система и способ заканчивания скважин, имеющих несколько зон (варианты)

Формула изобретения

1. Система для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащая трубчатый элемент, закрепленный в скважине, первое полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе ниже зоны скважины, второе полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе выше зоны скважины, колонну насосно-компрессорных труб для развертывания в скважине, подающий текучую среду узел, подсоединенный к колонне насосно-компрессорных труб и имеющий, по меньшей мере, одно отверстие для установления гидравлического сообщения между колонной насосно-компрессорных труб и стволом скважины, и уплотнительный механизм, подсоединенный ниже подающего текучую среду узла и выполненный с возможностью создания выборочного уплотнения с первым полированным приемным гнездом ниже зоны скважины или со вторым приемным полированным гнездом выше зоны скважины для обеспечения подачи текучей среды к следующим местоположениям в стволе скважины.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая стреляющий перфоратор, подсоединенный ниже уплотнительного механизма.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая средство подвески для развертывания в стволе скважины и стреляющий перфоратор, подсоединенный к средству подвески.

4. Система по п.1, в которой уплотнительный механизм выбран из группы, состоящей из уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, шевронного уплотнения, V-образного гидравлического уплотнения, нетканого эластомерного уплотнения, сжимающего уплотнительного элемента, надувного уплотнительного элемента и торцевого уплотнения.

5. Система для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащая трубчатый элемент, закрепленный в скважине, первое полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе выше зоны скважины, второе полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе ниже зоны скважины, внешнюю колонну насосно-компрессорных труб, имеющую верхний конец, нижний конец и сквозной осевой канал, причем нижний конец внешней колонны насосно-компрессорных труб открыт для установления сообщения между осевым каналом колонны насосно-компрессорных труб и стволом скважины, внутреннюю колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в осевом канале внешней колонны насосно-компрессорных труб и имеющую верхний конец, нижний конец и сквозной осевой канал, отклоняющий инструмент, соединенный с нижним концом внутренней колонны насосно-компрессорных труб и имеющий отверстие для установления гидравлического сообщения между осевым каналом внутренней колонны насосно-компрессорных труб и стволом скважины, первый уплотнительный механизм, расположенный на внешней колонне насосно-компрессорных труб и предназначенный для создания уплотнения с первым полированным приемным гнездом, и второй уплотнительный механизм, расположенный ниже отверстия отклоняющего инструмента и предназначенный для создания уплотнения со вторым полированным приемным гнездом для обеспечения обработки зоны скважины между первым и вторым уплотнительными механизмами.

6. Система по п.5, в которой каждый уплотнительный механизм выбран из группы, состоящей из уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, шевронного уплотнения, V-образного гидравлического уплотнения, нетканого эластомерного уплотнения, сжимающего уплотнительного элемента, надувного уплотнительного элемента и торцевого уплотнения.

7. Система для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащая трубчатый элемент, закрепленный в скважине, полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе ниже зоны скважины, наконечник, предназначенный для перемещения посредством насоса вниз по стволу скважины и содержащий уплотнительный механизм, выполненный для создания уплотнения с полированным приемным гнездом, и стреляющий перфоратор, подсоединенный выше наконечника.

8. Система по п.7, дополнительно содержащая передатчик, расположенный вблизи полированного приемного гнезда и предназначенный для создания конкретного сигнала, и приемник, подсоединенный к наконечнику и предназначенный для обнаружения сигнала из передатчика, при этом уплотнительный механизм выполнен с возможностью перевода из сложенного состояния в радиально расправленное состояние при обнаружении сигнала приемником.

9. Система по п.8, в которой стреляющий перфоратор приспособлен стрелять после заранее определенной задержки при обнаружении сигнала приемником.

10. Система по п.7, в которой уплотнительный механизм выбран из группы, состоящей из уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, шевронного уплотнения, V-образного гидравлического уплотнения, нетканого эластомерного уплотнения, сжимающего уплотнительного элемента, надувного уплотнительного элемента и торцевого уплотнения.

11. Система по п.8, в которой сигнал выбран из группы, состоящей из радиочастотного сигнала, акустического сигнала, радиоактивного сигнала и магнитного сигнала.

12. Система по п.7, в которой наконечник дополнительно содержит ловительный профиль, сформированный на наконечнике и предназначенный для облегчения извлечения наконечника посредством ловильного инструмента.

13. Система по п.7, в которой наконечник дополнительно содержит центратор для поддержания ориентации наконечника.

14. Способ заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащий следующие стадии: обеспечение обсадной колонны, имеющей установленные в ней первое и второе полированные приемные гнезда; установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что первое полированное приемное гнездо располагается ниже зоны скважины и второе полированное приемное гнездо располагается над зоной скважины; обеспечение подающего текучую среду инструмента с подсоединенным под ним уплотнительным механизмом, приспособленным для создания уплотнения с первым полированным приемным гнездом или вторым полированным приемным гнездом; перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины на колонне насосно-компрессорных труб до создания уплотнения уплотнительным механизмом с первым полированным приемным гнездом; подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством подающего текучую среду инструмента; перемещение уплотнительного механизма ко второму полированному гнезду.

15. Способ по п.14, при котором дополнительно осуществляют подсоединение стреляющего перфоратора ниже уплотнительного механизма и перфорирование зоны скважины перед подачей обрабатывающей текучей среды.

16. Способ по п.14, при котором дополнительно осуществляют циркуляцию песка вблизи зоны скважины посредством подающего текучую среду инструмента.

