селективная зональная изоляция внутри обсадной колонны-хвостовика с щелевидными отверстиями

Формула изобретения

1. Способ селективной изоляции, обеспечиваемой в пределах зоны скважины, обделываемой изнутри укрепляющей ее обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться, содержащий следующие стадии: полное расширение обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться, внутри ствола скважины, до вхождения ее в соприкосновение, по существу, всей поверхностью со стенками ствола скважины, прилегающими к обсадной колонне-хвостовику; размещение, по меньшей мере, одной дополнительной обсадной колонны-хвостовика, способной расширяться и не имеющей перфорированных в ней отверстий, в пределах той зоны первоначально установленной, способной расширяться обсадной колонны-хвостовика, которую предстоит изолировать; и расширение упомянутой, по меньшей мере, одной дополнительной обсадной колонны-хвостовика, способной расширяться, до вхождения ее в плотный контакт с первоначально установленной, расширенной обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстия, по меньшей мере, вблизи от концов зоны, которую предстоит изолировать, благодаря чему требуемую зону ствола скважины изолируют от формации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уплотнение осуществляют на постоянной основе.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанную, по меньшей мере, одну обсадную колонну-хвостовик, способную расширяться, вводят в скважину в сжатом состоянии, а затем отпускают, когда она будет расположена там по месту, либо ее вводят туда в продольно согнутом состоянии, а затем расширяют, когда она будет расположена там по месту.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что упомянутую, по меньшей мере, одну дополнительную обсадную колонну-хвостовик, способную расширяться, изготавливают из материала, обладающего способностью к запоминанию своей первоначальной формы, причем сначала такой обсадной колонне-хвостовику придают требуемую исходную форму, после чего ее соответствующим образом деформируют с тем, чтобы обеспечить перед спуском возможность ее введения в ствол скважины, а затем активируют способность данного материала к запоминанию своей первоначальной формы, в результате чего происходит расширение этой обсадной колонны-хвостовика до своей исходной первоначальной формы и селективная изоляция с уплотнением требуемой зоны ствола скважины.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упомянутую, по меньшей мере, одну обсадную колонну-хвостовик, способную расширяться, изготавливают из металла или пластмассы.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что упомянутая, по меньшей мере, одна обсадная колонна-хвостовик, способная расширяться, отличается по своим физическим характеристикам от установленной в скважине ранее обсадной колонны-хвостовика, благодаря чему обеспечивают возможность соответствующим образом учесть различные характеристики потока, протекающего по стволу скважины, например, такие, как давление и эрозионное воздействие.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что упомянутое расширение осуществляют с помощью оправки, силы взрыва, либо находящейся под давлением какой-нибудь текучей среды.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадию использования уплотнительных материалов для того, чтобы обеспечить при изоляции лучшее уплотнение между упомянутой обсадной колонной-хвостовиком и упомянутой, по меньшей мере, одной обсадной колонной-хвостовиком, способной расширяться.

9. Система селективной зональной изоляции, которая может быть использована для обеспечения селективной изоляции либо на постоянной, либо на временной основе отдельных интервалов ствола скважины при оснащении законченных бурением скважин с применением обсадных колонн-хвостовиков, имеющих щелевидные отверстия, для прекращения выдачи той или иной текучей среды, либо оказание возбуждающего воздействия на пласт для повышения нефтеотдачи, причем эта система предусматривает расширение существующей обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться, по существу, до такого ее размера, который соответствует внутреннему диаметру ствола скважины; осуществление спуска, по меньшей мере, одной обсадной колонны-хвостовика, способной расширяться и не имеющей перфорированных в ней отверстий, в зону, которую предстоит изолировать; и расширение упомянутой, по меньшей мере, одной обсадной колонны-хвостовика таким образом, чтобы ввести ее с обеспечением при этом плотного контакта с упомянутой обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстия, по меньшей мере, вблизи от концов упомянутой зоны, которую предстоит изолировать.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обеспечения изоляции в пределах зоны ствола скважин, укрепленной обсадной колонной-хвостовиком с щелевидными отверстиями, посредством размещения еще одной, способной расширяться обсадной колонны-хвостовика в пределах зоны, которую предстоит изолировать.

