СКВАЖИННАЯ ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК E21B31/16 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Углеводородные текучие среды часто находят в углеводородных коллекторах, расположенных в пористых пластах горной породы ниже земной поверхности. Скважины на нефть и газ можно бурить для извлечения углеводородных текучих сред из углеводородных коллекторов. Скважины на нефть и газ можно бурить, спуская бурильную колонну, содержащую буровое долото и компоновку низа бурильной колонны, в ствол скважины для разрушения горной породы и проходки ствола скважины в глубину. Текучую среду можно прокачивать через буровое долото для охлаждения и смазки бурового долота, обеспечения забойного давления и выноса выбуренной породы на поверхность. В операциях бурения бурильная колонна может прихватываться. Прихват бурильной колонны, обычно называемый "прихваченная труба", возникает, когда бурильная колонна не может перемещаться вверх или вниз в стволе скважины без приложения чрезмерного усилия. Часто, когда стараются высвободить прихваченную трубу, часть бурильной колонны может оторваться и остаться в стволе скважины. Данную часть бурильной колонны называют упущенным в скважину инструментом, и может потребоваться ловильная операция для извлечения упущенного в скважину инструмента из ствола скважины.

[0002] Инструменты, различных типов, такие как яссы и овершоты, применяют для захвата и высвобождения прихваченной трубы, а также извлечения упущенного в скважину инструмента. Яссы являются механическими устройствами, подающими ударную нагрузку на прихваченный участок бурильной колонны. Овершоты обычно спускают в скважину в тандеме с шероховатой бурильной поверхностью, что обеспечивает овершоту легкое бурение поверх прихваченной трубы, возможность сесть с захватом на упущенный в скважину инструмент для вытягивания упущенного инструмента из ствола скважины.

Из документа US 2014090846 А1 известен овершот с лазерной системой.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Данный раздел представляет выбор концепций, дополнительно описанных ниже в подробном описании. Данный раздел не служит для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, и не служит для ограничения его объема.

[0004] Настоящее изобретение предлагает в одном или нескольких вариантах осуществления лазерную систему для высвобождения скважинного оборудования и способ эксплуатации системы. В общем, в одном или нескольких вариантах осуществления лазерная система содержит лазерный инструмент с внутренним диаметром больше наружного диаметра скважинного оборудования и средство для генерирования коллимированного пучка лазерного излучения (далее лазерного пучка) кольцевой формы. Лазерная система дополнительно содержит рабочую колонну с внутренним диаметром больше наружного диаметра скважинного оборудования. Лазерный инструмент устанавливают на рабочую колонну, и рабочую колонну спускают вокруг скважинного оборудования. После спуска рабочей колонны в положение, в котором лазерный инструмент размещен вблизи препятствия для скважинного оборудования, лазерный инструмент эмитирует коллимированный лазерный пучок кольцевой формы для очистки кольцевого пространства между скважинным оборудованием и стенкой ствола скважины для высвобождения скважинного оборудования.

[0005] В одном или нескольких вариантах осуществления способ эксплуатации лазерной системы содержит этапы, на которых устанавливают лазерный инструмент, причем лазерный инструмент имеет средство для генерирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы, на рабочую колонну. Лазерный инструмент и рабочая колонна имеют внутренний диаметр больше наружного диаметра скважинного оборудования. Рабочую колонну и лазерный инструмент спускают поверх скважинного оборудования в положение вблизи препятствия для скважинного оборудования. Коллимированный лазерный пучок кольцевой формы генерируют и эмитируют в кольцевое пространство между скважинным оборудованием и стенкой ствола скважины для удаления препятствия, и рабочую колонну и лазерный инструмент поднимают на поверхность из ствола скважины.

[0006] Другие аспекты и преимущества заявленного объекта изобретения станут понятны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] На фиг.1 показана в качестве примера схема буровой площадки одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

[0008] На фиг.2 показана схема скважинного лазерного инструмента одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

[000 9] На фиг.3 показана схема лазерной системы одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

[0010] На фиг.4 показана схема лазерной системы одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

[0011] На фиг.5 показана схема лазерной системы одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

[0012] На фиг.6 показана блок-схема последовательности операций одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

[0013] На фиг.7 показана блок-схема последовательности операций одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

[0014] На фиг.8 показан блок-схема последовательности операций одного или нескольких вариантов осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0015] В следующем подробном описании вариантов осуществления изобретения изложены многочисленные специфические детали, обеспечивающие его более глубокое понимание. Вместе с тем, специалисту в данной области техники понятно, что изобретение можно практически осуществить без данных специфических деталей. В других случаях хорошо известные элементы не описаны подробно для предотвращения ненужного усложнения описания.

[0016] По всей заявке порядковые номера (например, первый, второй, третий, и т.д.) могут применяться, как дополнение для элемента (т.е., любого существительного в заявке). Применение порядковых номеров не дает какого-либо частного порядка элементов и не ограничивает любого элемента как только одиночного элемента если такое специально не указано, как применение терминов "до", "после", "одиночный" и другой такой терминологии. Напротив, применение порядковых номеров служит для обозначения отличий между элементами. В виде примера, первый элемент отличается от второго элемента, и может заключать в себе больше одного элемента и продолжать (или предварять) второй элемент в порядке элементов.

