ЗАТРУБНЫЙ БАРЬЕР ДЛЯ СКВАЖИН МАЛОГО ДИАМЕТРА Российский патент 2022 года по МПК E21B33/128 E21B43/10 

Настоящее изобретение относится к затрубному барьеру для установки как часть трубчатой металлической конструкции скважины для обеспечения зональной изоляции в стволе скважины малого диаметра для изоляции первой зоны от второй зоны. Настоящее изобретение также относится к трубчатой металлической конструкции скважины, которая имеет множество трубчатых секций и по меньшей мере один затрубный барьер согласно настоящему изобретению, и к способу заканчивания подготовки затрубного барьера согласно настоящему изобретению.

Затрубные барьеры для обеспечения зональной изоляции, например, для изоляции углеводородсодержащей зоны от водоносной зоны, создаются путем размещения изолирующего элемента, такого как разжимная металлическая муфта, окружающая основную трубу, такую как обсадная колонна или хвостовик, и разжимаются с помощью жидкости изнутри основной трубы. Однако в скважинах малого диаметра между внутренней стенкой ствола скважины и основной трубой нет места для таких решений с затрубным барьером, поскольку внутренний диаметр основной трубы может быть слишком мал для эффективной добычи. В таких скважинах малого диаметра для создания затрубного барьера используются другие решения, такие как набухающий материал вокруг основной трубы.

Набухание набухающего материала зависит от содержания текучей среды и температуры в скважине и, что наиболее важно, от времени приведения в действие от входа в скважину и до достижения определенного положения. В некоторых случаях во время приведения в действие обсадная колонна или трубчатая металлическая конструкция скважины застревает, или ее намного сложнее привести в действие, что приводит к тому, что время приведения в действие оказывается намного больше запланированного, в этих случаях набухание может произойти слишком рано, и барьер установится слишком рано. В скважинах малого диаметра пространство между основной трубой и стенкой ствола скважины очень узкое, чтобы максимизировать внутренний диаметр основания и, таким образом, объем добычи. Таким образом, в таких скважинах малого диаметра риск застревания обсадной колонны или трубчатой металлической конструкции даже выше, чем в более крупных скважинах.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение вышеупомянутых недостатков уровня техники. В частности, задачей является создание улучшенного затрубного барьера для скважин малого диаметра, который устанавливается не слишком рано, т.е. до того, как барьер будет в предполагаемом положении в стволе скважины.

Упомянутые задачи, вместе с другими многочисленными задачами, преимуществами и признаками, которые будут очевидны из приведенного ниже описания, решаются с помощью решения согласно настоящему изобретению, а именно затрубного барьера для установки как часть трубчатой металлической конструкции скважины для обеспечения зональной изоляции в стволе скважины малого диаметра для изоляции первой зоны от второй зоны, который содержит:

- разжимную металлическую муфту, имеющую первый конец, второй конец и внешнюю поверхность, обращенную к стволу скважины,

- первую концевую часть, имеющую первый конец, соединенный с первым концом разжимной металлической муфты, и второй конец для установки как часть трубчатой конструкции скважины, и

- вторую концевую часть, имеющую первый конец, соединенный со вторым концом разжимной металлической муфты, и второй конец для установки как часть трубчатой конструкции скважины,

при этом первый конец первой концевой части соединен конец к концу с первым концом разжимной металлической муфты, причем первый конец второй концевой части соединен конец к концу со вторым концом разжимной металлической муфты, при этом вторые концы концевых частей имеют внешние или внутренние резьбовые соединения для установки на соответствующих внешних или внутренних резьбовых соединениях трубчатой металлической конструкции скважины.

Упомянутые задачи, вместе с многочисленными другими задачами, преимуществами и признаками, которые будут очевидны из приведенного ниже описания, решаются с помощью решения согласно настоящему изобретению, а именно затрубного барьера для установки как часть трубчатой металлической конструкции скважины для обеспечение зональной изоляции в стволе скважины малого диаметра для изоляции первой зоны от второй зоны, причем затрубный барьер имеет внутреннюю поверхность и содержит:

- разжимную металлическую муфту, имеющую первый конец, второй конец, внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, обращенную к стволу скважины,

- первую концевую часть, имеющую первый конец, соединенный с первым концом разжимной металлической муфты, и второй конец для установки как часть трубчатой конструкции скважины, при этом первая концевая часть имеет внутреннюю поверхность, и

- вторую концевую часть, имеющую первый конец, соединенный со вторым концом разжимной металлической муфты, и второй конец для установки как часть трубчатой конструкции скважины, причем вторая концевая часть имеет внутреннюю поверхность,

при этом первый конец первой концевой части соединен конец к концу с первым концом разжимной металлической муфты, причем первый конец второй концевой части соединен конец к концу со вторым концом разжимной металлической муфты, при этом разжимная металлическая муфта и первая и вторая концевые части соединены так, что внутренняя поверхность разжимной металлической муфты и внутренние поверхности первой и второй концевых частей образуют внутреннюю поверхность затрубного барьера,

при этом вторые концы концевых частей имеют внешние или внутренние резьбовые соединения для установки на соответствующих внешних или внутренних резьбовых соединениях трубчатой металлической конструкции скважины.

