СПОСОБ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ И СИСТЕМА ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2023 года по МПК E21B33/14 E21B33/127 E21B34/06 

Настоящее изобретение относится к способу заканчивания для заканчивания скважины, имеющей устье. Настоящее изобретение также относится к системе заканчивания скважины для заканчивания скважины, имеющей устье.

Для предотвращения выбросов при заканчивании скважины на первое место ставится безопасность. Это также гарантирует, что скважинная текучая среда не будет загрязнять окружающую среду. Хотя упор делается на заканчивании скважины так быстро, как это возможно, и разработке оборудования заканчивания скважины для уменьшения количества этапов по заканчиванию скважины, упор также делается на то, чтобы не ставить под угрозу безопасность.

В US 2015/0330181 А1 описан способ цементирования колонны труб в стволе скважины, содержащий: спуск колонны труб в ствол скважины с использованием рабочей колонны, имеющей узел развертывания; доставку открывающего активатора через рабочую колонну к узлу развертывания, тем самым запуская открывающую пробку из узла развертывания; закачивание открывающего активатора и пробки в ступенчатый клапан колонны труб, тем самым открывая ступенчатый клапан; закачивание цементного раствора в рабочую колонну; закачивание закрывающего активатора через рабочую колонну за цементным раствором, тем самым запуская закрывающую пробку из узла развертывания; и закачивание закрывающего активатора и пробки к открытому ступенчатому клапану, тем самым перемещая цементный раствор в затрубное пространство между колонной труб и стволом скважины и закрывая ступенчатый клапан. В раскрытом способе безопасность все еще может быть поставлена под угрозу.

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение указанных выше недостатков уровня техники. Более конкретно, задачей является создание улучшенного способа заканчивания скважины и улучшенной системы заканчивания скважины, не ставящих под угрозу безопасность.

Указанные выше задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из нижеследующего описания, реализованы в решении согласно настоящему изобретению посредством способа заканчивания скважины для заканчивания скважины, имеющей устье, содержащего следующие этапы:

- бурят ствол скважины ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции в скважине;

- обеспечивают при бурении ствола скважины циркуляцию раствора, по меньшей мере частично;

- обеспечивают наличие второй скважинной трубчатой металлической конструкции, имеющей по меньшей мере один неразжатый затрубный барьер, имеющий трубчатую часть, окруженную разжимной металлической муфтой, разжимаемой посредством текучей среды под давлением, поступающей изнутри второй скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел в кольцевое пространство между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой, причем вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция имеет первый конец, ближайший к устью, и второй конец, клапанный узел имеет первое состояние, в котором прервано сообщение по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и указанным пространством, и второе состояние, обеспечивающее возможность сообщения по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и кольцевым пространством;

- спускают вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию в скважину в положение, по меньшей мере частично, ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции;

- обеспечивают циркуляцию промывочной текучей среды при первом давлении наружу через второй конец для удаления по меньшей мере части раствора;

- смещают цемент при втором давлении вниз через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию и наружу через второй конец в затрубное пространство между второй скважинной трубчатой металлической конструкцией и стенкой ствола скважины;

- повышают давление во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции до третьего давления выше первого давления и второго давления с разрушением разрушаемого элемента в клапанном узле и изменением таким образом состояния с первого состояния на второе состояние; и

- дополнительно повышают давление во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции с разжиманием разжимной металлической муфты для ее примыкания к стенке ствола скважины.

Дополнительно, первое давление может быть по существу равно второму давлению.

Также, способ заканчивания скважины может дополнительно содержать вымывание раствора путем циркуляции раствора наружу через второй конец второй скважинной трубчатой металлической конструкции.

В результате обеспечивается, что затрубный барьер не разжимается непреднамеренно при выполнении операций, таких как промывание и цементирование при определенных значениях давления, при которых обеспечено, что, например, цементирование может быть выполнено надлежащим образом без преждевременного разжимания затрубных барьеров, блокирующих затрубное пространство. Таким образом, перемещение цемента может быть обеспечено при нахождении приводимых в действие давлением клапанов напротив разжимного отверстия в затрубном барьере в их закрытом положении, при этом клапаны могут быть приведены в действие/открыты при достижении определенного давления, т.е. при разрушении срезного штифта, так что клапан не открывается до того, как будут закончены цементные работы, и затрубный барьер не будет разжат так рано.

Клапанный узел может содержать первый поршень, выполненный с возможностью перемещения в первом канале из первого состояния во второе состояние, причем первый поршень удерживается в первом состоянии посредством разрушаемого элемента.

Кроме того, способ заканчивания скважины может дополнительно содержать подачу текучей среды, такой как рассол или подобная текучая среда с малым удельным весом, поверх цемента для смещения цемента через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию.

Также, смещение цемента может быть выполнено путем смещения цементировочной пробки.

Дополнительно, смещение цемента может быть выполнено путем смещения верхней цементировочной пробки поверх цемента и цементировочной пробки ниже цемента.

