RU2401936C1 - Способ и устройство для установления внутрискважинного избирательного сообщения текучей средой - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат - усовершенствование способов и устройства для избирательного управления сообщения с одними или несколькими пластами. Способы и устройство предназначены для перфорирования пласта в стволе скважины без перфорирования обсадной колонны ствола скважины. Способы и устройство включают в себя перфорирующее устройство, расположенное снаружи обсадной колонны и выполненное с возможностью не перфорировать обсадную колонну. Внутренняя часть перфорирующего устройства служит путем потока текучей среды между обсадной колонной и пластом после перфорации, и клапан в обсадной колонне избирательно открывает и закрывает путь потока. 5 н. и 31 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники изобретения

Настоящее изобретение, в общем, относится к устройству и способам для избирательной эксплуатации и/или обработки одного или нескольких нефтегазоносных подземных пластов. Более конкретно, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству и способам для закачивания подземных скважин, в которых добыча и обработка может избирательно проводиться в нескольких зонах. Более конкретно, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству и способам перфорирования одного или нескольких пластов и избирательного установления сообщения текучей средой между одним или несколькими пластами и стволом скважины.

Описание существующего уровня техники

В бурении нефтяных и газовых скважин ствол скважины выполняют с использованием бурового долота, установленного на нижнем конце бурильной колонны и перемещаемого вниз в толщу земли. После бурения до заданной глубины или при определенных обстоятельствах бурильную колонну и долото извлекают, и ствол скважины обсаживают обсадной колонной. При этом образуется кольцевое пространство между обсадной колонной и пластом. Затем проводят цементирование для заполнения кольцевого пространства цементом. Комбинация цемента и обсадной колонны укрепляет стенки ствола скважины и обеспечивает изоляцию некоторых областей или зон за обсадной колонной, включающих в себя зоны, содержащие углеводороды. Буровые работы обычно проводятся этапами, и несколько обсадных колонн или колонн хвостовиков могут спускать в ствол скважины, пока ствол скважины не достигнет проектной глубины и места заложения.

Обсадную колонну, цемент и примыкающий нефтегазоносный пласт или пласты обычно перфорируют с использованием группы зарядов или «перфорирующих» зарядов. Такую группу зарядов могут спускать в обсадную колонну ствола скважины внутри вакуумированной трубы и такая труба, содержащая заряды, относится к общеизвестному типу «стреляющего перфоратора». При детонации заряды пробивают или перфорируют стенки обсадной колонны и пронизывают примыкающий цемент и примыкающий пласт, обеспечивая сообщение между внутренним пространством обсадной колонны и пластом. Текучие среды добычи могут проходить в обсадную колонну из пласта и текучие среды обработки можно закачивать из внутреннего пространства обсадной колонны в пласт через перфорационные каналы, выполненные зарядами.

Во многих случаях единичный ствол скважины может пересекать многочисленные нефтегазоносные пласты, которые иначе изолированы друг от друга в земле. Часто необходима обработка таких нефтегазоносных пластов текучими средами обработки под давлением перед эксплуатацией этих пластов или в некоторые периоды времени срока службы скважины. Для обеспечения надлежащей обработки нужного пласта такой пласт обычно изолируют от других пластов, пересекаемых стволом скважины. Также может быть необходимым осуществление добычи из данного пласта или пластов, изолированных от пластов также пересекаемых ствол скважины. Примеры технологий избирательной эксплуатации и обработки пласта для интенсификации притока описаны в патенте США 5823265, выданном Crow и др., и данный патент включен в настоящее изобретение путем ссылки.

Для получения последовательной обработки многочисленных пластов в новой скважине перфорируют обсадную колонну на участке, примыкающем к самому нижнему пласту, тогда как участки обсадной колонны, примыкающие к другим пластам, общим для ствола скважины, оставляют неперфорированными. После перфорирования зону обрабатывают закачкой текучей среды под давлением в данную зону через перфорационные каналы. Следом за обработкой над перфорированной зоной устанавливают внутрискважинную пробку для изоляции данной зоны. Следующую по порядку зону выше по стволу скважины («к устью») перфорируют, обрабатывают и изолируют с вышеупомянутой установленной пробкой. Этот технологический процесс повторяют, пока не будут обработаны все зоны, представляющие интерес. Последующая добыча углеводородов из данных зон требует последовательного удаления пробок, установленных в скважине. Такое удаление требует спуска в скважину оборудования для удаления пробок на транспортирующей колонне, такая колонна может обычно представлять собой каротажный кабель, гибкую насосно-компрессорную трубу или колонну из трубных звеньев.

Изоляцию пласта в существующей перфорированной скважине можно получить с использованием надлежащего размещения устройств сдвоенного пакера и/или пробок. Хотя избирательную обработку можно получать с использованием такого оборудования, технологический процесс и оборудования могут быть сложными и дорогими.

