ЗАТРУБНЫЙ БАРЬЕР ДЛЯ ОСНАЩЕНИЯ СКВАЖИН С ИНДУКТИВНОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2020 года по МПК E21B33/127 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к затрубному барьеру, выполненному с возможностью расширения в затрубном пространстве между скважинной трубчатой конструкцией и стенкой ствола скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией внутри скважины для обеспечения зонной изоляции между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной. Кроме того, настоящее изобретение относится к внутрискважинной системе.

Уровень техники

В последние годы количество операций по внедрению инструментов в скважину увеличилось, поэтому скважины для добычи углеводородов выполняют без электрических линий внутри обсадной трубы, которые иначе могли бы мешать внедренным инструментам. Некоторые конструкции выполняют с внутренней колонной труб, которую размещают в оборудованной скважине, при этом электрические кабели расположены снаружи указанной колонны труб. В результате внутренний диаметр оборудованной скважины существенно уменьшается, что нежелательно. Когда внутрискважинные электрические линии прокладывают посредством внутренней колонны труб, внутренний диаметр уменьшается; при этом, чтобы компенсировать это и обеспечить конструкцию скважины с прежним внутренним диаметром, общий диаметр скважины должен быть соответственно увеличен. В результате затраты на оборудование скважины существенно возрастают, что также нежелательно.

Однако, по мере того как оборудованные скважины становятся все более и более развитыми, по-прежнему остается необходимость в электричестве для питания электрических устройств, расположенных внутри или снаружи обсадной трубы на несколько километров вниз. Это противоречит важности сохранения обсадной трубы без электрических линий, не нарушая при этом основных барьеров скважины и обеспечивая внутренний диаметр, который является настолько большим, насколько это возможно, так чтобы производство оставалось эффективным.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение направлено на полное или частичное устранение упомянутых недостатков и недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании улучшенного затрубного барьера и такой внутрискважинной системы, в которой возможна подача питания на электрические устройства, расположенные внутри или снаружи скважинной трубчатой конструкции на несколько километров вниз, и в которой в то же время обеспечена возможность работ с использованием инструментов без уменьшения внутреннего диаметра или увеличения общего наружного диаметра скважины.

Решение указанных, а также различных других технических проблем, достигается при создании изобретения, преимущества и признаки которого поясняются ниже и которое представляет собой внутрискважинную систему для оснащения скважины внутрискважинной беспроводной передачей энергии и сигналов, содержащую:

- первую скважинную трубчатую конструкцию,

- вторую скважинную трубчатую конструкцию, расположенную частично внутри первой скважинной трубчатой конструкции,

- первый электрический блок, содержащий первую часть индуктивного элемента связи, расположенный на наружной поверхности первой скважинной трубчатой конструкции и электрически соединенный с электрическим проводником,

- затрубный барьер, выполненный с возможностью расширения в затрубном пространстве между первой скважинной трубчатой конструкцией и стенкой ствола скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией внутри скважины для обеспечения зонной изоляции между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, причем затрубный барьер содержит:

- трубчатую металлическую часть для установки в качестве первой части первой скважинной трубчатой конструкции, причем трубчатая металлическая часть, имеет первое отверстие расширения, осевое удлинение и наружную поверхность,

- разжимную втулку, окружающую трубчатую металлическую часть и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубчатой металлической части, и наружную поверхность, обращенную к стенке ствола скважины,

- первую соединительную часть и вторую соединительную часть, выполненные с возможностью соединения, соответственно первого конца и второго конца разжимной втулки с трубчатой металлической частью, и

- кольцевое пространство между внутренней поверхностью разжимной втулки и трубчатой металлической частью,

причем затрубный барьер дополнительно содержит электрический проводник, проходящий снаружи трубчатой металлической части и внутри разжимной втулки от первой соединительной части до второй соединительной части, и

- второй электрический блок, содержащий вторую часть индуктивного элемента связи, расположенный внутри первой скважинной трубчатой конструкции и снаружи второй скважинной трубчатой конструкции и выполненный с возможностью прилегания к внутренней поверхности скважинной трубчатой конструкции, причем первый электрический блок выполнен с возможностью передачи энергии и/или сигналов на второй электрический блок.

За счет того, что первый электрический блок размещен на наружной поверхности первой скважинной трубчатой конструкции, а второй электрический блок размещен внутри первой скважинной трубчатой конструкции, внутрискважинная система может быть выполнена с большим диаметром, нежели в случае, когда для связи с датчиками ниже по стволу скважины приходится вставлять внутреннюю колонну труб. В конструкции согласно изобретению электрическим проводникам не требуется внутренняя колонна труб, обеспечивающая передачу энергии или сигналов к наружной колонне труб, поскольку электрические проводники проходят снаружи скважинных трубчатых конструкций и передают энергию и/или сигналы от наружной обсадной трубы к внутренней обсадной трубе, а не наоборот, как в решениях предшествующего уровня техники. Осуществление данной конструкции возможно благодаря тому, что затрубные барьеры имеют электрические проводники, проходящие через соединительные части указанных затрубных барьеров, что обеспечивает защиту электрических проводников при перемещении скважинной трубчатой конструкции внутри скважины.

