СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОТБОРА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ИЗ СТВОЛА СКВАЖИНЫ Российский патент 2014 года по МПК E21B33/12 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Различные пакеры используются в стволах скважин для изоляции конкретных зон ствола скважины. Пакер перемещается на забой скважины на спускоподъемном средстве и расширяется, прижимаясь к стенке ствола скважины для изоляции зоны ствола скважины. Часто два или больше пакеров можно использовать для изоляции одной или нескольких зон в различных скважинных применениях, включающих в себя эксплуатационные применения, сервисные применения и испытательные применения. В некоторых применениях сдвоенный пакер можно использовать для изоляции конкретной зоны ствола скважины для обеспечения отбора текучих сред. Вместе с тем, сдвоенный пакер использует конфигурацию с двумя пакерами, в которой текучую среду отбирают между двумя отдельными пакерами. Конфигурация с двумя пакерами является чувствительной к механическим напряжениям, которые ограничивают степень расширения и перепад давления депрессии, который можно использовать. Другие методики с несколькими пакерами могут быть дорогими и создающими дополнительные трудности в отборе образцов и управлении потоком текучей среды в скважинной среде ствола скважины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению создана система отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины, содержащая единственный пакер, имеющий внешний структурный слой, расширяющийся в стволе скважины поперек зоны расширения, и содержащий множество дренажных отверстий в зоне расширения, надувной баллон, расположенный внутри внешнего структурного слоя, и уплотнительный слой, расположенный на внешнем структурном слое, при этом каждое дренажное отверстие взаимодействует с уплотнительный слоем и дренажным элементом, который способствует проходу потока текучей среды через каждое дренажное отверстие в течение срока службы единственного пакера.

Дренажный элемент может содержать окружающую кромку, расположенную вокруг каждого дренажного отверстия для предотвращения выдавливания уплотнительного слоя.

Дренажный элемент может содержать индивидуальное уплотнение, расположенное вокруг каждого дренажного отверстия, при этом индивидуальные уплотнения функционируют как уплотнительный слой.

Дренажный элемент может содержать, по меньшей мере, один проход, выполненный вдоль уплотнительного слоя для обеспечения перемещения текучей среды вдоль уплотнительного слоя между группами конкретных дренажных отверстий, выбранных из множества дренажных отверстий.

Множество дренажных отверстий могут содержать множество дренажных отверстий отбора проб и множество защитных дренажных отверстий. Система может дополнительно содержать систему регулирования потока дренажных отверстий отбора проб, соединенную с множеством дренажных отверстий отбора проб, и систему регулирования потока защитных дренажных отверстий, соединенную с множеством защитных дренажных отверстий. Система может дополнительно содержать единственный насос, соединенный с системой регулирования потока дренажных отверстий отбора проб и системой регулирования потока защитных дренажных отверстий. Система может содержать множество насосов, первый из которых соединен с системой регулирования потока дренажных отверстий отбора проб, и второй из которых с системой регулирования потока защитных дренажных отверстий.

Единственный пакер может дополнительно содержать множество песчаных фильтров, установленных для фильтрования песка из текучей среды, проходящей через множество дренажных отверстий.

Уплотнительный слой может содержать нефтестойкий каучуковый материал, который может быть выбран из группы, состоящей из бутадиен-нитрильного каучука, гидрированного бутадиен-нитрильного каучука и фтор-каучука. Нефтестойкий каучуковый материал может содержать гидрированный бутадиен-нитрильный каучук с содержанием акрилонитрила в диапазоне приблизительно 21 49 процентов.

Согласно изобретению создан способ отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины, содержащий следующие стадии:

охватывание надувного баллона внешним структурным слоем для создания единственного расширяющегося пакера;

соединение системы регулирования потока текучей среды с множеством дренажных отверстий, размещенных во внешнем структурном слое; и

размещение дренажного элемента на каждом дренажном отверстии для содействия проходу потока текучей среды через множество дренажных отверстий в течение срока службы единственного расширяющегося пакера.

Соединение системы регулирования потока текучей среды с множеством дренажных отверстий может выполняться множеством трубок внешнего структурного слоя. Способ может дополнительно содержать установку двух механических крепежных средств на концах внешнего структурного слоя и соединение множества трубок с множеством соответствующих поворотных проточных элементов каждого механического крепежного средства.

Установка дренажного элемента может содержать использование окружающей кромки, расположенной вокруг каждого дренажного отверстия для деформации стенки окружающего ствола скважины после расширения единственного расширяющегося пакера, или расположение индивидуального уплотнения вокруг каждого дренажного отверстия, или соединение групп конкретных дренажных отверстий из множества дренажных отверстий через проходы, содержащие пористый материал.

Соединение системы регулирования потока текучей среды с множеством дренажных отверстий может содержать соединение отдельных систем регулирования потока текучей среды с дренажными отверстиями отбора проб и с защитными дренажными отверстиями множества дренажных отверстий.

Способ может дополнительно содержать действие, по меньшей мере, одного насоса для уменьшения давления на множестве дренажных отверстий.

Способ может дополнительно содержать действие, по меньшей мере, одного насоса для подачи текучей среды наружу через дренажные отверстия для промывки области ствола скважины.

Способ может дополнительно содержать установку, по меньшей мере, одного песчаного фильтра на пути потока текучей среды от множества дренажных отверстий к, по меньшей мере, одному насосу.