В описанных выше технологических процессах обработки этапы перфорирования, установки пробки или сдвоенного пакера, каждый, представляет собой отдельную спускоподъемную операцию или «рейс» в ствол скважины и из него с требуемым оборудованием. Каждый рейс требует дополнительного времени и усложняет программу работ. Такие факторы могут усугубляться при работе в невертикальных стволах скважин, и часто может требоваться специальное оборудование в «горизонтальных» стволах скважин.

В связи с вышеизложенным существует необходимость усовершенствованных способов и устройства для избирательного установления сообщения с одним или несколькими пластами. Дополнительно существует необходимость усовершенствованных систем, которые могут перфорировать многочисленные зоны и избирательно изолировать ствол скважины от зон. Еще дополнительно существует необходимость усовершенствованных способов и устройства, способного к избирательному установлению сообщения между стволом скважины и одной или несколькими зонами, пересекаемыми данным стволом скважины.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению создана, в общем, система перфорирования пласта, включающая в себя устройство для избирательного создания сообщения между внутренним пространством трубы ствола скважины и перфорированным пластом. Дополнительно созданы способы перфорирования пласта ствола скважины и избирательного установления сообщения между перфорированным пластом и внутренним пространством трубы ствола скважины.

Более конкретно настоящее устройство содержит устройство для вскрытия пласта и избирательного установления сообщения между трубой ствола скважины и пластом, содержащее трубу ствола скважины, имеющую, по меньшей мере, одно сквозное отверстие в своей стенке и содержащую клапанный элемент, имеющий первое положение, при котором отверстие закрыто, и второе положение, при котором отверстие открыто, и по меньшей мере, одно энергоемкое устройство, установленное снаружи трубы и выполненное с возможностью вскрытия пласта, окружающего трубу без пробивания трубы.

Дополнительно настоящие способы содержат избирательное установление сообщения между внутренним пространством трубы ствола скважины и примыкающим пластом, содержащее:

создание трубы ствола скважины и энергоемкого устройства, примыкающего к пласту, представляющему интерес;

перфорирование, вскрытие и/или гидроразрыв пласта, представляющего интерес, без перфорирования трубы ствола скважины, с использованием энергоемкого устройства;

открытие пути потока текучей среды между пластом, представляющим интерес, и внутренним пространством трубы ствола скважины.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания вышеупомянутых признаков ниже приведено описание изображения со ссылками на варианты осуществления, некоторые из которых показаны на прилагаемых чертежах. Вместе с тем, следует заметить, что прилагаемые чертежи показывают только различные варианты осуществления настоящего изобретения и не должны считаться ограничивающим его объем, поскольку изобретение может допускать другие одинаково эффективные варианты осуществления.

На фиг.1 показан схематичный вид обсаженного ствола скважины, включающего в себя скважинные компоновки согласно варианту осуществления.

На фиг.2 показан схематичный вид скважинной компоновки согласно варианту осуществления.

На фиг.3 показан схематичный вид скважинной компоновки согласно варианту осуществления.

На фиг.3B показан увеличенный вид участка фиг.3.

