УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТРЕЩИН Российский патент 2016 года по МПК E21B43/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройству для создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию, которое содержит: трубчатую часть из металла, устанавливаемую как часть скважинной трубчатой конструкции; растяжную манжету из металла, имеющую толщину стенки и окружающую указанную трубчатую часть; средство крепления для соединения манжеты с трубчатой частью; и отверстие, выполненное в трубчатой части или в средстве крепления. Кроме того, изобретение относится к способу создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При эксплуатации скважины трещины в пласте выполняют для обеспечения прохождения нефти в ствол скважины, а затем в эксплуатационную обсадную колонну. При создании трещин в пласте желательно получить трещины, идущие, по существу, поперек направлению пролегания ствола скважины и соответственно обсадной колонны. При этом в большинстве случаев трещины проходят по существу вдоль обсадной колонны, что обусловлено расположением природных слоев в пласте.

Трещины, идущие перпендикулярно обсадной колонне, углубляются внутрь пласта на большее расстояние. Благодаря этому они вскрывают большую область пласта, заполненного нефтесодержащей текучей средой, что повышает эффективность нефтедобычи по сравнению с технологиями, предусматривающими наличие продольных трещин.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача предложенного изобретения состоит в полном или частичном устранении вышеуказанных недостатков известного уровня техники. В частности, поставлена задача создания более совершенного устройства для создания трещин, посредством которого можно получать трещины, идущие по существу перпендикулярно эксплуатационной обсадной колонне.

Решение этих и других задач, а также получение рассмотренных ниже преимуществ и признаков предлагается обеспечить за счет устройства для создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию, которое содержит:

трубчатую часть из металла, устанавливаемую как часть скважинной трубчатой конструкции;

растяжную манжету из металла, имеющую толщину стенки и окружающую указанную трубчатую часть;

средство крепления для соединения манжеты с трубчатой частью; отверстие, выполненное в трубчатой части или в средстве крепления, причем манжета снабжена средством инициирования трещин.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, средство инициирования трещин может выступать из поверхности манжеты.

Под выступанием средства инициирования трещин из поверхности манжеты понимается такое положение вдоль указанной поверхности, при котором наклон касательной к поверхности изменяется и становится нулевым для последующего изменения, причем указанное средство в этом положении представляет собой обращенный к пласту выступ на поверхности манжеты.

Кроме того, при растянутом состоянии растяжной манжеты средство инициирования трещин может, по меньшей мере частично, проникать внутрь пласта.

Растяжная манжета может находиться в растянутом состоянии, при котором контактная поверхность манжеты входит в контакт с пластом, и в нерастянутом состоянии, причем, по меньшей мере при растянутом состоянии манжеты, средство инициирования трещин выступает из указанной контактной поверхности, проникая внутрь пласта с целью создания в нем трещин.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, средство инициирования трещин можно разместить между средствами крепления.

Кроме того, средство инициирования трещин может содержать центральную часть манжеты, имеющую толщину стенки меньше относительно другой части манжеты.

Средство инициирования трещин может также содержать несколько участков, распределенных по окружности манжеты, причем толщина стенки указанных участков манжеты меньше по сравнению с другими участками манжеты.

Помимо этого, указанное средство инициирования трещин может содержать выступ.

Средство инициирования трещин может дополнительно содержать сдвигаемую заглушку, пружинный клапан или разрывной диск.

В одном из вариантов указанный выступ сужается от трубчатой части к пласту.

Указанный выступ можно выполнить кольцеобразным.

Кроме того, манжета по своей окружности может иметь множество выступов, причем таким образом, что все выступы расположены в одной кольцеобразной плоскости поперечного сечения манжеты.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, средство инициирования трещин может содержать по меньшей мере один участок, имеющий уменьшенную толщину стенки и разрываемый по достижении заданного давления.

Описанное выше устройство для создания трещин может дополнительно содержать инструмент, обеспечивающий растяжение манжеты путем пропускания текучей среды, находящейся под давлением, через отверстие в трубчатой части в пространство между растяжной манжетой и трубчатой частью.

Кроме того, внутри указанного отверстия можно установить клапан для регулировки прохождения текучей среды, находящейся под давлением, в пространство между растяжной манжетой и трубчатой частью.