Согласно другому варианту выполнения способ отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины содержит следующие стадии:

выполнение единственного расширяющегося пакера с множеством дренажных отверстий, имеющим дренажные отверстия отбора проб, расположенные между защитными дренажными отверстиями;

спуск единственного расширяющегося пакера в ствол скважины;

расширение единственного расширяющегося пакера с уплотнением к стенке окружающего ствола скважины;

удаление фильтрационной корки бурового раствора из зоны ствола скважины перед отбором проб скважинной текучей среды через единственный расширяющийся пакер; и

осуществление действия насосной системы для отбора скважинной текучей среды через множество дренажных отверстий и получения пробы скважинной текучей среды через дренажное отверстие отбора проб.

Удаление фильтрационной корки бурового раствора может содержать промывку текучей средой через, по меньшей мере, одно дренажное отверстие из множества дренажных отверстий.

Удаление фильтрационной корки бурового раствора может дополнительно содержать осуществление циркуляции текучей среды между дренажными отверстиями отбора проб и защитными дренажными отверстиями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРЕТЕЖЕЙ

Некоторые варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы.

На Фиг.1 схематично показан вид сбоку системы скважины с единственным пакером для отбора пластовых текучих сред из ствола скважины согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.2 показан вид сбоку одного примера единственного пакера Фиг.1, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.3 на виде, аналогичном Фиг.3 показаны внутренние компоненты внешнего структурного слоя, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.4 показан изометрический вид конца пакера с Фиг.2 в сокращенной конфигурации, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.5 показан изометрический вид, аналогичный показанному на Фиг.4, но с пакером в расширенной конфигурации согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.6 показан один вариант осуществления единственного пакера, расширенного в стволе скважины, для отбора образцов текучей среды, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.7 схематично показан один пример дренажного элемента для облегчения прохода потока через дренажное отверстие, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.8 схематично показан другой дренажный элемент для облегчения прохода потока через дренажное отверстие, согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.9 показан вид сбоку единственного пакера, имеющего множество дренажных элементов, показанных на Фиг.8, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.10 показан вид сбоку другого варианта осуществления единственного пакера, имеющего альтернативный дренажный элемент, согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.11 схематично показана система регулирования потока, соединенная с множеством дренажных отверстий единственного пакера, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.12 схематично показан другой вариант осуществления системы регулирования потока, соединенной с множеством дренажных отверстий единственного пакера, согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.13 показан вид сбоку примера единственного пакера, имеющего песчаные фильтры, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.14 схематично показана процедура очистки с использованием дренажных отверстий пакера, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.15 схематично показана другая процедура очистки с использованием дренажных отверстий, согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.16 схематично показана работа с использованием единственного пакера для разрушения фильтрационной корки бурового раствора на стволе скважины согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.17, аналогичной Фиг.16, показана промывка материала бурового раствора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.18, аналогичной Фиг.16, показан отбор образца скважинной текучей среды согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.19 показан вид сбоку другого примера единственного пакера, согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В следующем описании многочисленные детали изложены для обеспечения понимания настоящего изобретения. Вместе с тем специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение можно реализовать без данных деталей и возможны многочисленные изменения или модификации описанных вариантов осуществления.

Настоящее изобретение, в общем, относится к системе и способу отбора пластовых текучих сред через дренажное отверстие, расположенное в средней части единственного пакера. Отобранные пластовые текучие среды транспортируются вдоль внешнего слоя - пакера к выкидной линии и затем направляются к нужному месту сбора. Использование единственного пакера обеспечивает увеличенные степени расширения и более высокие перепады давления депрессии в скважине. Кроме того, конфигурация единственного пакера уменьшает напряжения, в противном случае создаваемое оправкой инструмента с пакером вследствие перепадов давления. В некоторых вариантах осуществления пакер использует единственный расширяющийся уплотнительный элемент, способный лучше поддерживать пласт в зоне добычи, в которой отбирают пластовые текучие среды. Данное качество способствует относительно большой амплитуде депрессии в скважине даже в слабых, неконсолидированных пластах.

Единственный пакер расширяется поперек зоны расширения, и пластовые текучие среды можно отбирать из средней части зоны расширения, т.е. между аксиальными концами внешнего уплотнительного слоя. Отобранная пластовая текучая среда направляется по выкидным линиям, например, по проточным трубкам, имеющим достаточный внутренний диаметр для обеспечения работы на относительно тяжелом буровом растворе. Пластовую текучую среду можно отбирать через одно или несколько дренажных отверстий. Например, отдельные дренажные отверстия можно расположить по длине пакера для установления интервалов отбора или зон, обеспечивающих сфокусированный отбор проб на множестве интервалов отбора, например двух или трех интервалах отбора. Отдельные выкидные линии можно соединять с различными дренажными отверстиями, например, дренажными отверстиями отбора проб и защитными дренажными отверстиями. В других вариантах применения нормальный отбор проб можно для обеспечения отбора индивидуальных образцов пластовой текучей среды.

