ЗАТРУБНЫЙ БАРЬЕР И СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЗОНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК E21B33/12 E21B34/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к затрубному барьеру для разжимания в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины в скважине для изоляции первой зоны от второй зоны в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины, причем затрубное пространство имеет давление в затрубном пространстве. Изобретение также относится к скважинной системе, и, наконец, настоящее изобретение относится к способу бурения для бурения за пределы зоны низкого давления в пласте.

Уровень техники

При бурении нового ствола скважины или бокового ответвления в существующей скважине, бурильная головка может бурить вовнутрь зоны очень низкого давления, что приводит к падению давления в стволе скважины. Таким образом, буровой раствор, поступающий вовнутрь ствола при бурении для предотвращения выброса, теряется в зоне низкого давления, при этом может существовать значительный риск выброса, если бурение будет продолжено. Цементирующая и, таким образом, уплотнительная часть затрубного пространства над зоной низкого давления также невозможна, поскольку закачиваемый цементный раствор теряется таким же образом, что и буровой раствор, поскольку он рассеивается вовнутрь зоны низкого давления, таким образом, эту частично пробуренную скважину прекращают разрабатывать и закупоривают сверху, и пробуривают новую скважину.

Разжимание и, таким образом, установка затрубного барьера в такой зоне очень низкого давления путем повышения давления во внутренней части трубчатой конструкции скважины напротив затрубного барьера может оказаться безуспешной. Это связано с тем, что отверстие разжимания в трубчатой конструкции скважины должно быть закрыто после разжимания, при этом известные из уровня техники закрывающие механизмы либо обеспечивают закрытие до разжимания затрубного барьера, либо вообще не обеспечивают закрытия вследствие отсутствия давления в затрубном пространстве. Закрывающие механизмы, известные из уровня техники, основаны на давлении в затрубном пространстве для смещения положения клапана, закрытия отверстия разжимания и открытия соединения с возможностью передачи текучей среды с затрубным пространством, причем когда давление в затрубном пространстве внезапно становится таким же низким, как в случае бурения вовнутрь зоны очень низкого давления, давление в затрубном пространстве не может достигнуть уровня, достаточно высокого для смещения положения закрывающего механизма, что обычно выполняется непосредственно после разжимания или, по меньшей мере, когда требуется выравнивание давления между затрубным пространством и внутренней частью затрубного барьера. Кроме того, существует риск того, что закрывающий механизм обеспечивает закрытие до завершения разжимания, поскольку некоторые закрывающие механизмы основаны на торможении с помощью срезного штифта после разжимания, при этом, поскольку такой срезной штифт выбирают так, что он обеспечивает торможение при определенном перепаде давления, а не при абсолютном давлении, и срезной штифт выбирают так, что он обеспечивает торможение, когда давление внутри трубчатой конструкции скважины превышает заданное давление разжимания, срезной штифт может обеспечивать торможение на начальной фазе процесса разжимания, когда давление в затрубном пространстве очень низкое, создавая высокий перепад давления на концах срезного штифта так, что он может сдвинуться слишком рано и, таким образом, может закрыть отверстие разжимания даже до того, как разжимание началось.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение упомянутых недостатков уровня техники. В частности, задачей является создание улучшенного затрубного барьера для системы заканчивания скважины или буровой системы, который позволяет продолжить бурение за пределы упомянутой выше зоны очень низкого давления.

Упомянутые задачи, вместе с многочисленными другими задачами, преимуществами и признаками, которые будут очевидны из приведенного ниже описания, выполнены посредством решения согласно настоящему изобретению, с помощью затрубного барьера для разжимания в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины в скважине для изоляции первой зоны от второй зоны в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины, при этом затрубное пространство имеет давление в затрубном пространстве, содержащего:

- трубчатую часть для установки в виде части трубчатой конструкции скважины, причем трубчатая часть содержит отверстие и внутреннюю часть, имеющую внутреннее давление;

- разжимную муфту, окружающую трубчатую часть и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубчатой части, и внешнюю поверхность, обращенную к стенке ствола скважины;

- при этом каждый конец разжимной муфты соединен с трубчатой частью;

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

- систему клапанов, содержащую первый клапан и второй клапан, при этом второй клапан выполнен с возможностью пропуска текучей среды под давлением вовнутрь кольцевого пространства для разжимания разжимной муфты и предотвращения течения текучей среды из кольцевого пространства во внутреннюю часть трубчатой части;

причем первый клапан имеет первое положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части и вторым клапаном для разжимания разжимной муфты, и второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством и закрывающее соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части и кольцевым пространством посредством перепада давления между внутренней частью и кольцевым пространством независимо от давления в затрубном пространстве.

