СИСТЕМА ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2020 года по МПК E21B33/127 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе заканчивания скважин, содержащей эксплуатационную обсадную колонну, установленную в стволе скважине, и систему затрубного барьера, предназначенную для разжимания в затрубном пространстве между эксплуатационной обсадной колонной и стенкой ствола скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией в скважине для обеспечения изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление ствола скважины. Настоящее изобретение относится также к способу проверки для проверки изоляции зоны и к способу мониторинга для мониторинга состояния скважины.

Уровень техники

При заканчивании скважины обеспечивают наличие продуктивных зон путем погружения колонны обсадных труб, имеющей затрубные барьеры, в ствол скважины или обсадную колонну скважины. Когда колонна обсадных труб оказывается в нужном положении в стволе скважины или в другой обсадной колонне в стволе скважины, затрубные барьеры разжимают, расширяют или надувают, чтобы изолировать первую зону и вторую зону между скважинной трубчатой конструкцией и стволом скважины или внутренней и внешней трубчатой конструкцией. В некоторых законченных скважинах затрубные барьеры разжимают посредством текучей среды под давлением, что требует определенного количества дополнительной энергии. В других законченных скважинах нагревают вещество внутри затрубного барьера так, что вещество переходит в газообразное состояние и за счет этого увеличивает свой объем, разжимая разжимную металлическую муфту.

Однако, поскольку проверка правильности осуществления разжимания затрубного барьера может вызывать трудности, может возникнуть неопределенность относительно изолирующих и уплотняющих свойств затрубного барьера между первой и второй зонами, если функционирование скважины после заканчивания отличается от запланированного.

В таком случае для изоляции продуктивной зоны используют два затрубных барьера, при этом тестирование давления и температуры может легко быть выполнено через эксплуатационное отверстие в эксплуатационной обсадной колонне между двумя затрубными барьерами посредством инструмента для тестирования, известного из документа US 2003/213591. Однако тестирование изоляционных и уплотняющих свойств затрубных барьеров посредством таких инструментов невозможно.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в полном или частичном преодолении упомянутых выше недостатков уровня техники. Более конкретно, задача состоит в создании усовершенствованной системы заканчивания скважин, имеющей затрубные барьеры, изоляционные и уплотняющие свойства которых могут быть протестированы.

Вышеупомянутые задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из следующего далее описания, выполнены в решении согласно настоящему изобретению посредством системы заканчивания скважин, содержащей:

- эксплуатационную обсадную колонну, установленную в стволе скважины; и

- систему затрубного барьера, предназначенную для разжимания в затрубном пространстве между эксплуатационной обсадной колонной и стенкой ствола скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией в скважине для обеспечения изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление ствола скважины, причем система затрубного барьера содержит затрубный барьер, содержащий:

- трубчатую металлическую часть, предназначенную для установки в качестве части эксплуатационной обсадной колонны, причем трубчатая металлическая часть имеет наружную поверхность;

- разжимную металлическую муфту, окружающую трубчатую металлическую часть и имеющую внутреннюю поверхность муфты, обращенную к трубчатой металлической части, и наружную поверхность муфты, обращенную к стенке ствола скважины, причем каждый конец разжимной металлической муфты соединен с трубчатой металлической частью; и

- кольцевое пространство между внутренней поверхностью разжимной металлической муфты и трубчатой металлической частью, причем кольцевое пространство имеет давление пространства;

при этом система заканчивания скважин дополнительно содержит сенсорное устройство, которое связано с первой зоной и/или второй зоной, соответственно, причем сенсорное устройство выполнено с возможностью измерения первого давления первой зоны и второго давления второй зоны для проверки изоляции зон.

Благодаря размещению сенсорного устройства так, что оно связано со второй зоной, не являющейся продуктивной зоной, для измерения второго давления второй зоны, обеспечена возможность проверки изоляции зоны затрубного барьера, обеспечивающей изоляцию зоны между первой зоной и второй зоной. Когда давление в продуктивной зоне, которая является первой зоной, изменяется, давление во второй зоне должно оставаться неизменным, если затрубный барьер обеспечивает необходимые изоляционные и уплотняющие свойства. Давление в продуктивной зоне изменяется по мере того, как в эксплуатационной обсадной колонне создается избыточное давление изнутри во время разжимания затрубных барьеров и разрывается пласт.

Вторая зона может представлять собой продуктивную зону.

Также, сенсорное устройство может быть расположено в первой зоне.

Кроме того, сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью измерения первого давления первой зоны для проверки изоляции зоны.

В скважине может быть установлена эксплуатационная обсадная колонна для извлечения углеводородсодержащей текучей среды из пласта.

Дополнительно, сенсорное устройство может быть расположено снаружи трубчатой металлической части.

Помимо этого, сенсорное устройство может содержать акустический преобразователь.

Указанный акустический преобразователь может быть выполнен с возможностью передачи и/или приема механических вибраций.

Дополнительно, сенсорное устройство может содержать пьезоэлектрический элемент.

Пьезоэлектрический элемент может быть выполнен с возможностью передачи и/или приема механических вибраций.

Также, сенсорное устройство может содержать по меньшей мере первый датчик давления для измерения первого и второго давлений.

Кроме того, сенсорное устройство может содержать управляющий модуль для обеспечения связи между первым датчиком давления и первой зоной или первым датчиком давления и второй зоной.

Также, сенсорное устройство может быть связано с возможностью передачи текучей среды с первой зоной и/или второй зоной.

Кроме того, первый датчик давления может быть соединен с возможностью передачи текучей среды с первой зоной и/или второй зоной.

Дополнительно, первый датчик давления может быть соединен с первой зоной посредством канала для текучей среды.

Далее, канал для текучей среды может быть разделен выполненной с возможностью перемещения перегородкой, например поршнем или мембраной.

Управляющий модуль может содержать переключатель и/или соленоид.