Единственный пакер включает в себя различные элементы или взаимодействует с ними для улучшения эффективности операции отбора проб и для улучшения прохода потока через дренажные отверстия пакера в течение срока службы единственного пакера. Например, единственный пакер может включать в себя окружающие кромки, расположенные вокруг дренажных отверстий для предотвращения выдавливания уплотнительного слоя. Кроме того, индивидуальные уплотняющие элементы могут быть установлены вокруг каждого дренажного отверстия, или общий уплотняющий слой можно сконструировать с проходами, обеспечивающими перемещение текучей среды между конкретными группами дренажных отверстий. Конфигурация единственного пакера также обеспечивает очистку зон ствола скважины созданием проходящих к центру или от центра потоков текучей среды через дренажные отверстия для удаления материала, который, если не удален, создает помехи скважинной текучей среде в операциях отбора проб. Различные другие элементы можно включить в состав единственного пакера для осуществления различных операций отбора проб, делающие пакер более надежным и более эффективным и увеличивающие срок службы пакера.

На Фиг.1 показан один вариант осуществления скважинной системы 20, развернутой в стволе 22 скважины. Скважинная система 20 содержит спускоподъемное средство 24 для доставки, по меньшей мере, одного пакера 2 6 в ствол скважины. Во многих вариантах применения пакер 2 6 развертывают на спускоподъемном средстве 24 в форме троса, но спускоподъемное средство 24 может иметь другие формы, включающие в себя колонны насосно-компрессорных труб для других вариантов применения. В показанном варианте осуществления пакер 26 имеет конфигурацию единственного пакера, используемого для отбора пластовых текучих сред из окружающего пласта 28. Пакер 26 селективно расширяется в направлении радиально наружу для уплотнения поперек зоны 30 расширения со стенкой 32 окружающего ствола скважины, такой как стенка окружающей обсадной колонны или стенка необсаженного ствола скважины. Когда пакер 26 расширяется для уплотнения на стенке 32 ствола скважины, пластовые текучие среды могут поступать в пакер 26, как указано стрелками 34. Пластовые текучие среды затем направляются к выкидной линии, как представлено стрелками 36, и подаются к месту сбора, такому как место на буровой площадке на поверхности 38, или в пробоотборниках в спускоподъемном инструменте.

На Фиг.2 и 3 показан один вариант осуществления единственного пакера 26. В данном варианте осуществления пакер 26 содержит внешний слой 40, расширяющийся в стволе скважины для образования уплотнения с окружающей стенкой 32 ствола скважины поперек зоны 30 расширения. Пакер 26 дополнительно содержит внутренний надувной баллон 42, расположенный во внутреннем пространстве за внешним структурным слоем 40. Надувной баллон 42 может быть выполнен в различных конфигурациях и из различных материалов, например из слоя каучука с внутренним кордом. В одном примере баллон 42 селективно расширяется текучей средой, подаваемой через внутреннюю оправку 44. Кроме того, пакер 26 содержит пару механических крепежных средств 46, установленных вокруг внутренней оправки 44, и соединенных с аксиальными концами 4 8 внешнего структурного слоя 40.

Внешний структурный слой 40 может содержать одно или несколько дренажных отверстий 50, через которые пластовая текучая среда отбирается, когда внешний слой 40 расширяется с уплотнением единственного пакера 2 6 к стенке 32 окружающего ствола скважины. Дренажные отверстия 50 могут быть радиально введены в уплотнительный элемент 52 или уплотнительный слой, окружающий внешний структурный слой 40. Для примера, уплотнительный элемент 52 может являться цилиндрическим и выполненным из эластомерного материала, выбранного для вариантов применения в углеводородной среде, таким как каучуковый материал.

Множество трубчатых элементов или трубок 54 могут функционально соединяться с дренажными отверстиями 50 для направления отобранной пластовой текучей среды в аксиальном направлении к одному или обоим механическим крепежным устройствам 46. В одном примере трубки 54 попеременно соединены либо с индивидуальным центральным дренажным отверстием или отверстиями, то есть дренажными отверстиями 5 6 отбора проб или с дренажными отверстиями, расположенными дальше по оси, т.е., защитными дренажными отверстиями 58, расположенными с двух сторон по оси от расположенных в середине дренажных отверстий отбора проб. Защитные дренажные отверстия 58 могут быть расположены вокруг дренажных отверстий 56 отбора проб для обеспечения более быстрой очистки текучей среды во время отбора проб. Как дополнительно показано на Фиг.3, трубки 54 могут быть выставлены, в общем, параллельно оси 60 пакера, проходящей через аксиальные концы внешнего структурного слоя 40. Трубки 54 могут, по меньшей мере, частично быть введены в материал уплотнительного элемента 52 и, таким образом, перемещаются радиально наружу и радиально внутрь во время расширения и сокращения внешнего структурного слоя 40.

На Фиг.4 и 5, в общем, показан вариант осуществления механических крепежных средств 46 как в сокращенной конфигурации (Фиг.4) и в расширенной конфигурации (Фиг.5). В данном варианте осуществления каждое механическое крепежное средство 46 содержит участок 62 отбора, имеющий внутреннюю гильзу 64 и внешнюю гильзу 66, герметично соединенные друг с другом. Каждый участок 62 отбора может быть снабжен отверстиями, как необходимо, для подачи текучей среды, отобранной из окружающего пласта в установленную выкидную линию, как описано более подробно ниже. Один или несколько подвижных элементов 68 шарнирно соединены с каждым участком 62 отбора, и, по меньшей мере, некоторые из подвижных элементов 68 используют для передачи отобранной текучей среды из трубок 54 в участок 62 отбора. Например, каждый подвижный элемент 68 может быть соединен поворотным шарниром с соответствующим участком 62 отбора для поворота вокруг оси, в общем, параллельной с осью 56 пакера.