Настоящее изобретение также относится к затрубному барьеру для разжимания в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой скважины в скважине для изоляции первой зоны от второй зоны в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины, причем затрубное пространство имеет давление в затрубном пространстве, содержащему:

- трубчатую часть для установки в виде части трубчатой конструкции скважины, причем трубчатая часть содержит отверстие и внутреннюю часть, имеющую внутреннее давление;

- разжимную металлическую муфту, окружающую трубчатую часть и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубчатой части, и внешнюю поверхность, обращенную к стенке ствола скважины;

- при этом каждый конец разжимной металлической муфты соединен с трубчатой частью;

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

- систему клапанов, содержащую первый клапан и второй клапан, при этом второй клапан выполнен с возможностью пропуска текучей среды под давлением вовнутрь кольцевого пространства для разжимания разжимной металлической муфты и с возможностью предотвращения течения текучей среды из кольцевого пространства во внутреннюю часть трубчатой части;

причем первый клапан имеет первое положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части и вторым клапаном для разжимания разжимной металлической муфты при увеличении внутреннего давления;

и второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством, при этом первый клапан выполнен с возможностью смещения из первого положения во второе положение, когда давление пространства выше внутреннего давления.

Второе положение может также обеспечивать соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством и закрывать соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части и кольцевым пространством.

Благодаря смещению положения первого клапана посредством перепада давления между внутренней частью трубчатой части и кольцевым пространством независимо от давления в затрубном пространстве, затрубный барьер может быть полностью разжат также в зоне низкого давления или над ней. Закрытие отверстия разжимания и, следовательно, закрытие соединения с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью трубчатой конструкции скважины, таким образом, также осуществляется независимо от давления в затрубном пространстве, при этом, следовательно, предотвращается непреднамеренное закрытие до или в течение разжимания. Дополнительно также предотвращается ситуация, когда отверстие разжимания вообще не закрыто в случае низкого давления в затрубном пространстве.

Второй клапан может быть расположен в канале, соединяющем с возможностью передачи текучей среды отверстие разжимания с кольцевым пространством.

Дополнительно первый клапан может быть расположен параллельно второму клапану.

Первый клапан также может содержать камеру и поршень, разделяющий камеру на первую секцию камеры и вторую секцию камеры, при этом поршень выполнен с возможностью перемещения внутри камеры для смещения положения.

Дополнительно вторая секция камеры может быть соединена с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством в первом положении первого клапана.

Дополнительно первая секция камеры может быть соединена с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью трубчатой части в первом положении первого клапана.

Дополнительно первый клапан может иметь первое отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью, второе отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды со вторым клапаном, третье отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, и четвертое отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды с затрубным пространством, причем в первом положении первое отверстие может быть соединено с возможностью передачи текучей среды со вторым отверстием, при этом во втором положении третье отверстие может быть соединено с возможностью передачи текучей среды с четвертым отверстием.

Дополнительно поршень может содержать канал для текучей среды, обеспечивающий соединение с возможностью передачи текучей среды между третьим отверстием и второй секцией камеры в первом положении.

Упомянутый выше поршень может иметь первую торцевую поверхность, обращенную к первой секции камеры, и вторую поверхность поршня, обращенную ко второй секции камеры.

Дополнительно канал для текучей среды может обеспечивать соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и второй секцией камеры в первом положении так, что давление пространства может действовать на вторую торцевую поверхность поршня.

Дополнительно перепад давления между первой секцией камеры и второй секцией камеры может перемещать поршень для смещения положения первого клапана.

Первая торцевая поверхность может иметь внешний диаметр, по существу равный внешнему диаметру второй торцевой поверхности.

Внешний диаметр первой торцевой поверхности и второй торцевой поверхности может соответствовать внутреннему диаметру камеры.

Дополнительно, поршень может иметь углубление, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между третьим отверстием и четвертым отверстием во втором положении.

Углубление может быть кольцевым.

Дополнительно поршень может иметь уплотнительные элементы.

Дополнительно второй клапан может представлять собой шаровой клапан или запорный клапан.

Дополнительно первый клапан может содержать срезной штифт, проходящий вовнутрь поршня, чтобы поддерживать поршень в первом положении до достижения заданного перепада давления.

Затрубный барьер согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать блок предотвращения смятия, содержащий элемент, выполненный с возможностью перемещения по меньшей мере между первым положением и вторым положением, причем блок предотвращения смятия имеет первый канал, соединенный с возможностью передачи текучей среды с первой зоной затрубного пространства, и второй канал, соединенный с возможностью передачи текучей среды со второй зоной затрубного пространства, при этом блок предотвращения смятия имеет третий канал, соединенный с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, причем в первом положении первый канал может быть соединен с возможностью передачи текучей среды с третьим каналом с обеспечением выравнивания давления первой зоны с давлением пространства, при этом во втором положении второй канал может быть соединен с возможностью передачи текучей среды с третьим каналом с обеспечением выравнивания давления второй зоны с давлением пространства.