[0017] На фиг.1 показана являющаяся примером буровая площадка (100). В общем, буровые площадки можно конфигурировать в бесчисленном множестве видов. Поэтому буровая площадка (100) не служит для ограничения по отношению к частным конфигурациям бурового оборудования. Буровая площадка (100) показана, как наземная. В других примерах буровая площадка (100) может быть морской, где бурение можно выполнять с применением морского райзера или без него. Буровые работы на буровой площадке (100) могут включать бурение ствола (102) скважины в подземное пространство, содержащее различные пласты (104, 106). Для бурения новой секции ствола (102) скважины бурильную колонну (108) подвешивают в стволе (102) скважины. Бурильная колонна (108) может содержать одну или несколько бурильных труб (109), соединенных для создания трубной колонны, и компоновку низа бурильной колонны (КНБК) (110) расположенную на дальнем конце трубной колонны. КНБК (110) может включать буровое долото (112) для проходки подземной горной породы. КНБК (110) может включать измерительные инструменты, такие как инструмент (114) измерения во время бурения (MWD) и инструмент (116) каротажа во время бурения (LWD). Измерительные инструменты (114, 116) могут содержать датчики и аппаратуру для измерения параметров бурения в скважине, и данные измерений могут передаваться на поверхность, любой подходящей системой телеметрии известной в технике. КНБК (110) и бурильная колонна (108) могут содержать другие бурильные инструменты известные в технике, но конкретно не показанные.

[0018] Бурильную колонну (108) можно подвешивать в стволе (102) скважины на вышке (118). Кронблок (120) может быть смонтирован на вершине вышки (118), и талевый блок (122) может свисать с кронблока (120) на тросе или бурильном канате (124). Один конец троса (124) может быть соединен с буровой лебедкой (126), которая является наматывающим устройством и которую можно применять для регулирования длины троса (124), чтобы талевый блок (122) мог перемещаться вверх или вниз на вышке (118). Талевый блок (122) может содержать крюк (128) который несет верхний привод (130). Верхний привод (130) соединяется с верхом бурильной колонны (108) и может работать, вращая бурильную колонну (108). Альтернативно, бурильную колонну (108) может вращать буровой ротор (не показано) на буровом полу (131). Буровой раствор (обычно называемый промывочным) может храниться в емкости (132) бурового раствора, и по меньшей мере один насос (134) может перекачивать раствор из емкости (132) бурового раствора в бурильную колонну (108). Раствор может проходить в бурильную колонну (108) через соответствующие каналы в верхнем приводе (130) (или вращающемся вертлюге если буровой ротор применяют вместо верхнего привода для вращения бурильной колоны (108)).

[0019] В одном варианте реализации система (200) может быть расположена на буровой площадке (100) или связана с ней. Система (200) может контролировать по меньшей мере часть буровых работ на буровой площадке (100), обеспечивая средства контроля различных компонентов буровых работ. В одном или нескольких вариантах осуществления система (200) может принимать данные с одного или нескольких датчиков (160), выполненных с возможностью измерения контролируемых параметров буровых работ. Как не ограничивающий пример, датчики (160) можно выполнить с возможностью измерения WOB (осевая нагрузка на долото), об/мин (скорость вращения бурильной колонны), GPM (расход на буровых насосах) и R0P (скорость проходки). Датчики (160) можно установить для измерения параметра (параметров), связанных с вращением бурильной колонны (108), параметра (параметров), связанных с перемещением талевого блока (122), которые можно применять для определения ROP буровых работ, и параметра (параметров), связанных с расходом на насосе (134). Для иллюстрации датчики (160) показаны на бурильной колонне (108) и вблизи бурового насоса (134). Показанное местоположение датчиков (160) не служит для ограничения, и датчики (160) можно расположить согласно требованиям по измерению параметров бурения. Кроме того, можно иметь значительно больше датчиков (160), чем показано на фиг.1, для измерения различных других параметров буровых работ. Каждый датчик (160) можно выполнить с возможностью измерения требуемого физического показателя.

[0020] Во время бурения на буровой площадке (100) бурильную колонну (108) вращают относительно ствола (102) скважины, и прикладывают вес на буровое долото (112), чтобы обеспечить разрушение буровым долотом (112) горной породы, когда бурильная колонна (108) вращается. В некоторых случаях буровое долото (112) можно вращать независимо, буровым двигателем. В дополнительных вариантах осуществления буровое долото (112) можно вращать, применяя комбинацию бурового двигателя и верхнего привода (130) (или вращающегося вертлюга, если буровой ротор применяют вместо верхнего привода для вращения бурильной колонны (108). При разрушении горной породы буровым долотом (112) промывочный раствор подается насосом в бурильную колонну (108). Промывочный раствор проходит вниз по бурильной колонне (108) и выходит на дне забоя ствола (102) скважины через сопла в буровом долоте (112). Промывочный раствор в стволе (102) скважины затем проходит обратно на поверхность в кольцевом пространстве между бурильной колонной (108) и стволом (102) скважины с захваченной выбуренной породой. Промывочный раствор с выбуренной породой возвращается в емкость (132) для обратной циркуляции вновь в бурильную колонну (108). Обычно, выбуренную породу удаляют из промывочного раствора, и промывочному раствору возвращают нужные свойства перед подачей насосом промывочного раствора вновь в бурильную колонну (108). В одном или нескольких вариантах осуществления ход бурения можно контролировать с помощью системы (200).

