СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАВЕРШЕНИЯ МНОГОЯРУСНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B43/26 E21B43/11 

Изобретение в целом относится к способу и устройству завершения многоярусной скважины.

В целях подготовки скважины к нефте- или газодобыче по меньшей мере один пулевой перфоратор могут разворачивать в скважине через механизм развертывания, такой как вспомогательный канат или гибкая насосно-компрессорная труба. Кумулятивные заряды пулевого(ых) перфоратора(ов) запускаются, когда пулевой(ые) перфоратор(ы) соответствующим образом расположен(ы) для перфорации труб скважины и образования перфорационных туннелей в окружающей формации. В скважине могут проводить дополнительные операции для увеличения проницаемости скважины, такие как операции стимуляции, например операции, включающие гидравлический разрыв пласта. Все эти операции, как правило, являются многоярусными операциями, что означает, каждая операция, как правило, включает изолирование конкретной зоны или яруса скважины, выполнение операции, а затем переход к следующему ярусу. Как правило, многоярусная операция предусматривает несколько проходов или спусков/подъемов в скважину.

В одном варианте воплощения изобретения способ включает развертывание насосно-компрессорной колонны, что включает инструмент в скважине; а также перфорирование определенной области инструмента для автоматического формирования инструментом гнезда улавливания объекта, направляемого к инструменту через насосно-компрессорную колонну.

В другом варианте воплощения изобретения устройство включает колонну, направленную в скважину, и расположенный в колонне инструмент. Инструмент приспособлен для образования гнезда с целью улавливания объекта, направляемого в инструмент через канал колонны в ответ на перфорацию инструмента.

В другом варианте воплощения изобретения погружной инструмент, используемый со скважиной, включает корпус, камеру, сформированную в корпусе, сжимаемый элемент и рабочую оправку. Корпус приспособлен как часть насосно-компрессорной колонны. Сжимаемый элемент имеет несжатое состояние, в котором отверстие сквозь сжимаемый элемент имеет больший размер, и сжатое состояние, в котором отверстие имеет меньший размер, с целью формирования гнезда улавливания объекта, поступающего в инструмент через колонну. Рабочая оправка сообщена с камерой и приспособлена быть чувствительной к давлению, нагнетаемому камерой, что позволяет сохранять сжимаемый элемент в несжатом состоянии и в ответ на перфорирование камеры сжимать сжимаемый элемент для его преобразования из несжатого состояния в сжатое.

В еще одном варианте воплощения изобретения погружной инструмент, используемый со скважиной, включает корпус; камеру, сформированную в корпусе; первый и второй сжимаемые элементы; а также клапан. Корпус образует часть насосно-компрессорной колонны. Первый сжимаемый элемент имеет несжатое состояние, в котором отверстие сквозь первый сжимаемый элемент имеет больший размер, а также сжатое состояние, в котором отверстие имеет меньший размер, с целью формирования первого гнезда улавливания первого объекта, поступающего к инструменту через колонну. Первый сжимаемый элемент приспособлен для преобразования в ответ на осаждение первого объекта в первом гнезде с целью создания непроницаемого для жидкости барьера и нагнетания давления в колонне посредством этого барьера; и первый сжимаемый элемент приспособлен для преобразования из несжатого состояния в сжатое состояние в ответ на перфорирование камеры. Клапан приспособлен с возможностью открытия для обеспечения сообщения жидкости между каналом и областью вне колонны, окружающей канал корпуса, в ответ на преобразование первого сжимаемого элемента. Второй сжимаемый элемент имеет несжатое состояние, в котором отверстие сквозь второй сжимаемый элемент имеет больший размер, и сжатое состояние, в котором отверстие через второй сжимаемый элемент имеет меньший размер, с целью формирования второго гнезда для улавливания второго объекта, поступающего к инструменту по колонне. Второй сжимаемый элемент приспособлен для преобразования из несжатого состояния в сжатое состояние в ответ на преобразование первого сжимаемого элемента.

Преимущества и другие характеристики изобретения станут очевидными из нижеприведенного чертежа, описания и формулы изобретения.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

Фиг.1, 2, 3, 4А и 5 являются схематическими диаграммами скважины, которые иллюстрируют различные состояния системы завершения многоярусной скважины, которая включает инструменты, избирательно приведенные в состояния улавливания объектов с помощью перфорации в соответствии с вариантами воплощения изобретения.

Фиг.4B показывает альтернативный объект, который может быть использован с вариантами воплощения изобретения.

Фиг.6 является блок-схемой, изображающей способ использования инструментов, которые избирательно приведены в состояния улавливания объектов путем перфорирования с целью выполнения операции освоения многоярусной скважины в соответствии с вариантами воплощения изобретения.

Фиг.7 и 8 являются схематическими диаграммами инструмента, изображенного на фиг.1-5, в различных состояниях в соответствии с вариантами воплощения изобретения.

Фиг.9, 10, 11, 12, 13 и 14 являются схематическими диаграммами скважины, иллюстрирующими различные состояния системы освоения многоярусной скважины, которая включает клапанные инструменты в соответствии с другими вариантами воплощения изобретения.

