Способ и устройство для установки надувного пакера в субгидростатической скважине

Группа изобретений относится к способу и устройству для установки надувного пакера в субгидростатической скважине. Сборка для установки надувного пакера содержит гибкую трубу, надувной пакер, клапан обратного давления и дренажный клапан. Клапан обратного давления расположен на участке по потоку перед надувным пакером и выполнен с возможностью предотвращения надувания надувного пакера при его перемещении от поверхности скважины к участку установки пакера. Дренажный клапан расположен на участке по потоку после надувного пакера для обеспечения потока текучей среды через него и предотвращения непреднамеренного надувания надувного пакера. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится, в общем, к способу и устройству для надувания надувного пакера в субгидростатической скважине.

Надувные пакеры могут быть прикреплены к гибкой трубе и опущены в скважину для выполнения различных операций в углеводородных скважинах. Например, такие операции включают в себя, но не ограничиваются на установку надувного пакера (то есть расширение пакера для герметизации зоны скважины) и способствование формированию скважины над или под пакером посредством прокачивания обрабатывающей текучей среды, например кислоты в формации, и установки надувного пакера и прокачивания воды, изолирующей текучую среду над или под пакером, для остановки потока воды в скважину из конкретной зоны формации.

В каждом из этих планов действий пакер обычно возвращается в исходное положение и поднимается из скважины в конце скважинной операции. В другом плане действий пакер устанавливается, и затем гибкая труба отсоединяется от него. Затем цементный раствор может быть залит поверх пакера, образуя пробку в скважине. В этом случае пакер навсегда остается в скважине.

Для пакера, например надувного пакера, для правильной работы является желательным, чтобы перепад давления между внутренней и внешней частями пакера оставался ниже конкретного дифференциального порога. Этот порог является разным для разных конструкций пакера. Когда степень расширения пакера увеличивается (другими словами, когда пакер надувается в более широких скважинах, или когда величина радиального расширения, требующаяся для сцепления пакера со стенкой скважины, растет), перепад давления, который пакер может выдержать, уменьшается. Во многих случаях это является ограничивающим фактором для операций надувного пакера. Зачастую, во время разработки скважинной операции, оператору требуется просчитывать установочный диаметр пакера и каким будет перепад давления на разных этапах операции.

Обычно давление внутри гибкой трубы прикладывается к пакеру во время надувания или расширения пакера. Это давление создается гидростатическим давлением столба текучей среды в гибкой трубе и насосом, соединенным с гибкой трубой на поверхности скважины.

Наиболее распространенные способы создания давления заполнения в надувном пакере для радиального расширения и "установки" пакера в скважине выполняются посредством расширения прохода и посредством расширения круглой головки. При расширении прохода текучая среда гибкой трубы прокачивается через один проход или группу проходов. Часть текучей среды проходит в пакер и используется для надувания пакера. Это представляет собой процесс надувания, зависящий от расхода текучей среды. Расход текучей среды увеличивается шаг за шагом, и на каждом шаге больше текучей среды проходит в пакер. При расширении круглой головки текучая среда гибкой трубы направляется непосредственно в пакер. Это представляет собой технологию надувания, зависящую от расхода текучей среды. Следовательно, это представляет собой более сложный для управления тип процесса надувания. Так как пакеры требуют только очень небольшого объема текучей среды (обычно около 3-15 галлонов), процесс надувания выполняется посредством прерывистого прокачивания вместо постоянного прокачивания, которое требуется для расширения прохода.

Скважины, имеющие низкое давление в забое, ставят очень сложную задачу при эксплуатации надувных пакеров. В этих скважинах гидростатическое давление текучей среды внутри гибкой трубы больше, чем давление в забое скважины, что может вызвать непреднамеренное начало надувания надувного пакера, когда гибкая труба опускается в скважину. Для предохранения надувного пакера от непреднамеренного надувания является распространенной практикой ограничивать количество текучей среды в гибкой трубе, когда она опускается в скважину. Это иногда называется бурением всухую и может включать заполнение гибкой трубы на около 20% от ее вместимости. Однако, хотя эта технология предотвращает проблему непреднамеренного надувания, она не является совершенной.