Дополнительно, клапанный узел может иметь удерживающий элемент, на который передается энергия удерживающей пружины для блокировки первого поршня во втором положении.

Способ заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать спуск второй скважинной трубчатой металлической конструкции, который выполняют путем соединения буровой трубы с первым концом второй скважинной трубчатой металлической конструкции.

Указанный способ заканчивания скважины может дополнительно содержать отсоединение буровой трубы вслед за разжиманием разжимной металлической муфты.

Способ заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать определение первого давления.

Дополнительно, определение первого давления может быть основано, например, на типе цемента, размера затрубного пространства и высоте.

Способ заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать подачу вытесняющей текучей среды, такой как рассол или подобная текучая среда с малым удельным весом, поверх цемента или цементировочной пробки для смещения цемента.

Указанный способ заканчивания скважины может дополнительно содержать подачу тяжелой текучей среды поверх текучей среды с малым удельным весом (находящейся поверх цемента) для обеспечения управления скважиной в дальнейшем.

Также, способ заканчивания скважины может дополнительно содержать вращение второй скважинной трубчатой металлической конструкции при ее спуске в скважину.

Способ заканчивания скважины согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать спуск эксплуатационной насосно-компрессорной колонны в скважину в положение частичного наложения со второй скважинной трубчатой металлической конструкцией или выше нее.

Кроме того, при спуске второй скважинной трубчатой металлической конструкции давление кольцевого пространства может сбрасываться в затрубное пространство.

Настоящее изобретение также относится к системе заканчивания скважины для заканчивания скважины, имеющей устье, содержащей:

- ствол скважины;

- первую скважинную трубчатую металлическую конструкцию;

- вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию, содержащую по меньшей мере один затрубный барьер, имеющий трубчатую часть, установленную как часть второй скважинной трубчатой металлической конструкции и окруженную разжимной металлической муфтой, разжимаемой посредством текучей среды под давлением, поступающей изнутри второй скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел в кольцевое пространство между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой, причем вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция имеет первый конец, ближайший к устью, и второй конец, клапанный узел имеет первое состояние, в котором прервано сообщение по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и указанным пространством, и второе состояние, обеспечивающее возможность сообщения по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и кольцевым пространством;

- первое подающее средство для подачи промывочной текучей среды при первом давлении через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию; и

- второе подающее средство для подачи цемента при втором давлении через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию;

причем клапанный узел содержит разрушаемый элемент, разрушаемый при третьем давлении, которое выше первого давления и второго давления, обеспечивая возможность изменения клапанного узла с первого состояния на второе состояние.

Первое состояние может представлять собой первое положение, а второе состояние может представлять собой второе положение, и клапанный узел может содержать первый поршень, выполненный с возможностью перемещения в первом канале между первым положением и вторым положением, причем первый поршень удерживается в первом положении посредством разрушаемого элемента, а первый канал имеет первое отверстие, сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции, и второе отверстие, сообщающееся по текучей среде с кольцевым пространством.

Также, пружинный элемент может быть расположен в первом канале и выполнен с возможностью сжатия, когда первый поршень перемещается из первого положения во второе положение.

Указанный первый канал может иметь третье отверстие, сообщающееся по текучей среде с затрубным пространством для сброса давления кольцевого пространства в затрубное пространство, когда первый поршень находится в первом положении.

Дополнительно, клапанный узел может иметь второй поршень, выполненный с возможностью перемещения во втором канале между первым положением и вторым положением, причем второй канал имеет первое отверстие, сообщающееся по текучей среде со вторым отверстием первого канала, а второй канал имеет второе отверстие, сообщающееся по текучей среде с кольцевым пространством.

Кроме того, второй канал может иметь третье отверстие, сообщающееся по текучей среде с затрубным пространством для сброса давления кольцевого пространства в затрубное пространство, когда второй поршень находится во втором положении.

Также, клапанный узел может иметь второй разрушаемый элемент для удержания второго поршня в первом положении.

Система заканчивания скважины может содержать цементировочную пробку.

Дополнительно, система заканчивания скважины может содержать верхнюю цементировочную пробку поверх цемента и цементировочную пробку ниже цемента.

Клапанный узел может иметь удерживающий элемент, на который передается энергия удерживающей пружины для блокировки первого поршня во втором положении.

Дополнительно, вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция может содержать множество затрубных барьеров.

Наконец, между двумя смежными затрубными барьерами может быть расположено устройство управления притоком.

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

- на фиг.1 показан вид в частичном поперечном сечении скважинного оборудования для заканчивания скважины;

- на фиг.2 показан вид в частичном поперечном сечении другого скважинного оборудования для заканчивания скважины;

- на фиг.3 показан вид в поперечном сечении затрубного барьера, имеющего клапанный узел;

- на фиг.4 показан вид в поперечном сечении клапанного узла;

- на фиг.5 показан вид в поперечном сечении другого клапанного узла;

- на фиг.6А показан вид в поперечном сечении другого клапанного узла, где поршень расположен в его начальном положении;

- на фиг.6В показан поршень с фиг.6А в его закрытом положении; и

- на фиг.7 показан вид в частичном поперечном сечении еще одного клапанного узла.

