СИСТЕМА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК E21B33/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к системе затрубных барьеров для проверки выполненного с возможностью испытания затрубного барьера, расположенного между первой металлической обсадной колонной или стволом скважины и второй металлической обсадной колонной, при этом вторая металлическая обсадная колонна имеет наружную поверхность. Кроме того, данное изобретение относится к способу испытания скважины на герметичность под давлением с использованием вышеупомянутой системы затрубных барьеров.

Уровень техники

Когда промежуточную обсадную колонну располагают в направляющей обсадной трубе или когда эксплуатационную обсадную колонну размещают в промежуточной обсадной колонне, то в кольцевом пространстве устанавливают кольцевой изоляционный пакер для предотвращения прохождения текучей среды из окружающей формации в кольцевое пространство. Герметичность между двумя трубчатыми конструкциями является весьма важным обстоятельством, поэтому в межтрубном пространстве между ними регулярно проводят испытания. При нарушении герметичности оператор больше не может осуществлять проверку управления скважиной, и скважину останавливают.

Таким образом, весьма важным является герметичное уплотнение относительно формации кольцевыми пакерами. Однако проверка пакера на протечку без одновременного нарушения герметичности является весьма сложной процедурой, так как формация или цемент находится на одной стороне и, соответственно, закачка индикатора в текучую среду формации будет нарушать герметичность, поскольку в это время также проходят сквозь обсадную колонну.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является полное или частичное устранение вышеупомянутых недостатков уровня техники. Более конкретно, задачей данного изобретения является создание улучшенной системы затрубных пакеров, которая может быть испытана на протечку без одновременного нарушения герметичности.

Вышеупомянутые задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и свойства, очевидные из нижеследующего описания, выполнены с помощью технического решения согласно данному изобретению посредством системы затрубных барьеров для проверки выполненного с возможностью испытания затрубного барьера, расположенного между первой металлической обсадной колонной или стволом скважины и второй металлической обсадной колонной, при этом вторая металлическая обсадная колонна имеет наружную поверхность, причем система затрубных барьеров содержит:

- первый затрубный барьер и второй затрубный барьер, при этом каждый барьер содержит:

- трубчатую часть, выполненную из металла и вытянутую в продольном направлении для установки в качестве части второй металлической обсадной колонны;

- разжимную металлическую муфту, окружающую трубчатую часть и соединенную с ней, и образующую пространство затрубного барьера; и

- первый проход для текучей среды в трубчатой части для впуска текучей среды в пространство затрубного барьера для разжимания муфты;

причем система затрубных барьеров дополнительно содержит датчик, расположенный в соединении с трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты разжимают с примыканием к первой металлической обсадной колонне или стволу скважины, то между затрубными барьерами образуют первое кольцевое пространство, причем датчик расположен для определения состояния затрубного пространства с целью испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из затрубных барьеров.

Затрубные барьеры могут быть расположены смежно друг с другом.

Кроме того, датчик может измерять характеристику текучей среды для определения состояния кольцевого пространства, причем характеристика представляет собой температуру, давление, присутствие газа или присутствие химического индикатора.

В одном варианте осуществления изобретения датчик может быть расположен в кольцевом пространстве.

В другом варианте осуществления изобретения датчик может быть расположен по меньшей мере в одном из затрубных барьеров, или может быть соединен по меньшей мере с одним из затрубных барьеров.

В третьем варианте осуществления изобретения датчик может быть расположен в инструменте, расположенном напротив кольцевого пространства внутри второй металлической обсадной колонны.

В другом варианте осуществления изобретения датчик может быть расположен на наружной поверхности разжимной муфты.

В еще одном варианте осуществления изобретения датчик может быть расположен снаружи разжимной муфты.

Кроме того, датчик может представлять собой тензометр или пьезоэлектрический кристалл.

Такой тензометр может быть прикреплен снаружи разжимной муфты для измерения растяжения разжимной муфты.

Кроме того, тензометр может быть электрически соединен с модулем выдачи данных и/или модулем связи посредством провода, приклеенного к наружной поверхности разжимной муфты в форме меандра так, что провод является достаточно длинным, чтобы проходить от тензометра к модулю без разрыва даже после того, как разжимная муфта была разжата.

Пьезоэлектрический кристалл может быть заделан в разжимную муфту.

Система затрубных барьеров, описанная выше, может дополнительно содержать модуль выдачи данных, расположенный у наружной поверхности трубчатой части и электрически соединенный с датчиком.

Дополнительно, система затрубных барьеров, описанная выше, может содержать модуль связи, расположенный у наружной поверхности трубчатой части для передачи данных от датчика к считывающему устройству.

Такое считывающее устройство может быть расположено в инструменте напротив кольцевого пространства.

Помимо этого модуль связи может быть соединен с модулем выдачи данных.

Кроме того, модуль связи может быть соединен с процессором. Указанный датчик может быть соединен с усилителем. Также датчик может представлять собой гидростатический включатель.

В другом варианте осуществления изобретения система затрубных барьеров может дополнительно содержать газовую камеру, имеющую выпускное отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством при открытом клапане, расположенном в выпускном отверстии, для впуска газа, находящегося внутри газовой камеры, в кольцевое пространство.

За счет расположения газовой камеры между двумя затрубными барьерами один из затрубных барьеров может быть испытан давлением, то есть испытан на какую-либо протечку через затрубный барьер и, соответственно, на выполнение условия достаточной герметичности скважины.

В одном варианте осуществления изобретения первый модуль связи может быть расположен в первом межтрубном пространстве между второй металлической обсадной колонной и первой металлической обсадной колонной или стволом скважины.

В другом варианте осуществления изобретения разжимная муфта первого затрубного барьера может быть соединена с трубчатой частью посредством двух соединительных частей.

