Способ расширения трубчатого элемента в стволе скважины

Изобретение относится к способу радиального расширения трубчатого элемента в скважине. Обеспечивает усовершенствование способа. Сущность изобретения: размещают в стволе скважины трубчатый элемент, имеющий первую часть, подлежащую расширению до первого диаметра, и вторую часть, подлежащую расширению до второго диаметра, причем первый диаметр превышает второй диаметр. Размещают в стволе скважины расширитель, содержащий первый элемент расширителя и второй элемент расширителя. Первый элемент имеет больший наружный диаметр, чем второй элемент, и указанные элементы соединены друг с другом с возможностью разъединения. Перемещают расширитель через первую часть трубчатого элемента для ее расширения до первого диаметра. Отсоединяют второй элемент расширителя от первого элемента расширителя. Перемещают второй элемент расширителя через вторую часть трубчатого элемента для ее расширения до второго диаметра. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу радиального расширения трубчатого элемента, проходящего в ствол скважины и имеющий первую часть, подлежащую расширению до первого диаметра, и вторую часть, подлежащую расширению до второго диаметра, причем первый диаметр превышает второй диаметр. Трубчатый элемент может представлять собой, например, часть колонны обсадных труб в стволе скважины с обсадными трубами, имеющими участки, перекрывающиеся в аксиальном направлении.

В публикации международной заявки WO 99/35368 раскрыт способ радиального расширения колонны обсадных труб, при этом соседние обсадные трубы имеют такие перекрывающиеся в аксиальном направлении участки. В известном способе первую обсадную трубу спускают в ствол скважины и расширяют в радиальном направлении посредством сердечника для расширения. После этого вторую обсадную трубу спускают через расширенную первую обсадную трубу до расположения верхней концевой части второй обсадной трубы в нижней концевой части первой обсадной трубы. Впоследствии вторую обсадную трубу расширяют до, по существу, такого же внутреннего диаметра, до какого расширяют первую обсадную трубу.

Недостатком известного способа является то, что расширяющие усилия, требуемые для расширения верхней концевой части второй обсадной трубы, являются очень большими, поскольку одновременно с расширением указанной верхней концевой части дополнительно должна быть расширена нижняя концевая часть первой обсадной трубы. В том случае, если первая обсадная труба уже была зацементирована на месте, последующее расширение становится еще более затруднительным.

Целью изобретения является разработка усовершенствованного способа радиального расширения трубчатого элемента в стволе скважины, при котором трубчатый элемент расширяют до участков с различными диаметрами таким образом, что требуемые расширяющие усилия не выходят за приемлемые пределы.

В соответствии с изобретением разработан способ радиального расширения трубчатого элемента, проходящего в ствол скважины и имеющий первую часть, подлежащую расширению до первого диаметра, и вторую часть, подлежащую расширению до второго диаметра, причем первый диаметр превышает второй диаметр, включающий следующие операции:

а) размещение в стволе скважины расширителя, содержащий первый элемент расширителя и второй элемент расширителя, причем первый элемент имеет больший наружный диаметр, чем второй элемент, и элементы соединены друг с другом с возможностью разъединения;

б) перемещение расширителя через первую часть трубчатого элемента с тем, чтобы расширить первую часть трубчатого элемента до первого диаметра;

в) отсоединение второго элемента расширителя от первого элемента расширителя; и

г) перемещение второго элемента расширителя через вторую часть трубчатого элемента с тем, чтобы расширить ее до второго диаметра.

В результате этого достигается то, что трубчатый элемент расширяется до частей с различными диаметрами без необходимости одновременного расширения перекрывающихся частей соседних трубчатых элементов, так что требуемые расширяющие усилия остаются в приемлемых пределах. Дополнительным преимуществом способа по изобретению является то, что трубчатый элемент может быть зацементирован на месте перед дальнейшим бурением ствола скважины.

Для обеспечения возможности выполнения процесса расширения за счет подъема расширителя вверх через трубчатый элемент предпочтительно, чтобы первая часть трубчатого элемента представляла собой нижнюю концевую часть трубчатого элемента, а вторая часть трубчатого элемента представляла собой остальную часть трубчатого элемента.

