СИСТЕМА ДЛЯ ПОВТОРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ДОСТУПА В СТВОЛ СКВАЖИНЫ Российский патент 2019 года по МПК E21B34/14 E21B43/26 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Для получения углеводородов, таких как нефть и газ, из подземного коллектора, либо на суше, либо на море, производят бурение ствола скважины, проходящий через различные слои горной породы в пласте. Цементируют обсадную колонну в пласте по всей длине или на части длины пробуренной скважины для создания ствола скважины, и эксплуатационную трубу спускают в ствол скважины для транспортировки углеводородов на поверхность. В других случаях вместо цемента, могут применять кольцевые пакеры для уплотнения обсадной колонны в стволе скважины для предотвращения продольного перетока текучих сред в зоне снаружи обсадной колонны. Обсадная колонна во многих случаях становится эксплуатационной трубой для скважины, при этом кольцевые пакеры или цемент изолируют каждую зону пласта или части зоны пласта друг от друга.

[0002] С помощью обсадной колонны, зацементированной в скважине, или кольцевых пакеров, расположенных по длине обсадной колонны, обсадную колонну надежно изолируют, не допуская притока каких-либо текучих сред из пластов внутрь обсадной колонны. Когда обсадная колонна надежно изолирована от поступления текучей среды, в лучшем случае подача текучей среды вниз через обсадную колонну ограничена, из-за отсутствия доступа наружу из обсадной колонны, что затрудняет или делает невозможным подачу насосом шара или дротика через обсадную колонну для приведения в действие муфты для носка скважины.

[0003] Поэтому требуется доступ в зону снаружи обсадной колонны и проход через нее в различные пластовые зоны. В одном средстве обеспечения доступа в зону снаружи обсадной колонны используют пробку и перфорирование, причем пробку, установочный инструмент и муфту стреляющего перфоратора спускают в скважину на тросовом кабеле или гибкой насосно-компрессорной трубе, с использованием силы тяжести или скважинного трактора для протаскивания инструмента в нужное положение. Если применяется система с муфтой, приведение в действие ограничено механическими манипуляциями с поверхности, например, с применением гибкой насосно-компрессорной трубы, троса для работ в скважине или электрического кабеля.

[0004] Обнаружено, что можно установить достаточный проход текучей среды через обсадную колонну и в смежный пласт, при этом обеспечивая последующее активирование скользящих муфт посредством сбрасывания шаров, пробок или дротиков, применяя давление для установления потока текучей среды с зоной снаружи обсадной колонны, причем давление, требуемое для установления прохода текучей среды в зону снаружи задают на поверхности для соответствия требованиям скважины.

[0005] Когда обсадная колонна установлена на место в скважине и либо зацементирована, или все пакеры приведены в действие, доступ текучей среды в зону снаружи требуется для обеспечения последующего активирования скользящих муфт или других инструментов посредством сброса шаров, пробок, или дротиков. Для обеспечения такого доступа текучей среды в зону снаружи обсадной колонны снизу обсадной колонны устанавливают подузел муфты для носка скважины. Подузел муфты для носка скважины имеет по меньшей мере одно отверстие, через которое текучая среда может проходить, при этом устанавливают проход текучей среды через обсадную колонну и обеспечивают активирование приводимых в действие шаром инструментов.

[0006] Отверстие обеспечено разрывной мембраной, при этом разрывная мембрана должна иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать заданное давление во время других работ, которые могут проводиться до установки прохода текучей среды в зону снаружи обсадной колонны. Для управления разрывной мембраной и установления циркуляции в скважине в обсадной колонне должно поддерживаться заданное давление, превышающее давление, требуемое во время других работ, проводимых до установления прохода текучей среды в зону снаружи обсадной колонны. Когда разрывная мембрана прорвана, текучую среду можно подавать насосом вниз через внутреннее пространство обсадной колонны и в смежный пласт, обеспечивающий шарам, дротикам или пробкам подачу насосом вниз через обсадную колонну для приведения в действие других муфт или инструментов в обсадной колонне выше муфты для носка скважины.