Подробное описание

На фиг.1 показан схематичный вид обсаженного ствола 101 скважины. Обсадная колонна 102 установлена в стволе 101 скважины. Кольцевое пространство 103 между обсадной колонной 102 и стволом 101 скважины предпочтительно заполнено цементом 200 для закрепления обсадной колонны и изоляции одного или нескольких пластов или зон 105A-N добычи. Буквы «A-N» используется в данном документе для указания изменяемого номера позиции, обозначенного таким образом, где количество позиций может составлять одну или несколько до «N» включительно. По возможности, любая позиция, обозначенная индексом «A-N», может включать в себя одну или несколько позиций вне зависимости от использования индекса в данном контексте. Альтернативно, участки ствола или весь ствол 101 скважины могут не включать в себя цемент 200, и изоляцию зон или пластов могут создавать, например, внешние пакеры обсадной колонны или расширенная металлическая труба. В одном варианте осуществления ствол 101 скважины включает в себя один или два или несколько компоновок 100 для избирательного установления сообщения между каналом 108 обсадной колонны 102 и одной или несколькими зонами 105 A-N добычи. Предпочтительно компоновки 100 вводят в обсадную колонну 102 перед спуском в ствол 101 скважины и спускают с обсадной колонной 102 в ствол 101 скважины как интегрированную компоновку или компоновки 100. Каждая компоновка 100 включает в себя одно или несколько энергоемких устройств 104A-N,и один или несколько клапанных элементов 106A-N. Энергоемкие устройства 104A-N можно оборудовать в каждой из зон 105A-N добычи. Энергоемкие устройства 104A-N могут содержать любой подходящий механизм перфорирования. Типичные энергоемкие устройства 104A-N могут содержать стреляющие перфораторы. Энергоемкие устройства 104A-N могут содержать системы-носители ракетного топлива и в одном варианте осуществления энергоемкие устройства 104A-N могут содержать стреляющий перфоратор с кумулятивными зарядами с ракетным топливом внутри и/или снаружи стреляющего перфоратора. Энергоемкие устройства 104A-N могут содержать любую подходящую систему генерирования давления, перфорирующую систему или их комбинации, такие, например, как раскрыты в патентах США №№ 5598891, 5775426, 6082450 и 6263283 выданных Snider и др., каждый из которых включен в настоящее описание во всей полноте путем ссылки. Каждое энергоемкое устройство 104A-N способно к перфорированию или прострелу проникающей энергией подземных пластов или зон 105 добычи. В одном варианте осуществления энергоемкое устройство 104 является стреляющим перфоратором с кумулятивными зарядами взрывчатого вещества. Энергетические устройства 104A-N можно избирательно инициировать с поверхности по линиям 107 управления. Если необходимо, энергоемкие устройства 104A-N можно инициировать посредством радиометок и считывающих устройств радиочастотной идентификации, соединенных с энергоемким устройством 104 или передаваемых с поверхности земли или откуда-то еще в скважине. Другие подходящие механизмы подачи инициирующего сигнала включают в себя оптоволоконные кабели, электропровода, беспроводную электромагнитную телеметрию, акустические или другие беспроводные устройства связи, давление в стволе скважины или пульсация давления внутри и/или снаружи любой из труб ствола скважины, текучую среду ствола скважины, включая в себя циркуляцию, и/или любые подходящие комбинации упомянутого, в которых приемник сигнала функционально соединен с инициатором энергоемкого устройства 104. Энергоемкие устройства 104 можно размещать рядом с одной зоной 105 добычи и устанавливать в одном или нескольких местах по периметру и/или оси относительно обсадной колонны. Показанная в качестве примера зона 105А добычи включает в себя два энергоемких устройства 104A и 104E, установленных по периметру приблизительно в 180 градусах друг от друга в одном месте по оси в стволе 101 скважины. Вместе с тем, можно использовать любое подходящее угловое смещение и любое подходящее число, например одно, два или более энергоемких устройств 104 можно разместить вокруг обсадной колонн в аналогичной конфигурации и/или разнесенными по оси в одной или нескольких зонах 105.

Как показано на фиг.1, несколько энергоемких устройств 104A-N, расположенных в кольцевом пространстве 103, можно устанавливать за пределами обсадной колонны и выставлять или ориентировать для перфорирования зон 105A-N добычи. При необходимости можно уменьшить размер обсадной колонны 103, примыкающей к энергоемким устройствам 104A-N и установить ее в стволе скважины внецентренно, тем самым создавая больше места для энергоемких устройств 104A-N. Перфораторы энергоемких устройств 104A-N выполнены с возможностью направления энергии радиально от энергоемкого устройства только в выбранных направлениях. Предпочтительно энергоемкие устройства 104A-N сориентированы так, что они должны перфорировать примыкающие пласты 105, но не должны перфорировать обсадную колонну 102. Для установления сообщения текучей средой между одним из подземных пластов 105A-N и обсадной колонной 102 энергоемкое устройство 104 срабатывает и, тем самым, обуславливает вскрытие примыкающей зоны 105 добычи без пробивания обсадной колонны 102. Энергоемкое устройство 104, хотя показано параллельным обсадной колонне 102, может иметь любую конфигурацию, например, оно может быть спирально обмотано вокруг обсадной колонны 102 при условии, что энергоемкое устройство 104 выполнено с возможностью перфорирования зон 105 добычи без перфорирования обсадной колонны 102.

На фиг.2 показана типичная компоновка 100 для избирательного установления сообщения канала 108 и зон 105 добычи. Соответствующие способы и устройство, усовершенствованные в изобретении, раскрытом в данном документе, для установления сообщения текучей средой между обсадной колонн и подземным пластом раскрыты в патентах США 6386288, 6536524 и 6761219, выданных Snider и др., каждый которых включен в данное описание в полном объеме путем ссылки. Энергоемкое устройство 104 размещено в кольцевом пространстве 103 и установлено примыкающим к обсадной колонне 102 и зоне 105 добычи.

