защита обсадной колонны при гидроразрыве пласта с установкой фильтра

Формула изобретения

1. Скважинное устройство гравийной набивки, содержащее корпус, образующий внутреннее кольцевое пространство и имеющий, по меньшей мере, одно отверстие, обеспечивающее выход в наружное кольцевое пространство, сформированное между корпусом и стенкой ствола скважины, и отклонитель потока, закрепленный вблизи указанного отверстия для отклонения проходящего через это отверстие потока текучей среды от стенки ствола скважины.

2. Устройство по п.1, в котором отклонитель потока закреплен подвижно.

3. Устройство по п.1, в котором отклонитель потока закреплен неподвижно.

4. Устройство по п.2, в котором отклонитель потока закреплен с возможностью поворота.

5. Устройство по п.1, в котором отклонитель потока имеет наружную поверхность, в общем выровненную с корпусом при размещении в указанном отверстии.

6. Устройство по п.1, в котором отклонитель потока способен перемещаться от указанного отверстия под воздействием потока, проходящего через это отверстие.

7. Устройство по п.1, в котором отклонитель потока способен смещаться в указанное отверстие под собственным весом.

8. Устройство по п.1, содержащее смещающее приспособление для удержания отклонителя потока совмещенным с указанным отверстием.

9. Устройство по п.8, в котором указанное смещающее приспособление включает, по меньшей мере, одну ленточную пружину вокруг корпуса, перекрывающую отклонитель потока.

10. Устройство по п.8, в котором отклонитель потока выполнен с возможностью поворота относительно оси поворота на корпусе, а смещающее приспособление содержит пружину, установленную на указанной оси.

11. Устройство по п.3, в котором отклонитель потока расположен под углом к указанному отверстию для изменения движения потока через это отверстие в направлении от стенки ствола скважины.

12. Устройство по п.2, содержащее также направляющие отклонителя потока, обеспечивающие перемещение в различной степени у противоположных краев для размещения отклонителя потока под углом и на расстоянии от указанного отверстия для изменения движения потока через это отверстие в направлении от стенки ствола скважины.

13. Устройство по п.1, содержащее также упрочненный слой на внутренней поверхности отклонителя потока, предназначенный для первоначального взаимодействия с потоком, проходящим через указанное отверстие.

14. Устройство по п.13, в котором указанный упрочненный слой закреплен с возможностью удаления.

15. Устройство по п.4, в котором отклонитель потока имеет часть наружной поверхности, выполненную с возможностью в основном совмещаться со стенкой ствола скважины при контакте с ней.

16. Устройство по п.1, в котором отклонитель потока имеет в общем трапецеидальную форму с держателем, выступающим от более короткой в основном параллельной стороны к соединению с поворотной осью.

17. Устройство по п.4, в котором отклонитель потока имеет наружную поверхность, в общем выровненную с корпусом при размещении в указанном отверстии.

18. Устройство по п.17, в котором отклонитель потока способен перемещаться от указанного отверстия под воздействием потока, проходящего через это отверстие.

19. Устройство по п.18, в котором отклонитель потока способен смещаться в указанное отверстие под собственным весом.

20. Устройство по п.19, в котором на внутреннюю поверхность отклонителя потока нанесен упрочненный слой, предназначенный для первоначального взаимодействия с потоком, проходящим через указанное отверстие.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к содержащим переходники системам переноса гравия, в которых скорость переноса увеличена для компенсации высокой рыхлости пластов.

Предшествующий уровень техники

Гравийная набивка - это технология размещения расклинивающего материала или песка в перфорации для увеличения дебита и снижения выноса посторонних частиц из пласта при добыче углеводородов. В случае рыхлого пласта с относительно высокой проницаемостью большая часть текучей среды, используемой для переноса песка, может быть поглощена в пласте при его доставке. Для компенсации этой потери текучей среды и для обеспечения возможности разрыва пласта при доставке песка скорость прокачки существенно увеличивают. В то время как в более консолидированных пластах необходимый результат гидроразрыва может быть достигнут при расходе около 15 баррелей в минуту, значения расхода в 65 баррелей в минуту и более не являются необычными при работе в достаточно рыхлом пласте.

В типичной системе песконесущая жидкость доставляется по насосно-компрессорной колонне и проходит через пакер и далее в переходник и во внутреннее кольцевое пространство. Оттуда песконесущая жидкость должна выйти в радиальном направлении в соответствии с конфигурацией устройства, чтобы поступить в наружное кольцевое пространство, то есть в ствол скважины. Если на этом участке скважина обсажена, высокие скорости выхода песконесущей жидкости при высоких скоростях прокачки, требуемых при работе в рыхлых пластах, приводили в прошлом к возникновению проблем, связанных с эрозией, возникающей при начальном соударении песконесущей жидкости после выхода через отверстия из внутреннего кольцевого пространства, как показано на фиг.4. Кроме того, если скважина не обсажена, высокие скорости текучей среды приводят к разрушению глинистой корки, покрывающей стенку скважины. Это также нежелательно, так как песок и текучая среда приобретают тенденцию к распространению в этом месте вглубь пласта, а не дальше вдоль ствола скважины. Альтернативно глинистая корка может забить гравийный фильтр и в дальнейшем привести к снижению добычи.

Настоящее изобретение направлено на снижение вреда, возникающего в рыхлых пластах при высоких скоростях прокачки песконесущей жидкости, за счет отклонения потока выходящей песконесущей жидкости в направлении от обсадной колонны или от стенки ствола скважины с целью снижения или устранения эрозионных эффектов, вызываемых интенсивным ударом песконесущей жидкости. Отклонитель потока создает также более предпочтительные углы соударения при движении вниз по скважине, что тоже может уменьшить эрозию обсадной колонны или предотвратить разрушение глинистой корки в необсаженной скважине. Отклонитель потока прост в изготовлении и принимает на себя эрозионное воздействие от ударов обладающей высокой скоростью песконесущей жидкости. Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут более понятными из рассмотрения описания предпочтительного варианта выполнения, приведенного ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако должно быть понятно, что приведенная далее формула изобретения определяет полный объем настоящего изобретения.

Краткое изложение сущности изобретения

Отклонитель потока предотвращает прямое столкновение высокоскоростного потока песконесущей жидкости со стенкой ствола скважины в необсаженной скважине и разрушение глинистой корки, покрывающей стенку, или в обсаженной скважине предотвращает прямое попадание песконесущей жидкости на обсадную трубу, которое может привести к износу трубы из-за эрозии. Песконесущая жидкость поступает из кольцевого пространства в переходнике, снабженном подвижными элементами, которые могут быть установлены с возможностью поворота при круговом смещении под действием прокачиваемой песконесущей жидкости, действуя как отклонитель потока, предотвращающий или минимизирующий прямое соударение со стенкой ствола скважины или обсадной трубой. При прекращении потока отклоняющие элементы могут повернуться обратно в свое первоначальное положение. В случае износа отклоняющие элементы могут быть просто заменены.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - отклонитель потока, находящийся внутри обсадной колонны в закрытом положении;

на фиг.2 - вид с фиг.1 с отклонителем потока в открытом положении;

на фиг.3 - переходник с отклонителем потока, приведенным в открытое положение потоком; и

на фиг.4 - дефект, который может образоваться в отсутствие отклонителя потока при высоких скоростях потока песконесущей жидкости.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения изобретения

На фиг.1 изображена трубчатая оболочка 10, формирующая внутреннее кольцевое пространство в представленном на фиг.3 переходнике 11, через который проходит песконесущая жидкость после поступления по насосно-компрессорной колонне (не показана) и через пакер (не показан). Эти компоненты опущены как хорошо известные специалистам в данной области техники, и на фигурах основное внимание обращено на изменения в таком оборудовании, которые направлены на решение проблемы эрозии окружающей обсадной трубы или стенок ствола скважины, обозначенных позицией 12 и охватывающих трубчатую конструкцию 10. В трубчатой конструкции 10 выполнены одно или несколько выпускных отверстий, обычно при отсутствии потока песконесущей жидкости через переходник, закрытый отклоняющими элементами 16. Предпочтительно элементы 16 по своей наружной поверхности 18 повторяют кривизну трубчатой конструкции 10, так что поверхность 18 приблизительно продолжает наружную поверхность 20 трубчатой конструкции 10. Отклоняющий или отводящий элемент 16 предпочтительно с возможностью поворота закреплен на оси 22, что лучше видно на фиг.2. Он может иметь в общем трапецеидальную форму. Его собственный вес может удерживать его в закрытом положении, соответствующем фиг.1. Стрелкой 24 обозначена песконесущая жидкость, выходящая через отверстие 14 и бьющая в отклоняющий элемент 16 в общем в радиальном направлении. В ответ отклоняющий элемент за счет держателя 21 поворачивается на оси 22, так чтобы дать возможность потоку песконесущей жидкости, обозначенному стрелкой 26, изменить направление с в общем радиального, соответствующего стрелке 24, на в общем осевое и приблизительно соответствующее направлению стенки 30 ствола скважины. Для специалистов в данной области будет понятно, что такое изменение направления потока песконесущей жидкости уменьшает или устраняет прямое соударение в почти радиальном направлении обладающей высокой скоростью песконесущей жидкости со стенкой 30 ствола скважины вне зависимости от того, представляет ли эта стенка глинистую корку, образованную в процессе бурения необсаженной скважины, или внутреннюю стенку трубы или обсадной колонны в скважине с обсаженным стволом. Крупный песок 23 остается снаружи фильтра 25, в то время как отфильтрованная текучая среда 27 возвращается в переходник 11, как показано стрелками 29.

Отклоняющие элементы 16 могут быть выполнены из упрочненного материала или покрыты упрочненным материалом для увеличения срока службы. Упрочненный материал может покрывать внутреннюю поверхность 32 и может быть удаляемым для быстрой замены без необходимости замены всего отклоняющего элемента 16, который в этом случае может быть выполнен из более дешевого материала. Для получения более износостойкой поверхности, воспринимающей удар потока песконесущей жидкости, могут быть использованы твердосплавные или композитные материалы.

Можно представить себе альтернативные конструкции. Отклоняющие элементы 16 могут быть неподвижно закреплены на некотором расстоянии от отверстий 14 и установлены таким образом, чтобы была возможность быстрой их замены при необходимости. Должно быть понятно, что при такой альтернативной конструкции увеличивается промежуток, необходимый для спуска устройства в скважину, а также возникает потенциальная возможность повреждения его при спуске. В варианте выполнения, представленном на фигурах 1 и 2, отклоняющие устройства 16 становятся продолжением наружной поверхности 20 трубчатой конструкции 10. Для обеспечения того, чтобы отклоняющие устройства оставались при спуске в скважину в положении, отображенном на фиг.1, в наружных пазах отклоняющих устройств 16 может быть установлена ленточная пружина. Альтернативно пружина может быть установлена на оси 22, так же как в случае перекидных заслонок, применяемых в скважинных клапанах-отсекателях. Еще один вариант заключается в том, чтобы удерживать отклоняющие элементы 16 закрытыми при опускании в скважину с помощью разрушаемого элемента и просто начинать накачку песконесущей жидкости и использовать давление накачки для разрушения запирающего устройства, так чтобы можно было осуществить поворот.

Для большей устойчивости в открытом положении часть 28 наружной поверхности отклоняющего элемента может быть наклонена под некоторым углом, что дает максимально возможное приближение к полному контакту с поверхностью 30 при повороте вокруг оси 22. Опционно на краях отклоняющего элемента 16 может быть закреплен уплотняющий элемент для предотвращения или минимизации потока в обоих направлениях через отклоняющий элемент 16, когда он находится в положении, отображенном на фиг.1.

В еще одной альтернативной конструкции отклоняющие элементы 16 можно перемещать так, чтобы они были заподлицо при опускании в скважину, как показано на фиг.1, но под действием давления со стороны циркулирующего потока прокачиваемой песконесущей жидкости двигались по направляющим в основном в радиальном направлении по всей окружности и не могли установиться под неправильным углом. Хотя предпочтительно, чтобы при отклонении поток песконесущей жидкости направлялся вниз по скважине, чтобы достичь интересующей области ниже пакера, отклоняющее устройство, подвижное в радиальном направлении и при этом параллельное трубчатой конструкции 10, будет все же защищать скважину 12, но может давать возможность некоторой части песконесущей жидкости протекать вверх по скважине. Зафиксированное на некотором расстоянии от отверстия 14 отклоняющее устройство предпочтительно должно быть расположено наклонно, чтобы направлять поток песконесущей жидкости вниз вдоль стенки 30 скважины. Соответственно в конструкции с направляющими для отклоняющего элемента 16 можно обеспечить, чтобы нижний по направлению потока край переместился больше, чем верхний по направлению потока край, так чтобы приблизительно получить те же характеристики, что и у поворотной конструкции, представленной па фигурах 1 и 2.

В предшествующем описании приведен предпочтительный вариант выполнения изобретения с различными альтернативами, и оно не предназначено для определения объема изобретения в широком смысле, который определяется приложенной далее формулой изобретения, точно представляющей полный объем изобретения дословно и эквивалентно.