[0007] Во многих случаях по ходу эксплуатации скважины может возникать необходимость предотвращения доступа через многие или все точки доступа, такие как скользящие муфты, в зону снаружи скважины. В случаях, когда доступ обеспечен скользящими муфтами, инструмент, такой как ловильный инструмент, может быть спущен в скважину для закрытия каждой из скользящих муфт. Вместе с тем, поскольку подузел для носка скважины управляется с помощью разрывной мембраны, требуется спуск в скважину мостовой пробки и операция, отдельная от операции закрытия каждой из скользящих муфт. Требуется создание способа простого закрытия подузла для носка скважины без спуска в скважину отдельной мостовой пробки.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] В варианте осуществления изобретения обеспечен клапан, управляемый с поверхности, для повторного уплотнения подузла для носка скважины. Более конкретно, подузел для носка скважины имеет корпус. Корпус имеет отверстие, обеспечивающее доступ из внутреннего объема корпуса в зону снаружи корпуса. В отверстии установлена разрывная мембрана, имеющая разрывное давление меньше давления опрессовки обсадной колонны. Внутренняя муфта выполнена с возможностью осевого перемещения в корпусе. Набор уплотнений расположен снаружи внутренней муфты для уплотнения участка кольцевого пространства снаружи внутренней муфты и внутри корпуса так, что когда внутренняя муфта находится в закрытом состоянии, набор уплотнений и внутренняя муфта выполнены с возможностью предотвращать доступ текучей среды из внутреннего объема обсадной колонны в зону снаружи обсадной колонны. Подузел для носка скважины может быть установлен в скважине как часть узла клапанов, таких как скользящие муфты с подузлом для носка скважины снизу узла или ближе всего к забою скважины. Обсадную колонну спускают в ствол скважины в открытом состоянии, в котором внутренняя муфта не препятствует доступу текучей среды к разрывной мембране, обеспечивая разрывной мембране разрушение по команде.

[0009] Когда требуется, внутреннюю муфту можно перемещать ловильным инструментом, спущенным в скважину на тросовом кабеле, вместе с тем, можно применять другие средства для закрытия муфты для носка скважины. Внутренняя муфта обеспечена таким профилем, что приспособление, в том числе ловильный инструмент, может быть спущено в скважину, зафиксировано в профиле и может сдвигать внутреннюю муфту так, что доступ текучей среды через отверстие в зону снаружи обсадной колонны прекращается. Если требуется, профиль можно вновь использовать для сдвига муфты так, что отверстие вновь обеспечивает доступ текучей среды в зону снаружи скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] На фиг. 1 показан подузел для носка скважины в состоянии для спуска в скважину.

[0011] На фиг. 2 показан подузел для носка скважины фиг. 1 в закрытом состоянии.

[0012] На фиг. 3 показан с увеличением фрагмент фиг. 1, обозначенный прямоугольником А.

[0013] На фиг. 4 показан с увеличением фрагмент фиг. 2, обозначенный прямоугольником В.

[0014] На фиг. 5 показан подузел разрывного порта, который прорван и открыт для прохода текучей среды из внутреннего объема подузла для носка скважины.

[0015] На фиг. 6 показан подузел разрывного порта, который прорван, проход текучей среды из внутреннего объема подузла для носка скважины закрыт.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Приведенное ниже описание включает в себя являющиеся примерами устройство, способы, методики или последовательности инструкций, которые заключают в себе технические средства патентоспособного объекта изобретения. Вместе с тем понятно, что описанные варианты осуществления можно осуществить на практике без данных конкретных деталей.

[0017] На фиг. 1 показан подузел 100 для носка скважины в конфигурации, в которой его спускают в ствол скважины. Подузел 100 для носка скважины имеет корпус 110, внутреннюю муфту 120, отверстие 134, подузел 130 с разрывным элементом в отверстии, размещенный в отверстии 134, профиль 140, верхний конец 150 и нижний конец 160. С внутренней муфтой 120 соединено блокирующее кольцо 104, которое может представлять собой срезной штифт, пружинное кольцо или просто выступ снаружи внутренней муфты 120, и которое размещено в выемке 106 во внутренней поверхности корпуса 110. Блокирующее кольцо 104 упирается в заплечик 112 в выемке 106 для предотвращения самопроизвольного перемещения вниз внутренней муфты 120. В данной конфигурации для спуска в скважину внутренняя муфта 120 установлена в корпусе 110 так, что нижний конец 122 внутренней муфты 120 не препятствует доступу текучей среда из внутреннего объема 102 подузла 100 для носка скважины во внутреннее пространство 132 подузла 130 разрывной мембраны.