Фиг.15 является схематической диаграммой клапанного инструмента, изображенного на фиг.9-14, в соответствии с вариантом воплощения изобретения.

Фиг.16 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ использования разворачиваемых в соответствующих случаях клапанных инструментов для выполнения операции освоения многоярусной скважины в соответствии с вариантами воплощения изобретения.

В нижеприведенном описании многочисленные детали изложены для обеспечения понимания настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано без указанных подробностей и возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов воплощения изобретения.

При использовании здесь, термины, такие как «вверх» и «вниз»; «выше» и «ниже»; «направленный вверх» и «направленный вниз»; «вверх» и «вниз»; «над» и «под», а также другие подобные термины, указывающие относительные положения выше или ниже заданной точки или элемента, приведены в настоящем описании для более четкого описания некоторых вариантов воплощения изобретения. Однако, применительно к оборудованию и способам использования в наклонных или горизонтальных средах, такие термины могут указывать на направления слева направо, справа налево или другую взаимосвязь в соответствующих случаях.

В целом раскрываемые здесь системы и способы описаны в целях выполнения операций стимуляции (операции гидравлического разрыва пласта, операции кислотной обработки и т.п.) в нескольких зонах или ярусах скважины с использованием инструментов и объектов (активационные шары, дротики или сферы, например), которые подаются внутрь скважины через насосно-компрессорную колонну для эксплуатации этих инструментов. Как здесь описано, эти инструменты могут быть независимо избирательно активированы через перфорационные операции с целью приведения инструментов в состояние улавливания объектов.

Ссылаясь на фиг.1, как на пример, не имеющий ограничительного характера, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения, скважина 10 включает ствол скважины 15, который проходит через один или более продуктивных пластов. Для раскрываемых здесь примеров, не имеющих ограничительного характера, ствол скважины 15 выровнен или поддерживается насосно-компрессорной колонной 20, как показано на фиг.1. Насосно-компрессорная колонна 20 может быть зацементирована в стволе скважины 15 (такие стволы скважин, как правило, называются стволами «обсадной скважины»), или насосно-компрессорная колонна 20 может быть прикреплена к пласту пакерами (такие стволы скважин, как правило, называются стволами «открытой скважины»). В целом ствол скважины 15 проходит через одну или несколько зон или ярусов 30 (два иллюстративных яруса 30a и 30b изображены на фиг.1, в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера) скважины 10. В целях выполнения операций многоярусного моделирования (операции гидравлического разрыва, операции кислотной обработки и т.п.) в скважине 10 насосно-компрессорная колонна 20 включает разворачиваемые в насосно-компрессорной колонне инструменты 50 (примерные инструменты 50a и 50b изображены на фиг.1), которые позволяют различные ярусы 30 скважины 10 подвергать избирательному давлению в рамках этих операций. Как показано на фиг.1, каждый инструмент 50 расположен концентрично с насосно-компрессорной колонной 20, образует часть насосно-компрессорной колонны 20 и в целом имеет центральный канал 51, который образует часть общего центрального канала 24 насосно-компрессорной колонны 20.

Следует отметить, что, хотя на фиг.1 и на последующих фигурах изображен ствол горизонтальной скважины 15, раскрываемые здесь способы и системы могут также применяться к стволам вертикальных скважин. Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения скважина 10 может содержать несколько стволов скважин, которые содержат аналогичные колонны с аналогичными инструментами 50. Таким образом, рассматриваются многие варианты, которые рассматриваются и находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

В соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения при первоначальном развертывании как части насосно-компрессорной колонны 20, все инструменты 50 находятся в спущенном в скважину, деактивированном состоянии. В деактивированном состоянии (называемом здесь «состоянием прохождения объекта»), инструмент 50 позволяет объекту, упавшему с поверхности ствола скважины (активационному шару 90, изображенному на фиг.4A, например, или дротику 90B, как показано на фиг.4В) пройти через центральный канал 51 инструмента 50. Как здесь описано, каждый инструмент 50 может впоследствии выборочно активироваться для приведения инструмента 50 в состояние улавливания объекта, т.е. состояние, в котором инструмент 50 сконфигурирован для улавливания объекта, поступающего к инструменту 50 через центральный канал 24 насосно-компрессорной колонны 20. В состоянии улавливания объекта инструмент 50 ограничивает центральный канал 51 для образования гнезда улавливания объекта (как изображено на фиг.4 и 4B, например).

[0021] В частности, данный инструмент 50 может быть целевым объектом в том смысле, что существует необходимость использования этого целевого инструмента для проведения операции стимуляции на данном ярусе 30. Целевой инструмент 50 приводят в состояние улавливания объекта с тем, чтобы объект, развертываемый через центральный канал 24 (с поверхности скважины 10 или от другого погружного инструмента) мог перемещаться к инструменту и застрять в гнезде улавливания объекта, сформированном в инструменте 50. Гнездо и уловленный гнездом объект впоследствии вместе образуют непроницаемый для жидкости барьер. Этот непроницаемый для жидкости барьер может впоследствии использоваться, как здесь описано, с целью направления находящейся под давлением жидкости в пласт, в котором расположена скважина.