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

На фиг.1 и 2 показана система 100 заканчивания скважины для заканчивания скважины 50, имеющей устье 51. Система 100 заканчивания скважины содержит ствол 52 скважины, первую скважинную трубчатую металлическую конструкцию 103 и вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию 104. Вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит по меньшей мере один затрубный барьер 1, имеющий трубчатую часть 7, установленную в качестве части второй скважинной трубчатой металлической конструкции. Трубчатая часть выполнена из металла и окружена разжимной металлической муфтой 8, разжимаемой посредством текучей среды под давлением, поступающей изнутри второй скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел 11 в кольцевое пространство 15 (показано на фиг.3) между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой 8. Вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция 104 имеет первый конец 53, ближайший к устью, и второй конец 54. Клапанный узел имеет первое состояние, в котором прервано сообщение по текучей среде между внутренним объемом 14 второй скважинной трубчатой металлической конструкции и кольцевым пространством, и второе состояние, обеспечивающее возможность сообщения по текучей среде между внутренним объемом 14 второй скважинной трубчатой металлической конструкции и кольцевым пространством. Система заканчивания скважины дополнительно содержит первое подающее средство 60 для подачи промывочной текучей среды при первом давлении через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию, и второе подающее средство 61 для подачи цемента при втором давлении через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию. Клапанный узел содержит разрушаемый элемент 24 (показан на фиг.4), разрушаемый при третьем давлении, которое выше первого давления и второго давления, обеспечивая возможность изменения клапанного узла с первого состояния на второе состояние.

В процессе заканчивания скважины способ заканчивания скважины содержит бурение ствола 52 скважины ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции 103 в скважине, обеспечение при бурении ствола скважины циркуляции раствора, по меньшей мере частично, и обеспечение наличия второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104, и спуск второй скважинной трубчатой металлической конструкции в скважину в положение, по меньшей мере частично, ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции, обычно с вращением второй скважинной трубчатой металлической конструкции. После того, как вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция спущена в скважину (RIH), способ содержит обеспечение циркуляции промывочной текучей среды при первом давлении наружу через второй конец второй скважинной трубчатой металлической конструкции для удаления раствора, который находится также в затрубном пространстве 2 между скважинной трубчатой металлической конструкцией и стенкой 5 ствола скважины. После промывания, способ содержит смещение цемента при втором давлении вниз через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию и наружу через второй конец в затрубное пространство 2. В процессе этапа цементирования, клапанный узел находится в первом положении, так что цемент не проходит в пространство затрубного барьера и, таким образом, не разжимает разжимную металлическую муфту слишком рано, т.е. до окончания процесса цементирования. Если затрубный барьер разжимается слишком рано, затрубный барьер обеспечивает наличие затрубного барьера в затрубном пространстве, который препятствует прохождению через него текучей среды, и циркуляция цемента становится невозможной, так как текучая среда, смещенная цементом, или сам цемент, не могут пройти мимо разжатого затрубного барьера. После цементирования, способ содержит повышение давления во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции до третьего давления выше первого давления и второго давления с разрушением разрушаемого элемента 24 в клапанном узле. Это приводит к изменению состояния с первого состояния на второе состояние, и затем путем дополнительного повышения давления во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции выполняется разжимание разжимных металлических муфт для их примыкания к стенке ствола скважины.

Как показано на фиг.1, вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию системы заканчивания скважины спускают в скважину посредством буровой трубы 67, соединенной с первым концом второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104. Цемент смещают вниз по второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104 посредством цементировочной пробки 66, которая размещается во втором конце 54 и которая закрывает вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию. Затем повышают давление во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции, сначала открывая клапанный узел для изменения состояния на второе состояние, и затем разжимая разжимную металлическую муфту 8 затрубных барьеров 1. Далее, буровую трубу 67 отсоединяют и спускают эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 105 и, например, частично накладывают ее на вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию, как показано на фиг.2, или размещают ее выше второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104, с расположением затрубного барьера между наружной поверхностью эксплуатационной насосно-компрессорной колонны и внутренней поверхностью первой скважинной трубчатой металлической конструкции 103.