[0018] Благодаря обеспечению текучей среде доступа из внутреннего объема 102 подузла 100 для носка скважины во внутреннее пространство 132 подузла 130 с разрывной мембраной, когда текучая среда достигает заданного давления, подузел 130 с разрывной мембраной разрушится, обеспечивая текучей среде доступ из внутреннего объема 102 подузла 100 для носка скважины через отверстие 134 в зону снаружи подузла 100 для носка скважины и обычно в смежный пласт (не показано). В некоторых случаях узел разрывной мембраны является растворимым, при этом разрывная мембрана должна разрушаться или растворяться со временем для обеспечения прохода текучей среды через отверстие 134.

[0019] На фиг. 2 показан подузел 100 для носка скважины по фиг. 1 в закрытом состоянии с внутренней муфтой 120, установленной в корпусе 110 так, что внутренняя муфта 120 предотвращает доступ текучей среды из внутреннего объема 102 подузла 100 для носка скважины во внутреннее пространство 132 подузла 130 с разрывным элементом в отверстии.

[0020] Обычно, внутренняя муфта 120 перемещается из своего состояния для спуска в скважину, показанного на фиг. 1 в свое закрытое состояние в ответ на условия в стволе скважины, такие как при добыче из скважины избыточной воды. Благодаря использованию профиля, который выравнивает профиль 121 с нижним концом 122 внутренней муфты 120, обычно на конце тросового кабеля, гибкой насосно-компрессорной трубы или другого трубного изделия для фиксации в профиль 140. Затем к внутренней муфте 120 прикладывают силу для преодоления сопротивления блокирующего кольца 104 на заплечике 112 в выемке 106 для смещения внутренней муфты 120 вниз так, что внутренняя муфта 120 блокирует доступ текучей среды из внутреннего объема 102 во внутреннее пространство 132 подузла 130 с разрывным элементом в отверстии. Как показано на фиг. 2, блокирующее кольцо 104 теперь размещено в выемке 108, при этом предотвращается перемещение вверх внутренней муфты 120.

[0021] На фиг. 3 показан с увеличением фрагмент фиг. 1, обозначенный прямоугольником А. На фиг. 3 подузлы 130 с разрывными мембранами и нижний конец 122 внутренней муфты 120 с его уплотнительной системой описаны более просто. Внутренняя муфта 120 занимает свое положение для спуска в скважину, при этом нижний конец 122 внутренней муфты 120 не блокирует доступа текучей среды к отверстиям 134 и, следовательно, во внутреннее пространство 132 подузлов 130 с разрывными мембранами. Внутренняя муфта 120 имеет первое уплотнение 142 и второе уплотнение 144, которые продольно смещены друг от друга и удерживаются на месте снаружи внутренней муфты 120. Первое уплотнение 142 и второе уплотнение 144 размещены в выемке 108 и каждое образует уплотнение между внутренней муфтой 120 и корпусом 110.

[0022] На фиг. 4 показан с увеличением фрагмент фиг. 2, обозначенный прямоугольником В. Внутренняя муфта 120 занимает свое закрытое положение, при этом внутренняя муфта 120 блокирует доступ текучей среды к отверстиям 134. Хотя, что обычно, давление разрывной мембраны было превышено так, что подузлы с разрывными мембранами открыты, на фиг. 4 показан подузел 100 для носка скважины с внутренней муфтой 120 и его закрытое положение, в котором предотвращен доступ текучей среды во внутреннее пространство 132 подузла 130 с разрывной мембраной. Когда внутренняя муфта 120 занимает свое закрытое положение, уплотнения 140 и 144 достаточно отнесены друг от друга для разобщения с отверстием 134, при этом внутреннее пространство 102 подузла 100 для носка скважины изолировано для противодействия попаданию текучей среды в отверстие 134.