Ссылаясь теперь на более конкретные детали, каждый инструмент 50 в целом включает гнездообразующий элемент 54, сконструированный - при активации инструмента 50 - для обеспечения радиальной ретракции с целью образования гнезда улавливания объекта (не показано на фиг.1) внутри центрального канала 51 для преобразования инструмента 50 из состояния прохождения объекта в состояние улавливания объекта. Как описано здесь далее, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения гнездообразующий элемент 54 может являться элементом, имеющим С-образное кольцо или цанга (в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера), который может сжиматься для образования гнезда улавливания объекта.

В соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения один из способов активировать инструмент 50 заключается в перфорировании камеры 60 (инструмента 50), которая обычно окружает центральный канал 51 и по меньшей мере в некоторых вариантах воплощения расположена вверх по стволу скважины относительно гнездообразующего элемента 54. Таким образом, камера 60 сконструирована так, чтобы ее могла нарушать, например, по меньшей мере одна перфорационная струя при стрельбе из пулевого перфоратора (не показан на фиг.1); и, как описано здесь далее, инструмент 50 сконструирован для автоматического реагирования на нарушение камеры 60 с целью обеспечения автоматического сжатия инструментом 50 гнездообразующего элемента 54 для формирования гнезда улавливания объекта.

Изначально камера 60 заполнена газообразным зарядом, который оказывает давление, отличное от давления в среде внутри скважины. Давление, оказываемое этим газообразным зарядом, сохраняет инструмент 50 в состоянии прохождения объекта. Однако, при нарушении камеры 60 (перфорационной струей, например) инструмент реагирует на новое давление (более высокое давление, например), что обеспечивает радиальную ретракцию гнездообразующего элемента 54 для формирования гнезда улавливания объекта.

В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения камера 60 является атмосферной камерой, которая первоначально заполнена газом, обеспечивающим давление жидкости или давление, близкое к атмосферному. При нарушении камеры 60 более высокое давление среды скважины вызывает сжатие инструментом 50 гнездообразующего элемента 54.

В качестве примера, на фиг.1 изображен один инструмент 50 для каждого яруса 30. Тем не менее, следует понимать, что в соответствии с другими вариантами воплощения изобретения определенный ярус 30 может включать множество инструментов 50. Кроме того, хотя на фиг.1 изображено только два инструмента 50, сорок или пятьдесят таких инструментов 50 и, фактически, неограниченное количество таких инструментов 50 предусмотрены для осуществления операций стимуляции в, соответственно, неограниченном количестве ярусов или зон в пласте, в котором находится ствол скважины. Кроме того, для раскрываемых здесь примеров колонна 20 и окружающий пласт на узком конце 40 ствола скважины 15 может быть перфорирован с образованием соответствующей серии 44 перфорационных каналов и стимулирован с образованием области стимуляции 65 с помощью инструментов 50 (не показано на фиг.1).

В нижеприведенных примерах предполагается, что операции стимуляции проводят в направлении от узкого конца к основанию ствола скважины 15. Тем не менее, следует понимать, что в других вариантах воплощения изобретения операции стимуляции могут выполняться в другом направлении и могут выполняться в целом в любом заданном ярусе 30 без определенного порядка направлений.

Ссылаясь на фиг.2, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения нижний инструмент 50a сначала могут активировать путем запуска пулевого перфоратора 70 (через проводную линию 72 или другой передаточный механизм) в центральном проходе 24 насосно-компрессорной колонны 20 в соответствующее положение для перфорирования камеры 60 инструмента 50a. Специалисту в данной области техники будет понятно, что можно использовать любой из ряда способов для обеспечения соответствия перфорации и определенной области инструмента 50a с тем, чтобы была обеспечена по меньшей мере одна перфорационная струя, образуемая путем стрельбы из пистолета 70, которая нарушает камеру 60 инструмента 50а. Следует обратить внимание, что эта операция перфорации для нарушения камеры 60 может также приводить к перфорациям в соседней части колонны 20 и в окружающем пласте с образованием множества перфорационных каналов 78, как показано на фиг.2. Альтернативно камера 60 может быть перфорирована инструментом, который работает внутри скважины (на колонне гибких насосно-компрессорных труб, например), внутри центрального канала 24 насосно-компрессорной колонны 20 и расположен внутри инструмента 50a для подачи абразивной суспензии (нагнетаемой через колонну гибких насосно-компрессорных труб, например) для истирания стенки камеры 60, нарушая тем самым камеру 60.

Инструмент 50а реагирует на нарушение камеры 60, автоматически радиально сжимая гнездообразующий элемент 54, приводя расположенный в колонне инструмент 50а в состояние улавливания объекта. Как показано на фиг.2, в состоянии улавливания объекта радиально сжатый гнездообразующий элемент 54 образует соответствующее гнездо 76 с соответствующим размером, который позволяет улавливать объект, поступающий из скважины через центральный проход 24 насосно-компрессорной колонны 20, так что поступающий объект осаждается в гнезде 76. Кроме того, гнездо 76 сконструировано таким образом, чтобы создавать в сочетании с объектом, осажденным в гнезде 76, непроницаемый для жидкости барьер, предотвращающий поступление жидкости из него и далее вниз по центральному каналу 24 насосно-компрессорной колонны 20.