Предусмотрен вариант, в котором манжета может иметь два конца, выполненных из материала, отличного от материала центральной части манжеты.

Указанные два конца могут быть приварены к центральной части манжеты и иметь наклонную поверхность, соответствующую наклонной поверхности центральной части манжеты.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, клапан может представлять собой одноходовой клапан или двухходовой клапан.

В другом варианте по меньшей мере одно из средств крепления может представлять собой средство крепления, смещаемое относительно соединительной части трубчатой части кольцевой перемычки.

При этом по меньшей мере одно из крепежных средств может иметь жесткое соединение с трубчатой частью.

Еще в одном варианте инструмент может содержать средство перемещения клапана из одного положения в другое положение.

Кроме того, инструмент может содержать изолирующее приспособление, обеспечивающее изоляцию первой секции между наружной стенкой инструмента и внутренней стенкой скважинной трубчатой конструкции снаружи отверстия трубчатой части.

Указанное изолирующее приспособление инструмента может содержать по меньшей мере одно средство уплотнения внутренней стенки скважинной трубчатой конструкции на каждой стороне клапана с целью изоляции первой секции внутри скважинной трубчатой конструкции.

Помимо этого, инструмент может содержать средство нагнетания давления, предназначенное для забора текучей среды из ствола скважины и подачи к первой секции текучей среды под давлением.

Дополнительно инструмент может содержать средство присоединения инструмента к бурильной трубе. При этом инструмент может содержать уплотнительные элементы для закрытия кольцевого участка.

Предложенное изобретение относится также к использованию описанного выше устройства для создания трещин в скважинной трубчатой конструкции для введения указанной конструкции в ствол скважины.

И, наконец, предложенное изобретение относится к способу создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию, путем растяжения растяжной манжеты в описанном выше устройстве внутри ствола скважины, который содержит следующие этапы:

размещение инструмента снаружи отверстия трубчатой части;

подача текучей среды в пространство между трубчатой частью и растяжной манжетой с целью растяжения манжеты;

создание трещин в пласте путем растяжения манжеты вплоть до приложения манжетой заданного давления на пласт.

Дополнительно указанный способ создания трещин может содержать этап, предусматривающий растяжение манжеты вплоть до разрыва средства инициирования трещин.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более подробное описание изобретения и его многочисленных преимуществ приведено ниже со ссылками на схематические сопроводительные чертежи, иллюстрирующие лишь некоторые из возможных вариантов осуществления изобретения.

На фиг.1 показан поперечный разрез обсадной колонны в скважине, имеющей горизонтальную часть.

На фиг.2 показан поперечный разрез обсадной колонны в вертикальной скважине.

На фиг.3 показан поперечный разрез растяжной манжеты, создающей в пласте трещины.

На фиг.4 показан поперечный разрез нерастянутого устройства для создания трещин.

На фиг.5 показан поперечный разрез устройства с фиг.4 в растянутом состоянии.

На фиг.6 показан поперечный разрез одного из вариантов нерастянутого устройства для создания трещин.

На фиг.7 показан поперечный разрез устройства с фиг.6 в растянутом состоянии.

На фиг.8 показан поперечный разрез еще одного варианта нерастянутого устройства для создания трещин.

На фиг.9 показан поперечный разрез устройства с фиг.8 в растянутом состоянии.

На фиг.10 показан поперечный разрез еще одного варианта нерастянутого устройства для создания трещин.

На фиг.11 показан поперечный разрез устройства с фиг.10 в почти полностью растянутом состоянии.

На фиг.12 показан поперечный разрез устройства с фиг.10 в полностью растянутом состоянии, в котором средство инициирования трещин разорвано, с обеспечением тем самым возможности гидравлического разрыва пласта.

На фиг.13 показан поперечный разрез, проходящий перпендикулярно к средствам инициирования трещин с фиг.9.

На фиг.14 показан поперечный разрез еще одного варианта нерастянутого устройства для создания трещин.

На фиг.15 показан поперечный разрез устройства с фиг.14 в растянутом состоянии.

