СИСТЕМА ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНО ПОКРЫВАЮЩЕГО СЛОЯ Российский патент 2020 года по МПК E21B23/06 E21B33/127 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе заканчивания скважины, предназначенной для заканчивания скважины. Помимо этого, настоящее изобретение относится к способу заканчивания скважины для системы заканчивания скважины.

Уровень техники

Углеводороды в месторождении удерживаются перекрывающими пластами скальных пород с более низкой пропускающей способностью, действующими в качестве герметизирующего слоя, также называемого покрывающим слоем или покрывающей породой. Таким образом, для доступа к содержимому углеводородосодержащего месторождения обычно необходимо осуществить бурение через герметизирующий слой, если только содержимое из месторождения не просачивается, и такой герметизирующий слой отсутствует. При заканчивании скважины осуществляют бурение первой и верхней части скважины, а затем происходит проникновение в герметизирующий слой. После этого в отверстие вводят колонны обсадных труб, каждая из которых герметизируется посредством цемента, закачиваемого через башмак обсадной колонны и далее за пределы забоя ствола скважины, а также вверх в затрубное пространство, окружающее обсадную колонну, для заполнения затрубного пространства между обсадной колонной и стенкой ствола скважины для создания герметизации. При закачивании цемента в обсадную колонну, что соответствует заполнению затрубного пространства до необходимой высоты, например, до 200 метров, в нижней части колонны обсадных труб создают цементный стакан. После некоторого времени затвердевания цементный стакан высверливают, и нижнюю часть скважины заканчивают путем осуществления бурения внутрь месторождения. Подразумевается, что цемент обеспечивает герметизацию между покрывающей породой и обсадной колонной, но цемент не может быть протестирован путем нагнетания давления с нижней стороны цемента, поскольку находящаяся под давлением текучая среда будет вытекать через пласт ниже герметизирующего слоя. Таким образом, не может быть протестировано, образует ли цемент или нет надлежащую герметизацию относительно покрывающей породы, до осуществления бурения далее в пласт, открывая при этом месторождение и стравливая давление в месторождении. Для тестирования герметизирующих свойств цемента использовались различные типы цемента, например, цемент с радиоактивными частицами, но ни одна из этих попыток не имела особого успеха. Следовательно, в настоящее время многие скважины протекают, поскольку цемент не обеспечивает достаточной герметизации.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное преодоление упомянутых выше недостатков и изъянов, присущих известным из уровня техники решениям. Более конкретно, задача заключается в создании усовершенствованной системы заканчивания скважины, обеспечивающей возможность тестирования герметизации относительно покрывающего слоя.

Упомянутые задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из последующего описания, реализованы с помощью решения согласно настоящему изобретению посредством применения затрубного барьера в бесцементной системе заканчивания скважины, причем затрубный барьер содержит металлическую трубную часть, установленную в виде части первой металлической трубной конструкции скважины, расположенной в стволе скважины в пласте, при этом затрубный барьер расположен напротив непроницаемого покрывающего слоя в пласте.

Кроме того, настоящее изобретение относится к системе заканчивания скважины для заканчивания скважины, имеющей устье, содержащей:

- пласт, содержащий:

- непроницаемый покрывающий слой, имеющий верхний конец и нижний конец, и

- ствол скважины, проходящий через покрывающий слой и обеспечивающий наличие внутренней поверхности покрывающего слоя; и

- первую металлическую трубную конструкцию скважины, расположенную в стволе скважины, содержащую:

- первый затрубный барьер и второй затрубный барьер, причем каждый из затрубных барьеров содержит:

- металлическую трубную часть, причем металлическая трубная часть установлена в виде части первой металлической трубной конструкции скважины,

- разжимной трубчатый элемент, окружающий металлическую трубную часть, причем каждый конечный участок разжимного трубчатого элемента соединен с металлической трубной частью,

- пространство затрубного барьера между металлической трубной частью и разжимным трубчатым элементом, и

- отверстие разжимания в металлической трубной части, через которое проходит находящаяся под давлением текучая среда для разжимания разжимного трубчатого элемента и приведения затрубного барьера из неразжатого положения в разжатое положение;

причем первый затрубный барьер расположен у верхнего конца покрывающего слоя, и в разжатом положении разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера перекрывает покрывающий слой, а второй затрубный барьер расположен у нижнего конца покрывающего слоя, и в разжатом положении разжимной трубчатый элемент второго затрубного барьера перекрывает покрывающий слой.

Дополнительно, система заканчивания скважины может быть бесцементной системой заканчивания скважины.

Кроме того, ограниченное пространство может быть бесцементным.

Также, первая металлическая трубная конструкция скважины может содержать модуль датчиков, выполненный с возможностью определения непроницаемого покрывающего слоя.

В разжатом положении, первый затрубный барьер, второй затрубный барьер, первая металлическая трубная конструкция скважины и покрывающий слой могут окружать собой ограниченное пространство.

