ТРУБНОЕ ИЗДЕЛИЕ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ Российский патент 2016 года по МПК E21B43/08 E21B47/00 

Область техники изобретения

Изобретение относится к скважинным трубным изделиям и, в частности, к скважинным трубным изделиям для обработки текучей среды в стволе скважины.

Предпосылки изобретения

Известны различные скважинные трубные изделия различного назначения. Скважинный фильтр является трубным изделием, включающим в себя фильтрующий материал, образующий стенку или установленный в стенке трубного изделия. Скважинный фильтр можно использовать в стволах таких скважин, как водные, паронагнетательные и/или нефтедобывающие.

Один вид известного скважинного фильтра включает в себя стенку из фильтрующего материала, удерживаемую между концевыми креплениями. Стенка включает в себя фильтрующий материал, который может иметь различные формы и обычно имеет некоторую опорную конструкцию, например, из перфорированной рубашки. Данные фильтры фильтруют текучие среды, проходящие через слой фильтрующего материала или во внутреннее пространство фильтра, или из него.

Другой вид скважинного фильтра является устройством, которое может включать в себя основную трубу и множество фильтрующих патронов, которые несет основная труба. Фильтрующие патроны установлены в отверстиях, проходящих через стенку основной трубы. Фильтрующие патроны фильтруют текучие среды, проходящие через отверстия в основной трубе для перекачки или подачи вверх по стволу. Конечно, отверстия можно выполнять и/или использовать также для обеспечения подачи текучих сред наружу через них из внутреннего пространства основной трубы.

Обработка в пласте добываемых текучих сред представляет интерес, поскольку можно использовать преимущества скважинных условий, осуществлять манипуляции с текучей средой и исключить утилизацию проблемных материалов на поверхности. Обработка других текучих сред в стволе скважины может также представлять интерес, например, для решения проблем, возникающих при нагнетании текучих сред в скважину.

Сущность изобретения

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создан патронный скважинный фильтр, содержащий цилиндрическую стенку, включающую в себя первый конец, второй конец, противоположный первому концу, внутреннюю поверхность, образующую внутреннее пространство скважинного фильтра, открытое от первого конца до второго конца, и наружную поверхность, отверстие, проходящее во внутреннее пространство через цилиндрическую стенку между наружной поверхностью и внутренней поверхностью для создания доступа текучей среды от наружной поверхности во внутреннее пространство, фильтрующий текучую среду материал для фильтрации, исключающей проход частиц увеличенного размера через отверстие, и материал трассера текучей среды, который перемещается в скважинном трубном изделии и расположенный на установочной площадке, разнесенной с отверстием, проходящим во внутреннее пространство, и расположенной снаружи от внутреннего пространства, причем установочная площадка расположена так, что путь потока текучей среды ограничен пределами прохождения от установочной площадки по наружной поверхности и через отверстие перед входом во внутреннее пространство.

Согласно другому широкому аспекту создан способ мониторинга добычи текучей среды в скважине, проходящей от поверхности земли в пласт, содержащий установку в скважине патронного скважинного фильтра, включающего в себя первый конец, второй конец, противоположный первому концу, цилиндрическую стенку, включающую в себя внутреннюю поверхность, образующую внутреннее пространство скважинного фильтра, открытое от первого конца до второго конца, и наружную поверхность, отверстие, проходящее через цилиндрическую стенку, создающую доступ с наружной поверхности во внутреннее пространство, фильтрующий текучую среду материал для фильтрации, исключающей проход частиц увеличенного размера через отверстие, материал трассера текучей среды, который перемещается в скважинном трубном изделии и размещенный на установочной площадке, разнесенной с отверстием, проходящим во внутреннее пространство, и расположенной снаружи от внутреннего пространства, причем установочная площадка расположена так, что путь потока текучей среды ограничен пределами прохождения от установочной площадки по наружной поверхности и через отверстие перед входом во внутреннее пространство, обеспечение прохода потока текучей среды мимо материала трассера текучей среды по наружной поверхности и через отверстие во внутреннее пространство, причем текучая среда захватывает трассер из материала трассера текучей среды, обеспечение перемещения текучей среды через внутреннее пространство на поверхность и мониторинг присутствия трассера в текучей среде, проходящей на поверхность.

Другие аспекты настоящего изобретения должны стать ясны специалисту в данной области техники из подробного описания, приведенного ниже, при этом различные варианты осуществления изобретения показаны и описаны иллюстративно. Следует учитывать, что изобретение обеспечивает создание других и различных вариантов осуществления и возможна модификация ряда его деталей, все без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание следует считать, по существу, иллюстративными и неограничительными.

Краткое описание чертежей

Чертежи включены в данный документ для иллюстрации некоторых аспектов изобретения. Такие чертежи и описание предназначены для улучшения понимания и не должны рассматриваться ограничивающими изобретение. На чертежах показано следующее:

На фиг.1 показан вид сбоку скважинного трубного изделия.

На фиг.2 показано сечение по линии I-I фиг.1.

На фиг.3 показано сечение по линии II-II фиг.1, проходящее через карман, содержащий материал трассера текучей среды для ее локализации по участку.

На фиг.4 показано сечение, проходящее через ствол скважины с колонной, установленной в нем.

На фиг.5 показано сечение по линии III-III фиг.1, проходящее через фильтрующий патрон, для его локализации по участку.

На фиг.6 показано сечение, проходящее через другой фильтрующий патрон, с положением на участке, соответствующем фиг.5.

На фиг.7 показано сечение, проходящее через другой фильтрующий патрон, с положением на участке, соответствующем фиг.5.

На фиг.8 показано поперечное сечение скважинного фильтра.

На фиг.9 показано сечение другого скважинного фильтра.

Подробное описание различных вариантов осуществления

Подробное описание, приведенное ниже с приложенными чертежами, является описанием различных вариантов осуществления настоящего изобретения и представляет не только варианты осуществления, предложенные изобретателем. Подробное описание включает в себя конкретные детали для лучшего понимания настоящего изобретения. Вместе с тем специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение можно реализовать без данных конкретных деталей.

