Внутрискважинный инструмент сброса пробки

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена в компоновке низа бурильной колонны для выполнения операции в забойной зоне скважины. Инструмент сброса пробки включает в себя корпус, образующий камеру, пробку, изначально установленную в камере, и элемент, установленный с корпусом. Элемент выполнен с возможностью приведения в действие для выборочного обеспечения связи между камерой и кольцевым пространством, по меньшей мере частично образованным корпусом. Пробка перемещается в кольцевое пространство, когда обеспечивается связь. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения скважинной операции за счет новой доставки пробки к забою. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Так называемые операции "установки пакера и перфорирования" хорошо известны в бурении и заканчивании скважин, особенно в отношении необычных запасов (нестандартный газ, сланцевый газ, газ и нефть в плотных породах, угольный метан и т.д.). В операции установки пакера и перфорирования спускается компоновка низа бурильной колонны, например, на каротажном кабеле в ствол скважины, который обычно обсажен, в котором выполнено цементирование и который может включать в себя как горизонтальную, так и вертикальную секции. Компоновка низа бурильной колонны включает в себя изолирующий инструмент, установочный инструмент и один или несколько стреляющих перфораторов. Установочный инструмент приводят в действие для изоляции зоны добычи с помощью изолирующего инструмента. Один или несколько стреляющих перфораторов затем устанавливают в стволе скважины и подрывают по сигналу, передаваемому по каротажному кабелю. Обычно шаровые пробки используют для изолирующих инструментов, например, при создании гидравлического сообщения с нижней зоной, которое обеспечивает достаточную подачу текучей среды для повторного развертывания стреляющих перфораторов в случае ненадлежащего срабатывания. После перфорирования компоновка низа бурильной колонны (без изолирующего инструмента) поднимается из скважины, и шар или другой закупоривающий элемент сбрасывается с поверхности для входа в контакт c гнездом изолирующего инструмента для блокирования потока текучей среды, проходящего через него. Когда способ срабатывает адекватно, требуется много времени и значительный объем текучей среды для подачи насосом шара в зону забоя. Мостовые пробки в некоторых случаях используют вместо шаровых пробок гидроразрыва, но данные мостовые пробки не обеспечивают упомянутого выше повторного развертывания отказавших стреляющих перфораторов. Соответственно, альтернативы для сокращения времени и ресурсов, требуемых в операциях установки пробок и их перемещения с поддержанием преимуществ шаровых пробок гидроразрыва, являются нужными в отрасли.

Инструмент сброса пробки включает в себя корпус, образующий камеру, пробку, изначально установленную в камере, и элемент, установленный с корпусом и выполненный с возможностью приведения в действие для выборочного обеспечения связи между камерой и кольцевым пространством, по меньшей мере частично образованным корпусом, причем пробка выполнена с возможностью перемещения в кольцевое пространство, когда обеспечивается связь.

Компоновка низа бурильной колонны включает в себя изолирующий инструмент, устанавливающий инструмент, функционально выполненный для установки изолирующего инструмента в конструкции зоны забоя скважины, причем устанавливающий инструмент вначале соединяется с изолирующим инструментом и отсоединяется от него после установки и инструмент сброса пробки соединен с устанавливающим инструментом, причем инструмент сброса пробки выполнен с возможностью сброса пробки, причем пробка функционально выполнена с возможностью перемещения к забою скважины и взаимодействия с изолирующим инструментом после отсоединения от устанавливающего инструмента для обеспечения изоляции изолирующим инструментом.

Способ выполнения операции в зоне забоя скважины включает в себя спуск компоновки низа бурильной колонны в конструкцию зоны забоя скважины, причем компоновка низа бурильной колонны включает в себя устанавливающий инструмент, изолирующий инструмент и инструмент сброса пробки, установку изолирующего инструмента в конструкции зоны забоя скважины с помощью устанавливающего инструмента, отсоединение устанавливающего инструмента от изолирующего инструмента, сброс пробки из инструмента сброса пробки и взаимодействие пробки с изолирующим инструментом для обеспечения изоляции изолирующим инструментом.

Следующие описания не следует считать ограничивающими ни в коей мере. На прилагаемых чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

На Фиг. 1 схематично показана внутрискважинная компоновка.