Уровень техники

В данной области известно много разработок, относящихся к изоляции интервалов ствола скважины, осуществляемой по разным причинам. Например, в какой-то зоне может выделяться вода или газ, и ее нужно будет перекрыть для того, чтобы восстановить более продуктивную добычу нефти. Кроме того, в какой-то зоне может начать поступать из пласта вместе с жидкостью много песка либо произойти обвал и образоваться обломочный материал, и ее тогда нужно будет также изолировать в целях поддержания продуктивной добычи. Однако после того, как ствол скважины будет закончен бурением, начинаются различные проблемы, связанные с вводом в него известной обсадной колонны-хвостовика с щелевидными отверстиями.

В качестве примера можно привести из известного уровня техники изложенное в описании изобретения к патенту США №5366012, в котором раскрывается способ оснащения законченных бурением необсаженных интервалов ствола скважины посредством размещения в заранее определенном положении по стволу скважины соответствующей обсадной колонны-хвостовика, в которой выполнено множество перекрывающих друг друга щелевидных отверстий. Своим верхним концом эта обсадная колонна-хвостовик неподвижно крепится по месту, после чего протягивают сужающуюся кверху конусообразную расширяющую оправку снизу вверх сквозь колонну-хвостовик с щелевидными отверстиями, расширяя ее по наружному диаметру таким образом, чтобы она вошла в соприкосновение со стенками ствола скважины. Это перемещение ее по всей окружности в наружном направлении облегчается благодаря раскрыванию щелевидных отверстий, сопровождающемуся незначительным укорачиванием полной длины всей обсадной колонны-хвостовика в целом. При оснащении законченных бурением скважин по такому типу с применением соответствующих обсадных колонн-хвостовиков, имеющих щелевидные отверстия, остается кольцевое затрубное пространство вокруг каждой обсадной колонны-хвостовика с щелевидными отверстиями, в результате чего становится почти невозможно обеспечить зональную избирательность.

Другой приемлемый способ, обеспечивающий проводимое в целях изоляции уплотнение между обсадной колонной-хвостовиком и стволом скважины, креплением скважины или трубопроводом, предоставлен в описании изобретения к патенту США №5434106. В описании изобретения к этому патенту раскрывается деформируемое кольцевое уплотнение, которое опускают в ствол скважины в деформированном или сжатом состоянии, в котором ввод уплотнения в ствол скважины осуществляется беспрепятственно. Как только уплотнение будет опущено до нужного места, оно расширяется. В процессе расширения уплотнения обеспечивается также его затвердевание, и при таком способе проведения текущего ремонта уплотнение из скважины потом не удаляют.

Еще один способ внутренней обделки крепления скважин представлен в описании изобретения к патенту США №5454419, согласно которому предусматривается опускать в ствол скважины трубчатый полимерный материал, находящийся в растянутом состоянии под воздействием ряда грузов, подвешиваемых к его направляющему или нижнему концу. Когда этот трубчатый материал займет надлежащее положение, грузы от него отсоединяют, и он возвращается в нормальное свое состояние, в котором прижимается к стенкам ствола скважины.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание способа селективной изоляции, обеспечиваемой в пределах зоны скважины, обделываемой изнутри укрепляющей ее обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться, содержащего следующие стадии:

- полное расширение обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться внутри ствола скважины до вхождения ее в соприкосновение, по существу, всей поверхностью со стенками ствола скважины, прилегающими к обсадной колонне-хвостовику;

- размещение, по меньшей, мере, одной дополнительной обсадной колонны-хвостовика, способной расширяться и не имеющей перфорированных в ней отверстий, в пределах той зоны первоначально установленной, способной расширяться обсадной колонны-хвостовика, которую предстоит изолировать; и

- расширение упомянутой, по меньшей мере, одной дополнительной обсадной колонны-хвостовика, способной расширяться, до вхождения ее в плотный контакт с первоначально установленной, расширенной обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстия, по меньшей мере, вблизи от концов зоны, которую предстоит изолировать, благодаря чему требуемая зона ствола скважины изолируется от формации.