Ссылаясь на фиг.3, в одном варианте воплощения изобретения до поступления объекта по скважине пулевой перфоратор 70, однако, вытягивают вверх по скважине относительно инструмента 50a для перфорирования насосно-компрессорной колонны 20 по меньшей мере в одном другом месте для создания по меньшей мере одной дополнительной серии 80 перфорационных каналов. В этой связи насосно-компрессорная колонна 20 и окружающий пласт избирательно перфорируют между инструментом 50а и следующим инструментом 50b над инструментом 50а для дальнейшего увеличения гидравлического сообщения между центральным каналом 24 насосно-компрессорной колонны 20 и окружающим пластом. Альтернативно в других вариантах воплощения изобретения пулевой перфоратор 70 может быть заменен инструментом, который эксплуатируется внутри скважины (на колонне гибких насосно-компрессорных труб, например) внутри центрального канала 24 для подачи абразивной суспензии с целью формирования отверстий в стенке насосно-компрессорной колонны 20 и открытия путей передачи текучих сред к пласту, которые аналогичны перфорационным каналам 80. После завершения дополнительной(ых) перфорационной(ых) операции(й) пулевой перфоратор 70 извлекают из скважины 10 для создания свободного прохода с целью развертывания падающего объекта, например, активационного шара 90, который осаждается в гнезде 76, как показано на фиг.4А.

Ссылаясь на фиг.4А, в этом примере, активационный шар 90 передается по скважине с поверхности земли через центральный канал 24 насосно-компрессорной колонны 20. Этот шар 90 проходит через другие инструменты 50 (например, инструмент 50b, изображенный на фиг.4А), которые расположены вверх по стволу скважины относительно инструмента 50a, так как эти другие инструменты 50 находятся в начальном состоянии - состоянии прохождения объекта. Вследствие приземления объекта 90 в гнездо 76, в насосно-компрессорной колонне 24 на инструменте 50а создается непроницаемый для жидкости барьер. Таким образом, жидкость для воздействия на пласт может передаваться в центральный проход насосно-компрессорной колонны 24 и находится под давлением (посредством гидронасосов, настраиваемых на поверхности, например) для выполнения операции стимуляции. Таким образом, жидкость для воздействия на пласт, нагнетаемая через центральный канал 24 насосно-компрессорной колонны 20, останавливается и не поступает вниз по центральному каналу 24 через непроницаемый для жидкости барьер, образованный соединением гнезда 76 и шара 90; вместо этого, жидкость для воздействия на пласт направляется в пласт через множество перфорационных каналов 78 и 80 для создания областей стимуляции 92 в пласте, как показано на фиг.5. В одном примере жидкость для воздействия на пласт является жидкостью для гидравлического разрыва пласта, а области стимуляции 92 являются областями гидравлического разрыва. В другом примере жидкость для воздействия на пласт является кислотой.

Таким образом, фиг.1-5 описывают по меньшей мере один способ, в котором данный инструмент 50 могут избирательно приводить в состояние улавливания объекта и использовать для выполнения операции стимуляции в сегменте скважины 10 между данным инструментом 50 и следующим смежным инструментом 50, который расположен вверх по стволу скважины относительно данного инструмента 50. Таким образом, в данном примере, который не носит ограничительного характера, операции стимуляции проводят вверх по скважине от узкого конца 40 к основанию ствола скважины 15 путем повтора вышеописанных операций для других инструментов 50.

Ссылаясь на фиг.6, таким образом, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения способ 100 включает развертывание (блок 104) инструмента в насосно-компрессорной колонне в скважине и перфорацию (блок 108) определенной части инструмента для приведения инструмента в состояние улавливания объекта. Способ 100 включает развертывание (блок 112) объекта, например активационного шара или дротика (в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера), в насосно-компрессорной колонне и передачу объекта внутри скважины через насосно-компрессорную колонну для осаждения объекта в гнезде инструмента для создания непроницаемого для жидкости барьера в насосно-компрессорной колонне. Этот непроницаемый для жидкости барьер может использоваться в соответствии с блоком 116 для блокирования дальнейшего поступления жидкости для воздействия на пласт через центральный канал насосно-компрессорной колонны и, вместо этого, для направления в пласт, в котором расположен ствол скважины, с целью воздействия на пласт. Способ 100 может повторяться для последующих операций стимуляции с помощью других подобных инструментов в скважине в соответствии с различными вариантами воплощения изобретения.