На фиг.1-3 показано скважинное трубное изделие в форме патронного фильтра, включающего в себя перфорированную стенку со сквозными проходами текучей среды и материалом трассера текучей среды с открытой воздействию наружной поверхностью. Скважинное трубное изделие может быть выполнено с использованием различных конструкций. В показанном варианте осуществления скважинное трубное изделие включает в себя перфорированную стенку 1 трубы с внутренней поверхностью, создающей внутреннее пространство 1a, и наружной поверхностью 1b.

Концы 34 скважинного фильтра могут соединяться со смежными скважинными трубными изделиями. Концы трубного изделия могут быть выполнены различными способами для соединения в колонне, например, с образованием на одном или обоих концах резьбовых ниппелей (как показано), резьбовых муфт или соединений другого типа. Внутреннее пространство 1а проходит от одного до другого конца трубного изделия, так что трубное изделие может подавать текучие среды со сквозным проходом от конца до конца и использоваться для образования трубопровода текучей среды с помощью множества соединенных трубных изделий.

Перфорации перфорированных стенок трубного изделия выполнены в виде отверстий, проходящих через стенку. В частности, стенка 1 имеет множество сквозных отверстий 4, обеспечивающих проход потока текучей среды между внутренним пространством и наружной поверхностью. В зависимости от режима работы, заданного для скважинного трубного изделия, поток текучей среды может проходить в направлении внутрь к внутреннему пространству 1а или наружу от внутреннего пространства 1а.

Отверстия 4 патронного фильтра часто выполняются круглыми или овальными и имеют фильтрующий патрон 12, закрепленный в каждом отверстии. Фильтрующие патроны могут обеспечивать проход потока текучей среды через отверстия и содержат фильтрующие материалы, не отфильтровывающие слишком крупные материалы из потока текучей среды. Патроны могут иметь много форм, некоторые из которых описаны ниже и показаны на фиг. 5-9. Такой фильтр является долговечным и подходит для использования в различныхоперациях в стволе скважины, таких как добыча воды, нагнетание воды/пара, добыча нефти и/или газа и т.д.

Такие скважинные трубные изделия демонстрируют эффективность при обработке текучей среды в пласте. Конкретные трубные изделия и способы обработки текучей среды в пласте описаны в патенте США 7861787 данных заявителей от 4 января 2011 г. Как описано в патенте, могут выбираться скважинные трубные изделия, несущие химический материал обработки для воздействия на поток текучей среды, проходящей по нему. Один химический материал обработки является материалом, подающим трассеры в добываемые текучие среды. Материал трассера текучей среды, также называемый биотрассер, является основой, несущей уникальный трассер, который захватывается с основы текучей средой, проходящей по ней, переносится на поверхность с текучей средой и может обнаруживаться на поверхности, предоставляя информацию, касающуюся скважины, такую как тип полученных текучих сред, место получения и т.д.

Хотя химический материал обработки, включающий в себя материал трассера текучей среды, может размещаться по всему патронному фильтру, обнаружено, что отверстия относительно большого диаметра и близость материала патрона к внутреннему пространству в патронных фильтрах дают в результате самопроизвольное загрязнение трассером в данных фильтрах, если материал размещается в отверстиях, при этом текучая среда, проходящая через фильтр, но получаемая фактически не через отверстия фильтра, может захватывать трассер из такого фильтра. Поэтому используемое в настоящее время скважинное трубное изделие имеет материал трассера текучей среды на наружной поверхности, разнесенный от любого отверстия, ведущего к внутреннему пространству так, что материал трассера текучей среды является изолированным от текучей среды, проходящей через внутреннее пространство, и возможность загрязнения трассером текучей среды, просто проходящей через трубное изделие, уменьшается. Трассер должен захватываться текучей средой снаружи фильтра и перемещаться во внутреннее пространство при проходе через отверстия в трубное изделие.

В одном варианте осуществления скважинное трубное изделие включает в себя, по меньшей мере, одну установочную площадку, выполненную как карман 7 на наружной поверхности 1b, и материал трассера текучей среды 8, установленный в кармане. Карман изолируется от прохода текучей среды из кармана во внутреннее пространство иным путем, кроме как из кармана вдоль наружной поверхности и через отверстие. В частности, отсутствует окно для перемещения текучей среды из кармана непосредственно во внутреннее пространство, и текучая среда не может проходить из внутреннего пространства прямо в карман. Трассер поэтому может диффундировать в добываемые текучие среды при их проходе по наружной поверхности и проходить через отверстия в фильтре с добываемыми текучими средами, проходя к устью скважины.

Карман 7 включает в себя стенки 7a, проходящие по окружности от дна 7b с образованием углубления на наружной поверхности, и материал 8 закладывается в карман так, что материал 8 защищен от абразивного воздействия стенками 7a. Карман 7 может иметь различные формы. Например, карман может иметь различные формы в плане и в сечении. Дно 7b может расширяться или сужаться, образуя вершину конического углубления. Стенки 7a могут быть наклонными, радиально прорезанными, подрезанными и т.д. Стенки 7a могут начинаться заподлицо с цилиндрической наружной поверхностью или могут подниматься, незначительно выступая за цилиндрическую кривую наружной поверхности.

Для облегчения изготовления карман 7 может быть выполнен с помощью операции, аналогичной операции выполнения отверстий 4. В одном варианте осуществления отверстия и карманы выполняются удалением материала стенки для образования отверстия в стенке, например, сверлением, фрезерованием, лазерной резкой, резкой струей под давлением и т.д. Отверстие проходит стенку насквозь от наружной поверхности до внутреннего пространства, а карман закрыт дном. Например, карман может закрываться закреплением пробки (например, концевой стенкой, гильзой, герметиком и т.д.) в отверстии для предотвращения сквозного прохода текучей среды.

Альтернативно, процесс удаления стенки, используемый для выполнения отверстия, можно останавливать до сквозной проходки стенки на всю толщину, оставляя стенки с дном.

