способ и система для ограничения продольного потока текучих сред вокруг проницаемых труб в скважине

Формула изобретения

1. Способ уменьшения продольного потока текучих сред через затрубное пространство, окружающее проницаемую трубу в скважине, например, эксплуатационную колонну-хвостовик с щелевыми отверстиями или песчаный фильтр, в приточной области эксплуатационной нефтяной и/или газовой скважины, содержащий следующие операции: установка, по меньшей мере, одного упругого уплотнительного кольца вокруг проницаемой трубы до спуска в скважину; удерживание кольца в сжатом положении вокруг трубы с помощью ленты и/или обвязки, которая постепенно растворяется в скважинной среде; установка проницаемой трубы в приточной области скважины; обеспечение растворения ленты и/или обвязки, и, тем самым, обеспечение расширения, по меньшей мере, части упругого уплотнительного кольца в радиальном направлении в затрубном пространстве, окружающем проницаемую трубу.

2. Способ по п.1, в котором на всей длине проницаемой трубы с одинаковыми интервалами устанавливают множество упругих уплотнительных колец.

3. Способ по п.2, в котором используют уплотнительное кольцо, имеющее один торец, постоянно прижатый к проницаемой трубе, и упругий другой торец, выполненный в форме фланца, временно прижатый к этой трубе при ее установке в скважину и освобожденный после установки трубы так, что он разворачивается и расширяется в радиальном направлении.

4. Способ по п.3, в котором при установке проницаемой трубы в скважину выполненный в форме фланца упругий другой торец каждого уплотнительного кольца временно прижимают к этой трубе с помощью ленты и/или обвязки, которая постепенно растворяется в скважинной среде.

5. Способ по п.3, в котором постоянно прижатый один торец каждого уплотнительного кольца располагают ниже по потоку относительно выполненного в форме фланца упругого другого торца кольца.

6. Уплотнительная система для применения в способе по п.3, содержащая множество уплотнительных колец, установленных с одинаковыми интервалами на проницаемой трубе в скважине, при этом каждое кольцо имеет один торец, постоянно соединенный с внешней стенкой трубы, и другой упругий торец, выполненный в форме фланца.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу и системе для уменьшения продольного потока текучих сред через затрубное пространство, окружающее проницаемые трубы в скважине, например эксплуатационная колонна-хвостовик с щелевыми продольными отверстиями или песчаный фильтр в приточных областях эксплуатационных нефтяных или газовых скважин.

Приточные области в современных скважинах могут достигать в длину десяти километров. В этих приточных областях могут устанавливаться удлиненные проницаемые трубы, например эксплуатационные колонны-хвостовики с щелевыми продольными отверстиями, расширяемые трубы с щелевыми отверстиями и/или песчаные фильтры, которые сохраняют целостность ствола скважины и предотвращают приток твердых частиц и эрозию стенок ствола скважины при добыче нефти и/или газа.

Однако вокруг таких проницаемых труб в скважине при добыче может присутствовать или образовываться в результате эрозии значительное затрубное пространство. Такая эрозия может усиливаться по мере увеличения длины и ширины эродирующего затрубного пространства и, в результате, в некоторых скважинах поток текучих сред через затрубное пространство может быть равным или даже превышать эксплуатационный поток через внутреннюю часть проницаемой колонны.

Процедуры каротажа, при которых используются скважинные вращающие устройства, вращающиеся под воздействием потока текучих сред внутри колонны, не создают дополнительный расход через затрубное пространство и поэтому могут создать впечатление, что приток в некоторых областях скважины меньше, чем он есть в реальности. В итоге это приводит к уменьшению периода эксплуатации скважины.

В патенте США № 4576042 раскрывается ловильный инструмент, содержащий лепестки, расположенные в форме зонта, которые раскрываются при перемещении гильзы относительно вала. В патенте США № 5033551 раскрывается перегородка в форме усеченного конуса, которая раскрывается в скважине путем удаления гильзы с перегородки после ее установки над скважинным фильтром внутри скважины.

Недостаток известных способов заключается в том, что они требуют спускоподъемных операций скважинного оборудования, что является сложной и требующей много времени процедурой, которая не позволяет устанавливать несколько затворов с короткими интервалами в приточной области скважины.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков известных способов.

Эта цель достигается тем, что согласно изобретению способ уменьшения продольного потока текучих сред через затрубное пространство, окружающее проницаемую трубу в скважине, например эксплуатационную колонну-хвостовик с щелевыми отверстиями или песчаный фильтр в приточной области эксплуатационной нефтяной и/или газовой скважины, содержит следующие операции:

установка, по меньшей мере, одного упругого уплотнительного кольца вокруг проницаемой трубы до ее спуска в скважину;

удерживание кольца в сжатом положении вокруг трубы с помощью ленты и/или обвязки, которая постепенно растворяется в скважинной среде;

установка проницаемой трубы в приточной области скважины;

обеспечение растворения ленты и/или обвязки и, тем самым, обеспечение расширения, по меньшей мере, части упругого уплотнительного кольца в радиальном направлении в затрубном пространстве, окружающем проницаемую трубу.

Предпочтительно на всей длине проницаемой трубы с одинаковыми интервалами устанавливают множество упругих уплотнительных колец. При этом используют уплотнительное кольцо, имеющее один торец, постоянно прижатый к проницаемой трубе, и упругий другой торец, выполненный в форме фланца, временно прижатый к этой трубе при ее установке в скважину и освобожденный после установки трубы так, что он разворачивается и расширяется в радиальном направлении.