[0023] На фиг. 5 показан подузел 130 разрывного порта, который прикреплен к корпусу 110 в отверстии 134 резьбой 135. Хотя показана резьба, можно применять сварку, посадку с натягом или любое другое средство прикрепления. Внутренняя муфта 120 занимает положение для спуска в скважину и не показана на фиг. 5. Давление текучей среды было увеличено так, что внутренний диск 145 прорван и крышка 137 защиты от наружного давления выдавлена из своего гнезда в направлении, указанном стрелкой 143 так, что текучая среда, как показано стрелками 139 и 141, может проходить из внутреннего объема 102 подузла 100 для носка скважины через отверстие 134 и по меньшей мере в зону снаружи подузла 100 для носка скважины.

[0024] На фиг. 6 показан подузел 130 разрывного порта, прикрепленный к корпусу 110 в отверстии 134 резьбой 135. Внутренняя муфта 120 занимает свое закрытое положение. Уплотнения 142 и 144 образуют непроницаемое для текучей среды уплотнение между внутренней муфтой 120 и корпусом 110, при этом предотвращая доступ текучей среды из внутреннего объема 102 подузла 100 для носка скважины через отверстие 134 и открытый в данный момент подузел 130 с разрывной мембраной в зону снаружи подузла 100 для носка скважины.

[0025] Хотя описаны различные варианты реализации и эксплуатации, должно быть понятно, что данные варианты осуществления являются иллюстративными, и что объем патентоспособного объекта изобретения ими не ограничен. Возможны многие вариации, модификации, дополнения и улучшения.

[0026] Множество случаев может быть обеспечено для компонентов, операций или конструкций, описанных в данном документе, как один случай. В целом, конструкции и функциональность, представленные, как отдельные компоненты в являющихся примером конфигурациях, могут быть реализованы как комбинированная конструкция или компонент. Аналогично, конструкции и функциональность, представленные, как один компонент, могут быть реализованы как отдельные компоненты. Данные и другие вариации, модификации, дополнения и улучшения могут входить в объем патентоспособного объекта изобретения.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена при стимулировании пласта. Раскрыта муфта для носка скважины с возможностью повторного закрытия, причем муфта для носка скважины имеет отверстие, обеспечивающее доступ текучей среды из внутреннего объема муфты для носка скважины в зону снаружи муфты для носка скважины. Разрывная мембрана установлена внутри отверстия для предотвращения доступа текучей среды из внутреннего объема муфты для носка скважины в зону снаружи муфты для носка скважины. Вместе с тем, по достижении текучей средой во внутреннем пространстве муфты для носка скважины заданного уровня, разрывная мембрана удаляется или иначе видоизменяется для обеспечения доступа текучей среды через отверстие. Скользящая муфта установлена в муфте для носка скважины так, что скользящая муфта может перемещаться для закрытия отверстия, при этом предотвращая доступ текучей среды из внутреннего объема муфты для носка скважины в зону снаружи муфты для носка скважины, или скользящая муфта может перемещаться для открытия отверстия, при этом обеспечивая доступ текучей среде из внутреннего объема муфты для носка скважины в зону снаружи муфты для носка скважины. Скользящая муфта механически перемещается с поверхности и обычно спускается в скважину в открытом положении, при этом отверстие не закрыто скользящей муфтой. Технический результат заключается в обеспечении возможности повторного запечатывания доступа к скважине. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Клапан для применения при стимулировании пласта, содержащий:

цилиндрический корпус, имеющий по меньшей мере одно отверстие, проходящее радиально через стенку корпуса;

внутреннюю муфту, установленную в корпусе на одной с ним оси и выполненную с возможностью осевого перемещения между открытым положением, в котором внутренняя муфта не закрывает отверстие, и закрытым положением, в котором внутренняя муфта закрывает отверстие;

разрывную мембрану, атмосферную камеру и наружную крышку, установленные в отверстии, причем атмосферная камера установлена между разрывной мембраной и наружной крышкой, при этом в начальном состоянии разрывная мембрана выполнена с возможностью блокирования прохода текучей среды через отверстие и выполнена с возможностью разрыва при заданной разности давления между внутренним пространством корпуса и атмосферной камерой; и

блок возврата внутренней муфты для перемещения внутренней муфты между открытым положением и закрытым положением.

