважины. Маркерную камеру 1004 на фиг.10 можно заменить вакуумной или атмосферной камерой.

Хотя многие изменения и модификации настоящего изобретения должны, несомненно, быть ясны специалистам в данной области техники после прочтения приведенного выше описания, следует понимать, что конкретные варианты осуществления показаны и описаны иллюстративно и не должны рассматриваться ограничивающими. Дополнительно, изобретение описано для конкретных предпочтительных вариантов осуществления, но изменения в сущности и объеме изобретения должны возникать у специалистов в данной области техники. Констатируем, что приведенные выше примеры имеют целью разъяснение и никоим образом не должны считаться ограничивающими настоящее изобретение. Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на примеры вариантов осуществления, понятно, что слова, использованные в данном документе, являются словами описания и иллюстрации, а не словами ограничения. Изменения можно выполнять в пределах прилагаемой формулы изобретения без отхода от объема и сущности настоящего изобретения в его аспектах. Хотя настоящее изобретение описано в данном документе со ссылкой на конкретное средство, материалы и варианты осуществления, настоящее изобретение не должно ограничиваться признаками, раскрытыми в данном документе, а наоборот распространяется на все функционально эквивалентные структуры, способы и варианты использования, находящиеся в объеме прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к системам и способам селективного регулирования потока текучей среды в эксплуатационной колонне в скважине. Система для использования в стволе скважины, имеющем множество зон, содержащая эксплуатационную колонну, расположенную в стволе скважины, множество клапанов, соединенных с эксплуатационной колонной и содержащих, каждый, по меньшей мере, одно отверстие для обеспечения сообщения между эксплуатационной колонной и, по меньшей мере, одной из множества зон, первый и второй каналы, поршень, соединенный с набухающим материалом и одним из множества клапанов. При этом первый канал соединен с набухающим материалом. Пластовая текучая среда проходит из одной из множества зон в первый и второй каналы, и поршень способен активизироваться при контакте набухающего материала с нежелательной пластовой текучей средой. Один из множества клапанов способен перемещаться посредством поршня между открытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана открыто, и закрытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана закрыто, и открытие и закрытие одного из множества клапанов выпускает один из множества маркерных элементов. Технический результат заключается в повышении эффективности селективного отсечения притока в эксплуатационной колонне насосно-компрессорной трубы в случае вторжения воды и/или газа в эксплуатационный слой. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система для использования в стволе скважины, имеющем множество зон, содержащая эксплуатационную колонну, расположенную в стволе скважины, множество клапанов, соединенных с эксплуатационной колонной и содержащих, каждый, по меньшей мере, одно отверстие для обеспечения сообщения между эксплуатационной колонной и, по меньшей мере, одной из множества зон, первый и второй каналы, при этом первый канал соединен с набухающим материалом, поршень, соединенный с набухающим материалом и одним из множества клапанов, при этом пластовая текучая среда проходит из одной из множества зон в первый и второй каналы, и поршень способен активизироваться при контакте набухающего материала с нежелательной пластовой текучей средой, и один из множества клапанов способен перемещаться посредством поршня между открытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана открыто, и закрытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана закрыто, и открытие и закрытие одного из множества клапанов выпускает один из множества маркерных элементов.

2. Система по п.1, в которой набухающий материал размещен в первом канале, который направляет расширение набухающего материала.

3. Система по п.1, в которой ствол скважины содержит обсадную колонну.

4. Система по п.1, в которой один из множества клапанов является устройством регулирования притока.

5. Система по п.1, в которой набухающий материал способен переходить из нерасширенного состояния в расширенное состояние в присутствии заданной концентрации нежелательных текучих сред.

6. Система по п.1, в которой набухающий материал способен переходить из нерасширенного состояния в расширенное состояние в присутствии заданной концентрации желательных текучих сред.

7. Система по п.1, в которой набухающий материал в нерасширенном состоянии способен поддерживать один из клапанов открытым для прохождения потока добываемых текучих сред.