Дополнительно блок предотвращения смятия может содержать золотниковый клапан, при этом элемент может быть размещен в этом золотниковом клапане.

Затрубный барьер согласно изобретению может дополнительно содержать блокирующий элемент, выполненный с возможностью механической блокировки поршня, когда поршень находится в закрытом положении, с обеспечением блокировки первого отверстия.

Блокирующий элемент дополнительно может быть выполнен с возможностью перемещения, по меньшей мере частично, радиально наружу или вовнутрь при удалении поршня из первого положения для предотвращения возврата поршня в первое положение поршня.

Дополнительно блокирующий элемент может постоянно блокировать поршень в закрытом положении.

Дополнительно срезной штифт может проходить через блокирующий элемент и поршень.

Затрубный барьер согласно настоящему изобретению может также содержать канал для цементного раствора или канал для разрыва пласта.

Изобретение также относится к скважинной системе для заканчивания скважины в пласте, имеющем слои различных давлений, содержащей:

- трубчатую конструкцию скважины; и

- по меньшей мере один затрубный барьер согласно изобретению.

Дополнительно трубчатая конструкция скважины может представлять собой буровой хвостовик, соединенный с бурильной головкой на первом конце.

Дополнительно затрубный барьер может быть расположен ближе к первому концу, чем ко второму концу трубчатой конструкции скважины.

Дополнительно трубчатая конструкция скважины может представлять собой эксплуатационную обсадную колонну.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу бурения для бурения за пределы зоны низкого давления в пласте, содержащему следующие этапы:

- бурение ствола скважины в пласте;

- определение зоны низкого давления в пласте;

- опускание закрывающего элемента вовнутрь трубчатой конструкции скважины;

- увеличение внутреннего давления трубчатой конструкции скважины и разжимание затрубного барьера согласно изобретению в зоне низкого давления; и

- уменьшение внутреннего давления до давления ниже давления пространства и смещение положения первого клапана из первого положения во второе положение.

Упомянутый выше способ бурения может дополнительно содержать этап выравнивания давления между затрубным пространством и кольцевым пространством.

Дополнительно способ бурения может содержать этап обеспечения наличия цементного раствора над затрубным барьером в затрубном пространстве между обсадной колонной и стенкой ствола скважины.

Дополнительно описанный выше способ бурения может дополнительно содержать следующие этапы:

- вибрирование или поворот по меньшей мере части обсадной колонны по отношению к затрубному барьеру при цементировании после разжимания разжимной металлической муфты; и

- бурение за пределы зоны низкого давления.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества описываются более подробно ниже со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых в целях иллюстрации показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления, и на которых:

- на фиг. 1 показан вид в разрезе затрубного барьера согласно изобретению;

- на фиг. 2 показана часть затрубного барьера в аксонометрии;

- на фиг. 3 показан вид в разрезе системы клапанов в первом положении;

- на фиг. 4 показан вид в разрезе системы клапанов, показанной на фиг. 3, во втором положении;

- на фиг. 5 показан вид в разрезе другой системы клапанов во втором положении;

- на фиг. 5А показан вид в разрезе другой системы клапанов во втором положении;

- на фиг. 6 показан вид в частичном разрезе скважинной системы;

- на фиг. 7 показан вид в разрезе другой системы клапанов в первом положении;

- на фиг. 8А-С показан неразжатый затрубный барьер в ситуации при бурении через зону высокого давления;

- на фиг. 9А-С показан неразжатый затрубный барьер в ситуации, когда при бурении вовнутрь зоны очень низкого давления сталкиваются с "падением давления";

- на фиг. 10А-С показано разжимание затрубного барьера в течение "падения давления";

- на фиг. 11А-С показан затрубный барьер после разжимания в течение смещении первого клапана из первого положения во второе положение; и

- на фиг. 12А-С показан затрубный барьер, изолирующий верхнюю часть затрубного пространства от зоны очень низкого давления.