На фиг.3 затрубный барьер 1 показан в его разжатом состоянии, а клапанный узел, следовательно, показан в его втором состоянии. Затрубный барьер 1 разжимают в затрубном пространстве 2 между второй скважинной трубчатой металлической конструкцией 104 и стенкой 5 ствола 6 скважины для обеспечения зональной изоляции между первой зоной 101, имеющей первое давление Р1, и второй зоной 102, имеющей второе давление Р2 ствола скважины. Затрубный барьер содержит трубчатую часть 7, предназначенную для установки в качестве части второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104 и имеющую внутренний объем 14, являющийся внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и, следовательно, сообщающийся по текучей среде с ним. Затрубный барьер 1 дополнительно содержит разжимную металлическую муфту 8, окружающую трубчатую часть 7 и имеющую внутреннюю поверхность 9 муфты, обращенную к трубчатой части, и наружную поверхность 10 муфты, обращенную к стенке 5 ствола 6 скважины. Наружная поверхность муфты примыкает к стенке в разжатом положении, показанном на фиг.3. Каждый конец 12 разжимной металлической муфты 8 соединен с трубчатой частью 7, создавая кольцевое пространство 15 между внутренней поверхностью 9 разжимной металлической муфты и трубчатой частью. Затрубный барьер 1 имеет первое отверстие 16, сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом 14 второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104 и, следовательно, сообщающееся по текучей среде с трубчатой частью. Затрубный барьер 1 дополнительно имеет второе отверстие 17, сообщающееся по текучей среде с затрубным пространством 15. Когда давление во внутреннем объеме 14 трубчатой части 7 повышают до третьего давления, клапанный узел меняет состояние с первого состояния на второе состояние, и текучая среда протекает в затрубное пространство 15, разжимая тем самым разжимную металлическую муфту 8 в ее разжатое положение, как показано на фиг.3.

Как показано на фиг.4, первое состояние является первым положением, а второе состояние является вторым положением. Клапанный узел содержит первый поршень 21, выполненный с возможностью перемещения в первом канале 18 между первым положением и вторым положением. Первый поршень удерживается в первом положении посредством разрушаемого элемента 24. Первый канал имеет первое отверстие 16, сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом 14 второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104, и второе отверстие 17, сообщающееся по текучей среде с затрубным пространством 15. После цементирования давление внутри второй скважинной трубчатой металлической конструкции 104 повышают до третьего давления, и разрушаемый элемент 24 разрушается, первый поршень 21 перемещается в положение, показанное пунктирной линией, и устанавливается сообщение по текучей среде между первым отверстием 16 и вторым отверстием 17, и при дальнейшем повышении давления, например путем поддержания давления или путем дальнейшего повышения давления, разжимная металлическая муфта 8 затрубного барьера 1 разжимается, как показано на фиг.1. В случае возврата поршня уплотнительные элементы 34 герметизируют первое отверстие. Первый канал 18 имеет третье отверстие 37, сообщающееся по текучей среде с затрубным пространством 2 для сброса давления кольцевого пространства 15 в затрубное пространство 2 при нахождении первого поршня в первом положении и в процессе спуска второй скважинной трубчатой металлической конструкции в скважину, так что разжимная металлическая муфта 8 не сминается.

Даже если промывание и цементирование выполняют при давлении выше запланированного, затрубные барьеры не разжимаются случайным образом при нахождении клапанного узла в закрытом состоянии и выполнении промывания и цементирования, до тех пор, пока первое давление и второе давление не превысит третье давление. Таким образом, обеспечивается, что, например, цементирование может быть выполнено, как запланировано, без преждевременного разжимания затрубных барьеров, блокирующих затрубное пространство. Таким образом, цемент перемещают при нахождении приводимых в действие давлением клапанов напротив разжимного отверстия в затрубном барьере в их закрытом положении. Клапаны приводят в действие/открывают при достижении третьего давления, т.е. при разрушении срезного штифта, так что клапан не открывается до того, как будут закончены цементные работы, и затрубный барьер не будет разжат так рано.

Затрубный барьер 1 с фиг.3 дополнительно содержит первый канал 18, имеющий протяженность канала и содержащий первую часть 19 канала, имеющую первый внутренний диаметр, и вторую часть 20 канала, имеющую внутренний диаметр, который больше диаметра первой части канала. Первое отверстие 16 и второе отверстие 17 расположены в первой части 19 канала и они смещены вдоль протяженности канала. Затрубный барьер 1 дополнительно содержит первый поршень 21, расположенный в первом канале 18. Поршень содержит первую часть 22 поршня, имеющую наружный диаметр, по существу соответствующий внутреннему диаметру первой части 19 канала. Первый поршень содержит вторую часть 23 канала, имеющую наружный диаметр, по существу соответствующий внутреннему диаметру второй части 20 канала. Затрубный барьер 1 дополнительно содержит разрывной элемент 24С, который предотвращает перемещение первого поршня 21 до тех пор, пока не достигнуто предварительно заданное давление в канале 18. Силу разрывного элемента 24С устанавливают на основании предварительно заданного давления, действующего на области концов поршня, и, таким образом, разница в наружных диаметрах приводит к перемещению первого поршня, когда давление превышает предварительно заданное давление. Первый поршень 21 содержит проход 25 для текучей среды, представляющий собой сквозное отверстие, обеспечивающее сообщение по текучей среде между первой частью 19 канала и второй частью 20 канала.