В показанном варианте осуществления множество подвижных элементов 68 установлены на поворотных шарнирах на каждом участке 62 отбора. По меньшей мере, некоторые из подвижных элементов 68 выполнены как проточные элементы, обеспечивающие проход потока текучей среды между трубками 54 и участками 62 отбора. Некоторые подвижные проточные элементы 68 могут соединяться с трубками 54, проходящими к дренажным отверстиям 56 отбора проб, а другие подвижные проточные элементы 68 могут соединяться с трубками 54, проходящими к защитным дренажным отверстиям 58 для обеспечения разделения потока защитных дренажных отверстий и потока дренажных отверстий отбора проб. В данном примере подвижные проточные элементы 68 имеют форму буквы S и выполнены для поворотного соединения как с соответствующим участком 62 отбора, так и соответствующими трубками 54. Элементы 68 могут поворачиваться между сокращенной конфигурацией, показанной на Фиг.4, и расширенной конфигурацией, показанной на Фиг.5.

На Фиг.6 показан единственный пакер 26, расширенный в стволе 22 скважины для операции отбора проб. Во время операции отбора проб скважинную текучую среду втягивают из окружающего пласта 28 в дренажное отверстие 56 отбора проб и защитные дренажные отверстия 58, как указано стрелками 70. В качестве примера загрязненную текучую среду первой отбирают через все дренажные отверстия 5 0 для получения чистой текучей среды в дренажном отверстии 56 отбора проб. Защитные дренажные отверстия 58 используют для продолжения втягивания скважинной текучей среды, которая может являться загрязненной для помощи в обеспечении отбора образцов чистой текучей среды через дренажные отверстия 56 отбора проб во время сфокусированной операции отбора проб.

Индивидуальные дренажные отверстия могут содержать дренажный элемент 72 для повышения эффективности отбора проб и для облегчения прохода потока через соответствующее дренажное отверстие в течение срока службы единственного пакера 26, или взаимодействовать с ним. Элементы 72 можно использовать во всех дренажных отверстиях 50 или в выбранных дренажных отверстиях. В качестве примера, элемент 72 может содержать окружающую кромку 74, расположенную вокруг каждого дренажного отверстия 50 для предотвращения выдавливания уплотнительного слоя 52 между дренажным отверстием и стенкой ствола скважины, как показано на Фиг.7. Окружающая кромка 74 может являться острой кромкой, выполненной с возможностью проникновения, например, в деформированный, окружающий пласт или другую стенку ствола скважины когда единственный пакер 26 надувают. Соединение окружающей кромки 74 со стенкой ствола скважины исключает любой зазор, который, в ином случае, может обеспечивать выдавливание уплотнительного слоя 52, когда применяют депрессию на пласт. В примере, показанном на Фиг.7, песчаный фильтр 76 установлен на дренажном отверстии 50 для предотвращения притока твердых частиц в дренажное отверстие.

Другой вариант осуществления дренажного элемента 72 показан на Фиг.8. В данном варианте осуществления элемент 72 содержит индивидуальное уплотнение 78, расположенное вокруг соответствующего дренажного отверстия 50. В некоторых вариантах осуществления индивидуальные уплотнения 78 можно расположить вокруг всех дренажных отверстий отбора проб и защитных дренажных отверстий. Индивидуальные уплотнения 78 придавливаются к окружающей стенке 32 ствола скважины, когда единственный пакер 26 надувают в расширенную конфигурацию. Уплотнения 78 обеспечивают эффективный приток текучей среды через дренажные отверстия 50 во время процедур отбора проб. В некоторых вариантах применения индивидуальные уплотнения можно использовать для исключения уплотнительного слоя 52 или уменьшения его размера, как показано в варианте осуществления на Фиг.9. На Фиг.9, показаны индивидуальные уплотнения 78, расположенные вокруг каждого дренажного отверстия 56 отбора проб и вокруг каждого защитного дренажного отверстия 58 для образования надежного уплотнения с окружающей стенкой ствола скважины без дополнительного слоя материала уплотнения. Индивидуальные уплотнения 78 можно выполнять из эластомерного материала, выбранного для вариантов применения с углеводородами, такого как каучуковый материал.

На Фиг.10 показан другой вариант осуществления дренажного элемента 72. В данном варианте осуществления уплотнение внешнего уплотнительного слоя 52 оптимизировано для максимизирования эффективности дренажного отверстия соединением групп конкретных дренажных отверстий. Например, внешний уплотнительный слой 52 можно разработать исключающим какую-либо изоляцию между дренажными отверстиями 56 отбора проб. Внешний уплотнительный слой 52 также можно разработать исключающим изоляцию между каждой аксиальной группой защитных дренажных отверстий 58, как показано на Фиг.10. Как показано, внешний уплотнительный слой 52 выполнен с одним или несколькими проходами 80, обеспечивающими сообщение текучей средой вдоль внешнего уплотнительного слоя между группами конкретных дренажных отверстий, выбранных из общего числа дренажных отверстий 50. В некоторых вариантах осуществления проходы 80 вдоль внешнего уплотнительного слоя 52 можно заполнять пористым материалом 82, обеспечивающим проход текучей среды между дренажными отверстиями конкретной группы. В качестве примера, пористый материал 82 может содержать пористый и несжимаемый материал, такой как керамический материал, например, керамические шарики, установленные на поверхности уплотнительного слоя 52 для создания проходов 80, когда единственный пакер 26 расширяется, прижимаясь к стенке окружающего ствола скважины.