Дополнительно, покрывающий слой может представлять собой непроницаемый покрывающий слой.

Кроме того, первая металлическая трубная конструкция скважины может содержать модуль датчиков, расположенный между первым затрубным барьером и вторым затрубным барьером и выполненный с возможностью измерения свойств текучей среды в ограниченном пространстве.

Также, модуль датчиков может находиться в первом затрубном барьере или втором затрубном барьере.

Система заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать нагнетающее давление устройство, предназначенное для нагнетания давления в первой металлической трубной конструкции скважины.

Помимо этого, нагнетающее давление устройство может быть расположено в верхней части металлической трубной конструкции скважины.

Дополнительно, нагнетающее давление устройство может быть расположено в инструменте, введенном в первую металлическую трубную конструкцию скважины.

Кроме того, система заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать один или более третьих затрубных барьеров, расположенных между первым затрубным барьером и вторым затрубным барьером.

Дополнительно, модуль датчиков может содержать коммуникационное устройство, выполненное с возможностью передачи данных датчиков.

Система заканчивания скважины может дополнительно содержать инструмент, имеющий коммуникационный модуль, выполненный с возможностью приема данных датчиков.

Дополнительно, разжимной трубчатый элемент может быть разжимным металлическим трубчатым элементом.

Разжимной трубчатый элемент может быть выполнен из упрочненного эластомера, например, эластомера, упрочненного металлом.

Также, на наружной стороне разжимного трубчатого элемента могут быть размещены эластомерные уплотнения.

Кроме того, первый затрубный барьер или второй затрубный барьер может содержать клапанное устройство, соединенное с возможностью передачи текучей среды с отверстием разжимания.

Дополнительно, модуль датчиков может быть соединен с клапанным устройством.

Клапанное устройство может иметь первое положение, в котором обеспечена возможность протекания текучей среды из первой металлической трубной конструкции скважины в пространство затрубного барьера, и второе положение, с обеспечением соединения с возможностью передачи текучей среды между пространством затрубного барьера и ограниченным пространством.

Дополнительно, первый затрубный барьер или второй затрубный барьер могут содержать множество модулей датчиков.

Система заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать вторую металлическую трубную конструкцию скважины, проходящую по меньшей мере частично внутри первой металлической трубной конструкции скважины и проходящую ниже покрывающего слоя.

Также, один из затрубных барьеров может быть выполнен исключительно из металлического материала.

Дополнительно, модуль датчиков может содержать датчик, например датчик давления или датчик температуры.

Кроме того, каждый затрубный барьер может содержать множество датчиков.

Также, описанная выше система заканчивания скважины может дополнительно содержать вторую металлическую трубную конструкцию скважины, подвешенную к первой металлической трубной конструкции скважины.

Дополнительно, вторая металлическая трубная конструкция может быть подвесным устройством хвостовика.

Вторая металлическая трубная конструкция скважины может быть подвешена к первой металлической трубной конструкции скважины.

Дополнительно, между первой металлической трубной конструкцией скважины и второй металлической трубной конструкцией скважины может быть расположен затрубный барьер.

Кроме того, вторая металлическая трубная конструкция скважины может содержать один или более затрубных барьеров.

Настоящее изобретение также относится к способу заканчивания скважины для описанной выше системы заканчивания скважины, содержащему следующие этапы:

- определяют непроницаемый покрывающий слой,

- вводят первую металлическую трубную конструкцию скважины в ствол скважины,

- размещают первый затрубный барьер и второй затрубный барьер по меньшей мере частично напротив непроницаемого покрывающего слоя, так что разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера и второго затрубного барьера перекрывает непроницаемый покрывающий слой, и

- разжимают разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера и второго затрубного барьера так, чтобы он упирался во внутреннюю поверхность покрывающего слоя и окружал собой ограниченное пространство.

Способ заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать этап, на котором нагнетают давление в ограниченном пространстве до заданного давления.

Дополнительно, способ заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать этап, на котором определяют, сохраняется ли давление в ограниченном пространстве по существу постоянным в течение периода времени с тем, чтобы проверить герметизирующие свойства по меньшей мере одного из затрубных барьеров относительно покрывающего слоя.

Указанный способ может также содержать этап, на котором определяют нагнетание давления посредством модуля датчиков.

Также, нагнетание давления могут осуществлять со стороны устья скважины.

Кроме того, нагнетание давления могут осуществлять посредством инструмента, введенного в первую металлическую трубную конструкцию скважины.

Дополнительно, способ заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может содержать этап, на котором перемещают клапанное устройство одного из затрубных барьеров из первого положения, обеспечивающего соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью первой металлической трубной конструкции скважины и пространством затрубного барьера, во второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между пространством затрубного барьера и ограниченным пространством.

Также, ограниченное пространство может быть бесцементным.