Кроме того, газовая камера может представлять собой кольцевую камеру.

Также газовая камера может быть расположена в соединительной части.

Помимо этого газовая камера может окружать вторую металлическую обсадную колонну.

Дополнительно, газовая камера может содержать газ, содержащий химический индикатор.

Кроме того, клапан может быть выполнен с возможностью дистанционного управления, например, посредством магнита.

Система затрубных барьеров, описанная выше, может дополнительно содержать инструмент детектирования протечки, погружаемый во вторую металлическую обсадную колонну.

Указанный инструмент детектирования протечки может содержать модуль детектирования газа.

Также инструмент детектирования протечки может содержать модуль измерения давления. Модуль измерения давления может использовать звуковое излучение, например ультразвуковое излучение, или электромагнитное излучение.

Кроме того, инструмент детектирования протечки может содержать температурный модуль, например лазер.

Дополнительно, разжимная муфта каждого затрубного барьера может иметь два конца, жестко соединенных с трубчатой частью.

За счет наличия жестко соединенных обоих концов уплотнительное соединение между разжимной муфтой и трубчатой частью может быть выполнено в высшей степени герметичным по сравнению с наличием уплотнительных элементов, обычно представляющих собой шевронные уплотнения или уплотнительные кольца для обеспечения соединения с возможностью скольжения, в соединении между трубчатой частью и разжимной муфтой.

Также модуль связи может содержать беспроводной передающий модуль, передающий данные из модуля связи к считывающему устройству посредством индуктивности, беспроводной локальной сети, стандарта ZigBee, радиочастоты и так далее.

Кроме того, первый проход для текучей среды может быть расположен в трубчатой части с обеспечением соединения с возможностью передачи текучей среды с внутренним объемом трубчатой части и разжимным пространством.

В одном варианте осуществления изобретения первый проход для текучей среды может быть расположен в соединительной части, соединяющей разжимную муфту с трубчатой частью.

Кольцевое пространство может быть по меньшей мере частично заполнено цементом.

Дополнительно, разжимная муфта может быть соединена с трубчатой частью посредством соединительной части, содержащей модуль усиления давления, содержащий отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренним объемом трубчатой части, а также первую камеру и первый поршень, перемещающийся в первой камере, когда давление в трубчатой части повышается, при этом первый поршень присоединен ко второму поршню, перемещающемуся в газовой камере с вытеснением газа в кольцевое пространство при перемещении первого поршня.

Система затрубных барьеров, описанная выше, может дополнительно содержать вторую металлическую обсадную колонну, третью металлическую обсадную колонну, расположенную внутри второй металлической обсадной колонны, третий затрубный барьер и четвертый затрубный барьер, причем трубчатая часть третьего и четвертого затрубного барьера вытянута в продольном направлении для установки в качестве части третьей металлической обсадной колонны, и второй датчик, расположенный в соединении с трубчатой частью, при этом, когда разжимную муфту третьего и четвертого затрубных барьеров разжимают с примыканием ко второй металлической обсадной колонне, то между третьим и четвертым затрубными барьерами может быть образовано второе кольцевое пространство, причем второй датчик может быть расположен для определения состояния второго кольцевого пространства для испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из третьего или четвертого затрубных барьеров.

Система затрубных барьеров может дополнительно содержать второй модуль связи, соединенный с третьей металлической обсадной колонной и/или вторым датчиком, для приема информации от датчика, расположенного в первом кольцевом пространстве.

Модуль связи также может обеспечивать передачу информации от второго датчика к устью скважины или к инструменту, расположенному в третьей металлической обсадной колонне.

В одном варианте осуществления изобретения второй модуль связи может быть расположен во втором кольцевом пространстве между второй металлической обсадной колонной и третьей металлической обсадной колонной.

Дополнительно, пятый датчик может быть расположен во втором межтрубном пространстве между второй металлической обсадной колонной и третьей металлической обсадной колонной.

Система затрубных барьеров может дополнительно содержать четвертый датчик, расположенный в первом межтрубном пространстве между первой металлической обсадной колонной и второй металлической обсадной колонной.

Кроме того, система затрубных барьеров может дополнительно содержать четвертую металлическую обсадную колонну, расположенную внутри третьей металлической обсадной колонны, пятый затрубный барьер и шестой затрубный барьер, при этом трубчатая часть пятого и шестого затрубного барьера вытянута в продольном направлении для установки в качестве части четвертой металлической обсадной колонны, и третий датчик, расположенный в соединении с трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты пятого и шестого затрубных барьеров разжимают с примыканием к третьей металлической обсадной колонне, то между пятым и шестым затрубными барьерами может быть образовано третье кольцевое пространство, причем третий датчик может быть расположен для определения состояния третьего кольцевого пространства для испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из пятого или шестого затрубных барьеров.

Кроме того, система затрубных барьеров может дополнительно содержать третий модуль связи, соединенный с четвертой металлической обсадной колонной и/или третьим датчиком для приема информации от второго датчика, расположенного во втором затрубном пространстве.

В одном варианте осуществления изобретения третий модуль связи может быть расположен в третьем межтрубном пространстве между второй металлической обсадной колонной и третьей металлической обсадной колонной.

Система затрубных барьеров может дополнительно содержать шестой датчик, расположенный в третьем межтрубном пространстве между второй металлической обсадной колонной и третьей металлической обсадной колонной.

Данное изобретение также относится к способу испытания герметичности скважины с использованием системы, описанной выше, причем способ содержит следующие этапы:

- разжимание разжимных муфт первого и второго затрубных барьеров с обеспечением тем самым кольцевого пространства;

- создание увеличенного значения характеристики текучей среды в затрубном пространстве; и

- измерение характеристики посредством датчика.

