ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В РАБОЧЕЙ КОЛОННЕ ВО ВРЕМЯ ОПЕРАЦИЙ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2020 года по МПК E21B47/01 E21B23/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение в целом относится к нефтепромысловому оборудованию и, в частности, к скважинным инструментам, системам заканчивания скважины и методам измерения напряжения (например, крутящего момента, нагрузки и т. д.) в рабочей колонне.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Для того чтобы добывать пластовые флюиды из земного пласта, стволы скважин могут быть пробурены вглубь земного пласт до требуемой глубины для добычи пластовых флюидов. После бурения ствола скважины в стволе скважины могут быть установлены обсадные колонны, обеспечивающие стабилизацию ствола скважины и не позволяющие стенкам ствола скважины обваливаться в скважине. Множество колонн обсадных труб можно использовать для заканчивания глубокого ствола скважины. Небольшое пространство между обсадной колонной и необработанными стенками ствола скважины (обычно называемыми кольцевым пространством) может быть заполнено цементом. После цементирования обсадной колонны на месте могут быть использованы компоновки скважинных перфораторов для образования перфораций через обсадную колонну и связанный с ней цемент в земной пласт.

[0003] Некоторые обсадные колонны называются «потайными обсадными колоннами», которые подвешены на имеющейся колонне обсадных труб в требуемом месте в забое скважины. Установка «потайной обсадной колонны» в имеющейся колонне обсадных труб может включать передачу крутящего момента на рабочую колонну и приложение нагрузки со стороны рабочей колонны для установки потайной обсадной колонны. Величина крутящего момента и/или нагрузки, прилагаемых к потайной обсадной колонне, может быть ценной информацией при установке потайной обсадной колонны в имеющейся колонне обсадных труб.

[0004] Следовательно, будет понятно, что постоянно необходимы усовершенствования в областях измерения крутящего момента и/или нагрузки, прилагаемых рабочей колонной во время операций заканчивания скважины.

краткое описание графических материалов

[0005] Различные варианты реализации данного изобретения можно лучше понять благодаря подробному описанию, приведенному ниже, и прилагаемым графическим материалам для различных вариантов реализации изобретения. В графических материалах одинаковые ссылочные позиции могут обозначать идентичные или функционально схожие элементы. Варианты реализации изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры, при этом:

[0006] на фиг. 1 проиллюстрирован типичный частичный вид в поперечном сечении системы для установки потайной обсадной колонны в стволе скважины в соответствии с одним или более приведенными в качестве примера вариантами реализации изобретения;

[0007] на фиг. 2 проиллюстрирован типичный частичный вид в поперечном сечении части системы в соответствии с фиг. 1 с измерительным устройством и спускным инструментом, используемым для установки пробки;

[0008] на фиг. 3 проиллюстрирован типичный частичный вид в поперечном сечении части системы в соответствии с фиг. 1 с измерительным устройством и спускным инструментом, используемым для установки потайной обсадной колонны;

[0009] на фиг. 4 проиллюстрирован вид в перспективе измерительного инструмента, проиллюстрированного на фиг. 3.

подробное описание сущности изобретения

[0010] В данном изобретении могут повторяться ссылочные позиции в виде цифр и/или букв в различных примерах или на различных фигурах. Такое повторение предназначено для простоты и ясности изложения и само по себе не диктует отношения между различными вариантами реализации изобретения и/или конфигурациями, которые обсуждались. Кроме того, пространственно относительные термины, такие как под, ниже, нижний, выше, верхний, вверх по стволу скважины, в скважине, вверх по потоку, вниз по потоку и тому подобное, могут использоваться в данном документе для простоты описания, чтобы описать отношение одного элемента или признака к другому элементу(ам) или признаку(ам), как показано, направление вверх направлено к верхней части соответствующей фигуры, а направление вниз направлено к нижней части соответствующей фигуры, направление вверх - к поверхности ствола скважины, направление вниз - к призабойному участку ствола скважины. Если не указано иное, пространственно относительные термины предназначены для охвата различных ориентаций устройства при использовании или работе в дополнение к ориентации, изображенной в графических материалах. Например, если устройство на фигурах перевернуто, элементы, описанные как находящиеся «ниже» или «под» другими элементами или признаками, будут тогда ориентированы «над» другими элементами или признаками. Таким образом, приведенный в качестве примера термин «ниже» может охватывать как ориентацию выше, так и ориентацию ниже. Устройство может быть ориентировано иным образом (повернуто на 90 градусов или в других ориентациях), и пространственно относительные описательные термины, используемые в данном документе, также могут истолковываться соответствующим образом.

[0011] Кроме того, даже если фигура может изображать горизонтальный ствол скважины или вертикальный ствол скважины, если не указано иное, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что устройство в соответствии с настоящим изобретением одинаково хорошо подходит для использования в стволах скважин, имеющих другие ориентации, включая вертикальные стволы скважин, наклонные стволы скважин, многосторонние стволы скважин или тому подобное. Аналогичным образом, если не указано иное, даже если фигура может изображать шельфовую операцию, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что способ и/или система в соответствии с данным изобретением одинаково хорошо подходят для использования в операциях на суше, и наоборот.

[0012] Используемые в данном документе слова «содержать», «иметь», «включать», и все их грамматические варианты имеют открытое, не ограничивающее значение, которое не исключает дополнительные элементы или этапы. Хотя композиции и способы описаны с помощью таких терминов, как «содержащий», «включающий в себя» или «включающий» различные компоненты или этапы, композиции, и способы также могут «состоять, по существу, из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Следует также понимать, что используемые в данном документе термины «первый», «второй» и «третий» назначаются произвольно и предназначены просто для того, чтобы различать два или более объектов и т. д., в зависимости от обстоятельств, и не указывают на какую-либо последовательность. Кроме того, следует понимать, что простое использование слова «первый» не требует наличия какого-либо «второго» элемента, а простое использование слова «второй» не требует наличия какого-либо «первого» или «третьего» элемента и т. д.