При необходимости, уплотнение осуществляют на постоянной основе.

Если это потребуется, указанную, по меньшей мере, одну дополнительную обсадную колонну-хвостовик, способную расширяться, вводят в скважину в сжатом состояния, а затем отпускают, когда она будет расположена там по месту, либо ее вводят туда в продольно согнутом состоянии, а затем расширяют, когда она будет расположена там по месту.

В одном из вариантов выполнения, по меньшей мере, одну дополнительную обсадную колонну-хвостовик, способную расширяться, изготавливают из материала, обладающего способностью к запоминанию своей первоначальной формы, причем сначала такой обсадной колонне-хвостовику придается требуемая исходная форма, после чего ее соответствующим образом деформируют с тем, чтобы обеспечить перед спуском возможность ее введения в ствол скважины, а затем активируется способность данного материала к запоминанию своей первоначальной формы, в результате чего происходит расширение этой обсадной колонны-хвостовика до своей исходной первоначальной формы и селективная изоляция с уплотнением требуемой зоны ствола скважины.

По меньшей мере, одна обсадная колонна-хвостовик, способная расширяться, может быть изготовлена из металла или пластмассы.

Для обеспечения возможности соответствующим образом учесть различные характеристики потока, протекающего по стволу скважины, например, такие как давление и эрозионное воздействие, упомянутая, по меньшей мере, одна обсадная колонна-хвостовик, способная расширяться, может отличаться по своим физическим характеристикам от установленной в скважине ранее обсадной колонны-хвостовика.

Преимущественно расширение осуществляют с помощью оправки, силы взрыва либо находящейся под давлением какой-нибудь текучей среды.

Целесообразно использование уплотнительных материалов для того, чтобы обеспечить при изоляции лучшее уплотнение между упомянутой обсадной колонной-хвостовиком и упомянутой, по меньшей мере, одной обсадной колонной-хвостовиком, способной расширяться.

Другим объектом изобретения является система селективной зональной изоляции, которая может быть использована для обеспечения селективной изоляции либо на постоянной, либо на временной основе отдельных интервалов ствола скважины при оснащении законченных бурением скважин с применением обсадных колонн-хвостовиков, имеющих щелевидные отверстия, в таких практических целях, как прекращение выдачи той или иной текучей среды, либо оказание возбуждающего воздействия на пласт для повышения нефтеоотдачи, причем эта система предусматривает:

- расширение существующей обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться, по существу, до такого ее размера, который соответствует внутреннему диаметру ствола скважины;

- осуществление спуска, по меньшей мере, одной обсадной колонны-хвостовика, способной расширяться и не имеющей перфорированных в ней отверстий, в зону, которую предстоит изолировать; и

- расширение упомянутой, по меньшей мере, одной обсадной колонны-хвостовика таким образом, чтобы ввести ее с обеспечением при этом плотного контакта с упомянутой обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстая, по меньшей мере, вблизи от концов упомянутой зоны, которую предстоит изолировать.

Кроме того, возможно также использование способных расширяться трубных пакеров для селективной изоляции соответствующего интервала. Дополнительно, в том случае, если в существующей обсадной колонне-хвостовике, имеющей щелевидные отверстия, после ее расширения возникнут слишком большие трещины или разрывы, может быть осуществлен спуск в ствол скважины изготовленной на заказ второй способной расширяться обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия с последующим обеспечением ее расширения внутри первоначальной установленной обсадной, колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться. Для обеспечения лучшего уплотнения при изоляции могут быть использованы эпоксидные смолы, резина или другие уплотнительные материалы. Та же самая методика может быть также использована и применительно к твердым незацементированным интервалам колонны обсадных труб в целях увеличения эффективного радиуса ствола скважины. Получаемые при этом преимущества состоят в обеспечении закрытия или зональной изоляции существующей обсадной трубы-хвостовика с щелевидными отверстиями, перфорированной трубы, ограничивающего устройства для поступающего песка либо системы заканчивания скважины при необсаженном забое или какой-нибудь иной системы заканчивания скважины.

