Система для расширения пустотелого элемента в стволе скважины

Изобретение относится к системе для расширения пустотелого элемента, расположенного в стволе скважины, сформированной в земле. Система содержит расширительное устройство, систему активирования для инициирования перемещения расширительного устройства через пустотелый элемент. Система активирования содержит несколько активирующих устройств. Система дополнительно содержит систему управления, предназначенную для управления системой активирования, блок дистанционного управления и соответствующее устройство управления для каждого активирующего устройства. Блок дистанционного управления смонтирован так, чтобы передавать акустический сигнал на акустический проводник, выбранный из указанного пустотелого элемента и другого вытянутого элемента, расположенного в стволе скважины. Каждое устройство управления приспособлено для получения указанного акустического сигнала от акустического проводника и для управления соответствующим активирующим устройством при получении указанного акустического сигнала. Каждое устройство управления снабжено соответствующим источником энергии, предназначенным для приведения в действие соответствующих активирующих устройств при различных частотах или громкостях акустических сигналов. Обеспечивает управление активирующими устройствами в выбранной последовательности. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение касается системы, предназначенной для расширения пустотелого элемента, расположенного в стволе скважины, сформированной в земле. Обычно подобные системы содержат расширительное устройство, предназначенное для расширения пустотелого элемента посредством движения расширительного устройства по направлению оси через пустотелый элемент, и систему активирования, предназначенную для того, чтобы инициировать перемещение расширительного устройства через пустотелый элемент, причем система активирования содержит, по крайней мере, одно активирующее устройство.

Диаметр обычных пустотелых элементов стволов скважин, таких как обсадные колонны стволов скважин, ступенчато уменьшается с ростом глубины ствола скважины. Это происходит из-за того, что нижний пустотелый элемент должен опускаться через ранее установленные более высокие пустотелые элементы и, таким образом, имеет меньший диаметр, чем более высокие пустотелые элементы.

Ранее пытались расширить более узкие колонны обсадных труб ствола скважины многими способами, причем обычная концепция состояла в том, чтобы тянуть или проталкивать расширительное устройство (также называемое оправкой) через более низкую обсадную колонну. Проблема такой технологии заключается в том, что трудно управлять скважинной системой активирования с поверхности, так как подобная система активирования обычно содержит различные активирующие устройства с такими компонентами, как клапаны или моторы, которыми надо управлять в конкретной последовательности.

Цель настоящего изобретения заключается в улучшении системы расширения пустотелых элементов, расположенных в стволе скважины.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается система, служащая для расширения пустотелого элемента, расположенного в стволе скважины, сформированном в земле, данная система содержит:

- расширительное устройство, предназначенное для расширения пустотелого элемента посредством движения расширительного устройства в направлении оси через пустотелый элемент;

- систему активирования, предназначенную для того, чтобы инициировать перемещение расширительного устройства через пустотелый элемент, причем система активирования содержит, по крайней мере, одно активирующее устройство; и

- систему управления, которая предназначена для управления системой активирования и содержит блок дистанционного управления и соответствующее устройство управления для каждого активирующего устройства, блок дистанционного управления смонтирован так, чтобы передавать акустический сигнал на акустический проводник, выбранный из указанного пустотелого элемента и другого удлиненного элемента, расположенного в стволе скважины, каждое устройство управления приспособлено для получения акустического сигнала от акустического проводника и для управления соответствующим активирующим устройством при получении указанного акустического сигнала.

С помощью передачи конкретного акустического сигнала через пустотелый элемент или через другой удлиненный элемент добиваются того, чтобы только конкретное устройство управления реагировало на конкретный сигнал, в то время как остальные устройства управления реагировали на другие конкретные сигналы. Таким образом добиваются того, что активирующими устройствами можно оперировать в выбранной последовательности, выдавая в пустотелый или удлиненный элемент конкретные акустические сигналы в соответствующей последовательности.

Соответственно указанным другим удлиненным элементом может быть основная часть жидкости, содержащейся в пустотелом элементе.

Предпочтительно каждое устройство управления снабжается соответствующим источником энергии, предназначенным для того, чтобы приводить в действие соответствующее активирующее устройство при получении устройством управления упомянутого акустического сигнала. Например, таким источником энергии может служить либо гидравлический источник энергии, либо электрический источник энергии, либо механический источник энергии.

Далее настоящее изобретение будет подробно описываться на примере со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 схематически изображен вариант реализации системы, служащей для расширения колонны обсадных труб в стволе скважины.

На фиг.2-7 схематически показаны детали реализации с фиг.1 на различных стадиях процесса расширения, как более подробно будет описываться ниже.

На данных фигурах одинаковыми числами обозначены одинаковые компоненты.

На фиг.1 показан ствол 1 скважины, сформированный в земле 2. Ствол 1 скважины снабжен верхней колонной 4 обсадных труб, которая выступает из оборудования 5 устья скважины на поверхность, и нижней колонной 6 обсадных труб, тянущейся от оборудования 5 устья скважины через верхнюю обсадную колонну 4 до глубины рядом с дном ствола 1 скважины. Спусковая колонна 8 тянется от буровой установки (не показана) на поверхности через нижнюю обсадную колонну 6 и присоединена к расширительному устройству 10, предназначенному для расширения нижней обсадной колонны 6 в радиальном направлении. Расширительное устройство 10 располагается сразу за нижней конечной частью нижней обсадной колонны 6. Спусковая колонна 8 снабжена каналом для жидкости, который сообщается со сквозным отверстием, выполненным в расширительном устройстве 10, и служит для закачивания рабочей жидкости в пространство, расположенное ниже расширительного устройства 10.

Система 12 активирования обеспечивает подъем и проталкивание расширительного устройства 10 через нижнюю обсадную колонну 6 с целью ее расширения. Система 12 активирования содержит три активирующих устройства, то есть гидравлическое подъемное устройство 14 (называемое в дальнейшем "усилитель"), расширяющееся закрепляющее приспособление 16, служащее для закрепления верхней концевой части усилителя 14 на внутренней поверхности нижней обсадной колонны 6 и расширяемый трубный пакер 18, предназначенный для уплотнения внутренней части нижней обсадной колонны 6. Трубный пакер 18 крепится к расширительному устройству 10 с помощью разъемного соединительного устройства 20. Усилитель 14 содержит два раздвижных элемента 22, 24, которые способны двигаться относительно друг друга по направлению оси внутри друг друга при приложении гидравлической энергии к усилителю через спусковую колонну 8.

Система управления предназначена для управления усилителем 14, расширяющимся закрепляющим приспособлением 16 и расширяемым трубным пакером 18. Система управления содержит блок 26 дистанционного управления, расположенный на поверхности, и соответствующее устройство управления (не показано) для каждого активирующего устройства 14, 16, 18, каждое устройство управления расположено на том устройстве, которому оно принадлежит. Блок 26 дистанционного управления соединен с помощью линии 28 управления с акустическим передающим устройством 30, предназначенным для передачи акустических сигналов в нижнюю обсадную колонну 6. Каждое устройство управления содержит акустическое приемное устройство, которое дает возможность устройству управления получать акустические сигналы от нижней обсадной колонны 6. Более того, каждое устройство управления снабжено соответствующим источником энергии, который служит для запуска соответствующего активирующего устройства при получении устройством управления акустического сигнала. Каждый источник энергии может быть либо гидравлическим источником энергии, либо электрическим источником энергии, либо механическим источником энергии. Источники энергии установлены с целью приведения в действие соответствующих активирующих устройств при различных акустических сигналах. Например, акустические сигналы могут различаться по частоте или громкости.

Подходящая система управления с акустическими приемным и передающим устройствами, которую можно использовать при реализации изобретения, описана в WO 92/06278.

На фиг.2 показана нижняя часть нижней обсадной колонны 6 до ее расширения, где расширяющееся закрепляющее приспособление 16 расширяется относительно внутренней поверхности обсадной колонны 6 так, чтобы закрепить верхнюю концевую часть усилителя 14 на обсадной колонне 6.

На фиг.3 показана система 12 активирования после того, как расширительное устройство 10 было поднято на небольшое расстояние в нижнюю часть нижней обсадной колонны 6 с помощью усилителя 14.

На фиг.4 изображена система 12 активирования во время дальнейшего расширения нижней обсадной колонны 6 при помощи закачивания жидкости ниже расширительного устройства 10.

На фиг.5 показано система 12 активирования после расширения перекрывающихся частей первой и нижней обсадных колонн 4, 6.

На фиг.6 изображена система 12 активирования после повторного присоединения расширяемого трубного пакера 18 к расширительному устройству 10.

На фиг.7 показана система 12 активирования во время возникновения нештатной ситуации.

При нормальном использовании верхняя обсадная колонна 4 устанавливается и цементируется в стволе скважины, где ствол 1 скважины далее бурится и в ствол скважины спускается нижняя обсадная колонна 6. Нижняя обсадная колонна спускается в ствол 1 скважины одновременно со спускаемой колонной 8, на которой подвешены гидравлическое подъемное устройство, усилитель 14 и расширяемый трубный пакер 18. Возможно, чтобы обсадная колонна 6 во время спуска подвешивалась с помощью расширительного устройства 10, усилителя 14 и спусковой колонны 8.

Блок 26 дистанционного управления далее отправляет первый акустический сигнал в нижнюю обсадную колонну 6 с помощью передающего устройства 30. Первый акустический сигнал выбирается таким образом, чтобы источник энергии расширяющегося, закрепляющего приспособления 16 прореагировал на данный сигнал. Сигнал улавливается устройством управления расширяющегося, закрепляющего приспособления 16 посредством акустического приемного устройства и в результате расширяющееся закрепляющее приспособление 16 расширяется относительно обсадной колонны 6, где верхняя часть увеличителя сил становится прикрепленной к обсадной колонне 6, как показано на фиг.2.

На следующем шаге блок 26 дистанционного управления посылает второй акустический сигнал в нижнюю обсадную колонну 6 посредством передающего устройства 30, причем второй акустический сигнал выбирается таким, что усилитель 14 приводится в действие своим соответствующим источником энергии. В связи с этим усилитель 14 тянет расширительное устройство 10 (с присоединенным к нему трубным пакером 18) на небольшое расстояние в нижнюю часть нижней обсадной колонны 6 и таким образом расширяет указанную нижнюю часть, как показано на фиг.3.

Далее блок 26 дистанционного управления посылает третий акустический сигнал в нижнюю обсадную колонну 6 посредством передающего устройства 30. Третий акустический сигнал выбирается таким, чтобы источник энергии расширяющегося, закрепляющего приспособления 16 делал так, чтобы расширяющееся, закрепляющее приспособление 16 перемещалось назад от внутренней поверхности обсадной колонны 6.

Четвертый акустический сигнал далее передается нижней обсадной колонне 6 с целью того, чтобы источник энергии расширяемого трубного пакера 18 воздействовал на трубный пакер 18 так, чтобы он расширялся относительно внутренней поверхности расширенной части нижней обсадной колонны 6, что приводит к уплотнению нижней обсадной колонны 6, и чтобы трубный пакер 18 отцеплялся от расширительного устройства 10 посредством рассоединения соединительного устройства 20. После этого рабочая жидкость закачивается через спусковую колонну 8 и сквозное отверстие в расширительном устройстве 10 в пространство между расширительным устройством 10 и трубным пакером 18. Данное закачивание приводит к тому, что расширительное устройство 10 перемещается вверх по нижней обсадной колонне 6 и таким образом расширяет ее, как показано на фиг.4.

Когда расширительное устройство 10 доходит до перекрывающихся частей верхней обсадной колонны 4 и нижней обсадной колонны 6, то данные перекрывающиеся части расширяются одновременно, как показано на фиг.5. Понятно, что сила, необходимая для того, чтобы продвигать расширительное устройство 10 через перекрывающиеся части, должна быть больше, чем раньше. Ввиду этого может быть полезно, чтобы перекрывающаяся часть верхней обсадной колонны 4 имела меньшую прочность.

На следующем шаге расширительное устройство 10 спускается через вторую обсадную колонну 6 на спусковой колонне 8 до тех пор, пока расширительное устройство 10 не зацепится снова за трубный пакер 18 с помощью соединительного устройства 20. В связи с этим надо заметить, что внутренний диаметр расширенной обсадной колонны 6 естественно немного больше, чем внешний диаметр расширительного устройства 10, так что спуск расширительного устройства 10 должен проходить без затруднений. Далее система 12 активирования поднимается на поверхность с помощью спусковой колонны 8, как показано на фиг.6.

При повреждении нижней обсадной колонны 6 проталкивание расширительного устройства 10 через нижнюю обсадную колонну 6 может не всегда быть возможным при трубном пакере 18, расположенном в нижней части обсадной колонны 6. Это происходит потому, что поврежденный участок может не выдерживать высокого внутреннего давления жидкости. В таких случаях трубный пакер 18 может устанавливаться на расстоянии от нижней концевой части нижней обсадной колонны 6, то есть выше поврежденного участка обсадной колонны 6. Данная ситуация показана на фиг.7.

1. Система, служащая для расширения пустотелого элемента, расположенного в стволе скважины, сформированной в земле, данная система содержит расширительное устройство, предназначенное для расширения пустотелого элемента посредством движения расширительного устройства в осевом направлении через пустотелый элемент, систему активирования, предназначенную для того, чтобы инициировать перемещение расширительного устройства через пустотелый элемент, причем система активирования содержит несколько активирующих устройств, отличающаяся тем, что данная система дополнительно содержит систему управления, которая предназначена для управления системой активирования и содержит блок дистанционного управления и соответствующее устройство управления для каждого активирующего устройства, блок дистанционного управления смонтирован так, чтобы передавать акустический сигнал на акустический проводник, выбранный из указанного пустотелого элемента и другого вытянутого элемента, расположенного в стволе скважины, каждое устройство управления приспособлено для получения указанного акустического сигнала от акустического проводника и для управления соответствующим активирующим устройством при получении указанного акустического сигнала, где каждое устройство управления снабжено соответствующим источником энергии, данные источники энергии предназначены для того, чтобы приводить в действие соответствующие активирующие устройства при различных частотах или громкостях акустических сигналов.

2. Система по п.1, где указанный пустотелый элемент является колонной обсадных труб ствола скважины.

3. Система по любому из пп.1 и 2, где указанный другой удлиненный элемент является основной частью жидкости, содержащейся в пустотелом элементе.

4. Система по любому из пп.1 и 2, где каждое устройство управления снабжается соответствующим источником энергии, предназначенным для того, чтобы приводить в действие соответствующее активирующее устройство при получении устройством управления упомянутого акустического сигнала.

5. Система по п.3, где каждое устройство управления снабжается соответствующим источником энергии, предназначенным для того, чтобы приводить в действие соответствующее активирующее устройство при получении устройством управления упомянутого акустического сигнала.

Приоритет по пунктам:

17.04.2003 по пп.1-5.