Следовательно, является желательным создать усовершенствованный способ и/или устройство для установки надувного пакера в субгидростатической скважине.

Вариант осуществления сборки для установки надувного пакера в скважине содержит гибкую трубу, надувной пакер, подлежащий установке в скважине, клапан обратного давления и дренажный клапан, обеспечивающий поток текучей среды через него и предотвращающий непреднамеренное надувание надувного пакера. В варианте осуществления, клапан обратного давления предохраняет надувной пакер от надувания при перемещении надувного пакера от поверхности скважины к положению, в котором требуется установка. В варианте осуществления, клапан обратного давления обеспечивает защиту для надувных элементов надувного пакера от нарушения равновесия между внутренней стороной и внешней стороной гибкой трубы. В варианте осуществления, дренажный клапан обеспечивает поток текучей среды через него до заданного расхода текучей среды без создания перепада давления. Дренажный клапан может содержать поршень, перемещающийся между открытым положением, обеспечивающим поток текучей среды через него, и закрытым положением, предотвращающим поток текучей среды через него.

В варианте осуществления, сборка дополнительно содержит наземное оборудование, соединенное с гибкой трубой и расположенное на поверхности скважины. Наземное оборудование может содержать, по меньшей мере, один насос для подачи текучей среды в гибкую трубу. В варианте осуществления, дренажный клапан содержит поршневую втулку, расположенную в нем, для селективного обеспечения потока текучей среды из клапана обратного давления и надувного пакера и в скважину. Поршневая втулка может перемещаться из закрепленного положения в положение ниже по стволу скважины. Поршневая втулка может открывать по меньшей мере один канал в дренажном клапане в положении ниже по стволу скважины для обеспечения взаимодействия текучей среды со скважиной.

Вариант осуществления способа выполнения скважинной операции содержит обеспечение сборки инструмента, содержащей гибкую трубу, надувной пакер, подлежащий установке в скважине, клапан обратного давления и дренажный клапан; предотвращение надувания надувного пакера посредством обеспечения вытекания текучей среды из сборки инструмента, перемещение сборки инструмента в скважину, установку надувного пакера и выполнение по меньшей мере одной скважинной операции. В варианте осуществления, предотвращение содержит обеспечение возможности потока текучей среды через дренажный клапан в скважину. Предотвращение может содержать обеспечение возможности заданной величины потока текучей среды через дренажный клапан в скважину. В варианте осуществления, установка содержит перемещение поршня в дренажном клапане из открытого положения в закрытое положение и предотвращение вытекания текучей среды из сборки инструмента. В варианте осуществления, установка содержит расширение прохода или расширение круглой головки.

В варианте осуществления, выполнение по меньшей мере одной скважинной операции содержит выполнение операции образования разрыва. В варианте осуществления, перемещение дополнительно содержит протекание текучей среды от поверхности в гибкую трубу. В варианте осуществления, выполнение содержит перемещение поршневой втулки в дренажном клапане в положение ниже по стволу скважины и открывание каналов в дренажном клапане для обеспечения протекания текучей среды из дренажного клапана в скважину.

Вариант осуществления способа надувания надувного пакера в субгидростатической скважине содержит обеспечение сборки инструмента, содержащей гибкую трубу, надувной пакер, подлежащий установке в скважине, клапан обратного давления и дренажный клапан, действующий для обеспечения потока текучей среды через него и предотвращения непреднамеренного надувания надувного пакера; перемещение сборки в субгидростатическую скважину; предотвращение надувания надувного пакера при перемещении; и установку надувного пакера. В варианте осуществления, установка содержит расширение прохода или расширение круглой головки. В варианте осуществления, предотвращение содержит обеспечение потока текучей среды из клапана обратного давления через надувной пакер и через дренажный клапан в скважину. В варианте осуществления, предотвращение содержит обеспечение возможности заданной величины потока текучей среды через дренажный клапан в скважину. В варианте осуществления, установка содержит перемещение поршня в дренажном клапане из открытого положения в закрытое положение и предотвращение вытекания текучей среды из сборки инструмента. В варианте осуществления, раскрыт способ надувания надувного пакера в субгидростатической скважине (то есть скважине, которая не может поддерживать столб жидкости). Этот способ представляет надежный метод надувания пакера посредством использования клапана обратного давления и дренажного клапана.

Раскрыты устройство и способ надувания надувного пакера в субгидростатической скважине. В варианте осуществления, сборка содержит надувной пакер, прикрепленный к гибкой трубе и дополнительно имеющий клапан обратного давления, и дренажный клапан для регулирования перемещения текучей среды в сборке.

Клапан обратного давления предохраняет надувной пакер от надувания при перемещении надувного пакера от поверхности скважины в положение, в котором требуется установка. Клапан обратного давления обеспечивает защиту для надувных элементов надувного пакера от выхода из равновесия между внутренней стороной и внешней стороной гибкой трубы. Дренажный клапан обеспечивает возможность потока текучей среды через него до заданного расхода текучей среды, без создания перепада давления.

Эти и другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны со ссылкой на нижеследующее подробное описание, при рассмотрении в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 - схематичное частичное сечение сборки инструмента в скважине;

фиг.2 - схематичное частичное сечение сборки инструмента;

фиг.3 и 4 - схематичные сечения, соответственно, варианта осуществления дренажного клапана;

фиг.5 - схематичное сечение варианта осуществления клапана обратного давления.

На фиг.1 и 2 вариант осуществления сборки инструмента, содержащей надувной пакер, в целом обозначен позицией 100. Сборка 100 инструмента может содержать надувной пакер 102, соединенный с колонной гибкой трубы 104, и также может содержать клапан 106 обратного давления и дренажный клапан 108. Сборка 100 инструмента используется для опускания в скважину 110 для выполнения различных скважинных операций. Колонна 104 гибкой трубы может быть присоединена к подходящему наземному оборудованию 112, например насосу(ам) или тому подобному, для подачи текучей среды под давлением к сборке 100 инструмента через внутреннюю часть колонны 104 гибкой трубы или через межтрубное пространство 105, образованное между скважиной 110 и колонной 104 гибкой трубы, для выполнения различных скважинных операций и тому подобного, как будет понятным для специалистов в данной области.

Будучи опущенной в скважину 110, колонна 104 гибкой трубы, как правило, заполняется текучей средой, например текучей средой для обслуживания скважин или тому подобным, давление которой повышается по мере того, как колонна 104 гибкой трубы дальше опускается в скважину 110. Давление создается гидростатическим давлением столба текучей среды в гибкой трубе 104 и/или с помощью насоса 112, присоединенного к гибкой трубе 104 на поверхности 114 скважины 110. Другое подходящее наземное оборудование может содержать узел намотки гибкой трубы, инжектор гибкой трубы, и аналогичное оборудование, как будет понятным для специалистов в данной области.

В варианте осуществления, клапан 106 обратного давления обеспечивает необходимую защиту для надувного пакера 102 от выхода из равновесия, вызванного перепадом между внутренней стороной и внешней стороной гибкой трубы 104 (то есть давления в скважине 110). Во время перемещения инструмента или сборки 100 инструмента от поверхности 114 в область скважины 110, где является желательной установка пакера, клапан 106 обратного давления создает сопротивление достижению текучей средой пакера 102 с помощью предотвращения протекания текучей среды через него до тех пор, пока клапан 106 обратного давления приведен в действие, и посредством чего обеспечивает возможность протекания текучей среды.

Теперь ссылаясь на фиг.5, вариант осуществления клапана обратного давления показан, в общем, с помощью клапана 106. Клапан 106 обратного давления может содержать подвижное седло 250, смещающееся посредством пружины 355, расположенное напротив стационарного клапана 225 у поверхности 380 контакта, для обеспечения возможности протекания от камеры 310 выше по стволу скважины в камеру 320 ниже по стволу скважины, и дополнительно содержит множество создающих давление ограничителей 300 потока, расположенных ниже по стволу скважины относительно сборки 200 клапана. Ограничители 300 задают проход 375 для регулирования прохождения текучей среды через него. Работа клапана 106 обратного давления подробно описана в заявке на патент США № 12/135682 от 9 июня 2008 г. Клапан 106 обратного давления может быть любым соответствующим или подходящим клапаном обратного давления, например любым из тех, которые показаны и описаны в заявке на патент США № 12/135682 от 9 июня 2008 г.

Клапан 106 обратного давления также может иметь уплотнение "металл к металлу", например, на поверхности 380 контакта между стационарным клапаном 225 и седлом 250. Следовательно, небольшое количество текучей среды может проходить через клапан 106. Хотя протечка является небольшой, так как пространство между клапаном 106 обратного давления и пакером 102 является постоянным или фиксированным, протечка может повысить давление в сборке 100 инструмента, что может привести к непреднамеренному преждевременному надуванию элементов надувного пакера 102. Следовательно, в варианте осуществления, инструмент или сборка 100 инструмента также содержит дренажный клапан 108 для уменьшения этой проблемы и снижения вероятности непреднамеренного надувания пакера 102. То есть, дренажный клапан 108 обеспечивает возможность протекания через него потока до определенной величины без создания перепада давления. Как только оператор решает расширить пакер 102, давление насоса 112 поднимается. При заданном давлении дренажный клапан 108 не позволяет оператору повышать давление в сборке 100 инструмента для надувания пакера.

На фиг.3 и 4 показан вариант осуществления дренажного клапана 108. Клапан 108 содержит корпус 120 клапана, задающий внутреннюю часть 121, которая открыта от конца 122 выше по стволу скважины к концу 124 ниже по стволу скважины. Поршневая втулка 123 расположена во внутренней части 121, и сопло 125 прикреплено к концу 124 ниже по стволу скважины, например, посредством резьбового соединения или любого подходящего соединения. Поршень 126 расположен в поршневой втулке 123 и в пределах канала 122 протекания и смещается в открытое положение с помощью пружины 128. Когда смещен в открытое положение, поршень 126 открывает канал 130 протекания между нижней частью поршня 126 и посадочным местом 132. Следовательно, поток текучей среды из клапана 106 обратного давления протекает из выходного отверстия клапана 106 обратного давления через пакер 102, через конец 122 выше по стволу скважины к концу 124 ниже по стволу скважины, через пространство между поршнем 126 и поршневой втулкой 123, и канал 130 протекания между поршнем 126 и посадочным местом 132 и из канала 130 протекания, заданного соплом 125. Уплотнительное кольцо 134 обеспечивает герметичность между внешней поверхностью поршневой втулки 123 и внутренней поверхностью корпуса 120 клапана и обеспечивает, чтобы протекание текучей среды было направлено к каналу 130 протекания и в итоге в скважину 110.

Когда поток и/или давление увеличивается рядом с концом 122 выше по стволу скважины дренажного клапана 108, давление оказывает воздействие на рабочую поверхность 126а поршня. Когда давление на рабочей поверхности 126а достигает заданного значения, результирующее усилие, созданное таким образом, сжимает пружину 128 и заставляет нижнюю часть поршня 126 перемещаться к посадочному месту 132 в закрытое положение. Следовательно, протекание через дренажный клапан 108 прекращается, что позволит пакеру 102 расшириться посредством расширения прохода или расширения круглой головки, как подробно описано выше, или посредством любой подходящей технологии надувания.

Поток и/или давление могут быть дополнительно увеличены после или во время надувания пакера 102 до заданного значения, результирующее усилие которого может срезать срезной штифт или штифты 136, которые прикрепляют поршневую втулку 123 к корпусу 120 клапана. Штифты 136 расположены в радиальных отверстиях 137, образованных в корпусе 120 клапана, и в соответствующем пазе или углублении, образованном в поршневой втулке 123. Как только штифты 136 срезаны, поршневая втулка 123 может перемещаться из закрепленного положения, показанного на фиг.4, в положение ниже по стволу скважины, показанное на фиг.5, таким образом поршневая втулка 123 прилегает к нижнему концу 124. В положении ниже по стволу скважины, поршневая втулка 123 открывает каналы 138, образованные в корпусе 120 клапана, таким образом текучая среда, протекающая из гибкой трубы 104, может обтекать пакер 102 и может быть направлена через каналы 138 в скважину 110 для выполнения операции по обслуживанию скважины при более высоких скоростях потока. Операция по облуживанию скважины может представлять собой операцию образования разрыва, операцию кислотной обработки, операцию перекрытия водоносных горизонтов, операцию ликвидации скважины, процедуру опробования скважины, операцию гравийной засыпки, операцию по цементированию, перфорационную операцию или аналогичную операцию, как будет понятным для специалистов в данной области. Сборка 100 инструмента, содержащая надувной пакер 102, также может использоваться для регулирования давления в скважине, например, для обеспечения регулирования давления для замены наземного оборудования или трубы или для использования в качестве держателя оборудования ниже по стволу скважины для прикрепления дополнительных инструментов или тому подобного дальше по ходу относительно надувного пакера 102. Аналогичным образом, отверстия 137 также открыты, когда поршневая втулка 123 находится в положении ниже по стволу скважины, что обеспечивает выходное отверстие для любой текучей среды из внутренней части 121 дренажного клапана 108, которая выходит за пределы каналов 138.

Инструмент или сборка 100 инструмента, предпочтительно, обеспечивает инструмент, содержащий надувной пакер и клапан обратного давления, который предотвращает непреднамеренное надувание пакера посредством обеспечения выходного канала для утечки через клапан обратного давления, например, посредством дренажного клапана или тому подобного. Дренажный клапан дополнительно может быть выполнен для обеспечения канала протекания для операций по обслуживанию скважины.

Предшествующее описание было представлено со ссылками на конкретные иллюстративные варианты осуществления изобретения. Специалистам в данной области техники и технологии, к которым относится это изобретение, будет понятным, что модификации и изменения в описанных конструкциях и способах работы могут быть осуществлены без значимого отступления от идеи и объема этого изобретения. Соответственно, вышеприведенное описание не следует считать относящимся только к определенным конструкциям, описанным и показанным в прилагаемых чертежах. Взамен, объем заявки следует определять прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются только иллюстративными, так как изобретение может быть изменено и осуществлено другими, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области, получающими пользу от идей настоящего описания. Кроме того, ограничения не предназначены для элементов конструкции или образцов, показанных здесь, нежели чем описано в нижеследующей формуле изобретения. Следовательно, является очевидным, что конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие варианты считаются в пределах объема и идеи изобретения. В частности, каждый интервал значений (вида "от, около, а до, около, b" или, эквивалентно, "от, приблизительно, а до b" или, эквивалентно, "от, приблизительно, а-b"), раскрытый здесь, следует понимать как ссылку на степенное множество (множество всех подмножеств) соответствующего интервала значений. Соответственно, желаемая здесь защита определена в нижеследующей формуле изобретения.

1. Сборка для установки надувного пакера в скважине, содержащая:
гибкую трубу,
надувной пакер, подлежащий установке в скважине.
клапан обратного давления, расположенный на участке по потоку перед надувным пакером и выполненный с возможностью предотвращения надувания надувного пакера при его перемещении от поверхности скважины к участку установки пакера, и
дренажный клапан, расположенный на участке по потоку после надувного пакера для обеспечения потока текучей среды через него и предотвращения непреднамеренного надувания надувного пакера.

2. Сборка по п.1, в которой клапан обратного давления обеспечивает защиту надувных элементов надувного пакера от нарушения равновесия между внутренней стороной и внешней стороной гибкой трубы.

3. Сборка по п.1, в которой дренажный клапан обеспечивает поток текучей среды через него до заданного расхода текучей среды без создания перепада давления.

4. Сборка по п.3, в которой дренажный клапан содержит поршень, перемещающийся между открытым положением, обеспечивающим поток текучей среды через него, и закрытым положением, предотвращающим поток текучей среды через него.

5. Сборка по п.1, дополнительно содержащая наземное оборудование, соединенное с гибкой трубой и расположенное на поверхности скважины.

6. Сборка по п.5, в которой наземное оборудование содержит по меньшей мере один насос для подачи текучей среды в гибкую трубу.

7. Сборка по п.1, в которой дренажный клапан содержит поршневую втулку, расположенную в нем, для селективного обеспечения потока текучей среды из клапана обратного давления и надувного пакера и в скважину.

8. Сборка по п.7, в которой поршневая втулка является перемещающейся из закрепленного положения в положение ниже по стволу скважины.

9. Сборка по п.8, в которой поршневая втулка открывает по меньшей мере один канал в дренажном клапане в положении ниже по стволу скважины для обеспечения сообщения по текучей среде со скважиной.

10. Способ выполнения скважинной операции, согласно которому обеспечивают сборку инструмента, содержащую гибкую трубу, надувной пакер, подлежащий установке в скважине, клапан обратного давления, расположенный на участке по потоку перед надувным пакером, и дренажный клапан, расположенный на участке после надувного пакера;
предотвращают надувание надувного пакера посредством обеспечения вытекания текучей среды из сборки инструмента за счет обеспечения протекания текучей среды из гибкой трубы через дренажный клапан в скважину;
перемещают сборку инструмента в скважину;
устанавливают надувной пакер и
выполняют по меньшей мере, одну скважинную операцию.

11. Способ по п.10, в котором при предотвращении надувания пакера обеспечивают заданную величину потока текучей среды через дренажный клапан в скважину.

12. Способ по п.10, в котором при установке перемещают поршень в дренажном клапане из открытого положения в закрытое положение и предотвращают вытекание текучей среды из сборки инструмента.

13. Способ по п.10, в котором при установке расширяют проход или расширяют круглую головку.

14. Способ по п.10, в котором при выполнении по меньшей мере одной скважинной операции выполняют операцию образования разрыва.

15. Способ по п.10, в котором при перемещении дополнительно пропускают текучую среду от поверхности в гибкую трубу.

16. Способ по п.10, в котором при выполнении перемещают поршневую втулку в дренажном клапане в положение ниже по стволу скважины и открывают каналы в дренажном клапане для обеспечения протекания текучей среды из дренажного клапана в скважину.

17. Способ надувания надувного пакера в субгидростатической скважине, согласно которому
обеспечивают сборку инструмента, содержащую гибкую трубу, надувной пакер, подлежащий установке в скважине, клапан обратного давления, расположенный на участке по потоку перед надувным пакером, и дренажный клапан, расположенный на участке по потоку после надувного пакера, обеспечивающий поток текучей среды через него и предотвращающий непреднамеренное надувание надувного пакера; перемещают сборку в субгидростатическую скважину; предотвращают надувание надувного пакера при перемещении и устанавливают надувной пакер.

18. Способ по п.17, в котором при установке расширяют проход или расширяют круглую головку.

19. Способ по п.17, в котором при предотвращении обеспечивают поток текучей среды из клапана обратного давления через надувной пакер и через дренажный клапан в скважину.

20. Способ по п.17, в котором при предотвращении обеспечивают заданную величину потока текучей среды через дренажный клапан в скважину.

21. Способ по п.17, в котором при установке перемещают поршень в дренажном клапане из открытого положения в закрытое положение и предотвращают вытекание текучей среды из сборки инструмента.