В предпочтительном варианте реализации способа по изобретению трубчатый элемент представляет собой предыдущий трубчатый элемент, а колонна трубчатых элементов включает в себя следующий трубчатый элемент, при этом способ дополнительно включает в себя:

д) после операции г) спуск следующего трубчатого элемента через предыдущий трубчатый элемент до расположения верхней концевой части следующего трубчатого элемента в нижней концевой части предыдущего трубчатого элемента; и

е) расширение верхней концевой части следующего трубчатого элемента до ее расположения в нижней концевой части предыдущего трубчатого элемента с обеспечением уплотнения относительно нижней концевой части.

В одном из вариантов способа верхнюю концевую часть следующего трубчатого элемента расширяют, по существу, до второго диаметра.

В одном из вариантов способа первый элемент расширителя может оставаться в нижней концевой части предыдущего трубчатого элемента, у нижнего конца следующего трубчатого элемента может быть предусмотрен второй элемент расширителя или аналогичный элемент расширителя, и способ может дополнительно включать следующие операции:

ж) после прохода второго элемента расширителя или аналогичного элемента расширителя через нижнюю концевую часть предыдущего трубчатого элемента присоединение второго элемента расширителя или аналогичного элемента расширителя к первому элементу расширителя;

з) перед операцией е) перемещение расширителя через нижнюю концевую часть следующего трубчатого элемента для расширения нижней концевой части следующего трубчатого элемента, по существу, до первого диаметра;

и) отсоединение первого элемента расширителя от второго элемента расширителя;

к) перемещение второго элемента расширителя через остальную часть следующего трубчатого элемента для расширения остальной части, по существу, до второго диаметра.

Согласно еще одному варианту способа, множество следующих трубчатых элементов расширяют в стволе скважины и в котором операции д)-к) повторяют для каждого комплекта соседних трубчатых элементов.

При осуществлении способа элементы расширителя могут быть соединены друг с другом с помощью фиксирующего устройства.

Колонна трубчатых элементов может представлять собой колонну обсадных труб ствола скважины.

Изобретение будет описано ниже более подробно и в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1А схематично показывает вид сбоку расширителя, используемого в варианте осуществления способа по изобретению, с первым и вторым элементами расширителя, соединенными друг с другом;

фиг.1 В схематично показывает второй элемент расширителя по фиг.1;

фиг.2 показывает вид снизу расширителя, показанного на фиг.1А;

фиг.3 схематично показывает первую стадию способа расширения колонны трубчатых элементов путем использования расширителя, показанного на фиг.1А;

фиг.4 схематично показывает вторую стадию способа расширения колонны трубчатых элементов путем использования расширителя, показанного на фиг.1А;

фиг.5 схематично показывает третью стадию способа расширения колонны трубчатых элементов путем использования расширителя, показанного на фиг.1А;

фиг.6 схематично показывает четвертую стадию способа расширения колонны трубчатых элементов путем использования расширителя, показанного на фиг.1А;

фиг.7 схематично показывает пятую стадию способа расширения колонны трубчатых элементов путем использования расширителя, показанного на фиг.1А; и

фиг.8 схематично показывает шестую стадию способа расширения колонны трубчатых элементов путем использования расширителя, показанного на фиг.1А.

На фиг.1А и 2 показан расширитель 1, предназначенный для радиального расширения трубчатого элемента и содержащий первый и второй элементы расширителя, причем второй элемент представляет собой основной корпус 3 расширителя 1, а первый элемент представляет собой кольцо 4 расширителя, окружающее часть основного корпуса 3. Основной корпус 3 имеет переднюю часть 6, часть 8, имеющую форму усеченного конуса, и заднюю часть 10. Передняя часть 6 имеет диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру трубчатых элементов (упоминаемых ниже), подлежащих расширению, перед их расширением. Задняя часть 10 имеет диаметр, который больше диаметра передней части 6, с тем, чтобы она была пригодна для расширения каждого трубчатого элемента до второго внутреннего диаметра D2. Часть 8, имеющая форму усеченного конуса, образует переходную зону между передней частью 6 и задней частью 10. Вверху передней части 6 предусмотрен соединитель 11, предназначенный для присоединения расширителя 1 к подъемной колонне (упоминаемой ниже).