Как показано на Фиг.11, дренажные отверстия 56 отбора проб и защитные дренажные отверстия 58 могут соединяться с системой 84 регулирования потока дренажных отверстий отбора проб и системой 86 регулирования потока защитных дренажных отверстий, соответственно. В данном варианте осуществления система 84 регулирования потока дренажных отверстий отбора проб содержит насос 88, и система 86 регулирования потока защитных дренажных отверстий содержит отдельный насос 90. Система 84 регулирования потока дренажных отверстий отбора проб соединена с дренажным отверстием 56 отбора проб выкидной линией 92 с выпускным патрубком 94 выкидной линии на стороне насоса 88 противоположной дренажному отверстию 56 отбора проб. Пробоотборник 9 6 соединен с выкидной линией 92 через клапан 98, а второй клапан 100 может быть установлен в выкидной линии 92 между пробоотборником 96 и насосом 88. Клапаны 102, если необходимо, также можно установить в системе 84 регулирования потока вблизи каждого дренажного отверстия 56 отбора проб для обеспечения изоляции индивидуальных дренажных отверстий отбора проб.

Система 86 регулирования потока защитных дренажных отверстий аналогично содержит выкидную линию 104 защитных дренажных отверстий, соединенную с защитными дренажными отверстиями 58. Выкидная линия 104 проходит от защитных дренажных отверстий 58 к выпускному патрубку 106 выкидной линии на противоположной стороне насоса 90. Клапан 108 установлен в выкидной линии 104 между насосом 90 и выпускным патрубком 106. Клапаны 110, если необходимо, также могут быть установлены в системе 86 регулирования потока вблизи каждого защитного дренажного отверстия 58 для обеспечения изоляции индивидуальных защитных дренажных отверстий. В показанном варианте осуществления перепускная выкидная линия 112 также может быть соединена между системой 86 регулирования потока защитных дренажных отверстий и системой 84 регулирования потока дренажных отверстий отбора проб для обеспечения непрерывной процедуры отбора проб текучей среды в случае, если выкидная линия 92 не функционирует надлежащим образом. В данном последнем сценарии образцы текучей среды можно отбирать через вкидную линию 104. Перепускная выкидная линия 112 может быть соединена с системой 86 регулирования потока защитных дренажных отверстий через клапан 108 и с системой 84 регулирования потока дренажных отверстий отбора проб между клапанами 98 и 100.

Различные процедуры можно выполнять с помощью единственного пакера 26 во взаимодействии с системами 84 и 86 регулирования потока посредством эксплуатации насосов и клапанов в выбранных режимах работы. Некоторые примеры процедур/фаз работы операции отбора проб дает следующая таблица:

Фаза Насос 90 Клапан 108 Насос 88 Клапан 98 Клапан 100 Очистка пласта откачка открывает выпуск 106 откачка открывает выпуск 94 открыт Отбор проб откачка открывает выпуск 106 откачка открывает пробоотборник закрывает выпуск 94 открыт Очистка пласта/защитная выкидная линия отказала выключен открывает выпуск 106 откачка открывает выпуск 94 открыт Отбор проб/защитная выкидная линия отказала выключен открывает выпуск 106 откачка открывает пробоотборник закрывает выпуск 94 открыт Очистка пласта/выкидная линия отбора проб отказала откачка закрывает выпуск 106, соединяет линии защитную и отбора выключен открывает выпуск 94 закрыт Отбор проб/выкидная линия отбора проб отказала откачка закрывает выпуск 106, соединяет линии защитную и отбора выключен открывает пробоотборник
закрывает выпуск 94 закрыт Очистка выкидной линии обратная подача открывает выпуск 106 обратная подача открывает выпуск 94 открыт Отбор филь трационной корки в баллон (если необходимо) откачка закрывает выпуск 106, соединяет линии защитную и отбора выключен открывает пробоотборник
закрывает выпуск 94 закрыт Пакер прихвачен. Обратная перекачка для пакеровки. обратная подача открывает выпуск 106 обратная подача открывает выпуск 94 открыт

Кроме того, можно осуществлять управление изолирующими клапанами 102, 110, селективно изолируя дренажные отверстия 56 отбора проб и/или защитные дренажные отверстия 58 если необходимо. Например, данную операцию отбора проб можно начать последовательным открытием каждого дренажного отверстия 56, 58 и регистрировать реагирование на изменение давления единственного пакера 26. Если происходит значительное увеличение давления после открытия индивидуального дренажного отверстия, это указывает на утечку и конкретное дренажное отверстие можно закрыть или изолировать посредством подходящих изолирующих клапанов 102 или. 110. Операцию отбора проб можно затем продолжить с использованием оставшихся рабочими дренажных отверстий.