Настоящее изобретение также относится к способу заканчивания скважины для системы заканчивания скважины, содержащему следующие этапы: определяют непроницаемый покрывающий слой, вводят первую металлическую трубную конструкцию скважины в ствол скважины, и размещают первый затрубный барьер по меньшей мере частично напротив непроницаемого покрывающего слоя, так что разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера перекрывает непроницаемый покрывающий слой.

Наконец, этап, на котором определяют непроницаемый покрывающий слой, могут осуществлять посредством модуля датчиков первой металлической трубной конструкции скважины.

Краткое описание чертежей

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

- на фиг. 1 показан вид в частичном разрезе системы заканчивания скважины, имеющей неразжатые затрубные барьеры;

- на фиг. 2 показана система заканчивания скважины с фиг. 1, имеющая разжатые затрубные барьеры;

- на фиг. 3 показан вид в частичном разрезе другой системы заканчивания скважины, имеющей инструмент для разжимания затрубных барьеров;

- на фиг. 4 показана затрубный барьер, имеющий клапанное устройство;

- на фиг. 4A показан вид в разрезе части клапанного устройства затрубного барьера, имеющего канал с поршнем, находящимся в начальном положении;

- на фиг. 4B показан поршень с фиг. 4A в его закрытом положении;

- на фиг. 5A показан другой вариант осуществления клапанного устройства, в котором поршень находится в своем начальном положении;

- на фиг. 5B показан поршень с фиг. 5A в его закрытом положении;

- на фиг. 6 показан вид в перспективе части затрубного барьера;

- на фиг. 7 показан вид в частичном разрезе системы заканчивания скважины, имеющей три затрубных барьера; и

- на фиг. 8 показан вид в частичном разрезе системы заканчивания скважины, имеющей вторую металлическую трубную конструкцию скважины.

Все чертежи являются высоко схематическими и выполнены не обязательно с сохранением масштаба, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, а другие части не показаны или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана система 1 заканчивания скважины для заканчивания скважины 2 в пласте 4, содержащем углеводородосодержащую текучую среду, такую как неочищенная нефть и/или газ. Пласт имеет покрывающий слой 5, имеющий верхний конец 6 и нижний конец 7 и являющийся по существу непроницаемым, то есть предотвращающим выделение/вытекание углеводородосодержащей текучей среды вверх из пласта до выполнения бурения в пласте ствола 8 скважины, проходящего через покрывающий слой. Покрывающий слой также называют уплотнением или покрывающей породой, и он является участком/образованием с очень низкой проницаемостью, препятствующим выходу углеводородосодержащей текучей среды из месторождения в пласте, и покрывающий слой, таким образом, называют непроницаемым слоем, обеспечивающим покрытие/закрывание пласта. Обычно покрывающие слои или уплотнения включают в себя эвапориты (осадочные породы), меловые породы и глины. Покрывающий слой, таким образом, герметизирует месторождение до бурения ствола скважины.

Пробуренный ствол скважины обеспечивает наличие внутренней поверхности 9 покрывающего слоя 5. Система 1 заканчивания скважины дополнительно содержит первую металлическую трубную конструкцию 10 скважины, расположенную в стволе скважины. Система 1 заканчивания скважины содержит первый затрубный барьер 11, 11a и второй затрубный барьер 11, 11b. Каждый затрубный барьер содержит трубную часть, представляющую собой металлическую трубную часть 12, установленную в виде части первой металлической трубной конструкции скважины, и разжимной трубчатый элемент 14, окружающий металлическую трубную часть. Каждый конечный участок 31, 32 разжимного трубчатого элемента соединен с металлической трубной частью, образуя пространство 15 затрубного барьера (как показано на фиг. 2) между металлической трубной частью и разжимным трубчатым элементом. Металлическая трубная часть содержит отверстие 16 разжимания (как показано на фиг. 2), через которое проходит находящаяся под давлением текучая среда для разжимания разжимного трубчатого элемента и приведения затрубного барьера из неразжатого положения, показанного на фиг. 1, в разжатое положение, показанное на фиг. 2. В разжатом положении разжимной трубчатый элемент упирается во внутреннюю поверхность покрывающего слоя таким образом, что первый затрубный барьер расположен у верхнего конца покрывающего слоя, а разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера перекрывает покрывающий слой, и таким образом, что второй затрубный барьер расположен у нижнего конца покрывающего слоя, а разжимной трубчатый элемент второго затрубного барьера перекрывает покрывающий слой. Таким образом, в разжатом положении первый затрубный барьер, второй затрубный барьер, первая металлическая трубная конструкция скважины и покрывающий слой окружают собой ограниченное пространство 17. Когда первый затрубный барьер и/или второй затрубный барьер разжаты, они образуют часть основного барьера, так что углеводородосодержащая текучая среда из месторождения может вытекать только через внутреннюю часть первой металлической трубной конструкции скважины во время осуществления бурения далее внутрь пласта и в месторождение, открывая при этом месторождение. Следовательно, когда затрубные барьеры перекрывают непроницаемый покрывающий слой, нет необходимости в использовании цемента, и система 1 заканчивания скважины является, таким образом, бесцементной системой 1 заканчивания скважины.

Благодаря наличию двух затрубных барьеров ограниченное пространство может быть протестировано для того, чтобы подтвердить, что для обеспечения основного барьера цемент не требуется. Помимо этого, путем тестирования, способно ли ограниченное пространство сохранять определенное давление, может быть протестирован основной барьер, обеспеченный посредством затрубных барьеров, что невозможно в известных из уровня техники решениях, в которых используется цемент.

Первая металлическая трубная конструкция скважины имеет наружную поверхность 26, на которой между первым затрубным барьером и вторым затрубным барьером расположен модуль 18 датчиков, как показано на фиг. 1 и 2. Модуль 18 датчиков выполнен с возможностью измерения свойств текучей среды в ограниченном пространстве с тем, чтобы проверить, что первый затрубный барьер и второй затрубный барьер изолируют ограниченное пространство, и, таким образом, подтвердить, что первый затрубный барьер и второй затрубный барьер обеспечивают основной затрубный барьер относительно покрывающего слоя. Таким образом, посредством настоящей системы заканчивания скважины можно протестировать герметизацию между покрывающим слоем и металлической трубной конструкцией скважины. Такое тестирование невозможно в известных из уровня техники решениях. В известных из уровня техники решениях покрывающий слой покрыт цементом, так что находящаяся под давлением текучая среда для тестирования, закачиваемая в металлическую трубную конструкцию скважины, вытекает в проницаемый пласт ниже покрывающего слоя, и, таким образом, невозможно протестировать, протекает ли цемент или текучая среда для тестирования в проницаемую часть пласта. Кроме того, цемент подвержен разрушению под воздействием текучей среды и изменений температуры, особенно, если текучая среда может проникать в поры в цементном слое и задерживаться в цементе. Затем, при повышении и понижении температуры, текучая среда создает в цементе микрокапилляры.

Как показано на фиг. 3, модуль 18 датчиков находится в первом затрубном барьере и расположен в ограниченном пространстве 17. Система заканчивания скважины дополнительно содержит нагнетающее давление устройство 19 для нагнетания давления внутри первой металлической трубной конструкции скважины и, таким образом, разжимания затрубных барьеров путем пропускания находящейся под давлением текучей среды через отверстие 16 разжимания и в пространство 15 затрубного барьера. Первый затрубный барьер дополнительно содержит клапанное устройство 23, соединенное с возможностью передачи текучей среды с отверстием 16 разжимания, как показано на фиг. 4 и 6. Клапанное устройство имеет первое положение, в котором обеспечена возможность протекания текучей среды из первой металлической трубной конструкции скважины в пространство затрубного барьера, как показано на фиг. 4A и 5A, и второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между пространством затрубного барьера и ограниченным пространством, как показано на фиг. 4B и 5B. Как показано на фиг. 3, модуль датчиков соединен с клапанным устройством и образует часть первого затрубного барьера.

При наличии такого клапанного устройства, давление текучей среды в ограниченном пространстве выравнивается во время изменений температуры с давлением в пространстве затрубного барьера, и, таким образом, благодаря тому, что клапанное устройство соединено с возможностью передачи текучей среды с ограниченным пространством, во время таких изменений температуры не возникает никаких разрывов или протечек.

Как показано на фиг. 1, нагнетающее давление устройство расположено в верхней части металлической трубной конструкции скважины, а как показано на фиг. 3, нагнетающее давление устройство расположено в инструменте 20, введенном в первую металлическую трубную конструкцию скважины. Инструмент содержит изолирующее средство для изоляции части первой металлической трубной конструкции скважины напротив отверстия 16 разжимания для нагнетания давления в пространстве 15 затрубного барьера.

Затрубный барьер имеет первое отверстие 16, т.е. отверстие 16 разжимания, находящееся в соединении с возможностью передачи текучей среды с внутренней стороной первой металлической трубной конструкции скважины, и второе отверстие 17A, находящееся в соединении с возможностью передачи текучей среды с пространством 15 затрубного барьера, как показано на фиг. 4. Когда внутренняя часть металлической трубной части находится под давлением, текучая среда протекает в пространство 15 затрубного барьера, переводя разжимной трубчатый элемент 14 в разжатое положение, как показано на фиг. 2.

Как показано на фиг. 4, затрубный барьер дополнительно содержит канал 18A, имеющий протяженность канала и содержащий первую часть 19A канала, имеющую первый внутренний диаметр ID₁, как показано на фиг. 4A, и вторую часть 120 канала, имеющую внутренний диаметр ID₂, как показано на фиг. 4A, который больше диаметра первой части канала. Первое отверстие 16 и второе отверстие 17A расположены в первой части канала и смещены вдоль протяженности канала. Затрубный барьер дополнительно содержит поршень 121, расположенный в канале. Как показано на фиг. 4B, поршень содержит первую часть 122 поршня, имеющую наружный диаметр OD_P1, по существу соответствующий внутреннему диаметру первой части 19A канала, и содержит вторую часть 123 поршня, имеющую наружный диаметр OD_P2, по существу соответствующий внутреннему диаметру второй части 120 канала. Как показано на фиг. 4A, затрубный барьер дополнительно содержит разрывной элемент 124, предотвращающий перемещение поршня до достижения заданного давления в канале. Поршень содержит канал 125 для текучей среды, представляющий собой сквозное отверстие, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между первой частью канала и второй частью канала.

Благодаря наличию поршня с каналом для текучей среды обеспечивается соединение с возможностью передачи текучей среды между первой частью канала и второй частью канала, так что после разрывания разрывного элемента поршень может перемещаться, что приводит к прекращению соединения с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью металлической трубной части. Таким образом, получено простое решение без дополнительных каналов для текучей среды, и благодаря тому, что вторая часть поршня имеет наружный диаметр, который больше диаметра первой части поршня, площадь поверхности, к которой приложено давление текучей среды, будет больше соответствующей площади поверхности первой части поршня, и, таким образом, давление перемещает поршень, когда затрубный барьер разжат и давление увеличено для разрушения разрывного элемента 124, что обеспечивает возможность перемещения поршня. Кольцеобразное пространство 131 соединено с возможностью передачи текучей среды со стволом скважины посредством отверстия 61, показанного на фиг. 4A, и, следовательно, давление в кольцеобразном пространстве может быть снижено.

Как показано на фиг. 5A и 5B, разрывной элемент представляет собой ножевой диск, а как показано на фиг. 4A и 4B, разрывной элемент представляет собой срезной штифт. В зависимости от решения в отношении изоляции, необходимого для обеспечения изоляции в скважине, разрывной элемент выбирают таким образом, чтобы разрывной элемент разрушался, когда давление выше давления разжимания, но ниже давления, разрывающего разжимной трубчатый элемент или угрожающего работе других компонентов для заканчивания скважины. Как показано на фиг. 5A и 5B, канал и поршень 121 расположены в соединительной части 126, соединяющей разжимной трубчатый элемент 14 с металлической трубной частью 12. Как показано на фиг. 4A и 4B, канал и поршень расположены в металлической трубной части 12.

Как показано на фиг. 4A и 4B, поршень имеет первый конец 127 поршня в первой части 122 поршня и второй конец 128 поршня во второй части 123 поршня, причем первый конец поршня имеет первую поверхность 129 поршня, а второй конец поршня имеет вторую поверхность 130 поршня, и вторая поверхность поршня имеет площадь поверхности, которая больше площади поверхности первой поверхности поршня для обеспечения перемещения поршня в направлении первого конца канала. Разность площадей поверхности обеспечивает разность силы, действующей на поршень, что вызывает перемещение поршня, прерывая соединение с возможностью передачи текучей среды между первым отверстием 16 и вторым отверстием 17A.

Как показано на фиг. 4A, первая часть 122 поршня проходит частично во вторую часть 120 канала в начальном положении поршня и образует кольцеобразное пространство 131 между поршнем и внутренней стенкой 132 канала. После перемещения поршня, когда текучая среда оказывает давящее воздействие на вторую площадь поверхности второй поверхности 130 поршня, перемещение поршня прекращается, когда вторая часть поршня достигает первой части канала, так что вторая часть поршня упирается в кольцевую поверхность 133, образованную в результате разности внутреннего диаметра первой и второй частей канала и показанную на фиг. 4B. Кольцеобразное пространство 131 соединено с возможностью передачи текучей среды с внешней текучей средой, и, следовательно, обеспечивается снижение давления посредством отверстия 61, что, таким образом, обеспечивает возможность перемещение поршня.

Как показано на фиг. 4A и 4B, затрубный барьер дополнительно содержит запирающий элемент 138, выполненный с возможностью механического запирания поршня, когда поршень находится в закрытом положении, блокируя первое отверстие, как показано на фиг. 4B.

Как показано на фиг. 4A, вторая часть поршня содержит запирающий элемент, расположенный на втором конце поршня, причем запирающий элемент представляет собой пружинные элементы 139, выступающие наружу, но находящиеся в сдавленном положении в третьей части 136 канала, когда поршень находится в начальном положении, и пружинные элементы высвобождаются, когда поршень перемещается для блокировки первого отверстия, и пружинные элементы, таким образом, выступают радиально наружу, как показано на фиг. 4B. Следовательно, запирающий элемент образует прижим, расположенный на втором конце поршня. Вторая часть 120 канала расположена между первой частью канала и второй частью канала, а третья часть канала имеет внутренний диаметр, который больше внутреннего диаметра второй части канала.

При использовании механического запора, предотвращающего перемещение поршня назад, нет необходимости в наличии обратного клапана, предотвращающего возврат поршня при повышении давления внутри затрубного барьера. Таким образом, устраняется вероятность того, что загрязнение будет препятствовать закрыванию обратного клапана, а также вероятность того, что повышение давления в кольцеобразном пространстве барьера вызовет возврат поршня, и возникнет соединение с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью металлической трубной части. В известных решениях, в которых используются обратные клапаны, имеется потенциальная вероятность повреждения или разрыва разжимного трубчатого элемента при гидроразрыве пласта посредством более холодной текучей среды, например, морской воды. Благодаря постоянной блокировке соединения с возможностью передачи текучей среды между кольцеобразным пространством и внутренней частью трубной конструкции скважины, разжимной трубчатый элемент не будет претерпевать такие большие изменения температуры и давления, в результате чего вероятность разрыва будет существенно снижена.

Как показано на фиг. 5A, затрубный барьер содержит запирающий элемент 138, расположенный вокруг второй части 123 поршня. Канал дополнительно содержит третье отверстие 137 во второй части 120 канала, причем указанное третье отверстие находится в соединении с возможностью передачи текучей среды с пространством 15 затрубного барьера и с затрубным пространством или стволом скважины.

Как показано на фиг. 3, модуль датчиков содержит коммуникационное устройство 21, выполненное с возможностью передачи данных датчиков на другой коммуникационный модуль вверх по скважине или на коммуникационный модуль 28, в инструменте, показанном на фиг. 3, и выполненный с возможностью приема данных датчиков.

Как показано на фиг. 7, система заканчивания скважины может дополнительно содержать один или более третьих затрубных барьеров 11c, расположенных между первым затрубным барьером 11a и вторым затрубным барьером 11b. Каждый затрубный барьер содержит модуль 18 датчиков, так что ограниченное пространство 17 между первым затрубным барьером 11a и третьим затрубным барьером 11c может быть протестировано с тем, чтобы проверить герметизирующие свойства первого затрубного барьера с нижней стороны, что также будет представлять собой то же направление, в котором на затрубный барьер оказывает давление углеводородосодержащая текучая среда из месторождения. Также, ограниченное пространство 17 между третьим затрубным барьером 11c и вторым затрубным барьером 11b может быть протестировано с нижней стороны с тем, чтобы проверить, что третий затрубный барьер обеспечивает достаточные герметизирующие свойства. Благодаря наличию третьего модуля датчиков с нижней стороны второго затрубного барьера, также могут быть проверены герметизирующие свойства второго затрубного барьера. Кольцеобразное пространство над первым затрубным барьером называется B-затрубное пространство B, и оно обычно не подвергается воздействию повышенного давления во время добычи, но может быть протестировано в процессе заканчивания скважины и позднее.

Как показано на фиг. 4, первый затрубный барьер может содержать эластомерные уплотнения 22, расположенные на наружной стороне разжимного трубчатого элемента. А как показано на фиг. 7, второй и третий затрубные барьеры 11b, 11c выполнены исключительно из металла и не имеют герметизирующих элементов на наружной поверхности разжимного трубчатого элемента.

В другом варианте осуществления система заканчивания скважины содержит по меньшей мере один затрубный барьер, выполненный исключительно из металла, предпочтительно только затрубные барьеры, выполненные исключительно из металла, так что образуется уплотнение металл-порода между металлической трубной конструкцией скважины и покрывающим слоем. При наличии уплотнения металл-порода система заканчивания скважины подготовлена для закупорки и ликвидации (P&A), и скважина может быть легко ликвидирована без необходимости проникновения в B-затрубное пространство также для заполнения его цементом при ликвидации скважины, поскольку контакт между уплотнением и покрывающей породой представляет собой уплотнение металл-порода и, таким образом, соответствует требованиям для ликвидации, например, скважина должна быть закупорена на неопределенно длительный срок, который обычно указывается как 1000 лет согласно общим требованиям P&A.

Как показано на фиг. 8, система заканчивания скважины дополнительно содержит вторую металлическую трубную конструкцию скважины 24, проходящую по меньшей мере частично внутри первой металлической трубной конструкции скважины и проходящую ниже покрывающего слоя. Вторая металлическая трубная конструкция скважины 24 подвешена из первой металлической трубной конструкции скважины и может также называться подвесным устройством хвостовика или эксплуатационной обсадной колонной. Вторая металлическая трубная конструкция 24 скважины проходит внутрь месторождения, обеспечивая добычу углеводородосодержащей текучей среды, и соединена с первой металлической трубной конструкцией скважины посредством затрубного барьера или другого пакера. Вторая металлическая трубная конструкция скважины может содержать один или более затрубных барьеров.

Модуль датчиков содержит датчик 25, например, датчик давления, датчик температуры или аналогичные датчики. Один модуль датчиков может содержать множество датчиков. Датчики могут быть датчиками различного типа с тем, чтобы обеспечивать измерения различных свойств ограниченного пространства или текучей среды в нем.

Для заканчивания скважины выполняют бурение ствола скважины через покрывающий слой и определяют расстояние, на которое проходит покрывающий слой. Затем погружают первую металлическую трубную конструкцию скважины и вводят в ствол скважины, при этом первый затрубный барьер и второй затрубный барьер расположены по меньшей мере частично напротив покрывающего слоя, так что разжимной трубчатый элемент первой затрубного барьера и второй затрубного барьера перекрывает покрывающий слой. Затем разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера и второго затрубного барьера разжимают так, чтобы он упирался во внутреннюю поверхность покрывающего слоя, окружал собой ограниченное пространство и обеспечивал основной барьер оборудования для заканчивания скважины. После этого нагнетают давление в ограниченном пространстве до заданного давления посредством перемещения положения клапанного устройства из первого положения, обеспечивающего соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью первой металлической трубной конструкции скважины и пространством затрубного барьера, во второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между пространством затрубного барьера и ограниченным пространством. Таким образом, пространство затрубного барьера выравнивает свое давление с ограниченным пространством, при этом контролируют давление в ограниченном пространстве для проверки того, сохраняется ли давление по существу постоянным в течение некоторого периода времени с тем, чтобы проверить герметизирующие свойства по меньшей мере одного из затрубных барьеров относительно покрывающего слоя. Давление в ограниченном пространстве определяют и контролируют посредством модуля датчиков. Нагнетание давления осуществляют со стороны устья скважины или посредством инструмента, введенного в первую металлическую трубную конструкцию скважины. Сначала разжимают разжимной трубчатый элемент, а затем нагнетают давление в ограниченном пространстве.

Для нагнетания давления изолированной зоны напротив отверстия разжимания может быть использован толкающий инструмент. Толкающий инструмент представляет собой инструмент, обеспечивающий осевое усилие. Толкающий инструмент содержит электрический двигатель для приведения в действие насоса. Насос закачивает текучую среду в корпус поршня для перемещения работающего в нем поршня. Поршень расположен на перемещаемом валу. Насос может закачивать текучую среду в корпус поршня с одной стороны и одновременно откачивать текучую среду 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 металлической трубной конструкцией скважины, обсадной колонной, хвостовиком или эксплуатационной обсадной колонной понимают любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован 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.

Настоящее изобретение относится к способу заканчивания скважины для системы заканчивания скважины. Изобретение относится к применению затрубного барьера в бесцементной системе заканчивания скважины, причем затрубный барьер содержит металлическую трубную часть, установленную в виде части первой металлической трубной конструкции скважины, расположенной в стволе скважины в пласте, при этом затрубный барьер расположен напротив непроницаемого покрывающего слоя в пласте. Кроме того, изобретение относится к системе заканчивания скважины для заканчивания скважины, имеющей устье, содержащей пласт, содержащий покрывающий слой, имеющий верхний конец и нижний конец, ствол скважины, проходящий через покрывающий слой и обеспечивающий наличие внутренней поверхности покрывающего слоя, и первую металлическую трубную конструкцию скважины, расположенную в стволе скважины, содержащую первый затрубный барьер и второй затрубный барьер. Каждый затрубный барьер содержит металлическую трубную часть, причем металлическая трубная часть установлена в виде части первой металлической трубной конструкции скважины, разжимной трубчатый элемент, окружающий металлическую трубную часть, причем каждый конечный участок разжимного трубчатого элемента соединен с металлической трубной частью, пространство затрубного барьера между металлической трубной частью и разжимным трубчатым элементом, и отверстие разжимания в металлической трубной части, через которое проходит находящаяся под давлением текучая среда для разжимания разжимного трубчатого элемента и приведения затрубного барьера из неразжатого положения в разжатое положение, причем первый затрубный барьер расположен у верхнего конца первой металлической трубной конструкции скважины, и в разжатом положении разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера перекрывает покрывающий слой, а второй затрубный барьер расположен у нижнего конца первой металлической трубной конструкции скважины, и в разжатом положении разжимной трубчатый элемент второго затрубного барьера перекрывает покрывающий слой. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система (1) заканчивания скважины для заканчивания скважины (2) через налегающий пласт (4), содержащий непроницаемый верхний покрывающий слой (5), имеющий верхний конец (6) и нижний конец (7), причем непроницаемый верхний покрывающий слой расположен над углеводородсодержащей залежью, и ствол скважины (8), проходящий через покрывающий слой и обеспечивающий наличие внутренней поверхности (9) покрывающего слоя; причем система содержит первую металлическую трубную конструкцию (10) скважины, предназначенную для расположения в стволе скважины, содержащую: первый затрубный барьер (11, 11a) и второй затрубный барьер (11, 11b), причем каждый из затрубных барьеров содержит: металлическую трубную часть (12), причем металлическая трубная часть установлена в виде части первой металлической трубной конструкции скважины, разжимной трубчатый элемент (14), окружающий металлическую трубную часть, причем каждый конечный участок (31, 32) разжимного трубчатого элемента соединен с металлической трубной частью, пространство (15) затрубного барьера между металлической трубной частью и разжимным трубчатым элементом, и отверстие (16) разжимания в металлической трубной части, через которое обеспечена возможность прохождения находящейся под давлением текучей среды для разжимания разжимного трубчатого элемента и приведения затрубного барьера из неразжатого положения в разжатое положение; причем первый затрубный барьер выполнен с возможностью и предназначен для расположения у верхнего конца покрывающего слоя по меньшей мере частично напротив непроницаемого покрывающего слоя, и в разжатом положении разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера перекрывает покрывающий слой, а второй затрубный барьер выполнен с возможностью и предназначен для расположения у нижнего конца покрывающего слоя по меньшей мере частично напротив непроницаемого покрывающего слоя, и в разжатом положении разжимной трубчатый элемент второго затрубного барьера перекрывает покрывающий слой для создания ограниченного пространства между первым и вторым затрубными барьерами.