Ссылаясь на фиг.7, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения инструмент 50 может включать трубчатый корпус 154, который обычно описывает продольную ось 150 инструмента 50 и образует часть насосно-компрессорной колонны 20. Для этого примера, который не носит ограничительного характера, гнездообразующий элемент 54 (см. фиг.4А, например) является С-образным кольцом 156, которое в своем относительно несжатом состоянии (как показано на фиг.7) позволяет объектам проходить через центральный канал 51 инструмента 50. С-образное кольцо 156 избирательно сжимается, благодаря рабочей оправке 160 в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения. Таким образом, рабочая оправка 160 чувствительна для поддержания С-образного кольца 156 в несжатом состоянии, как показано на фиг.7, до тех пор, пока камера 60 не нарушена. В соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения камера 60 оказывает атмосферное давление на одном конце 164 рабочей оправки 160; и сила, которую оказывает камера 60, уравновешивается силой, которая возникает на другом конце 168 оправки 160 за счет, например, другой атмосферной камеры 180. До тех пор, пока камера 60 остается ненарушенной, С-образное кольцо 156 окружено радиально тонкой секцией 161 рабочей оправки 160 и остается относительно несжатым.

Как показано на фиг.7, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения более тонкая секция 161 может образовывать часть радиально градуированного профиля рабочей оправки 160. Градуированный профиль также содержит радиально утолщенную часть 172 для сжатия С-образного кольца 156 и скошенную поверхность 170, которая образует переход между более тонкой секцией 161 и утолщенной секцией 172. Нарушение камеры 60 обеспечивает разность сил поперек рабочей оправки 160, что заставляет утолщенную часть 172 окружать С-образное кольцо 156, сжимая, таким образом, С-образное кольцо 156, до образования гнезда улавливания объекта 76, которое теперь может принимать форму радиально сокращенной О-образной фигуры, как показано на фиг.8.

Ссылаясь на фиг.9, в соответствии с другими вариантами воплощения изобретения в скважине 200 могут использоваться развернутые в трубах клапанные инструменты 210 (вместо инструментов 50), которые содержат объектно-управляемые клапаны 216 насосно-компрессорной колонны. В целом фиг.9 содержит аналогичные ссылки, соответствующие подобным элементам, которые описаны выше, с различными элементами, представленными различными позиционными обозначениями. Клапаны 216 насосно-компрессорной колонны могут избирательно приводиться в действие для избирательного обеспечения сообщения между центральным каналом 24 насосно-компрессорной колонны 20 и окружающим пластом. В этой связи клапан 216 насосно-компрессорной колонны в открытом положении обеспечивает сообщение текучей среды через множество радиальных отверстий 220, которые образуются в насосно-компрессорной колонне 20.

Подобно инструменту 50 инструмент 210 содержит камеру 212 (атмосферную камеру, например), которая сконструирована для обеспечения избирательного нарушения путем перфорации с целью приведения инструмента 210 в состояние улавливания объекта. Однако, в отличие от инструмента 50, инструмент 210 имеет два гнездообразующих элемента 214 и 218: гнездовой элемент 214 активируется или радиально сжимается с образованием соответствующего гнезда для улавливания объекта с целью управления клапаном 216 насосно-компрессорной колонны в ответ на перфорацию камеры 212, и гнездовой элемент 218 активируется или радиально сжимается с образованием соответствующего гнезда клапана для улавливания другого объекта в ответ на открытие клапана 216 насосно-компрессорной колонны, как будет описано ниже. Как показано на фиг.9, в отличие от камеры 60 инструмента 50 (см. фиг.1, например), которая расположена выше или вверх по стволу скважины относительно гнездовых элементов 54, камера 212 расположена ниже или вниз по стволу скважины относительно гнездообразующих элементов 214 и 218. Подобно гнездообразующему элементу 54 инструмента 50 гнездообразующий элемент 214, 218 может в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения преобразовываться из сжимаемого элемента (например, цанги или С-образного кольца, как примеров, которые не носят ограничительного характера), при радиальном сжатии, в гнездо для улавливания объекта.

В частности, когда инструменты насосно-компрессорной колонны 210 первоначально установлены как часть насосно-компрессорной колонны 20, все инструменты насосно-компрессорной колонны 210 находятся в своем состоянии прохождения объекта. Другими словами, гнездообразующие элементы 214 и 218 каждого инструмента 210 насосно-компрессорной колонны находятся изначально в состоянии, которое позволяет пропускать объекты (например, шары или дротики) для прохождения через инструменты 210.

Фиг.10 изображает скважину 200 вначале операции стимуляции в ярусе 30а, который расположен максимально близко к узкому концу 40 ствола скважины 15. Как показано на фиг.10, пулевой перфоратор 70 избирательно расположен для формирования по меньшей мере одной перфорационной струи, которая нарушает камеру 212 инструмента 210а. Таким образом, на фиг.10 изображена серия 250 перфорационных каналов, сформированных перфорационными струями, и по меньшей мере одна перфорационная струя нарушает камеру 212 инструмента 210а. Подобно описанной выше операции инструмента 50, инструмент 210 сконструирован для автоматического реагирования на нарушение камеры 212 с целью обеспечения радиального сжатия гнездообразующего элемента 214, который формирует гнездо улавливания объекта для инструмента 210, как показано на фиг.10. Таким образом, ссылаясь на фиг.11, объект, такой как активационный шар 260 или дротик, могут проходить внутри скважины через центральный канал 24 насосно-компрессорной колонны 20 на землю в этом гнезде, созданном радиально сжатым гнездообразующим элементом 214, с образованием соответствующего непроницаемого для жидкости барьера в центральном проходе 24 насосно-компрессорной колонны 20.