[0021] На фиг.2 показана в одном или нескольких вариантах осуществления предложенная конфигурация лазерного инструмента (202), содержащего кожух (204) лазерной головки, волоконно-оптический кабель (206), первую линзу (208), вторую линзу (210) и защитную линзу (212). Кожух (204) лазерной головки вмещает и защищает волоконно-оптический кабель (206), первую линзу (208), вторую линзу (210) и защитную линзу (212). Защитная линза (212) защищает первую линзу (208) и вторую линзу (210) от брызг и обломков во время лазерного процесса. Волоконно-оптический кабель (206) подает входной лазерный пучок (214), который входит в первую линзу (208), которая фокусирует пучок и управляет его формой. Входной лазерный пучок (214) входит во вторую линзу (210) для получения коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы.

[0022] Первая линза (208) и вторая линза (210) могут быть коническими линзами с индивидуальным внутренним углом (218), диаметром (220), толщиной (222) по краю и толщиной (224) по центру. Первая линза (208) и вторая линза (210) имеют индивидуальное аспектное отношение, которое является отношением толщины (224) по центру к диаметру (220) линз (208, 210). Аспектное отношение и внутренний угол (218) первой линзы (208) и второй линзы (210) определяют внутренний диаметр (226) коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы, наружный диаметр (228) коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы и эксцентриситет коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы.

[0023] Эксцентриситет коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы может быть круглым, параболическим, или эллиптическим поперечным профилем пучка. Диаметр (220) линз (208, 210) должен иметь величину между 1,1 наружного диаметра (228) коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы и 1,9 внутреннего диаметра лазерного инструмента (202). Наружный диаметр (228) коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы дает Уравнение 1 (ниже), где =наружный диаметр (228) коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы; L=расстояние между вершинами обеих линз (208, 210), где ; R=радиус линз (208, 210); ; θ=внутренний угол (218); n=эффективный показатель преломления линз (208, 210)

[0024] Для достижения коллимации входного лазерного пучка (214), внутренний угол (218) первой линзы (208) и второй линзы (210) должны быть одинаковыми. В дополнение, линзы (208, 210) могут быть зеркальными, как показано на фиг.2, линзы (208, 210) могут также быть зеркальными в направлениях противоположных, показанному. Толщина по краю может быть любой толщиной, но обычно имеет величину между 1 мм и 10 мм. Уравнение 2 (ниже) показывает отношение между толщиной (224) по центру=СТ, толщиной (222) по краю=ЕТ, диаметром (220)=D, и внутренним углом (218)=9 линз (208, 210).

[0025] Толщина коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы является поперечным расстоянием между наружным диаметром (228) и внутренним диаметром (226) коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы. Толщину определяют, применяя Уравнение 3 (ниже) где ВТ=толщина коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы; ; n=эффективный показатель преломления линз (208, 210); ; θ=внутренний угол (218).

[0026] В дополнительных вариантах осуществления асфирическую или сферическую линзу можно установить между первой линзой (208) и второй линзой (210) или после второй линзы (210) для уменьшения толщины коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы. Когда асферическую или сферическую линзу устанавливают между первой линзой (208) и второй линзой (210), коллимированный лазерный пучок кольцевой формы уменьшается до дифракционного предела асферической или сферической линзы. Когда асферическую или сферическую линзу устанавливают после второй линзы (210), коллимированный лазерный пучок кольцевой формы делается тоньше и фокусируется и не обуславливается дифракционным пределом асферической или сферической линзы.

[0027] Вторую линзу (210) можно трансформировать в переключающееся зеркало или стекло с применением электрооптического остекления, электрохромных материалов или неэрмитовых материалов для получения совершенной прозрачности или отражающей способности. Коническое переключающееся зеркало /стекло с плоскими поверхностями можно также разместить после второй линзы (210) для отражения коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы в наружном направлении радиально от лазерного инструмента (202), вместе с тем плотность энергии коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы уменьшится. Коническое переключающееся зеркало /стекло с гиперболической поверхностью должно сохранять более высокую плотность энергии, продолжая отражать коллимированный лазерный пучок (216) кольцевой формы в наружном направлении радиально от лазерного инструмента (202).

[0028] Специалисту в данной области техники ясно, что способы получения коллимированного лазерного пучка (216) кольцевой формы, указанные выше, никоим образом не ограничивают объем данного изобретения. Любой подходящий способ получения коллимированного лазерного пучка кольцевой формы, такой как с применением статических /динамических рефракционных/дифракционных элементов, трансформационных оптических приборов, или микро /макро рельефных окон /зеркал, можно применять без отхода от объема раскрытия в данном документе.