Кроме того, в соединении с первым датчиком давления может быть расположен трехходовой клапан, при этом трехходовой клапан выполнен с возможностью управления соленоидом.

Также, первый датчик давления может быть связан с первой зоной, и второй датчик давления может быть связан со второй зоной.

Далее, первый датчик давления может быть расположен в первой зоне, и второй датчик давления может быть расположен во второй зоне.

Один или оба конца разжимной металлической муфты могут быть соединены с трубчатой металлической частью посредством соединительных частей.

Сенсорное устройство может дополнительно содержать челночный клапан, имеющий элемент, выполненный с возможностью перемещения по меньшей мере между первым положением и вторым положением, причем челночный клапан имеет первое впускное отверстие, связанное с возможностью передачи текучей среды со второй зоной, и второе впускное отверстие, связанное с возможностью передачи текучей среды с первой зоной, при этом челночный клапан имеет выпускное отверстие, связанное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, причем в первом положении первое впускное отверстие связано с возможностью передачи текучей среды с выпускным отверстием с обеспечением уравнивания второго давления второй зоны с давлением пространства, и во втором положении второе выпускное отверстие связано с возможностью передачи текучей среды с выпускным отверстием с обеспечением уравнивания первого давления первой зоны с давлением пространства.

Кроме того, первый датчик давления может быть расположен в соединении со вторым впускным отверстием челночного клапана, и второй датчик давления может быть расположен в соединении с первым впускным отверстием челночного клапана.

Скважинная система затрубного барьера, описанная выше, может дополнительно содержать третий датчик давления, связанный с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством.

Указанный третий датчик давления может быть расположен в соединении с выпускным отверстием челночного клапана.

Также, третий датчик давления может быть расположен в кольцевом пространстве.

Кроме того, третий датчик давления может быть расположен в первой зоне или второй зоне.

Сенсорное устройство может содержать модуль хранения данных, например память, записывающий модуль или центральный процессор.

Далее, сенсорное устройство может содержать коммуникационный модуль.

Указанный коммуникационный модуль может содержать передатчик, предпочтительно беспроводной передатчик.

Кроме того, коммуникационный модуль может содержать акустический преобразователь.

Указанный акустический преобразователь может содержать пьезоэлектрический элемент.

Дополнительно, сенсорное устройство может содержать источник питания.

Также, коммуникационный модуль может содержать индукционный модуль, выполненный с возможностью зарядки источника питания через обсадную колонну.

В дополнение к этому, сенсорное устройство может содержать дополнительный датчик, выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного свойства текучей среды, причем свойство текучей среды может представлять собой, например, электрическую емкость, удельное сопротивление, скорость потока, содержание воды или температуру.

Дополнительный датчик может представлять собой датчик скорости потока, емкостный датчик, датчик удельного сопротивления, акустический датчик, датчик температуры или тензометрический датчик.

Также, беспроводная передача может осуществляться посредством антенны, индукции, электромагнитного излучения или телеметрии.

Кроме того, разжимная муфта может быть изготовлена из металла.

Дополнительно, трубчатая часть может быть изготовлена из металла.

Далее, в трубчатой металлической части может быть выполнено отверстие.

Между соединительной частью или концом разжимной металлической муфты и трубчатой металлической частью может быть расположено уплотнительное средство.

Кроме того, кольцевое пространство может содержать вторую муфту.

Система заканчивания скважин согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать скважинный инструмент, имеющий коммуникационный модуль инструмента, предназначенный для считывания и/или загрузки измерений из системы затрубного барьера.

Также, система заканчивания скважин, описанная выше, может дополнительно содержать источник давления для повышения первого давления первой зоны или для повышения второго давления второй зоны.

Дополнительно, первое давление можно увеличивать через фрак-порт, скользящую муфту, впускной клапан или порт, муфту с отверстиями или с поверхности.

В соединении со скважинной трубчатой конструкцией может быть расположено множество систем затрубных барьеров.

Далее, вдоль скважинной трубчатой конструкции могут быть расположены коммуникационные модули.

Настоящее изобретение относится также к способу проверки для проверки изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление ствола скважины, причем способ содержит следующие этапы:

- разжимание системы затрубного барьера, описанной выше, для обеспечения изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление;

- повышение первого давления;

- измерение первого повышенного давления и второго давления; и

- выполнение проверки изоляции путем сравнения повышенного первого давления со вторым давлением.

Способ проверки, описанный выше, может дополнительно содержать этап передачи измеряемых давлений скважинному инструменту и/или приемнику.

Также, способ проверки, описанный выше, может содержать этап зарядки источника питания системы затрубного барьера посредством скважинного инструмента.

Настоящее изобретение относится также к способу мониторинга для мониторинга состояния скважины, содержащему следующие этапы:

- разжимание системы затрубного барьера, описанной выше, для обеспечения изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление;

- измерение первого давления;

- измерение второго давления;

- повторение этапов измерения первого и второго давлений; и

- сохранение и/или передача измеряемых давлений.

Способ мониторинга, описанный выше, может также содержать этап измерения третьего давления внутри кольцевого пространства посредством третьего датчика давления в процессе разжимания разжимной металлической муфты затрубного барьера.

Дополнительно, способ мониторинга, описанный выше, может содержать следующие этапы:

- измерение третьего давления внутри кольцевого пространства;

- сравнение третьего давления с первым давлением и/или вторым давлением; и

- уравнивание третьего давления с первым давлением или вторым давлением.

Наконец, способ мониторинга, описанный выше, может содержать этап зарядки источника питания системы затрубного барьера посредством скважинного инструмента.