Благодаря этому непроницаемому для жидкости барьеру жидкость может находиться под давлением вверх по скважине относительно уловленного активационного шара 260, и гнездообразующий элемент 214 может проходить вниз по скважине при превышении заданного порогового значения этого давления. Полученное в результате этого продольное перемещение гнездообразующего элемента 214, в свою очередь, вызывает перемещение клапана 216 насосно-компрессорной колонны вниз, что, тем самым, обеспечивает сообщение текучей среды с резервуаром, как показано на фиг.12. Таким образом, повышение давления в жидкости вверх по стволу скважины относительно шара 260 открывает клапан 216 и может использоваться для выполнения (в качестве примера, не имеющего ограничительного характера) операции стимуляции. В примере, который изображен на фиг.12, эта операция стимуляции предусматривает гидравлический разрыв пласта, окружающего каналы 220, для создания соответствующих расколотых областей 270. Альтернативно кислота может использоваться для стимуляции областей 270.

Кроме того, как показано на фиг.12, смещение гнездового элемента 214 не только открывает клапан 216, но и приводит гнездообразующий элемент 218 (который расположен выше по стволу относительно гнездообразующего элемента 214) в состояние улавливания объекта. Другими словами, как показано на фиг.12, благодаря перемещению элемента 214, гнездообразующий элемент 218 радиально сокращается, в результате чего образуется соответствующее гнездо, позволяющее улавливать другой объект.

В качестве более конкретного примера фиг.13 изображает использование пулевого перфоратора 70 в последующей операции в скважине 200, в целях создания одной или более серий 280 перфорационных каналов 280 между инструментами 210a и 210b и использование пулевого перфоратора 70 в целях передачи другого активационного шара 274 внутри скважины. В этой связи как показано на фиг.13, активационный шар 274 могут первоначально крепить к нижнему концу пулевого перфоратора 70, как показано пунктирной линией на фиг.13. В конце операции перфорации, которая создает соответствующую(ие) серию(и) 280 перфорационных каналов, пулевой перфоратор 70 управляется с поверхности скважины 200 для обеспечения высвобождения пистолетом 270 активационного шара 274. После высвобождения активационный шар 274 поступает дальше внутрь скважины и падает в гнездо, образованное элементом 218, как показано на фиг.14. Следует отметить, что пистолет также может использоваться для передачи объекта 90 в скважину в ранее описанных вариантах воплощения настоящего изобретения.

Ссылаясь на фиг.14, в связи с осаждением активационного шара 274 в гнезде, сформированным гнездообразующим элементом 218 создается другой непроницаемый для жидкости барьер в насосно-компрессорной колонне 20, что обеспечивает возможность проведения операции стимуляции вверх по стволу скважины относительно шара 274. Таким образом, как показано на фиг.14, операции гидравлического разрыва или кислотной обработки, например, могут выполняться в одной или более областей стимуляции 300 в пласте. Другие ярусы (например, ярус 30b) могут стимулировать аналогичным образом, в соответствии с различными потенциальными вариантами воплощения изобретения.

В качестве примера, который не носит ограничительного характера, фиг.15 в целом изображает инструмент 210 в соответствии с некоторыми реализациями. В этом примере инструмент 210 включает трубчатый корпус 400, который обычно описывает продольную ось 360 инструмента 210 и образует часть насосно-компрессорной колонны 20. В корпусе находятся радиальные отверстия 220, которые являются частью клапана 216. Таким образом, клапан 216 в данном примере является трубчатым клапаном, содержащим внутренний рукав 404, который содержит радиальные каналы 405 и сконструирован таким образом, чтобы скользить вдоль продольной оси по отношению к корпусу 400. При открытии клапана 216 рукав 404 находится в положении, в котором радиальные каналы 405 рукава 404 совмещены с портами 220, а при закрытии клапана 216 (как показано на фиг.15) рукав 404 находится в положении, в котором блокируется сообщение текучей среды через порты 220 и 405. На фиг.15 не показаны различные уплотнения (О-образные кольца, например) между наружной поверхностью рукава 404 и внутренней поверхностью корпуса 400.

Если клапан 216 первоначально установлен как часть насосно-компрессорной колонны 20, он закрыт, как показано на фиг.15. С целью обеспечения открытости клапана 216, клапан 216 крепят к механизму 420, который схематически изображен на фиг.15. Подобно вышеописанному механизму активации с целью сжатия уплотняющего элемента 54 инструмента 50, механизм 420 содержит рабочую оправку, которая реагирует на нарушение части камеры 212 и обеспечивает сжатие уплотняющего элемента 214 для образования гнезда улавливания объекта. После развертывания объекта, который осаждается в гнезде, давление жидкости может оказывать направленное вниз усилие в насосно-компрессорной колонне 20 на механизм 420. Благодаря креплению рукава 404 к механизму направленная вниз сила перемещает рукав 404 вниз вдоль оси 360 до тех пор, пока рукав 404 не достигнет упора (не показано), и в этом положении порты 405 рукава 404 совпадают с портами 220 корпуса 400, что обеспечивает положение клапана 216 в открытом состоянии.