На фиг.16 показан поперечный разрез устройства с фиг.14 в полностью растянутом состоянии, при котором средство инициирования трещин отсоединено от манжеты, с обеспечением тем самым возможности гидравлического разрыва пласта.

Все чертежи выполнены с высокой степенью схематичности и не обязательно с соблюдением масштаба, причем изображены только части, необходимые для пояснения сущности изобретения, а другие части либо пропущены, либо лишь подразумеваются.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показана скважина, имеющая вертикальную и горизонтальную часть. В горизонтальной части показаны трещины 11, идущие в пласте перпендикулярно эксплуатационной обсадной колонне, которая закреплена в пласте посредством кольцевых перегородок. При этом трещины находятся в горизонтальной части между раздвинутыми кольцевыми перегородками. В скважине такого типа трещины 11 являются вертикальными и могут располагаться перпендикулярно природным слоям пласта. На фиг.2 показана полностью вертикальная скважина, в которой и кольцевые перегородки и горизонтальные трещины также расположены перпендикулярно поперек эксплуатационной колонны. Далее по тексту оба вида трещин 11 с фиг.1, 2, перпендикулярных эксплуатационной колонне, называются поперечными трещинами.

На фиг.3 показана растянутая манжета 4, которая создает поперечные трещины 11 в пласте выше манжеты и продольные трещины в пласте ниже манжеты. Можно видеть, что продольные трещины проходят вдоль эксплуатационной обсадной колонны. Как подсчитано специалистами нефтедобывающей отрасли, эффективность добычи в горизонтальной скважине с поперечными трещинами до 60% выше, чем в горизонтальной скважине с продольными трещинами.

Кода манжету 4 в кольцевой перегородке растягивают для создания трещин в пласте, растянутая манжета надавливает на пласт, что приводит к появлению случайных трещин.

На фиг.4 показано устройство 1 для создания трещин, содержащее манжету 4, снабженную средством 7 инициирования трещин. В варианте осуществления изобретения с фиг.4 средство 7 инициирования трещин выполнено в виде участка манжеты 4 с уменьшенной толщиной стенки. Как показано на фиг.5, при растяжении манжеты 4 средство 7 инициирования трещин выступает наружу и, при подаче на него давления в направлении пласта, врезается в пласт. Тем самым процесс создания трещин является управляемым в том смысле, что вместо продольных обеспечено получение поперечных трещин.

Устройство 1 для создания трещин содержит растяжную манжету 4 и металлическую трубчатую часть 3, которые при введении эксплуатационной обсадной колонны в ствол скважины установлены как часть скважинной трубчатой конструкции 2. Как показано на фиг.4, в нерастянутом состоянии манжета 4 имеет толщину стенки, равную t, и окружает трубчатую часть 3, к которой манжета 4 плотно прикреплена средством 5 крепления. Трубчатая часть 3 снабжена по меньшей мере одним отверстием 6, позволяющим текучей среды проходить в пространство между манжетой 4 и трубчатой частью 3, обеспечивая тем самым растяжение манжеты.

В устройстве 1 для создания трещин с фиг.6 растяжная манжета 4 содержит средство 7 инициирования трещин, выполненное в виде участка манжеты с уменьшенной толщиной стенки (как показано на фиг.4). При этом средство 7 инициирования трещин содержит выступ 9, сужающийся в кольцеобразную кромку. На фиг.7 манжета 4 с фиг.6 изображена в растянутом состоянии, при котором участок манжеты уменьшенной толщины образует обращенный к пласту выступающий элемент, причем указанная кромка, расположенная на этом выступающем элементе уменьшенной толщины, надавливает на пласт и способствует врезанию выступающего элемента в пласт.

Таким образом, средство инициирования трещин с фиг.5-9, 11 и 14-16 выступает из поверхности манжеты. Под выступанием средства инициирования трещин из поверхности манжеты понимается такое положение вдоль указанной поверхности, при котором наклон касательной к поверхности изменяется и становится нулевым для последующего изменения, причем указанное средство в этом положении представляет собой обращенный к пласту выступ на поверхности манжеты.

На фиг.5, 7, 11 и 15 показано, что растяжение манжеты приводит по меньшей мере к частичному проникновению средства инициирования трещин на участке пласта. После проникновения в пласт части средства инициирования трещин, в контакт с пластом входит другая часть манжеты, представляющая собой контактную поверхность 30.