Перечень фигур чертежей

Сущность настоящего изобретения далее поясняется при рассмотрении примера его осуществления, описание которого ведется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - вертикальное сечение интервала ствола скважины со способной расширяться обсадной колонной-хвостовиком, установленной в нем по месту;

фиг.2 - вертикальное сечение, аналогичное показанному на фиг.1, но изображающее ствол скважины уже после расширения обсадной колонны-хвостовика;

фиг.3 - вертикальное сечение той же самой скважины, но с установленной в ней по месту вторичной обсадной колонной-хвостовиком;

фиг.4 - вертикальное сечение скважины, показанной на фиг.3, но с уплотняющей в ней по месту обсадной колонной-хвостовиком.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В стволе скважины 10 (фиг.1 и 2) имеется первая способная расширяться обсадная колонна-хвостовик 12, установленная в нем по месту и проходящая через ту зону ствола скважины, которую предстоит изолировать. В общем, когда эта первая обсадная колонна-хвостовик расширяется, она не входит в соприкосновение полностью со всеми поверхностями ствола скважины и может при этом иметь ряд трещин и/или разрывов в своих щелевидных отверстиях. Вторую обсадную колонну-хвостовик 14 (фиг.3 и 4) вводят внутрь ствола скважины и располагают ее там таким образом, чтобы она закрывала собой, по меньшей мере, ту зону ствола скважины 10, которую предстоит изолировать. Затем вторую колонну-хвостовик 14 расширяют таким образом, чтобы она вошла с обеспечением при этом уплотнения в соприкосновение с первой, уже расширенной обсадной колонной-хвостовиком 12, закрывая при этом отверстия в ней в целях осуществления изоляции данного интервала ствола скважины. Такое уплотнение может быть улучшено посредством дополнительного применения различных уплотнительных материалов (не показаны), к примеру, таких, каковыми являются эпоксидные смолы, резина и иные подобные им материалы.

Несмотря на то что показана только одна-единственная вторая обсадная колонна-хвостовик 14, тем не менее следует понимать, что в пределах объема настоящего изобретения предусматривается также введение в ствол скважины более чем одной второй колонны-хвостовика. Кроме того, следует также понимать, что в пределах объема настоящего изобретения предусматривается и то, что эти вторые обсадные колонны-хвостовики по своим физическим характеристикам отличаются друг от друга, благодаря чему, например, первая такая дополнительная обсадная колонна-хвостовик может обладать характеристиками, позволяющими ей выдерживать высокие давления, тогда как следующая дополнительная обсадная колонна-хвостовик может обладать характеристиками, позволяющими ей выдерживать эрозионные воздействия потока, протекающего по стволу скважины.

Следует отметить, что при расширении любой обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия, многое может случиться, поскольку ствол скважин никогда не представляет собой гладкого цилиндра. Например, хотя обычно и надеются на то, что большинство щелевидных отверстий раскроется, как и ожидается, позволяя при этом расшириться обсадной колонне-хвостовику, имеющей щелевидные отверстия, тем не менее стенки ствола скважины никогда не являются равномерными, и поэтому расширение будет происходить с разной интенсивностью в различных направлениях и на неодинаковые расстояния. В связи с этими отклонениями, возникающими при расширении, в обсадной колонне-хвостовике, имеющей щелевидные отверстия, могут возникнуть механические напряжения, приводящие к образованию трещин, разрывов и других нарушений целостности, которые, не сказываясь при этом неблагоприятно на выполнении своего предназначения такой обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстия, могут в результате привести к возникновению определенных проблем в отношении изолируемых впоследствии интервалов ствола скважины, защищенного такой обсадной колонной-хвостовиком, имеющей щелевидные отверстия.