Благодаря наличию первого поршня с проходом для текучей среды предусмотрено сообщение по текучей среде между первой частью канала и второй частью канала, так что при разрыве разрывного элемента поршень может перемещаться, что приводит к тому, что сообщение по текучей среде с внутренним объемом трубчатой части прерывается. Таким образом, предусмотрено простое решение без наличия дополнительных проходов для текучей среды, и благодаря тому факту, что вторая часть поршня имеет наружный диаметр, который больше диаметра первой части поршня, область поверхности, на которую оказывает давление текучая среда, больше, чем область первой части поршня. Таким образом, давление перемещает поршень, когда затрубный барьер разжимается и накоплено давление для разрушения разрывного элемента 24С, обеспечивающего перемещение поршня.

Как показано на фиг.3, разрывной элемент 24С представляет собой срезной диск, а поршень еще не переместился в свое закрытое положение; на фиг.6А и 6В разрывной элемент 24С также представляет собой срезной штифт. Как показано на фиг.6А, срезной штифт целый и проходит через первый поршень и вставки 43, а на фиг.6В срезной штифт срезан, поршень может перемещаться, а вставки 43 переместились к центру канала 18. В зависимости от решения по изоляции, требуемого для обеспечения изоляции в скважине, разрывной элемент 24С выбирают на основании давления разжимания, так, чтобы разрушение происходило при давлении выше разжимного давления, но ниже давления, разрывающего разжимную металлическую муфту или ухудшающего функционирование других компонентов оборудования заканчивания скважины, находящихся в скважине. Как показано на фиг.3, канал 18 и поршень 21 расположены в соединительной части 26, соединяющей разжимную металлическую муфту 8 с трубчатой частью 7. В другом варианте осуществления изобретения канал 18 и поршень 21 расположены в трубчатой части 7.

Как показано на фиг.6А, разрушаемый элемент 24, например срезной диск, расположен в первой части 19 канала между первым отверстием 16 и вторым отверстием 17, так что при достижении третьего давления разрушаемый элемент 24 разрушается и клапанный узел изменяется с первого состояния, показанного на фиг.6А, на второе состояние. После разжимания разжимного барьера, первый поршень 21 перемещается в положение, показанное на фиг.6В, где также разрушается разрывной элемент 24С.

Как показано на фиг.6А и 6В, первый поршень 21 имеет первый конец 27 поршня у первой части 22 поршня и второй конец 28 поршня у второй части 23 поршня. Первый конец поршня имеет первую поверхность 29 поршня, а второй конец поршня имеет вторую поверхность 30 поршня. Дополнительно, вторая поверхность 30 поршня имеет область поверхности, которая больше области поверхности первой поверхности 29 поршня, для перемещения поршня 21 к первой части 19 канала. Разница в площадях поверхности создает разницу в силе, действующей на поршень 21, вызывая перемещение поршня для прерывания сообщения по текучей среде между первым отверстием 16 и вторым отверстием 17.

Как показано на фиг.6А, первая часть 22 поршня проходит частично во вторую часть 20 канала в начальном положении поршня 21 и формирует кольцевое пространство 31 между поршнем и внутренней стенкой 32 канала. Когда текучая среда оказывает давление на вторую поверхность 30 поршня, перемещение поршня 21 останавливается, когда вторая часть 23 поршня достигает первой части 19 канала, в результате чего вторая часть поршня упирается в кольцевую поверхность 33, образованную разницей между внутренними диаметрами первой части 19 канала и второй части 20 канала, что показано на фиг.6В. Кольцевое пространство 31 сообщается по текучей среде с затрубным пространством между скважинной трубчатой конструкцией и внутренней стенкой ствола скважины и, таким образом, из него обеспечен сброс давления через третье отверстие 37, что приводит к перемещению поршня 21.

Первая часть 22 поршня содержит два кольцевых уплотнительных элемента 34, каждый из которых расположен в кольцевой канавке 35 в первой части 22 поршня. Кольцевые уплотнительные элементы 34 расположены на заданном расстоянии и, следовательно, расположены у противоположных сторон первого отверстия 16 в закрытом положении поршня 21, как показано на фиг.6В. Дополнительно, вторая часть 23 поршня содержит два уплотнительных элемента 34В, расположенных в кольцевых канавках 35В.

Как показано на фиг.6А и 6В, затрубный барьер дополнительно содержит блокирующий элемент 38, предназначенный для механической блокировки поршня 21, когда поршень находится в закрытом положении, блокируя первое отверстие 16, как показано на фиг.6В.

Как показано на фиг.6А, вторая часть 23 поршня содержит блокирующий элемент 38, расположенный у второго конца 28 поршня 21. Блокирующий элемент 38, имеющий форму втулок, освобожден, когда поршень перемещается для блокировки первого отверстия 16, и, таким образом, втулки могут перемещаться радиально внутрь, как показано на фиг.6В.