Краткое описание чертежей

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

- на фиг. 1а показан вид в разрезе системы заканчивания скважин;

- на фиг. 1b показан вид в разрезе системы затрубного барьера;

- на фиг. 2 показан вид в разрезе еще одной системы затрубного барьера, имеющей коммуникационный модуль;

- на фиг. 3 показан вид в разрезе системы затрубного барьера, имеющей два датчика давления;

- на фиг. 4 показан вид в разрезе системы затрубного барьера, имеющей источник питания;

- на фиг. 5 показан вид в разрезе системы затрубного барьера, имеющей два отдельных датчика давления;

- на фиг. 6 показан вид в разрезе еще одной системы затрубного барьера;

- на фиг. 7 показан вид в разрезе системы затрубного барьера, имеющей третий датчик давления;

- на фиг. 8а показан вид в изометрии системы затрубного барьера;

- на фиг. 8b показан челночный клапан;

- на фиг. 9 показано сенсорное устройство, содержащее узел со срезным штифтом;

- на фиг. 10 показан вид в разрезе еще одной системы затрубного барьера;

- на фиг. 11 показана еще одна система заканчивания скважин; и

- на фиг. 12 показано еще одно сенсорное устройство.

Все чертежи выполнены схематически и без обязательного соблюдения масштаба, при этом на них изображены только те части, которые необходимы для разъяснения изобретения, тогда как другие части опущены или же носят необязательный характер.

Осуществление изобретения

На фиг. 1а показана система 200 заканчивания скважин, содержащая эксплуатационную обсадную колонну 3, постоянно установленную в стволе 6 скважины для извлечения углеводородсодержащей текучей среды из пласта скважины, и систему 100 затрубного барьера, содержащую два затрубных барьера 1, разжатые в затрубном пространстве 2 между эксплуатационной обсадной колонной 3 и стенкой 5 ствола 6 скважины в скважине с обеспечением изоляции продуктивной зоны для извлечения углеводородсодержащей текучей среды из пласта. Таким образом, один из барьеров обеспечивает изоляцию зоны между первой зоной 101, имеющей первое давление P₁, и второй зоной 102, являющейся продуктивной зоной и имеющей второе давление Р₂ ствола скважины. Каждая система 100 затрубного барьера содержит трубчатую металлическую часть 7, установленную в качестве части эксплуатационной обсадной колонны 3, и разжимную металлическую муфту 8, окружающую трубчатую металлическую часть 7 и соединенную с наружной поверхностью трубчатой металлической части, образуя кольцевое пространство 15 между разжимной металлической муфтой и трубчатой металлической частью. Изоляцию обеспечивают путем разжимания разжимной металлической муфты, например за счет повышения давления внутри трубчатой металлической части и впуска текучей среды под давлением в кольцевое пространство. Затрубный барьер 1 содержит сенсорное устройство 16, которое связано с возможностью передачи текучей среды с первой зоной и выполнено с возможностью измерения по меньшей мере первого давления первой зоны для проверки изоляции зоны. Сенсорное устройство 16 расположено снаружи трубчатой металлической части в первой зоне и связано с возможностью передачи текучей среды с первой зоной.

Благодаря расположению сенсорного устройства так, что оно связано с первой зоной, не являющейся продуктивной зоной, для измерения первого давления первой зоны, обеспечена возможность проверки изоляции зоны затрубным барьером, обеспечивающим изоляцию зоны между продуктивной зоной 102 и первой зоной 101. Когда давление в продуктивной зоне 102 изменяется, давление в первой зоне должно оставаться неизменным, если затрубный барьер обеспечивает необходимые изоляционные и уплотняющие свойства. Давление в продуктивной зоне 102 изменяется по мере того, как в эксплуатационной обсадной колонне создается избыточное давление изнутри во время разжимания затрубных барьеров и по мере того, как осуществляется разрыв пласта. После разжимания затрубного барьера и образования им уплотнения в стволе скважины, давление в продуктивной зоне 102 будет продолжать повышаться, пока не будет снижено давление внутри трубчатой металлической части, однако давление в первой зоне 101 не повышается, что обеспечивает возможность проверки изоляционной способности затрубного барьера. В дальнейшем изоляционная способность затрубного барьера может быть легко проверена путем повышения давления в продуктивной зоне 101 в процессе измерения давления в первой зоне 101, которое должно оставаться постоянным в процессе создания избыточного давления в продуктивной зоне, если затрубный барьер работает правильно.

На фиг. 1b показана скважинная система 100 затрубного барьера, содержащая затрубный барьер 1, предназначенный для разжимания в затрубном пространстве 2 в углеводородсодержащей продуктивной скважине 103 между эксплуатационной обсадной колонной 3 и стенкой 5 ствола 6 скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией 3а (как показано на фиг. 2) в скважине для обеспечения изоляции зоны между первой зоной 101, имеющей первое давление P₁ и второй зоной 102, имеющей второе давление Р₂ ствола скважины, для извлечения углеводородсодержащей текучей среды из одной зоны, а не из другой зоны. Первая зона находится ближе всего к нижней части ствола скважины, и вторая зона находится ближе всего к верхней части ствола скважины рядом с поверхностью скважины 103, причем вторая зона является продуктивной зоной.

Затрубный барьер содержит трубчатую металлическую часть 7, выполненную с возможностью установки в качестве части скважинной трубчатой конструкции 3 (как показано на фиг. 2), являющейся колонной обсадных труб или эксплуатационной обсадной колонной 3 для извлечения углеводородсодержащей текучей среды, например посредством обычных резьбовых соединений. Трубчатая металлическая часть 7 имеет наружную поверхность 4, окруженную разжимной металлической муфтой 8. Разжимная металлическая муфта имеет внутреннюю поверхность 9 муфты, обращенную к трубчатой металлической части, и наружную поверхность 10 муфты, обращенную к стенке ствола скважины. Каждый конец 12, 13 разжимной металлической муфты соединен с трубчатой металлической частью, заключая в себе кольцевое пространство 15 между внутренней поверхностью разжимной металлической муфты 8 и трубчатой металлической частью 7. Кольцевое пространство 15 имеет давление P_s пространства, которое повышают для разжимания разжимной металлической муфты 8 за счет впуска текучей среды под давлением в пространство 15 изнутри трубчатой металлической части 7 или за счет химической реакции или разложения компонентов, присутствующих в кольцевом пространстве 15. Разжимная металлическая муфта 8 разжимается до вхождения в контакт со стенкой 5 ствола 6 скважины или другой скважинной трубчатой конструкции 3а (как показано на фиг. 2), и при разжимании муфты 8 она разделяет затрубное пространство на две зоны, первую и вторую зоны 101, 102, соответственно.