На Фиг. 2 показано сечение инструмента сброса пробки компоновки Фиг. 1 в закрытой конфигурации.

На Фиг. 3 показан вид сбоку инструмента сброса пробки Фиг. 2.

На Фиг. 4 схематично показaна внутрискважинная компоновка Фиг. 1 в конфигурации после приведения в действие.

На Фиг. 5 показано сечение инструмента сброса пробки, поддерживающего связь с кольцевым пространством.

На Фиг. 6 показан вид сбоку инструмента сброса пробки Фиг. 5.

Подробное описание одного или нескольких вариантов осуществления изобретенных устройств и способа со ссылкой на прилагаемые чертежи в данном документе является примером, а не ограничением.

На Фиг. 1 в варианте осуществления изобретения показaна компоновка 10, спущенная в конструкцию 12 зоны забоя скважины. Конструкция зоны забоя скважины может, например, являться стволом скважины, оборудованным хвостовиком, обсаженным стволом с цементированием и т.д. Компоновка 10, например, спускается в скважину с использованием системы каротажного кабеля. В показанном варианте осуществления компоновка 10 включает в себя изолирующий инструмент 14, устанавливающий инструмент 16, стреляющий перфоратор 18 и инструмент 20 сброса пробки.

Например, в одном варианте осуществления компоновка 10 является компоновкой низа бурильной колонны для операции установки пакера и перфорирования. В данном варианте осуществления компоновка 10 устанавливается в зоне забоя скважины, и изолирующий инструмент 14 устанавливается в конструкции 12 с помощью устанавливающего инструмента 16 для изоляции продуктивной зоны 22. Изолирующий инструмент 14 и устанавливающий инструмент 16 могут являться любыми подходящими инструментами, известными в технике. Например, изолирующий инструмент 14 может являться извлекаемым, разбуриваемым и т.д. и выполненным из композитов, металлов, полимеров и т.д. В одном варианте осуществления устанавливающий инструмент 16 является устанавливающим инструментом Е-4, серийно производимым и поставляемым Baker Hughes, Inc. Устанавливающий инструмент 16 отсоединяется от изолирующего инструмента 14 после установки последнего, и стреляющий перфоратор 18 устанавливается в конструкции 12 для перфорирования зоны 22, как в общем показано на Фиг. 4. Несколько стреляющих перфораторов можно включить в компоновку 10 для образования нескольких перфорированных секций в каждой продуктивной зоне.

После перфорирования отсоединенные инструменты компоновки 10 удаляются (изолирующий инструмент 14 остается в скважине), и пробка 24, соответствующая комплементарно выполненному гнезду в изолирующем инструменте 14, сбрасывается в зону забоя скважины для изоляции противоположных сторон пакерующего инструмента 14, например, при этом обеспечивая повышение давления для гидроразрыва продуктивной зоны 22 через перфорации, образованные стреляющим перфоратором (перфораторами) 18. Пробка 24 может являться шаром или иметь любую другую подходящую форму для размещения в изолирующем инструменте 14. Изолирующий инструмент 14 может включать в себя любое подходящее гнездо, например такое, как предложено в патенте United States Patent No. 7600572, Slup et al., полностью включено в виде ссылки в данном документе.

Предпочтительно, компоновка 10 включает в себя такой инструмент 20 сброса пробки, что пробку 24 можно сбрасывать до или в процессе подъема компоновки 10 из скважины, так что пробка 24 при сбросе проходит только расстояние в несколько футов, значительно меньше расстояния, которое проходят пробки в обычных системах, составляющего сотни или тысячи футов от поверхности. Согласно указанному выше, инструмент 20 сброса пробки вначале находится в положении, показанном на Фиг. 2 и 3, во время спуска в скважину и перфорирования и переходит в положение, показанное на Фиг. 5 и 6, для развертывания пробки 24 после перфорирования.

В начальной конфигурации инструмента 20, показанной на Фиг. 2 и 3, клапанный элемент 26 установлен с окном 28, образованным в корпусе 30 инструмента 20 сброса пробки. Окно 28 поддерживает связь с кольцевым пространством 32, образованным между компоновкой 10 и конструкцией 12, но, как показано на Фиг. 2, его связь с камерой 34, выполненной в корпусе 30, блокируется. Блокирование окна 28 соответственно блокирует связь между камерой 34 и кольцевым пространством 32. Благодаря блокированию связи между камерой 34 и кольцевым пространством 32, пробка 24, расположенная в камере 34, может спускаться в скважину и перемещаться с инструментом 20. Трубная головка 36 включена в состав инструмента 20 для предотвращения выхода пробки 24 из камеры 34 во время спуска в скважину и установки на нужное место стреляющих перфораторов 18. Как трубная головка 36, так и клапанный элемент 26 могут выполняться в виде муфт или стержней, имеющих сквозные каналы для обеспечения прохода потока текучей среды через инструмент 20.

Трубная головка 36 крепится к клапанному элементу 26 с помощью по меньшей мере одной стойки 38 для обеспечения передачи сил, действующих на трубную головку 36, на клапанный элемент 26. Например, инструмент 20 может включать в себя ходовой винт, пружину или другой упругий элемент, компоненты электромагнитного или гидравлического управления и т.д. или любое другое устройство, механизм или систему, выполненную для приведения в действие клапанного элемента 26. Данная исполнительная система может срабатывать, например, по сигналу, переданному по каротажному кабелю, на котором компоновка 10 спускается в скважину. По меньшей мере один высвобождающий элемент 40, например установочный винт, можно включать в состав для предотвращения преждевременного приведения в действие клапанного элемента 26, например, до приложения заданной пороговой силы к трубной головке 36.

Кроме того, понятно, что в дополнение или альтернативно аксиальному перемещению элемент 26 можно приводить в действие иначе, например с помощью вращения можно совмещать стойки 38 с окнами 28 для выборочного установления и прерывания связи между камерой 34 и кольцевым пространством 32. В другом варианте осуществления окна 28 открываются благодаря выполнению клапанного элемента 26 из материала, являющегося растворимым, разрушающимся, расходуемым, корродирующим, разлагающимся или иначе удаляемым при реакции со скважинной текучей средой, например кислотой, рассолом и т.д. Вне зависимости от используемого механизма, приведение в действие (перемещение, разложение и т.д.) клапанного элемента 26 должно открывать окно 28, обеспечивая установление связи между камерой 34 и кольцевым пространством 32.

Когда камера 34 поддерживает связь с кольцевым пространством 32, пробка 24 может выходить из камеры 34, проходя через окно 28 в кольцевое пространство 32. Пробка 24 функционально подобрана с размером, соответствующим кольцевому пространству 32, т.е. имеет размер меньше радиального зазора, проходящего через кольцевое пространство 32. Радиальный зазор в общем образуется радиально самым большим участком инструментов, мимо которых пробка 24 должна проходить для взаимодействия с изолирующим инструментом 14 (например, сбрасывающего инструмента 20, стреляющих перфораторов 18, устанавливающего инструмента 16 и т.д.). Имея указанный размер, пробка 24 может проходить мимо сбрасывающего инструмента 20, стреляющего перфоратора 18 и устанавливающего инструмента 16 компоновки 10 для взаимодействия в соответствующем гнезде с изолирующим инструментом 14 и создания изоляции, как указано выше.

Хотя изобретение описано как пример варианта осуществления или вариантов осуществления, специалисту в данной области техники понятно, что можно выполнять различные изменения и заменять элементы эквивалентами без отхода от объема изобретения. Кроме того, можно выполнять многочисленные модификации для приспособления идей изобретения к конкретной ситуации или материалу без отхода от его объема, по существу. Поэтому изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, раскрытым как наиболее предпочтительный, изобретение должно включать в себя все варианты осуществления, соответствующие объему формулы изобретения. Также на чертежах и в описании раскрыты являющиеся примерами варианты осуществления изобретения и использованы конкретные термины, которые, если иное специально не указано, имеют общий и описательный смысл и не являются ограничивающими объем изобретения. Кроме того, используемые термины первый, второй и т.д. не указывает порядок или важность, но термины первый, второй и т.д. помогают отличать один элемент от другого. Кроме того, использование единственного числа не ограничивает количества, указывая присутствие по меньшей мере одной позиции.

1. Инструмент сброса пробки, содержащий:

корпус, образующий камеру;

пробку, изначально установленную в камере; и

элемент, установленный с корпусом и приводимый в действие для выборочного обеспечения связи между камерой и кольцевым пространством, по меньшей мере частично образованным корпусом, причем пробка выполнена с возможностью перемещения в кольцевое пространство, когда обеспечивается связь.

2. Инструмент по п.1, в котором пробка является шаром.

3. Инструмент по п.1, в котором корпус включает в себя окно, выборочно блокирующееся элементом.

4. Инструмент по п.1, в котором элемент является стержнем, размещенным в корпусе с возможностью скольжения.

5. Инструмент по п.1, в котором элемент включен в состав по меньшей мере с одной трубной головкой, причем трубная головка выполнена с возможностью предотвращения выхода пробки из камеры.

6. Инструмент по п.5, в котором трубная головка и элемент расположены на аксиально противоположных сторонах пробки и соединены по меньшей мере одной стойкой для обеспечения передачи сил, действующих на трубную головку, на элемент для перемещения элемента в корпусе.

7. Инструмент по п.1, в котором аксиальное перемещение элемента обеспечивает установление связи между камерой и кольцевым пространством.

8. Инструмент по п.1, в котором пробка функционально выполнена меньше радиального зазора в кольцевом пространстве.

9. Компоновка низа бурильной колонны, содержащая инструмент по п.1.

10. Компоновка низа бурильной колонны по п.9, дополнительно содержащая изолирующий инструмент, установленный со стороны забоя от инструмента сброса пробки, причем изолирующий инструмент функционально выполнен с возможностью приема пробки после прохода пробки через кольцевое пространство.

11. Компоновка низа бурильной колонны, содержащая:

изолирующий инструмент;

устанавливающий инструмент, функционально выполненный с возможностью установки изолирующего инструмента в конструкции зоны забоя скважины, причем устанавливающий инструмент вначале соединен с изолирующим инструментом и отсоединяется от него после установки; и

инструмент сброса пробки, соединенный с устанавливающим инструментом, причем инструмент сброса пробки выполнен с возможностью сброса пробки в кольцевое пространство, причем пробка функционально выполнена с возможностью перемещения к забою скважины и взаимодействия с изолирующим инструментом после отсоединения от устанавливающего инструмента для обеспечения изоляции изолирующим инструментом.

12. Компоновка по п.11, дополнительно содержащая по меньшей мере один стреляющий перфоратор, соединенный с устанавливающим инструментом и инструментом сброса пробки.

13. Компоновка по п.11, в которой инструмент сброса пробки выполнен с возможностью сброса пробки через кольцевое пространство, образованное между компоновкой низа бурильной колонны и конструкцией зоны забоя скважины.

14. Компоновка по п.13, в которой пробка выполнена с возможностью взаимодействия с изолирующим инструментом после отсоединения изолирующего инструмента и устанавливающего инструмента.

15. Способ выполнения операции в забойной зоне скважины, в котором осуществляют:

спуск компоновки низа бурильной колонны в конструкцию зоны забоя скважины, причем компоновка низа бурильной колонны включает в себя устанавливающий инструмент, изолирующий инструмент и инструмент сброса пробки;

установку изолирующего инструмента в конструкции зоны забоя скважины с помощью устанавливающего инструмента;

отсоединение устанавливающего инструмента от изолирующего инструмента;

сброс пробки из инструмента сброса пробки в кольцевое пространство; и

взаимодействие пробки с изолирующим инструментом для обеспечения изоляции с помощью изолирующего инструмента.

16. Способ по п.15, в котором развертывание инструмента сброса пробки включает в себя открытие по меньшей мере одного окна в корпусе инструмента сброса пробки.

17. Способ по п.15, в котором развертывание инструмента сброса пробки включает в себя приведение в действие по меньшей мере одного элемента установленного в корпусе инструмента сброса пробки.

18. Способ по п.15, в котором взаимодействие пробки с изолирующим инструментом включает в себя сброс пробки к изолирующему инструменту через кольцевое пространство, образованное между компоновкой низа бурильной колонны и конструкцией зоны забоя скважины.