При использовании механической блокировки для предотвращения обратного перемещения поршня нет необходимости в использовании обратного клапана для предотвращения возврата поршня, когда давление внутри затрубного барьера возрастает. Таким образом, исключается риск возникновения загрязнений, препятствующих закрыванию обратного клапана, и риск того, что увеличение давления в кольцевом пространстве барьера приведет к перемещению поршня обратно и повторному возникновению сообщения с возможностью прохождения текучей среды из внутреннего объема трубчатой части. В известных решениях, где используются обратные клапаны, для разжимной металлической муфты существует потенциальный риск разрушения или разрыва при выполнении гидроразрыва пласта посредством более холодных текучих сред, например морской воды. В результате постоянного блокирования сообщения по текучей среде между кольцевым пространством и внутренним объемом скважинной трубчатой металлической конструкции, разжимная металлическая муфта не будет подвержена таким большим изменениям температуры и давления, что значительно снижает риск разрыва.

Как показано на фиг.5, клапанный узел содержит пружинный элемент 65, который расположен в первом канале 18 и выполнен с возможностью сжатия, когда первый поршень 21 перемещается из первого положения во второе положение. После окончания разжимания разжимной металлической муфты, сжимающая сила пружинного элемента толкает первый поршень, возвращая его в первое положение, так что обеспечивается сообщение по текучей среде кольцевого пространства 15 с затрубным пространством для выравнивания давления внутри пространства с давлением в затрубном пространстве. Третье отверстие может также сообщаться по текучей среде с селективным клапаном, имеющим первое выпускное отверстие, сообщающееся по текучей среде с первой зоной (показано на фиг.3), и второе выпускное отверстие, сообщающееся по текучей среде со второй зоной, так что давление пространства будет выровнено с наибольшим давлением в одной зоне из первой зоны и второй зоны.

На фиг.7 для облегчения понимания все проходы для текучей среды проиллюстрированного клапанного узла расположены в одной плоскости. Однако, конечно, это не является обязательным при размещении клапанного узла на наружной поверхности трубчатой части. Клапанный узел имеет второй поршень 71, выполненный с возможностью перемещения во втором канале 72 между первым положением и вторым положением. Второй канал имеет первое отверстие 73, которое сообщается по текучей среде со вторым отверстием 17 первого канала 18. Второй канал имеет второе отверстие 74, которое сообщается по текучей среде с кольцевым пространством 15. При спуске второй скважинной трубчатой металлической конструкции в скважину, второй поршень 71 находится в первом положении, т.е. в открытом положении, но первый поршень 21 находится в своем первом и закрытом положении, так что протекание текучей среды во второй канал 72 блокировано до тех пор, пока не достигнуто третье давление. Однако в процессе RIH, давление в пространстве 15 выравнивается через отверстия 74, 73, 17 и 37 с затрубным пространством 2. При достижении третьего давления, разрушаемый элемент 24 разрушается из-за разности давления между затрубным пространством и внутренним объемом 14 второй скважинной трубчатой металлической конструкции, а первый поршень 21 перемещается в его второе положение между вторым отверстием 17 и третьим отверстием 37, обеспечивая сообщение по текучей среде между первым отверстием и пространством 15 через отверстия 17, 73 и 74. Во втором положении первого поршня 21, прервано сообщение по текучей среде между вторым отверстием 17 и третьим отверстием 37. После разжимания разжимной металлической муфты, второй поршень 71 перемещается, как было описано в отношении первого поршня с фиг.6А и 6В, и обеспечивается сообщение по текучей среде между отверстиями 74 и 75 для выравнивания давления в пространстве с давлением в затрубном пространстве с прерыванием сообщения по текучей среде между отверстиями 74 и 73, и следовательно прерыванием сообщения по текучей среде между пространством 15 и внутренним объемом 14 второй скважинной трубчатой металлической конструкции.

Таким образом, второй канал имеет третье отверстие 75, которое сообщается по текучей среде с затрубным пространством 2 для сброса давления кольцевого пространства 15 в затрубное пространство, когда второй поршень 71 находится во втором положении. Третье отверстие 75 может сообщаться по текучей среде с селективным клапаном, описанным выше, для выравнивания давления в пространстве с наибольшим давлением либо в первой зоне, либо во второй зоне. Таким образом, клапанный узел имеет второй разрушаемый элемент 24В, аналогичный разрывному элементу 24С, для удержания второго поршня 71 в первом положении, как описано выше.

Как показано на фиг.1 и 2, вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит множество затрубных барьеров, а устройство 108 управления притоком расположено между двумя смежными затрубными барьерами для обеспечения возможности протекания добываемой текучей среды в скважинную трубчатую металлическую конструкцию и далее вверх по эксплуатационной насосно-компрессорной колонне 105. В процессе промывания и цементирования, давление может быть приблизительно одинаковым, так что первое давление по существу равно второму давлению.