Для проверки указанной изоляции зоны, система 100 затрубного барьера дополнительно содержит сенсорное устройство 16, которое связано с текучей средой первой зоны 101 и текучей средой второй зоны 102, соответственно. Сенсорное устройство 16 выполнено с возможностью измерения первого давления P₁ первой зоны 101 и второго давления Р₂ второй зоны 102 для проверки изоляции зоны. Чаще всего давление второй зоны, находящейся ближе всего к устью, повышают, чтобы проверить, обеспечивает ли затрубный барьер 1 достаточную изоляцию зоны. В другой ситуации повышают давление первой зоны 101 вместо давления второй зоны 102.

Для измерения давления сенсорное устройство 16 содержит по меньшей мере первый датчик 17 давления для измерения первого и второго давлений. Как показано на фиг. 1b, сенсорное устройство 16 содержит управляющий модуль 18 для обеспечения связи между первым датчиком 17 давления и первой зоной 101 или первым датчиком давления и второй зоной 102. Управляющий модуль 18 переключается между первым положением, в котором первый датчик 17 давления связан с первым давлением P₁ в первой зоне 101, и вторым положением, в котором первый датчик 17 давления связан со вторым давлением Р₂ во второй зоне 102. Таким образом, управляющий модуль 18 может содержать переключатель или соленоид для переключения между первым положением и вторым положением или даже третьим положением для измерения давления пространства.

Как показано на фиг. 1b, сенсорное устройство и, следовательно, первый датчик давления связаны с возможностью передачи текучей среды с первой зоной и/или второй зоной посредством первого канала 21 для текучей среды и второго канала 22 для текучей среды. Первый канал для текучей среды обеспечивает связь с возможностью передачи текучей среды с первой зоной, и/или второй канал для текучей среды обеспечивает связь с возможностью передачи текучей среды со второй зоной. Первый канал для текучей среды расположен во втором конце 13 разжимной металлической муфты, и первый канал для текучей среды отходит от второго конца 13 разжимной металлической муфты 8 через кольцевое пространство в первый конец 12 разжимной металлической муфты 8. Таким образом, сенсорное устройство 16 в первой зоне 101 имеет датчик, обеспечивающий беспроводную связь со вторым датчиком или коммуникационным модулем во втором положении.

Как показано на фиг. 2, второй канал для текучей среды разделяется подвижной перегородкой, например поршнем или мембраной. За счет этого первый датчик давления не связан напрямую с загрязненной скважинной текучей средой, и, хотя это не показано, первый канал также может разделяться подвижной перегородкой 23, например поршнем или мембраной. Сенсорное устройство 16 содержит модуль 19 хранения данных, например память, записывающий модуль или центральный процессор. Кроме того, сенсорное устройство 16 содержит коммуникационный модуль 24 для сообщения измеряемых данных инструменту, как показано на фиг. 11, в скважинной трубчатой конструкции 3 или коммуникационному модулю 46 выше по скважине, как показано на фиг. 1а. Коммуникационный модуль 24 содержит передатчик, предпочтительно беспроводной передатчик, так что обеспечена возможность беспроводной передачи данных посредством антенны, индукции, электромагнитного излучения, акустики или телеметрии. Сенсорное устройство дополнительно содержит источник 35 питания, который может представлять собой батарею, например перезаряжаемую батарею. Сенсорное устройство 16 может также быть временно запитанным от инструмента 50 (как показано на фиг. 11), если сенсорное устройство не имеет источника питания или вообще питания. Тогда инструмент перемещают в место, где находится сенсорное устройство, и инструмент обеспечивает сенсорное устройство достаточным питанием для выполнения измерений и загрузки данных в инструмент.

Как показано на фиг. 3, первый датчик 17 давления связан с первой зоной 101, и второй датчик 36 давления связан со второй зоной 102. Первый и второй датчики расположены во втором конце 13 муфты 8. Таким образом, первая зона имеет датчик, осуществляющий беспроводную связь с положением второго датчика.

Как показано на фиг. 2, первый конец 12 разжимной металлической муфты 8 соединен с трубчатой металлической частью 7 посредством первой соединительной части 14, и второй конец 13 разжимной металлической муфты 8 соединен с трубчатой металлической частью 7 посредством второй соединительной части 15b. Второй канал 22 для текучей среды проходит через первую и вторую соединительные части 14, 15b, и сенсорное устройство 16 расположено во второй соединительной части 15b. В другом варианте осуществления изобретения только один конец разжимной металлической муфты 8 соединен с трубчатой металлической частью посредством соединительных частей.

Как показано на фиг. 3, сенсорное устройство 16 может быть отдельной частью, выполненной с возможностью присоединения в качестве добавочного модуля к затрубному барьеру 1. Сенсорное устройство 16 расположено вокруг трубчатой металлической части 7 и соединено со вторым каналом для текучей среды. Коммуникационный модуль 24 расположен ближе всего к наружной поверхности трубчатой металлической части 7, благодаря чему связь через скважинную трубчатую конструкцию или эксплуатационную обсадную колонну становится проще и повышается ее качество.

Как показано на фиг. 4, сенсорное устройство 16 встроено во второй конец 13 разжимной металлической муфты 8, имеющей увеличенную толщину, благодаря чему в процессе разжимания концы сохраняют свою форму и не подвергаются деформации, что позволяет сохранять уплотнение между разжимной металлической муфтой 8 и трубчатой металлической частью 7.