Материалы трассера текучей среды обычно представляют собой твердые частицы и могут иметь различные формы и закрепляться в кармане различными способами. Способ закрепления может зависеть от формы материала трассера текучей среды. Материал трассера текучей среды может, например, иметь форму унитарного корпуса, такого как блок, плита, диск и т.д. или может включать в себя множество частей, таких как шарики, волокна и т.д. В другом варианте осуществления фильтрующий патрон может заполняться материалом трассера и действует как его носитель. Такой патрон может устанавливаться в отверстии, через которое нет доступа текучей среды во внутреннее пространство так, что трассер в патроне не может загрязнять текучую среду при проходе через внутреннее пространство. Как указано выше, такое отверстие может быть заглушено, например, концевой стенкой, гильзой, герметиком и т.д. так, что сквозной проход текучей среды перекрывается.

Материал трассера текучей среды может иметь много форм и материал может закрепляться любым из различных средств, например, с использованием клеящих составов, фиксаторов, пластической деформации и т.д.

Материалы трассера текучей среды могут включать в себя трассеры, введенные в носитель, такой как полимерная смола. Носитель является твердым и удобным в работе, так что его можно устанавливать в фильтре в положение с фиксацией трассера, который находится в нем. Смола выбирается, по существу, выдерживающей условия в забойной зоне скважины. Смола может быть водорастворимой, водонерастворимой, формуемой различными способами и т.д. Предпочтительным может являться использование смол на водной основе для водорастворимых трассеров. Одной причиной для этого является лучшее распределение трассеров в гидрофильной смоле, чем в гидрофобной смоле. Если материалы трассера текучей среды импрегнируются в опорную конструкцию, такую как фильтрующий патрон, то концентрация трассера может увеличиваться относительно концентрации смолы для данной установки со вторичным опиранием в сравнении с установкой без опирания, так как материал самого патрона защищает смолу и обеспечивает целостность.

Трассерам можно придавать различные эксплуатационные особенности. Трассеры могут иметь выбранную растворимость, выбранный способ обнаружения, выбранную реакцию на ввод в основание носителя и т.д. Отдельные трассеры существуют для углеводородов и воды, в том числе трассеры для высокотемпературных жидкостей (т.е. пара) и низкотемпературных жидкостей, для газового конденсата, нефти и т.д. Трассер может выбираться только захватываемым водой и/или углеводородом. При этом, если необходимо осуществление мониторинга потока воды отдельно от потока нефти, конкретный трассер можно использовать только для захвата и транспортировки потоком воды, но не нефти. Конечно, выбор мониторинга нефти вместо воды, пара вместо жидкой воды и т.д. также возможен, если необходимо.

Трассеры могут обнаруживаться различными способами. Трассеры могут быть радиоактивными, нерадиоактивными, химически обнаруживаемыми с использованием проведения анализов в лаборатории или на площадке, таких как хроматография, например, с использованием газовой хроматографии и т.д.

Трассеры можно вводить в полимерную структуру любым из различных способов. Трассеры, например, могут механически распределяться как кристаллы соли в полимерной матрице, могут химически вводиться в состав, комбинация обоих вариантов также возможна.

Трассеры могут захватываться в процессе придания растворимости, эрозии, химической реакции и т.д. Например, химически связанные трассеры могут высвобождаться с помощью гидролиза либо в виде самого трассера или производных трассера, когда полимер подвергается воздействию воды при высокой температуре.

Интенсивность захвата трассера зависит от ряда факторов, включающих в себя площадь и геометрию поверхности, подвергающейся воздействию текучей среды, температуру текучей среды, состав текучей среды, давление текучей среды и способ инфильтрации трассера в носитель.

В общем, химически связанные трассеры должны высвобождаться медленнее, чем трассеры, присутствующие только как частицы соли. Трассер, химически связанный в носителе, поэтому, имеет более продолжительный жизненный цикл. В вариантах, где необходим продолжительный период высвобождения, химическая связь трассера с матрицей может являться предпочтительной перед другими вариантами.

В одном примере материалы трассера текучей среды поставлены фирмой Resman AS (Trondheim, NO). Например, материал трассера текучей среды может включать в себя трассер, который переносится полимером, образованным в реакции конденсации меламинформальдегидной смолы. Трассер может подмешиваться в раствор меламинформальдегидной смолы перед отверждением подходящим отвердителем. Конденсированный раствор серийно производится и поставляется поставщиками, такими как Dynea ASA, Norway, и является реакционноспособной смесью меламина, формальдегида, метанола и воды. Смесь может также содержать добавки, такие как стабилизаторы, наполнители, пластификаторы и/или колеры. В одном варианте осуществления исходный состав перед конденсацией содержит 25-40% меламина, 25-35% формальдегида и 1-10% метанола. Отвердитель может представлять собой муравьиную кислоту или другие продукты от поставщика. Одним возможным продуктом является Prefere 4720™ с добавлением 10% (по весу) отвердителя Prefere 5020™ от фирмы Dynea ASA. Раствор конденсата можно также приготовить, перемешивая сухой порошок конденсата с водой. Сухой порошок серийно поставляется и производится Dynea ASA или другими поставщиками и изготавливается распылительной сушкой раствора конденсата аналогичного исходного состава с ингредиентами, перечисленными выше. Одним возможным продуктом порошковой смолы является Dynomel M-765™, поставляемый Dynea ASA. Трассер может подмешиваться в раствор конденсата с использованием механического смесителя перед подмешиванием отвердителя. В одном варианте осуществления после размещения трассера в материале-носителе материал отверждается с нагревом, например, в камере отверждения. Производительность выпуска трассера из данной системы меламинформальдегидной смолы с трассером должна зависеть от поверхности и геометрии меламинформальдегидной смолы, подвергающейся воздействию текучей среды. На производительность выпуска трассера должны дополнительно влиять такие параметры, как температура, состав текучей среды и давление. Меламинформальдегидная смола должна допускать значительную фракцию (в %) компаунда трассера и продолжать поддерживать приемлемые механические свойства. Типичная загрузка трассера должна составлять 5-20 вес.%. Стандартный диапазон температуры/давления, где систему меламинформальдегидной смолы согласно настоящему изобретению можно использовать, должен быть представлен 120°C и 600 бар (60 МПа).

Некоторые трассеры, такие как аминонафталинсульфоновые кислоты и флюоресцеин, должны вступать в реакцию с формальдегидом и меламином в растворе конденсата. Химическая реакция может усиливаться с применением нагрева. Данные трассеры должны вводиться в структуру полимера после отверждения.

Конечно, другие трассеры и основания можно использовать, указанные выше являются только примером. Опять же, данные материалы должны выбираться с учетом условий в забойной зоне скважины, в которой трубное изделие подлежит использованию.

Например, карбамидоформальдегидная смола также испытывалась в качестве носителя для водных трассеров. Установлено, что смола данного типа является гораздо менее устойчивой в воде при повышенных температурах, чем меламинформальдегидная смола.

Более гидрофобная смола полиметилметакрилат также испытывалась в качестве носителя, но у такой смолы обнаружены более низкие возможности равномерного диспергирования частиц трассера.

Конечно, другие трассеры и основания можно использовать, указанные выше являются только примерами.

В одном варианте осуществления патрон или часть патрона может выдерживаться в жидком полимере + растворе трассера для заполнения порового пространства. После этого может обеспечиваться его затвердевание.

Количество трассера на любом фильтре может варьироваться. Например, число карманов трассера на звене фильтра (обычно длиной 40 футов (12 м) может зависеть от длины отрезка, на котором необходим мониторинг текучей среды с помощью трассеров. В одном варианте осуществления обычная плотность составляет 12-52, или 20-36 карманов трассера на фут, но данная плотность может меняться в зависимости от требуемого расхода. В одном варианте осуществления фильтр был изготовлен с установкой 32 дисков с втопленным трассером в равное число на фут снабженных фильтрами отверстий и вынос трассера работал, по меньшей мере, 6 месяцев. Конечно, как и в любом скважинном трубном изделии, необходимо учитывать любой перепад давления, создаваемый потоком, проходящим через отверстия фильтра так, чтобы не было вредного влияния на поток текучей среды в скважину или из нее.

В одном варианте осуществления материалы двух типов используются в каждом целевом фильтре, т.е. материал трассера воды и материал трассера углеводорода. Количество материала трассера, расположенного в фильтре, может зависеть от продолжительности мониторинга и объемного расхода углеводорода или воды при мониторинге.

Во время изготовления трубного изделия, возможно подходящее размещение выбранного количества и состава материала 8 на наружной поверхности трубного изделия для обеспечения надлежащей обработки, представляющей собой загрузку трассера, текучих сред, проходящих (стрелки F) по наружной поверхности трубного изделия и затем через стенку трубного изделия и через внутреннее пространство на поверхность за прогнозируемый период времени.

Скважинное трубное изделие, включающее в себя материал трассера текучей среды, которую оно перемещает, может устанавливаться в выбранном месте в стволе скважины для загрузки трассера в текучие среды, получаемые на данном месте. Другие зоны скважин могут также иметь трубные изделия с материалом трассера в них, могут иметь неперфорированные трубные изделия в них или могут оставаться необсаженными без установки колонн трубных изделий в них, при необходимости. По существу, материалы трассера текучей среды могут устанавливаться конкретно там, где необходимо оператору.

Например, как показано на фиг.4, при использовании скважинное трубное изделие, такое как одно из описанных выше, может устанавливаться в трубной колонне 50 и спускаться в нужное положение в стволе скважины 52. Скважинные трубные изделия могут затем находиться на месте для обработки потока добываемых текучих сред (стрелки P), поступающих из пласта в ствол скважины, загрузкой трассера в данные добываемые текучие среды (стрелки PTa, PTb) при их прохождении по наружной поверхности и входе в контакт с материалом 8a, 8b трассера текучей среды в карманах на наружной поверхности (если добываемая текучая среда является совместимой с трассером) и, наконец, фильтрования данных обработанных полученных текучих сред (стрелки PTF) при их проходе через заполненные материалом 12 фильтра отверстия перфорированной стенки колонны.

Фильтр, таким образом, создает систему мониторинга, где можно использовать уникальный трассер, обеспечивающий мониторинг индивидуальных зон в скважине, где установлен фильтр, по количеству и/или типу потока добычи. Например, может устанавливаться множество фильтров, каждый с уникальным трассером, который несет материал трассера текучей среды. В показанном варианте осуществления, например, участок колонны в верхней части забойной зоны скважины несет материал 8а трассера, высвобождающий трассер Ta, а участок колонны в нижней части забойной зоны скважины несет материал 8b трассера, высвобождающий трассер Tb.

Фильтры с уникальными трассерами Ta, Tb, установленные в известных местах в скважине, обеспечивают мониторинг притока и состава текучих сред, получаемых через данные фильтры, с помощью наблюдения содержания трассера в текучей среде на поверхности S. Трассеры выполнены с возможностью целевого высвобождения в текучую среду за некоторый период времени, который может продолжаться часы, дни, месяцы или годы в зависимости от задач мониторинга.

Уникальные трассеры могут устанавливаться в каждой зоне или даже в каждом звене колонны заканчивания для получения требуемого разрешения в забойной зоне скважины. Например, в скважине с тремя зонами, по меньшей мере, три различных трассера T1, T2, T3 можно использовать в фильтрах для установки трассера одного типа для каждой зоны. Если добыча ведется из всех зон, все три трассера T1, T2, T3 присутствуют в текучей среде, поступающей на поверхность. Вместе с тем, если только один или два трассера обнаруживаются в полученных текучих средах на поверхности, это является индикатором, что одна зона не дает притока, и местоположение такой зоны определяется, по тому, какой трассер отсутствует в полученных текучих средах.

Материал трассера текучей среды может быть выбран для высвобождения трассеров во все получаемые текучие среды, только в углеводород, только в воду, следом только за некоторыми событиями или за некоторым периодом времени в зависимости от задач мониторинга.

Образцы скважинных текучих сред PTF отбираются на поверхности S для анализа. Смешивание текучей среды из нескольких зон или скважин не мешает получению нужных результатов. Анализ проводится и результаты получаются быстро.

Конечно, может использоваться скважинная колонна, включающая в себя некоторое количество материала 8, который не остается активным в течение всего жизненного цикла колонны ствола скважины. В таком варианте, когда определяется, что материалы трассеров израсходованы, например, когда трассер больше не обнаруживается на поверхности, можно решить, что трубное изделие должно быть оставлено на месте и мониторинг текучих сред по трассеру, проходящих через него, просто должен быть прекращен или, альтернативно, что трубное изделие может быть поднято на поверхность для перезарядки или замены или трубная колонна может быть снабжена вставкой колонны уменьшенного диаметра в нее с дополнительными материалами 8 на ней.

Различные варианты осуществления таких патронных фильтров и патронов для использования в них описаны подробно в данном документе ниже и показаны на фиг.5-9.

Как показано на фиг.5, например, фильтрующий патрон 12, используемый в скважинном фильтре, может включать в себя фильтрующий материал 20. В одном варианте осуществления фильтрующий патрон может также включать в себя одну или несколько опорных плит, установленных вокруг фильтрующего материала. В одном варианте осуществления, как показано, фильтрующий патрон включает в себя внешнюю опорную плиту 22, внутреннюю опорную плиту 24 и фильтрующий материал 20, удерживаемый между ними. В одном варианте осуществления внешняя опорная плита и внутренняя опорная плита могут соединяться друг с другом любым из множества способов, например на клею, сваркой, винтами, болтами, с помощью пластической деформации и т.д. В другом варианте осуществления опорные плиты не скрепляются вместе, но удерживаются в нужном положении благодаря установке в основной трубе.

При использовании внешняя опорная плита и внутренняя опорная плита могут содержать одно или несколько отверстий 26, через которые текучая среда может проходить, стрелка F. Внешняя опорная плита 22 и внутренняя опорная плита 24 могут быть выполнены из любого подходящего материала, такого как пластик, алюминий, сталь, керамика и т.д., с учетом условий, в которых они должны работать.

Фильтрующий материал 20 фильтрующего патрона может являться любым материалом, например, включающим в себя слой сжатого волокна, тканый материал, керамику и/или диск из полученного спеканием материала, способного работать в условиях в стволе скважины. Фильтрующий материал должен быть проницаемым для выбранных текучих сред, таких как одна или несколько из следующего: пар, текучие среды обработки для интенсификации притока, нефть и/или газ, но способным отфильтровывать слишком крупные твердые частицы, такие как осадочные отложения, песок или частицы горной породы. Конечно, некоторым твердым частицам может обеспечиваться проход, если они не создают проблем для скважинных операций. Фильтрующий материал может выбираться исключающим проход частиц с диаметром больше выбранного, при необходимости. Настоящий фильтр может использовать один или несколько слоев или типов фильтрующего материала. В одном варианте осуществления используется фильтрующий материал, включающий в себя внутренний тканый фильтр, наружный тканый фильтр и волокнистый материал. В другом варианте осуществления фильтрующий патрон может включать в себя один слой фильтрующего материала, как показано на фиг.4, для упрощения изготовления. Полученный спеканием материал можно использовать в качестве однослойного фильтрующего материала.

Отверстия 14 могут быть разнесены по стенке основной трубы так, что между ними образуются камеры со сплошными стенками. Отверстия проходят через стенку основной трубы, и в каждом может размещаться фильтрующий патрон 12. Фильтрующие патроны могут устанавливаться в отверстиях различными способами, включающими в себя сварку, резьбовое соединение и т.д. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые фильтрующие патроны могут устанавливаться с запрессовкой с фиксацией в конусных отверстиях. В таком варианте осуществления каждый фильтрующий патрон и отверстие, в которое он должен устанавливаться, могут быть выполнены, по существу, с обратной конусностью по глубине так, что можно получить запрессовку с фиксацией в конусном отверстии. Например, рабочий диаметр отверстия на наружной поверхности 18 основной трубы может превышать рабочий диаметр отверстия на внутренней поверхности 16 канала и рабочий диаметр внутреннего конца патрона 12, измеренный на плите 24 в показанном варианте осуществления, может быть меньше рабочего диаметра на наружном конце патрона 12 фильтра и превышать рабочий диаметр отверстия на внутренней поверхности 16 канала, так что фильтрующий патрон может запрессовываться в фиксирующее конусное устройство в отверстии. В частности, наружный диаметр фильтрующего патрона может сужаться, образуя усеченный конус (как показано), усеченную пирамиду и т.п. форму, подходящую отверстию, которое имеет обратную и по существу соответствующую форму для соединения с фильтрующим патроном, когда патрон в него вставляется. В одном варианте осуществления, например, диаметр внешней опорной плиты может превышать диаметр внутренней опорной плиты фильтрующего патрона. Конечно, фильтрующий патрон может сужаться от внутренней поверхности к наружной поверхности в конфигурации усеченного конуса, усеченной пирамиды и т.д. и отверстия основной трубы могут сужаться соответственно так, что их диаметр на внутренней поверхности стенки трубы превышает диаметр на наружной поверхности, если необходимо. Вместе с тем установке может способствовать использование сужения в направлении внутрь, поскольку это обеспечивает установку фильтрующих патронов в основную трубу снаружи с их вдавливанием внутрь.

Фильтрующие патроны могут закрепляться в отверстиях основной трубы любым из различных средств. Например, в одном варианте осуществления фильтрующий патрон может запрессовываться в отверстие основной трубы. В другом варианте осуществления фильтрующий патрон может закрепляться в отверстии основной трубы клеевым составом 28 (например, эпоксидной смолой), сваркой, пайкой, пластической деформацией основной трубы вокруг патрона, поджатием или вдавливанием патрона в контакт за фиксатором или выступом сверху отверстия и т.д., на одном или нескольких местах стыка между фильтрующим патроном и основной трубой. Уплотнение, такое как кольцевая прокладка круглого сечения, может создаваться между фильтрующим патроном и отверстием, если необходимо.

В дополнительном варианте осуществления, как показано на Фиг.6, скважинный фильтр может включать в себя выборочно открываемый непроницаемый слой 30, связанный, по меньшей мере, с некоторыми из множества отверстий, такими как показанное отверстие 14a. Непроницаемый слой может в нормальных условиях быть закрыт и при этом являться непроницаемым для твердых частиц, а также, по существу, непроницаемым для потока текучей среды, такой как любая или все текучие среды в стволе скважины, буровые растворы, текучие среды нагнетания и т.д. Непроницаемый слой 30 вместе с тем может выборочно открываться, например, удалением, прорывом и т.д. непроницаемого слоя в заданное время, например, когда фильтр становится в заданное положение в стволе скважины, такое как конечное положение установки.

Непроницаемый слой может действовать на одном или множестве отверстий, перекрывая поток текучей среды через них. Например, фильтр может включать в себя внутреннее или наружное покрытие на боковой стенке, перекрывающее множество отверстий. Альтернативно или в дополнение, непроницаемый слой может применяться на фильтрующих патронах или вводиться в них. В одном варианте осуществления непроницаемый слой 30 может применяться на внешней и/или внутренней опорных плитах 22a, 24a фильтрующего патрона или смежно с ними, или может вводиться в фильтрующие патроны, например, инфильтрацией в фильтрующий материал 20a. Этим можно пользоваться для установки непроницаемого слоя для защиты от прямого контакта или для упрощения изготовления. В одном варианте осуществления непроницаемый слой может быть защищен в компонентах фильтрующего патрона, как показано. Непроницаемый слой может служить для перекрывания/блокирования/закупоривания отверстий и фильтрующего патрона для предотвращения прохода потока текучей среды через него и/или для предотвращения доступа твердых частиц в фильтрующий материал до выборочного открытия непроницаемых слоев.

Непроницаемый слой может содержать различные материалы, такие как алюминиевая фольга, стекло, парафин, целлюлоза, полимеры и т.д. Непроницаемый слой может открываться для обеспечения прохода потока текучей среды, например, с помощью удаления или разрушения, после установки скважинного фильтра в нужное положение в забойной зоне скважины. Способ открывания может меняться в зависимости от материала непроницаемого слоя и может включать в себя разрыв действием внутреннего давления, ударное разрушение и/или удаление растворением, плавлением и т.д. с помощью циркуляции, например, кислоты, щелочи или растворителя, температурного разложения и т.д.

В одном варианте применения скважинный фильтр, включающий в себя непроницаемые слои, связанные с отверстиями в нем, может быть полезным для противодействия засорению отверстий, которое может возникать в результате, например, медленного спуска в скважину. В другом варианте применения непроницаемые слои используются для выборочного обеспечения прохода потока по некоторому участку ствола скважины или от него, при этом проход потока через другие отверстия блокируется. В еще одном варианте применения скважинный фильтр, включающий в себя непроницаемые слои, связанные с его отверстиями, может быть полезным для обеспечения бурения со спуском фильтра в скважину, таком как при бурении на хвостовике или обсадной колонне. В таком варианте применения непроницаемые слои могут выбираться сдерживающими давления, с которыми сталкиваются во время бурения, например давления в пару сотен фунт/дюйм² (1,4 МПа). В таком варианте осуществления непроницаемые слои должны присутствовать для закупоривания отверстий, по меньшей мере, когда скважинный фильтр спускается в скважину, обеспечивая возможность спуска скважинного фильтра в процессе бурения. После спуска фильтра в нужное положение в процессе бурения непроницаемые слои могут открываться, например, разрывом под действием внутреннего давления с приложением давления текучей среды, превышающего давление, которое слои могут удерживать.

В зависимости от варианта применения может быть целесообразно герметизировать все отверстия скважинного фильтра или может быть целесообразно блокировать только некоторые отверстия, оставляя другие открытыми. В другом варианте осуществления может быть целесообразно использовать выбранные материалы для выполнения непроницаемых слоев на первой группе отверстий, а другие непроницаемые слои материала использовать на отверстиях второй группы так, что некоторые отверстия в гильзе, например отверстия первой группы, могут открываться, а другие, например отверстия второй группы, оставаться закрытыми до возникновения необходимости удаления или разрыва непроницаемого материала для их открытия.

Один или несколько непроницаемых слоев можно использовать по необходимости. Слои можно устанавливать для создания защиты некоторых компонентов патронного фильтра. Например, где проблемой является закупоривание материала, непроницаемый слой может устанавливаться для защиты от засорения, например, с помощью установки непроницаемого слоя смежно с внешней опорной плитой 22а для защиты снаружи от засорения внешними потоками или материалами. Альтернативно или в дополнение, непроницаемый слой может создаваться между внутренней опорной плитой и материалом фильтра для предотвращения засорения потоком в направлении изнутри наружу.

В показанном на фиг.6 варианте осуществления непроницаемый слой 30 расположен между внешней опорной плитой 22a и фильтрующим материалом 20а для предотвращения засорения фильтрующего материала при задевании ствола скважины во время спуска в скважину и наружными потоками текучей среды.

На фиг.6 показан вариант осуществления, где пластическая деформация используется для образования выступа 32 материала от основной трубы с нахлестом на наружную поверхность фильтрующего патрона для закрепления патрона в отверстии 14a. Фильтрующий материал 20a состоит из нескольких слоев тканых материалов.

Скважинный фильтр, показанный на фиг.7, являющийся выборочно закрывающимся, может также применяться в случае, если предпочтителен спуск в скважину и/или работа скважинного фильтра с открытыми фильтрующими патронами 12a, которые позже должны закрываться. Такое закрытие может создаваться непроницаемым слоем, связанным с отверстиями основной трубы 10 и выбранным закрывающимся благодаря активирующему воздействию, такому, например, как закачка химреагента, такого как вода или катализатор и т.д., в скважину для контакта со слоем, температурным изменениям и т.д. В одном варианте осуществления непроницаемость слоя 30a может создаваться химическим реагентом в фильтрующем патроне 12a. Становящийся непроницаемым под воздействием химического реагента слой, когда не активирован, обеспечивает проход потока F текучей среды через отверстия 14b, в которых установлены фильтрующие патроны и слой. Вместе с тем непроницаемый слой с химическим реагентом, когда активируется контактом с водой, набухает и закупоривает свой фильтрующий патрон и отверстие, например, закупоривая поры фильтрующего материала.

В другом варианте осуществления, показанном на фиг.8, непроницаемый слой, связанный с отверстиями, может быть выбран таким, что в нормальных условиях он открыт, но при активировании способен набухать с созданием непроницаемого слоя материала 38, по меньшей мере, за наружной поверхностью 18 скважинного фильтра и, возможно, также во внутреннем канале основной трубы 10. Достаточно непроницаемый слой материала 38 может создаваться во время набухания таким, что кольцевое пространство 40 между фильтром и стенкой 42 ствола скважины может закупориваться, что прекращает проход потока по кольцевому пространству. Одним вариантом применения, где это является предпочтительным, являются операции по изоляции водопроявляющих пластов в горизонтальных или вертикальных скважинах без цементирования. В таком варианте применения можно использовать хвостовик со скважинными фильтрами, установленными в нем с интервалами по длине хвостовика, и со звеньями скважинных фильтров с патронами для изоляции водопроявляющих пластов. При активировании материал непроницаемого слоя в патронах может набухать с выходом из отверстий 14b для закупоривания кольцевого пространства. Пробка может предотвращать поступление воды или текучих сред.

На фиг.9 показан другой вариант осуществления, в котором выполнен фильтрующий патрон 12b для действия в качестве сопла, с созданием компонента сопла, такого как, например, отверстие 26a в опорной плите 22b, и включающий в себя фильтрующий материал 20b. При этом фильтрующий патрон 12b может действовать как средство борьбы с поступлением песка и может также иметь нужные характеристики для действия в качестве сопла для испарения, распыления или создания струи под давлением потока текучей среды с выбором параметров нагнетания. Таким образом, любые текучие среды, введенные через фильтр, можно формировать или обрабатывать для улучшения контакта с коллектором. В другом варианте осуществления отверстие может быть выполнено для действия в качестве сопла и фильтрующий патрон может устанавливаться в нем.

Некоторые патронные фильтры имеют конструкцию с двойной стенкой, включающую в себя внутреннюю стенку, наружную стенку и камеру между ними. Материал трассера текучей среды может устанавливаться в данные фильтры также, в камере, как рассмотрено в указанном выше патенте США данных заявителей или, если происходит загрязнение трассером текучей среды в стволе скважины, на наружной поверхности, как описано выше в данном документе.

В дополнение к материалам трассера текучей среды фильтр может нести другие химические материалы обработки. Химические материалы обработки можно использовать для химического модифицирования текучей среды, например для уменьшения с помощью задержания, устранения, инактивирования и т.д. количества вредных компонентов текучей среды, включающих в себя одно или несколько из следующего: тяжелые металлы, содержащие серу составы, двуокись углерода, вода, материалы, вызывающие засорение (т.е. парафин, асфальтены, бактерии и т.д.), или для иного улучшения характеристик текучих сред, таких как вязкость, плотность в градусах API и т.д. Например, химические материалы обработки могут включать в себя любое или все из следующего: катализатор, адсорбент, абсорбент, придающий растворимость химреагент, химически активный материал, такой как реакционноспособный металл или магнит и т.д. Такие химические материалы обработки могут включать в себя, например, один или несколько материалов нефтепереработки, обработки газа, такие как материалы сероочистки, влагопоглотители, вещества депарафинизации или устранители запаха, материалы химической обработки воды и т.д. Химические материалы обработки могут выбираться для работы в условиях в забойной зоне скважины, например, с учетом таких условий, как нагрев, давление, присутствие воды, аэробные/анаэробные условия и т.д. Они могут устанавливаться в различных местах на фильтре, таких как на наружной поверхности, в отверстиях и/или в камере фильтра с двойными стенками.

Приведенное выше описание вариантов осуществления изобретения обеспечивает любому специалисту в данной области техники возможность его осуществления или использования. Различные модификации данных вариантов осуществления должны быть очевидны для специалиста в данной области техники, и общие принципы данного документа можно применять в других вариантах осуществления без отхода от сущности или объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, показанными в данном документе, но полностью соответствует объему формулы изобретения, при этом ссылка на элемент в единственном числе не означает "один и только один", если иное специально не указано, но означает "один или несколько". Все конструктивные и функциональные эквиваленты элементов различных вариантов осуществления, описанных в изобретении, которые известны или станут известны позже специалистам в данной области техники, должны охватываться элементами формулы изобретения. Кроме того, раскрытое в данном документе не должно делаться всеобщим достоянием, несмотря на прямое раскрытие в формуле изобретения. Для патентов США отмечается, что никакой элемент формулы изобретения не подлежит расширенному толкованию согласно 35 USC 112, параграф 6, если элемент прямо не указан с использованием фразы "средство для" или "этап для".

Группа изобретений относится к нефтегазовой отрасли и может быть использована для мониторинга и обработки скважинной среды. Патронный скважинный фильтр содержит цилиндрическую стенку, внутреннюю и наружную поверхность, отверстие, проходящее во внутреннее пространство через цилиндрическую стенку между наружной поверхностью и внутренней поверхностью для создания доступа текучей среды от наружной поверхности во внутреннее пространство, фильтрующий текучую среду материал, исключающий проход слишком крупных частиц через отверстие, и материал трассера текучей среды, который перемещается в скважинном трубном изделии и расположенный на установочной площадке, размещенной на расстоянии от отверстия, проходящего к внутреннему пространству, снаружи от внутреннего пространства. Установочная площадка расположена так, что путь потока текучей среды ограничен пределами прохождения от установочной площадки по наружной поверхности и через отверстие перед входом во внутреннее пространство. Установочная площадка выполнена в виде открытого сверху кармана на наружной поверхности со стенками, проходящими вниз в цилиндрическую стенку, и включает закрытое дно в основании стенок для предотвращения перемещения текучей среды во внутреннее пространство через площадку. Повышается достоверность и эффективность мониторинга различных зон в скважине, Фильтр можно использовать для обработки текучих сред в стволе скважины. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Патронный скважинный фильтр, содержащий
цилиндрическую стенку, включающую в себя первый конец, второй конец, противоположный первому концу, внутреннюю поверхность, образующую внутреннее пространство скважинного фильтра, открытое от первого конца до второго конца, и наружную поверхность,
отверстие, проходящее во внутреннее пространство через цилиндрическую стенку между наружной поверхностью и внутренней поверхностью для обеспечения доступа текучей среды с наружной поверхности во внутреннее пространство,
фильтрующий текучую среду материал, предназначенный для фильтрации, исключающей проход частиц увеличенного размера через отверстие, и
материал трассера текучей среды, помещенный в скважинном фильтре и расположенный на установочной площадке, отстоящей от отверстия, проходящего к внутреннему пространству, и снаружи от внутреннего пространства, причем установочная площадка расположена так, что путь потока текучей среды ограничен пределами прохождения от установочной площадки по наружной поверхности и через отверстие перед входом во внутреннее пространство, при этом установочная площадка выполнена в виде открытого сверху кармана на наружной поверхности со стенками, проходящими вниз в цилиндрическую стенку, и включает в себя закрытое дно в основании стенок для предотвращения перемещения текучей среды во внутреннее пространство через площадку, причем открытый сверху карман обеспечивает захват текучей средой, проходящей по наружной поверхности, материала трассера текучей среды, помещенного в него.

2. Патронный скважинный фильтр по п. 1, в котором первый конец и второй конец имеют резьбу для соединения со смежными скважинными трубными изделиями.

3. Патронный скважинный фильтр по п. 1, в котором установочная площадка и отверстие выполнены имеющими одинаковую форму, за исключением того, что установочная площадка имеет закрытое дно.

4. Патронный скважинный фильтр по п. 1, в котором материалы трассера текучей среды включают в себя трассер, введенный в носитель.

5. Патронный скважинный фильтр по п. 1, в котором материалы трассера текучей среды введены в фильтрующий патрон.

6. Патронный скважинный фильтр по п. 1, в котором материал трассера текучей среды предназначен для трассерной индикации воды.

7. Патронный скважинный фильтр по п. 1, в котором материал трассера текучей среды предназначен для трассерной индикации углеводорода.

8. Патронный скважинный фильтр по п. 1, дополнительно содержащий второй материал трассера текучей среды, при этом материал трассера текучей среды является одним из материала трассера углеводорода или материала трассера воды и второй материал трассера текучей среды является другим из материала трассера углеводорода или материала трассера воды.

9. Патронный скважинный фильтр по п. 1, в котором стенки открытого сверху кармана начинаются в положении заподлицо с наружной поверхностью.

10. Способ мониторинга добычи текучей среды в скважине, проходящей от поверхности земли в пласт, согласно которому:
устанавливают в скважине патронный скважинный фильтр, включающий в себя первый конец, второй конец, противоположный первому концу, цилиндрическую стенку, включающую в себя внутреннюю поверхность, образующую внутреннее пространство скважинного фильтра, открытое от первого конца до второго конца, и наружную поверхность, отверстие, проходящее через цилиндрическую стенку для создания доступа с наружной поверхности во внутреннее пространство, фильтрующий текучую среду материал для фильтрации, исключающей проход частиц увеличенного размера через отверстие, материал трассера текучей среды, перемещаемый в скважинном фильтре и расположенный на установочной площадке, отстоящей от отверстия, проходящего к внутреннему пространству, и снаружи от внутреннего пространства, причем установочная площадка расположена так, что путь потока текучей среды ограничен пределами прохождения от установочной площадки по наружной поверхности и через отверстие перед входом во внутреннее пространство,
обеспечивают проход потока текучей среды мимо материала трассера текучей среды по наружной поверхности и через отверстие во внутреннее пространство, причем текучая среда захватывает трассер из материала трассера текучей среды,
обеспечивают перемещение текучей среды через внутреннее пространство на поверхность, и
осуществляют мониторинг текучей среды, поступающей на поверхность, на присутствие трассера.

11. Способ по п. 10, согласно которому при установке патронного скважинного фильтра его соединяют в трубную колонну и спускают в нужное место в скважине.

12. Способ по п. 10, согласно которому при обеспечении прохода потока текучей среды фильтруют поток текучей среды при его проходе через отверстие, при этом трассер остается захваченным потоком.

13. Способ по п. 10, согласно которому дополнительно обеспечивают проход текучей среды, добытой ближе к забою от фильтра, через внутреннее пространство без трассера, захваченного в нее.

14. Способ по п. 10, согласно которому дополнительно осуществляют мониторинг присутствия в текучей среде, поступающей на поверхность, второго трассера, расположенного на наружной поверхности другого скважинного фильтра в скважине.

15. Способ по п. 10, согласно которому установочную площадку выполняют в виде открытого сверху кармана на наружной поверхности.

16. Способ по п. 10, согласно которому материалы трассера текучей среды включают в себя трассер, введенный в носитель.

17. Способ по п. 10, согласно которому материалы трассера текучей среды вводят в фильтрующий патрон.

18. Способ по п. 10, согласно которому материал трассера текучей среды предназначен для трассерной индикации воды.

19. Способ по п. 10, согласно которому материал трассера текучей среды предназначен для трассерной индикации углеводорода.

20. Способ по п. 10, согласно которому патронный скважинный фильтр дополнительно содержит второй материал трассера текучей среды на наружной поверхности, и при этом материал трассера текучей среды является одним из материала трассера углеводорода или материала трассера воды, а второй материал трассера текучей среды является другим из материала трассера углеводорода или материала трассера воды.

21. Способ по п. 10, согласно которому установочную площадку выполняют в виде открытого сверху кармана на наружной поверхности со стенками, которые начинаются в положении заподлицо с наружной поверхностью и проходят вниз в цилиндрическую стенку, и установочная площадка включает в себя закрытое дно в основании стенок для предотвращения перемещения текучей среды во внутреннее пространство через площадку, и при обеспечении прохода потока текучей среды обеспечивают прохождение потока текучей среды мимо материала трассера текучей среды, открытого в открытом сверху кармане.