Под соединением "конец к концу" первого конца первой концевой части с первым концом разжимной металлической муфты, и под соединением "конец к концу" первого конца второй концевой части со вторым концом разжимной металлической муфты подразумевается, что концы примыкают друг к другу и сварены или соединены резьбовым или аналогичным соединением. Таким образом, внутренняя поверхность разжимной металлической муфты образует часть внутренней поверхности затрубного барьера и при установке на трубчатую металлическую конструкцию скважины образует часть внутренней поверхности трубчатой металлической конструкции скважины. Таким образом, разжимная металлическая муфта не перекрывает трубчатую секцию трубчатой металлической конструкции скважины и концевые части по всей своей толщине или длине.

За счет использования концевых частей, имеющих внутреннюю или внешнюю резьбы, затрубный барьер может быть присоединен как часть любой трубчатой металлической конструкции скважины, при этом трубчатая металлическая конструкция скважины может быть выполнена с по существу меньшим внешним диаметром и установлена внутрь скважин меньшего диаметра, чем затрубные барьеры с основной трубой и окружающей муфтой. Разжимная металлическая муфта испытывается на разжимание до определенного радиального разжимания и путем использования сменных концевых частей; испытанная и пригодная разжимная металлическая муфта может быть установлена во множество различных металлических трубчатых конструкций скважины и может быть быстро заменена на платформе или буровой установке на другие концевые части для установки в ствол скважины.

Кроме того, первая концевая часть, вторая концевая часть и разжимная металлическая муфта могут образовывать одну трубчатую секцию, выполненную с возможностью установки как часть трубчатой металлической конструкции скважины.

Кроме того, первая и вторая концевые части и разжимная металлическая муфта установлены последовательно друг с другом.

Кроме того, затрубный барьер может быть без какого-либо замкнутого пространства.

Кроме того, разжимная металлическая муфта и первая и вторая концевые части соединены так, что внутренняя поверхность разжимной металлической муфты и внутренние поверхности первой и второй концевых частей составляют внутреннюю поверхность затрубного барьера, выполненную с возможностью контакта с добываемой текучей средой, транспортируемой трубчатой металлической конструкцией скважины.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может быть расположена в конфигурации без перекрытия с другими секциями затрубного барьера.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может быть расположена в конфигурации без перекрытия с концевыми частями по всей толщине и/или длине разжимной металлической муфты.

Второй конец первой концевой части может иметь внутреннее резьбовое соединение, при этом второй конец второй концевой части может иметь внешнее резьбовое соединение.

Кроме того, первая и вторая концевые части могут быть соединены с первым и вторым концами разжимной металлической муфты посредством стандартного соединения, такого как соединение с укороченной трапецеидальной резьбой.

Кроме того, на внешней поверхности разжимной металлической муфты могут быть расположены уплотнительные элементы.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может иметь:

- первую секцию, имеющую первый внешний диаметр и первую толщину, и

- по меньшей мере два периферийных выступа, имеющих толщину, которая больше первой толщины, и имеющих второй внешний диаметр, который больше первого внешнего диаметра, так что при разжимании разжимной металлической муфты первая секция выдается радиально наружу в большей степени, чем первая секция, что приводит к упрочнению разжимной металлической муфты.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может иметь внешний диаметр муфты в неразжатом состоянии, причем внешний диаметр неразжатой муфты равен или меньше внешнего диаметра первой и второй концевых частей.

Кроме того, уплотнительные элементы могут быть расположены в канавках на внешней поверхности разжимной металлической муфты.

Разжимная металлическая муфта может быть выполнена из материала, более гибкого, чем материал первой и второй концевых частей.

Для определения, является ли материал разжимной металлической муфты более гибким и, таким образом, более удлиняемым, чем материал первой и второй концевых частей, может быть использован стандарт на проведение испытаний "Удлинение" ASTM D1457.

Вышеописанный затрубный барьер может дополнительно содержать разъемный кольцеобразный удерживающий элемент, причем данный разъемный кольцеобразный удерживающий элемент образует опору для уплотнительного элемента.

Кроме того, разъемный кольцеобразный удерживающий элемент может иметь более одного витка, так что, когда разжимной трубчатый элемент разжимается из первого внешнего диаметра до второго внешнего диаметра, разъемный кольцеобразный удерживающий элемент частично разматывается.

Кроме того, разъемный кольцеобразный удерживающий элемент может быть расположен вплотную к уплотнительному элементу.

Кроме того, первая и вторая концевые части могут быть трубчатыми и могут иметь максимальную толщину стенки, которая больше максимальной толщины стенки разжимной металлической муфты.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может быть приварена к первой и второй концевым частям.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может иметь длину, при этом внутри разжимной металлической муфты по всей ее длине может отсутствовать трубчатый элемент.