17. Способ заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащей следующие стадии: обеспечивание обсадной колонны, имеющей множество установленных в ней полированных приемных гнезд; установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что, по меньшей мере, одно полированное приемное гнездо располагается выше упомянутой зоны скважины и, по меньшей мере, одно полированное приемное гнездо располагается ниже упомянутой зоны скважины; обеспечение подающего текучую среду инструмента с первым уплотнительным механизмом, подсоединенным выше инструмента, и вторым уплотнительным механизмом, подсоединенным ниже инструмента; перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины на колонне насосно-компрессорных труб до создания уплотнения первым уплотнительным механизмом с одним полированным приемным гнездом выше зоны скважины и вторым уплотнительным механизмом с другим полированным приемным гнездом ниже зоны скважины; подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством подающего текучую среду инструмента; последовательное перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины к другой зоне скважины.

18. Способ по п.17, при котором дополнительно осуществляют перфорацию зоны скважины перед подачей обрабатывающей текучей среды.

19. Способ по п.17, при котором дополнительно осуществляют циркуляцию песка вблизи зоны скважины посредством подающего текучую среду инструмента.

20. Способ заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащий следующие стадии: обеспечение обсадной колонны, имеющей, по меньшей мере, два установленных в ней полированных приемных гнезда; установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что первое полированное приемное гнездо располагается выше зоны скважины и второе полированное приемное гнездо располагается ниже зоны скважины; обеспечение концентричной колонны, содержащей внутреннюю колонну, внешнюю колонну и первый уплотнительный механизм, расположенный на внешней колонне; подсоединение подающего текучую среду инструмента к внутренней колонне со вторым уплотнительным механизмом, расположенным ниже указанного инструмента; перемещение концентричной колонны и подающего текучую среду инструмента в стволе скважины до создания уплотнения первым уплотнительным механизмом с первым полированным приемным гнездом выше зоны скважины и вторым уплотнительным механизмом со вторым полированным приемным гнездом ниже зоны скважины; подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством подающего текучую среду инструмента; последовательное перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины к другой зоне скважины.

21. Способ по п.20, при котором дополнительно осуществляют подачу обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством внешней колонны.

22. Способ по п.20, при котором дополнительно осуществляют циркуляцию песка вблизи зоны скважины посредством подающего текучую среду инструмента.

23. Способ по п.20, при котором дополнительно осуществляют циркуляцию песка вблизи упомянутой зоны скважины посредством внешней колонны.

24. Способ заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащий следующие стадии: обеспечение обсадной колонны, имеющей установленное в ней полированное приемное гнездо; установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что полированное приемное гнездо располагается ниже зоны скважины; обеспечение наконечника, имеющего прикрепленные к нему защелкивающийся механизм и стреляющий перфоратор; подача с помощью насоса наконечника в стволе скважины до создания уплотнительным механизмом уплотнения с полированным приемным гнездом; перфорация зоны скважины стреляющим перфоратором; подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством обсадной колонны.

25. Способ по п.24, при котором дополнительно осуществляют приведение в действие уплотнительного механизма наконечника с целью его расправления радиально наружу для создания уплотнения с полированным приемным гнездом.

26. Способ по п.24, при котором дополнительно осуществляют приведение в действие уплотнительного механизма наконечника для его сложения для вывода из контакта с полированным приемным гнездом.

27. Способ по п.25 или 26, при котором уплотнительный механизм приводят в действие путем посылки сигнала в наконечник.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится в основном к добыче углеводородов в подземных пластах, а более конкретно - к системе и способу подачи обрабатывающих текучих сред в скважины, имеющие несколько зон.

Во время типичных операций в стволе скважины в эту скважину и, в конечном счете, в пласт можно закачивать различные обрабатывающие текучие среды для поддержания или повышения продуктивности скважины. Например, в ствол скважины можно закачивать химически неактивную «жидкость для гидравлического разрыва» или «жидкость разрыва» для инициирования и распространения разрывов в пласте, чтобы таким образом обеспечить проточные каналы для облегчения движения углеводородов в ствол скважины, а значит - и добычи углеводородов из этой скважины. При таких операциях гидравлического разрыва жидкость разрыва гидравлически нагнетается в ствол скважины, пронизывающий подземный пласт, и принудительно подается в пласт под давлением, обеспечивается растрескивание и разрыв пласта, и расклинивающий наполнитель попадает в разрыв за счет продвижения вязкой жидкости, содержащей расклинивающий наполнитель, в разрыв в породе. Получаемый разрыв, когда в нем оказывается расклинивающий наполнитель, обеспечивает интенсифицированный приток добываемой текучей среды (например, нефти, газа или воды) в ствол скважины. В еще одном примере, в пласт можно нагнетать химически активную стимулирующую жидкость или «кислоту». Кислотная обработка пласта приводит к растворению материалов в пространствах пор пласта с целью интенсификации продуктивного потока.

В настоящее время в скважинах с несколькими продуктивными зонами может оказаться необходимой обработка различных пластов в процессе многостадийной работы, требующей нескольких рейсов по стволу скважины. Каждый рейс в общем случае предусматривает изоляцию одной продуктивной зоны с последующей подачей обрабатывающей текучей среды в изолированную зону. Поскольку для изоляции и обработки каждой зоны требуется несколько рейсов, операция заканчивания скважины может оказаться отнимающей очень много времени и дорогостоящей.

В патенте Великобритании 2381281 раскрыто заканчивание скважин с песочным фильтром. В данном патенте раскрыто использование множества полированных приемных гнезд, расположенных в скважине, имеющей множество зон. Множество уплотнительных узлов перемещается в стволе скважины для создания уплотнения с соответствующими приемными полированными гнездами для изоляции соответствующих зон скважины. Однако в данном патенте не используется подающий текучую среду инструмент, перемещающийся от одной зоне к другой зоне и избирательно создающий уплотнение с одним из полированных приемных гнезд в каждой зоне скважины.

В документе США 2002/0092650 А1 раскрыта система для перфорации и обработки множества интервалов подземных формаций. Эта система может перемещаться по стволу скважины к различным зонам для введения обрабатывающий жидкостей в различные зоны. В данной системе не используются приемные полированные гнезда и соответствующие уплотнительные механизмы, а используются надувные пакеры, которые устанавливаются и переустанавливаются в каждой зоне.

Целью настоящего изобретения является создание системы и способа подачи обрабатывающих текучих сред в несколько зон скважины за один-единственный рейс по стволу скважины.

Эта цель достигается тем, что система для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержит трубчатый элемент, закрепленный в скважине, первое полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе ниже зоны скважины, второе полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе выше зоны скважины, колонну насосно-компрессорных труб для развертывания в скважине, подающий текучую среду узел, подсоединенный к колонне насосно-компрессорных труб и имеющий, по меньшей мере, одно отверстие для установления гидравлического сообщения между колонной насосно-компрессорных труб и стволом скважины, и уплотнительный механизм, подсоединенный ниже подающего текучую среду узла и выполненный с возможностью создания выборочного уплотнения с первым полированным приемным гнездом ниже зоны скважины или со вторым приемным полированным гнездом выше зоны скважины для обеспечения подачи текучей среды к следующим местоположениям в стволе скважины.

Система может дополнительно содержать стреляющий перфоратор, подсоединенный ниже уплотнительного механизма.

Система может дополнительно содержать средство подвески для развертывания в стволе скважины и стреляющий перфоратор, подсоединенный к средству подвески.

Уплотнительный механизм может быть выбран из группы, состоящей из уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, шевронного уплотнения, V-образного гидравлического уплотнения, нетканого эластомерного уплотнения, сжимающего уплотнительного элемента, надувного уплотнительного элемента и торцевого уплотнения.

Согласно другому варианту система для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержит трубчатый элемент, закрепленный в скважине, первое полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе выше зоны скважины, второе полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элементе ниже зоны скважины, внешнюю колонну насосно-компрессорных труб, имеющую верхний конец, нижний конец и сквозной осевой канал, причем нижний конец внешней колонны насосно-компрессорных труб открыт для установления сообщения между осевым каналом колонны насосно-компрессорных труб и стволом скважины, внутреннюю колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в осевом канале внешней колонны насосно-компрессорных и имеющую верхний конец, нижний конец и сквозной осевой канал, отклоняющий инструмент, соединенный с нижним концом внутренней колонны насосно-компрессорных труб и имеющий отверстие для установления гидравлического сообщения между осевым каналом внутренней колонны насосно-компрессорных труб и стволом скважины, первый уплотнительный механизм, расположенный на внешней колонне насосно-компрессорных труб и предназначенный для создания уплотнения с первым полированным приемным гнездом, и второй уплотнительный механизм, расположенный ниже отверстия отклоняющего инструмента и предназначенный для создания уплотнения со вторым полированным приемным гнездом для обеспечения обработки зоны скважины между первым и вторым уплотнительными механизмами.

Каждый уплотнительный механизм может быть выбран из группы, состоящей из уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, шевронного уплотнения, V-образного гидравлического уплотнения, нетканого эластомерного уплотнения, сжимающего уплотнительного элемента, надувного уплотнительного элемента и торцевого уплотнения.

Согласно еще одному варианту система для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержит трубчатый элемент, закрепленный в скважине, полированное приемное гнездо, расположенное в трубчатом элемента ниже зоны скважины, наконечник, предназначенный для перемещения посредством насоса вниз по стволу скважины и содержащий уплотнительный механизм, выполненный для создания уплотнения с полированным приемным гнездом, и стреляющий перфоратор, подсоединенный выше наконечника.

Система может дополнительно содержать передатчик, расположенный вблизи полированного приемного гнезда и предназначенный для создания конкретного сигнала, и приемник, подсоединенный к наконечнику и предназначенный для обнаружения сигнала из передатчика, при этом уплотнительный механизм выполнен с возможностью перевода из сложенного состояния в радиально расправленное состояние при обнаружении сигнала приемником.

Стреляющий перфоратор может быть приспособлен стрелять после заранее определенной задержки при обнаружении сигнала приемником.

Уплотнительный механизм может быть выбран из группы, состоящей из уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, шевронного уплотнения, V-образного гидравлического уплотнения, нетканого эластомерного уплотнения, сжимающего уплотнительного элемента, надувного уплотнительного элемента и торцевого уплотнения.

Сигнал может быть выбран из группы, состоящей из радиочастотного сигнала, акустического сигнала, радиоактивного сигнала и магнитного сигнала.

Наконечник может дополнительно содержать ловильный профиль, сформированный на наконечнике и предназначенный для облегчения извлечения наконечника посредством ловильного инструмента.

Наконечник может дополнительно содержать центратор для поддержания ориентации наконечника.

Согласно изобретению создан также способ для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержащий следующие стадии:

обеспечение обсадной колонны, имеющей установленные в ней первое и второе полированные приемные гнезда;

установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что первое полированное приемное гнездо располагается ниже зоны скважины и второе полированное гнездо располагается над зоной скважины;

обеспечение подающего текучую среду инструмента с подсоединенным под ним уплотнительным механизмом, приспособленным для создания уплотнения с первым полированным приемным гнездом или вторым полированным приемным гнездом;

перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины на колонне насосно-компрессорных труб до создания уплотнения уплотнительным механизмом с первым полированным приемным гнездом;

подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством подающего текучую среду инструмента;

перемещение уплотнительного механизма ко второму полированному гнезду.

В способе можно дополнительно осуществлять подсоединение стреляющего перфоратора ниже уплотнительного механизма и перфорирование зоны скважины перед подачей обрабатывающей текучей среды.

В способе можно дополнительно осуществлять циркуляцию песка вблизи зоны скважины посредством подающего текучую среду инструмента.

Согласно другому варианту способ для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержит следующие стадии:

обеспечение обсадной колонны, имеющей множество установленных в ней полированных приемных гнезда;

установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что, по меньшей мере одно полированное приемное гнездо располагается выше зоны скважины и, по меньшей мере, одно полированное приемное гнездо располагается ниже зоны скважины;

обеспечение подающего текучую среду инструмента с первым уплотнительным механизмом, подсоединенным выше инструмента, и вторым уплотнительным механизмом, подсоединенным ниже инструмента;

перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины на колонне насосно-компрессорных труб до создания уплотнения первым уплотнительным механизмом уплотнение с одним полированным приемным гнездом выше зоны скважины и вторым уплотнительным механизмом с другим полированным приемным гнездом ниже зоны скважины;

подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством подающего текучую среду инструмента;

последовательное перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины к другой зоне скважины.

В способе можно дополнительно осуществлять перфорацию зоны скважины перед подачей обрабатывающей текучей среды.

В способе можно дополнительно осуществлять циркуляцию песка вблизи зоны скважины посредством подающего текучую среду инструмента.

Согласно еще одному варианту способ для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержит следующие стадии:

обеспечение обсадной колонны, имеющей, по меньшей мере, два установленных в ней полированных приемных гнезда;

установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что первое полированное приемное гнездо располагается выше зоны скважины и втрое полированное приемное гнездо располагается ниже зоны скважины;

обеспечение концентричной колонны, содержащей внутреннюю колонну, внешнюю колонну и первый уплотнительный механизм, расположенный на внешней колонне;

подсоединение подающего текучую среду инструмента к внутренней колонне со вторым уплотнительным механизмом, расположенным ниже указанного инструмента;

перемещение концентричной колонны и подающего текучую среду инструмента в стволе скважины до создания уплотнения первым уплотнительным механизмом с первым полированным приемным гнездом выше зоны скважины и вторым уплотнительным механизмом со вторым полированным приемным гнездом ниже зоны скважины;

подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством подающего текучую среду инструмента;

последовательное перемещение подающего текучую среду инструмента в стволе скважины к другой зоне скважины.

В способе можно дополнительно осуществлять подачу обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством внешней колонны.

В способе можно дополнительно осуществлять циркуляцию песка вблизи зоны скважины посредством подающего текучую среду инструмента.

В способе можно дополнительно осуществлять циркуляцию песка вблизи зоны скважины посредством внешней колонны.

Согласно еще одному варианту способ для заканчивания скважины, пересекающей зону скважины, содержит следующие стадии:

обеспечение обсадной колонны, имеющей установленное в ней полированное приемное гнездо;

установка обсадной колонны в стволе скважины таким образом, что полированное приемное гнездо располагается ниже зоны скважины;

обеспечение наконечника, имеющего прикрепленные к нему защелкивающийся механизм и стреляющий перфоратор;

подача с помощью насоса наконечника в стволе скважины до создания уплотнительным механизмом уплотнения с полированным приемным гнездом;

перфорация зоны скважины стреляющим перфоратором;

подача обрабатывающей текучей среды в зону скважины посредством обсадной колонны.

В способе можно дополнительно осуществлять приведение в действие уплотнительного механизма наконечника с целью его расправления радиально наружу для создания уплотнения с полированным приемным гнездом.

Уплотнительный механизм можно приводить в действие путем посылки сигнала в наконечник.

Другие альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

фиг.1 иллюстрирует вид сбоку варианта осуществления системы для заканчивания скважин, имеющих несколько зон согласно настоящему изобретению, имеющей одно или несколько полированных приемных гнезд, установленных в стволе скважины;

фиг.2 иллюстрирует вид сбоку варианта осуществления системы для заканчивания скважин, имеющих несколько зон согласно настоящему изобретению, включающей одно или несколько полированных приемных гнезд, установленных в стволе скважины для изоляции перфорированных зон скважины, и подающий текучую среду инструмент, имеющий расположенный на нем узел уплотнения, для подачи текучей среды в выбранную перфорированную зону скважины;

фиг.3A-3F иллюстрируют виды сбоку варианта осуществления системы для заканчивания скважин, имеющих несколько зон согласно настоящему изобретению, изображающие узел стреляющего перфоратора и уплотнения, расположенный ниже подающего текучую среду инструмента, движущегося в стволе скважины, имеющем полированные приемные гнезда для изоляции нескольких зон скважины;

фиг.4А-4В иллюстрируют виды сбоку варианта осуществления системы для заканчивания скважин, имеющих несколько зон согласно настоящему изобретению, изображающие колонну одновременно детонирующих стреляющих перфораторов, движущуюся в стволе скважины, имеющем полированные приемные гнезда для изоляции нескольких зон скважины;

фиг.5A-5D иллюстрируют виды сбоку варианта осуществления системы для заканчивания скважин, имеющих несколько зон согласно настоящему изобретению, изображающие подающий текучую среду инструмент с узлами уплотнений, расположенными над и под подающим текучую среду инструментом, причем подающий текучую среду инструмент движется в стволе скважины, имеющем полированные приемные гнезда для изоляции нескольких зон скважины;

фиг.6 иллюстрирует вид сбоку варианта осуществления системы для заканчивания скважин, имеющих несколько зон согласно настоящему изобретению, изображающий концентричные внутреннюю и внешнюю колонны, имеющие одно или несколько уплотнений, сформированных на внешней поверхности внешней колонны, для обхода конкретных зон скважины в стволе скважины, имеющем полированные приемные гнезда, и отклоняющий инструмент, подсоединенный к нижним частям концентрических колонн для направления потока между внутренней колонной, кольцевым пространством, ограниченным между внешней колонной и внутренней колонной, и кольцевым пространством скважины снаружи внешней колонны;

фиг.7A-7D иллюстрируют виды сбоку варианта осуществления системы для заканчивания скважин, имеющих несколько зон согласно настоящему изобретению, изображающие подвижный уплотнительный наконечник со стреляющим перфоратором, подсоединенным над наконечником, причем наконечник движется в стволе скважины, имеющем полированные приемные гнезда для изоляции нескольких зон ствола скважины.

Следует отметить, однако, что прилагаемые чертежи иллюстрируют лишь типичные варианты осуществления этого изобретения, и поэтому их не следует рассматривать как ограничивающие его объем, так как изобретение может допускать и другие, столь же эффективные варианты осуществления.

В нижеследующем описании изложены подробности, позволяющие понять настоящее изобретение. Вместе с тем специалисты в данной области техники поймут, что настоящее изобретение можно осуществить и без этих подробностей и что возможны многочисленные изменения и модификации по сравнению с описанными вариантами осуществления.

В описании и прилагаемой формуле изобретения термины «подсоединяют», «подсоединение», «подсоединенные», «подсоединенные к» и «подсоединяющие» употребляются в значении «подсоединенные непосредственно к» или «подсоединенные посредством еще одного элемента», а термин «установленный» употребляется, если речь идет об «одном элементе» или «более чем одном элементе». В том смысле, в каком они употребляются в заявке, термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «кверху» и «книзу», «выше по течению» и «ниже по течению», «над» («выше») и «под» («ниже»), а также другие аналогичные термины, указывающие относительные положения выше и ниже некоторой заданной точки или некоторого заданного элемента, употребляются в этом описании для более ясного освещения некоторых конкретных вариантов осуществления изобретения. Кроме того, термин «уплотнительный механизм» включает уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения, шевронное уплотнение, V-образное гидравлическое уплотнение, нетканое эластомерное уплотнение, сжимающий уплотнительный элемент, надувной уплотнительный элемент, торцевое уплотнение, а также средства, отражающие применение любых других способов и устройств для контакта с полированным приемным гнездом и временной блокировки течения текучих сред по стволу скважины. Помимо этого, термин «обрабатывающая текучая среда» включает любую текучую среду, подаваемую в пласт для стимулирования добычи, включая - но не в ограничительном смысле - жидкость разрыва, кислоту, гель, пену или другую стимулирующую текучую среду. Следует также отметить, что термины «трубчатый элемент», «обсадная колонна» и «нижняя труба обсадной колонны» могут употребляться взаимозаменяемо (например, любой вариант осуществления, описываемый здесь как используемый с обсадной колонной, также можно использовать с нижней трубой обсадной колонны или другим трубчатым элементом). В качестве еще одного момента отметим, что термин «полированное приемное гнездо» или «ППГ» включает гладкое, полированное или хонингованное, расточенное отверстие, выполненное во внутренней поверхности трубчатого элемента (например, обсадной колонны или нижней трубы обсадной колонны), имеющее заранее определенный внутренний диаметр для уплотнения или сопряжения с уплотнительным механизмом.

Вообще говоря, настоящее изобретение относится к системе и способу заканчивания скважин с несколькими продуктивными зонами путем подачи обрабатывающей текучей среды с целью достижения, облегчения достижения и/или повышения производительности. Как правило, такие скважины заканчивают поэтапно, что приводит к очень длительным временам заканчивания (составляющим, например, порядка четырех - шести недель). Настоящее изобретение может обеспечить уменьшение такого времени заканчивания (например, до нескольких суток) путем облегчения нескольких операций, ранее осуществлявшихся по одной в течение одного рейса, за один-единственный рейс. Более того, в некоторых вариантах осуществления этого изобретения предложены система и способ заканчивания скважин без использования надувных пакеров, установка и сброс которых могут понадобиться для облегчения создания нескольких зональных изоляций в течение одного рейса.

Фиг.1 и 2 иллюстрируют вариант осуществления системы заканчивания скважин согласно настоящему изобретению, предназначенной для использования в стволе 10 скважины. Ствол 10 скважины может включать множество зон 12А, 12В скважины (например, зоны или интервалы пласта, добычи, нагнетания, углеводородов, нефти, газа или воды). Ствол 10 скважины включает трубчатый элемент 15, такой как обсадная колонна, нижняя труба обсадной колонны, эксплуатационная колонна и т.д., ограничивающий сквозное осевое отверстие с выбранным диаметром D1. В трубчатом элементе 15 установлено, по меньшей мере, одно полированное приемное гнездо (ППГ) 20А, 20В, 22А, 22В для облегчения изоляции зоны 12А, 12В скважины. ППГ 20А, 20В, 22А, 22В может быть трубчатым элементом, сформированным или установленным вдоль внутренней стенки трубчатого элемента 15 и имеющим осевое расточенное отверстие с диаметром D2, меньшим, чем диаметр D1 расточенного отверстия трубчатого элемента. Кроме того, каждое ППГ 20А, 20В, 22А, 22В может включать гладкую и/или хонингованную внутреннюю поверхность для создания уплотняющей поверхности для уплотнительного механизма 30, обеспечивающего контакт и уплотнение с целью ограничения доступа в осевое расточенное отверстие трубного элемента 15 ниже ППГ.

В одном варианте осуществления ППГ 20А, 20В устанавливают только ниже зон 12А, 12В соответственно. В этом варианте осуществления первой перфорируют нижнюю зону 12В скважины. Затем используют уплотнительный механизм 30 для уплотнения трубчатого элемента 15 в ППГ 20В. Затем обрабатывают зону 12В скважины посредством подающего текучую среду устройства 40, установленного на колонне 50 насосно-компрессорных труб. Затем перфорируют верхнюю зону 12А скважины. Уплотнительный механизм 30 используют для уплотнения трубного элемента 15 в ППГ 20А и изоляции зоны 12А скважины от зоны 12В скважины. Затем обрабатывают зону 12А скважины посредством подающего текучую среду устройства 40.

В еще одном варианте осуществления ППГ 20А, 20В устанавливают ниже зон 12А, 12В соответственно, а ППГ 22А, 22В устанавливают выше зон 12А, 12В соответственно. В этом варианте осуществления можно перфорировать обе зоны 12А, 12В скважины перед обработкой любой из зон 12А, 12В скважины. Сразу же после перфорирования зон 12А, 12В можно использовать сдвоенный уплотнительный механизм (такой как показанный на фиг.5А) для изоляции конкретной зоны скважины и обработки этой зоны скважины посредством подающего текучую среду устройства. Например, сдвоенный уплотнительный механизм может включать уплотнения для обеспечения контакта с ППГ 20В и 22В и изоляции зоны 12В скважины. Затем используют подающее текучую среду устройство, располагающееся между уплотнениями для обработки перфорированной зоны 12В скважины посредством колонны 50 насосно-компрессорных труб.

Фиг.3A-3F иллюстрируют еще один вариант осуществления настоящего изобретения для изоляции и обработки зоны скважины. В этом варианте осуществления бурят ствол 100 скважины, имеющий зоны 120, 130, и крепят в стволе трубчатый элемент 101 с помощью цемента 102. Между зонами 120, 130 скважины устанавливают ППГ 110. Перфорируют и обрабатывают нижнюю зону 120 скважины таким образом, что эту зону скважины можно назвать «готовой зоной скважины». Обеспечивают инструмент 140 для заканчивания, который имеет стреляющий перфоратор 142, уплотнительный механизм 144 и подающее текучую среду устройство 146. В одном варианте осуществления уплотнительный механизм 144 может располагаться выше стреляющего перфоратором 142 и ниже устройства 146. Инструмент 140 для заканчивания может быть подвешен в трубчатом элементе 101 на колонне 150 насосно-компрессорных труб, имеющей сквозное осевое расточенное отверстие. Устройство 146 может иметь, по меньшей мере, одно отверстие 148 для установления сообщения между осевым расточенным отверстием колонны 150 насосно-компрессорных труб и кольцевым пространством внутри трубчатого элемента 101.

Как показано на фиг.3A-3F, в процессе эксплуатации, сразу же после перфорирования и обработки зоны 120 скважины, инструмент 140 для заканчивания тянут кверху посредством колонны 150 насосно-компрессорных труб (фиг.3А). Стреляющий перфоратор 142 оказывается выровненным вблизи следующей зоны 130 скважины, и этот перфоратор детонирует, тем самым осуществляя перфорацию зоны 130 скважины (фиг.3В). Затем инструмент 140 для заканчивания опускают до тех пор, пока уплотнительный механизм 144 не войдет в контакт с ППГ 110 и не осуществит уплотнение (фиг.3С). При таком расположении уплотнительный механизм изолирует зону 130 скважины от готовой зоны 120 скважины, а устройство 146 оказывается вблизи новой целевой зоны 130, так что обрабатывающую текучую среду можно подавать в эту целевую зону 130 через упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие 148 устройства 146 (фиг.3D). Если необходима циркуляция (например, для отвода песка посредством циркуляции), то давление текучей среды можно увеличить, чтобы текучая среда могла циркулировать кверху через, по меньшей мере, одно отверстие 148 устройства 146 (фиг.3Е). Сразу же после того, как зона 130 скважины оказывается готовой, можно снова перемещать инструмент 140 для заканчивания кверху - к следующей целевой зоне скважины (фиг.3F).

В других вариантах осуществления настоящего изобретения вместо перфорирования и обработки одной зоны скважины за один раз можно перфорировать все зоны скважины перед обработкой любой зоны скважины. В связи с фиг.4А-4В отмечаем, что каждую зону 202, 204 скважины можно перфорировать стреляющим перфоратором 210 на средстве подвески 220 (например, на плетеном проволочном канате, гладком тросе или колонне насосно-компрессорных труб) по одной зоне за один раз (как показано на фиг.4А) либо каждую зону 202, 204 скважины можно перфорировать одновременно посредством колонны 212 стреляющих перфораторов, подвешенной на средстве подвески 220 (как показано на фиг.4В). В любом случае множество ППГ 231, 232, 233 устанавливают в обсадной колонне 205 ствола 200 скважины или формируют на этой колонне таким образом, что выше и ниже каждой соответствующей зоны 202, 204 скважины располагается по одному ППГ.

В одном варианте осуществления, сразу же после перфорирования зон скважины, подают инструмент для заканчивания скважины с целью изоляции и подачи обрабатывающей текучей среды в каждую зону скважины. Показанный на фиг.5A-5D вариант осуществления инструмента 250 для заканчивания скважины включает подающее текучую среду устройство 252 и уплотнительные механизмы 254, 255, расположенные над и под устройством 252 или «накрывающие» это устройство. Инструмент 250 для заканчивания скважины подвешен в стволе 200 скважины на колонне 260 насосно-компрессорных труб и ограничивает сквозное осевое расточенное отверстие для сообщения с колонной насосно-компрессорных труб. Устройство 252 имеет, по меньшей мере, одно отверстие 253 для установления гидравлического сообщения между перфорированными зонами 202, 204 скважины и колонной 260 бурильных труб.

Во время работы инструмент для заканчивания скважины движется в обсадной колонне 205 ствола 200 скважины в целевую зону 204 скважины (фиг.5А). В этом положении подающее текучую среду устройство оказывается вблизи целевой зоны 204 скважины, а уплотнительные механизмы 254, 255 вступают в контакт с ППГ 231, 230 соответственно и уплотняют их, изолируя целевую зону скважины. Сразу же после изоляции зоны 204 скважины вниз по колонне 260 насосно-компрессорных труб и далее в пласт целевой зоны 204 скважины можно закачивать или иным образом подавать обрабатывающую текучую среду через отверстие 253 устройства 252 (фиг.5В). После обработки зоны 204 скважины инструмент 250 для заканчивания скважины можно поднять кверху, чтобы нарушить уплотнения между уплотнительными механизмами 254, 255 и ППГ 231, 230 соответственно. После этого можно увеличить гидравлическое давление в устройстве 250 для заканчивания скважины, чтобы посредством циркуляции отвести любой песок из кольцевого пространства между инструментом и обсадной колонной 205 (фиг.5С). Затем можно поднять инструмент 250 дальше кверху, в следующую целевую зону 202 скважины, где уплотнительные механизмы 254, 255 вступают в контакт с ППГ 232, 231 соответственно и уплотняют их, изолируя зону 202 скважины для обработки.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения предусматривается инструмент для завершения скважины, подающий обрабатывающую текучую среду в изолированные зоны скважины, каждая из которых перфорирована так, как показано на фиг.4А, 4В. В этом варианте осуществления инструмент 270 для заканчивания скважины имеет внутреннюю колонну 272 и внешнюю колонну 274, расположенные концентрично, ограничивая первое кольцевое пространство внутри внутренней колонны 272, второе кольцевое пространство внутри внешней колонны 274, но снаружи внутренней колонны 272, и третье кольцевое пространство внутри обсадной колонны 205 и снаружи внешней колонны 274, отклоняющий инструмент 280, подсоединенный к нижнему концу внутренней колонны 272 и имеющий, по меньшей мере, одно отверстие 282 для установления гидравлического сообщения между осевым расточенным отверстием внутренней колонны 272 и кольцевым пространством внутри обсадной колонны 205 и уплотнительный механизм 276, сформированный на внешней поверхности отклоняющего инструмента 280 и имеющий множество уплотнительных механизмов 277, 278, сформированных на внешней поверхности внешней колонны 274 для вступления в контакт с ППГ 230, 231, 232 в обсадной колонне 205 и создания уплотнения вместе с ними. Нижний конец внешней колонны 274 открыт в кольцевое пространство внутри обсадной колонны 205. Этот вариант осуществления обеспечивает циркуляцию к целевой зоне 204 скважины как через кольцевое пространство между внутренней колонной 272 и внешней колонной 274, так и через кольцевое пространство внутри внутренней колонны 272, без протекания мимо открытых пластов зоны 202 скважины (или любой другой зоны скважины выше или ниже, в данном случае целевой зоны 204 скважины).

Как показано на фиг.6, во время работы инструмент 270 для заканчивания скважины движется в обсадной колонне 205 ствола 200 скважины к целевому пласту 204. В этом положении подающее текучую среду устройство 280 оказывается вблизи целевой зоны 204 скважины, а уплотнительные механизмы 276, 277, 278 вступают в контакт с ППГ 230, 231, 232 и создают с ними уплотнения, изолируя таким образом целевую зону 204 скважины от других зон. После этого можно подавать обрабатывающую текучую среду по внутренней колонне 272 в пласт целевой зоны 204 скважины через отверстие 282 отклоняющего инструмента 280. В альтернативном варианте обрабатывающую текучую среду можно подавать только по внешней колонне 274 либо одновременно и по внутренней колонне 272, и по внешней колонне 274. Кроме того, внешнюю колонну 274 можно использовать для отвода избытка песка посредством циркуляции сразу же после вывода инструмента 270 из контакта с ППГ 276, 277, 278 и перемещения его к другой целевой зоне. В альтернативном варианте циркуляцию можно осуществлять только через внутреннюю колонну 272 либо одновременно и через внутреннюю колонну 272, и через внешнюю колонну 274.

На фиг.7A-7D представлен еще один вариант осуществления настоящего изобретения для избирательного перфорирования и изоляции целевой зоны скважины с целью подачи обрабатывающей текучей среды в нижележащий пласт. Фиг.7А иллюстрирует обсадную колонну 402, закрепленную в стволе 400 скважины с помощью цемента 404. Ствол 400 скважины пересекает множество зон 410, 412 скважины соответственно, а обсадная колонна 402 включает множество ППГ 420, 422, расположенных ниже зон 410, 412 соответственно. Вблизи зон 410, 412 расположены соответственно передатчики 430, 432. В одном варианте осуществления передатчики 430, 432 закреплены в ППГ 420, 422. В других вариантах осуществления передатчики 430, 432 могут быть внедрены в цемент 404 или прикреплены к обсадной колонне 402. Каждый передатчик 430, 432 создает конкретный или особый сигнал (например, радиочастотный (РЧ) сигнал, акустический сигнал, радиоактивный сигнал, магнитный сигнал или иной сигнал). Предусмотрен наконечник 440, имеющий уплотнительный механизм 442, стреляющий перфоратор 444 и приемник 446. Некоторые варианты осуществления наконечника 440 могут включать центратор 448 (например, в виде направляющих ребер) для поддержания ориентации наконечника, подаваемого с помощью насоса вниз по стволу скважины. Другие варианты осуществления наконечника 440 могут включать ловительный профиль 450, с помощью которого можно извлекать наконечник после подачи обрабатывающей жидкости и перед добычей из скважины. Уплотнительный механизм 442 наконечника выполнен с возможностью перемещения между сложенным положением, в котором наконечник 440 не контактирует с ППГ 420, 422 и не создает с ними уплотнение (как показано на фиг.7А, 7D), и расправленным положением, в котором (как показано на фиг.7В, 7С) приемник 446 управляет (например, посредством обычного контроллера, программируемого логического контроллера или иного аналогичного устройства) положением уплотнительного механизма 442 на основании обнаружения сигнала из передатчика 430, 432.

Как показано на фиг.7A-7D, во время работы наконечник 440 сначала движется по стволу скважины со сложенным уплотнительным механизмом 442 и запрограммирован на расправление упомянутого механизма радиально наружу при вхождении в окрестность заранее определенной целевой зоны 432 скважины. В частности, приемник 446 наконечника 440 запрограммирован на оказание воздействия после приема конкретного сигнала, испускаемого передатчиком 432. Таким образом, когда наконечник 440 проходит мимо передатчика 430, который излучает отличающийся сигнал (фиг.7А), ничего не происходит. Как только приемник 446 наконечника 440 оказывается вблизи передатчика 432, уплотнительный механизм 442 выдвигается радиально наружу в расправленное положение (фиг.7В). Затем расправленный уплотнительный механизм 442 вступает в контакт с ППГ 422 и создает с ним уплотнение. Тогда стреляющий перфоратор 444 оказывается в положении рядом с целевой зоной 412 скважины. В некоторых конкретных вариантах осуществления стреляющий перфоратор 444 устанавливают с возможностью детонации после заранее определенной задержки, реализуемой, например, с помощью счетчика или таймера, сразу же после приведения в действие уплотнительного механизма 442 с целью его расправления радиально наружу. В других вариантах осуществления стреляющий перфоратор 444 можно приводить в действие с поверхности для осуществления детонации через посредство импульсов давления, изменений давления или путем передачи других сигналов в стволе скважины. В любом случае стреляющий перфоратор 444 детонирует, обеспечивая проникновение сквозь обсадную колонну цемента в нижележащий пласт зоны 412 скважины (фиг.7С). Сразу же после перфорирования целевой зоны 412 скважины можно подавать обрабатывающую текучую среду вниз по кольцевому пространству обсадной колонны 402 к целевой зоне 412 скважины. Уплотнительный механизм 442 наконечника 440 эффективно уплотняет и изолирует целевую зону 412 скважины от любых ранее перфорированных и обработанных зон скважины, расположенных ниже. После обработки целевой зоны 412 скважины уплотнительный механизм 442 переводится обратно в сложенное положение, а наконечник 440 высвобождается из уплотнительного контакта с ППГ 422. После этого можно подавать с помощью насоса наконечник 440 к забою ствола 400 скважины (фиг.7D). Для создания уплотнения с ППГ 420, перфорирования и обработки следующей целевой зона 410 скважины можно использовать еще один наконечник (не показан), «привязанный» к частоте сигнала, испускаемого передатчиком 430. В некоторых вариантах осуществления наконечники могут включать ловительный профиль, с помощью которого можно извлекать наконечники после завершения операций (например, изоляции, перфорирования и обработки) в продуктивных зонах и перед добычей из скважины.

В некоторых альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения с использованием ППГ для достижения зональной изоляции в стволе скважины можно установить устройство для анкерного крепления вблизи каждого ППГ с целью обеспечения точного места для контроля глубины. Устройство для анкерного крепления может также выдерживать вес любого наконечника или подающих текучую среду устройств или прикладываемые силы, возникающие из-за перепада давлений на уплотнениях ППГ и уплотнительных механизмов.

Хотя выше подробно описаны лишь несколько возможных вариантов осуществления этого изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, в возможные варианты осуществления можно внести многочисленные изменения без существенных отступлений от новых признаков и преимуществ этого изобретения. Соответственно все такие изменения следует считать находящимися в рамках объема притязаний этого изобретения, охарактеризованных в нижеследующей формуле изобретения. Употребляемые в формуле изобретения выражения, построенные по принципу «средство плюс функция», следует считать охватывающими описанные здесь конструкции как выполняющие упомянутую функцию, и не только конструктивные эквиваленты, но и эквивалентные конструкции. Так, хотя гвоздь и шуруп не являются конструктивными эквивалентами, потому что гвоздь имеет цилиндрическую поверхность для скрепления деревянных деталей друг с другом, а шуруп имеет спиральную поверхность, в области скрепления деревянных деталей гвоздь и шуруп могут быть эквивалентными конструкциями.