Развернутый вид типичной компоновки 100, содержащийся в кругу A-A на фиг.1, показан на фиг.2. В одном варианте осуществления энергоемкое устройство 104 является стреляющим перфоратором, содержащим, по меньшей мере, один и предпочтительно множество зарядов 208 взрывчатого вещества, размещенных во внутреннем пространстве трубного канала 210. Следует заметить, что энергоемкое устройство 104 может представлять собой любое подходящее перфорирующее устройство. В одном варианте осуществления энергоемкое устройство 104 включает в себя стреляющую головку 209, которую несет трубный каналовод 210 для подрыва заряда 208 взрывчатого вещества. Стреляющая головка 209 прикреплена к детонирующему шнуру 207, проходящему по длине трубного канала 210. Стреляющую головку 209 можно приводить в действие, используя линию управления с поверхности, давление в стволе скважины, систему меток/считывающих устройств системы радиочастотной идентификации, электромагнитную телеметрию или любой подходящий механизм приведения в действие. Каждый из зарядов 208 взрывчатого вещества установлен примыкающим к шнуру 207. Когда стреляющая головка 209 срабатывает, она выводит энергию детонации. Данная энергия передается шнуру 207, тем самым, детонируя его и последовательно детонируя заряды 208 взрывчатого вещества. В одном вариант осуществления заряды в стреляющем перфораторе 104 ориентированы так, что перфорационные каналы 214, образуемые при этом, пробивают цемент 200 и вскрывают примыкающий пласт, но не пробивают обсадную колонну 102. Заряды 208 взрывчатого вещества пробивают стенку трубного канала 210 и вскрывают примыкающую зону 105 добычи, создавая одно или несколько отверстий 212 в стреляющем перфораторе 104 и один или несколько перфорационных каналов 214 в зоне 105 добычи, как показано на фиг.3. Тем самым создается путь 203 потока между зоной 105 добычи, перфорационными каналами 214, отверстиями 212 и трубным каналом 210. В одном варианте осуществления энергоемкое устройство 104 содержит устройство для гидроразрыва пласта, такое как генератор давления текучей среды, и после инициирования энергоемкого устройства 104 генератор увеличивает давление текучей среды, локально примыкающей к зоне 105 добычи, при этом текучая среда проходит через зону 105 или пласт и обуславливает образование разрывов или трещин.

Материалы или конструкции, используемые для несения зарядов 208 и детонирующего шнура 207 в трубном канале 210, могут разрушаться частично или полностью после детонации, тем самым устраняя потенциальные препятствия на пути 203 прохождения потока через энергоемкое устройство 104. Альтернативно, все энергоемкое устройство 104, включая в себя любой трубный канал 210, может разрушаться, оставляя осевой туннель в окружающем цементе в кольцевом пространстве 103, к которому туннель примыкает и в котором сообщается текучей средой с внешней частью отверстия 205 и/или клапанного участка 106 обсадной колонны 102. При условии, когда цемент отсутствует в кольцевом пространстве 103 либо кольцевое пространство 103 и/или трубный канал 210 могут образовать подходящий путь 203 потока текучей среды между зоной 105 добычи и внутренней частью обсадной колонны 102.

После перфорирования пласта сообщение текучей средой между зоной 105 добычи и каналом 108 можно избирательно устанавливать, управляя работой клапанного элемента 106. Когда клапан 106 открыт, как показано на фиг.3, текучая среда проходит из зоны добычи через перфорационные каналы 214, отверстия 212, трубный канал 210, соединительную муфту 202, отверстия 205, 206 в канал 108 обсадной колонны 102. Альтернативно, текучая среда может проходить из канала 108 обсадной колонны 102 в зону 105 добычи по описанному выше пути потока в обратной последовательности. Когда клапан закрыт, текучая среда может проходить из зоны добычи через перфорационные каналы 214, отверстия 212, трубный канал 210, соединительную муфту 202 и к внешней части отверстий или проемов 205. Текучая среда может также проходить через канал 108 обсадной колонны 102 в отверстия 206. Клапан 106 можно избирательно открывать для установления сообщения текучей средой между каналом 108 и путем 204 сообщения текучей средой и, следовательно, путем 203 потока.

Клапан 106 можно избирательно открывать и/или закрывать с поверхности с использованием электрических, гидравлических и/или оптоволоконных линий управления. Примеры клапанных систем с управлением работой по линиям управления описаны в патенте США 6179052, выданном Purkis и др., который включен в данный документ, во всей полноте путем ссылки. В некоторых вариантах осуществления клапан 106 включает в себя источник хранения энергии такой, например, как батарея. Клапан 106 можно открывать и закрывать посредством управления давлением текучей среды на соответствующе выполненную поверхность поршня в скважине или посредством управления электрической или световой энергией на соответствующем исполнительном механизме, таком, например как, электромотор или соленоид. Если необходимо, на клапан 106 можно подавать сигнал для выполнения функции с использованием метки и считывающего устройства радиочастотной идентификации, когда первое функционально соединено с клапаном 106, а второе спускают с поверхности земли или откуда-либо еще в скважине. Другие подходящие устройства подачи инициирующего сигнала включают в себя оптоволоконные кабели, электропровода, беспроводную электромагнитную телеметрию, акустические или другие беспроводные устройства связи, давление в стволе скважины или импульсы давления внутри и/или снаружи любой из труб ствола скважины, текучую среду ствола скважины, включая в себя циркуляцию, и/или любые подходящие комбинации упомянутого, в которых приемник сигнала функционально соединен с исполнительным механизмом клапана 106. Если необходимо, клапан 106 выполняют с возможностью избирательного многократного открытия и закрытия, способствуя тем самым многократно избирательно интенсификации притока/обработке, добыче и/или периодам остановки работы. В одном варианте осуществления клапан 106 выполнен с возможностью автоматического открытия с реагированием на функционирование или инициирование энергоемкого устройства 104. Такое автоматическое открытие можно выбирать, чтобы оно происходило в назначенный период времени до, после или сразу после срабатывания энергоемкого устройства 104. Следом за таким автоматическим открытием, клапан 106 может избирательно закрывать или повторно открывать с использованием любого подходящего инструмента переключения или устройства передачи сигнала/энергопитания.