Указанные разжимные металлические муфты могут разжиматься под действием внутреннего давления текучей среды в трубчатой металлической конструкции скважины.

По меньшей мере одна из трубчатых секций между разжимными металлическими муфтами может содержать впускную секцию, секцию датчиков или газлифтный клапан.

Настоящее изобретение также относится к трубчатой металлической конструкции скважины, которая имеет множество трубчатых секций и по меньшей мере один затрубный барьер согласно настоящему изобретению; при этом первая и вторая концевые части и разжимная металлическая муфта установлены последовательно с множеством трубчатых секций, так что первая концевая часть и вторая концевая часть расположены между разжимной металлической муфтой и трубчатыми секциями вдоль осевой протяженности трубчатой металлической конструкции скважины.

Кроме того, первая часть, вторая концевая часть и разжимная металлическая муфта могут быть соединены таким образом, что внутренняя поверхность разжимной металлической муфты и внутренние поверхности первой и второй концевых частей составляют внутреннюю поверхность затрубного барьера, выполненную с возможностью контакта с добываемой текучей средой, транспортируемой трубчатой металлической конструкцией скважины.

Кроме того, первая часть, вторая концевая часть и разжимная металлическая муфта могут быть соединены таким образом, что внутренняя поверхность разжимной металлической муфты и внутренние поверхности первой и второй концевых частей составляют внутреннюю поверхность трубчатой металлической конструкции скважины, выполненную с возможностью контактировать с добываемой текучей средой, транспортируемой трубчатой металлической конструкцией скважины.

Кроме того, разжимная металлическая муфта расположена в конфигурации без перекрытия с любой одной из трубчатых секций трубчатой металлической конструкции скважины.

Кроме того, разжимная металлическая муфта расположена в конфигурации без перекрытия с любым элементом по всей толщине и/или длине разжимной металлической муфты.

Кроме того, трубчатая металлическая конструкция скважины может иметь внутреннюю поверхность, при этом внутренняя поверхность разжимной металлической муфты может образовывать часть внутренней поверхности трубчатой металлической конструкции скважины.

Кроме того, трубчатая металлическая конструкция скважины имеет внутреннюю поверхность, при этом разжимная металлическая муфта и первая и вторая концевые части могут быть соединены таким образом, что внутренняя поверхность разжимной металлической муфты и внутренние поверхности первой и второй концевых частей образуют внутреннюю поверхность затрубного барьера и внутреннюю поверхность трубчатой металлической конструкции скважины.

Кроме того, второй затрубный барьер согласно настоящему изобретению может быть установлен как часть трубчатой металлической конструкции скважины, при этом между затрубными барьерами может быть установлено множество трубчатых секций.

Кроме того, первая концевая часть может создавать первое расстояние между разжимной металлической муфтой и одной из множества трубчатых секций, при этом вторая концевая часть может создавать второе расстояние между разжимной металлической муфтой и другой одной из множества трубчатых секций.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может не перекрывать любую из множества трубчатых секций.

Кроме того, разжимная металлическая муфта может иметь внешний диаметр муфты в неразжатом состоянии, причем внешний диаметр неразжатой муфты равен или меньше внешнего диаметра трубчатых секций, образующих металлическую трубчатую конструкцию скважины.

Трубчатая металлическая конструкция скважины может представлять собой эксплуатационную колонну или скоростную подъемную колонну.

Настоящее изобретение также относится к скважинной системе, содержащей трубчатую металлическую конструкцию скважины согласно настоящему изобретению и разжимной инструмент для изоляции части трубчатой металлической конструкции скважины напротив разжимной металлической муфты для повышения давления в данной части для разжимания разжимной металлической муфты.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу заканчивания подготовки затрубного барьера согласно настоящему изобретению перед его установкой как часть металлической трубчатой конструкции скважины, причем указанный способ заканчивания включает:

- обеспечение наличия разжимной металлической муфты,

- выполнение внутренней резьбы в первой концевой части,

- выполнение внешней резьбы во второй концевой части, и

- установку первой и второй концевых частей с разжимной металлической муфтой.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу заканчивания, содержащему:

- установку затрубного барьера согласно настоящему изобретению как часть трубчатой металлической конструкции скважины,

- погружение трубчатой металлической конструкции скважины внутрь ствола скважины,

- отвод трубчатой металлической конструкции скважины в случае, если трубчатую металлическую конструкцию скважины невозможно погрузить на заданную глубину,

- демонтаж затрубного барьера и части множества трубчатых секций трубчатой металлической конструкции скважины,

- замену первой и второй концевых частей на другие первую и вторую концевые части, имеющие меньший внешний диаметр резьбы,

- замену указанной части множества трубчатых секций на другие трубчатые секции, имеющие меньший внешний диаметр,

- повторную установку затрубного барьера, имеющего другие первую и вторую концевые части с меньшим внешним диаметром резьбы, и

- погружение повторно установленной трубчатой металлической конструкции скважины.

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

на фиг. 1 показан вид в разрезе затрубного барьера для установки как часть трубчатой металлической конструкции скважины в стволе скважины малого диаметра,

на фиг. 2 показан вид в разрезе другого затрубного барьера для установки как часть трубчатой металлической конструкции скважины в стволе скважины малого диаметра,

на фиг. 3 показан вид в разрезе еще одного другого затрубного барьера для установки как часть трубчатой металлической конструкции скважины в стволе скважины малого диаметра, и

на фиг. 4 показана трубчатая металлическая конструкция скважины, имеющая несколько затрубных барьеров для изоляции эксплуатационных зон от других зон.

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

На фиг. 1 показан затрубный барьер 1 для установки как часть трубчатой металлической конструкции 100 скважины для обеспечения зональной изоляции в стволе скважины для изоляции первой зоны 101, например, выдающей нефть или газ, от второй зоны 102, например, выдающей воду, как показано на фиг. 4. Трубчатые секции трубчатой металлической конструкции скважины показаны пунктирными линиями на фиг. 1. Затрубный барьер 1 содержит разжимную металлическую муфту 2, имеющую первый конец 3, второй конец 4 и внешнюю поверхность 5, обращенную к стволу скважины. Разжимная металлическая муфта 2 показана в ее неразжатом состоянии, при этом для обеспечения зональной изоляции разжимная металлическая муфта разжимается гидравлическим давлением изнутри до большего внешнего диаметра, чтобы деформировать разжимную металлическую муфту, пока внешняя поверхность не будет прижата к стенке 50 (показана на фиг. 4) ствола скважины. Затрубный барьер 1 дополнительно содержит первую концевую часть 6, имеющую первый конец 7, соединенный с первым концом разжимной металлической муфты, и второй конец 8 для установки как часть трубчатой конструкции скважины, и вторую концевую часть 9, имеющую первый конец 10, соединенный со вторым концом разжимной металлической муфты, и второй конец 11 для установки как часть трубчатой конструкции скважины. Первый конец 7 первой концевой части 6 соединен "конец к концу" с первым концом 3 разжимной металлической муфты, так что часть первого конца 7 перекрывает часть первого конца 3, при этом концы частей соединяются конец к концу. Аналогично, первый конец 10 второй концевой части 9 соединен "конец к концу" со вторым концом 4 разжимной металлической муфты, так что они образуют одну трубчатую трубу. Таким образом, внутри разжимной металлической муфты вдоль всей длины L (показанной на фиг. 3) разжимной металлической муфты отсутствует основная труба, таким образом, затрубный барьер не имеет основания. Вторые концы 8, 11 концевых частей имеют внешнюю резьбу (внешнее резьбовое соединение) 20b или внутреннюю резьбу (внутреннее резьбовое соединение) 20b для установки на соответствующие внешние или внутренние резьбы трубчатой металлической конструкции скважины.

За счет использования такого затрубного барьера без основания трубчатая металлическая конструкция скважины может быть выполнена с существенно меньшим внешним диаметром и установлена внутрь скважины меньшего диаметра, чем затрубные барьеры с основной трубой и окружающей муфтой. Разжимная металлическая муфта имеет первую секцию 26, имеющую первый внешний диаметр OD₁ и первую толщину T₁, и периферийные выступы 27, имеющие толщину T₂, которая больше первой толщины T₁, и имеющие второй внешний диаметр OD₂, который больше первого внешнего диаметра, так что при разжимании разжимной металлической муфты первая секция выдается радиально наружу в большей степени, чем вторая секция, что приводит к упрочнению разжимной металлической муфты 2 в разжатом состоянии.

В скважинах малого диаметра разжимная металлическая муфта не должна разжиматься так же сильно, как в скважинах/стволах скважины большего диаметра, таким образом, разжимная металлическая муфта затрубного барьера без основания может сохранять функцию барьера без основной трубы.

Кроме того, периферийные выступы 27 увеличивают прочность разжатой разжимной металлической муфты 2, когда разжимная металлическая муфта не разжимается больше, чем требуется в скважинах/стволах скважины малого диаметра, так что разжимная металлическая муфта может служить как основной трубой, так и барьером. Таким образом, разжимная металлическая муфта образует трубчатую металлическую конструкцию скважины.

Затрубный барьер имеет внутреннюю поверхность 18, созданную разжимной металлической муфтой 2, первой концевой частью 6 и второй концевой частью 9, так что внутренняя поверхность 22 разжимной металлической муфты, внутренняя поверхность 19 первой концевой части 6 и внутренняя поверхность 23 второй концевой части 9 составляют внутреннюю поверхность затрубного барьера. Таким образом, внутренняя поверхность разжимной металлической муфты образует часть внутренней поверхности затрубного барьера и при установке на трубчатую металлическую конструкцию скважины образует часть внутренней поверхности трубчатой металлической конструкции скважины. Таким образом, разжимная металлическая муфта не перекрывает трубчатую металлическую часть, если смотреть в поперечном сечении вдоль продольной протяженности трубчатой металлической конструкции скважины, и, таким образом, не перекрывает любую трубчатую секцию трубчатой металлической конструкции скважины и концевые части по всей толщине или длине разжимной металлической муфты. Таким образом, первая концевая часть, вторая концевая часть и разжимная металлическая муфта образуют одну трубчатую трубу, выполненную с возможностью установки как одной части трубчатой металлической конструкции скважины между двумя другими трубчатыми секциями трубчатой металлической конструкции скважины. Таким образом, разжимная металлическая муфта расположена в конфигурации без перекрытия с концевыми частями по всей толщине и/или длине разжимной металлической муфты, а также в конфигурации без перекрытия с другими секциями затрубного барьера. Первая и вторая концевые части и разжимная металлическая муфта установлены последовательно друг за другом и последовательно с другими трубчатыми секциями, установленными вместе с образованием трубчатой металлической конструкции скважины.

Как можно видеть на фиг. 4, затрубный барьер 1 может не иметь какого-либо замкнутого пространства, при этом разжимание и установка затрубного барьера могут быть выполнены без использования выпуска текучей среды под давлением внутрь такого кольцевого пространства, используемого в известных затрубных барьерах. Разжимная металлическая муфта 2 разжимается путем повышения давления во внутренней части затрубного барьера, например, путем закрытия трубчатой металлической конструкции скважины дальше вниз и повышения давления от вершины, или изоляции секции трубчатой металлической конструкции скважины, которая имеет один или более затрубных барьеров, и повышения давления только в этой секции. Разжимная металлическая муфта и первая и вторая концевые части соединены так, что внутренняя поверхность разжимной металлической муфты и внутренние поверхности первой и второй концевых частей образуют внутреннюю поверхность затрубного барьера, выполненную с возможностью контакта с добываемой текучей средой, транспортируемой трубчатой металлической конструкцией скважины при запуске добычи.

На фиг. 1 второй конец 8 первой концевой части 6 имеет внутреннее резьбовое соединение, т.е. с внутренней резьбой 20b, при этом второй конец 11 второй концевой части 9 имеет внешнее резьбовое соединение, т.е. с внешней резьбой 20а. При погружении затрубного барьера 1 в виде трубчатой металлической конструкции 100 скважины, часть с внутренней резьбой, т.е. внутреннее резьбовое соединение 20а, в большинстве случаев является резьбой, самой близкой к вершине. Первая и вторая концевые части 6, 9 соединены с первым и вторым концами 3, 4 разжимной металлической муфты 2 посредством стандартного соединения 14, такого как соединение с укороченной трапецеидальной резьбой, как показано на чертежах. Первый и второй концы 3, 4 разжимной металлической муфты 2 имеют внешние резьбы, соответствующие внутренним резьбам первой концевой части и второй концевой части 9, причем внутренняя и внешняя резьбы образуют соединения с укороченной трапецеидальной резьбой. Могут быть использованы другие соединения, стандартные в нефтедобывающей промышленности. Уплотнительные элементы 15 расположены в канавках 16 на внешней поверхности разжимной металлической муфты 2 для повышения уплотняющей способности стенки ствола скважины при разжимании в скважине. Канавки 16 могут быть образованы периферийными выступами 27, причем при разжимании разжимной металлической муфты первая секция между выступами выдается радиально наружу в большей степени, чем данные выступы, выталкивая уплотнительный элемент радиально наружу. Разжимная металлическая муфта 2 имеет внешний диаметр Od_e муфты в неразжатом состоянии, причем внешний диаметр неразжатой муфты равен или немного меньше внешнего диаметра ODP первой и второй концевых частей, так что концевые части защищают уплотнительные элементы при прохождении в ствол (RIH). Разжимная металлическая муфта с фиг. 1, 2 имеет только три канавки, каждая из которых имеет один уплотнительный элемент. В другом варианте осуществления разжимная металлическая муфта имеет более 3 канавок с уплотнительными элементами, например 5-10 канавок.

На фиг. 1 трубчатая металлическая конструкция 100 скважины имеет первый внутренний диаметр ID_W1 и первый внешний диаметр OD_W1, при этом на фиг. 2 трубчатая металлическая конструкция 100 скважины имеет второй внешний диаметр OD_W2, который меньше первого внешнего диаметра. Если во время работы трубчатой металлической конструкции скважины в стволе скважины малого диаметра циркуляция текучей среды является недостаточной из-за неожиданного сужения ствола скважины, трубчатая металлическая конструкция скважины может быть отведена, при этом часть множества трубчатых секций трубчатой металлической конструкции скважины может быть демонтирована и заменена на трубчатые секции, имеющие меньший внешний диаметр OD_W2, как показано на фиг. 2. Это можно легко выполнить путем замены первой и второй концевых частей 6, 9 затрубного барьера 1 на другие первую и вторую концевые части меньшего внешнего диаметра на резьбовых соединениях и путем установки других трубчатых секций, имеющих меньший внешний диаметр. Таким образом, за счет использования отсоединяемых концевых частей 6, 9 затрубного барьера концевые части 6, 9 могут быть легко заменены на другие концевые части, подходящие для трубчатых секций с меньшим (или большим) внешним диаметром, так что может быть уменьшен внешний диаметр трубчатой металлической конструкции скважины на определенных секциях для увеличения циркуляции в определенной области. При проектировании скважины планировщик не может предвидеть каждую внештатную ситуацию, которая может произойти при бурении и последующих операциях, таким образом, планировщик часто планирует обеспечить готовность обсадной колонны/трубчатой металлической конструкции скважины более одного диаметра для заканчивания, однако некоторые компоненты, такие как затрубные барьеры, более дорогие, чем трубчатые трубы/секции, при этом, согласно настоящему изобретению, затрубные барьеры могут соответствовать секциям трубчатой трубы, имеющим различный диаметр, таким образом, затрубный барьер может быть установлен так, чтобы соответствовать различным обсадным колоннам, которые планировщик планирует подготовить при заканчивании, просто путем замены концевых частей.

Как показано на фиг. 2, первая и вторая концевые части 6, 9 являются трубчатыми и имеют максимальную толщину стенки ТР1, которая больше максимальной толщины Т2 стенки разжимной металлической муфты 2. Разжимная металлическая муфта выполнена из материала, более гибкого, чем материал первой и второй концевых частей. Для определения, является ли материал разжимной металлической муфты более гибким и, таким образом, более удлиняемым, чем материал первой и второй концевых частей, может быть использован стандарт на проведение испытаний ASTM D1457.

На фиг. 3 затрубный барьер 1 дополнительно содержит разъемный кольцеобразный удерживающий элемент 17, образующий опору для уплотнительного элемента 15. Разъемный кольцеобразный удерживающий элемент 17 имеет более одного витка, так что, когда разжимной трубчатый элемент разжимается от первого внешнего диаметра до второго внешнего диаметра, разъемный кольцеобразный удерживающий элемент частично разматывается. Таким образом, разъемный кольцеобразный удерживающий элемент 17 может быть расположен вплотную к уплотнительному элементу, или между разъемным кольцеобразным удерживающим элементом 17 и уплотнительным элементом 15 расположен промежуточный элемент 31.

На фиг. 1, 2 разжимная металлическая муфта 2 соединена с концевыми частями 6, 9 без каких-либо сварных соединений; однако на фиг. 3 разжимная металлическая муфта 2 приварена к первой и второй концевым частям 6, 9, при этом соединительное кольцо 29 расположено снаружи и перекрывает конец 3, 4 разжимной металлической муфты и первый конец 7, 10 концевой части 6, 9 и соединено с ними с помощью резьбы.

Как показано на фиг. 4, трубчатая металлическая конструкция 100 скважины может иметь множество трубчатых секций 40, расположенных с одной или более трубчатых секций 40 между двумя затрубными барьерами 1, при этом первая и вторая концевые части 6, 9 и разжимная металлическая муфта 2 установлены последовательно с множеством трубчатых секций, так что первая концевая часть 6 и вторая концевая часть 9 расположены между разжимной металлической муфтой 2 и трубчатыми секциями вдоль осевой протяженности 30 трубчатой металлической конструкции 100 скважины. Разжимная металлическая муфта 2, концевые части 6, 9 и трубчатые секции 40 образуют одну трубу/трубчатый элемент с одной стенкой. Таким образом, внутренняя поверхность 22 (показана на фиг. 1-3) разжимной металлической муфты 2 образует часть внутренней поверхности 21 (показана на фиг. 1-3) трубчатой металлической конструкции скважины. Кроме того, между двумя затрубными барьерами в первой зоне расположена проточная секция 60. Данная проточная секция обеспечивает первичный поток внутрь трубчатой металлической конструкции скважины, когда затрубные барьеры были разжаты (как показано на фиг. 4), однако она также может быть использована для выпуска текучей среды в затрубное пространство, например, для гидравлического разрыва пласта, окружающего трубчатую металлическую конструкцию 100 скважины.

Как показано на фиг. 1, 2, первая концевая часть создает первое расстояние d₁ между разжимной металлической муфтой и одной из множества трубчатых секций, при этом вторая концевая часть создает второе расстояние d₂ между разжимной металлической муфтой и другой одной из множества трубчатых секций. Таким образом, разжимная металлическая муфта не перекрывает ни одну из множества трубчатых секций.

Разжимные металлические муфты могут разжиматься под действием внутреннего давления текучей среды в трубчатой металлической конструкции скважины. Для создания внутреннего давления во всей трубчатой металлической конструкции скважины может быть повышено давление изнутри, или в трубчатую металлическую конструкцию скважины может быть введен разжимной инструмент для изоляции части трубчатой металлической конструкции скважины напротив разжимной металлической муфты для повышения давления в этой части и для разжимания разжимных металлических муфт друг за другом. Трубчатая металлическая конструкция скважины может быть погружена посредством буровой трубы, при этом затрубные барьеры могут быть разжаты путем повышения давления в буровой трубе и трубчатой металлической конструкции скважины до отсоединения буровой трубы от трубчатой металлической конструкции скважины.

Даже если это не показано, по меньшей мере одна из трубчатых секций между затрубными барьерами может содержать приточную секцию для впуска текучей среды внутрь трубчатой металлической конструкции скважины, которая также называется эксплуатационной колонной. Одна из трубчатых секций также может содержать секцию датчиков для измерения состояния в скважине, например, для управления и оптимизации добычи. Одна из трубчатых секций, расположенных дальше вверх по скважине, также может содержать газлифтный клапан для введения газа для уменьшения гидростатического давления в столбе текучей среды.

Трубчатая металлическая конструкция скважины может представлять собой эксплуатационную трубу, постоянно установленную в стволе скважины, или трубчатая металлическая конструкция скважины может представлять собой скоростную подъемную колонну, используемую для начальной добычи. В случае если начальная добыча обеспечивает успешный результат, данная скоростная подъемная колонна используется в качестве эксплуатационной колонны.

Под текучей средой или скважинной текучей средой подразумевается текучая среда любого типа, которая может находиться внизу нефтяных или газовых скважин, например природный газ, нефть, буровой раствор на нефтяной основе, сырая нефть, вода и т.д. Под газом подразумевается состав газа любого типа, находящийся в скважине, в оборудованной скважине, или в необсаженном стволе скважины, при этом под нефтью подразумевается состав нефти любого типа, такой как сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и т. д. Таким образом, все текучие среды из газа, нефти или воды могут содержать элементы или вещества, соответственно отличные от газа, нефти и/или воды.

Под трубчатой металлической конструкцией скважины или обсадной колонной понимаются трубопровод, насосно-компрессорные трубы, трубы, хвостовик, колонна и т.п. любого типа, используемые в скважине для добычи нефти или природного газа.

В случае если инструмент не может быть полностью погружен внутрь обсадной колонны, для проталкивания скважинного инструмента по всему пути в положение в скважине может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвигаемые рычаги, имеющие колеса, причем колеса контактируют с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения вперед трактора и инструмента в обсадной колонне. Скважинный трактор представляет собой приводной инструмент любого типа, способный толкать или поднимать инструменты в скважине, например Well Tractor®.

Хотя выше описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалисту в области техники очевидно, что многочисленные модификации могут быть выполнены без выхода за рамки объема правовой охраны настоящего изобретения, определенного в приведенной ниже формуле изобретения.

Настоящее изобретение относится к затрубному барьеру для установки как части трубчатой металлической конструкции скважины для обеспечения зональной изоляции в стволе скважины малого диаметра для изоляции первой зоны от второй зоны, содержащему разжимную металлическую муфту, имеющую первый конец, второй конец и внешнюю поверхность, обращенную к стволу скважины, первую концевую часть, имеющую первый конец, соединенный с первым концом разжимной металлической муфты, и второй конец для установки в виде части трубчатой конструкции скважины, и вторую концевую часть, имеющую первый конец, соединенный со вторым концом разжимной металлической муфты, и второй конец для установки в виде части трубчатой конструкции скважины, при этом первый конец первой концевой части соединен конец к концу с первым концом разжимной металлической муфты, причем первый конец второй концевой части соединен конец к концу со вторым концом разжимной металлической муфты, при этом вторые концы концевых частей имеют внутренние и внешние резьбовые соединения для установки на соответствующие внутренние и внешние резьбовые соединения трубчатой металлической конструкции скважины. Настоящее изобретение также относится к трубчатой металлической конструкции скважины, которая имеет множество трубчатых секций и по меньшей мере один затрубный барьер согласно настоящему изобретению, и к способу заканчивания подготовки затрубного барьера согласно настоящему изобретению. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Затрубный барьер (1) для установки как части трубчатой металлической конструкции (100) скважины для обеспечения зональной изоляции в стволе (50) скважины малого диаметра для изоляции первой зоны (101) от второй зоны (102), причем затрубный барьер имеет внутреннюю поверхность (18) и содержит:

- разжимную металлическую муфту (2), имеющую первый конец (3), второй конец (4), внутреннюю поверхность (22) и внешнюю поверхность (5), обращенную к стволу скважины,

- первую концевую часть (6), имеющую первый конец (7), соединенный с первым концом разжимной металлической муфты, и второй конец (8) для установки как части трубчатой конструкции скважины, при этом первая концевая часть имеет внутреннюю поверхность (19), и

- вторую концевую часть (9), имеющую первый конец (10), соединенный со вторым концом разжимной металлической муфты, и второй конец (11) для установки как части трубчатой конструкции скважины, причем вторая концевая часть имеет внутреннюю поверхность (23),

при этом первый конец (7) первой концевой части (6) соединен конец к концу с первым концом (3) разжимной металлической муфты, причем первый конец (10) второй концевой части (9) соединен конец к концу со вторым концом (4) разжимной металлической муфты, при этом разжимная металлическая муфта и первая и вторая концевые части соединены так, что внутренняя поверхность (22) разжимной металлической муфты и внутренние поверхности (19, 23) первой и второй концевых частей образуют внутреннюю поверхность (18) затрубного барьера,

при этом вторые концы (8, 11) концевых частей имеют внешние или внутренние резьбовые соединения для установки на соответствующих внешних или внутренних резьбовых соединениях трубчатой металлической конструкции скважины.

2. Затрубный барьер по п.1, в котором второй конец (8) первой концевой части имеет внутреннее резьбовое соединение (20а), при этом второй конец (11) второй концевой части имеет внешнее резьбовое соединение (20b).

3. Затрубный барьер по п.1 или 2, в котором первая и вторая концевые части соединены с первым и вторым концами разжимной металлической муфты посредством стандартного соединения (14), такого как соединение с укороченной трапецеидальной резьбой.

4. Затрубный барьер по любому из пп.1-3, в котором на внешней поверхности разжимной металлической муфты расположены уплотнительные элементы (15).

5. Затрубный барьер по любому из пп.1-4, в котором разжимная металлическая муфта имеет:

- первую секцию (26), имеющую первый внешний диаметр (OD₁) и первую толщину (T₁), и

- по меньшей мере два периферийных выступа (27), имеющих толщину, которая больше первой толщины, и имеющих второй внешний диаметр (OD₂), который больше первого внешнего диаметра, так что при разжимании разжимной металлической муфты первая секция выдается радиально наружу в большей степени, чем первая секция, с упрочнением тем самым разжимной металлической муфты.

6. Затрубный барьер по любому из пп.1-5, в котором разжимная металлическая муфта выполнена из материала более гибкого, чем материал первой и второй концевых частей.

7. Затрубный барьер по любому из пп.4, 5, дополнительно содержащий разъемный кольцеобразный удерживающий элемент (17), причем разъемный кольцеобразный удерживающий элемент образует опору для уплотнительного элемента.

8. Затрубный барьер по любому из пп.1-7, в котором первая и вторая концевые части являются трубчатыми и имеют максимальную толщину (ТР₁) стенки, которая больше максимальной толщины (Т₂) стенки разжимной металлической муфты.

9. Затрубный барьер по любому из пп.1-8, в котором разжимная металлическая муфта имеет длину (L), при этом внутри разжимной металлической муфты по всей ее длине отсутствует трубчатый элемент.

10. Трубчатая металлическая конструкция (100) скважины, имеющая множество трубчатых секций (40) и по меньшей мере один затрубный барьер (1) по любому из пп.1-9; при этом первая и вторая концевые части и разжимная металлическая муфта установлены последовательно с множеством трубчатых секций, так что первая концевая часть и вторая концевая часть расположены между разжимной металлической муфтой и трубчатыми секциями вдоль осевой протяженности трубчатой металлической конструкции скважины.

11. Трубчатая металлическая конструкция скважины по п.10, причем трубчатая металлическая конструкция скважины имеет внутреннюю поверхность (21), при этом разжимная металлическая муфта и первая и вторая концевые части соединены, так что внутренняя поверхность (22) разжимной металлической муфты и внутренние поверхности (19, 23) первой и второй концевых частей составляют внутреннюю поверхность (18) затрубного барьера и внутреннюю поверхность (21) трубчатой металлической конструкции скважины.

12. Трубчатая металлическая конструкция скважины по п.10 или 11, в которой второй затрубный барьер (1) по любому из пп.1-9 установлен как часть трубчатой металлической конструкции скважины, при этом между затрубными барьерами установлено множество трубчатых секций (40).

13. Трубчатая металлическая конструкция скважины по любому из пп.10-12, в которой первая концевая часть создает первое расстояние (d₁) между разжимной металлической муфтой и одной из множества трубчатых секций, при этом вторая концевая часть создает второе расстояние (d₂) между разжимной металлической муфтой и другой одной из множества трубчатых секций.

14. Способ заканчивания подготовки затрубного барьера по любому из пп.1-9 перед его установкой как части металлической трубчатой конструкции скважины, причем указанный способ заканчивания включает:

- обеспечение наличия разжимной металлической муфты,

- выполнение внутренней резьбы в первой концевой части,

- выполнение внешней резьбы во второй концевой части и

- установку первой и второй концевых частей с разжимной металлической муфтой.

15. Способ заканчивания, включающий:

- установку затрубного барьера по любому из пп.1-9 как части трубчатой металлической конструкции скважины,

- погружение трубчатой металлической конструкции скважины внутрь ствола скважины,

- отвод трубчатой металлической конструкции скважины в случае, если трубчатую металлическую конструкцию скважины невозможно погрузить на заданную глубину,

- демонтаж затрубного барьера и части множества трубчатых секций трубчатой металлической конструкции скважины,

- замену первой и второй концевых частей на другие первую и вторую концевые части, имеющие меньший внешний диаметр резьбы,

- замену указанной части множества трубчатых секций на другие трубчатые секции, имеющие меньший внешний диаметр,

- повторную установку затрубного барьера, имеющего другие первую и вторую концевые части с меньшим внешним диаметром резьбы, и

- погружение повторно установленной трубчатой металлической конструкции скважины.