Данное увеличенное значение характеристики может быть создано посредством захвата текучей среды внутри кольцевого пространства при разжимании разжимных муфт.

Указанный способ может дополнительно содержать этап опускания содержащего датчик инструмента в скважину для измерения характеристики текучей среды в кольцевом пространстве.

Также указанный способ может содержать этапы впуска газа в кольцевое пространство и испытания для газа, поступившего из газовой камеры, внутри обсадной колонны.

Наконец, указанный способ может дополнительно содержать этап открытия клапана.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не ограничительные варианты осуществления изобретения, и на которых:

на фиг. 1 показана система затрубных барьеров, расположенная в оснащенной скважине;

на фиг. 2 изображен вид в поперечном разрезе одного варианта осуществления системы затрубных барьеров;

на фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе другого варианта осуществления системы затрубных барьеров;

на фиг. 4 изображен вид в поперечном разрезе еще одного варианта осуществления системы затрубных барьеров;

на фиг. 5 показан вид еще одного варианта осуществления системы затрубных барьеров;

на фиг. 6 изображен вид в поперечном разрезе системы затрубных барьеров;

на фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе еще одного варианта осуществления системы затрубных барьеров;

на фиг. 8 изображен вид в поперечном разрезе еще одного варианта осуществления системы затрубных барьеров;

на фиг. 9 показан вид в поперечном разрезе еще одного варианта осуществления системы затрубных барьеров;

на фиг. 10 изображен вид в поперечном разрезе части системы затрубных барьеров;

на фиг. 11 показан вид в поперечном разрезе еще одного варианта осуществления системы затрубных барьеров, причем система содержит четыре затрубных барьера; и

на фиг. 12 изображен вид в поперечном разрезе еще одного варианта осуществления системы затрубных барьеров, причем система содержит шесть затрубных барьеров.

Все чертежи являются весьма схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для объяснения данного изобретения, поэтому другие части не показаны или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана система 1 затрубных барьеров для проверки выполненного с возможностью испытания затрубного барьера, расположенного между первой металлической обсадной колонной 2 и второй металлической обсадной колонной 3. Система 1 затрубных барьеров содержит первый затрубный барьер 4 и второй затрубный барьер 5, расположенные на расстоянии друг от друга. Как изображено на фиг. 2, каждый барьер содержит трубчатую часть 6 и разжимную муфту 7, выполненную из металла, окружающую трубчатую часть 6 и соединенную с трубчатой частью, при этом разжимная муфта 7 образует пространство 13 барьера, а затрубные барьеры 4, 5 дополнительно содержат первый проход 11 для текучей среды для впуска текучей среды в пространство 13 барьера для разжимания металлической муфты 7. Трубчатая часть 6 вытянута в продольном направлении для установки в качестве части второй металлической обсадной колонны 3, при этом затрубные барьеры 4, 5 расположены смежно друг с другом. При разжимании разжимных муфт 7 с примыканием к первой металлической обсадной колонне 2 муфты образуют кольцевое пространство 12 между затрубными барьерами, первой металлической обсадной колонной 2 и второй металлической обсадной колонной 3. Система 1 затрубных барьеров дополнительно содержит датчик 9, соединенный с трубчатой частью для испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из затрубных барьеров. При разжимании затрубных барьеров для обеспечения изоляции между первой обсадной колонной 2 и второй обсадной колонной 3, как показано на фиг. 1, требуется подтверждение уплотнительных свойств затрубного барьера. Соответственно, выполнен датчик для измерения состояния затрубного пространства, например, давления текучей среды во внутреннем объеме кольцевого пространства. При разжимании затрубных барьеров давление в кольцевом пространстве повышается, при этом, если затрубный барьер герметичен, то датчик измеряет данное повышение давления за период времени, начиная с момента начала разжимания затрубных барьеров. Если же датчик измеряет немедленное понижение давления в затрубном пространстве после разжимания муфт, то затрубные барьеры являются неспособными к удержанию текучей среды внутри кольцевого пространства и, соответственно, по меньшей мере один из затрубных барьеров является негерметичным.

Датчик 9, показанный на фиг. 1, расположен в первом кольцевом пространстве 12 и измеряет характеристику, например давление, текучей среды для определения состояния по меньшей мере одного из затрубных барьеров с целью исследования изоляционной способности по меньшей мере одного из затрубных барьеров. Датчик давления прикреплен на наружной поверхности 18 трубчатой части одного из затрубных барьеров. Датчик представляет собой преобразователь, измеряющий давление за период времени разжимания муфт затрубных барьеров и в течение заданного периода времени после разжимания. Датчик получает питание от батареи, и поскольку процесс измерения выполняют скоро после введения затрубных барьеров в работу в стволе скважины, то батарея может представлять собой небольшую доступную на рынке баратею.

В другом варианте осуществления изобретения датчик 9 представляет собой датчик температуры, измеряющий температуру текучей среды, присутствующей в кольцевом пространстве. Повышение температуры происходит мгновенно при повышении давления и, соответственно, посредством измерения температуры может быть проведено испытание изоляционной способности по меньшей мере одного из затрубных барьеров. Если во время разжимания муфт температура не повышается, то затрубные барьеры не герметичны. Датчик температуры расположен на наружной поверхности трубчатой части.

В другом варианте осуществления изобретения датчик представляет собой тензометр или пьезоэлектрический кристалл, прикрепленный на наружной поверхности разжимной муфты и измеряющий растяжение разжимной муфты, или заделанный в разжимную муфту. Поскольку расстояние между первой и второй обсадной колонной является хорошо известным и заданным, то разжимание разжимной муфты может быть точно рассчитано, при этом за счет измерения растяжения разжимной муфты можно определить условие ее достаточного разжимания для обеспечения достаточного уплотнения.