Альтернативный вариант осуществления показан на Фиг.12. В данном варианте осуществления используется один насос 114 как для системы 8 4 регулирования потока дренажных отверстий отбора проб, так и для системы 8 6 регулирования потока защитных дренажных отверстий. Показанный на Фиг.12 вариант осуществления аналогичен варианту осуществления на Фиг.11 с несколькими изменениями. Например, система 84 регулирования потока дренажных отверстий отбора проб показана с двумя пробоотборниками 96, соединенными с выкидной линией 92 через клапаны 116. Другой клапан 118 установлен в выкидной линии 92 между дренажным отверстием 56 отбора проб и первым или нижним клапаном 116. Кроме того, выпускной патрубок 94 выкидной линии 92 соединен с выкидной линией 104 системы 8 6 регулирования потока защитных дренажных отверстий между защитными дренажными отверстиями 58 и насосом 114. Перепускная линия 112 соединена между выкидной линией 104 и выкидной линией 92 с клапаном 120, размещенным в перепускной линии 112. Кроме того, клапан 122 установлен в выкидной линии 104 между местами, в которых перепускная линия 112 и выпускной патрубок 94 входят в выкидную линию 104.

Показанный на Фиг.12 вариант осуществления также обеспечивает выполнение различных процедур с помощью единственного пакера 26 во взаимодействии с системами 84 и 8 6 регулирования потока при работе насосов и клапанов в выбранных режимах эксплуатации. Некоторые примеры процедур/фаз работы операции отбора проб дает следующая таблица:

Фаза Насос 114 Клапан 122 Клапан 116 Клапан 118 Клапан 120 Очистка пласта/выкидные линии в порядке откачка открыт закрыть баллон /соединяется с насосом открыт закрыт Отбор проб/выкидные линии в порядке откачка открыт открывает пробоотборники, закрывает соединение с насосом открыт закрыт Очистка пласта/защитная выкидная линия отказала откачка закрыт закрыть баллон/соединяется с насосом открыт закрыт Отбор проб/защитная выкидная линия отказала откачка закрыт открывает пробоотборники, закрывает соединение с насосом открыт закрыт Очистка пласта/выкидная линия отбора проб отказала откачка закрыт закрыть баллон/соединяется с насосом закрыт открыт Отбор пластовых проб/выкидная линия отбора проб отказала откачка закрыт открывает пробоотборники, закрывает соединение с насосом закрыт открыт Очистка выкидных линий обратная подача открыт закрыть баллон/соединяется с насосом открыт открыт Отбор фильтрационной корки в баллон (если необходимо) откачка закрыт открывает пробоотборники, закрывает соединение с насосом закрыт открыт Пакер прихвачен. Обратная перекачка для сдутия пакера. обратная подача открывает выпуск 106 открывает выпуск 94 открыт открыт

В некоторых вариантах применения единственный пакер 26 включает в себя фильтрующие механизмы для фильтрования твердой фазы, такой как бурового раствора/песка или других твердых частиц из поступающей скважинной текучей среды. Как показано на Фиг.13, единственный пакер 26 может включать в себя многочисленные песчаные фильтры 76 на индивидуальных дренажных отверстиях 50. Вместе с тем, песчаные фильтры могут быть установлены в других местах для фильтрования текучей среды, поступающей в множество дренажных отверстий 50. Например, один или несколько песчаных фильтров 124 могут быть установлены в выкидных линиях 92, 104, в коллекторах 62, или в других местах на пути потока. Размещение песчаных фильтров 76 в дренажных отверстиях 50 экономит место и уменьшает риск засорения труб. В некоторых вариантах применения песчаные фильтры можно чистить, например, с использованием высокочастотных вибраций, направленных через выкидные линии и дренажные отверстия. В других вариантах применения размещение песчаных фильтров 124 в коллекторах 62 может быть целесообразно, поскольку значительное пространство имеется в коллекторах 62.

Во многих вариантах применения единственный пакер 26 можно использовать для очистки зон ствола 22 скважин промывкой скважин текучей средой через дренажные отверстия 50. В одном варианте осуществления очистку выполняют перед отбором проб текучей среды. Это обеспечивает выполнение анализа текучей среды с уменьшением риска засорения фильтров. Как показано на Фиг.14, насосы 88, 90 или насос 114 можно использовать для подачи текучей среды на забой в дренажные отверстия 50 и наружу в зону окружающего пространства ствола скважины, как показано стрелками 126. Промывку текучей средой можно выполнять как через дренажные отверстия отбора проб, так и через защитные дренажные отверстия для растворения и удаления бурового раствора и другого нежелательного материала из зоны ствола скважины. В некоторых вариантах применения может быть полезно вначале применять депрессию в скважине для разрушения фильтрационной корки бурового раствора перед промывкой текучей средой для удаления бурового раствора.

Альтернативно, промывочную текучую среду можно подавать через одну систему регулирования потока и удалять через другую, как показано на Фиг.15. В данном варианте осуществления промывочную текучую среду подают в ствол скважины через дренажное отверстие 56 отбора проб, как показано стрелками 128. Промывочная текучая среда смешивается с буровым раствором и втягивается в защитные дренажные отверстия 58, как показано стрелками 130. Фазу очистки завершают установлением циркуляции текучей среды между дренажными отверстиями отбора проб и защитными дренажными отверстиями. Следует отметить, что промывочную текучую среду также можно подавать в зону ствола скважины через защитные дренажные отверстия и осуществлять обратную циркуляцию в дренажные отверстия отбора проб. Удаление бурового раствора также можно осуществлять закачкой химреагентов, помогающих растворению фильтрационной корки бурового раствора, с промывочной текучей средой. Например, кислоты, растворители, антидисперсанты и другие химреагенты можно закачивать для помощи в увеличении эффективности отбора проб посредством растворения фильтрационной корки бурового раствора и снижения риска засорения когда применяют депрессию в скважине.