Кольцо 4 расширителя проходит вокруг задней части 10 и вокруг участка части 8 основного корпуса 3, при этом указанное кольцо 4 расширителя имеет наружный диаметр, превышающий диаметр задней части 10, с тем, чтобы оно было пригодным для расширения каждого трубчатого элемента до первого внутреннего диаметра D1, который больше диаметра D2. Одна концевая часть 12 кольца 4 расширителя проходит по прямой (соосно) относительно заднего конца 14 основного корпуса 3 в аксиальном направлении, а другая концевая часть 16 кольца расширителя конусообразно сужается так, чтобы образовать продолжение части 8, имеющей форму усеченного конуса. Кольцо расширителя присоединено к основному корпусу 3 с возможностью отсоединения посредством фиксирующего устройства 18, которое установлено и выполнено с возможностью отсоединения кольца 4 от основного корпуса 3 с помощью средств с гидравлическим управлением (непоказанных), встроенных в основной корпус 3.

На фиг.1В показан основной корпус 3 расширителя 1 со снятым с него кольцом 4 расширителя.

На фиг.3 показан ствол 20 скважины, пробуренный в пласте 22 земли, и трубчатый элемент в виде обсадной трубы 24, которая была опущена в ствол 20 скважины. Обсадная труба 24 имеет нижнюю концевую часть 25, у которой расширитель 1 размещен таким образом, что передняя часть 6 расширителя проходит в указанную нижнюю концевую часть 25. Подъемная колонна 26 присоединена к расширителю 1 посредством соединителя 11 для удерживания расширителя в данном положении относительно обсадной трубы 24. Подъемная колонна 26 имеет продольный канал (непоказанный) для прохода текучей среды, обеспечивающий сообщение по текучей среде между системой (непоказанной) с гидравлическим управлением, расположенной на поверхности, и средствами с гидравлическим управлением, предусмотренными в фиксирующем устройстве 18.

Далее способ описывается со ссылкой на фиг.4. После опускания расширителя 1 на заданную глубину в кольцевое пространство 27 между обсадной трубой 24 и стенкой ствола 20 скважины закачивают цемент. Избыточное количество цемента используют с учетом падения исходного уровня цемента, когда спусковую колонну, используемую для закачивания цемента в кольцевое пространство, закрывают и удаляют. Цемент имеет такой состав, что затвердевание цемента происходит только после длительного периода времени.

После этого расширитель 1 втягивают в обсадную трубу 24 на небольшое расстояние, которое считается пригодным для обеспечения перекрытия между обсадной трубой 24 и следующей обсадной трубой (упоминаемой ниже) в продольном направлении. На фиг.4 такое расстояние показано приблизительно равным длине кольца 4 расширителя, однако различные расстояния могут быть выбраны в соответствии с эксплуатационными требованиями. За счет втягивания расширителя 1 в обсадную трубу 24 нижняя концевая часть 25 обсадной трубы 24 расширяется до первого внутреннего диаметра D1. В возможном варианте, но необязательно, буровой раствор может быть закачан в ствол 20 скважины в зону под расширителем 1, для предотвращения поршневания (то есть возникновения давления ниже атмосферного в стволе скважины) вследствие смещения расширителя 1.

Как показано на фиг.5, на следующей стадии систему с гидравлическим управлением заставляют подавать текучую среду под давлением через подъемную колонну 26 к средствам с гидравлическим управлением, предусмотренным в фиксирующем устройстве 18, для отсоединения кольца 4 расширителя от основного корпуса 3 расширителя 1. В возможном варианте, но необязательно, шар может быть сначала опущен через подъемную колонну 26 для создания проточного канала для прохода рабочей жидкости к фиксирующему устройству 18. В альтернативном варианте такой проточный канал может быть создан посредством заданного поворота подъемной колонны 26.

После этого основной корпус 3 поднимают дальше вверх с помощью подъемной колонны 26, в то время как кольцо 4 расширителя остается размещенным в нижней концевой части 25 обсадной трубы 24. Таким образом, остальную часть обсадной трубы 24 расширяют до второго внутреннего диаметра D2. Слой цемента, имеющийся вокруг обсадной трубы 24, затвердевает после того, как вся обсадная труба 24 будет расширена в радиальном направлении.