В одном варианте осуществления клапанный элемент 106 представляет собой скользящую муфту 220 и располагается в обсадной колонне 102. Альтернативно, клапанный элемент 106 может представлять собой забойный скважинный штуцер и клапанные элементы 106 могут содержать забойные штуцеры, скользящие муфты и/или подходящие внутрискважинные клапаны как одиночные, так и объединенные. Скользящая муфта является скважинным инструментом, соединенным или встроенным в трубу, избирательно разрешающим и недопускающим прохождение потока текучей среды сквозь стенку трубы. Пример клапана с перемещаемой вдоль оси скользящей муфтой раскрыт в патенте США 5263683, выданном Wong и включенном в данное описание во всей полноте, путем ссылки. В одном варианте осуществления труба является обсадной колонной 102, проходящей в стволе 101 скважины. Труба может, вместе с тем, представлять собой любую скважинную трубу, такую как, хвостовик, насосно-компрессорная труба, бурильная колонна, гибкая насосно-компрессорная труба и т.п. В одном варианте осуществления скользящая муфта 220 содержит корпус 221, имеющий один или несколько проемов 205, и муфту 222 регулирования расхода, коаксиально и подвижно расположенную в корпусе 221. Работой скользящей муфты 220 управляют для избирательного совмещения и разведения первых отверстий 205 и вторых отверстий 206. Отверстия 205 находятся на участке обсадной колонны 102 или на корпусе 221, а отверстия 206 в муфте 220. Муфта 222 регулирования расхода является перемещаемой для перекрывания и открывания отверстий 205. Муфта 222 регулирования расхода может быть перемещаемой вдоль оси или поворотом вокруг оси. В одном варианте осуществления муфта 222 регулирования расхода является перемещаемой между открытым и закрытым положениями клапана. Переключающие инструменты могут спускать во внутренний объем обсадной колонны 102 и использовать для перемещения муфты 222 регулирования расхода между открытым и закрытым положениями клапана. Альтернативно, для открытия и закрытия скользящей муфты 220 могут использовать гидропривод.

Когда проемы 205 и 206 находятся на одной линии, канал 108 обсадной колонны 102 сообщается с наружной частью обсадной колонны 102 и предпочтительно с путем 204 соединительной муфты 202. Путь 204 сообщается с путем 203 трубного канала 210, и текучая среда может проходить через перфорационные каналы 214 в пути 203, 204 между каналом 108 трубы 103 и пластом 105. Сообщение между путем 204 и каналом 108 может избирательно устанавливаться и перекрываться посредством совмещения и разведения отверстий 205 и 206.

В одном варианте осуществления, в котором клапан 106 может отсутствовать, отверстия 205 создают на площадке до или после срабатывания энергоемкого устройства 104. Перфоратор обсадной колонны спускают в канал 108 в нужное место вблизи зоны 105A-N, представляющей интерес, и он срабатывает, создавая проемы или проем 205 в стенке обсадной колонны 102. Такой перфоратор обсадной колонны может содержать специализированный стреляющий перфоратор неглубокого проникновения, включающий в себя кумулятивный заряд или заряды, известные под названием зарядов «перфоратора насосно-компрессорной трубы». Такие заряды специально выполнены с возможностью перфорирования стенки трубного изделия с минимальным остаточным вскрытием. Клапанный или закупоривающий элемент можно спустить в ствол скважины для закрытия проемов 205 в случае, если такое закрытие необходимо.

В одном варианте осуществления соединительные муфты 202 сцепляют верхний и/или нижний конец энергоемкого устройства 104 с обсадной колонной 102. Соединительные муфты 202 могут содержать муфты, установленные, по меньшей мере, вокруг участка внешней части обсадной колонны 102, и проемы или проем 205. Если необходимо, соединительные муфты 202 могут уплотнять вокруг внешней части обсадной колонны 102. Соединительная муфта 202 имеет путь 204, проходящий по ее внутреннему объему, и сообщается с отверстиями 205. Путь 204 сообщения текучей средой сообщается текучей средой с путем 203 текучей среды энергоемкого устройства 104. Одну или несколько соединительных муфт 202 можно расположить в любом месте вдоль энергоемкого устройства 104 и обсадной колонны 102 для обеспечения большего числа точек входа для сообщения текучей средой между пластом 105 и проходным отверстием 108. Соединительные муфты предпочтительно расположены в соответствии с отверстиями в стенке обсадной колонны 102 или корпуса 221.