Как показано на фиг. 2 и 3, датчик 9 электрически соединен с модулем 34 выдачи данных, как показано на фиг. 3, и/или с модулем 17 связи, как показано на фиг. 2, посредством провода. Если датчик 9 представляет собой тензометр или пьезоэлектрический кристалл, то провод приклеен к наружной поверхности разжимной муфты в форме меандра так, что провод является достаточно длинным, чтобы проходить от тензометра к модулю без разрыва в процессе разжимания разжимной муфты.

Для получения от датчика данных измерения модуль связи расположен на наружной поверхности 18 трубчатой части 6 для передачи данных от датчика 9 к считывающему устройству 26, как показано на фиг. 2, причем считывающее устройство расположено в инструменте 33, погруженном в скважину, как показано на фиг. 3. В другом варианте осуществления изобретения модуль связи сообщается с процессором 19, расположенным у устья скважины, как показано на фиг. 1, посредством промежуточных модулей связи (не показаны), связанных с использованием беспроводной технологии. Модуль 34 выдачи данных также может быть соединен с модулем 17 связи для передачи данных, полученных модулем выдачи данных, например, к инструменту, расположенному напротив модуля 17 связи во второй обсадной колонне 3.

Как показано на фиг. 4, модуль 17 связи соединен с процессором 35, расположенным на наружной поверхности 18 трубчатой части. Датчик 9, измеряющий характеристику, например, текучей среды, передает данные измерений к модулю 34 выдачи данных, который передает их дальше к процессору 35 и затем к модулю 17 связи. Процессор 35 преобразует данные в сигнал, отображающий условие наличия или отсутствия герметичности затрубного барьера и не отображающий фактические данные, измеренные датчиком.

Как показано на фиг. 5, датчик 9 расположен в инструменте 33, измеряющем повышение давления или температуры в кольцевом пространстве, если затрубные барьеры после разжимания достаточно герметичны. Инструмент 33 расположен напротив кольцевого пространства во внутреннем объеме второй металлической обсадной колонны 3 для измерения характеристики текучей среды. Датчик представляет собой акустический приемопередатчик, испускающий акустический сигнал, например ультразвуковые волны, и принимающий отраженные высокочастотные звуковые волны с целью определения характеристики текучей среды, и, соответственно, условия обеспечения затрубными барьерами достаточной изоляционной зоны. Инструмент 33 содержит анкеры 36 для прижатия стенки инструмента и, соответственно, датчика 9 к стенке второй обсадной колонны для получения улучшенного измерения характеристики текучей среды в кольцевом пространстве, например давления или температуры.

Датчик, расположенный в инструменте, также может излучать электронное излучение, например лазерное излучение, для определения изоляционной способности затрубных барьеров.

Таким образом, датчики способны определять условие способности удержания обоими затрубными барьерами текучей среды во внутреннем объеме кольцевого пространства и, таким образом, обеспечения изоляции между первой и второй металлическими обсадными колоннами.

Как показано на фиг. 6, система 1 затрубных барьеров дополнительно содержит газовую камеру 14, имеющую выпускное отверстие 15, соединенное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством при открытом клапане 16, расположенном в выпускном отверстии 15, для впуска газа, находящегося внутри газовой камеры 14, в кольцевое пространство 12. При выпуске газа из газовой камеры 14 в кольцевое пространство 12 имеется возможность для испытания на протечку первого барьера 4 посредством исследования проходящей в скважине текучей среды при условии выявления в ней какого-либо газа из газовой камеры. Газ может содержать какой-либо химический индикатор для более быстрого определения наличия или отсутствия протечки первого барьера. При расположении дополнительного датчика в устье скважины или его введении в первое межтрубное пространство выше первого затрубного барьера данный датчик может детектировать любые химические вещества в текучей среде, главным образом газ, в кольцевом пространстве выше первого затрубного барьера. Если датчик не детектирует химические вещества, то это означает, что первый затрубный барьер имеет достаточную изоляционную способность для удержания текучей среды во внутреннем объеме затрубного пространства между двумя разжатыми муфтами и, соответственно, система затрубных барьеров обеспечивает изолирующий барьер между первой и второй обсадной колонной. За счет наличия газовой камеры внутри кольцевого пространства, образованного разжимными муфтами, может быть испытана изоляционная способность первого затрубного барьера.

Система затрубных барьеров, содержащая как газовую камеру, так и датчик, расположенный внутри кольцевого пространства, образованного разжимными муфтами, может обеспечивать испытание условия достаточной герметичности первого затрубного барьера, даже если датчик внутри кольцевого пространства уже выполнил испытание условия протечки в кольцевом пространстве. Таким образом, комбинация газовой камеры и датчика внутри кольцевого пространства обеспечивает возможность для испытания условия достаточной герметичности первого затрубного барьера, даже при отсутствии герметичности второго затрубного барьера.

Как показано на фиг. 6, второй барьер 5 с одной стороны муфты 7 примыкает к цементу 20 в цементированной части, а с другой стороны второй барьер 5 примыкает к первому кольцевому пространству 12. Таким образом, второй затрубный барьер не может быть испытан на протечку посредством выявления газа в текучей среде, проходящей во второй металлической обсадной колонне, так как газ, просачивающийся через второй затрубный барьер, будет поступать в цементированную часть.

Разжимная муфта первого затрубного барьера соединена с трубчатой частью посредством двух соединительных частей 8. Как показано на фиг. 6, соединительные части 8 жестко присоединяют разжимные муфты к трубчатым частям затрубных барьеров. При таком способе герметичность не ухудшается за счет наличия предотвращающих протечку уплотнительных элементов, расположенных между соединительными частями и трубчатыми частями. Единственной возможностью для протечки через первый затрубный барьер может быть случай неполного уплотнения разжимной муфтой внутренней поверхности первой металлической обсадной колонны.