Как показано на фиг. 5, второй датчик 36 давления расположен в первой соединительной части 14, и измеряемые данные записывают в модуль 19 хранения данных, например в память, через линию 37а электрической связи, проходящую через кольцевое пространство 15 или в трубчатой металлической части 7 (не показано). Таким образом, первый датчик 17 давления расположен в первой зоне 101 и/или второй датчик 36 давления расположен во второй зоне 102. Измеряемые данные с датчиков 17, 36 могут быть сохранены в модуле 19 хранения данных и переданы посредством коммуникационного модуля 24 непрерывно или порциями данных через определенные интервалы, или же могут быть сброшены в инструмент в скважине. Таким образом, данные могут быть переданы без их хранения, за счет чего можно обойтись без устройства хранения.

Как показано на фиг. 6, в соединении со вторым датчиком 36 давления расположен второй коммуникационный модуль 24а для передачи измеряемых данных от второго датчика 36 давления коммуникационному модулю, расположенному во второй соединительной части 15b. При этом передача происходит беспроводным образом, и коммуникационные модули могут как отправлять, так и принимать данные и/или сигналы о работе. Сенсорное устройство 16 дополнительно содержит процессор 38 для сравнения данных от одного датчика с данными от другого датчика. Таким образом, в модуле 19 хранения хранятся только изменения в измеряемых данных/величинах, что обеспечивает незагруженность объема хранения нерелевантными данными. Кроме того, сенсорное устройство 16 содержит источник 35 питания для подачи питания датчикам и другим электронным модулям в сенсорном устройстве 16. Система 100 может быть также запрограммирована для хранения данных на основании времени, изменений давления или остатка имеющейся памяти.

Как показано на фиг. 7, сенсорное устройство 16 дополнительно содержит дополнительные датчики 41, выполненные с возможностью измерения по меньшей мере одного свойства текучей среды, например электрической емкости, удельного сопротивления, содержания воды, температуры или шума (акустика). Таким образом, дополнительный датчик может представлять собой датчик скорости потока, емкостный датчик, датчик удельного сопротивления, акустический датчик, датчик температуры или тензометрический датчик.

Сенсорное устройство 16 образует модуль скважинных данных (WDM), повторно используя датчики для мониторинга скважины 103 после разжимания затрубного барьера 1 и проверки изоляционной способности. Дополнительные датчики могут быть использованы для проверки изоляционной способности и/или мониторинга скважины, например для обнаружения прорыва воды в продуктивной зоне или просто снижения давления в продуктивной зоне, например в первой или второй зоне.

Как показано на фиг. 8а, сенсорное устройство 16 дополнительно содержит челночный клапан 11, образующий модуль 11 предотвращения смятия, имеющий элемент 20 (как показано на фиг. 8b), выполненный с возможностью сдвигания в двух противоположных направлениях между первым положением и вторым положением в зависимости от давления в первой и второй зонах. Челночный клапан 11 расположен на наружной поверхности трубчатой металлической части 7 или на наружной поверхности эксплуатационной обсадной колонны или скважинной трубчатой конструкции 3, как показано на фиг. 10. Челночный клапан 11 и, следовательно, сенсорное устройство 16 расположены с примыканием к разжимной металлической муфте 8, упираясь в соединительные части второго конца разжимной металлической муфты 8. Как показано на фиг. 3, сенсорное устройство 16 расположено с упором в разжимную металлическую муфту 8. Как показано на фиг. 8а, сенсорное устройство 16 расположено снаружи кольцевого пространства в соединительных частях.

Челночный клапан 11 имеет первое впускное отверстие 25, связанное с возможностью передачи текучей среды со второй зоной, и второе впускное отверстие 26, связанное с возможностью передачи текучей среды с первой зоной, причем челночный клапан имеет выпускное отверстие, связанное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, при этом в первом положении первое впускное отверстие 25 связано с возможностью передачи текучей среды с выпускным отверстием с обеспечением уравнивания второго давления второй зоны с давлением пространства, и во втором положении второе впускное отверстие 26 связано с возможностью передачи текучей среды с выпускным отверстием с обеспечением уравнивания первого давления первой зоны с давлением пространства. Второй датчик 36 давления расположен в соединении с первым впускным отверстием 25 челночного клапана, и первый датчик 17 давления расположен в соединении со вторым впускным отверстием 26 челночного клапана. Кроме того, в соединении с выпускным отверстием 27 расположен третий датчик давления, измеряющий давление пространства и, таким образом, выполненный с возможностью измерения давления в процессе разжимания затрубного барьера.

Как показано на фиг. 8b, первое впускное отверстие 25 модуля 11 предотвращения смятия связано с возможностью передачи текучей среды со второй зоной через трубопровод 45 (показан на фиг. 10), проходящий через кольцевое пространство 15, как показано на фиг. 10. Кроме того, на наружной поверхности трубчатой металлической части 7 перед вторым впускным отверстием 26 расположена сетка 44, показанная на фиг. 8а и 10. Трубопровод 45, показанный на фиг. 10, прикреплен к первому концу 12 разжимной металлической муфты 8 и связан с возможностью передачи текучей среды со второй зоной 102 через канал в первом конце 12 разжимной металлической муфты 8 и через сетку 44 или фильтр 44, расположенный снаружи пространства 15 с примыканием к разжимной металлической муфте 8. Поскольку текучая среда из второй зоны 102 протекает сквозь сетку 44, лишь самые мелкие частицы могут попадать с текучей средой в трубопровод 45 и дальше в челночный клапан 11, расположенный в первой зоне 101. Точно так же текучая среда из первой зоны 101 проходит через сетку 44 или фильтр 44 перед попаданием в челночный клапан 11.