В другом варианте осуществления изобретения растяжная манжета 4 снабжена множеством средств 7 инициирования трещин, выполненных в виде участков манжеты с уменьшенной толщиной стенки. Манжета 4 имеет несколько круговых областей уменьшенной толщины, причем с наружной стороны манжеты каждое средство инициирования трещин содержит сужающийся к вершине выступ 9.

Манжета 4 с фиг.8 содержит множество средств 7 инициирования трещин, выполненных в виде выступов 9, причем все выступы 9 расположены на наружной стороне манжеты, в одной и той же плоскости поперечного сечения манжеты, проходящей поперек продольного направления обсадной колонны. Каждый выступ 9 сужается к вершине 16, которая при растяжении манжеты 4 вдавливается и врезается в пласт, инициируя образование трещины поперек продольного направления колонны - как показано на фиг.9.

На фиг.8 показано, что отверстие 6 может содержать клапан 10, который должен быть открыт перед подачей текучей среды 12 под давлением в пространство между манжетой 4 и трубчатой частью 3 с целью растяжения манжеты.

На фиг.10-12 показано, что устройство 1 для создания трещин содержит множество средств 7 инициирования трещин в виде участков с уменьшенной толщиной стенки. При растяжении манжеты 4, как показано на фиг.11, участки с уменьшенной толщиной стенки выступают из наружной поверхности манжеты в направлении пласта, причем при дальнейшем растяжении происходит разрыв указанных участков - как показано на фиг.12. Таким образом, средства 7 инициирования трещин врезаются в пласт, создавая в пласте трещины 11, причем при их разрыве можно подавать текучую среду 15 под высоким давлением внутрь стенки пласта, еще больше усугубляя растрескивание пласта. Если текучая среда 15 содержит кислоту, трещины 11 можно увеличивать посредством кислоты.

Как указано выше, предпочтительными являются поперечные трещины, при этом за счет того, что множество средств 7 инициирования трещин размещено в одной плоскости поперечного сечения, легче осуществлять управляемое образование поперечных трещин в одной плоскости поперечного сечения перпендикулярно продольному направлению эксплуатационной колонны. Таким образом получено более эффективное устройство 1 для создания трещин, позволяющее управлять направлением образования трещин. На фиг.13 показан поперечный разрез манжеты перпендикулярно продольному направлению устройства для создания трещин, на котором средства инициирования трещин показаны с поперечными трещинами, идущими в одной плоскости поперечного сечения. На чертеже показано, что средства инициирования трещин рассредоточены по окружности манжеты.

На фиг.14 показан поперечный разрез нерастянутого устройства для создания трещин, в котором средство инициирования трещин представляет собой сдвигаемую заглушку, закрепленную в стенке манжеты. Как показано на фиг.15, данное средство инициирования трещин частично проникает внутрь пласта, и при подаче в отверстие 6 определенного давления может отсоединяться от манжеты, оставляя в стенке манжеты открытое отверстие. На фиг.16 показано, как жидкая среда для гидравлического разрыва проникает внутрь полученного отверстия в стенке манжеты и далее в трещину, образованную в пласте.

Вместо сдвигаемой заглушки с фиг.14-16 может использоваться средство инициирования трещин в виде пружинного клапана или разрывного диска. Кроме того, средство инициирования трещин может представлять собой остроконечный элемент, приваренный к стенке манжеты таким образом, чтобы его сварное соединение с манжетой разрушалось при подаче через отверстие 6 текучей среды под определенным давлением.

Скважинная трубчатая конструкция 2 может представлять собой эксплуатационную насосно-компрессорную колонну или обсадную колонну, или аналогичную систему труб, размещаемую в скважине или в стволе скважины.

В качестве клапана 10 можно использовать любой клапан, обеспечивающий регулировку расхода, например, шаровой клапан, дроссельный клапан, воздушный клапан, невозвратный или обратный клапан, мембранный клапан, расширительный клапан, запорный клапан, клапан с поплавком, ножевую задвижку, игольчатый клапан, поршневой клапан, пережимной клапан или конический вентиль.