В одном варианте осуществления путь 203 потока энергоемкого устройства 104 проходит по оси через трубный канал 210 и текучая среда может проходить между перфорированной зоной 105 добычи и отверстием 205 и/или соединительной муфтой 202 через трубный канал 210. Путь 203 потока может первоначально существовать в трубном канале 210 или может быть создан, когда энергоемкое устройство 104 перфоририрует зону 105 добычи. Путь 203 потока обеспечивает прохождение текучей среды к зоне 105 добычи и/или от нее через перфорационные каналы 214, отверстия 212 и трубный канал 210. Трубный канал 210 может быть образован корпусом энергоемкого устройства 104. Текучая среда проходит вдоль оси через отрезок внутреннего пространства трубного канала 210 и в соединительные муфты 202, сообщающиеся с отверстием 205 клапана 106 или обсадной колонной 102. Каждая соединительная муфта 202 имеет путь 204 сообщения для установления сообщения канала 108 обсадной колонны 102 с путем 203 потока. Каждая из соединительных муфт 202 размещена примыкающей к сообщающейся текучей средой с наружной частью, по меньшей мере, одного соответствующего отверстия 205 и/или клапана 106.

В одном варианте осуществления трубный канал 210 сработавшего энергоемкого устройства 104 служит в качестве манифольда для сбора и распределения текучих сред, соответственно от к множества путей или к ним, таким как перфорационные каналы 214 и/или трещины в цементе, заполняющем кольцевое пространство 103. Такой вариант осуществления может быть особенно предпочтительным в условиях, когда любая зона или зоны 105A-N являются протяженной и/или вертикально менее проницаемой для потока текучей среды. Следом за срабатыванием энергоемкого устройства 104, трубный канал 210 обеспечивает сравнительно свободный путь потока по вертикальному отрезку длины перфорированной зоны 105. Альтернативно, такой путь потока может быть создан полостью, остающейся после срабатывания энергоемкого устройства 104. Отверстия 205 сбора или распределения текучей среды могут размещаться в ограниченном числе мест по оси вдоль вертикального отрезка. Распределенный объемный расход между вертикальным отрезком длины и проемами 205 не уменьшается относительной ограниченностью проемов 205, поскольку текучие среды более свободно проходят вертикально по внутреннему пространству трубного канала 210 между отверстиями 205 и распределенным вертикальным отрезком зоны 105.

В одном варианте осуществления текучая среда может проходить напрямую между пластом и соединительной муфтой 202 или отверстиями 205, при этом обходя какой-либо трубный канал 210 следом за перфорированием зоны 105. В одном варианте осуществления система включает в себя энергоемкое устройство 104 и отверстие 205, но необязательно включает в себя соединительную муфту, и поэтому отверстия 205 напрямую сообщаются с областью кольцевого пространства, цементом и/или пластом, окружающим обсадную колонну 102 или корпус 221. Срабатывание энергоемкого устройства 104 создает достаточные пути сообщения от пласта к внешней части обсадной колонны 102, чтобы сообщение между каналом 108 обсадной колонны 102 и пластом 105 можно было устанавливать без необходимости прохождения пути потока по трубному каналу 210. Пути потока могут включать в себя перфорационные каналы 214, трещины в цементе в кольцевом пространстве 103, полость в цементе в кольцевом пространстве 103, оставленную разрушением энергоемкого устройства 104, или любой другой путь, подходящий для потока текучей среды.

В одном варианте осуществления множества компоновок 100A-N является желательной обработка нефтегазоносных пластов 105A-N, текучими средами обработки под давлением без выполнения многочисленных рейсов в ствол 101 скважины. Для обеспечения выполнения надлежащей обработки конкретного пласта 105 необходимо, чтобы конкретный пласт 105 во время обработки был изолирован от других пластов 105, пересеченных стволом 101 скважины. Для выполнения такой обработки, компоновки 100A-N, показанные на фиг.1, 2 и/или 3, могут включать в себя один или несколько клапанов 106 и энергоемких устройств 104 на каждую зону 105A-N и/или на ствол 101 скважины. Компоновки 100A-N размещают примыкающими, одну или несколько из каждой, к соответствующим зонам 105A-N добычи. Любые, один или несколько, или все энергоемкие устройства 104A-N могут быть инициированы избирательно или одновременно с перфорированием, при этом соответствующих примыкающих зон 105A-N добычи. Когда одна или несколько зон 105 добычи проперфорированы, один или несколько путей 203 потока создаются от зон 105 через энергоемкое устройство 104 к пути 204 сообщения текучей средой соединительной муфты 202. Один или несколько клапанных элементов 106 остаются в закрытом положении, пока не становится необходимым установление сообщения с каналом 108 обсадной колонны 102. Инструмент для переключения или другой подходящий механизм управления работой клапана спускают в ствол скважины и размещают функционально связанным с клапаном 106. Клапанный элемент 106 затем открывают, при этом открывая путь потока между пластом 105 и каналом 108.