Смещение цемента выполняют путем смещения цементировочной пробки 66. Цементировочная пробка 66 может быть использована в качестве нижней пробки для того, чтобы цемент проталкивал цементировочную пробку вперед в скважине и цементировочная пробка 66 устанавливалась во втором конце 54 второй скважинной трубчатой металлической конструкции, как показано на фиг.1. Система 100 может дополнительно содержать верхнюю цементировочную пробку 68, как показано на фиг.2, которая расположена поверх цемента, удаляя цемент с внутренней поверхности второй скважинной трубчатой металлической конструкции. Способ заканчивания скважины может дополнительно содержать подачу вытесняющей текучей среды, такой как рассол или подобная текучая среда с малым удельным весом, поверх цемента, например поверх верхней цементировочной пробки, для смещения цемента через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию. В качестве вытесняющей текучей среды используют текучую среду с малым удельным весом, так что она легко может быть смещена позже. Способ заканчивания скважины может дополнительно содержать подачу тяжелой текучей среды поверх текучей среды с малым удельным весом для обеспечения управления скважиной в дальнейшем. Способ заканчивания скважины дополнительно содержит определение первого давления, например на основе типа цемента, размера затрубного пространства и высоты и, следовательно, расстояния, создаваемого между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью второй скважинной трубчатой металлической конструкции.

Как показано на фиг.7, клапанный узел 11 содержит удерживающий элемент 57 в первом канале, на который передается энергия удерживающей пружины 58, так что первый поршень 21 перемещается мимо удерживающего элемента 57 и второго отверстия 17, причем удерживающая пружина 58 толкает удерживающий элемент 57 для введения в первый канал 18, удерживая первый поршень 21 от возврата.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.

Под обсадной колонной или скважинной трубчатой металлической конструкцией понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к способу и системе заканчивания скважины. Способ заканчивания скважины, имеющей устье, содержит следующие этапы: бурят ствол скважины ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции в скважине; обеспечивают при бурении ствола скважины циркуляцию раствора; обеспечивают наличие второй скважинной трубчатой металлической конструкции, имеющей по меньшей мере один неразжатый затрубный барьер, имеющий трубчатую часть, окруженную разжимной металлической муфтой, разжимаемой посредством текучей среды под давлением, поступающей изнутри второй скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел в кольцевое пространство между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой. Клапанный узел включает в себя разрушаемый элемент, который подвергается воздействию текучей среды под давлением через первое отверстие во второй скважинной трубчатой металлической конструкции. Вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция имеет первый конец, ближайший к устью, и второй конец. Клапанный узел имеет первое состояние, в котором прервано сообщение по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и указанным пространством, и второе состояние, обеспечивающее возможность сообщения по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и кольцевым пространством. Далее спускают вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию в скважину в положение, по меньшей мере частично, ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции; обеспечивают циркуляцию промывочной текучей среды при первом давлении наружу через второй конец для удаления по меньшей мере части раствора; смещают цемент при втором давлении вниз через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию и наружу через второй конец в затрубное пространство между второй скважинной трубчатой металлической конструкцией и стенкой ствола скважины; повышают давление во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции до третьего давления выше первого давления и второго давления, с введением таким образом текучей среды под давлением в первое отверстие при третьем давлении и разрушением разрушаемого элемента в клапанном узле, обеспечивая изменение клапанного узла с первого состояния на второе состояние; и дополнительно повышают давление во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции с разжиманием разжимной металлической муфты для ее примыкания к стенке ствола скважины. Технический результат заключается в повышении эффективности и безопасности процесса заканчивания скважины. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ заканчивания скважины (50), имеющей устье (51), содержащий следующие этапы:

- бурят ствол (52) скважины ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции (103) в скважине;

- обеспечивают при бурении ствола скважины циркуляцию раствора, по меньшей мере частично;

- обеспечивают наличие второй скважинной трубчатой металлической конструкции (104), имеющей по меньшей мере один неразжатый затрубный барьер (1), имеющий трубчатую часть (7), окруженную разжимной металлической муфтой (8), разжимаемой посредством текучей среды под давлением, поступающей изнутри второй скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел (11) в кольцевое пространство (15) между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой, причем клапанный узел включает в себя разрушаемый элемент (24), который подвергается воздействию текучей среды под давлением через первое отверстие (16) во второй скважинной трубчатой металлической конструкции, причем вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция имеет первый конец (53), ближайший к устью, и второй конец (54), клапанный узел имеет первое состояние, в котором прервано сообщение по текучей среде между внутренним объемом (14) второй скважинной трубчатой металлической конструкции и указанным пространством, и второе состояние, обеспечивающее возможность сообщения по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и кольцевым пространством;

- спускают вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию в скважину в положение, по меньшей мере частично, ниже первой скважинной трубчатой металлической конструкции;

- обеспечивают циркуляцию промывочной текучей среды при первом давлении наружу через второй конец для удаления по меньшей мере части раствора;

- смещают цемент при втором давлении вниз через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию и наружу через второй конец в затрубное пространство (2) между второй скважинной трубчатой металлической конструкцией и стенкой (5) ствола скважины;

- повышают давление во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции до третьего давления выше первого давления и второго давления, с введением таким образом текучей среды под давлением в первое отверстие при третьем давлении и разрушением разрушаемого элемента (24) в клапанном узле, обеспечивая изменение клапанного узла с первого состояния на второе состояние; и

- дополнительно повышают давление во внутреннем объеме второй скважинной трубчатой металлической конструкции с разжиманием разжимной металлической муфты для ее примыкания к стенке ствола скважины.