Растяжная трубчатая металлическая манжета 4 может представлять собой холоднотянутую или горячетянутую трубчатую конструкцию.

В качестве текучей среды для растяжения манжеты 4 можно использовать любой флюид, находящийся в стволе скважины, окружающей инструмент 20 и/или скважинную трубчатую конструкцию 3. Кроме того, в качестве текучей среды можно использовать цементный раствор, газ, воду, полимеры или двухкомпонентную смесь, например порошок или частицы, смешанные или взаимодействующие со связующим или отверждающим веществом.

Хотя предлагаемое изобретение описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники будет очевидна возможность различных его модификаций в рамках технической сущности, выраженной формулой изобретения.

Изобретение относится к устройству для создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию, которое содержит: трубчатую часть из металла, устанавливаемую как часть скважинной трубчатой конструкции; растяжную манжету из металла, имеющую толщину стенки и окружающую указанную трубчатую часть; средство крепления для соединения манжеты с трубчатой частью; и отверстие, выполненное в трубчатой части или в средстве крепления. Кроме того, изобретение относится к способу создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию. Технический результат заключается в повышении эффективности создания трещин в пласте. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Устройство (1) для создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию (2), содержащее:
трубчатую часть (3) из металла, устанавливаемую как часть скважинной трубчатой конструкции;
растяжную манжету (4) из металла, имеющую толщину (t) стенки и окружающую указанную трубчатую часть;
средство (5) крепления для соединения манжеты с трубчатой частью;
отверстие (6), выполненное в трубчатой части или в средстве крепления, причем манжета снабжена средством (7) инициирования трещин, содержащим, по меньшей мере, один участок, имеющий уменьшенную толщину стенки и разрываемый по достижении заданного давления.

2. Устройство по п.1, в котором растяжная манжета обладает растянутым состоянием, при котором контактная поверхность (30) манжеты входит в контакт с пластом, и нерастянутым состоянием, причем, по меньшей мере, при растянутом состоянии манжеты средство инициирования трещин выступает из указанной контактной поверхности, проникая внутрь пласта с целью создания в нем трещин.

3. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором средство инициирования трещин содержит центральную часть (8) манжеты, имеющую толщину стенки меньше по сравнению с другой частью манжеты.

4. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором средство инициирования трещин содержит несколько участков, распределенных по окружности манжеты, причем толщина стенки указанных участков манжеты меньше по сравнению с другими участками манжеты.

5. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором средство инициирования трещин содержит выступ (9).

6. Устройство по п.5, в котором средство инициирования трещин содержит сдвигаемую заглушку, пружинный клапан или разрывной диск.

7. Устройство по п.5, в котором указанный выступ сужается от трубчатой части к пласту.

8. Устройство по п. 5, в котором указанный выступ выполнен кольцеобразным.

9. Устройство по п.5, в котором манжета по своей окружности снабжена множеством выступов, причем все выступы расположены в одной кольцеобразной плоскости поперечного сечения манжеты.

10. Устройство по любому из пп.1, 2, 6-9, дополнительно содержащее инструмент, обеспечивающий растяжение манжеты путем пропускания текучей среды, находящейся под давлением, через отверстие в трубчатой части в пространство между растяжной манжетой и трубчатой частью.

11. Устройство по любому из пп.1, 2, 6-9, в котором внутри указанного отверстия установлен клапан для регулировки прохождения текучей среды, находящейся под давлением, в пространство между растяжной манжетой и трубчатой частью.

12. Использование устройства по любому из пп.1-11 в скважинной трубчатой конструкции для введения указанной конструкции в ствол скважины.

13. Способ создания трещин в пласте, окружающем скважинную трубчатую конструкцию (2), путем растяжения растяжной манжеты в устройстве по любому из пп. 1-11 внутри ствола скважины, содержащий следующие этапы:
размещение инструмента снаружи отверстия трубчатой части;
подача текучей среды в пространство между трубчатой частью и растяжной манжетой с целью растяжения манжеты;
создание трещин в пласте путем растяжения манжеты вплоть до приложения манжетой заданного давления на пласт.

14. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап, предусматривающий растяжение манжеты вплоть до разрыва средства инициирования трещин.