В некоторых вариантах применения, эффективность отбора проб можно улучшить, создав начальную депрессию в скважине для отрыва фильтрационной корки бурового раствора для ее удаления перед отбором проб. Как показано для примера на Фиг.16, единственный пакер 26 вначале расширяют, т.е., надувают и прижимают к окружающей стенке 32 ствола скважины, и обеспечивают депрессию в скважине для разрушения фильтрационной корки бурового раствора на месте дренажных отверстий 50, как показано стрелками 132. После разрушения фильтрационной корки бурового раствора промывочную текучую среду можно подавать по надлежащей выкидной линии к одному или нескольким дренажным отверстиям 50. Промывочная текучая среда смешивается с буровым раствором и другими отходами, как показано стрелками 134, и давление в выкидной линии обеспечивает выброс смеси через обратный клапан 136, как дополнительно показано на Фиг.17. Далее прикладывается отрицательное давление для отбора образцов текучей среды из пласта, как показано стрелкой 13 8 на Фиг.18. Отрицательное давление также закрывает обратный клапан 136 и обеспечивает продолжающийся отбор пробы пластовой текучей среды с уменьшением риска засорения фильтра.

Единственный пакер 26 также может быть сконструирован с участками 140 выкидных линий, введенными во внешний уплотнительный слой 52 для осуществления выравнивания давления после надувания пакера, как показано на Фиг.19. Посредством установки выкидных линий в каучуке или другом материале уплотнительного слоя, единственный пакер способен лучше выравнивать давления на обеих крайних токах пакера при надувании. Конфигурация уменьшает аксиальную силу, приложенную к конструкции пакера вследствие перепадов давления.

Как описано выше, скважинную систему 20 можно сконструировать в различных конфигурациях для использования в многих средах и вариантах применения. Единственный пакер 26 может быть сконструирован из различных материалов и компонентов для отбора пластовых текучих сред из одного или нескольких интервалов в одной зоне расширения. Способность расширения уплотнительного элемента поперек всей зоны расширения обеспечивает использование пакера 26 в различных скважинах в средах, включающих в себя слабые неконсолидированные пласты. Различные конструкции дренажного элемента и систем регулирования потока также можно конструировать в нескольких устройствах для создания более надежного и эффективного образца единственного пакера.

В любых вариантах осуществления, описанных выше, где компонент описан выполненным из каучука или содержащим каучук, каучук может включать в себя нефтестойкий каучук, такой как бутадиен-нитрильный каучук, гидрированный бутадиен-нитрильный каучук и фтор-каучук. В конкретном примере каучук может являться содержащим большой процент акрилонитрилового гидрированного бутадиен-нитрильного каучука, такого как гидрированный бутадиен-нитрильный каучук с процентом акрилонитрила в диапазоне приблизительно 21-49%. Компоненты подходящие для каучуков, описанных в данном абзаце, включают в себя, без ограничения этим, внутренний надувной баллон 42, уплотняющий слой 52 и индивидуальное уплотнение 78.

Соответственно, хотя подробно описаны выше только несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны многие модификации без существенного отхода от сущности данного изобретения. Такие модификации направлены на включение в объем данного изобретения, определенного в формуле изобретения.

Изобретение относится к системе и способам отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины. Обеспечивает увеличенные степени расширения и более высокие перепады давления депрессии в скважине, уменьшает напряжения, в противном случае создаваемые оправкой инструмента с пакером вследствие перепадов давления. Система отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины содержит единственный пакер. Пакер имеет структурный слой, который расширяется в стволе скважины и содержит множество дренажных отверстий в зоне расширения. Внутри структурного слоя расположен надувной баллон, а снаружи - уплотнительный слой. Каждое дренажное отверстие взаимодействует с уплотнительным слоем и дренажным элементом. Способ отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины содержит следующие стадии: охватывание надувного баллона внешним структурным слоем; соединение системы регулирования потока текучей среды с множеством дренажных отверстий; размещение дренажного элемента на каждом дренажном отверстии. Второй способ отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины включает следующие стадии: выполнение единственного расширяющегося пакера с множеством дренажных отверстий; спуск единственного расширяющегося пакера в ствол скважины; расширение пакера; удаление фильтрационной корки бурового раствора из зоны ствола скважины; осуществление действия насосной системы. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Система отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины, содержащая единственный пакер, имеющий внешний структурный слой, расширяющийся в стволе скважины поперек зоны расширения, и содержащий множество дренажных отверстий в зоне расширения, надувной баллон, расположенный внутри внешнего структурного слоя, и уплотнительный слой, расположенный на внешнем структурном слое, при этом каждое дренажное отверстие взаимодействует с уплотнительным слоем и дренажным элементом, который способствует проходу потока через каждое дренажное отверстие в течение срока службы единственного пакера.