2. Клапан по п. 1, в котором в начальном положении внутренняя муфта не закрывает отверстие.

3. Клапан по п. 1, в котором в начальном положении внутренняя муфта закрывает отверстие.

4. Клапан по п. 1, в котором разрывная мембрана выполнена с возможностью разрыва при заданной разности давления между внутренним пространством корпуса и зоной снаружи корпуса.

5. Клапан по п. 1, в котором разрывная мембрана выполнена с возможностью растворения под воздействием растворяющей текучей среды.

6. Клапан по п. 1, в котором разрывная мембрана выполнена в форме паза.

7. Клапан по п. 1, в котором внутренняя муфта включает в себя фиксирующий профиль.

8. Клапан по п. 1, в котором внутренняя муфта включает в себя шаровое гнездо.

9. Клапан по п. 7, в котором блок возврата внутренней муфты имеет профиль, соответствующий фиксирующему профилю внутренней муфты.

10. Клапан по п. 1, дополнительно содержащий золотниковый клапан выше клапана.

11. Клапан по п. 1, дополнительно содержащий золотниковый клапан ниже клапана.

12. Способ стимулирования пласта, включающий:

спуск трубной колонны в скважину, причем трубная колонна содержит первый клапан, имеющий отверстие, разрывную мембрану, атмосферную камеру, наружную крышку и внутреннюю муфту,

при этом внутренняя муфта выполнена с возможностью перемещения между открытым положением, в котором внутренняя муфта не закрывает отверстие, и закрытым положением, в котором внутренняя муфта закрывает отверстие, а атмосферная камера расположена между разрывной мембраной и наружной крышкой;

увеличение давления текучей среды во внутреннем пространстве первого клапана;

разрыв разрывной мембраны при заданной разности давления между внутренним пространством корпуса и атмосферной камерой, и

проход потока через отверстие.

13. Способ по п. 12, в котором в открытом положении внутренняя муфта не закрывает отверстие.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий перемещение внутренней муфты в закрытое положение.

15. Способ по п. 12, в котором в начальном положении внутренняя скользящая муфта не закрывает отверстие.

16. Способ по п. 12, в котором в начальном положении внутренняя скользящая муфта закрывает отверстие.

17. Способ по п. 16, дополнительно включающий перемещение внутренней муфты в закрытое положение.

18. Способ по п. 12, в котором разрывная мембрана выполнена с возможностью растворения под воздействием растворяющей текучей среды.

19. Способ по п. 12, в котором разрывная мембрана выполнена в форме паза.

20. Способ по п. 12, в котором внутренняя муфта включает в себя фиксирующий профиль.

21. Способ по п. 12, в котором внутренняя муфта включает в себя шаровое гнездо.

22. Способ по п. 20, в котором внутренняя муфта выполнена с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением с использованием инструмента для сдвигания, имеющего профиль, соответствующий профилю внутренней муфты.

23. Способ по п. 12, в котором трубная колонна дополнительно содержит второй клапан выше первого клапана, причем второй клапан имеет второе отверстие, вторую разрывную мембрану и вторую внутреннюю муфту, при этом вторая внутренняя муфта выполнена с возможностью избирательного и многократного перемещения между открытым положением, в котором она не закрывает второе отверстие, и закрытым положением, в котором она закрывает второе отверстие.

24. Способ по п. 12, в котором трубная колонна дополнительно содержит второй клапан ниже первого клапана, причем второй клапан имеет второе отверстие, вторую разрывную мембрану и вторую внутреннюю муфту, при этом вторая внутренняя муфта выполнена с возможностью избирательного и многократного перемещения между открытым положением, в котором она не закрывает второе отверстие, и закрытым положением, в котором она закрывает второе отверстие.

25. Способ по п. 12, в котором трубная колонна дополнительно содержит по меньшей мере второй клапан.