Трубопровод 45, показанный на фиг. 10, расположен в пространстве 15 и проходит по спирали вокруг наружной поверхности 4 трубчатой металлической части 7. Таким образом, трубопровод 45 функционирует также в качестве средства предотвращения смятия в процессе введения затрубного барьера 1 в ствол скважины. В процессе введения эксплуатационной обсадной колонны или скважинной трубчатой конструкции 3 для добычи углеводородсодержащей текучей среды разжимная металлическая муфта 8 может ударяться в выступы в стволе скважины, что могло бы вызвать некоторое смятие разжимной металлической муфты 8 внутрь, если бы трубопровод 45 отсутствовал. Трубопровод 45 может быть соединен с первым впускным отверстием 25 челночного клапана 11 и сенсорным устройством 16 в другой плоскости сечения, отличной от показанной на фиг. 10. Штриховой линией показано положение разжимной металлической муфты 8 после разжимания.

Как показано на фиг. 8b, элемент 20 челночного клапана представляет собой поршень 20а, выполненный с возможностью перемещения в корпусе 29 поршня между первым положением и вторым положением. Корпус 29 поршня имеет полость 32, в которой расположена пружина 31. Пружина 31 сжимается, когда поршень 20а перемещается в первом направлении ко второму впускному отверстию 26 и второе давление выше, чем давление пространства и первое давление. Поршень 20а перемещается до тех пор, пока не будет открыт доступ к выпускному отверстию 27 и, тем самым, пока не будет обеспечена связь с возможностью передачи текучей среды в пространство. Когда давление пространства будет уровнено со вторым давлением, пружина 31 воздействует с усилием на поршень 20а в обратном направлении, разрывая тем самым связь с возможностью передачи текучей среды между первым впускным отверстием 25 и выпускным отверстием 27 и обеспечивая связь с возможностью передачи текучей среды между первой зоной и пространством.

Как показано на фиг. 9, затрубный барьер 1 дополнительно содержит узел 37 со срезным штифтом. Узел 37 со срезным штифтом имеет порт А, выполненный с возможностью приема текучей среды изнутри скважинной трубчатой конструкции через сетку 44. Порт А соединен с возможностью передачи текучей среды с портом D в процессе разжимания, что обеспечивает разжимание разжимной металлической муфты 8 под действием разжимающей текучей среды внутри скважинной трубчатой конструкции. Когда разжимная металлическая муфта 8 разжимается так, что упирается в стенку ствола скважины, давление нарастает и обеспечивается срезание срезного штифта или диска в узле со срезным штифтом, что в свою очередь обеспечивает разрыв соединения с возможностью передачи текучей среды из порта А, и обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между портом В и портом С, так что текучая среда из второго впускного отверстия может попадать в пространство через узел со срезным штифтом. Когда увеличивается второе давление во второй зоне, текучая среда из порта Е, соединенного с портом I, который представляет собой первое впускное отверстие 25, давит на элемент в челночном клапане, приводя его в движение, что обеспечивает связь с возможностью передачи текучей среды между портом I и портом Н, который представляет собой выпускное отверстие, и, таким образом, далее через порты В и С и в пространство через порт D. Когда увеличивается первое давление в первой зоне, на элемент воздействует усилие в противоположном направлении, и обеспечивается связь с возможностью передачи текучей средой между портом G и портом Н, т.е. связь с возможностью передачи текучей среды между вторым впускным отверстием и выпускным отверстием челночного клапана или модуля 11 предотвращения смятия, за счет чего текучая среда попадает в пространство через порты В, С и D.

Как показано на фиг. 12, управляющий модуль 18 содержит трехходовой клапан 48, расположенный в соединении с первым датчиком 17 давления. Трехходовой клапан выполнен с возможностью управления посредством соленоида 42 для осуществления переключения связи с возможностью передачи текучей среды между первым датчиком 17 давления и, соответственно, первой или второй зоной.

Затрубный барьер 1 может содержать третий датчик 43 давления, связанный с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством. Как показано на фиг. 8а, третий датчик 43 давления расположен в соединении с выпускным отверстием 27 клапана 11, и как показано на фиг. 7, третий датчик 43 давления расположен в кольцевом пространстве 15 вместе с третьим коммуникационным модулем 24b, что обеспечивает возможность передачи данных. Как показано на фиг. 8а, третий датчик давления расположен в первой зоне, однако сенсорное устройство 16 и, следовательно, датчики давления могут также быть расположены во второй зоне.

Затрубный барьер 1 изготовлен по существу из металла; таким образом, разжимная металлическая муфта изготовлена из металла, и трубчатая металлическая часть изготовлена из металла. Затрубный барьер может содержать уплотняющие элементы, расположенные на наружной поверхности разжимной металлической муфты 8 и в пространстве между трубчатой металлической частью и концами разжимной металлической муфты 8 или соединительных частей 14, 15b.

Как показано на фиг. 10, в трубчатой металлической части расположено отверстие 28 для впуска текучей среды под давлением в кольцевое пространство 15 для разжимания разжимной металлической муфты 8. Кроме того, хотя это не показано, затрубный барьер может содержать вторую муфту, расположенную в кольцевом пространстве 15, и в разжимной металлической муфте может быть выполнено отверстие, чтобы обеспечивать прохождение текучей среды из одной из зон в отверстие в муфте и уравнивание давления в кольцевом пространстве, не ухудшая изоляционной способности затрубного барьера 1, поскольку вторая муфта разрывает связь с возможностью передачи текучей среды со скважинной трубчатой конструкцией.

Отклик датчика давления может быть использован для оценки разжимания затрубного барьера 1. Поскольку геометрия разжимного порта или отверстия известны, информация о давлении и времени в процессе разжимания может быть использована для подтверждения разжимания путем оценки общего объема, используемого для разжимания затрубного барьера и, тем самым, объема кольцевого пространства после разжимания.

Как показано на фиг. 1а, изобретение относится также к системе 200 заканчивания скважин, содержащей скважинную трубчатую конструкцию или эксплуатационную обсадную колонну 3 и две системы 100 затрубных барьеров для изоляции продуктивной зоны или второй зоны 102. Затрубные барьеры 1 соединены с сенсорными устройствами 16 так, что самое нижнее сенсорное устройство в скважине осуществляет связь, например беспроводным образом, с сенсорным устройством 16, расположенным выше и ближе к устью 47 скважины, которое затем осуществляет связь с коммуникационными модулями 46. Система заканчивания скважин дополнительно содержит источник 53 давления для повышения второго давления второй зоны с верхней части скважины. Первое давление в первой зоне или второе давление во второй зоне может быть повышено также через фрак-порт 54 (как показано на фиг. 11), скользящую муфту, впускной клапан или порт или через муфту с отверстиями.

Как показано на фиг. 11, система 200 заканчивания скважин дополнительно содержит скважинный инструмент 50, имеющий коммуникационный модуль 51 инструмента, предназначенный для считывания и/или загрузки измерений из сенсорного устройства 16 системы 100 затрубного барьера.

Настоящее изобретение относится также к способу проверки для проверки изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление ствола скважины. После разжимания системы затрубного барьера согласно настоящему изобретению она обеспечивает изоляцию зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление. Однако необходима проверка того, что изоляция зоны функционирует желаемым образом.

Проверку выполняют путем повышения первого давления в первой зоне. Повышение давления может осуществляться, например, путем повышения давления текучей среды с поверхности скважины, за счет чего будет обеспечиваться, что первое давление превышает давление пласта и, таким образом, второе давление во второй зоне. Повышение давления может быть также достигнуто другими мерами. Так, давление гидроразрыва повышает давление в зоне, на которое оно воздействует, вследствие чего это повышенное давление может быть использовано для проверки изоляции зоны между зоной, где происходит разрыв, и прилегающей зоной, изолированной системой затрубного барьера согласно изобретению.

После повышения первого давления его измеряют, а также измеряют второе давление. Затем два измеренных давления сравнивают друг с другом. Если повышенное первое давление в момент сравнения выше второго давления, изоляция зоны не нарушена. Однако если повышенное первое давление по существу равно второму давлению, желаемая изоляция зоны между первой и второй зонами, по всей вероятности, нарушена. Таким образом, для обеспечения изоляции зоны может быть разжата другая система затрубного барьера, которая затем может быть проверена так же, как это описано выше.

Измеренные первое и второе давления с обеих сторон системы затрубного барьера могут быть переданы от сенсорного устройства скважинному инструменту и/или приемнику для дальнейшей обработки.

Сенсорное устройство содержит источник питания, например модуль батарей, который может быть использован с течением времени. Таким образом, источник питания предпочтительно является перезаряжаемым, чтобы его можно было заряжать, например, посредством скважинного инструмента, имеющего модуль зарядки.

Предпочтительно, после проверки изоляции зоны с использованием системы затрубного барьера согласно настоящему изобретению сенсорное устройство системы затрубного барьера может впоследствии быть использовано для мониторинга скважины.

Соответственно, предложен способ мониторинга для мониторинга состояния скважины посредством системы затрубного барьера согласно изобретению. Способ мониторинга содержит следующие этапы:

- разжимание системы затрубного барьера для обеспечения изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление;

- измерение первого давления;

- измерение второго давления;

- повторение этапов измерения первого и второго давлений; и

- сохранение и/или передача измеряемых давлений.

Повторяя измерения первого и второго давлений, можно осуществлять мониторинг состояния скважины в месте расположения системы затрубного барьера с точки зрения давлений. Например, если обнаружено, что давление изменяется, это может указывать на увеличение содержания воды в скважинной текучей среде в данной зоне.

Повторные измерения давлений могут быть сохранены в модуле хранения, например записывающем устройстве или памяти, или же могут быть переданы беспроводным образом, например, к модулю скважинных данных. Модуль скважинных данных может принимать измеряемые данные из многих различных положений в скважине, что позволяет осуществлять мониторинг общего состояния и статуса скважины и, тем самым, оптимизировать производительность скважины с точки зрения измеряемых данных, среди прочего - измеряемых давлений.

Кроме того, в соединении с кольцевым пространством может быть установлен третий датчик давления для измерения третьего давления внутри кольцевого пространства. Третье давление можно непрерывно сравнивать с первым давлением и/или вторым давлением, при этом третье давление можно уравнивать с первым давлением, когда первое давление выше третьего давления, или же третье давление можно уравнивать со вторым давлением, когда второе давление выше третьего давления. За счет этого обеспечена возможность сохранения изоляции зоны даже в условиях, когда происходит повышение давления либо в первой, либо во второй зоне и, кроме того, обеспечена возможность значительного снижения вероятности смятия затрубного барьера.

Датчики давления или дополнительные датчики обеспечивают измерение свойства текучей среды, что порождает отклик или данные, которые хранятся и/или передаются для анализа. Таким образом, отклик датчиков может представлять собой измеряемые данные.

Ударный инструмент представляет собой инструмент, обеспечивающий локальное повышение давления для разжимания разжимной металлической муфты или создания повышенного давления в зоне для проверки изоляционной способности системы 100 затрубного барьера. Ударный инструмент содержит электрический двигатель для приведения в действие насоса. Насос закачивает текучую среду в корпус поршня, чтобы привести поршень в движение в корпусе. Поршень расположен на ходовой штанге. Насос выполнен с возможностью закачивания текучей среды в корпус поршня с одной стороны и одновременного откачивания текучей среды с другой стороны поршня.

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 газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, 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 скважинной трубчатой конструкцией или эксплуатационной обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, постоянно установленных в скважине и используемых при добыче нефти или природного газа. Трубчатая металлическая часть может быть изготовлена из металла и может быть изготовлена из того же металла, что и скважинная трубчатая конструкция.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован приводной модуль 52, например скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвижные рычаги с колесами, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения трактора и инструмента вперед в обсадной колонне. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.

Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его 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 заканчивания скаважин, способу проверки для проверки изоляции зоны. Способ мониторинга для мониторинга состояния скважины. Техническим результатом является создание затрубных барьеров, изоляционные и уплотняющие свойства которых могут быть протестированы. Система заканчивания скважин содержит эксплуатационную обсадную колонну, установленную в стволе скважины, и систему затрубного барьера, предназначенную для разжимания в затрубном пространстве между эксплуатационной обсадной колонной и стенкой ствола скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией в скважине для обеспечения изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление, ствола скважины. Система затрубного барьера также содержит затрубный барьер. Затрубный барьер содержит трубчатую металлическую часть, установленную в качестве части эксплуатационной обсадной колонны. Трубчатая металлическая часть имеет наружную поверхность. Затрубный барьер также содержит разжимную металлическую муфту, окружающую трубчатую металлическую часть. Каждый конец разжимной металлической муфты соединен с трубчатой металлической частью. Затрубный барьер содержит кольцевое пространство между внутренней поверхностью разжимной металлической муфты и трубчатой металлической частью, причем кольцевое пространство имеет давление пространства. Система затрубного барьера дополнительно содержит сенсорное устройство, содержащее по меньшей мере первый датчик давления, связанный с первой зоной и второй зоной для измерения первого и второго давления для проверки изоляции зоны. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Система (200) заканчивания скважин, содержащая:

- эксплуатационную обсадную колонну (3), установленную в стволе (6) скважины; и

- систему (100) затрубного барьера, предназначенную для разжимания в затрубном пространстве (2) между эксплуатационной обсадной колонной и стенкой (5) ствола (6) скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией (3а) в скважине для обеспечения изоляции зоны между первой зоной (101), имеющей первое давление (P₁), и второй зоной (102), имеющей второе давление (Р₂), ствола скважины, причем система затрубного барьера содержит затрубный барьер (1), содержащий:

- трубчатую металлическую часть (7), установленную в качестве части эксплуатационной обсадной колонны, причем трубчатая металлическая часть имеет наружную поверхность (4);

- разжимную металлическую муфту (8), окружающую трубчатую металлическую часть и имеющую внутреннюю поверхность (9) муфты, обращенную к трубчатой металлической части, и наружную поверхность (10) муфты, обращенную к стенке ствола скважины, причем каждый конец (12, 13) разжимной металлической муфты соединен с трубчатой металлической частью; и

- кольцевое пространство (15) между внутренней поверхностью разжимной металлической муфты и трубчатой металлической частью, причем кольцевое пространство имеет давление (P₅) пространства;

при этом система затрубного барьера дополнительно содержит сенсорное устройство (16), содержащее по меньшей мере первый датчик (17) давления, связанный с первой зоной и второй зоной, для измерения первого и второго давления для проверки изоляции зоны.

2. Система заканчивания скважин по п. 1, в которой сенсорное устройство содержит акустический преобразователь.

3. Система заканчивания скважин по п. 1, в которой сенсорное устройство содержит пьезоэлектрический элемент.

4. Система заканчивания скважин по п. 1, в которой сенсорное устройство содержит управляющий модуль (18) для обеспечения связи между первым датчиком давления и первой зоной или первым датчиком давления и второй зоной.

5. Система заканчивания скважин по п. 1, в которой первый датчик давления расположен в первой зоне, и система дополнительно содержит второй датчик давления, расположенный во второй зоне.

6. Система заканчивания скважин по п. 5, дополнительно содержащая третий датчик (43) давления, связанный с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством.

7. Система заканчивания скважин по любому из пп. 1-6, в которой сенсорное устройство содержит модуль (19) хранения, например память, записывающий модуль или центральный процессор.

8. Система заканчивания скважин по любому из пп. 1-7, в которой сенсорное устройство содержит коммуникационный модуль (24).

9. Система заканчивания скважин по п. 8, в которой коммуникационный модуль содержит акустический преобразователь.

10. Система заканчивания скважин по п. 9, в которой акустический преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент.

11. Система заканчивания скважин по любому из пп. 1-10, в которой сенсорное устройство содержит источник (35) питания.

12. Система заканчивания скважин по п. 11, в которой коммуникационный модуль содержит индукционный модуль, выполненный с возможностью зарядки источника питания.

13. Система заканчивания скважин по любому из пп. 1-12, в которой сенсорное устройство содержит дополнительный датчик (41), выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного свойства текучей среды, причем данное свойство текучей среды может представлять собой, например, электрическую емкость, удельное сопротивление, скорость потока, содержание воды или температуру.

14. Система заканчивания скважин по п. 13, в которой дополнительный датчик представляет собой датчик скорости потока, емкостный датчик, датчик удельного сопротивления, акустический датчик, датчик температуры или тензометрический датчик.

15. Способ проверки для проверки изоляции зоны между первой зоной (101), имеющей первое давление (P₁), и второй зоной (102), имеющей второе давление (Р₂), ствола скважины, содержащий:

- разжимание системы (100) затрубного барьера по любому из пп. 1-9 для обеспечения изоляции зоны между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, имеющей второе давление;

- повышение первого давления;

- измерение первого повышенного давления и второго давления; и

- выполнение проверки изоляции путем сравнения повышенного первого давления со вторым давлением.

16. Способ мониторинга для мониторинга состояния скважины (103), содержащий:

- разжимание системы (100) затрубного барьера по любому из пп. 1-9 для обеспечения изоляции зоны между первой зоной (101), имеющей первое давление (P₁), и второй зоной (102), имеющей второе давление (Р₂);

- измерение первого давления;

- измерение второго давления;

- повторение этапов измерения первого и второго давлений и

- сохранение и/или передача измеряемых давлений.

17. Способ мониторинга по п. 16, дополнительно содержащий:

- измерение третьего давления (P₅) внутри кольцевого пространства;

- сравнение третьего давления с первым давлением и/или вторым давлением и

- уравнивание третьего давления с первым давлением или вторым давлением.