[0013] Термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Кроме того, термины, приведенные в формуле изобретения в единственном числе, определены в данном документе как означающие один или более элементов, которые он вводит. Если есть какое-либо противоречие в использовании слова или термина в данном описании и одном или более патентах или других документах, которые могут быть включены в данный документ посредством ссылки, должны быть приняты определения, которые согласуются с данным описанием.

[0014] В основном, данное изобретение предусматривает измерительное устройство и способ измерения напряжения (такой как сжатие или растягивающее напряжение и/или крутящий момент) в рабочей колонне во время операций заканчивания при креплении снаряда для заканчивания скважины к обсадной колонне в стволе скважины. Снаряд для заканчивания скважины может представлять собой по меньшей мере одно из потайной обсадной колонны, подвесного устройства для потайной обсадной колонны, мостовой пробки, пробки для гидроразрыва пласта, скважинного отклонителя, пакера, песчаного сетчатого фильтра, фрезерного инструмента, ловильного инструмента, отклоняющего устройства, устройства для заканчивания скважины, анкерного устройства и т. д. Прикрепление снаряда для заканчивания скважины к обсадной колонне (или другим колоннам труб в стволе скважины) может включать в себя манипуляции с рабочей колонной для передачи напряжения на снаряд для заканчивания скважины через измерительный инструмент, причем измерительный инструмент измеряет напряжение, прилагаемое к снаряду для заканчивания скважины. Измерительное устройство может содержать пустотелый корпус с множеством углублений на наружной поверхности, причем в некоторых углублениях расположены тензодатчики. Измерительное устройство может содержать телеметрическое устройство (такое как гидравлический импульсный генератор, акустическое телеметрическое устройство, электромагнитное телеметрическое устройство, телеметрическое устройство с использованием электрического сигнала и оптическое телеметрическое устройство), выполненное с возможностью передачи данных, полученных от тензодатчиков, на поверхностный контроллер с помощью телеметрии, причем телеметрическое устройство расположено в одном из множества углублений. Тензодатчики могут измерять сжатие или напряжение и/или вращающий момент в рабочей колонне и передавать с помощью телеметрии полученные данные на поверхность для оценки. Измерительное устройство может содержать сквозное отверстие, которое проходит через корпус и имеет, по существу, постоянный внутренний диаметр, который позволяет сбрасываемому шару проходить через измерительное устройство и приводить в действие другие скважинные инструменты в скважине, которые расположены глубже в стволе скважины, чем измерительное устройство. Используемый в данном документе термин «сбрасываемый шар» или «шар» относится к любому объекту, который может перемещаться через обсадную колонну для приведения в действие скважинного инструмента (например, спускного инструмента 24), причем объектом может быть шар, дротик, пробка и т. п.

[0015] Обсадная колонна представляет собой насосно-компрессорную колонну, которая установлена внутри пробуренного ствола скважины для защиты и поддержки добычи флюидов с доставкой на поверхность. В дополнение к обеспечению стабилизации и удерживания стенок ствола скважины от обвалов обсадная колонна может защитить добычу флюидов от внешних загрязнений, например, путем отделения любых пластов пресной воды от флюидов, добываемых через обсадную колонну. Известное также как цементирование колонны, обсаживание ствола скважины, включает в себя спуск трубы (такой как стальная труба) вниз по внутренней части недавно пробуренного участка ствола скважины. Кольцевое пространство между обсадной колонной и необработанными стенками ствола скважины может быть заполнено цементом для несъемной установки колонны обсадной колонны на месте. Обсадная труба может быть спущена с площадки буровой установки, соединена поочерёдно в каждом соединении, и заведена нижним концом в обсадную колонну, которая ранее была введена в ствол скважины. Обсадная колонна спускается, когда нагрузка обсадной колонны передается на подвесные устройства для обсадных колонн, которые расположены вблизи верхней части новой обсадной колонны, и может использовать клиновые захваты или резьбы для подвешивания новой обсадной колонны в стволе скважины. Рабочая колонна может использоваться для установки обсадной колонны вблизи нижнего конца ранее установленной обсадной колонны. Затем цементный раствор можно закачать в ствол скважины и дать ему затвердеть, чтобы окончательно закрепить обсадную колонну на месте. После того как цемент затвердеет, может быть пробурена нижняя часть ствола скважины и продолжен процесс заканчивания скважины.

[0016] Иногда ствол скважины бурят поэтапно. Ствол скважины может быть пробурен на определенную глубину, обсажен и зацементирован, а затем пробурен на большую глубину, обсажен и зацементирован снова и так далее. Каждый раз, когда ствол скважины обсаживают, используют обсадную колонну меньшего диаметра. Самый широкий тип обсадной колонны может называться направляющей обсадной колонной, и обычно составляет от 0,8 до 1 м (от 30 до 42 дюймов) в диаметре для шельфовых стволов скважин и от 0,3 м до 0,4 м (от 12 до 16 дюймов) в диаметре для наземных стволов скважин. Кольцевое пространство в радиальном направлении за пределами направляющей обсадной колонны может быть заполнено цементом для предотвращения циркуляции буровых растворов за пределами направляющей обсадной колонны и возникновения эрозии. Обсадные колонны следующего размера можно назвать кондукторной обсадной колонной, длина которой может достигать нескольких сотен метров (тысяч футов). Кольцевое пространство в радиальном направлении за пределами кондукторной обсадной колонны может быть заполнено цементом, чтобы предотвратить проникновение углеводородных флюидов в зоны пресной воды. В некоторых стволах скважин промежуточная обсадная колонна может быть спущена для разделения сложных зон или проблемных зон, таких как зоны высокого давления или зоны поглощения бурового раствора. Кольцевое пространство в радиальном направлении за пределами промежуточной осадной колонны может быть по меньшей мере частично заполнено цементом для изолирования пластов, которые могут разрушаться и приводить к поглощению бурового раствора в стволе скважины.