Как схематически показано на фиг.15, верхнее расширение 410 рукава 400 прикреплено к механизму 430 (схематически показано на фиг.15), который крепится к корпусу 400. Нисходящее перемещение рукава 404 обеспечивает перемещение расширением 410 рабочей оправки механизма 430, что приводит к сжатию уплотнительного элемента 218 для образования другого гнезда улавливания объекта аналогично тому, как вышеописанная активационная рабочая оправка 160 инструмента 50 сжимает уплотняющий элемент 54. Таким образом, нисходящее перемещение рукава 404 вдоль продольной оси 360 открывает клапан 216 и активирует второе гнездо улавливания объекта инструмента 210.

Ссылаясь на фиг.16, таким образом, способ 500 в соответствии с вариантами воплощения изобретения включает развертывание (блок 504) инструмента в насосно-компрессорной колонне в скважине и перфорацию (блок 508) определенной части инструмента с целью активации первого гнезда улавливания объекта инструмента. В соответствии с методикой 500 объект затем развертывается в насосно-компрессорной колонне и передается внутри скважины через насосно-компрессорную колонну с целью осаждения объекта в первом гнезде улавливания объекта в инструменте для создания непроницаемого для жидкости барьера в насосно-компрессорной колонне в соответствии с блоком 512. Непроницаемый для жидкости барьер впоследствии используется (блок 514) для обеспечения давления в области насосно-компрессорной колонны с целью открытия клапана насосно-компрессорной колонны и активации второго гнезда улавливания объекта в инструменте. Затем могут проводить операцию стимуляции в соответствии с блоком 516, используя открытый клапан насосно-компрессорной колонны в первой области скважины. Способ 500 дополнительно включает развертывание (блок 520) другого объекта для обеспечения осаждения объекта во втором гнезде улавливания объекта в инструменте с целью создания другого непроницаемого для жидкости барьера в насосно-компрессорной колонне вверх по стволу скважины относительно открытого клапана. Этот другой непроницаемый для жидкости барьер впоследствии используется для создания избыточного давления в области насосно-компрессорной колонны с целью выполнения операции стимуляции во второй области скважины, в соответствии с блоком 524.

Следует отметить, что в каждом вышеописанном варианте воплощения изобретения инструменты 50 или 210, расположенные вдоль насосно-компрессорной колонны, могут во всех случаях иметь по существу одинаковый размер отверстия, находясь в состоянии прохождения объекта; и, аналогично, инструменты 50 или 210, расположенные вдоль насосно-компрессорной колонны могут во всех случаях иметь по существу одинаковый размер отверстия, находясь в состоянии улавливания объектов. Таким образом, каждый сброшенный объект 90 может иметь приблизительно одинаковый размер внешнего периметра, и каждый сброшенный объект 90 будет проходить все инструменты 50 или 210, которые находятся в состоянии прохождения объекта, и будет приземляться только в инструментах 50 или 210, которые находятся в состоянии улавливания объектов.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на ограниченное число вариантов его воплощения, специалистам в данной области техники будут понятны многочисленные модификации и изменения этого раскрытия. Подразумевается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и изменения, которые соответствуют сущности и объему данного изобретения.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена при завершении многоярусной скважины. Устройство включает колонну, направленную в скважину, и расположенный в колонне инструмент. Инструмент приспособлен для образования гнезда с целью улавливания объекта, направляемого в инструмент через канал колонны в ответ на перфорацию инструмента. Технический результат заключается в повышении эффективности завершения многоярусной скважины. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Способ, в котором осуществляют: развертывание колонны, содержащей инструмент в скважине; перфорирование определенной области инструмента, причем перфорирование обеспечивает смещение гнезда инструмента из первого положения, в котором гнездо выполнено с возможностью прохождения свободно падающего объекта, который развернут в колонне, через гнездо, во второе положение, в котором гнездо выполнено с возможностью улавливания объекта, для образования жидкостного барьера в колонне; и отвод жидкости в колонне посредством жидкостного барьера.

2. Способ по п.1, в котором колонна включает обсадную колонну.

3. Способ по п.1, в котором перфорация включает формирование, по меньшей мере, одной перфорационной струи для разрушения камеры инструмента.

4. Способ по п.1, в котором перфорация включает подачу абразивной жидкости для истирания стенки камеры инструмента для разрушения камеры.

5. Способ по п.1, в котором перфорация включает разрушение камеры инструмента, изначально имеющей давление ниже давления среды, окружающей скважину.

6. Способ по п.5, в котором дополнительно осуществляют радиальное сжатие сжимаемого элемента для ограничения канала колонны в ответ на разрушение.

7. Способ по п.1, в котором отвод включает отводящую жидкость, которая поступает с поверхности земли в пласт.

8. Способ по п.1, в котором дополнительно осуществляют: смещение другого гнезда инструмента из третьего положения, в котором другое гнездо обеспечивает возможность прохождения другого свободно падающего объекта, который передается по колонне, в другое гнездо, в четвертое положение, в котором другое гнездо улавливает другой объект, для образования другого жидкостного барьера; и отвод жидкости посредством жидкостного барьера.

9. Способ по п.1, в котором дополнительно осуществляют операцию стимуляции посредством отвода жидкости.

10. Способ по п.8, в котором осуществляют операцию гидравлического разрыва пласта или операцию кислотной обработки.

11. Устройство, содержащее: колонну, направленную в скважину; и, по меньшей мере, один инструмент, расположенный в колонне, содержащий: камеру; и гнездо, выполненное с возможностью перемещения, в ответ на разрушение камеры, из первого положения, в котором гнездо обеспечивает возможность прохождения свободно падающего объекта, размещенного в колонне, через гнездо, во второе положение, в котором гнездо улавливает объект для формирования жидкостного барьера для отвода жидкости в колонне.

12. Устройство по п.11, в котором колонна включает обсадную колонну в стволе скважины.

13. Устройство по п.11, в котором колонна включает, по меньшей мере, один пакер для образования кольцевого барьера между колонной и стенкой ствола скважины.

14. Устройство по п.11, в котором, по меньшей мере, один инструмент дополнительно содержит оправку, предназначенную для смещения в ответ на разрушение камеры, а гнездо содержит радиально сжимаемый элемент, предназначенный для радиального сжатия при смещении оправки, для приведения гнезда во второе положение.

15. Устройство по п.14, в котором камера предназначена для содержания жидкости, создающей усилия на оправку, при этом оправка дополнительно выполнена с возможностью смещения в ответ на изменение разности сил, действующих на оправку, в результате разрушения камеры.

16. Устройство по п.11, в котором инструмент дополнительно содержит другое гнездо, предназначенное для смещения из третьего положения, в котором другое гнездо позволяет свободно подающему другому объекту, развернутому в колонне, проходить через гнездо, в третье положение, в котором другое гнездо предназначено для улавливания другого объекта, для образования другого барьера в колонне в ответ на силу, оказываемую на первое гнездо жидкостью в колонне.

17. Устройство по п.16, в котором инструмент дополнительно содержит клапан, предназначенный для открытия сообщения потока текучей среды в ответ на воздействие силы.

18. Устройство по п.17, в котором клапан содержит рукав.

19. Устройство по п.11, в котором инструмент содержит корпус, включающий камеру и канал для доступа пулевого перфоратора для обеспечения работы пулевого перфоратора для разрушения.

20. Устройство по п.11, в котором инструмент содержит корпус, содержащий камеру, при этом корпус содержит канал для размещения инструмента, обеспечивающего подачу абразивной жидкости для истирания стенки камеры инструмента для разрушения камеры.

21. Погружной инструмент, используемый в скважине, содержащий: корпус, выполненный в виде части насосно-компрессорной колонны; камеру, расположенную в корпусе для обеспечения давления; сжимаемый элемент, имеющий несжатое состояние, в котором отверстие через сжимаемый элемент имеет больший размер, и сжатое состояние, в котором отверстие имеет меньший размер, для формирования гнезда для улавливания объекта, поступающего к инструменту через колонну; и рабочую оправку, сообщающуюся с камерой, предназначенной для реагирования на давление для удержания сжимаемого элемента в несжатом состоянии и, в ответ на перфорацию камеры, сжатия сжимаемого элемента для перехода сжимаемого элемента из несжатого состояния в сжатое состояние.

22. Погружной инструмент, используемый в скважине, содержащий: корпус, выполненный в виде части насосно-компрессорной колонны и содержащий канал; камеру, расположенную в корпусе для обеспечения давления; первый сжимаемый элемент, имеющий несжатое состояние, в котором отверстие через первый сжимаемый элемент имеет больший размер, и сжатое состояние, в котором отверстие имеет меньший размер, для формирования гнезда для улавливания первого объекта, поступающего к инструменту через колонну, при этом первый сжимаемый элемент предназначен для преобразования в ответ на попадание первого объекта в первом гнезде, с созданием жидкостного барьера и давления в колонне, с использованием жидкостного барьера, и первый сжимаемый элемент предназначен для преобразования из несжатого состояния в сжатое состояние в ответ на перфорацию камеры; клапан, предназначенный для открывания для осуществления сообщения жидкости между каналом и областью вне колонны, окружающей канал, в ответ на преобразование первого сжимаемого элемента; и второй сжимаемый элемент, имеющий несжатое состояние, в котором отверстие через первый сжимаемый элемент имеет больший размер, и сжатое состояние, в котором отверстие через второй сжимаемый элемент имеет меньший размер, для формирования второго гнезда для улавливания второго объекта, поступающего к инструменту через колонну; при этом второй сжимаемый элемент предназначен для преобразования из несжатого состояния в сжатое состояние в ответ на преобразование первого сжимаемого элемента.