Все чертежи являются очень схематичными и не обязательно выполнены с соблюдением масштаба, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, а другие части опущены или просто предполагаются.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показан затрубный барьер 1, который был разжат в затрубном пространстве 2 между трубчатой конструкцией 3 скважины и стенкой 4 ствола 5 скважины в скважине для изоляции первой зоны 101 от второй зоны 102 в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины. Затрубный барьер 1 содержит трубчатую часть 6, установленную в виде части трубчатой конструкции скважины и содержащую отверстие 7 и внутреннюю часть 8 с внутренним давлением. Затрубный барьер 1 содержит разжимную металлическую муфту 9, окружающую трубчатую часть 6 и имеющую внутреннюю поверхность 10, обращенную к трубчатой части, и внешнюю поверхность 11, обращенную к стенке 4 ствола 5 скважины. Каждый конец 12 разжимной металлической муфты 9 соединен с трубчатой частью 6, образующей кольцевое пространство 14 между внутренней поверхностью разжимной металлической муфты и трубчатой частью 6. Затрубный барьер дополнительно содержит систему 15 клапанов, содержащую первый клапан 16 и второй клапан 17. Второй клапан 17 пропускает текучую среду под давлением вовнутрь кольцевого пространства 14 для разжимания разжимной металлической муфты 9 и предотвращает вытекание текучей среды под давлением из кольцевого пространства 14 обратно вовнутрь внутренней части 8 трубчатой части 6. Первый клапан 16 имеет первое положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части 6 и вторым клапаном 17 для разжимания разжимной металлической муфты 9, когда внутреннее давление увеличивается до давления разжимания, при этом первый клапан 16 имеет второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством 14 и затрубным пространством 2 и закрывающее соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части 6 и кольцевым пространством посредством перепада давления между внутренней частью трубчатой части 6 и кольцевым пространством 14 независимо от давления в затрубном пространстве. Таким образом, в течение разжимания внутреннее давление трубчатой части больше давления в затрубном пространстве, однако если давление в затрубном пространстве очень низкое, такое как в зоне низкого давления в пласте, в которой произошло падение давления, то положение первого клапана 16 все еще может быть смещено путем уменьшения внутреннего давления и использования давления пространства, равного давлению разжимания, для смещения из первого положения во второе положение. Таким образом, затрубный барьер 1 может быть разжат, и первый клапан может быть затем смещен из положения разжимания во второе положение, при этом во втором положении может быть обеспечено выравнивание давления в кольцевом пространстве и затрубном пространстве, причем соединение с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью трубной части было перекрыто. Таким образом, давление пространства в кольцевом пространстве используется для смещения положения первого клапана.

Разжимная металлическая муфта 9 соединена с трубчатой частью 6 посредством соединительной части 18, при этом система 15 клапанов соединена с возможностью передачи текучей среды с соединительной частью 18 посредством первой трубы 21, как показано на фиг. 1, 2. Отверстие 7 в трубчатой части 6 расположено напротив фильтра 19, так что текучая среда в течение разжимания протекает через отверстие 7 через фильтр 19 вовнутрь системы 15 клапанов через вторую трубу 22 и вовнутрь кольцевого пространства 14 через первую трубу 21, как показано на фиг. 1. При выравнивании давления между затрубным пространством 2 и кольцевым пространством 14 текучая среда втекает через фильтр через третью трубу 23 (показанную на фиг. 2) за систему 15 клапанов вовнутрь кольцевого пространства через первую трубу 21, если давление в затрубном пространстве выше давления пространства, и наоборот, если давление пространства выше давления в затрубном пространстве.

На фиг. 3 первый клапан 16 содержит камеру 24 и поршень 25, разделяющий камеру на первую секцию 26 камеры и вторую секцию 27 камеры. Поршень выполнен с возможностью перемещения внутри камеры для смещения положения между первым положением, показанным на фиг. 3, и вторым положением, показанным на фиг. 4. Первый клапан 16 имеет первое отверстие 31, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью трубчатой части, второе отверстие 32, соединенное с возможностью передачи текучей среды с впускным отверстием 41 второго клапана, третье отверстие 33, соединенное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, и четвертое отверстие 34, соединенное с возможностью передачи текучей среды с затрубным пространством. В первом положении первое отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды со вторым отверстием, при этом во втором положении третье отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды с четвертым отверстием. Как можно видеть на фиг. 3, 4, второе отверстие 32 выровнено с впускным отверстием 41 второго клапана 17, при этом третье отверстие 33 соединено с возможностью передачи текучей среды с выпускным отверстием 42 второго клапана. Выпускное отверстие 42 дополнительно соединено с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством с помощью канала 43.

Поршень 25 содержит канал 35 для текучей среды, обеспечивающий соединение с возможностью передачи текучей среды между третьим отверстием 33 и второй секцией 27 камеры в первом положении. Поршень 25 имеет первую торцевую поверхность 36, обращенную к первой секции 26 камеры, и вторую торцевую поверхность 37, обращенную ко второй секции 27 камеры. Канал 35 для текучей среды обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и второй секцией 27 камеры в первом положении так, что давление пространства действует на вторую торцевую поверхность 37 поршня и нажимает на поршень для его перемещения, если давление пространства выше внутреннего давления трубчатой части. Таким образом, именно перепад давления между первой секцией камеры и второй секцией камеры перемещает поршень 25 в положение смещения первого клапана. Как показано на фиг. 3, первая торцевая поверхность 36 имеет внешний диаметр OD_P, соответствующий внутреннему диаметру ID_C камеры 24. На фиг. 3 внешний диаметр OD_P первой торцевой поверхности 36 больше внешнего диаметра второй торцевой поверхности, однако в другом варианте осуществления, показанном на фиг. 7, он может быть по существу равен внешнему диаметру второй торцевой поверхности 37.

Поршень 25 имеет углубление 28, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между третьим отверстием 33 и четвертым отверстием 34 во втором положении первого клапана 16. Это углубление является кольцевым, так что текучая среда может свободно течь вокруг поршня. Поршень имеет несколько уплотнительных элементов 29 для изоляции по текучей среде третьего отверстия 33 в первом положении и для изоляции по текучей среде четвертого отверстия 34 также в первом положении, так что между третьим отверстием 33 и четвертым отверстием 34 в первом положении не существует никакого соединения с возможностью передачи текучей среды, как показано на фиг. 3. На фиг. 4 уплотнительные элементы 29 изолируют по текучей среде первое отверстие 31, при этом они также изолируют так, что между вторым отверстием 32 и третьим отверстием 33 не существует никакого соединения с возможностью передачи текучей среды, и между вторым отверстием 32 и четвертым отверстием 34 не существует никакого соединения с возможностью передачи текучей среды через камеру 24. Второй клапан представляет собой шаровой клапан или запорный клапан.

Затрубный барьер, показанный на фиг. 5, дополнительно содержит блок 51 предотвращения смятия, содержащий элемент 52, выполненный с возможностью перемещения по меньшей мере между первым положением и вторым положением. Блок 51 предотвращения смятия имеет первый канал 53, соединенный с возможностью передачи текучей среды с первой зоной затрубного пространства, и второй канал 54, соединенный с возможностью передачи текучей среды со второй зоной затрубного пространства, при этом блок предотвращения смятия имеет третий канал 55, соединенный с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством. В первом положении (как показано) блока 51 предотвращения смятия, первый канал 53 соединен с возможностью передачи текучей среды с третьим отверстием 55 с обеспечением выравнивания давления первой зоны с давлением пространства, причем во втором положении блока 51 предотвращения смятия, второй канал 54 соединен с возможностью передачи текучей среды с третьим отверстием 55 с обеспечением выравнивания давления второй зоны с давлением пространства. Блок 51 предотвращения смятия соединен с возможностью передачи текучей среды с первой зоной через фильтр, и со второй зоной через внутреннюю часть трубчатой части/трубчатой конструкции скважины или трубы, проходящей через затрубный барьер.

Дополнительно блок 51 предотвращения смятия содержит золотниковый клапан 51а, при этом элемент 52 размещен в этом золотниковом клапане.

На фиг. 5А блок 51 предотвращения смятия имеет первый клапан 52А блока и второй клапан 52В блока. Первый клапан 52А блока позволяет текучей среде из первого канала 53, соединенного с возможностью передачи текучей среды с первой зоной, течь вовнутрь третьего канала 55 и вовнутрь четвертого отверстия 34, препятствуя при этом течению текучей среды обратно из первого канала 53. Второй клапан 52В блока позволяет текучей среде из второго канала 54, соединенного с возможностью передачи текучей среды со второй зоной, течь вовнутрь третьего канала 55 и вовнутрь четвертого отверстия 34, препятствуя при этом течению текучей среды обратно из второго канала 54.

На фиг. 5, 5А затрубный барьер дополнительно содержит блокирующий элемент 56, выполненный с возможностью механической блокировки поршня 25, когда поршень находится во втором положении, блокирующем первое отверстие 31. Блокирующий элемент 56 выполнен с возможностью перемещения, по меньшей мере частично, радиально вовнутрь при удалении поршня из первого положения для предотвращения возврата поршня в первое положение поршня. Таким образом, блокирующий элемент 56 постоянно блокирует поршень в закрытом положении, являющемся вторым положением.

На фиг. 6 показана скважинная система 100 для заканчивания скважины в пласте, имеющем слои различных давлений. Скважинная система 100 содержит трубчатую конструкцию 3 скважины и по меньшей мере один затрубный барьер 1. Как можно видеть, трубчатая конструкция 3 скважины представляет собой бурильную колонну, также называемую буровым хвостовиком 3а, соединенную с бурильной головкой 45 или долотом на первом конце 44. Затрубный барьер расположен ближе к первому концу 44, чем ко второму концу трубчатой конструкции скважины на вершине скважины, например, рядом с фонтанным устьевым оборудованием, противовыбросовым превентором (ВОР) и/или устьем скважины. Когда бурильная головка или долото бурит вовнутрь зоны очень низкого давления, тысячи баррелей бурового раствора быстро теряются в этой зоне, при этом для остановки затрубный барьер разжимается для уплотнения зоны низкого давления, и цементный раствор может быть закачан вовнутрь второй зоны над затрубным барьером через канал 57 для цементного раствора. Таким образом, зона низкого давления уплотняется и может быть начато дополнительное заканчивание, например, путем последующего бурения вовнутрь пласта за пределы зоны низкого давления вниз к пластовому резервуару с текучей средой, содержащей углеводороды. Таким образом, трубчатая конструкция скважины превращается в эксплуатационную обсадную колонну или, по меньшей мере, в промежуточную обсадную колонну, имеющую эксплуатационную обсадную колонну, расположенную в ней. Таким образом, бурильная головка выполнена так, что с ее помощью можно бурить и дальше вниз по резервуару.

Как показано на фиг. 7, поршень поддерживается в первом положении с помощью срезного штифта 39, функционирующего в качестве дополнительной меры предосторожности. Срезной штифт 39 сдвигается, когда давление внутри трубчатой части и, таким образом, трубчатой конструкции скважины, достигло уровня, при котором перепад давления между давлением пространства и внутренним давлением является достаточно высоким для сдвига срезного штифта 39. Срезной штифт не может быть сдвинут непреднамеренно, когда давление внутри трубчатой конструкции скважины немного падает из-за колебаний в источнике питания или в подаче насоса, поскольку перепад давления не может быть достаточно высоким; однако срезной штифт может удерживать поршень в первом положении, так что такие небольшие колебания не смогут вызвать смещение положения поршня.

При заканчивании скважины, имеющей высокий риск "падения давления", т.е. риск бурения через зону, имеющую очень низкое давление (VLP), затем в течение бурения ствола скважины в пласте через покрывающую породу и зону высокого давления (HP), как показано на фиг. 8А, затрубный барьер 1 находится в неразжатом положении, как показано на фиг. 8В, при этом первый клапан 16 находится в своем первом положении, как показано на фиг. 8С. При продолжении бурения бурильная колонна бурит вовнутрь зоны очень низкого давления в пласте, как показано на фиг. 9А, при этом затрубный барьер 1 все еще находится в своем неразжатом положении, испытывая очень низкое давление (VLP) в затрубном пространстве, как показано на фиг. 9В, и первый клапан 16 находится в своем первом положении, как показано на фиг. 9С. Затем операция бурения останавливается, и закрывающий элемент, такой как шар, опускается вовнутрь трубчатой конструкции 3 скважины, чтобы закрыть трубчатую конструкцию скважины ниже затрубного барьера 1, как показано на фиг. 10А. После этого, как показано на фиг. 10В, внутреннее давление (TP) трубчатой конструкции скважины увеличивается до давления разжимания (ЕР) и происходит разжимание затрубного барьера, расположенного непосредственно над зоной низкого давления или частично перекрывающего ее. Поток текучей среды через систему 15 клапанов в течение разжимания показан посредством стрелок на фиг. 10С, где текучая среда под давлением, имеющая давление разжимания, втекает через первое отверстие 31, через второй клапан и вовнутрь кольцевого пространства через канал 43. После разжимания, как показано на фиг. 11А, 11В, внутреннее давление (TP) уменьшается до давления ниже давления пространства, которое поддерживается при давлении разжимания (ЕР), поскольку второй клапан не позволяет текучей среде течь обратно вовнутрь внутренней части, при этом давление пространства, равное давлению разжимания (ЕР), приводит к тому, что поршень 25 первого клапана 16 на фиг. 11С смещает положение из первого положения во второе положение, когда давление пространства, по существу равное давлению разжимания (ЕР), давит на второй конец 37 поршня и принуждает поршень сместить положение и закрыть отверстие разжимания. Давление в затрубном пространстве над затрубным барьером увеличивается, поскольку затрубный барьер изолирует верхнее затрубное пространство от очень низкого давления. Поток текучей среды, имеющей давление разжимания (ЕР), показан стрелками на фиг. 11С, при этом поршень 25 перемещается по направлению к первому отверстию 31, как показано стрелкой 77, и поршень перемещается в свое закрытое положение, являющееся вторым положением, показанным на фиг. 12С. Таким образом, трубчатая конструкция скважины постоянно закрыта, при этом обеспечивается соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством, так что в случае, когда возникает перепад давления между кольцевым пространством и затрубным пространством, перепад давления между ними может быть выровнен для предотвращения смятия разжимной металлической муфты 9 затрубного барьера 1. Затрубный барьер 1 на фиг. 12А, таким образом, изолирует зону очень низкого давления (VLP), причем вследствие выравнивания разжимная металлическая муфта 9 на фиг. 12В подвергается такому же давлению, что и высокое давление (HP) над затрубным барьером, большее очень низкого давления (VLP) под затрубным барьером.

В другом варианте осуществления трубчатая конструкция скважины представляет собой эксплуатационную обсадную колонну, имеющую эксплуатационное отверстие или эксплуатационную зону, которые могут содержать клапан регулирования притока, фильтры и т.д. Трубчатая конструкция скважины также может содержать канал для цементного раствора или канал для разрыва пласта.

Завершение скважины с использованием скважинной системы может дополнительно содержать вибрирование или поворот на по меньшей мере части трубчатой конструкции скважины по отношению к затрубному барьеру при цементировании после разжимания разжимной металлической муфты затрубного барьера. После цементирования затрубного пространства между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины над затрубным барьером заканчивание может быть продолжено путем бурения за пределы зоны низкого давления.

Разжимная металлическая муфта может быть выполнена из металла, причем трубчатая часть может быть выполнена из металла, так что затрубный барьер по существу выполнен из металла. Затрубный барьер может содержать уплотнительные элементы, расположенные на внешней поверхности разжимной металлической муфты. Трубчатая конструкция скважины выполнена из металла и представляет собой, по существу, трубчатую металлическую конструкцию скважины. Трубчатая конструкция скважины может иметь некоторые части или компоненты, полностью или частично выполненные не из металла.

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 трубчатой конструкцией скважины, хвостовиком, обсадной колонной или эксплуатационной обсадной колонной понимается труба, трубчатый элемент, трубопровод, хвостовик, колонна любого типа, используемые в скважине при добыче нефти или природного газа.

Хотя изобретение описано выше в связи с предпочтительными вариантами его осуществления, специалисту в области техники очевидно, что возможны многочисленные модификации, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к скважинному затрубному барьеру, скважинной системе для заканчивания скважины и способу бурения за пределы зоны низкого давления в пласте. Технический результат – создание улучшенного затрубного барьера для системы заканчивания скважины или буровой системы, который позволяет продолжить бурение за пределы упомянутой выше зоны очень низкого давления. Затрубный барьер содержит: трубчатую часть для установки в виде части трубчатой конструкции скважины, причем трубчатая часть содержит отверстие и внутреннюю часть, имеющую внутреннее давление; разжимную металлическую муфту, окружающую трубчатую часть и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубчатой части, и внешнюю поверхность, обращенную к стенке ствола скважины; при этом каждый конец разжимной металлической муфты соединен с трубчатой частью; кольцевое пространство между внутренней поверхностью разжимной металлической муфты и трубчатой частью, причем кольцевое пространство имеет давление пространства; и систему клапанов, содержащую первый клапан и второй клапан. Второй клапан выполнен с возможностью пропуска текучей среды под давлением вовнутрь кольцевого пространства для разжимания разжимной металлической муфты и с возможностью предотвращения течения текучей среды из кольцевого пространства во внутреннюю часть трубчатой части. Первый клапан имеет первое положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части и вторым клапаном для разжимания разжимной металлической муфты при увеличении внутреннего давления, и второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством. Первый клапан выполнен с возможностью смещения из первого положения во второе положение, когда давление пространства выше внутреннего давления. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Затрубный барьер (1) для разжимания в затрубном пространстве (2) между трубчатой конструкцией (3) скважины и стенкой (4) ствола (5) скважины в скважине для изоляции первой зоны (101) от второй зоны (102) в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и стенкой ствола скважины, при этом затрубное пространство имеет давление в затрубном пространстве, содержащий:

- трубчатую часть (6) для установки в виде части трубчатой конструкции скважины, причем трубчатая часть содержит отверстие (7) и внутреннюю часть (8), имеющую внутреннее давление;

- разжимную металлическую муфту (9), окружающую трубчатую часть и имеющую внутреннюю поверхность (10), обращенную к трубчатой части, и внешнюю поверхность (11), обращенную к стенке ствола скважины;

- при этом каждый конец (12) разжимной металлической муфты соединен с трубчатой частью;

- кольцевое пространство (14) между внутренней поверхностью разжимной металлической муфты и трубчатой частью, причем кольцевое пространство имеет давление пространства; и