2. Система заканчивания скважины по п.1, причем система заканчивания скважины является бесцементной системой заканчивания скважины.

3. Способ заканчивания скважины по п.1 или 2, в котором ограниченное пространство является бесцементным.

4. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-3, в которой первая металлическая трубная конструкция скважины содержит модуль (18) датчиков, выполненный с возможностью определения непроницаемого покрывающего слоя.

5. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-4, в которой в разжатом положении первый затрубный барьер, второй затрубный барьер, первая металлическая трубная конструкция скважины и покрывающий слой выполнены с возможностью окружения собой ограниченного пространства (17).

6. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-5, в которой первая металлическая трубная конструкция скважины содержит модуль (18) датчиков, расположенный между первым затрубным барьером и вторым затрубным барьером и выполненный с возможностью измерения свойств текучей среды в ограниченном пространстве.

7. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-6, в которой модуль датчиков находится в первом затрубном барьере или втором затрубном барьере.

8. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-7, дополнительно содержащая нагнетающее давление устройство (19), предназначенное для нагнетания давления в первой металлической трубной конструкции скважины.

9. Система заканчивания скважины по п.1, дополнительно содержащая один или более третьих затрубных барьеров (11, 11с), расположенных между первым затрубным барьером и вторым затрубным барьером.

10. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-9, в которой модуль датчиков содержит коммуникационное устройство (21), выполненное с возможностью передачи данных датчиков.

11. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-10, в которой первый затрубный барьер или второй затрубный барьер содержит клапанное устройство (23), соединенное с возможностью передачи текучей среды с отверстием разжимания.

12. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-11, дополнительно содержащая вторую металлическую трубную конструкцию (24) скважины, проходящую по меньшей мере частично внутри первой металлической трубной конструкции скважины и выполненную с возможностью прохождения ниже покрывающего слоя.

13. Система заканчивания скважины по п.1, в которой один из первого и второго затрубных барьеров выполнен исключительно из металлического материала.

14. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-13, в которой модуль датчиков содержит датчик давления или датчик температуры.

15. Система заканчивания скважины по любому из пп.1-14, дополнительно содержащая вторую металлическую трубную конструкцию (24) скважины, подвешенную к первой металлической трубной конструкции скважины.

16. Система заканчивания скважины по п.15, в которой вторая металлическая трубная конструкция скважины является подвесным устройством хвостовика.

17. Способ заканчивания скважины для системы (1) заканчивания скважины по любому из пп.1-16, содержащий следующие этапы: определяют непроницаемый верхний покрывающий слой, расположенный над углеводородсодержащей залежью, вводят первую металлическую трубную конструкцию скважины в ствол скважины, размещают первый затрубный барьер и второй затрубный барьер по меньшей мере частично напротив непроницаемого покрывающего слоя, так что разжимной трубчатый элемент каждого из первого затрубного барьера и второго затрубного барьера перекрывает непроницаемый покрывающий слой, и разжимают разжимной трубчатый элемент первого затрубного барьера и второго затрубного барьера так, чтобы он упирался в непроницаемый покрывающий слой и окружал собой ограниченное пространство между первым и вторым затрубными барьерами.

18. Способ заканчивания скважины по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором нагнетают давление в ограниченном пространстве до заданного давления.

19. Способ заканчивания скважины по п.17 или 18, дополнительно содержащий этап, на котором определяют, сохраняется ли давление в ограниченном пространстве по существу постоянным в течение периода времени с тем, чтобы проверить герметизирующие свойства по меньшей мере одного из затрубных барьеров относительно покрывающего слоя.

20. Способ заканчивания скважины по любому из пп.17-19, дополнительно содержащий этап, на котором перемещают клапанное устройство одного из первого или второго затрубных барьеров из первого положения, обеспечивающего соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью первой металлической трубной конструкции скважины и пространством затрубного барьера, во второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между пространством затрубного барьера и ограниченным пространством.

21. Способ заканчивания скважины по любому из пп.17-20, в котором ограниченное пространство является бесцементным.