[0029] На фиг.3 показан лазерный инструмент (302), развернутый в стволе (336) скважины для высвобождения прихваченной трубы. В одном или нескольких вариантах осуществления скважинное оборудование (330) прихвачено во множестве точек (334) прихвата. Скважинное оборудование (330) может быть бурильной колонной (108), как показано на фиг.3, или скважинное оборудование (330) может быть любым оборудованием, которое можно применять для любой работы, выполняемой в стволе (336) скважины, таким как колонна заканчивания, эксплуатационная колонна, обсадная колонна или трубное изделие, или инструмент любого типа. Точки (334) прихвата показаны расположенными вокруг компоновки (110) низа бурильной колонны (108), вместе с тем, точки (334) прихвата могут возникать в любом месте вдоль скважинного оборудования (330). На фиг.3 показаны точки (334) прихвата, созданного материалом (342). Материал (342), который может создавать точки (334) прихвата может содержать выбуренную породу, породу полости стенки или инструменты, оторванные или потерянные в стволе (336) скважины. Вместе с тем, в дополнительных вариантах осуществления, точки (334) прихвата могут создаваться неровностями стенки (338) ствола скважины. Неровности стенки (338) ствола скважины могут быть отклонениями внутреннего диаметра или участками стенки (338) ствола скважины, торчащими или выступающими в ствол (336) скважины.

[0030] Лазерный инструмент (302) спускают в ствол (336) скважины на рабочей колонне (332). Внутренний диаметр рабочей колонны (332) и лазерного инструмента (302) больше наружного диаметра скважинного оборудования (330), так что рабочую колонну (332) и лазерный инструмент (302) спускают вокруг скважинного оборудования (330). Лазерный инструмент (302) эмитирует коллимированный лазерный пучок (316) кольцевой формы для удаления материала (342), или неровностей стенки (338) ствола скважины, из кольцевого пространства (340) между скважинным оборудованием (330) и стенкой (338) ствола скважины для удаления препятствий и высвобождения скважинного оборудования (330). Внутренний диаметр (226) коллимированного лазерного пучка (316) кольцевой формы больше наружного диаметра скважинного оборудования (330) так что коллимированный лазерный пучок (316) кольцевой формы может проходить параллельно скважинному оборудованию (330), не повреждая оборудование (330).

[0031] На фиг.4 показан лазерный инструмент (402), развернутый в стволе (436) скважины для высвобождения прихваченного скважинного оборудования (430). В одном или нескольких вариантах осуществления скважинное оборудование (430) прихвачено во множестве точек (434) прихвата и скважинное оборудование (430) сломано или откручено. Лазерный инструмент (402) спускают в ствол (436) скважины на овершоте (446). Овершоты (446) применяют для извлечения упущенного в скважину инструмента из ствола (436) скважины и обычно конфигурируют с верхним переводником (448), направляющей воронкой (450), захватом (452) и пакером (454). Верхний переводник (448) является самым верхним компонентом овершота (446) и оборудован муфтой для соединения с трубой (444), применяемой для рейса овершота (446) в ствол (436) скважины. Направляющая воронка (450) является главным рабочим компонентом овершота (446). Внутренний диаметр направляющей воронкий (450) имеет резьбовую секцию, соответствующую наружной резьбе захвата (452).

[0032] Захват (452) является зажимающим механизмом овершота (446), и захват (452) может быть корзиночным захватом (452) или спиральным захватом (452). Корзиночный захват (452) является снабженным щелями, расширяющимся цилиндром с усами внутри для зацепления упущенного в скважину инструмента. Корзиночный захват (452) зацепляет упущенный в скважину инструмент, проходя поверх упущенного в скважину инструмента, и с приложением тянущего усилия захват (452) вгрызается в упущенный в скважину инструмент, применяя усы. Спиральный захват (452) аналогичен левой цилиндрической пружине. Его наружный диаметр имеет коническую форму, которая стыкуется с конусностью левой прокрутки в направляющей воронке (450). Спиральное зацепление левого вращения в канале обеспечивают ловильные усы. Спиральный захват (452) зацепляет упущенный в скважину инструмент при вращении поверх упущенного в скважину инструмента в нужном направлении, и, когда прикладывают тянущее усилие, захват (452) вгрызается в упущенный в скважину инструмент для создания зажима, при котором можно вытянуть упущенный в скважину инструмент из ствола (436) скважины.

[0033] Пакер (454) типа А применяется со спиральным захватом (452) и уплотняется в упор с внутренней поверхностью направляющей воронки (450) и вокруг наружной поверхности упущенного в скважину инструмента. Пакер (454) с фрезерующим торцом труболовки применяется с корзиночным захватом (452) и применяется для обеспечения принудительного уплотнения вокруг упущенного в скважину инструмента и удаления небольших заусенцев. Заусенец вляется поднятым краем или небольшим куском материала, остающимся прикрепленным к рабочей детали после процесса модификации. В одном или нескольких вариантах осуществления рейс овершота (446) и лазерного инструмента (402) можно осуществлять в ствол (436) скважины проходом поверх скважинного оборудования (430). Лазерный инструмент (402) может эмитировать коллимированный лазерный пучок кольцевой формы (416) для удаления из кольцевого пространства (440) между скважинным оборудованием (430) и стенкой ствола (436) скважины материала (442) препятствий. Овершот (446) можно задействовать, и упущенный в скважину инструмент можно извлечь из ствола (436) скважины.

[0034] На фиг.5 в одном или нескольких вариантах осуществления показан лазерный инструмент (502), выполненный с возможностью резки скважинного оборудования (530). Лазерный инструмент (502) спускают в ствол (536) скважины на рабочей колонне (532). В данном изображении скважинное оборудование (530) прихвачено в стволе (536) скважины в ряде точек (534) прихвата. Материал (542) в стволе (536) скважины уплотнил скважинное оборудование (530) создав точки (534) прихвата. Рейс рабочей колонны (532) и лазерного инструмента (502) в ствол (536) скважины можно осуществить с помощью прохода поверх и охвата скважинного оборудования (530). Лазерный инструмент (502) может эмитировать коллимированный лазерный пучок (517) конической кольцевой формы и направлять лазерный пучок (516) на скважинное оборудование (530). Коллимированный лазерный пучок (517) конической кольцевой формы может резать скважинное оборудование (530) выше точек (534) прихвата для вытягивания отделенного участка скважинного оборудования (530) из ствола (536) скважины.

[0035] После удаления отрезанного скважинного оборудования (530) оставшееся скважинное оборудование (530) или упущенный в скважину инструмент можно высвободить обычными ловильными способами или с помощью спуска лазерной системы, показанной на фиг.3 или 4. Упущенный в скважину инструмент можно оставить в стволе (536) скважины и скважину можно законсервировать. Ствол (536) скважины можно затампонировать и бурением можно создать боковой ствол от исходного ствола (536) скважины. Лазерную систему, как показано на фиг.5, можно спустить в ствол (536) скважины на овершоте (446), представленном на фиг.4. Лазерная система фиг.5 может спускать лазерный инструмент коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы в тандеме с лазерным инструментом (502), показанным на фиг.5, так что кольцевое пространство (540), между скважинным оборудованием (530) и стенкой ствола скважины (538), может быть очищено от материалов (542) до или после удаления оторванной части скважинного оборудования (530) из ствола (536) скважины.

[0035] На фиг.6 показана по одному или нескольким вариантам осуществления блок- схема последовательности для применения лазерной системы. Хотя различные блоки на фиг.6 представлены и описаны последовательно, специалисту в данной области техники ясно, что некоторые или все блоки можно исполнять в отличающемся порядке, можно комбинировать или исключать, и некоторые или все блоки можно исполнять параллельно. Кроме того, блоки можно выполнять активно или пассивно.

[0037] Лазерный инструмент (202, 302, 402, 502), сконфигурованный со средством для генерирования коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы, устанавливают в рабочую колонну (332, 532) (S656). Рабочая колонна (332, 532) может состоять из любой трубы (444), которую можно применять в условиях, имеющихся в скважине, такой как бурильная труба (444). Средство для генерирования коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы может содержать способ, где применяют волоконно-оптический кабель (206), первую коническую линзу (208), и вторую коническую линзу (210).

[0038] Волоконно-оптический кабель (206) эмитирует входной лазерный пучок (214) в первую коническую линзу (208) которая фокусирует и контролирует форму пучка. Расходящийся лазерный пучок входит во вторую линзу (210) для создания коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы. Внутренний диаметр (226), наружный диаметр (228) и эксцентриситет коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы можно изменять в зависимости от внутреннего угла (218) и аспектного отношения конических линз (210, 212). Любое средство получения коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы можно здесь применять без отхода от объема данного изобретения.

[0039] Для способа, показанного на фиг.6, коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы имеет внутренний диаметр (226) больше наружного диаметра скважинного оборудования (330, 430, 530), так что, когда коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы эмитируется, скважинное оборудование (330, 430, 530) не повреждается. Рабочая колонна (332, 532) и лазерный инструмент (202, 302, 402, 502) имеют внутренние диаметры больше наружного диаметра скважинного оборудования (330, 430, 530) так что рабочую колонну (332, 532) и лазерный инструмент (202, 302, 402, 502) спускают поверх скважинного оборудования (330, 430, 530), применяя верхний привод (130), до глубины точки (334, 434) прихвата в стволе (336, 436, 536) скважины (S658).

[0040] Коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы генерируется лазерным инструментом (202, 302, 402, 502) и эмитируется в кольцевое пространство (340, 440, 540) между скважинным оборудованием (330, 4 30, 530) и стенкой ствола (338, 438, 538) скважины (S660). Коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы выбуривает кольцевое пространство (340, 440, 540) и удаляет материалы (342, 442, 542), создающие точки (334, 434) прихвата для высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530) (S662). Материал (342, 442, 542), который может создавать точки (334, 434) прихвата может содержать выбуренную породу, породу полости стенки, или инструменты, сломанные или упущенные в ствол (336, 436, 536) скважины.