Следующие операции способа описываются со ссылкой на фиг.6. После расширения обсадной трубы 24 на всей ее длине основной корпус 3 расширителя 1 извлекают через верхний конец обсадной трубы 24 и устанавливают у нижнего конца следующей обсадной трубы 28, подлежащей спуску в ствол 20 скважины. Далее обсадную трубу 24 называют "предыдущей обсадной трубой". После этого ствол 20 скважины бурят на большую глубину до такой глубины, при которой следующая обсадная труба 28 может быть установлена в стволе скважины.

После этого следующую обсадную трубу 28 спускают через предыдущую обсадную трубу 24, в результате чего основной корпус 3 расширителя 1 будет подвешен у нижнего конца следующей обсадной трубы 28 посредством подъемной колонны 26. Спуск следующей обсадной трубы 28 продолжается до входа основного корпуса 3 в кольцо 4 расширителя. После того, как основной корпус 3 полностью войдет в кольцо 4 расширителя, систему с гидравлическим управлением, находящуюся на поверхности, заставляют подавать текучую среду под заданным давлением к средствам с гидравлическим управлением, предусмотренным в фиксирующем устройстве 18, для обеспечения фиксации основного корпуса 3 относительно кольца 4 расширителя. Аналогичным образом, как описано в связи с предыдущей обсадной трубой 24, сначала в подъемную колонну 26 можно опустить шар для создания проточного канала для прохода рабочей жидкости к фиксирующему устройству 18.

Следующие операции способа показаны на фиг.7. После фиксации основного корпуса 3 относительно кольца 4 расширителя следующую обсадную трубу 28 спускают дальше через предыдущую обсадную трубу 24, и в результате кольцо 4 выходит наружу из нижней концевой части предыдущей обсадной трубы 24.

Как показано на фиг.8, спуск следующей обсадной трубы 28 продолжается до расположения верхней концевой части 30 следующей обсадной трубы 28 в нижней концевой части 25 предыдущей обсадной трубы 24. После этого цемент закачивают в кольцевое пространство 27 между следующей обсадной трубой 28 и стенкой ствола 20 скважины, при этом данный цемент аналогичен цементу, закачанному вокруг предыдущей обсадной трубы 24. В возможном варианте, но необязательно, цемент может быть закачан через небольшое кольцевое пространство между верхней концевой частью 30 (еще не расширенной) следующей обсадной трубы 28 и нижней концевой частью 25 предыдущей обсадной трубы 24.

После этого следующую обсадную трубу 28 расширяют в радиальном направлении аналогично тому, как осуществляется расширение предыдущей обсадной трубы 24, в результате чего нижняя концевая часть 32 следующей обсадной трубы 28 расширяется до внутреннего диаметра D1, а остальная часть следующей обсадной трубы 28 расширяется до внутреннего диаметра D2. Аналогично процессу расширения обсадной трубы 24 кольцо 4 расширителя остается в нижней концевой части 32 следующей обсадной трубы 28 во время расширения остальной части следующей обсадной трубы 28. Слой цемента, имеющийся вокруг следующей обсадной трубы 28, затвердевает после того, как вся обсадная труба 28 будет расширена в радиальном направлении.

После этого процесс дальнейшего бурения и крепления ствола 20 скважины обсадными трубами повторяется так же, как описано со ссылкой на фиг.6-8, до достижения стволом скважины его конечной глубины.

Вместо присоединения подъемной колонны к расширителю посредством соединителя подъемная колонна может быть соответствующим образом пропущена через отверстие расширителя и на ней может быть предусмотрена гайка у заднего конца расширителя. Кроме того, подъемная колонна может быть привинчена к расширителю.

В подробном описании, приведенном выше, указано, что фиксирующее устройство с гидравлическим управлением обеспечивает фиксацию кольца расширителя относительно основного корпуса. Кольцо расширителя также может быть присоединено к основному корпусу с помощью чисто механической системы (то есть без гидравлического управления), такой как J-образный паз.