[0017] Как правило, последний тип обсадной колонны, спускаемой в ствол скважины, представляет собой эксплуатационную обсадную колонну и, следовательно, является обсадной колонной наименьшего диаметра. Эксплуатационная обсадная колонна может быть спущена непосредственно в продуктивный пласт. Кольцевое пространство в радиальном направлении за пределами эксплуатационной обсадной колонны может быть по меньшей мере частично заполнено цементом, чтобы предотвратить миграцию углеводородов в зоны поглощения и предотвратить обрушение пород пластов в скважину, что может привести к поглощению бурового раствора стволом скважины. Кроме того, в ствол скважины вместо обсадной колонны может быть спущена потайная обсадная колонна. Хотя потайная обсадная колонна очень похожа на другие обсадные колонны тем, что она может состоять из отдельных секций труб, потайная обсадная колонна не проходит по всей длине ствола скважины. Потайная обсадная колонна может быть подвешена в стволе скважины с помощью подвесного устройства для потайной обсадной колонны, а затем кольцевое пространство в радиальном направлении за пределами потайной обсадной колонны может быть по меньшей мере частично заполнено цементом. Затем в ствол скважины может быть спущена эксплуатационная колонна для добычи флюидов с их доставкой на поверхность и буровую установку.

[0018] На фиг. 1 проиллюстрирована вертикальная проекция в частичном поперечном сечении системы 10 ствола скважины, которую можно использовать для операций заканчивания в стволе 12 скважины. Ствол 12 скважины может проходить через различные слои геологической среды в нефтегазоносном пласте 14, расположенном под поверхностью 16 геологической среды. Система 10 ствола скважины может содержать буровую установку (или буровую вышку) 18 и устье 40 скважины. Транспортировочное устройство 30 (например, сегментированная колонна насосно-компрессорных труб, гибкие насосно-компрессорные трубы и т. д.) может использоваться для транспортировки инструментов для заканчивания скважины и/или обсадных колонн вглубь скважины. В примере, проиллюстрированном на фиг. 1, транспортировочное устройство 30 в общем может называться рабочей колонной 30. Рабочая колонна 30 может иметь измерительное устройство 50, прикрепленное к ее нижнему концу с помощью спускного инструмента 24, прикрепленного между измерительным устройством 50 и потайной обсадной колонной 28. Спускной инструмент 24 может быть прикреплен к потайной обсадной колонне 28 на буровой установке 18 и использован для спуска потайной обсадной колонны 28 в ствол 12 скважины посредством рабочей колонны 30. Как проиллюстрировано на фиг. 1, спускной инструмент 24 прикреплен к верхнему концу потайной обсадной колонны 28, а рабочую колонну 30 используют для размещения верхнего конца потайной обсадной колонны 28 выше, но вблизи, нижнего конца обсадной колонны 34.

[0019] Как только потайная обсадная колонна 28 надлежащим образом размещена в стволе 12 скважины, спускной инструмент 24 могут использовать для установки подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны (которая может содержать пакеры и/или клиновые захваты 20, 22), которое будет удерживать потайную обсадную колонну 28 в требуемом положении в стволе 12 скважины. Как только установлено подвесное устройство 21 для потайной обсадной колонны, спускной инструмент 24 может быть высвобожден из потайной обсадной колонны 28, и рабочая колонна 30 вместе с измерительным устройством 50 и спускным инструментом 24 может быть удалена из ствола 12 скважины, причем потайная обсадная колонна 28 остается в стволе 12 скважины. Однако до удаления рабочей колонны 30 из ствола 12 скважины цемент могут закачивать через рабочую колонну 30, измерительный инструмент 50 и спускной инструмент 24 для заполнения кольцевого пространства между потайной обсадной колонной 28 и стволом скважины 12. Пакеры и/или клиновые захваты 20, 22 могут представлять собой пакер или клиновой захват любого подходящего типа, который может надежно закрепить верхний конец потайной обсадной колонны 28 на обсадной колонне 34. Например, надувные, набухающие, сжимаемые, и/или механические пакеры могут быть включены в подвесное устройство 21 для потайной обсадной колонны. Механически расширяемые клиновые захваты, гидравлически расширяемые клиновые захваты, вращающиеся активированные клиновые захваты и т. д. также могут быть включены в подвесное устройство 21 для потайной обсадной колонны. Пакеры и клиновые захваты хорошо известны в данной области техники и не будут далее обсуждаться.

[0020] На фиг. 2 проиллюстрирован вариант реализации данного изобретения для установки пробки 90 в стволе 12 скважины. Операция гидроразрыва изображена на фиг. 2, причем гидроразрыв 94 выполнен на участке 98 через перфорации 86. Для участка 96 гидроразрыва предыдущую трещину 94 гидроразрыва обычно изолируют от новой трещины 92 гидроразрыва, которая может быть образована через дополнительные перфорации 86 на участке 96. В этой операции заканчивания с обработкой и/или гидроразрывом ствола 12 скважины может быть установлена мостовая пробка или пробка 90 гидроразрыва в стволе 12 скважины между участками 96 и 98 для отвода состава для обработки приствольной зоны или жидкости для гидроразрыва в перфорации 86 на участке 96. Рабочая колонна 30 может содержать измерительное устройство 50 и спускной инструмент 24, прикрепленный к концу рабочей колонны 30, с пробкой 90, прикрепленной к спускному инструменту. Центратор 82 может использоваться для центрирования рабочей колонны 30 в стволе 12 скважины. Пробка 90 может доставляться в ствол 12 скважины посредством рабочей колонны 30 и устанавливаться между участками 96 и 98 с помощью спускного инструмента 24. Измерительное устройство 50 может измерять сжатие, напряжение и вращающий момент, прикладываемые к пробке 90 рабочей колонной 30 во время установки пробки и, возможно, после установки пробки для проверки целостности уплотнения пробки на обсадной колонне 34 в стволе 12 скважины. Используемый в данном документе термин «пробка» относится к мостовой пробке, пробке гидроразрыва пласта, скважинному отклонителю или любому другому устройству, которое может быть спущено в ствол скважины и установлено с помощью спускного инструмента 24.

[0021] На фиг. 3 проиллюстрирован вариант реализации данного изобретения для установки потайной обсадной колонны 28 в стволе 12 скважины, аналогично конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 1. Измерительное устройство 50 может быть соединено со спускным инструментом 24 через резьбовые соединения 54 и 56, причем резьбовое соединение 53 используется для соединения измерительного устройства 50 с рабочей колонной 30. Следует понимать, что резьбовые соединения 53, 54, 56 могут реализовать другие соединения, например, дополнительные секции трубы могут быть соединены между измерительным устройством 50 и спускным инструментом 24, а также между измерительным устройством 50 и рабочей колонной 30.

[0022] Как было указано ранее, спускной инструмент 24 может быть прикреплен к верхнему концу потайной обсадной колонны 28. Потайная обсадная колонна 28 может быть спущена в ствол 12 скважины и размещена вблизи нижнего конца обсадной колонны 34 (или в любом другом требуемом месте вдоль обсадной колонны 34). Измерительное устройство 50 может содержать множество датчиков для измерения и контроля параметров, таких как давление, температура в скважине и т. д., а также азимутальная ориентация измерительного устройства 50, крутящий момент, прилагаемый к спускному инструменту 24, и нагрузка, прилагаемая к подвесному устройству для потайной обсадной колонны спускным инструментом 24. Измеренные данные могут быть переданы на поверхность посредством телеметрии по гидроимпульсному каналу связи с помощью импульсного генератора 70 (см. фиг. 4), включенного в измерительное устройство 50. Этот импульсный генератор 70 могут использовать для создания импульсов отрицательного давления в флюиде в рабочей колонне 30, которая передает импульсы на поверхность. Однако импульсный генератор 70 не ограничивает поток флюидов в сквозном отверстии 52 измерительного устройства 50 для создания телеметрии по гидроимпульсному каналу связи. Импульсный генератор 70 может избирательно выпускать флюид из рабочей колонны 30 в кольцевое пространство 32, чтобы генерировать отрицательные гидроимпульсы. Импульсный генератор 70 может содержать приемник 104 и передатчик 106 соответственно для приема и передачи данных телеметрии. Передатчик 106 может быть отключен в требуемые периоды времени (например, когда рабочую колонну спускают в ствол 12 скважины и/или извлекают из ствола скважины) для снижения мощности, потребляемой измерительным устройством 50. Также следует понимать, что могут использовать различные другие телеметрические устройства 102 для передачи данных на поверхностный контроллер, такой как акустическое телеметрическое устройство, электромагнитное телеметрическое устройство, телеметрическое устройство с использованием электрического сигнала, оптическое телеметрическое устройство и т. д. Эти типы телеметрических устройств хорошо известны в данной области техники и не будут дальше обсуждаться. Однако следует понимать, что ни одно из этих телеметрических устройств не закрывает сквозное отверстие 52 и иным образом не уменьшает внутренний диаметр ID1 сквозного отверстия 52 в измерительном устройстве 50.

[0023] После того как потайная обсадная колонна 28 размещена в стволе 12 скважины, подвесное устройство 21 для потайной обсадной колонны может быть установлено путем расширения одного или более пакеров 20 для приведения их в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны 34 и/или расширения клиновых захватов 22 для их зацепления с внутренней поверхностью. Существует много способов установки подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны и/или высвобождения спускного инструмента 24 из потайной обсадной колонны 28 после установки потайной обсадной колонны 28. Некоторыми примерами установки подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны могут быть вращение спускного инструмента 24 с помощью рабочей колонны 30, гидравлическая активация спускного инструмента 24 линиями управления и/или сброс шара 48. Одно из преимуществ используемого в настоящее время измерительного устройства 50 состоит в том, что сквозное отверстие 52 устройства позволяет активировать гидравлику спускного инструмента 24 путем сброса шара 48 через рабочую колонну 30, через измерительное устройство 50 для его контакта с седлом 42 шара в спускном инструменте 24. Гидравлика спускного инструмента 24 может работать, когда шар 48 попадает в седло 42 шара, что позволяет манипулировать падением давления на спускном инструменте 24. Это манипулирование давлением можно использовать для активирования подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны, настраивая работу спускного инструмента 24. Кроме того, манипулирование(я) давлением, применяемое(ые) к спускному инструменту 24 (а также манипуляции с рабочей колонной 30, применяемые к спускному инструменту 24), могут использовать для получения последовательности, которая приводит к высвобождению спускного инструмента 24 из потайной обсадной колонны 28. Манипуляции с рабочей колонной 30 могут включать сжатие (приложенную нагрузку), напряжение (снятую нагрузку) и/или вращающий момент для создания последовательности, которая задействует спускной инструмент 24.

[0024] Когда установлено подвесное устройство 21 для потайной обсадной колонны, может быть желательным проверить целостность подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны путем приложения нагрузки к потайной обсадной колонне 28. Нагрузку на потайную обсадную колонну 28 можно приложить путем приложения сжатия к рабочей колонне 30, которое может быть передано через спускной инструмент 24 на потайную обсадную колонну 28. Если к потайной обсадной колонне 28 можно приложить нагрузку заранее определенной величины без нарушения функций потайной обсадной колонны, то подвесное устройство 21 для потайной обсадной колонны может считаться установленным надлежащим образом. Величина нагрузки, прилагаемой к потайной обсадной колонне 28, может быть определена тензодатчиками 58, которые могут быть расположены в углублениях 61 на наружной поверхности 67 измерительного устройства 50. Когда применяется сжатие рабочей колонны 30, измерительное устройство 50 может измерять сжатие, испытываемое устройством 50, и определять величину нагрузки (или силы), прикладываемой к потайной обсадной колонне 28 и, таким образом, к подвесному устройству 21 для потайной обсадной колонны. Затем измеренные данные могут быть переданы на поверхностный контроллер 80 для оценки.

[0025] Тензодатчики 58 могут быть расположены по окружности вокруг наружной поверхности измерительного устройства 50 в двух или более положениях, которые находятся на одинаковом расстоянии друг от друга. Например, на фиг. 2 и 3 показаны три датчика 58, расположенные под углами «0», «120» и «240» градусов по окружности корпуса 66 (однако показан только один из датчиков 58). Тензодатчики 58 могут обеспечивать измерения сжатия, напряжения и/или крутящего момента, тем самым определяя нагрузку, напряжение и/или крутящий момент, прилагаемые к инструменту 24. Тензодатчики 58 могут быть 3-осевыми тензодатчиками, которые могут обнаруживать напряжение в трехосной ортогональной системе координат измерительного устройства 50.

[0026] Измеренные данные могут быть переданы на поверхностный контроллер 80 посредством телеметрии по гидроимпульсному каналу связи. Когда измеренные данные принимаются на поверхности, могут быть приняты решения, такие как высвобождение спускного инструмента 24 и удаление рабочей колонны 30 из ствола 12 скважины вместе с измерительным устройством 50. Кроме того, если измеренные данные показывают, что подвесное устройство 21 потайной обсадной колонны не установлено должным образом, тогда могут быть предприняты корректирующие действия для его ремонта и/или восстановления. Тензодатчики 58 могут обеспечивать видимость операций заканчивания при закреплении снаряда 100 для заканчивания скважины на обсадной колонне в стволе 12 скважины. Снаряд 100 для заканчивания скважины может представлять собой по меньшей мере одно из потайной обсадной колонны 28, подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны, мостовой пробки 90, пробки 90 гидроразрыва, скважинного отклонителя 90, пакера 20, песчаного сетчатого фильтра, фрезерного инструмента, ловильного инструмента, отклоняющего устройства (например, для отклонения колонны насосно-компрессорных труб, скважинного инструмента и т. д. в боковой ствол скважины), устройства для заканчивания скважины (например, для гидроразрыва, отвода и т. д.), анкерного устройства и т. д. Крепление снаряда 100 для заканчивания скважины на обсадной колонне 34 (или других колоннах насосно-компрессорных труб в стволе скважины) может включать манипуляции с рабочей колонной 30 для создания нагрузки на снаряд 100 для заканчивания скважины через измерительный инструмент 50, причем измерительный инструмент измеряет напряжение, прилагаемое к снаряду 100 для заканчивания скважины.

[0027] Измерительное устройство 50 может содержать пустотелый корпус 66, присоединительные головки 53, 54, углубления 60, 61, 62 на наружной поверхности 67 корпуса 66 с множеством датчиков 64, 68, установленных в углублениях 60, 62 и тензодатчиками 58, установленными в углублениях 61. Внутренний проточный канал для потока может быть выполнен в виде единого сквозного отверстия 52, имеющего, по существу, постоянный внутренний диаметр ID1. Используемый в данном документе термин «по существу, постоянный диаметр» относится к диаметру, который может иметь небольшие отклонения по длине сквозного отверстия, но сквозное отверстие сохраняет указанный диаметр на протяжении большей части длины.

[0028] Шар 48 показан в трех возможных положениях, когда он проходит через измерительное устройство 50 в спускной инструмент 24. В положении 48а показан шар 48, проходящий через отверстие 52 в измерительном устройстве 50. Шар 48 имеет наружный диаметр OD1, который меньше внутреннего диаметра ID1 сквозного отверстия 52. Поскольку нет препятствий для прохождения шара 48 через устройство 50, шар 48 может свободно перемещаться к спускному инструменту 24. В положении 48b показан шар 48, вошедший в спускной инструмент 24, но до зацепления с седлом 42 шара. Проточный канал 38 может проходить через спускной инструмент 24 и может иметь внутренний диаметр ID2, который также больше, чем наружный диаметр OD1 шара 48. Шар 48 может перемещаться до тех пор, пока не приземлится в седле 42 шара, внутренний диаметр ID3 которого меньше наружного диаметра OD1 шара 48. Наличие шара 48 в седле 42 шара значительно ограничивает поток флюидов через спускной инструмент 24, и позволяет контроллеру манипулировать давлением на инструменте 24, что можно использовать для установки подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны (например, установки пакера 20 и клиновых захватов 22). Манипуляции давлением на инструменте 24 также можно использовать для высвобождения инструмента 24 из потайной обсадной колонны 28.

[0029] На фиг. 4 проиллюстрирован вид в перспективе устройства 50 с различными элементами, закрепленными в углублениях 60, 61, 62 в корпусе 66 устройства 50. Гидравлический импульсный генератор 70, электрические соединения 72, блоки 74 связи, электронное оборудование 76, датчики 64, 68, а также тензодатчики 58 могут быть расположены, как показано, в углублениях на наружной поверхности 67 корпуса 66. Увеличенная часть корпуса 66 устройства 50 позволяет устанавливать эти компоненты в устройстве 50, не преграждая сквозное отверстие 52, которое проходит через устройство 50.

[0030] Таким образом, предусмотрено измерительное устройство 50 для измерения напряжения в рабочей колонне 30 во время операций заканчивания скважины. Измерительное устройство 50 может содержать корпус 66 с множеством углублений 60, 61, 62 на наружной поверхности 67 корпуса 66 и тензодатчики 58, которые могут обнаруживать сжатие, напряжение и/или вращающий момент корпуса 66, когда тензодатчики могут быть расположены по меньшей мере в двух из множества углублений 61 и когда эти углубления 61 расположены по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности корпуса 66. Измерительное устройство 50 может содержать гидравлический импульсный генератор 70 (или другие телеметрические устройства, такие как акустическое телеметрическое устройство, электромагнитное телеметрическое устройство, телеметрическое устройство с использованием электрического сигнала и оптическое телеметрическое устройство), которые могут быть выполнены с возможностью передачи данных, полученных от тензодатчиков 58, на поверхностный контроллер 80 посредством телеметрии по гидроимпульсному каналу связи (или других телеметрических каналов), при этом гидравлический импульсный генератор 70 расположен в другом одном из множества углублений 60, 62. Как указано выше, импульсный генератор 70 может содержать приемник 104 и передатчик 106 соответственно для приема и передачи телеметрических данных. Передатчик 106 может быть отключен в требуемые периоды времени (например, когда рабочую колонну спускают в ствол 12 скважины и/или извлекают из него, во время длительных периодов простоя и т. д.), чтобы уменьшить мощность, потребляемую измерительным устройством 50. Импульсный генератор 70 также может представлять собой другие телеметрические устройства 102, которые были указаны выше. Сквозное отверстие 52, имеющее по существу постоянный внутренний диаметр ID1, может проходить через корпус 66 измерительного устройства 50.

[0031] В любом из вышеупомянутых вариантов реализации изобретения способ может включать любой из приведенных ниже элементов, отдельно или в комбинации друг с другом.

[0032] Корпус 66 может иметь резьбовое соединение 53, 54 на каждом конце устройства 50. Тензодатчики 58 могут быть расположены по меньшей мере в трех из множества углублений 61, причем по меньшей мере три углубления 61 расположены по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности корпуса 66. Датчики 64, 68 давления и температуры могут быть расположены в других углублениях 60, 62 из множества углублений 60, 61, 62 и подавать измеренные ими данные в гидравлический импульсный генератор 70 (или другое телеметрическое устройство), которое выполнено с возможностью передачи измеренных данных давления и температуры на поверхностный контроллер 80. Сквозное отверстие 52 может быть выполнено так, чтобы пропускать шар 48 через измерительное устройство 50 и доставлять шар 48 к скважинным инструментам 24, расположенным глубже в стволе 12 скважины, чем измерительное устройство 50, для управления этими скважинными инструментами 24.

[0033] Предусмотрен способ установки снаряда 100 для заканчивания скважины в стволе 12 скважины, который может включать операции по соединению снаряда 100 для заканчивания скважины со спускным инструментом 24, соединению спускного инструмента 24 с измерительным устройством 50, соединению измерительного устройства 50 с рабочей колонной 30 и смещению рабочей колонны 30, тем самым размещая снаряд 100 для заканчивания скважины в требуемом месте в стволе 12 скважины.

[0034] Операции также могут включать подачу команды на спускной инструмент 24 для установки снаряда 100 для заканчивания скважины, тем самым закрепляя снаряд 100 для заканчивания скважины на обсадной колонне 34 в стволе 12 скважины, манипулирование рабочей колонной 30, тем самым вызывая сжатие или напряжение и/или вращение в рабочей колонне 30 и создание напряжения, прилагаемого к спускному инструменту 24, измерение посредством измерительного устройства 50 силы, приложенной к спускному инструменту 24, и определение того, что сила, приложенная к снаряду 100 для заканчивания скважины, превышает заранее определенную величину, тем самым указывая, что снаряд 100 для заканчивания скважины установлен надлежащим образом.

[0035] В любом из вышеупомянутых вариантов реализации изобретения способ может включать любой из приведенных ниже элементов, отдельно или в комбинации друг с другом.

[0036] Операции также могут включать измерение с помощью датчиков 64, 68 давления и/или температуры в скважине и передачу измеренных данных давления и/или температуры на поверхностный контроллер 80 с помощью гидравлического импульсного генератора 70 (или другого телеметрического устройства) в измерительном устройстве 50. Снаряд 100 для заканчивания скважины может быть по меньшей мере одним из потайной обсадной колонны 28, подвесного устройства 21 для потайной обсадной колонны, мостовой пробки 90, пробки 90 гидроразрыва, скважинного отклонителя 90, пакера 20, песчаного сетчатого фильтра, фрезерного инструмента, ловильного инструмента, отклоняющего устройства, устройства для заканчивания скважины, анкерного устройства и т. д.

[0037] Операции также могут включать измерение с помощью датчиков 58 сжатия или напряжения и/или вращающего момента в измерительном устройстве 50 и передачу измеренных данных сжатия или напряжения и/или вращательного момента на поверхностный контроллер 80 через телеметрическое устройство 70, включенное в измерительное устройство 50, при этом телеметрическое устройство 70 может быть гидравлическим импульсным генератором 70, акустическим телеметрическим устройством, электромагнитным телеметрическим устройством, телеметрическим устройством с использованием электрического сигнала или оптическим телеметрическим устройством.

[0038] Операции могут также включать перемещение шара 48 через рабочую колонну 30 для зацепления с седлом 42 шара в спускном инструменте 24, при этом зацепление шара 48 с седлом 42 шара может подать спускному инструменту 24 команду на установку снаряда 100 для заканчивания скважины и/или дальнейшую команду спускному инструменту 24 на высвобождение снаряда 100 для заканчивания скважины из спускного инструмента 24. Зацепление шара 48 во взаимодействии с манипуляциями с рабочей колонной 30 можно использовать для подачи на спускной инструмент 24 команды на высвобождение снаряда 100 для заканчивания скважины из спускного инструмента 24. Манипуляции с рабочей колонной 30 могут включать приложение сжатия или напряжения к рабочей колонне 30, а также вращение рабочей колонны 30.

[0039] Операции также могут включать перемещение шара 48 через сквозное отверстие 52 измерительного устройства 50 до зацепления с седлом 42 шара в спускном инструменте 24.