[0041] Рабочую колонну (332, 532) и лазерный инструмент (202, 302, 402, 502) поднимают из ствола (336, 436, 536) скважины, применяя верхний привод (130) (S664). После успешного высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530), работы в стволе (336, 436, 536) скважины, такие как бурение, капремонт или заканчивание можно продолжить (S668). После безуспешных попыток высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530), другие ловильные операции можно выполнить; ствол (336, 436, 536) скважины можно затампонировать и законсервировать; или упущенный в скважину инструмент можно оставить в скважине и из ствола (336, 436, 536) в скважине можно пробурить боковой ствол.

[0042] На фиг.7 показана для одного или нескольких вариантов осуществления блок- схема последовательности для использования лазерной системы. Хотя различные блоки на фиг.7 представлены и описаны последовательно, специалисту в данной области техники ясно, что некоторые или все блоки можно исполнять в отличающемся порядке, можно комбинировать или исключать и некоторые или все блоки может исполнять параллельно. Кроме того, блоки можно выполнять активно или пассивно.

[0043] Лазерный инструмент (202, 302, 402, 502), сконфигурированный со средством генерирования коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы устанавливают в овершот (446) (S770). Средство для генерирования коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы может содержать способ, в котором применяют волоконно-оптический кабель (206), первую коническую линзу (208), и вторую коническую линзу (210).

[0044] Волоконно-оптический кабель (206) эмитирует входной лазерный пучок (214) в первую коническую линзу (208), которая фокусирует и контролирует форму пучка. Расходящийся лазерный пучок входит во вторую линзу (210) для создания коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы. Внутренний диаметр (226), наружный диаметр (228), и эксцентриситет коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы можно изменять в зависимости от внутреннего угла (218) и аспектного отношения конических линз (210, 212). Любое средство получения коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы можно применять здесь без отхода от объема данного изобретения.

[0045] Для способа, показанного на фиг.7, коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы имеет внутренний диаметр (226) больше наружного диаметра скважинного оборудования (330, 430, 530), при этом, когда коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы эмитируется, скважинное оборудование (330, 430, 530) не повреждается. Овершот (446) является инструментом, который может зажиматься на упущенном в скважину инструменте и поднимать упущенный в скважину инструмент из ствола (336, 436, 536) скважины. Овершот (446) может состоять из верхнего переводника (448), направляющей воронки (450), захвата (452) и пакера (454). Овершот (446) и лазерный инструмент (202, 302, 402, 502) спускают в ствол (336, 436, 536) скважины с помощью верхнего привода (130), для встречи оторванной или открученной части скважинного оборудования (330, 430, 530), оставленной в стволе (336, 436, 536) скважины (S772).

[0046] Овершот (446) и лазерный инструмент (202, 302, 402, 502) спускают вокруг скважинного оборудования (330, 430, 530), и коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы генерируется лазерным инструментом (202, 302, 402, 502) и эмитируется в кольцевое пространство (340, 440, 540) между скважинным оборудованием (330, 430, 530) и стенкой (338, 438, 538) ствола скважины (S774). Коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы очищает кольцевое пространство (340, 440, 540) от материалов (342, 442, 542), которые уплотняют скважинное оборудование (330, 430, 530) и создают точки (334, 434) прихвата (S776). Овершот (446) зацепляют, создавая направленную вверх силу с помощью верхнего привода (130). Захват (452) зажимает скважинное оборудование (330, 430, 530) (S778) и скважинное оборудование (330, 4 30, 530) поднимают из ствола (336, 436, 536) скважины (S780).

[0047] После успешного высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530), работы в стволе (336, 436, 536) скважины, такие как бурение, капремонт или заканчивание можно продолжить (S782). После безуспешных попыток высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530), можно выполнять другие ловильные работы; ствол (336, 436, 536) скважины можно затампонировать и законсервировать; или упущенный в скважину инструмент может оставить в скважине и из ствола (336, 436, 536) скважины можно пробурить боковой ствол.

[0048] На фиг.8 показана для одного или нескольких вариантов осуществления блок- схема последовательности для использования лазерной системы. Хотя различные блоки на фиг.8 представлены и описаны последовательно, специалисту в данной области техники ясно, что некоторые или все блоки можно исполнять в отличающемся порядке, можно комбинировать или исключать, и некоторые или все блоки можно исполнять параллельно. Кроме того, блоки можно выполнять активно или пассивно.

[0049] Лазерный инструмент (202, 302, 402, 502), сконфигурированный со средством генерирования коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы и лазерного пучка 517 конической кольцевой формы устанавливают в овершоте (446) (S884). Средство генерирования коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы может содержать способ, где применяют волоконно-оптический кабель (206), первую коническую линзу (208) и вторую коническую линзу (210).

[0050] Волоконно-оптический кабель (206) эмитирует входной лазерный пучок (214) в первую коническую линзу (208), которая фокусирует и контролирует форму пучка. Расходящийся лазерный пучок входит во вторую линзу (210) для создания коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы. Внутренний диаметр (226), наружный диаметр (228), и эксцентриситет коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы можно изменять в зависимости от внутреннего угла (218) и аспектного отношения конических линз (210, 212). Любое средство получения коллимированного лазерного пучка (216, 316, 416) кольцевой формы можно здесь применять без отхода от объема данного изобретения.

[0051] Для способа, показанного на фиг.8, коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы имеет внутренний диаметр (226) больше наружного диаметра скважинного оборудования (330, 430, 530), при этом, когда коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы эмитируется, скважинное оборудование (330, 4 30, 530) не повреждается. Коллимированный лазерный пучок (517) конической кольцевой формы имеет внутренний диаметр и наружный диаметр, уменьшающиеся до размера меньше скважинного оборудования (330, 430, 530), при этом коллимированный лазерный пучок (517) конической кольцевой формы может резать скважинное оборудование (330, 430, 530).

[0052] Овершот (446) является инструментом, который может зажиматься на упущенном в скважину инструменте и поднимать упущенный в скважину инструмент из ствола (336, 436, 536) скважины. Овершот (446) может состоять из верхнего переводника (448), направляющей воронки (450), захвата (452) и пакера (454). Овершот (446) и лазерный инструмент (202, 302, 402, 502) спускают в ствол (336, 436, 536) скважины, с помощью верхнего привода (130), поверх скважинного оборудования (330, 430, 530) до глубины точки (334, 434) прихвата в стволе (336, 436, 536) скважины (S886). Коллимированный лазерный пучок (517) конической кольцевой формы генерируется лазерным инструментом (202, 302, 402, 502) и эмитируется для резки скважинного оборудования (330, 430, 530) на точке выше точки (334, 434) прихвата (S888).

[0053] Клиновой захват ставят вокруг овершота (446), на буровом полу (131) для удержания веса овершота (446) (S890). Верхний привод (130) ввинчивают в верхнюю свечу скважинного оборудования (330, 430, 530) для подъема оторванного скважинного оборудования (330, 430, 530) из ствола (336, 436, 536) скважины (S892). Ввинчивают верхний привод (130) обратно в овершот (446) и удаляют клиновой захват (S893). Генерируют коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы лазерным инструментом (202, 302, 402, 502) и эмитируют коллимированный лазерный пучок (216, 316, 416) кольцевой формы в кольцевое пространство (340, 440, 540) между оставшимся скважинным оборудованием (330, 430, 530) и стенкой (338, 438, 538) ствола скважины (S894).

[0054] Очищают кольцевое пространство (340, 440, 540) от материалов (342, 442, 542) посредством выбуривание материалов (342, 442, 542), которые создают точки (334, 434) прихвата, коллимированным лазерным пучком (216, 316, 416) кольцевой формы для высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530) (S896). Овершот (446) зацепляют, создавая направленную вверх силу верхним приводом (130). Захват (452) зажимает оставшееся скважинное оборудование (330, 430, 530) (S778) и оставшееся скважинное оборудование (330, 430, 530) поднимают из ствола (336, 436, 536) скважины (S898).

[0055] После успешного высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530), работы в стволе (336, 436, 536) скважины, такие как бурение, капремонт или заканчивание можно продолжить (S899). После безуспешных попыток высвобождения скважинного оборудования (330, 430, 530), можно выполнять другие ловильные операции; ствол (336, 436, 536) скважины можно затампонировать и законсервировать; или упущенный в скважину инструмент можно оставить в скважине и из ствола (336, 436, 536) скважины можно пробурить боковой ствол.

[0056] Хотя только несколько примеров вариантов осуществления описаны подробно выше, специалисту в данной области техники ясно, что многие модификации возможны в примерах вариантов осуществления без значительного отхода от данного изобретения. Соответственно, все такие модификации содержатся в объеме данного изобретения, определенном в следующей формуле изобретения. В формуле изобретения пункты средство-плюс-функция охватывают конструкции, описанные в данном документе, как выполняющие указанные функции и не только конструктивные эквиваленты, но также эквивалентные конструкции. Таким образом, хотя гвоздь и винт могут не быть конструктивными эквивалентами, поскольку гвоздь задействует цилиндрическую поверхность для скрепления деревянных частей вместе, а винт задействует винтовую поверхность, в оборудовании, скрепляющем деревянные части, гвоздь и винт могут быть эквивалентными конструкциями. Ясно выраженным является намерение заявителя не ссылаться на 35 U.S.С.§ 112, абзац 6 для каких-либо ограничений по любому из пунктов формулы изобретения в данном документе, за исключением тех, в которых однозначно применяются слова 'средство для' вместе со связанной функцией.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к устройствам для высвобождения прихваченного скважинного оборудования. Устройство содержит лазерный инструмент, выполненный с возможностью выполнения его внутреннего диаметра больше наружного диаметра скважинного оборудования, и рабочую колонну, выполненную с возможностью выполнения ее внутреннего диаметра больше наружного диаметра скважинного оборудования. Лазерный инструмент содержит средство для генерирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы и установлен на рабочую колонну, выполненную с возможностью ее спуска вокруг скважинного оборудования до положения, в котором лазерный инструмент расположен вблизи препятствия для скважинного оборудования. Лазерный инструмент выполнен с возможностью эмитирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы для очистки кольцевого пространства между скважинным оборудованием и стенкой ствола скважины для высвобождения скважинного оборудования. Обеспечивается эффективное и надежное высвобождение и извлечение скважинного оборудования, предотвращается повреждение скважинного оборудования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Лазерная система для высвобождения скважинного оборудования из ствола скважины, содержащая:

лазерный инструмент, выполненный с возможностью выполнения его внутреннего диаметра больше наружного диаметра скважинного оборудования, и

рабочую колонну, выполненную с возможностью выполнения ее внутреннего диаметра больше наружного диаметра скважинного оборудования,

при этом лазерный инструмент содержит средство для генерирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы и установлен на рабочую колонну, выполненную с возможностью ее спуска вокруг скважинного оборудования до положения, в котором лазерный инструмент расположен вблизи препятствия для скважинного оборудования, при этом лазерный инструмент выполнен с возможностью эмитирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы для очистки кольцевого пространства между скважинным оборудованием и стенкой ствола скважины для высвобождения скважинного оборудования.

2. Лазерная система по п. 1,

в которой предусмотрена возможность позиционирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы для резки скважинного оборудования.

3. Лазерная система по п. 1 или 2, в которой лазерный инструмент содержит:

волоконную оптику, кожух лазерной головки, защитную линзу, первую линзу и вторую линзу,

при этом входной лазерный пучок, эмитированный из волоконной оптики, проходит через первую линзу и вторую линзу для генерирования коллимированного лазерного пучка, при этом кожух лазерной головки вместе с защитной линзой защищает первую линзу и вторую линзу.

4. Лазерная система по п. 1 или 2,

в которой средство для генерирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы содержит:

первую линзу, являющуюся конической линзой с индивидуальным внутренним углом и индивидуальным аспектным отношением, и

вторую линзу, являющуюся конической линзой с индивидуальным внутренним углом и индивидуальным аспектным отношением,

при этом входной лазерный пучок, проходящий через первую линзу, создает расходящийся пучок кольцевой формы, а расходящийся пучок кольцевой формы, проходящий через вторую линзу, создает коллимированный лазерный пучок кольцевой формы.

5. Лазерная система по п. 4,

в которой индивидуальный внутренний угол и индивидуальное аспектное отношение определяют внутренний диаметр коллимированного лазерного пучка кольцевой формы, наружный диаметр коллимированного лазерного пучка кольцевой формы и эксцентриситет коллимированного лазерного пучка кольцевой формы.

6. Лазерная система по любому из пп. 1-5,

в которой рабочая колонна является овершотом, зажимающим скважинное оборудование, подлежащее подъему из ствола скважины.

7. Способ эксплуатации лазерной системы в стволе скважины для высвобождения скважинного оборудования, применяемого в скважинной операции, в котором:

устанавливают лазерный инструмент, содержащий средство для генерирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы, на рабочую колонну,

при этом лазерный инструмент и рабочая колонна имеют внутренний диаметр больше наружного диаметра скважинного оборудования;

спускают рабочую колонну и лазерный инструмент поверх скважинного оборудования до положения вблизи препятствия для скважинного оборудования;

генерируют и эмитируют коллимированный лазерный пучок кольцевой формы в кольцевое пространство между скважинным оборудованием и стенкой ствола скважины для удаления препятствия, и

поднимают рабочую колонну и лазерный инструмент из ствола скважины.

8. Способ по п. 7,

в котором предусмотрена возможность позиционирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы для резки скважинного оборудования.

9. Способ по п. 7 или 8,

в котором лазерный инструмент содержит:

волоконную оптику,

кожух лазерной головки, защитную линзу, первую линзу и

вторую линзу,

при этом входной лазерный пучок, эмитированный из волоконной оптики, проходит через первую линзу и вторую линзу для генерирования коллимированного лазерного пучка, при этом кожух лазерной головки вместе с защитной линзой защищает первую линзу и вторую линзу.

10. Способ по п. 7 или 8,

в котором средство для генерирования коллимированного лазерного пучка кольцевой формы содержит:

первую линзу, являющуюся конической линзой с индивидуальным внутренним углом и индивидуальным аспектным отношением, и

вторую линзу, являющуюся конической линзой с индивидуальным внутренним углом и индивидуальным аспектным отношением,

при этом входной лазерный пучок, проходящий через первую линзу, создает расходящийся пучок кольцевой формы, а расходящийся пучок кольцевой формы, проходящий через вторую линзу, создает коллимированный лазерный пучок кольцевой формы.

11. Способ по п. 10,

в котором индивидуальный внутренний угол и индивидуальное аспектное отношение определяют внутренний диаметр коллимированного лазерного пучка кольцевой формы, наружный диаметр коллимированного лазерного пучка кольцевой формы и эксцентриситет коллимированного лазерного пучка кольцевой формы.

12. Способ по любому из пп. 7-11,

в котором рабочая колонна является овершотом, а способ дополнительно содержит этапы, на которых:

зажимают овершот на скважинном оборудовании; и

поднимают овершот, лазерный инструмент и скважинное оборудование из ствола скважины.