Вместо использования цемента с замедленным сроком схватывания, который затвердевает только после длительного периода времени, можно использовать цемент в комбинации с ускорителем схватывания, который выпускают в кольцевое пространство (и выпуск его начинается) при расширении обсадной трубы.

Как правило, необходимо закрепить каждую следующую обсадную трубу в стволе скважины во время подъема расширителя через нее. Такое крепление может быть выполнено посредством клиньев, расположенных в предыдущей обсадной колонне и в верхней концевой части следующей обсадной колонны. Кроме того, следует учитывать то, что, как правило, обсадная труба укорачивается во время ее расширения в радиальном направлении.

Вместо подъема расширителя через трубчатый элемент посредством подъемной колонны расширитель может быть поднят через трубчатый элемент за счет давления нагнетания путем использования соответствующей рабочей жидкости.

В вышеприведенном подробном описании везде был использован термин "обсадная труба", однако в равной степени можно было использовать термин "хвостовик". В этой связи следует не принимать во внимание часто используемый термин "обсадная труба" для обозначения трубчатого элемента, который проходит до поверхности, и "хвостовик" для обозначения трубчатого элемента, который проходит только в нижней части ствола скважины.

1. Способ радиального расширения трубчатого элемента, проходящего в ствол скважины и имеющего первую часть, подлежащую расширению до первого диаметра, и вторую часть, подлежащую расширению до второго диаметра, причем первый диаметр превышает второй диаметр, включающий следующие операции:

а) размещение в стволе скважины расширителя, содержащего первый элемент расширителя и второй элемент расширителя, причем первый элемент имеет больший наружный диаметр, чем второй элемент, и указанные элементы соединены друг с другом с возможностью разъединения;

б) перемещение расширителя через первую часть трубчатого элемента для ее расширения до первого диаметра;

в) отсоединение второго элемента расширителя от первого элемента расширителя;

г) перемещение второго элемента расширителя через вторую часть трубчатого элемента для ее расширения до второго диаметра.

2. Способ по п.1, в котором первая часть трубчатого элемента представляет собой нижнюю концевую часть трубчатого элемента, а вторая часть трубчатого элемента представляет собой остальную часть трубчатого элемента.

3. Способ по п.2, в котором трубчатый элемент представляет собой предыдущий трубчатый элемент и колонна трубчатых элементов включает следующий трубчатый элемент, и способ дополнительно содержит следующие операции:

д) после операции г) спуск следующего трубчатого элемента через предыдущий трубчатый элемент до расположения верхней концевой части следующего трубчатого элемента в нижней концевой части предыдущего трубчатого элемента;

е) расширение верхней концевой части следующего трубчатого элемента до ее расположения в нижней концевой части предыдущего трубчатого элемента с обеспечением уплотнения относительно нижней концевой части.

4. Способ по п.3, в котором верхнюю концевую часть следующего трубчатого элемента расширяют по существу до второго диаметра.

5. Способ по п.3 или 4, в котором первый элемент расширителя остается в нижней концевой части предыдущего трубчатого элемента, у нижнего конца следующего трубчатого элемента предусмотрен второй элемент расширителя или аналогичный элемент расширителя, и способ дополнительно включает следующие операции:

ж) после прохода второго элемента расширителя или аналогичного элемента расширителя через нижнюю концевую часть предыдущего трубчатого элемента присоединение второго элемента расширителя или аналогичного элемента расширителя к первому элементу расширителя;

з) перед операцией е) перемещение расширителя через нижнюю концевую часть следующего трубчатого элемента для расширения нижней концевой части следующего трубчатого элемента по существу до первого диаметра;

и) отсоединение первого элемента расширителя от второго элемента расширителя;

к) перемещение второго элемента расширителя через остальную часть следующего трубчатого элемента для расширения остальной части по существу до второго диаметра.

6. Способ по п.3 или 4, в котором множество следующих трубчатых элементов расширяют в стволе скважины и в котором операции д)-к) повторяют для каждого комплекта соседних трубчатых элементов.

7. Способ по любому из пп.1-4, в котором элементы расширителя соединены друг с другом с помощью фиксирующего устройства.

8. Способ по любому из пп.3 и 4, в котором колонна трубчатых элементов представляет собой колонну обсадных труб ствола скважины.