Соединительные части затрубных барьеров соединяют разжимную металлическую втулку с трубчатой металлической частью и выполнены в виде трубчатых соединительных частей, образующих пространство для прокладки электрических проводников в отверстиях в соединительных частях.

Кроме того, электрические проводники стали более прочными, и их теперь можно выполнить так, чтобы они выдерживали условия окружающей среды в стволе скважины, что позволяет легче осуществить решение согласно изобретению. Благодаря отсутствию внутренней колонны труб внутренний диаметр не уменьшается, а расположение электрических проводников снаружи позволяет также не увеличивать общий наружный диаметр.

В одном варианте осуществления наружная поверхность второй скважинной трубчатой конструкции может быть обращена к стенке ствола скважины.

Также второй электрический блок может быть электрически соединен с третьим электрическим блоком через второй электрический проводник.

Внутрискважинная система, описанная выше, может дополнительно содержать второй затрубный барьер, через который может проходить второй электрический проводник.

Кроме того, трубчатая металлическая часть указанного второго затрубного барьера может быть частью второй скважинной трубчатой конструкции.

Кроме того, внутрискважинная система может содержать боковую трубчатую конструкцию, соединенную с одной из скважинных трубчатых конструкций, причем третий электрический блок может быть расположен снаружи указанной боковой трубчатой конструкции.

В одном варианте осуществления внутрискважинная система может содержать инструмент, расположенный во второй скважинной трубчатой конструкции, причем указанный инструмент содержит часть индуктивного элемента связи инструмента, выполненную с возможностью электрического соединения с частью индуктивного элемента связи.

В другом варианте осуществления внутрискважинная система может содержать датчик, расположенный снаружи одной из вторых скважинных трубчатых конструкций.

В еще одном варианте осуществления внутрискважинная система может содержать датчик, расположенный снаружи боковой трубчатой конструкции.

Кроме того, затрубный барьер может содержать туннель, расположенный в пространстве между первой соединительной частью и второй соединительной частью, при этом в указанном туннеле может проходить электрический проводник.

Кроме того, соединительные части затрубных барьеров, соединяющих разжимную втулку с трубчатой металлической частью, могут быть выполнены в виде трубчатых соединительных частей, имеющих канал, через который может проходить электрический проводник.

Также первый электрический блок и второй электрический блок могут сообщаться беспроводным образом через первую скважинную трубчатую конструкцию.

В одном из вариантов осуществления изобретения электрический блок может быть частью индуктивного элемента связи.

Внутрискважинная система может дополнительно содержать вторую скважинную трубчатую конструкцию, расположенную, по меньшей мере частично, в первой скважинной трубчатой конструкции, причем второй электрический блок расположен снаружи второй скважинной трубчатой конструкции.

Внутрискважинная система может дополнительно содержать несколько затрубных барьеров, причем трубчатые металлические части указанных затрубных барьеров установлены в качестве части первой скважинной трубчатой конструкции и/или второй скважинной трубчатой конструкции.

Кроме того, настоящее изобретение относится к затурбному барьеру, выполненному с возможностью расширения в затрубном пространстве между скважинной трубчатой конструкцией и стенкой ствола скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией внутри скважины для обеспечения зонной изоляции между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной, причем затрубный барьер содержит:

- трубчатую металлическую часть для установки в качестве части скважинной трубчатой конструкции, причем трубчатая металлическая часть имеет первое отверстие расширения, осевое удлинение и наружную поверхность,

- разжимную втулку, окружающую трубчатую металлическую часть и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубчатой металлической части, и наружную поверхность, обращенную к стенке ствола скважины,

- первую соединительную часть и вторую соединительную часть, выполненные с возможностью соединения, соответственно, первого конца и второго конца разжимной втулки с трубчатой металлической частью, и

- кольцевое пространство между внутренней поверхностью разжимной втулки и трубчатой металлической частью,

причем затрубный барьер дополнительно содержит электрический проводник, проходящий от первой соединительной части до второй соединительной части, и

причем затрубный барьер дополнительно содержит туннель, расположенный в объеме между первой соединительной частью и второй соединительной частью, при этом в указанном туннеле проходит электрический проводник.

Благодаря тому, что электрический проводник проходит от первой соединительной части и сквозь нее через кольцевое пространство ко второй соединительной части и сквозь нее, электричество можно подавать на электронное устройство дальше вниз по скважине без нарушения изоляции между первой зоной и второй зоной. Поскольку соединительные части неподвижны, может быть легко обеспечено достаточное уплотнение между указанными соединительными частями и электрическим проводником. Кроме того, соединительные части защищают электрический проводник при перемещении скважинной трубчатой конструкции в скважине, а туннель защищает электрический проводник при расширении затрубного барьера, поскольку при этом тоннель слегка сжимается вокруг электрического проводника в кольцевом пространстве, не повреждая при этом электрический проводник.