2. Система по п.1, в которой дренажный элемент содержит окружающую кромку, расположенную вокруг каждого дренажного отверстия для предотвращения выдавливания уплотнительного слоя.

3. Система по п.1, в которой дренажный элемент содержит индивидуальное уплотнение, расположенное вокруг каждого дренажного отверстия, при этом индивидуальные уплотнения функционируют как уплотнительный слой.

4. Система по п.1, в которой дренажный элемент содержит, по меньшей мере, один проход, выполненный вдоль уплотнительного слоя для обеспечения перемещения текучей среды вдоль уплотнительного слоя между группами конкретных дренажных отверстий, выбранных из множества дренажных отверстий.

5. Система по п.1, в которой множество дренажных отверстий содержит множество дренажных отверстий отбора проб и множество защитных дренажных отверстий.

6. Система по п.5, дополнительно содержащая систему регулирования потока дренажных отверстий отбора проб, соединенную с множеством дренажных отверстий отбора проб, и систему регулирования потока защитных дренажных отверстий, соединенную с множеством защитных дренажных отверстий.

7. Система по п.6, дополнительно содержащая единственный насос, соединенный с системой регулирования потока дренажных отверстий отбора проб и системой регулирования потока защитных дренажных отверстий.

8. Система по п.6, содержащая множество насосов, первый из которых соединен с системой регулирования потока дренажных отверстий отбора проб и второй из которых с системой регулирования потока защитных дренажных отверстий.

9. Система по п.1, в которой единственный пакер дополнительно содержит множество песчаных фильтров, установленных для фильтрования песка из текучей среды, проходящей через множество дренажных отверстий.

10. Система по п.1, в которой уплотнительный слой содержит нефтестойкий каучуковый материал.

11. Система по п.10, в которой нефтестойкий каучуковый материал выбран из группы, состоящей из бутадиен-нитрильного каучука, гидрированного бутадиен-нитрильного каучука и фтор-каучука.

12. Система по п.10, в которой нефтестойкий каучуковый материал содержит гидрированный бутадиен-нитрильный каучук с содержанием акрилонитрила в диапазоне приблизительно 21-49%.

13. Способ отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины, содержащий следующие стадии:
охватывание надувного баллона внешним структурным слоем для создания единственного расширяющегося пакера;
соединение системы регулирования потока текучей среды с множеством дренажных отверстий, размещенных во внешнем структурном слое; и
размещение дренажного элемента на каждом дренажном отверстии для содействия проходу потока через множество дренажных отверстий в течение срока службы единственного расширяющегося пакера.

14. Способ по п.13, в котором соединение системы регулирования потока текучей среды с множеством дренажных отверстий выполняется через множество трубок внешнего структурного слоя.

15. Способ по п.14, дополнительно содержащий установку двух механических крепежных средств на концах внешнего структурного слоя и соединение множества труб с множеством соответствующих поворотных проточных элементов каждого механического крепежного средства.

16. Способ по п.13, в котором установка дренажного элемента содержит использование окружающей кромки, расположенной вокруг каждого дренажного отверстия для деформации стенки окружающего ствола скважины после расширения единственного расширяющегося пакера.

17. Способ по п.13, в котором установка дренажного элемента содержит расположение индивидуального уплотнения вокруг каждого дренажного отверстия.

18. Способ по п.13, в котором установка дренажного элемента содержит соединение групп конкретных дренажных отверстий из множества дренажных отверстий через проходы, содержащие пористый материал.

19. Способ по п.13, в котором соединение системы регулирования потока текучей среды с множеством дренажных отверстий содержит соединение отдельных систем регулирования потока текучей среды с дренажными отверстиями отбора проб и с защитными дренажными отверстиями множества дренажных отверстий.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий действие, по меньшей мере, одного насоса для уменьшения давления на множестве дренажных отверстий.

21. Способ по п.19, дополнительно содержащий действие, по меньшей мере, одного насоса для подачи текучей среды наружу через дренажные отверстия для промывки области ствола скважины.

22. Способ по п.20, дополнительно содержащий установку, по меньшей мере, одного песчаного фильтра на пути потока текучей среды от множества дренажных отверстий к, по меньшей мере, одному насосу.

23. Способ отбора текучей среды из конкретной зоны ствола скважины, содержащий следующие стадии:
выполнение единственного расширяющегося пакера с множеством дренажных отверстий, имеющего дренажные отверстия отбора проб, расположенные между защитными дренажными отверстиями;
спуск единственного расширяющегося пакера в ствол скважины;
расширение единственного расширяющегося пакера с уплотнением к стенке окружающего ствола скважины;
удаление фильтрационной корки бурового раствора из зоны ствола скважины перед отбором проб скважинной текучей среды через единственный расширяющийся пакер; и
осуществление действия насосной системы для отбора скважинной текучей среды через множество дренажных отверстий и получения пробы скважинной текучей среды через дренажное отверстие отбора проб.

24. Способ по п.23, в котором удаление фильтрационной корки бурового раствора содержит промывку текучей средой через, по меньшей мере, одно дренажное отверстие из множества дренажных отверстий.

25. Способ по п.24, в котором удаление фильтрационной корки бурового раствора дополнительно содержит осуществление циркуляции текучей среды между дренажными отверстиями отбора проб и защитными дренажными отверстиями.