[0040] Предусмотрен другой способ установки снаряда 100 для заканчивания скважины в стволе 12 скважины, который может включать операции соединения снаряда для заканчивания скважины со спускным инструментом, соединения спускного инструмента с измерительным устройством, соединения измерительного устройства с рабочей колонной, смещения рабочей колонны, тем самым размещая снаряд для заканчивания скважины в требуемом месте в стволе скважины, во время смещения, причем импульсный генератор измерительного устройства выполнен с возможностью конфигурации с пониженной мощностью, которая потребляет меньше энергии, чем конфигурация с полной мощностью импульсного генератора, и повторное конфигурирование импульсного генератора для достижения конфигурации с полной мощностью, когда возникает заранее определенное условие.

[0041] В любом из вышеупомянутых вариантов реализации изобретения способ может включать любой из приведенных ниже элементов, отдельно или в комбинации друг с другом.

[0042] Операции также могут включать в себя подачу команды на спускной инструмент для установки снаряда для заканчивания скважины, тем самым закрепляя снаряд для заканчивания скважины на обсадной колонне 34 (или другой колонне насосно-компрессорных труб) в стволе 12 скважины, манипуляции рабочей колонны 30, создавая тем самым напряжение в рабочей колонне 30 и создавая силу, прилагаемую к спускному инструменту 24, измерения через измерительное устройство 50 силы, приложенной к спускному инструменту 24; и определения того, что сила, приложенная к снаряду 100 для заканчивания скважины, превышает заранее определенную величину, тем самым указывая на то, что снаряд 100 для заканчивания скважины установлен надлежащим образом.

[0043] Импульсный генератор 70 может содержать приемник 104 и передатчик 106 с конфигурацией пониженной мощности, в которой приемник 104 включен для приема данных телеметрии, а передатчик 106 отключен для предотвращения передачи данных телеметрии. Это может сохранять энергию, поскольку часть измерительного устройства 50 может быть отключена или по меньшей мере переведена в «спящий» режим, который сводит к минимуму энергопотребление. Это может быть полезно в том случае, когда батарея является источником питания для измерительного инструмента 50, а ствол 12 скважины имеет глубину несколько сотен метров (тысяч футов). Время перемещения измерительного устройства 50 в требуемое положение в стволе 12 скважины может составлять несколько часов и/или дней. Следовательно, конфигурация с пониженной мощностью может продлить срок службы батареи.

[0044] Импульсный генератор 70 может содержать приемник 104 и передатчик 106, и конфигурация полной мощности может быть в том случае, когда приемник 104 включен для приема данных телеметрии, а передатчик 106 включен для передачи данных телеметрии.

[0045] Заранее определенное условие может включать условие, когда снаряд 100 для заканчивания скважины расположен в требуемом месте или когда измерительный инструмент обнаруживает заранее определенное пороговое значение напряжения, давления и/или температуры во время перемещения снаряда 100 для заканчивания скважины в требуемое место в стволе 12 скважины.

[0046] Операции также могут включать повторное конфигурирование импульсного генератора 70 для достижения конфигурации пониженной мощности посредством подачи команд с поверхности на измерительное устройство 50. Оно может быть, например, в том случае, когда измерительный инструмент 50 удаляют из ствола 12 скважины, требуется длительный период времени между измерениями или по любой другой причине для сохранения энергопотребления измерительного инструмента 50.

[0047] Хотя были показаны и описаны различные варианты реализации изобретения, изобретение не ограничено такими вариантами реализации изобретения, и будет понятно, что оно включает все модификации и вариации, которые будут очевидны для специалиста в данной области техники. Следовательно, необходимо понимать, что данное раскрытие не предназначено для ограничения конкретными раскрытыми формами; скорее, цель состоит в том, чтобы охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие сущности и объему изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Группа изобретений относится к измерительному устройству для измерения напряжения в рабочей колонне во время операций заканчивания при креплении снаряда для заканчивания скважины в стволе скважины, способам установки снаряда для заканчивания скважины в стволе скважины, способу оценки целостности подвесного устройства для потайной обсадной колонны. Измерительное устройство для измерения напряжения в рабочей колонне во время операций заканчивания при креплении снаряда для заканчивания скважины в стволе скважины содержит: корпус с множеством углублений на наружной поверхности корпуса; тензодатчики, которые обнаруживают сжатие, напряжение и вращающий момент корпуса, прилагаемые к снаряду для заканчивания скважины во время манипуляций с рабочей колонной при спуске; гидравлический импульсный генератор, который выполнен с возможностью передачи данных, полученных от тензодатчиков, на поверхностный контроллер с помощью телеметрии по гидроимпульсному каналу связи; и сквозное отверстие, которое проходит через корпус и имеет постоянный внутренний диаметр. Тензодатчики расположены по меньшей мере в двух из множества углублений и указанные по меньшей мере два углубления расположены по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности корпуса. Гидравлический импульсный генератор расположен в другом одном из множества углублений. Технический результат заключается в повышении эффективности измерения крутящего момента и нагрузки, прилагаемых рабочей колонной во время операций заканчивания скважины. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Измерительное устройство для измерения напряжения в рабочей колонне во время операций заканчивания при креплении снаряда для заканчивания скважины в стволе скважины, содержащее:

корпус с множеством углублений на наружной поверхности корпуса;

тензодатчики, которые обнаруживают сжатие, напряжение и вращающий момент корпуса, прилагаемые к снаряду для заканчивания скважины во время манипуляций с рабочей колонной при спуске, при этом тензодатчики расположены по меньшей мере в двух из множества углублений и указанные по меньшей мере два углубления расположены по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности корпуса;

гидравлический импульсный генератор, который выполнен с возможностью передачи данных, полученных от тензодатчиков, на поверхностный контроллер с помощью телеметрии по гидроимпульсному каналу связи, при этом гидравлический импульсный генератор расположен в другом одном из множества углублений; и

сквозное отверстие, которое проходит через корпус и имеет, по существу, постоянный внутренний диаметр.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тензодатчики расположены по меньшей мере в трех из множества углублений, причем указанные по меньшей мере три углубления расположены по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности корпуса.

3. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее датчики давления и температуры, расположенные в других углублениях из множества углублений,

при этом датчики давления и температуры подают измеренные ими данные на гидравлический импульсный генератор, который выполнен с возможностью передачи данных измерения давления и температуры на поверхностный контроллер.

4. Способ установки снаряда для заканчивания скважины в стволе скважины, включающий:

соединение снаряда для заканчивания скважины со спускным инструментом;

соединение спускного инструмента с измерительным устройством, выполненным по п. 1;

соединение измерительного устройства с рабочей колонной;

перемещение рабочей колонны, тем самым размещая снаряд для заканчивания скважины в требуемом месте в стволе скважины;

подачу спускному инструменту команды на установку снаряда для заканчивания скважины, тем самым закрепляя снаряд для заканчивания скважины на обсадной колонне в стволе скважины;

манипулирование рабочей колонной, включающее приложения сжатия, напряжения и вращающего момента к рабочей колонне при спуске, тем самым создавая напряжение в рабочей колонне и создавая силу, прилагаемую к спускному инструменту;

измерение с помощью датчиков сжатия, напряжения и вращающего момента в измерительном устройстве для последующего определения на их основе силы, приложенной к спускному инструменту;

передачу измеренных данных о сжатии, напряжении и вращающем моменте на поверхностный контроллер через телеметрическое устройство, включенное в измерительное устройство;

и определение того, что сила, приложенная к снаряду для заканчивания скважины, превышает заранее определенную величину, тем самым указывая на то, что снаряд для заканчивания скважины установлен надлежащим образом.

5. Способ по п. 4, дополнительно включающий измерение с помощью датчиков давления и/или температуры в скважине и передачу измеренных данных давления и/или температуры на поверхностный контроллер с помощью гидравлического импульсного генератора в измерительном устройстве.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что снаряд для заканчивания скважины выбран из группы, включающей в себя потайную обсадную колонну, подвесное устройство для потайной обсадной колонны, мостовую пробку, пробку гидроразрыва, скважинный отклонитель, пакер, песчаный сетчатый фильтр, фрезерный инструмент, ловильный инструмент, отклоняющее устройство, устройство для заканчивания скважины и анкерное устройство.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что телеметрическое устройство выбирают из группы, состоящей из: гидравлического импульсного генератора, акустического телеметрического устройства, электромагнитного телеметрического устройства, телеметрического устройства с использованием электрического сигнала и оптического телеметрического устройства.

8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что подача команды дополнительно включает перемещение шара через рабочую колонну для зацепления с седлом шара в спускном инструменте, при этом зацепление шара с седлом шара подает на спускной инструмент команду на установку снаряда для заканчивания скважины,

при этом зацепление шара дополнительно дает спускному инструменту команду на высвобождение снаряда для заканчивания скважины из спускного инструмента,

при этом зацепление шара во взаимодействии с манипуляциями с рабочей колонной дает спускному инструменту команду на высвобождение снаряда для заканчивания скважины из спускного инструмента.

9. Способ оценки целостности подвесного устройства для потайной обсадной колонны, установленной в обсадной колонне в стволе скважины, включающий:

соединение потайной обсадной колонны со спускным инструментом, причем потайная обсадная колонна содержит подвесное устройство для потайной обсадной колонны;

соединение спускного инструмента с измерительным устройством, выполненным по п. 1;

соединение измерительного устройства с рабочей колонной;

перемещение рабочей колонны, тем самым размещая подвесное устройство для потайной обсадной колонны в требуемом месте в обсадной колонне;

подачу спускному инструменту команды на установку подвесного устройства для потайной обсадной колонны, тем самым закрепляя потайную обсадную колонну на обсадной колонне;

увеличение нагрузки, прилагаемой к спускному инструменту, путем спуска рабочей колонны, которая сжимает рабочую колонну и создает нагрузку, прилагаемую к спускному инструменту;

измерение с помощью датчиков сжатия, напряжения и вращающего момента в измерительном устройстве для последующего определения на их основе нагрузки, приложенной к спускному инструменту;

передачу измеренных данных о сжатии, напряжении и вращающем моменте на поверхностный контроллер через телеметрическое устройство, включенное в измерительное устройство;

и определение того, что нагрузка, приложенная к спускному инструменту, превышает заранее определенную величину, тем самым указывая на то, что подвесное устройство для потайной обсадной колонны установлено надлежащим образом.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что телеметрическое устройство выбирают из группы, состоящей из: гидравлического импульсного генератора, акустического телеметрического устройства, электромагнитного телеметрического устройства, телеметрического устройства с использованием электрического сигнала и оптического телеметрического устройства.

11. Способ установки снаряда для заканчивания скважины в стволе скважины, включающий:

соединение снаряда для заканчивания скважины со спускным инструментом;

соединение спускного инструмента с измерительным устройством, выполненным по п. 1;

соединение измерительного устройства с рабочей колонной;

перемещение рабочей колонны, тем самым размещая снаряд для заканчивания скважины в требуемом месте в стволе скважины;

во время перемещения импульсный генератор измерительного устройства конфигурируют под конфигурацию с пониженной мощностью, которая потребляет меньше мощности, чем конфигурация с полной мощностью импульсного генератора; и

повторное конфигурирование импульсного генератора для достижения конфигурации с полной мощностью, когда возникает заранее определенное условие;

подачу спускному инструменту команды на установку снаряда для заканчивания скважины, тем самым закрепляя снаряд для заканчивания скважины на обсадной колонне в стволе скважины;

манипулирование рабочей колонной, включающее приложения сжатия, напряжения и вращающего момента к рабочей колонне при спуске, тем самым создавая напряжение в рабочей колонне и создавая силу, прилагаемую к спускному инструменту;

измерение с помощью датчиков сжатия, напряжения и вращающего момента в измерительном устройстве для последующего определения на их основе силы, приложенной к спускному инструменту;

и определение того, что сила, приложенная к снаряду для заканчивания скважины, превышает заранее определенную величину, тем самым указывая на то, что снаряд для заканчивания скважины установлен надлежащим образом.