Таким образом, соединительные части могут быть выполнены без возможности скольжения относительно трубчатой металлической части.

Кроме того, каждая из первой соединительной части и второй соединительной части может иметь электрическое соединение, выполненное с возможностью соединения с электрическим проводником.

Описанный затрубный барьер для формирования уплотнения вокруг электрического проводника.

Кроме того, электрический проводник может быть припаян к указанным соединительным частям.

Также уплотнительное средство может формировать уплотнение вокруг электрического проводника между электрическим проводником и одной из соединительных частей или туннелем.

Кроме того, указанный затрубный барьер может дополнительно содержать датчик и/или модуль связи для передачи данных от датчика, при этом датчик и/или модуль связи могут быть электрически соединены с электрическим проводником.

Также соединительные части затрубных барьеров, соединяющих разжимную втулку с трубчатой металлической частью, могут быть выполнены в виде трубчатых соединительных частей, имеющих канал, через который может проходить электрический проводник.

Разжимная втулка может быть выполнена из металла, так чтобы затрубный барьер был металлическим затрубным барьером.

Кроме того, по меньшей мере одно уплотняющее средство может быть выполнено на наружной поверхности разжимной втулки у металлического затрубного барьера.

Также затрубный барьер может содержать блок расширения, так что текучая среда, проходящая через отверстие расширения, проходит через указанный блок расширения, прежде чем войти в кольцевое пространство.

Блок расширения может иметь исходное положение, обеспечивающее возможность протекания текучей среды изнутри скважинной трубчатой конструкции и в кольцевое пространство, и первое положение, обеспечивающее возможность протекания текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством. В исходном положении отсутствует сообщение посредством текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством, а в первом положении отсутствует сообщение посредством текучей среды между кольцевым пространством и внутренней частью скважинной трубчатой конструкции.

Более того, блок расширения может содержать механизм постоянного закрывания для предотвращения сообщения посредством текучей среды между скважинной трубчатой конструкцией и кольцевым пространством в первом положении.

Кроме того, механизм постоянного закрывания представляет собой двухходовой клапан, имеющий второе положение, в котором обеспечивается сообщение посредством текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством или второй зоной.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества подробно описаны далее со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых проиллюстрированы некоторые неограничивающие варианты осуществления, при этом:

- на фиг. 1 проиллюстрировано поперечное сечение затрубного барьера, имеющего электрический проводник;

- на фиг. 2 проиллюстрировано поперечное сечение затрубного барьера, имеющего электрический проводник, соединенный с соединительными частями посредством электрических соединений;

- на фиг. 3 проиллюстрировано поперечное сечение другого затрубного барьера имеющего туннель, в котором проходит электрический проводник;

- на фиг. 4 проиллюстрировано поперечное сечение внутрискважинной системы;

- на фиг. 5 проиллюстрировано поперечное сечение другой внутрискважинной системы, имеющей несколько электрических блоков;

- на фиг. 6 проиллюстрировано поперечное сечение еще одной внутрискважинной системы, имеющей боковую трубчатую конструкцию с дополнительным электрическим блоком;

- на фиг. 7 проиллюстрировано поперечное сечение другой внутрискважинной системы с несколькими электрическими блоками, расположенными вниз по скважине; и

- на фиг. 8 проиллюстрировано поперечное сечение еще одной внутрискважинной системы, имеющей несколько электрических блоков, расположенных вниз по скважине и в боковой трубчатой конструкции.

Все фигуры очень схематичны и не обязательно выполнены с соблюдением масштаба; на них проиллюстрированы только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, другие части опущены или лишь подразумеваются.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 проиллюстрирован затрубный барьер 10 в скважине, расширенный в затрубном пространстве 2 между скважинной трубчатой конструкцией 1 и стенкой 5 другой скважинной трубчатой конструкции внутри скважины для зонной изоляции между первой зоной 101 и второй зоной 102. Затрубный барьер 10 содержит трубчатую металлическую часть 7 для установки в качестве части скважинной трубчатой конструкции 1, причем трубчатая металлическая часть имеет осевое удлинение L вдоль продольного продолжения скважинной трубчатой конструкции. Трубчатая металлическая часть 7 имеет первое отверстие 3 расширения, через которое поступает текучая среда под давлением для расширения затрубного барьера 10. Затрубный барьер 10 дополнительно содержит разжимную втулку 8, окружающую трубчатую металлическую часть 7 и имеющую внутреннюю поверхность 9, обращенную к наружной поверхности 4 трубчатой металлической части; наружная поверхность 16 разжимной втулки 8 обращена к стенке скважинной трубчатой конструкции 1. Первый конец 13 разжимной втулки 8 соединен с трубчатой металлической частью 7 посредством первой соединительной части 11, а второй конец 14 разжимной втулки соединен с трубчатой металлической частью 7 посредством второй соединительной части 12. Таким образом, кольцевое пространство 15 заключено между внутренней поверхностью 9 разжимной втулки 8 и трубчатой металлической частью 7, причем кольцевое пространство 15 расширяется, когда разжимная втулка 8 расширяется под действием текучей среды, поступающей под давлением в кольцевое пространство 15. Затрубный барьер 10 дополнительно содержит электрический проводник 17, проходящий через первую соединительную часть от первой соединительной части 11 до второй соединительной части 12 через кольцевое пространство 15 и через вторую соединительную часть так, что электричество может проходить через затрубный барьер 10 к потребляющему электричество блоку, например, к датчику 23 или к инструменту, далее вниз по скважине без нарушения уплотнения между первой зоной 101 и второй зоной 102, сформированного затрубным барьером. Таким образом, электрический проводник защищен указанными соединительными частями, когда скважинная трубчатая конструкция перемещается в скважине, поскольку указанные соединительные части являются компонентами, которые могут сталкиваться со стенкой ствола скважины, когда скважинная трубчатая конструкция перемещается в скважине.

На фиг. 2 и 3 затрубный барьер 10 расширен между скважинной трубчатой конструкцией 1 и стенкой 5 скважины 6. Согласно фиг. 2 каждая из первой соединительной части 11 и второй соединительной части 12 имеет электрическое соединение 24, соединенное с электрическим проводником 17, так что указанный электрический проводник образован из первой части 35, проходящей в первой зоне 101, второй части 36, проходящей внутри затрубного барьера 10, и третьей части 37, проходящей во второй зоне 102. Таким образом, электрический проводник 17 может быть образован из нескольких частей, образующих один электрический проводник.

На фиг. 3 затрубный барьер 10 дополнительно содержит туннель 18 в виде трубки, расположенной в кольцевом пространстве 15 и проходящей между первой соединительной частью 11 и второй соединительной частью 12. Электрический проводник 17 проходит в туннеле 18, а вокруг указанного туннеля и вокруг электрического проводника 17 расположено уплотнительное средство 19, так что текучая среда из первой зоны 101 не может течь во вторую зону 102 и наоборот. Вместо размещения уплотнительного средства 19 вокруг электрического проводника 17 в туннеле 18, указанный туннель может быть выполнен с возможностью сжатия при определенном давлении, когда затрубный барьер 10 расширяется; тогда давление внутри кольцевого пространства 15 будет вызывать сжатие туннеля с возможностью сжиматься вокруг электрического проводника. Однако высокое давление, вызывающее расширение затрубного барьера, не действует на часть туннеля, проходящую внутри соединительных частей, поэтому соединение в этом месте не подвергается опасности.

Как показано на фиг. 2, уплотнительное средство 19 также может быть расположено так, что оно формирует уплотнение непосредственно вокруг электрического проводника 17 и расположено в соединительных частях 11, 12 и/или установлено в качестве части электрических соединений 24. Затрубный барьер 10 дополнительно содержит датчик 23, электрически соединенный с электрическим проводником 17 с возможностью измерения, например, давления и температуры или коэффициента расширения разжимной втулки 8 при расширении затрубного барьера. Как видно, электрический проводник 17 проходит дальше мимо датчика 23 с возможностью электрического соединения с другими электрическими устройствами дальше по скважине.

На фиг. 3 затрубный барьер 10 содержит блок 41 расширения, расположенный у первого отверстия 3 расширения, так что текучая среда под давлением входит в первое отверстие 3 расширения и проходит в блок 41 расширения прежде чем поступает в кольцевое пространство 15. Блок 41 расширения содержит механизм постоянного закрывания, который не допускает протекания текучей среды между внутренней частью скважинной трубчатой конструкции 1 и кольцевым пространством 15 в первом положении после расширения разжимной втулки 8 и, таким образом, затрубного барьера 10, а во втором положении допускает протекание текучей среды между первой зоной 101 и кольцевым пространством 15 так, что это позволяет выровнять давление между ними, если давление во второй зоне 102 увеличивается во время, например, гидравлического разрыва пласта. Таким образом, механизм постоянного закрывания представляет собой двухходовой клапан, то есть, клапан, который в первом положении обеспечивает протекание текучей среды между внутренней частью трубчатой металлической части и кольцевым пространством внутри затрубного барьера, а во втором положении обеспечивает протекание текучей среды между кольцевым пространством и затрубным пространством между стволом скважины и трубчатой металлической частью, при этом в его первом положении протекание текучей среды в затрубное пространство невозможно, а в его втором положении невозможно протекание текучей среды к внутренней части трубчатой металлической части. Механизм постоянного закрывания может функционировать также как трехходовой клапан, в котором текучую среду также можно направлять из скважинной трубчатой конструкции в затрубное пространство.

На фиг. 4 проиллюстрирована внутрискважинная система 100, содержащая скважинную трубчатую конструкцию 1 и первый затрубный барьер 10, представляющий собой затрубный барьер, описанный выше, где трубчатая металлическая часть установлена в качестве части скважинной трубчатой конструкции. Электрический проводник 17 проходит через затрубный барьер 10, как описано выше, не нарушая изоляцию между первой зоной 101 и второй зоной 102, обеспечиваемую затрубным барьером 10. Кроме того, электрический проводник 17 электрически соединен с первым электрическим блоком 20, расположенным на наружной поверхности 21 скважинной трубчатой конструкции 1. Первый электрический блок 20, 2А является частью 20А индуктивного элемента связи, что означает, что инструмент внутри скважинной трубчатой конструкции 1 можно подзаряжать при его прилегании к внутренней поверхности скважинной трубчатой конструкции, противоположной части индуктивного элемента связи, так что можно заряжать инструмент без необходимости извлечения его на поверхность или к устью скважины, поскольку питание поступает в электрический проводник сквозь один или нескольких затрубных барьеров и далее вниз по скважине. Кроме того, скважинная трубчатая конструкция 1 является цельной, поскольку часть 20А индуктивного элемента связи расположена снаружи указанной скважинной трубчатой конструкции.

Внутрискважинная система 100 согласно фиг. 5 дополнительно содержит второй электрический блок 20 В, расположенный внутри первой скважинной трубчатой конструкции 1, 1А, выполненный с возможностью прилегания к внутренней поверхности 22 первой скважинной трубчатой конструкции, и вторую скважинную трубчатую конструкцию 1В, расположенную частично внутри первой скважинной трубчатой конструкции 1А. Второй электрический блок 20 В представляет собой часть 20С индуктивного элемента связи, и электричество, таким образом, проходит через первую скважинную трубчатую конструкцию 1А и далее проходит в электрическом проводнике 17 снаружи второй скважинной трубчатой конструкции 1В. Внутрискважинная система 100 дополнительно содержит второй затрубный барьер 10В, имеющий трубчатую металлическую часть 7, установленную в качестве части второй скважинной трубчатой конструкции 1В и расширенную между первой скважинной трубчатой конструкцией 1, 1А и второй скважинной трубчатой конструкцией 1, 1В. Электрический проводник 17, 17А проходит через первый затрубный барьер через соединительные части к первому электрическому блоку, а второй электрический проводник 17, 17В проходит от второго электрического блока 20В через третий затрубный барьер 10С к третьему электрическому блоку 20D, который, таким образом, может быть расположен на несколько километров дальше по скважине. Второй электрический блок 20В электрически соединен с третьим электрическим блоком 20D через второй электрический проводник 17В, и электропитание на инструмент, расположенный на расстоянии нескольких километров вниз по скважине внутри второй скважинной трубчатой конструкции 1В, может, таким образом, поступать при прилегании инструмента к внутренней поверхности второй скважинной трубчатой конструкции, противоположной части индуктивного элемента связи второго электрического блока 20В. Электрический проводник проходит через несколько затрубных барьеров, прежде чем достигнет четвертого электрического блока 20Е и может проходить еще через другие электрические блоки и затрубные барьеры, как показано на фиг. 6 и 8.

Внутрискважинная система 100, проиллюстрированная на фиг. 6, содержит боковую трубчатую конструкцию 31, проходящую от отверстия во второй скважинной трубчатой конструкции 1В. Внутрискважинная система 100 дополнительно содержит инструмент 50, расположенный в боковой трубчатой конструкции 31 скважинной трубчатой конструкции 1, при этом инструмент содержит часть 51 индуктивного элемента связи инструмента, выполненную с возможностью электрического соединения с частью индуктивного элемента связи, когда указанный инструмент прилегает к внутренней поверхности боковой трубчатой конструкции 31, как показано. Внутрискважинная система 100 дополнительно содержит датчик 23, расположенный снаружи одной из вторых скважинных трубчатых конструкций с возможностью измерения, например, температуры и/или давления.

Согласно фиг. 7 внутрискважинная система 100 имеет втулку 55, перемещаемую посредством устройства 57 управления втулкой для открывания отверстия 54 или для совмещения отверстия 58 втулки с отверстием 54, обеспечивающим возможность протекания текучей среды через него. Устройство 57 управления втулкой дополнительно содержит часть 51 индуктивного элемента связи инструмента для приема управляющих сигналов с поверхности для открывания, дросселирования или закрывания потока текучей среды через отверстие. Таким образом, устройство 57 управления втулкой постоянно находится в эксплуатационной обсадной трубе 1В, готово для перемещения втулки из одного положения в другое, так чтобы дросселировать, открывать или перекрывать поток текучей среды из пласта. Устройство 57 управления втулкой имеет свой собственный источник питания и может работать самостоятельно, принимая управляющий сигнал в ходе поступления текучей среды из пласта, без воздействия на скважину обычно используемыми инструментами воздействия. Часть 51 индуктивного элемента связи инструмента устройства 57 управления втулкой инструмента 50 расположена в блоке 61 крепления, прилегающем к ограничителю 39 и к внутренней поверхности обсадной трубы 1В. Первый электрический блок 20А, расположенный на наружной поверхности первой скважинной трубчатой конструкции 1А, и второй электрический блок 20В, расположенный на внутренней поверхности первой скважинной трубчатой конструкции 1А, сообщаются через обсадную/скважинную трубчатую конструкцию 1А. Второй электрический блок 20В и третий электрический блок 20D, расположенный дальше вниз по скважине, сообщаются через электрический проводник 17, проходящий через затрубный барьер 10. Часть 51 индуктивного элемента связи инструмента и третий электрический блок 20D электрически соединены посредством электромагнитной индукции, и передача сигналов и электрической энергии между ними осуществляется через скважинную трубчатую конструкцию 1В. Устройство 57 управления втулкой содержит первую часть 68, имеющую элементы 69, входящие в зацепление с профилем 56, и вторую часть 70, имеющую блок 61 крепления, фиксирующий устройство 57 управления втулкой в обсадной трубе. Устройство 57 управления втулкой содержит исполнительный механизм 72 для перемещения первой части 68 относительно второй части 60 и источник питания 64, такой как аккумуляторная батарея, подающая энергию на указанный исполнительный механизм. Указанная аккумуляторная батарея может заряжать через скважинную трубчатую конструкцию 1В третий электрический блок 20D.

Подзарядка источника питания может быть также выполнена посредством части 51 индуктивного элемента связи инструмента, преобразующей импульсы бурового раствора, электрическое поле или акустические волны в электрическую энергию. Часть 51 индуктивного элемента связи инструмента может также содержать крыльчатку 21А, соединенную с генератором 22А, для подзарядки источника питания путем преобразования вращательной энергии, создаваемой текучей средой в эксплуатационной обсадной трубе 2, в электрическую энергию, как показано на фиг. 7.

Согласно фиг. 8 внутрискважинная система 100 содержит компоненты 55 оборудованной скважины, где первая часть 5 а компонента оборудованной скважины представляет собой элемент 69, входящий в зацепление с профилем 56 второй части 5b компонента оборудованной скважины. Таким образом, первая часть 5а компонента оборудованной скважины расположена на устройстве 57 управления компонентом. Часть 51 индуктивного элемента связи инструмента устройства 57 управления компонентом расположена в блоке 61 крепления, прилегающем к ограничителю 39 и к внутренней поверхности обсадной/скважинной трубчатой конструкции 1В. Первый электрический блок 20А, расположенный на наружной поверхности промежуточной обсадной трубы, и второй электрический блок 20В, расположенный на внутренней поверхности промежуточной обсадной трубы, сообщаются через скважинную трубчатую конструкцию 1А. Первый электрический блок 20А электрически соединен с поверхностью через проводку 17, проходящую через главный барьер 65. Первый электрический блок 20А и второй электрический блок 20В электрически соединены посредством электромагнитной индукции, и передача сигналов и электрической энергии между ними происходит через промежуточную обсадную трубу 1А. Третий электрический блок 20D соединен с вторым электрическим блоком 20В посредством проводки или электрического проводника, такого как кабель, трос или провод, проходящего через затрубный барьер 10. Третий электрический блок 20D расположен на наружной поверхности эксплуатационной обсадной трубы 1В дальше по скважине, но выше боковой трубчатой конструкции 81. Четвертый электрический блок 20Е, представляющий собой четвертый модуль связи, расположен напротив части 51 индуктивного элемента связи инструмента устройства 57 управления компонентом. Третий модуль связи и четвертый модуль связи и/или электрические блоки электрически соединены посредством проводки 17. Четвертый модуль связи и часть 51 индуктивного элемента связи инструмента обмениваются сигналами и электрической энергией между собой посредством электромагнитной индукции через эксплуатационную обсадную трубу 1В. Третий электрический блок 20D дополнительно электрически соединен с пятым электрическим блоком 20F, расположенным вне основной обсадной трубы, которая является эксплуатационной обсадной трубой 1В. Пятый электрический блок 20F расположен напротив части 51 индуктивного элемента связи инструмента другого устройства 57 управления компонентом в основной обсадной трубе и передает сигналы и энергию посредством электромагнитной индукции через эксплуатационную обсадную трубу 1В. Проводка 17 как между вторым электрическим блоком 20В и третьим электрическим блоком 20D, так и между третьим электрическим блоком 20D и четвертым электрическим блоком 20Е проходит через затрубный барьер 10. Проводка 17 проходит через одну из соединительных частей 11, 12, соединяющих разжимную втулку 8 с трубчатой металлической частью 7, и проходит через пространство 15 и через другую соединительную часть дальше вниз по скважине. Проводка 17 согласно фиг. 8 между третьим электрическим блоком 20D и пятым электрическим блоком 20F проходит мимо боковой трубчатой конструкции 81 снаружи основной обсадной трубы 1В и через затрубный барьер 10, расположенный дальше вниз по основной обсадной трубе.

Каждый модуль связи содержит индуктивный элемент связи для передачи энергии от одного модуля связи к другому через обсадную трубу посредством электромагнитной индукции. Указанная обсадная труба может иметь немагнитные участки напротив модулей связи для оптимизации передачи посредством электромагнитной индукции.

Инструмент может быть инструментом с ходом, который представляет собой инструмент, обеспечивающий осевое усилие, например, для открывания или закрывания скользящей втулки. Указанный инструмент с ходом содержит электрический двигатель для приведения в действие насоса. Насос закачивает текучую среду в корпус поршня для перемещения поршня, находящегося в нем. Поршень расположен на валу регулятора хода поршня. Насос может закачивать текучую среду в корпус поршня с одной стороны и одновременно откачивать текучую среду с другой стороны поршня. Инструмент может быть также приводным блоком/двигательным блоком, таким как скважинный трактор.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимают любой вид текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, такой как природный газ, нефть, нефтешлам, пластовая нефть, вода и т.д. Под газом понимают любой вид газовой смеси, присутствующей в буровой скважине, в оборудованной скважине или в необсаженном стволе скважины, а под нефтью понимают любой вид нефтяной смеси, как, например, пластовую нефть, нефтесодержащую текучую среду и т.д. Таким образом, газовые, нефтяные и водные текучие среды могут содержать другие элементы или вещества, помимо газа, нефти и/или воды, соответственно.

Под скважинной трубчатой конструкцией подразумеваются любые трубы, трубопроводы, трубчатые элементы, хвостовики, колонны труб и т.д., используемые в скважине применительно к добыче нефти или природного газа.

В случае если нет возможности погрузить инструмент на всю глубину скважинной трубчатой конструкции, можно использовать скважинный трактор для проталкивания инструмента по всей глубине в нужное положение в скважине.

Скважинный трактор может иметь дистанционно управляемые рычаги с колесами, причем колеса соприкасаются с внутренней поверхностью скважинной трубчатой конструкции для перемещения трактора и инструмента вперед в скважинной трубчатой конструкции. Скважинным трактором является любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, такой как, например, Well Tractor®.

Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники будет очевидно, что изобретением предусмотрены различные его модификации в рамках правовой охраны, определяемой формулой изобретения.

Изобретение относится к внутрискважинной системе для оснащения скважины внутрискважинной беспроводной передачей энергии и сигналов, содержащей: первую скважинную трубчатую конструкцию, вторую скважинную трубчатую конструкцию, расположенную частично внутри первой скважинной трубчатой конструкции, первый электрический блок, содержащий первую часть индуктивного элемента связи, расположенный на наружной поверхности первой скважинной трубчатой конструкции и электрически соединенный с электрическим проводником, затрубный барьер, выполненный с возможностью расширения в затрубном пространстве между первой скважинной трубчатой конструкцией и стенкой ствола скважины или другой внутрискважинной трубчатой конструкцией внутри скважины для обеспечения зонной изоляции между первой зоной, имеющей первое давление, и второй зоной. Причем затрубный барьер содержит: трубчатую металлическую часть для установки в качестве части первой скважинной трубчатой конструкции, причем трубчатая металлическая часть имеет первое отверстие расширения, осевое удлинение и наружную поверхность, разжимную втулку, окружающую трубчатую металлическую часть и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубчатой металлической части, и наружную поверхность, обращенную к стенке ствола скважины, первую соединительную часть и вторую соединительную часть, выполненные с возможностью соединения, соответственно, первого конца и второго конца разжимной втулки с трубчатой металлической частью, кольцевое пространство между внутренней поверхностью разжимной втулки и трубчатой металлической частью. Затрубный барьер дополнительно содержит электрический проводник, проходящий снаружи трубчатой металлической части и внутри разжимной втулки от первой соединительной части до второй соединительной части, и второй электрический блок, содержащий вторую часть индуктивного элемента связи, расположенный внутри первой скважинной трубчатой конструкции и снаружи второй скважинной трубчатой конструкции и выполненный с возможностью прилегания к внутренней поверхности скважинной трубчатой конструкции. При этом первый электрический блок выполнен с возможностью передачи энергии и/или сигналов на второй электрический блок. Настоящее изобретение также относится к затрубному барьеру. Технический результат заключается в исключении уменьшения внутреннего диаметра скважины или увеличения общего наружного диаметра скважины. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Внутрискважинная система для оснащения скважины внутрискважинной беспроводной передачей энергии и сигналов, содержащая:

- первую скважинную трубчатую конструкцию (1А),

- вторую скважинную трубчатую конструкцию (1В), расположенную частично внутри первой скважинной трубчатой конструкции,

- первый электрический блок (20), содержащий первую часть (20А) индуктивного элемента связи, расположенный на наружной поверхности (21) первой скважинной трубчатой конструкции и электрически соединенный с электрическим проводником,

- затрубный барьер (10), выполненный с возможностью расширения в затрубном пространстве (2) между первой скважинной трубчатой конструкцией (1А) и стенкой (5) ствола (6) скважины или другой скважинной трубчатой конструкцией внутри скважины для обеспечения зонной изоляции между первой зоной (101), имеющей первое давление (Р1), и второй зоной (102), причем затрубный барьер содержит:

- трубчатую металлическую часть (7) для установки в качестве части первой скважинной трубчатой конструкции, причем трубчатая металлическая часть имеет первое отверстие (3) расширения, осевое удлинение (L) и наружную поверхность (4),

- разжимную втулку (8), окружающую трубчатую металлическую часть и имеющую внутреннюю поверхность (9), обращенную к трубчатой металлической части, и наружную поверхность (16), обращенную к стенке ствола скважины,

- первую соединительную часть (11) и вторую соединительную часть (12), выполненные с возможностью соединения, соответственно, первого конца (13) и второго конца (14) разжимной втулки с трубчатой металлической частью, и

- кольцевое пространство (15) между внутренней поверхностью разжимной втулки и трубчатой металлической частью,

причем затрубный барьер дополнительно содержит электрический проводник (17), проходящий снаружи трубчатой металлической части и внутри разжимной втулки от первой соединительной части до второй соединительной части, и

- второй электрический блок (20В), содержащий вторую часть (20В) индуктивного элемента связи, расположенный внутри первой скважинной трубчатой конструкции и снаружи второй скважинной трубчатой конструкции и выполненный с возможностью прилегания к внутренней поверхности (22) скважинной трубчатой конструкции, причем первый электрический блок выполнен с возможностью передачи энергии и/или сигналов на второй электрический блок.

2. Внутрискважинная система по п. 1, в которой наружная поверхность второй скважинной трубчатой конструкции обращена к стенке ствола скважины.

3. Внутрискважинная система по п. 1 или 2, в которой второй электрический блок электрически соединен с третьим электрическим блоком (20С) через второй электрический проводник (17, 17В).

4. Внутрискважинная система по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая второй затрубный барьер (10В), через который проходит второй электрический проводник.

5. Внутрискважинная система по п. 4, в которой трубчатая металлическая часть второго затрубного барьера является частью второй скважинной трубчатой конструкции.

6. Внутрискважинная система по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащая боковую трубчатую конструкцию (31), соединенную с одной из скважинных трубчатых конструкций, причем третий электрический блок (20С) расположен снаружи боковой трубчатой конструкции.

7. Внутрискважинная система по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащая инструмент (50), расположенный во второй скважинной трубчатой конструкции, причем указанный инструмент содержит часть (51) индуктивного элемента связи инструмента, выполненную с возможностью электрического соединения с частью индуктивного элемента связи.

8. Внутрискважинная система по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащая датчик (23), расположенный снаружи одной из вторых скважинных трубчатых конструкций.

9. Внутрискважинная система по п. 6, дополнительно содержащая датчик (23), расположенный снаружи боковой трубчатой конструкции.

10. Внутрискважинная система по любому из пп. 1-9, в которой затрубный барьер содержит туннель (18), расположенный в пространстве между первой соединительной частью и второй соединительной частью, при этом в указанном туннеле проходит электрический проводник.

11. Внутрискважинная система по любому из пп. 1-10, в которой соединительные части затрубных барьеров, соединяющих разжимную втулку с трубчатой металлической частью, выполнены в виде трубчатых соединительных частей, имеющих канал, через который проходит электрический проводник.

12. Внутрискважинная система по любому из пп. 1-11, в которой первый электрический блок и второй электрический блок сообщаются беспроводным образом через первую скважинную трубчатую конструкцию.

13. Затрубный барьер по п. 1, дополнительно содержащий туннель (18), расположенный в пространстве между первой соединительной частью и второй соединительной частью, при этом в указанном туннеле проходит электрический проводник.

14. Затрубный барьер по п. 13, в котором первая соединительная часть и вторая соединительная часть имеют каналы (26), через которые проходит электрический проводник.

15. Затрубный барьер по п. 13 или 14, в котором каждая из первой соединительной части и второй соединительной части имеют электрическое соединение (24), выполненное с возможностью соединения с электрическим проводником.

16. Затрубный барьер по любому из пп. 13-15, дополнительно содержащий уплотнительное средство (19) для формирования уплотнения вокруг электрического проводника.

17. Затрубный барьер по любому из пп. 13-16, дополнительно содержащий датчик (23), электрически соединенный с электрическим проводником.

18. Затрубный барьер по любому из пп. 13-17, в котором соединительные части затрубных барьеров, соединяющих разжимную втулку с трубчатой металлической частью, выполнены в виде трубчатых соединительных частей, имеющих канал, через который проходит электрический проводник.