В этом случае при установке проницаемой трубы в скважине, выполненный в форме фланца, упругий другой торец каждого уплотнительного кольца временно прижимают к этой трубе с помощью ленты и/или обвязки, которая постепенно растворяется в скважинной среде.

Постоянно прижатый один торец каждого уплотнительного кольца располагают ниже по потоку относительно выполненного в форме фланца упругого другого торца кольца.

При спуске трубы в скважину торцы уплотнительных колец, выполненные в форме фланцев, могут быть отогнуты вперед, т.е. против направления спуска, и плотно прижиматься на внешней поверхности трубы соответствующей металлической обвязкой, или ограничителем, и/или лентой. Металлическая обвязка, или ограничитель, или лента могут иметь температуру плавления чуть ниже статической температуры в скважине с закрытым устьем. Альтернативно лента может быть выполнена из полимера, который постепенно растворяется в среде, присутствующей в скважине, например из натуральной резины, которая растворяется в ароматических углеводородах. При необходимости, можно разработать промывочные составы, принудительно удаляющие ограничители и ленты. Таким образом, после спуска и смывания ограничителя или ленты упругий торец уплотнительного кольца, выполненный в форме фланца, разворачивается в затрубном пространстве между проницаемой трубой и необсаженным стволом скважины, тем самым направляя поток текучей среды в трубу.

Свернутые уплотнительные кольца могут спускаться в комбинации с заглушкой и/или внутри подпружиненного центратора, чтобы избежать повреждения при спуске.

Согласно изобретению уплотнительная система для применения в вышеописанном способе содержит множество уплотнительных колец, установленных с одинаковыми интервалами на проницаемой трубе в скважине, при этом каждое кольцо имеет один торец, постоянно соединенный с внешней стенкой трубы, и другой упругий торец, выполненный в форме фланца.

Ниже следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает схематически перспективный вид горизонтальной приточной области скважины, в которой расположена эксплуатационная колонна-хвостовик с продольными щелевыми отверстиями и множеством уплотнительных колец согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - вид сбоку в увеличенном масштабе одного из уплотнительных колец и сечение эксплуатационной колонны-хвостовика, показанной на фиг.1;

фиг.3 - вид сбоку в увеличенном масштабе альтернативного варианта выполнения уплотнительного кольца согласно настоящему изобретению, расположенного вокруг эксплуатационной колонны-хвостовика и находящегося в его расширенном состоянии;

фиг.4 - вид сбоку уплотнительного кольца, показанного на фиг.3, при спуске эксплуатационной колонны-хвостовика в скважину.

На фиг.1 показана эксплуатационная нефтяная или газовая скважина 1, пересекающая подземный пласт 2. Верхняя, по существу вертикальная часть скважины 1, содержит обсадную колонну 3, зацементированную на месте. В нижней, по существу горизонтальной, приточной области скважины, расположена эксплуатационная колонна-хвостовик 4, имеющая множество щелей и прикрепленная к нижнему концу колонны 3 обсадных труб расширяемым кольцевым пакером 5.

Эксплуатационная колонна-хвостовик 4 имеет множество расширяющихся уплотнительных колец 6, которые расположены с одинаковыми интервалами по всей длине колонны 4. Как показано на фиг.2, каждое уплотнительное кольцо 6 состоит из сваба, свободный торец 7 которого обращен к стенке 8 ствола скважины, а другой торец закреплен на колонне 4 хомутом 9.

Уплотнительные кольца 6 направляют нефть и/или газ, текущий в стволе скважины, в по существу радиальном направлении через затрубное пространство 10 и щели 11 во внутреннюю часть колонны 4 так, что продольный поток текучих сред через затрубное пространство 10 сводится к минимуму.

На участке каждого кольца 6 колонна 4 не имеет щелей для обеспечения жесткости и создания зоны, в которой можно точно измерять расход внутри колонны 4, например лопастным расходомером или впрыском химикатов-индикаторов.

Для защиты уплотнительных колец 6 во время спуска эксплуатационной колонны-хвостовика 4 в скважину 1 свободные торцы 7 уплотнительных колец 6 перед спуском привязывают к колонне 4 лентой (не показана). Эта лента может быть выполнена из пластмассы, которая медленно растворяется в скважинной среде и/или может содержать связывающий агент, который теряет свои связующие свойства внутри скважины так, что лента освобождается и свободный торец 7 кольца 6 расширяется и прижимается к стенке 8 ствола скважины, когда колонна 4 установлена на свое место в скважине.

На фиг.3 и 4 показан альтернативный вариант уплотнительного кольца по настоящему изобретению. В этом варианте уплотнительное кольцо содержит резиновую или выполненную из другого эластомера мембрану 20, которая раскрывается подобно зонту с помощью подпружиненных спиц 21, нижние по течению концы которых закреплены на внешней поверхности эксплуатационной колонны-хвостовика 4.

Стрелками на фиг.3 показано, как расширенная мембрана 20 создает уплотнение для текучих сред в затрубном пространстве 10, окружающем эксплуатационную колонну-хвостовик 4, что минимизирует продольный поток через затрубное пространство и способствует поступлению текучих сред непосредственно через щели 11 в колонну 4.

На фиг.4 показано, что мембрана 20 и подпружиненные спицы 21 во время спуска эксплуатационной колонны-хвостовика 4 в скважину обернуты лентой 25, которая медленно растворяется в скважине. Защитные кольца 26 и 27 защищают сложенное уплотнительное кольцо от повреждения при спуске колонны 4 в скважину.

Ясно, что подпружиненные спицы 21 могут перекрывать друг друга так, чтобы создавать расширяемое уплотнительное кольцо типа диафрагмы, и в этом случае диафрагма 20 не нужна.