8. Система по п.1, в которой набухающий материал в расширенном состоянии способен закрывать один из клапанов для прекращения прохождения потока добываемых текучих сред.

9. Система по п.1, в которой один из множества клапанов способен повторно открываться при проведении геолого-технического мероприятия.

10. Система по п.1, в которой набухающий материал является полимером или композитом.

11. Система по п.1, в которой нежелательная текучая среда является водой или газом.

12. Система для использования в стволе скважины, имеющем множество зон, содержащая эксплуатационную колонну, расположенную в стволе скважины, множество клапанов, соединенных с эксплуатационной колонной и содержащих, каждый, по меньшей мере, одно отверстие для обеспечения сообщения между эксплуатационной колонной и, по меньшей мере, одной из множества зон, первый и второй каналы, при этом первый канал соединен с набухающим материалом, первый поршень, соединенный с набухающим материалом, первый шток, имеющий отверстие и соединенный с первым поршнем, причем пластовая текучая среда проходит из одной из множества зон в первый и второй каналы, набухающий материал способен активизировать первый поршень при контакте с нежелательной пластовой текучей средой, первый шток способен перемещаться посредством первого поршня и совмещать его отверстие с третьим и четвертым каналом с выпуском газа высокого давления из камеры высокого давления в поршневую камеру, содержащую второй поршень и второй шток, один из множества клапанов способен перемещаться посредством второго поршня между открытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана открыто, и закрытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана закрыто.

13. Система по п.12, в которой набухающий элемент способен набухать однонаправлено.

14. Система по п.12, в которой один из множества клапанов способен повторно открываться при проведении геолого-технического мероприятия.

15. Система по п.12, в которой сила, созданная набухающим материалом, уменьшается при контакте с желательными текучими средами, обеспечивая повторное открытие одного из множества клапанов.

16. Система по п.12, в которой набухающий материал способен определять присутствие нежелательных текучих сред в пластовых текучих средах.

17. Система по п.12, в которой открытие и закрытие одного из множества клапанов выпускает маркерные элементы.

18. Система по п.17, в которой маркерные элементы выпускаются в эксплуатационную колонну.

19. Система по п.17, в которой маркерные элементы являются одним из следующего: химические реагенты, твердые частицы или стеклянная дробь.

20. Система по п.17, в которой маркерные элементы введены в набухающий материал.

21. Система по п.17, в которой маркерные элементы введены в набухающие капсулы.

22. Система по п.17, в которой маркерные элементы способны выпускаться при контакте с нежелательными текучими средами.

23. Система по п.17, в которой маркерные элементы являются индивидуальными для каждой зоны добычи.

24. Система по п.12, в которой открытие или закрытие одного из множества клапанов подает сигналы на устье скважины.

25. Система по п.24, в которой сигналы являются трубными волнами.

26. Способ обработки ствола скважины, имеющего множество зон, содержащий следующие этапы: размещение в стволе скважины эксплуатационной колонны, содержащей множество клапанов, имеющих, каждый, по меньшей мере, одно отверстие для обеспечения сообщения между эксплуатационной колонной и, по меньшей мере, одной из множества зон, первый и второй каналы, при этом первый канал соединен с набухающим материалом, первый поршень, соединенный с набухающим материалом, первый шток, имеющий отверстие и соединенный с первым поршнем, при этом пластовая текучая среда проходит из одной из множества зон в первый и второй каналы; активация первого поршня набухающим элементом при контакте с нежелательной текучей средой; перемещение активированным первым поршнем первого штока и совмещение его отверстия с третьим и четвертым каналом с выпуском газа высокого давления из камеры высокого давления в поршневую камеру, содержащую второй поршень и второй шток; перемещение одного из множества клапанов посредством второго поршня между открытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана открыто, и закрытым положением, при котором, по меньшей мере, одно отверстие клапана закрыто.

27. Способ по п.26, в котором набухающий элемент набухает однонаправлено.

28. Способ по п.26, который содержит определение присутствия нежелательных текучих сред.