Альтернативно, клапан 106 может включать в себя поршень управления, выполненный с возможностью перемещения с реагированием на перепады давления между внутренней частью и внешней частью обсадной колонны или между двумя выбранными местами в обсадной колонне, при этом перемещением поршня управляют открытием и закрытием клапана 106. Кроме того, или альтернативно, на такой поршень может действовать давление, установленное в линии управления с поверхности. После открытия клапана 106 текучие среды обработки (не показано) под давлением вводят с соответствующую зону 105 добычи через отверстия 206 клапанного элемента 220, отверстия 205 обсадной колонны 102 и путь 204 сообщения соединительной муфты 202. Текучие среды под давлением затем проходят через путь 203 потока энергоемкого устройства 104 в перфорационные каналы 214, созданные энергоемким устройством 104, в зону 105 добычи. Каждый из закрытых клапанных элементов 106 изолирует свою соответствующую зону 105 добычи, чтобы данные зоны оставались изолированными от текучих сред под давлением при выполнении операции обработки. После завершения операции обработки открытый клапанный элемент 106 могут закрыть, пока не понадобится добыча в зоне 105 или потребуется какое-либо сообщение текучей средой. Этот процесс можно повторять в любом числе зон 105A-N добычи в стволе 101 скважины.

После завершения одной или нескольких операций обработки ствол 101 скважины может быть готов к добыче текучей среды добычи. Предпочтительно эксплуатационную колонну насосно-компрессорной трубы (не показано) спускают в ствол 101 скважины над зоной 105A-N добычи. Предпочтительно любое гидростатическое давление бурения на репрессии над зонами 105A-N добычи в канале 108 могут сбрасывать до открытия клапанного элемента или элементов 106A-N соответствующей зоны или зон 105A-N добычи. Когда клапан или клапаны 106A-N открыты, текучая среда добычи проходит в канале 108. Каждую зону 105 добычи можно эксплуатировать по возможности одинаковым способом или отличающимися способами и в одно или разное время. После завершения добычи в любой данной зоне соответствующий клапанный элемент 106A-N могут закрывать, изолируя данную зону 105A-N добычи от канала 108.

Хотя вышеизложенное относится к вариантам осуществления настоящего изобретения, другие и дополнительные варианты осуществления изобретение можно разрабатывать без отхода от его основного объема, и его объем задан нижеследующей формулой изобретения.

Claims (36)

1. Устройство для вскрытия пласта и избирательного установления сообщения текучей средой между трубой ствола скважины и пластом, содержащее трубу ствола скважины, имеющую, по меньшей мере, одно сквозное отверстие в своей стенке и содержащую клапанный элемент, имеющий первое положение, при котором отверстие закрыто, и второе положение, при котором отверстие открыто, и, по меньшей мере, одно энергоемкое устройство, установленное снаружи трубы и предназначенное для вскрытия пласта, окружающего трубу, без пробивания трубы.

2. Устройство по п.1, в котором клапанный элемент содержит скользящую муфту.

3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее путь потока текучей среды между внутренним пространством энергоемкого устройства и отверстием.

4. Устройство по п.3, дополнительно содержащее соединительную муфту, создающую уплотняющий контакт между энергоемким устройством и внешней частью трубы и включающую в себя, по меньшей мере, участок пути потока.

5. Устройство по п.1, в котором энергоемкое устройство содержит стреляющий перфоратор.

6. Устройство по п.5, дополнительно содержащее перфорирующие заряды взрывчатого вещества, ориентированные для нацеливания в сторону от трубы.

7. Устройство по п.1, в котором энергоемкое устройство содержит сквозной путь потока текучей среды, возникающего после перфорирования пласта, окружающего трубу, посредством указанного устройства.

8. Устройство по п.6, в котором энергоемкое устройство содержит манифольд.

9. Устройство по п.7, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один соединитель, окружающий внешнюю часть трубы, и, по меньшей мере, одно отверстие и имеющее, по меньшей мере, участок пути потока, проходящий через него.

10. Устройство по п.1, в котором труба ствола скважины является обсадной колонной.

11. Устройство по п.5, в котором стреляющий перфоратор содержит трубный канал.

12. Устройство по п.6, дополнительно содержащее опорную конструкцию для заряда перфорирования, при этом заряды перфорирования и опорная конструкция являются разрушаемыми при срабатывании стреляющего перфоратора.