Система селективной зональной изоляции согласно настоящему изобретению может быть использована при оснащении законченных бурением скважин с применением обсадных колонн-хвостовиков, имеющих щелевидные отверстая, для обеспечения селективной изоляции - либо на постоянной, либо на временной основе - отдельных интервалов ствола скважины в таких практических целях, как прекращение выдачи той или иной текучей среди, либо оказание возбуждающего воздействия на пласт для повышения нефтеоотдачи. При оснащении законченных бурением скважин, осуществляемом в настоящее время с применением соответствующих обсадных колонн-хвостовиков, имеющих щелевидные отверстия, остается кольцевое затрубное пространство вокруг каждой обсадной колонны-хвостовика с щелевидными отверстиями, в результате чего становится почти невозможно обеспечить зональную селективность. Система селективной зональной изоляции, являющаяся предметом настоящего изобретения, работает таким образом, что сначала предусматривается расширить имеющуюся на текущий момент обсадную колонну-хвостовик, имеющую щелевидные отверстия, до полного внутреннего диаметра ствола скважины, а затем осуществляют спуск, по меньшей мере, одной прочной трубчатой обсадной колонны-хвостовика в расширенную зону, после чего обеспечивают расширение, по меньшей мере, этого интервала указанной трубчатой обсадной колонны-хвостовика в зоне, которую предстоит изолировать. Дополнительно, в том случае, если в существующей обсадной колонне-хвостовике, имеющей щелевидные отверстия, после ее расширения возникнут слишком большее трещины или разрывы, может быть осуществлен спуск в ствол скважины изготовленной на заказ обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться, /не показана/ с последующим обеспечением ее расширения внутри существующей обсадной колонны-хвостовика, имеющей щелевидные отверстия и способной расширяться. Для того чтобы обеспечить при изоляции лучшее уплотнение между находящейся в расширенном состоянии обсадной колонной-хвостовиком с щелевидными отверстиями и указанной трубчатой обсадной колонной-хвостовиком, могут быть также использованы эпоксидные смолы, резина или другие уплотнительные материла /также не показаны/.

Та же самая методика в соответствии с настоящим изобретением может быть также использована и применительно к твердым незацементированным интервалам колонны обсадных труб в целях увеличения эффективного радиуса отвода скважины.

Несмотря на то что на прилагаемых чертежах показаны только лишь металлическая трубчатая обсадная колонна-хвостовик, это не означает, что настоящее изобретение ограничивается применением именно такой обсадной колонны-хвостовика. К тому же трубчатая обсадная колонна-хвостовик может быть изготовлена из самых разнообразных металлов и пластмасс. Например, с этой целью может быть применен металл, обладающей способностью к запоминанию своей первоначальной формы. Такой трубчатой обсадной колонне-хвостовику будет придаваться требуемая исходная форма, пока она находится еще на поверхности, после чего ее соответствующим образом деформируют перед спуском в ствол скважины, а затем ее исходная форма восстановится, когда она будет расположена там по месту. Помимо этого, соответствующая трубчатая обсадная колонна-хвостовик может быть сформирована, как нужно, а затем сложена или сжата, а когда после этого она будет спущена на предназначаемое ей место и установлена там в требуемое положение, она будет расширена либо ее исходная форма восстановлена, что произведено будет с помощью какого-либо механического устройства, к примеру, оправки или же наполняемого воздухом элемента либо с применением гидропневматической силы, в том числе силы взрыва.

К преимуществам, получаемым при применении настоящего изобретения, относятся обеспечение возможности закрытия или зональной изоляции существующей обсадной трубы-хвостовика с щелевидными отверстиями, перфорированной трубы, ограничивающего устройства для поступающего песка, либо системы заканчивания скважины при необсаженном забое или какой-нибудь иной системы заканчивания скважины.

В настоящее изобретение могут быть внесены многочисленные изменения и дополнения, которые очевидны специалистам в данной области техники. Таким образом, рассмотренный выше вариант осуществления настоящего изобретения следует считать во всех отношениях только лишь приведенным в иллюстрационных целях примером, ни в коей мере не ограничивающим объем предложенного изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения.