Однорейсовое скважинное устройство, снабженное средствами борьбы с пескопроявлением

Группа изобретений относится к области бурения и заканчивания нефтяных и газовых скважин и может быть использована при добыче углеводородов из скважин или нагнетании в скважину текучих сред. Устройство включает в себя трубу, снабженную средством борьбы с пескопроявлением и временной перегородкой, способной первоначально задерживать, а впоследствии пропускать поток текучей среды через средство борьбы с пескопроявлением, и бурильное приспособление с вращающимся буровым долотом, обеспечивающее продвижение трубы в скважину при бурении скважины буровым долотом. Средство борьбы с пескопроявлением включает в себя, по меньшей мере, один избирательно выдвигаемый наружу в радиальном направлении трубчатый элемент с противопесочным фильтром, а временная перегородка расположена в выдвигаемом трубчатом элементе и выполнена таким образом, чтобы при выдвижении трубчатого элемента из трубы и заливке трубы снаружи на месте ее установки подаваемым через нее герметизирующим материалом задерживать поток текучей среды через трубчатый элемент с противопесочным фильтром, а после схватывания герметизирующего материала пропускать поток текучей среды через трубчатый элемент с противопесочным фильтром и трубу. Обеспечивает бурение и заканчивание скважины за меньшее количество рейсов. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Эта заявка основана на предварительной заявке США 60/579818 на изобретение "Однорейсовое скважинное устройство, снабженное средствами борьбы с пескопроявлением", поданной 14.06.2004 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области устройств и способов, используемых при бурении и заканчивании нефтяных и газовых скважин, а также при добыче углеводородов из скважин или нагнетании в скважину текучих сред.

Уровень техники

При бурении и заканчивании нефтяных и газовых скважин обычно проводят ствол скважины, в ствол скважины устанавливают хвостовик, цементируют хвостовик на месте его установки, на намеченной глубине хвостовик перфорируют и обеспечивают добычу углеводородов из скважины либо нагнетание в скважину текучих сред с принятием мер по борьбе с пескопроявлением или выносом песка в скважину. Эти операции обычно проводят несколькими этапами, что требует выполнения нескольких рейсов в скважину, т.е. спусков рабочей колонны в скважину и подъема рабочей колонны из скважины. Поскольку время бурения или освоения скважины стоит дорого, все эти операции целесообразно выполнять за меньшее число рейсов в скважину.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагается скважинный инструмент и соответствующий способ для бурения скважины, установки и перфорирования хвостовика скважины, цементирования хвостовика на месте его установки, а также добычи из скважины или нагнетания в скважину текучих сред без пескопроявления. Предлагаемое в изобретении устройство содержит трубчатый хвостовик, имеющий несколько выдвигаемых наружу в радиальном направлении трубчатых элементов, бурильное приспособление для бурения скважины ниже хвостовика, цементировочное приспособление для цементирования хвостовика на месте его установки, а также временно перегороженный противопесочный фильтр, расположенный в выдвигаемых наружу элементах для избирательного управления нагнетанием или добычей текучих сред через выдвигаемые элементы без пескопроявления. Бурильное приспособление может быть концентричным эксплуатационному хвостовику, расположенному позади по направлению к поверхности, концентричным нескольким хвостовикам, вставленным один в другой, либо закрепленным на верхнем конце эксплуатационного хвостовика посредством известного специалистам разъединительного механизма.

В одном варианте выполнения предлагаемое в изобретении устройство имеет башмак для бурения, выполненный или установленный на нижнем конце хвостовика. В этом варианте хвостовик закреплен на вращаемой бурильной колонне, в которую вмонтировано цементировочное приспособление известного типа. После окончания бурения бурильная колонна образует канал для подачи цементного раствора, а также для перемещения текучих сред, добываемых из скважины или нагнетаемых в скважину, если применение насосно-компрессорной колонны не является обязательным.

В еще одном варианте выполнения предлагаемое в изобретении устройство имеет буровое долото, приводимое глубинным двигателем. В этом варианте бурение скважины осуществляется буровым долотом и глубинным двигателем, при этом хвостовик закреплен в стволе скважины, а буровое долото выдвигается ниже хвостовика.

После завершения бурения буровое долото и глубинный двигатель можно отсоединить от хвостовика и извлечь из ствола скважины. Кроме того, в этом варианте после извлечения бурового долота и глубинного двигателя в скважину может быть спущено цементировочное приспособление, опять же известного типа. В этом варианте канал для цементного раствора и текучих сред, добываемых из скважины или нагнетаемых в скважину, может быть образован отдельной трубой.

И в том, и в другом варианте выдвигаемые наружу трубчатые элементы в хвостовике заполнены противопесочным фильтром (задерживающей песок средой), например гравийной набивкой. Кроме того, выдвигаемые наружу трубчатые элементы изначально закупорены перегородкой, например восковым материалом, которая первоначально предотвращает прохождение текучей среды через выдвигаемые наружу элементы. В другом варианте перегородка может быть не из воскового материала, а из биологически разлагающегося полимера либо может представлять собой разрывную мембрану. После установки хвостовика в стволе скважины выдвигаемые наружу трубчатые элементы выдвигают до соприкосновения со стенкой ствола скважины в зоне заданного пласта, после чего хвостовик цементируется на месте его установки, а из выдвигаемых наружу трубчатых элементов удаляются перегородки. Удаление восковой перегородки может осуществляться путем подвода к восковому материалу тепла или воздействием текучей среды для растворения воскового материала. Удаление биологически разлагающейся перегородки может осуществляться за счет биологического разложения перегородки в присутствии скважинных жидкостей или иных текучих сред при скважинных температурах, что приводит к растворению перегородки. Разрывную мембрану можно удалить путем прорыва мембраны повышенным давлением текучей среды. После удаления перегородки можно начинать добычу флюидов из продуктивного пласта или нагнетание текучих сред в пласт через выдвигаемые наружу трубчатые элементы.

Хвостовик с выдвигаемыми наружу трубчатыми элементами может быть внутренней трубой в колонне труб, вставленных одна в другую. Во время бурения хвостовик выдвигается вниз из колонны вставленных одна в другую труб, углубляясь в ствол скважины. Эта компоновка также может быть снабжена оборудованием для управления направлением проходки и аппаратурой для оценки параметров продуктивного пласта, что в отдельности известно из уровня техники.

Краткое описание чертежей

Отличительные особенности настоящего изобретения, а также его сущность наглядно представлены на прилагаемых чертежах, поясняющих приведенное ниже описание, в котором аналогичные ссылочные обозначения относятся к аналогичным элементам конструкции и на которых показано:

на фиг.1 - продольный разрез предлагаемого в изобретении устройства в первом варианте его выполнения, когда устройство находится в состоянии перед спуском в скважину или перед забуриванием скважины,

на фиг.2 - продольный разрез показанного на фиг.1 устройства в состоянии, когда выдвигаемые трубчатые элементы вышли наружу, а хвостовик зацементирован на месте его установки,

на фиг.3А, 3Б и 3В - виды сбоку типового выдвигаемого наружу трубчатого элемента, включенного в конструкцию предлагаемого в изобретении устройства,

на фиг.4 - продольный разрез предлагаемого в изобретении устройства во втором варианте его выполнения.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.1, предлагаемый в изобретении скважинный инструмент 10 в одном варианте его выполнения содержит хвостовик 14, снабженный несколькими выдвигаемыми наружу трубчатыми элементами 12.

Все эти выдвигаемые наружу элементы 12 показаны втянутыми в радиальном направлении, т.е. убранными в хвостовик 14 инструмента 10, находясь в состоянии перед забуриванием скважины или спуском в скважину. На нижнем конце хвостовика 14 установлен бурильный (породоразрушающий) инструмент 16, такой как башмак для бурения. Хвостовик 14 установлен на бурильной колонне DS, которая может приводиться во вращение от буровой установки (не показана). В бурильную колонну DS ниже хвостовика 14 может быть вмонтировано цементировочное приспособление 18 любого известного типа.

Во время вращения хвостовика 14 бурильный инструмент 16 выбуривает скважину до намеченной глубины. Хвостовик 14 может быть включен в колонну труб, вставленных одна в другую (не показана). В этом случае в процессе продвижения хвостовика 14 с бурильным инструментом 16 в толщу пород колонна труб, вставленных одна в другую, следует за ними, создавая в стволе скважины удлиняющуюся обсадную колонну.

После того как хвостовик 14 дойдет до заданной глубины, что показано на фиг.2, выдвигаемые наружу элементы 12 удлиняются в радиальном направлении из корпуса инструмента 10 наружу до соприкосновения с залегающей под землей породой пласта, например за счет приложения давления жидкости, проходящей через инструмент 10. Если после приложения такого гидравлического давления какие-либо элементы 12 не выйдут полностью, их выдвижение может быть выполнено механически путем прогонки через корпус инструмента 10 конусной пробки (не показана), как это известно из уровня техники, хотя для этого требуется отдельная спускоподъемная операция. После того как выдвигаемые наружу элементы 12 удлинились до соприкосновения с породой, цементирование хвостовика на месте его установки может быть проведено путем закачки цементного раствора в кольцевое пространство между хвостовиком 14 и стволом скважины с помощью цементировочного приспособления 18, как это известно из уровня техники.

На фиг.3А, 3Б и 3В показан процесс выдвижения типового выдвигаемого трубчатого элемента 12. На фиг.3А выдвигаемый элемент 12 показан в сложенном состоянии, соответствующем конфигурации инструмента 10 перед забуриванием скважины или спуском в скважину. На фиг.3Б выдвигаемый элемент 12 показан в состоянии, когда его первая выдвижная часть 20 вышла до соприкосновения со стенкой ствола полноразмерной скважины, пробуренной с применением обычного инструмента. На фиг.3В выдвигаемый элемент 12 показан с вышедшей второй выдвижной частью 22, что может потребоваться для обеспечения контакта со стенкой ствола размытой скважины.

Понятно, что трубчатые элементы 12 выполнены со сквозными центральными каналами для прохождения текучей среды (флюидов). Как показано также на фиг.3В, трубчатые элементы 12 снабжены встроенными в них противопесочными фильтрами 24. Противопесочный фильтр 24 препятствует проникновению песка или других твердых примесей из пласта в корпус инструмента. Противопесочные фильтры 24, встроенные в трубчатые элементы 12, могут быть любого типа, в том числе гравийной набивкой, известной из уровня техники, металлической дробью либо механическим фильтроэлементом.

Внутри трубчатых элементов 12 также расположены перегородки 26, например, выполненные из воскового материала, полимерного материала, в виде разрывной мембраны или любой комбинации вышеперечисленных средств. В своем первоначальном состоянии такая перегородка перекрывает поток любой текучей среды через выдвигаемые наружу элементы. Перегородка 26 располагается рядом с внутренней поверхностью хвостовика 14, образуя преграду для давления, что позволяет осуществлять гидравлическое выдвижение трубчатых элементов 12. Если в качестве перегородки 26 используется восковой материал, удаление воска может осуществляться путем подвода к перегородке тепла или текучей среды, способной его растворять. Если в качестве перегородки 26 используется полимерный материал, это может быть материал, биологически разлагающийся в текучих средах, которые могут находиться в стволе скважине или могут нагнетаться в скважину. Можно также выбрать такой полимерный материал, который удаляется тепловым воздействием. Если в качестве перегородки используется разрывная мембрана, она может быть выполнена таким образом, чтобы разрываться под действием заданного давления текучей среды.

После того как хвостовик 14 достиг намеченной глубины, а трубчатые элементы 12 удлинились, войдя в соприкосновение со стенкой ствола скважины, через цементировочное приспособление 18 можно закачать цементный раствор, чтобы заполнить им кольцевое пространство между хвостовиком 14 и стенкой ствола скважины. Удаление перегородки 26 производится способом, зависящим от типа применяемой перегородки. После этого через выдвигаемые наружу элементы 12 можно начать добычу углеводородных флюидов из вскрытого пласта или нагнетание в пласт текучей среды.

На фиг.4 показан второй вариант выполнения предлагаемого в изобретении скважинного инструмента 100. В этом варианте хвостовик 140 при бурении скважины не вращается. Вместо этого хвостовик 140 спускается в скважину на рабочей колонне WS в процессе бурения скважины с помощью глубинного двигателя 28. Хвостовик 140 может быть закреплен на рабочей колонне WS посредством разъемного соединителя 32. Глубинный двигатель 28 приводит во вращение бурильный инструмент 30, который выдвигается ниже нижнего конца хвостовика 140. Бурильный инструмент 30 при необходимости может включать в себя буровой расширитель. В состав рабочей колонны может быть включено оборудование для управления направлением бурения и аппаратура для оценки параметров продуктивного пласта, как это известно из уровня техники. Кроме того, как и в первом варианте выполнения, хвостовик 140 может быть включен в состав колонны труб, расположенных одна в другой (не показана). В этом варианте после бурения скважины, установки хвостовика 140 и выдвижения выдвигаемых наружу трубчатых элементов 12 глубинный двигатель и бурильный инструмент 30 можно извлечь. Затем для цементирования хвостовика 140 на месте его установки в скважину может быть введено цементировочное приспособление, как это описано выше, либо цементирование можно провести, оставив рабочую колонну WS и бурильную колонну DS на месте. После этого через выдвигаемые наружу элементы 12 можно начать добычу из продуктивного пласта углеводородных флюидов или нагнетание в пласт текучей среды.

Хотя изобретением в том виде, как оно подробно описано выше, в полной мере достигаются поставленные перед ним цели и реализуются указанные выше преимущества, следует иметь в виду, что данное описание лишь иллюстрирует варианты осуществления изобретения, предпочтительные на данный момент времени, и не ограничивает объем патентных притязаний иными признаками, чем те, что указаны в прилагаемой формуле изобретения.

1. Устройство для бурения и заканчивания скважины за один рейс, включающее в себя трубу, снабженную средством борьбы с пескопроявлением и временной перегородкой, способной первоначально задерживать, а впоследствии пропускать поток текучей среды через средство борьбы с пескопроявлением, и бурильное приспособление с вращающимся буровым долотом, обеспечивающее продвижение трубы в скважину при бурении скважины буровым долотом, отличающееся тем, что средство борьбы с пескопроявлением включает в себя, по меньшей мере, один избирательно выдвигаемый наружу в радиальном направлении трубчатый элемент с противопесочным фильтром, а временная перегородка расположена в выдвигаемом трубчатом элементе и выполнена таким образом, чтобы при выдвижении трубчатого элемента из трубы и заливке трубы снаружи на месте ее установки подаваемым через нее герметизирующим материалом задерживать поток текучей среды через трубчатый элемент с противопесочным фильтром, а после схватывания герметизирующего материала пропускать поток текучей среды через трубчатый элемент с противопесочным фильтром и трубу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно также содержит приспособление, выполненное с возможностью прокачки через трубу герметизирующего материала для заливки трубы на месте ее установки в стволе скважины.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подаваемый через трубу герметизирующий материал представляет собой цементный раствор.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что труба установлена на вращаемой бурильной колонне.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что приспособление для заливки трубы в скважине вмонтировано в бурильную колонну, а бурильное приспособление содержит бурильный инструмент, установленный на нижнем конце трубы.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что труба установлена на эксплуатационной колонне, а бурильное приспособление содержит бурильный инструмент, приводимый глубинным двигателем.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что бурильный инструмент выполнен с возможностью прохождения через трубу и выдвижения из нее вниз, а приспособление для заливки трубы выполнено с возможностью прохождения через эксплуатационную колонну после извлечения бурильного приспособления.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что противопесочный фильтр содержит гравийную набивку.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что временная перегородка содержит восковой материал, удаляемый путем воздействия на него кислотой или углеводородом либо путем подвода к нему тепла.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что временная перегородка содержит полимерный материал, удаляемый за счет его биологического разложения.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что временная перегородка содержит разрывную мембрану.

12. Способ бурения и заканчивания скважины за один рейс, осуществляемый с использованием трубы, снабженной средством борьбы с пескопроявлением и временной перегородкой, способной первоначально задерживать, а впоследствии пропускать поток текучей среды через средство борьбы с пескопроявлением, и отдельного от трубы бурильного приспособления с вращающимся буровым долотом, обеспечивающего продвижение трубы в скважину при бурении скважины буровым долотом, отличающийся тем, что в качестве средства борьбы с пескопроявлением используют, по меньшей мере, один избирательно выдвигаемый наружу в радиальном направлении трубчатый элемент с противопесочным фильтром, причем временная перегородка расположена в выдвигаемом трубчатом элементе, после установки трубы в заданном месте пробуренной скважины выдвигают трубчатый элемент и цементируют трубу, а после цементирования частично или полностью удаляют временную перегородку и через противопесочный фильтр пропускают текучую среду.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что до цементирования трубы поток текучей среды через трубчатый элемент задерживают посредством временной перегородки.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что трубу устанавливают на вращаемой бурильной колонне, а бурильное приспособление содержит бурильный инструмент, установленный на нижнем конце трубы, причем бурение ведут, приводя трубу и бурильный инструмент во вращение от бурильной колонны.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что трубу устанавливают на эксплуатационной колонне, а в качестве бурильного приспособления используют бурильный инструмент, приводимый глубинным двигателем.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что при бурении скважины бурильный инструмент проводят через трубу и приводят бурильный инструмент во вращение от глубинного двигателя.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что после бурения извлекают бурильное приспособление из эксплуатационной колонны, а для цементирования трубы используют цементировочное приспособление, которое перед прокачкой цементного раствора спускают через эксплуатационную колонну.

18. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве временной перегородки используют восковой материал, который удаляют за счет его растворения воздействием на него кислотой или углеводородом либо подводом к нему тепла.

19. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве временной перегородки используют полимерный материал, который удаляют за счет его биологического разложения.

20. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве временной перегородки используют разрывную мембрану, а удаление перегородки выполняют путем разрыва мембраны.

21. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве средства борьбы с пескопроявлением используют несколько трубчатых элементов, каждый из которых выполнен телескопическим с возможностью его выдвижения и снабжен противопесочным фильтром и временной перегородкой.
Приоритет:

14.06.2004 - пп.1-21