13. Устройство по п.1, в котором труба ствола скважины и энергоемкое устройство соединены в компоновку перед спуском в ствол скважины.

14. Способ избирательного установления сообщения текучей средой между трубой ствола скважины и пластом, представляющим интерес, содержащий вскрытие пласта, представляющего интерес, без перфорирования трубы ствола скважины, с использованием энергоемкого устройства и открытие пути потока текучей среды между пластом, представляющим интерес, и внутренним посредством трубы ствола скважины.

15. Способ по п.14, в котором вскрытие пласта содержит перфорирование стреляющим перфоратором.

16. Способ по п.14, в котором открытие пути содержит открытие клапана.

17. Способ по п.16, в котором используют клапан, содержащий скользящую муфту.

18. Способ по п.14, дополнительно содержащий прохождение текучей среды по пути потока.

19. Способ по п.18, дополнительно содержащий прохождение текучей среды через энергоемкое устройство.

20. Способ по п.14, дополнительно содержащий закрытие пути потока текучей среды.

21. Способ по п.18, в котором прохождение текучей среды содержит прохождение обрабатывающей текучей среды из внутреннего пространства трубы ствола скважины к пласту, представляющему интерес.

22. Способ по п.14, в котором труба ствола скважины является обсадной колонной.

23. Способ по п.15, дополнительно содержащий разрушение внутренней конструкции стреляющего перфоратора.

24. Способ по п.14, дополнительно содержащий спуск трубы ствола скважины и энергоемких устройств в виде единой компоновки в ствол скважины.

25. Скважинное устройство для сбора и распределения текучей среды, содержащее удлиненный манифольд, размещенный снаружи трубы ствола скважины и имеющий первую конфигурацию, в которой внутренняя часть манифольда гидравлически изолирована от ствола скважины вокруг него, и вторую конфигурацию, включающую в себя, по меньшей мере, два разнесенных в осевом направлении перфорационных канала, проходящих, по меньшей мере, через стенку или стенки манифольда, и путь потока текучей среды в манифольде, сообщенный с двумя перфорационными каналами и, по меньшей мере, одним отверстием трубы ствола скважины, расположенным на расстоянии в осевом направлении от перфорационных каналов.

26. Устройство по п.25, в котором отверстие дополнительно включает в себя клапанный элемент.

27. Устройство по п.26, в котором клапанный элемент содержит скользящую муфту.

28. Устройство по п.25, в котором первая конфигурация дополнительно содержит механизм перфорирования, содержащийся в манифольде.

29. Устройство по п.28, в котором механизм перфорирования содержит кумулятивный заряд взрывчатого вещества.

30. Устройство по п.25, в котором манифольд расположен, по существу, параллельно трубе ствола скважины.

31. Способ создания доступа к текучей среде в распределенных местах в пласте на забое скважины содержащий следующие стадии:
создание пути потока текучей среды, пересекающего участок пласта и сообщающегося с внутренним пространством ствола скважины и продольно распределенными местами в пласте, при этом путь потока является внешним относительно ствола скважины и проходит по оси, по существу, параллельной ему, иначе внутреннее пространство ствола скважины, по существу, изолировано от продольно распределенных мест;
прохождение текучей среды, по меньшей мере, одному из следующих направлений, направлению от внутреннего пространства ствола скважины к распределенным местам и направлению к внутреннему пространству ствола скважины от распределенных мест.

32. Способ по п.31, в котором создание пути потока текучей среды дополнительно содержит перфорирование пласта.

33. Способ по п.31, в котором сообщение с внутренним пространством ствола скважины можно избирательно закрывать.

34. Способ обработки многочисленных пластов, пересекаемых стволом скважины, содержащий следующие стадии:
создание обсадной колонны, имеющей, по меньшей мере, один первый стреляющий перфоратор, установленный снаружи колонны и примыкающий к первому пласту, и, по меньшей мере, один второй стреляющий перфоратор, установленный снаружи колонны и примыкающий ко второму пласту в стволе скважины, срабатывание первого стреляющего перфоратора, с созданием первых распределенных по длине перфорационных каналов в первом пласте без перфорирования обсадной колонны ствола скважины, избирательное открытие, по меньшей мере, одного отверстия в обсадной колонне ствола скважины, закачка текучей среды из внутреннего пространства обсадной колонны ствола скважины через отверстие в первые распределенные перфорационные каналы, закрытие отверстия, срабатывание второго стреляющего перфоратора с созданием вторых распределенных по длине перфорационных каналов во втором пласте без перфорирования обсадной колонны ствола скважины.

35. Способ по п.34, дополнительно содержащий избирательное открытие, по меньшей мере, одного второго отверстия в обсадной колонне ствола скважины.

36. Способ по п.34, дополнительно содержащий закачку текучей среды из внутреннего пространства обсадной колонны ствола скважины через второе отверстие во вторые распределенные перфорационные каналы.

Images