- систему (15) клапанов, содержащую первый клапан (16) и второй клапан (17), при этом второй клапан выполнен с возможностью пропуска текучей среды под давлением вовнутрь кольцевого пространства для разжимания разжимной металлической муфты и с возможностью предотвращения течения текучей среды из кольцевого пространства во внутреннюю часть трубчатой части;

причем первый клапан имеет первое положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между внутренней частью трубчатой части и вторым клапаном для разжимания разжимной металлической муфты при увеличении внутреннего давления, и второе положение, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством, при этом первый клапан выполнен с возможностью смещения из первого положения во второе положение, когда давление пространства выше внутреннего давления.

2. Затрубный барьер по п.1, в котором второй клапан расположен в канале (43), соединяющем с возможностью передачи текучей среды отверстие разжимания с кольцевым пространством.

3. Затрубный барьер по п.1 или 2, в котором первый клапан содержит камеру (24) и поршень (25), разделяющий камеру на первую секцию (26) камеры и вторую секцию (27) камеры, при этом поршень выполнен с возможностью перемещения внутри камеры для смещения положения.

4. Затрубный барьер по любому из пп.1-3, в котором первый клапан имеет первое отверстие (31), соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью, второе отверстие (32), соединенное с возможностью передачи текучей среды со вторым клапаном, третье отверстие (33), соединенное с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, и четвертое отверстие (34), соединенное с возможностью передачи текучей среды с затрубным пространством, причем в первом положении первое отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды со вторым отверстием, при этом во втором положении третье отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды с четвертым отверстием.

5. Затрубный барьер по любому из пп.1-4, в котором поршень содержит канал (35) для текучей среды, обеспечивающий соединение с возможностью передачи текучей среды между третьим отверстием и второй секцией камеры в первом положении.

6. Затрубный барьер по любому из пп.1-5, в котором поршень имеет углубление (28), обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между третьим отверстием и четвертым отверстием во втором положении.

7. Затрубный барьер по любому из пп.1-6, дополнительно содержащий блок (51) предотвращения смятия, содержащий элемент (52), выполненный с возможностью перемещения по меньшей мере между первым положением и вторым положением, причем блок предотвращения смятия имеет первый канал (53), соединенный с возможностью передачи текучей среды с первой зоной затрубного пространства, и второй канал (54), соединенный с возможностью передачи текучей среды со второй зоной затрубного пространства, при этом блок предотвращения смятия имеет третий канал (55), соединенный с возможностью передачи текучей среды с кольцевым пространством, причем в первом положении первый канал соединен с возможностью передачи текучей среды с третьим каналом с обеспечением выравнивания давления первой зоны с давлением пространства, при этом во втором положении второй канал соединен с возможностью передачи текучей среды с третьим каналом с обеспечением выравнивания давления второй зоны с давлением пространства.

8. Затрубный барьер по любому из пп.1-7, дополнительно содержащий блокирующий элемент (56), выполненный с возможностью механической блокировки поршня, когда поршень находится в закрытом положении, с обеспечением блокировки первого отверстия.

9. Скважинная система (100) для заканчивания скважины в пласте, имеющем слои различных давлений, содержащая:

- трубчатую конструкцию (3) скважины; и

- по меньшей мере один затрубный барьер (1) по любому из пп.1-8.

10. Скважинная система по п.9, в которой трубчатая конструкция скважины представляет собой буровой хвостовик (3а), соединенный с бурильной головкой (45) на первом конце (44).

11. Скважинная система по п.9, в которой затрубный барьер расположен ближе к первому концу, чем ко второму концу трубчатой конструкции скважины.

12. Скважинная система по п.9 или 10, в которой трубчатая конструкция скважины представляет собой эксплуатационную обсадную колонну.

13. Способ бурения для бурения за пределы зоны низкого давления в пласте, содержащий следующие этапы:

- бурение ствола скважины в пласте;

- определение зоны низкого давления в пласте;

- опускание закрывающего элемента вовнутрь трубчатой конструкции скважины;

- увеличение внутреннего давления трубчатой конструкции скважины и разжимание затрубного барьера по любому из пп.1-8 в зоне низкого давления; и

- уменьшение внутреннего давления до давления ниже давления пространства и смещение положения первого клапана из первого положения во второе положение.

14. Способ бурения по п.13, дополнительно содержащий этап выравнивания давления между затрубным пространством и кольцевым пространством.

15. Способ бурения по п.13 или 14, дополнительно содержащий этап обеспечения наличия цементного раствора над затрубным барьером в затрубном пространстве между обсадной колонной и стенкой ствола скважины.