Газовая камера представляет собой кольцевую камеру, окружающую вторую металлическую обсадную колонну. Выпускное отверстие камеры расположено в стенке корпуса камеры, при этом в выпускном отверстии закреплен клапан резьбовым или подобным ему соединением. При разжимании разжимных муфт затрубных барьеров давление в кольцевом пространстве повышается до давления, превышающего давление внутри металлической обсадной колонны. Клапан может представлять собой напорный клапан, открывающийся при данном повышении давления, или клапан может активироваться беспроводным способом от сигнала, поступающего с поверхности, или другим способом дистанционного управления без проникновения во вторую металлическую обсадную колонну, ухудшающего герметичность. В другом варианте осуществления изобретения клапан содержит магнит, причем при наведении магнитного поля внутри обсадной колонны магнит может перемещаться для открытия клапана.

Как показано на фиг. 7, газовая камера расположена в одной из соединительных частей одного из затрубных барьеров, которые, в данном случае, представляют собой одну из соединительных частей первого затрубного барьера, обращенного к кольцевому пространству 12. Соответственно, данная соединительная часть выполнена удлиненной для размещения газовой камеры, как показано на чертеже, при этом выпускное отверстие 15 обращено ко второму барьеру. При открытии клапана газ поступает в кольцевое пространство.

Кольцевое пространство также может быть по существу заполнено цементом или подобным материалом так, что разжимание муфты второго затрубного барьера происходит в цемент. Газ по-прежнему может поступать в пространство и проникать в цемент, если он не обеспечивает уплотнительное соединение сам по себе, с проведением, таким образом, испытания первого затрубного барьера на протечку.

Система затрубных барьеров дополнительно содержит инструмент 21 детектирования протечки, как показано на фиг. 9, погружаемый во вторую металлическую обсадную колонну посредством кабеля 22, для испытания условия возможности прохождения газа через один из затрубных барьеров. Инструмент детектирования протечки содержит модуль 23 детектирования газа, модуль 24 измерения давления и/или температурный модуль 41, например лазер. Модуль испытания давлением использует звуковое излучение, например ультразвуковое излучение, или электромагнитное излучение. Когда разжимные муфты затрубных барьеров разжимают, то давление в затрубном пространстве повышается, слегка превышая давление в скважине или в пласте. Таким образом, инструмент детектирования протечки, имеющий модуль 24 измерения давления, обеспечивает измерение давления внутри кольцевого пространства на протяжении промежутка времени и, если давление внутри кольцевого пространства падает до давления окружающей среды в скважине либо в формации, то по меньшей мере один из затрубных барьеров имеет протечку. Если в текучей среде в обсадной колонне не выявлено присутствие газа 40 из газовой камеры, то источником протечки является протечка через второй затрубный барьер, а не через первый барьер. В данном случае герметичность еще не нарушена, однако, выявление в текучей среде газа из газовой камеры означает, что протечку имеет первый затрубный барьер, при этом герметичность не может быть гарантирована.

Инструмент детектирования протечки может содержать только модуль 23 детектирования газа, таким образом, может быть детектирована протечка газа через первый затрубный барьер с обеспечением тем самым испытания на протечку первого затрубного барьера.

Таким образом, характеристика может представлять собой температуру, давление, присутствие газа или присутствие химического индикатора. При не слишком сильном изменении измеряемой характеристики датчик соединен с усилителем.

Также датчик может представлять собой гидростатический включатель, включающийся при достижении заданного повышения давления.

Как показано на фиг. 6-8, в трубчатой части 6 расположен первый проход 11 для текучей среды, обеспечивающий соединение с возможностью передачи текучей среды с внутренним объемом 25 трубчатой части и пространством 13 барьера. В другом варианте осуществления изобретения первый проход для текучей среды также расположен в соединительной части, соединяющей разжимную муфту с трубчатой частью, при этом текучая среда, разжимаемая муфту, выпускается из внутреннего объема 25 трубчатой части через соединительную часть в пространство 13 барьера.

Как показано на фиг. 10, соединительная часть 8 содержит модуль 27 усиления давления, имеющий отверстие 28, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренним объемом 25 трубчатой части 6, а также первую камеру 29 и первый поршень 30, перемещающийся в первой камере 29, когда в трубчатой части 6 повышается давление, при этом первый поршень 30 присоединен ко второму поршню 31 посредством штока 32, перемещающегося в газовой камере 14 с вытеснением газа в кольцевое пространство 12 при перемещении первого поршня. Таким образом, давление внутри обсадной колонны может быть использовано для вытеснения газа из газовой камеры в кольцевое пространство 12 для испытания на протечку затрубного барьера.

Во время заканчивания скважины буровой раствор, вода, песок, газ или цементный раствор могут поступать в первое межтрубное пространство 61, при этом перед проведением заканчивания может быть весьма полезным иметь информацию о типе текучей среды, присутствующей в межтрубном пространстве. Соответственно, как показано на фиг. 1, в первом межтрубном пространстве 61 расположен четвертый датчик 57, расположенный между первой металлической колонной 2 и второй металлической колонной 3. Данный датчик может непрерывно сообщаться с верхней частью скважины.

Вместо повышения давления в первом межтрубном пространстве 61 для проверки того факта, что первый и второй кольцевые барьеры 4, 5 обеспечивают барьер, для данной задачи может быть использован четвертый датчик 57.

Как показано на фиг. 11, система затрубных барьеров дополнительно содержит третью металлическую обсадную колонну 51, расположенную внутри второй металлической обсадной колонны 3. Третий затрубный барьер 53 и четвертый затрубный барьер 54 расположены так, что их трубчатая часть, вытянутая в продольном направлении, установлена в качестве части третьей металлической обсадной колонны. Разжимные муфты третьего затрубного барьера 53 и четвертого затрубного барьера 54 разжимают с примыканием ко второй металлической обсадной колонне 3. Система дополнительно содержит второй датчик 55, соединенный с наружной поверхностью трубчатой части, при этом, когда разжимные муфты разжаты, то между третьим и четвертым затрубными барьерами 53, 54 и второй и третьей металлическими обсадными колоннами 3, 51 образуют второе кольцевое пространство 52. Второй датчик 55 расположен в пространстве для определения состояния второго кольцевого пространства 52 с целью испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из третьего и четвертого затрубных барьеров 53, 54. В результате использования третьей металлической обсадной колонны 51 образуется второе межтрубное пространство 58, в котором может быть выполнено испытание для подтверждения того факта, что третий и четвертый затрубные барьеры 53, 54 обеспечивают наличие второго барьера 5. Это испытание проводят путем повышения давления сверху во втором межтрубном пространстве 58, которое выполняют в устье скважины, у ее верхней части, и если указанное межтрубное пространство может поддерживать определенное давление, то третий и четвертый затрубные барьеры обеспечивают наличие второго барьера.

Система затрубных барьеров дополнительно содержит второй модуль 56 связи, соединенный с третьей металлической обсадной колонной 51, а также соединенный со вторым датчиком 55 для приема информации от датчика, расположенного в первом кольцевом пространстве 12. При наличии такого промежуточного модуля связи в третью обсадную колонну 51 может быть опущен инструмент, загружающий информацию как от первого датчика 9, так и от второго датчика 55 за один проход. Второй модуль связи также может передавать информацию от второго датчика 55 к верхней части скважины.

Как показано на фиг. 12, второй модуль 56 связи также может быть расположен во втором межтрубном пространстве 58 между второй металлической обсадной колонной 3 и третьей металлической обсадной колонной 51. Таким образом, модуль связи расположен ближе к первому датчику.

Система затрубных барьеров, показанная на фиг. 11, дополнительно содержит пятый датчик 59, расположенный во втором межтрубном пространстве 58 между второй металлической обсадной колонной 3 и третьей металлической обсадной колонной 51. Данный пятый датчик 59 может быть использован для проверки целостности затрубных барьеров и/или типа текучей среды, присутствующей во втором межтрубном пространстве 58.

В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 12, система затрубных барьеров дополнительно содержит четвертую металлическую обсадную колонну 61, расположенную внутри третьей металлической обсадной колонны 51 с образованием между ними третьего межтрубного пространства 68. Пятый затрубный барьер 65 и шестой затрубный барьер 66 расположены так, что их трубчатые части вытянуты в продольном направлении для установки в качестве части четвертой металлической обсадной колонны 61. Система дополнительно содержит третий датчик 63, соединенный с трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты пятого и шестого затрубных барьеров 65, 66 разжимают с примыканием к третьей металлической обсадной колонне 51, то между ними образуют третье кольцевое пространство 51. Третий датчик 63 расположен аналогичным образом для определения состояния третьего кольцевого пространства 64 для испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из пятого и шестого затрубных барьеров 65, 66. Третье межтрубное пространство может быть испытано для проверки того факта, что пятый и шестой затрубные барьеры 65, 66 обеспечивают наличие второго барьера. Данное испытание выполняют путем повышения давления в третьем межтрубном пространстве 68 сверху, которое выполняют в устье скважины, у верхней части скважины, и если третье межтрубное пространство 68 может поддерживать определенное давление, то пятый и шестой затрубные барьеры обеспечивают наличие третьего барьера.

Как показано на чертеже, система затрубных барьеров дополнительно содержит третий модуль 67 связи, расположенный в третьем межтрубном пространстве 68 между второй металлической обсадной колонной 3 и третьей металлической обсадной колонной 51. Третий модуль связи соединен с четвертой металлической обсадной колонной 61 и шестым датчиком 62 для приема информации от второго датчика 55, расположенного во втором кольцевом пространстве 52. Шестой датчик 62 также может быть расположен в соединении с третьим датчиком 63 в третьем кольцевом пространстве 64.

Шестой датчик 62 также может быть использован для подтверждения целостности пятого и шестого затрубных барьеров 65, 66 после разжимания муфт указанных барьеров. Кроме того, шестой датчик 62 может быть использован для детектирования типа текучей среды, присутствующей в третьем межтрубном пространстве в процессе заканчивания скважины.

Как показано на фиг. 6, разжимная муфта может быть окружена уплотнительным средством 10 для обеспечения улучшенного уплотнения с первой металлической обсадной колонной 2.

Как показано на фиг. 6-9, трубчатые части затрубных барьеров соединены посредством резьбового соединения и расположены на расстоянии друг от друга в результате наличия промежуточного трубопровода, при этом все они образуют часть второй металлической обсадной колонны 3.

Повышение давления текучей среды, используемой для разжимания затрубного барьера, может быть выполнено либо с верхней части скважины с подачей через обсадную колонну 2, либо может быть выполнено в локально изолированной зоне в скважинной трубчатой конструкции. Подачу разжимной текучей среды выполняют до тех пор, пока разжимная муфта 7 не примкнет к внутренней стенке первой обсадной колонны 2.

Когда разжимная муфта 7 затрубного барьера 4, 5 разжата, то диаметр муфты увеличен в размере от исходного неразжатого состояния до большего диаметра. Разжимная муфта 7 имеет наружный диаметр D и может быть разжата до диаметра, по меньшей мере на 10% большего, предпочтительно по меньшей мере на 15% большего, более предпочтительно по меньшей мере на 30% большего по сравнению с диаметром неразжатой муфты.

Кроме того, разжимная муфта 7 имеет толщину t стенки, которая меньше длины L разжимной муфты, причем указанная толщина предпочтительно меньше чем 25% длины, более предпочтительно меньше чем 15% длины, еще более предпочтительно меньше чем 10% длины.

Разжимная муфта 7 затрубного барьера 4, 5 может быть выполнена из металла, полимеров, эластомерного материала, силикона, натурального или синтетического каучука.

Для увеличения толщины муфты 7 на разжимную муфту может быть нанесен добавочный материал (не показан), например, путем добавления на наружную поверхность приваренного материала. В другом варианте осуществления изобретения толщина муфты 7 увеличена путем закрепления на муфте кольцеобразной части (не показана). В еще одном варианте осуществления изобретения увеличение толщины муфты 7 облегчается путем использования муфты 7 с переменной толщиной (не показана). Для того чтобы получить муфту с переменной толщиной, могут быть использованы такие технологии, как, например, прокатывание, экструзия или литье под давлением.

Для разжимания затрубного барьера может быть использован разжимной инструмент, который может содержать изолирующее устройство для изоляции первой секции снаружи прохода или клапана между наружной стенкой инструмента и внутренней стенкой скважинной трубчатой конструкции. Текучую среду под давлением получают путем повышения давления текучей среды в изолирующем устройстве. Если секция скважинной трубчатой конструкции снаружи прохода трубчатой части изолирована, то отпадает необходимость в повышении давления текучей среды по всей скважинной трубчатой конструкции, так как нет необходимости в выполнении дополнительной пробки, как в случае решений, известных из уровня техники. После закачки текучей среды в пространство проход или клапан закрывают.

Инструмент также может использовать колонну гибких труб для разжимания разжимной муфты 7 затрубного барьера 4, 5, или двух затрубных барьеров одновременно. Инструмент с колонной гибких труб может повышать давление текучей среды в скважинной трубчатой конструкции без необходимости в изоляции секции скважинной трубчатой конструкции. Однако для работы с инструментом может потребоваться установить пробку в скважинную трубчатую конструкцию ствола скважины ниже от двух используемых затрубных барьеров или барьеров 1. Система затрубных барьеров согласно данному изобретению также может использовать бурильную трубу или кабельный инструмент для разжимания муфты.

В одном варианте осуществления изобретения инструмент содержит резервуар, содержащий текучую среду под давлением, например, если текучая среда, используемая для разжимания муфты 7, представляет собой цемент, газ или двухкомпонентный компаунд.

Клапан может представлять собой клапан любого типа, способный управлять потоком текучей среды, например шаровой клапан, дроссельный клапан, воздушную заслонку, запорный клапан или обратный клапан, мембранный клапан, расширительный клапан, шиберный вентиль, проходной запорный вентиль, отсечной клапан, игольчатый клапан, поршневой клапан, запорную задвижку или пробковый проходной клапан.

Разжимная трубчатая металлическая муфта 7 может представлять собой холоднотянутую или горячетянутую трубчатую конструкцию. Муфта может быть бесшовной или выполненной с использованием сварки.

Разжимная трубчатая металлическая муфта 7 может быть получена экструзией, литьем под давлением или прокаткой, например горячей прокаткой, холодной прокаткой, гибкой в валках и так далее, и затем заварена.

Текучая среда, используемая для разжимания разжимной муфты 7, может представлять собой скважинную текучую среду любого типа, присутствующую в стволе скважины, окружающую инструмент и/или скважинную трубчатую конструкцию. Также текучая среда может представлять собой цемент, газ, воду, полимеры или двухкомпонентный компаунд, например порошок или частицы, смешивающиеся или вступающие в реакцию со связующим или отверждающим реагентом. Часть текучей среды, например отверждающий реагент, может присутствовать в пространстве перед введением следующей текучей среды в пространство.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газового состава, присутствующий в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяного состава, например сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.

Под обсадной трубой понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемый в скважине для добычи нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную трубу, можно использовать скважинный трактор для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например Well Tractor®.

Хотя изобретение описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к системе затрубных барьеров и способу испытания скважины на герметичность под давлением с использованием системы. Техническим результатом является создание улучшенной системы затрубных пакеров, которая может быть испытана на протечку без одновременного нарушения герметичности. Система затрубных барьеров для проверки выполненного с возможностью испытания затрубного барьера, расположенного между первой металлической обсадной колонной или стволом скважины и второй металлической обсадной колонной, при этом вторая металлическая обсадная колонна имеет наружную поверхность. Система затрубных барьеров содержит первый затрубный барьер и второй затрубный барьер. Каждый барьер содержит: трубчатую часть, выполненную из металла и вытянутую в продольном направлении для установки в качестве части второй металлической обсадной колонны, разжимную металлическую муфту, окружающую трубчатую часть и соединенную с ней, и образующую пространство затрубного барьера, и первый проход для текучей среды в трубчатой части для впуска текучей среды в пространство затрубного барьера для разжимания муфты. Система затрубных барьеров дополнительно содержит датчик, расположенный в соединении с трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты разжаты с примыканием к первой металлической обсадной колонне или стволу скважины, между затрубными барьерами образовано первое кольцевое пространство, и датчик (9) расположен для определения состояния кольцевого пространства с целью испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из затрубных барьеров. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Система (1) затрубных барьеров для проверки выполненного с возможностью испытания затрубного барьера, расположенного между первой металлической обсадной колонной (2) или стволом скважины и второй металлической обсадной колонной (3), при этом вторая металлическая обсадная колонна имеет наружную поверхность, причем система затрубных барьеров содержит:
- первый затрубный барьер (4) и второй затрубный барьер (5), при этом каждый барьер содержит:
- трубчатую часть (6), выполненную из металла и вытянутую в продольном направлении для установки в качестве части второй металлической обсадной колонны (3);
- разжимную металлическую муфту (7), окружающую трубчатую часть и соединенную с ней, и образующую пространство (13) затрубного барьера; и
- первый проход (11) для текучей среды в трубчатой части для впуска текучей среды в пространство затрубного барьера для разжимания муфты;
причем система затрубных барьеров дополнительно содержит датчик (9), расположенный в соединении с трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты разжаты с примыканием к первой металлической обсадной колонне или стволу скважины, между затрубными барьерами образовано первое кольцевое пространство (12), и датчик (9) расположен для определения состояния кольцевого пространства с целью испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из затрубных барьеров.

2. Система затрубных барьеров по п. 1, в которой датчик измеряет характеристику текучей среды для определения состояния кольцевого пространства, причем характеристика представляет собой температуру, давление, присутствие газа или присутствие химического индикатора.

3. Система затрубных барьеров по п. 1 или 2, в которой датчик расположен в кольцевом пространстве.

4. Система затрубных барьеров по п. 1 или 2, в которой датчик расположен по меньшей мере в одном из затрубных барьеров или соединен по меньшей мере с одним из затрубных барьеров.

5. Система затрубных барьеров по п. 1 или 2, в которой датчик расположен на наружной поверхности разжимной муфты.

6. Система затрубных барьеров по п. 1 или 2, дополнительно содержащая модуль (34) выдачи данных, расположенный у наружной поверхности трубчатой части и электрически соединенный с датчиком.

7. Система затрубных барьеров по п. 1 или 2, дополнительно содержащая первый модуль (17) связи, расположенный у наружной поверхности трубчатой части для передачи данных от датчика к считывающему устройству (26).

8. Система затрубных барьеров по п. 1 или 2, дополнительно содержащая газовую камеру (14), имеющую выпускное отверстие (15), соединенное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, когда клапан (16), расположенный в выпускном отверстии, открыт для впуска газа, находящегося внутри газовой камеры, в кольцевое пространство.

9. Система затрубных барьеров по п. 7, в которой первый модуль (17) связи расположен в первом межтрубном пространстве (61) между второй металлической обсадной колонной и первой металлической обсадной колонной или стволом скважины.

10. Система затрубных барьеров по п. 7, в которой модуль связи содержит беспроводной передающий модуль, передающий данные от модуля связи к считывающему устройству посредством индуктивности, беспроводной локальной сети, стандарта ZigBee, радиочастоты.

11. Система затрубных барьеров по любому из пп. 1, 2, 9 или 10, в которой кольцевое пространство по меньшей мере частично заполнено цементом (20).

12. Система затрубных барьеров по любому из пп. 1, 2, 9 или 10, дополнительно содержащая:
- вторую металлическую обсадную колонну;
- третью металлическую обсадную колонну (51), расположенную внутри второй металлической обсадной колонны;
- третий затрубный барьер (53) и четвертый затрубный барьер (54), причем трубчатая часть третьего и четвертого затрубного барьера вытянута в продольном направлении для установки в качестве части третьей металлической обсадной колонны; и
- второй датчик (55), расположенный в соединении с упомянутой трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты третьего и четвертого затрубных барьеров разжаты с примыканием ко второй металлической обсадной колонне, между третьим и четвертым затрубными барьерами образовано второе кольцевое пространство (52), и второй датчик расположен для определения состояния второго кольцевого пространства с целью испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из третьего или четвертого затрубных барьеров.

13. Система затрубных барьеров по п. 12, дополнительно содержащая второй модуль (56) связи, соединенный с третьей металлической обсадной колонной и/или вторым датчиком, для приема информации от датчика, расположенного в первом кольцевом пространстве.

14. Система затрубных барьеров по п. 13, в которой второй модуль (56) связи расположен во втором межтрубном пространстве (58) между второй металлической обсадной колонной и третьей металлической обсадной колонной.

15. Система затрубных барьеров по п. 12, дополнительно содержащая:
- четвертую металлическую обсадную колонну (61), расположенную внутри третьей металлической обсадной колонны;
- пятый затрубный барьер (65) и шестой затрубный барьер (66), при этом трубчатая часть пятого и шестого затрубного барьера вытянута в продольном направлении для установки в качестве части четвертой металлической обсадной колонны (61); и
- третий датчик (63), расположенный в соединении с упомянутой трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты пятого и шестого затрубных барьеров разжаты с примыканием к третьей металлической обсадной колонне, между пятым и шестым затрубными барьерами образовано третье кольцевое пространство (64), и третий датчик (63) расположен для определения состояния третьего кольцевого пространства с целью испытания изоляционной способности по меньшей мере одного из пятого и шестого затрубных барьеров.

16. Система затрубных барьеров по п. 15, дополнительно содержащая третий модуль (67) связи, соединенный с четвертой металлической обсадной колонной и/или третьим датчиком для приема информации от второго датчика, расположенного во втором кольцевом пространстве.

17. Система затрубных барьеров по п. 16, в которой третий модуль (67) связи расположен в третьем межтрубном пространстве (68) между второй металлической обсадной колонной и третьей металлической обсадной колонной.

18. Способ испытания скважины на герметичность под давлением с использованием системы по любому из пп. 1-17, причем способ содержит следующие этапы:
- разжимание разжимных муфт первого и второго затрубных барьеров с обеспечением тем самым наличия кольцевого пространства;
- создание увеличенного значения характеристики текучей среды в кольцевом пространстве; и
- измерение характеристики посредством датчика.

19. Способ по п. 18, дополнительно содержащий этап опускания инструмента, содержащего датчик, в скважину для измерения характеристики текучей среды в кольцевом пространстве.