2. Способ по п. 1, в котором клапанный узел содержит первый поршень (21), выполненный с возможностью перемещения в первом канале (18) из первого состояния во второе состояние, причем первый поршень удерживается в первом состоянии посредством разрушаемого элемента.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап смещения цемента выполняют путем смещения цементировочной пробки (66).

4. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий спуск второй скважинной трубчатой металлической конструкции, который выполняют путем соединения буровой трубы (67) с первым концом второй скважинной трубчатой металлической конструкции.

5. Способ по п. 4, дополнительно содержащий отсоединение буровой трубы вслед за разжиманием разжимной металлической муфты.

6. Способ по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащий подачу вытесняющей текучей среды поверх цемента или цементировочной пробки для смещения цемента.

7. Способ по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащий спуск эксплуатационной насосно-компрессорной колонны (105) в скважину в положение частичного наложения со второй скважинной трубчатой металлической конструкцией или выше нее.

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором при спуске второй скважинной трубчатой металлической конструкции давление кольцевого пространства сбрасывается в затрубное пространство.

9. Система (100) заканчивания скважины (50), имеющей устье (51), содержащая:

- ствол (52) скважины;

- первую скважинную трубчатую металлическую конструкцию (103);

- вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию (104), содержащую по меньшей мере один затрубный барьер (1), имеющий трубчатую часть (7), установленную как часть второй скважинной трубчатой металлической конструкции и окруженную разжимной металлической муфтой (8), разжимаемой посредством текучей среды под давлением, поступающей изнутри второй скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел (11) в кольцевое пространство (15) между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой, причем клапанный узел включает в себя разрушаемый элемент (24), который подвергается воздействию текучей среды под давлением через первое отверстие (16) во второй скважинной трубчатой металлической конструкции, причем вторая скважинная трубчатая металлическая конструкция имеет первый конец (53), ближайший к устью, и второй конец (54), клапанный узел имеет первое состояние, в котором прервано сообщение по текучей среде между внутренним объемом (14) второй скважинной трубчатой металлической конструкции и указанным пространством, и второе состояние, обеспечивающее возможность сообщения по текучей среде между внутренним объемом второй скважинной трубчатой металлической конструкции и кольцевым пространством;

- первое подающее средство (60) для подачи промывочной текучей среды при первом давлении через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию; и

- второе подающее средство (61) для подачи цемента при втором давлении через вторую скважинную трубчатую металлическую конструкцию;

причем разрушаемый элемент (24) подвергается воздействию текучей среды под давлением через первое отверстие (16) и выполнен с возможностью разрушения при третьем давлении, которое выше первого давления и второго давления, обеспечивая изменение клапанного узла с первого состояния на второе состояние.

10. Система по п. 9, в которой первое состояние представляет собой первое положение, а второе состояние представляет собой второе положение, и клапанный узел содержит первый поршень (21), выполненный с возможностью перемещения в первом канале (18) между первым положением и вторым положением, причем первый поршень удерживается в первом положении посредством разрушаемого элемента (24), а первый канал имеет первое отверстие (16), сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом (14) второй скважинной трубчатой металлической конструкции, и второе отверстие (17), сообщающееся по текучей среде с кольцевым пространством.

11. Система по п. 10, в которой первый канал имеет третье отверстие (37), сообщающееся по текучей среде с затрубным пространством (2) для сброса давления кольцевого пространства в затрубное пространство, когда первый поршень находится в первом положении.

12. Система по п. 10 или 11, в которой клапанный узел имеет второй поршень (71), выполненный с возможностью перемещения во втором канале (72) между первым положением и вторым положением, причем второй канал имеет первое отверстие (73), сообщающееся по текучей среде со вторым отверстием первого канала, а второй канал имеет второе отверстие (74), сообщающееся по текучей среде с кольцевым пространством.

13. Система по п. 12, в которой второй канал имеет третье отверстие (75), сообщающееся по текучей среде с затрубным пространством для сброса давления кольцевого пространства в затрубное пространство, когда второй поршень находится во втором положении.

14. Система по п. 12 или 13, в которой клапанный узел имеет второй разрушаемый элемент (24В) для удержания второго поршня в первом положении.