Способ создания скважины в земном пласте
Номер патента: 7166
Опубликовано: 25.08.2006
Авторы: Бензи Скотт Энтони, Шильте Поль Дирк, Дьюар Джон Александр Гордон, Филиппов Андрей Грегори
Формула / Реферат
1. Способ создания скважины в земном пласте, включающий стадии:
a) бурения секции скважины и опускания расширяемого трубного элемента в скважину, за счет чего нижняя часть трубного элемента проходит в пробуренную секцию скважины;
b) радиального расширения указанной нижней части трубного элемента с образованием обсадной трубы в пробуренной секции скважины;
c) отделения верхней части трубного элемента от указанной нижней части для обеспечения перемещения отделенной верхней части относительно указанной нижней части; и
d) опускания указанной отделенной верхней части через расширенную нижнюю часть, образованную в предыдущей стадии (b).
2. Способ по п.1, дополнительно включающий повторение по меньшей мере одной стадии а), стадий а) и b), стадий а), b) и с) и стадий а), b), с) и d) до достижения желаемой глубины, при этом
в каждой повторяемой стадии а) бурят секцию скважины, следующую за секцией скважины, пробуренной на предыдущей стадии а), при этом последняя секция скважины задается в качестве предыдущей секции скважины;
в каждой повторяемой стадии а) трубный элемент, подлежащий опусканию, является верхней частью трубного элемента, созданного в результате предшествующей стадии с);
в каждой повторяемой стадии b) образуют обсадную трубу, следующую за обсадной трубой, созданной на предыдущей стадии b), при этом последняя обсадная труба задается в качестве предыдущей обсадной трубы.
3. Способ по любому из пп.1 или 2, характеризующийся тем, что на каждой стадии а) трубный элемент опускают в пробуренную секцию скважины одновременно с бурением секции скважины.
4. Способ по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что на каждой стадии с) указанную верхнюю часть отделяют от указанной нижней части в положении, когда трубный элемент входит в предыдущую обсадную трубу, расположенную в скважине.
5. Способ по п.4, характеризующийся тем, что указанная предыдущая обсадная труба имеет нижнюю концевую часть с увеличенным внутренним диаметром по сравнению с остальной частью предыдущей обсадной трубы, при этом указанную верхнюю часть трубного элемента отделяют от указанной нижней части трубного элемента в положении, в котором трубный элемент входит в указанную нижнюю концевую часть предыдущей обсадной трубы.
6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что на каждой стадии с) указанную верхнюю часть отделяют от указанной нижней части посредством разрезания трубного элемента или посредством развинчивания резьбового соединения трубного элемента.
7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что указанную верхнюю часть отделяют от указанной нижней части в месте, где трубный элемент, по существу, не расширен.
8. Способ по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что каждую секцию скважины бурят с использованием бурового снаряда, который выполнен с возможностью перемещения через трубный элемент, а перед, по меньшей мере, каждой повторяемой стадией а) буровой снаряд перемещают вниз через трубный элемент в положение, в котором буровой снаряд, по меньшей мере, частично проходит ниже трубного элемента.
9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что в указанном положении буровой снаряд разъемно соединяют с трубным элементом, а после бурения секции скважины буровой снаряд отсоединяют от трубного элемента и перемещают вверх через трубный элемент к поверхности.
10. Способ по любому из пп.8 или 9, характеризующийся тем, что буровой снаряд перемещают через трубный элемент с помощью талевого каната, проходящего с поверхности через трубный элемент к буровому снаряду.
11. Способ по любому из пп.1-10, характеризующийся тем, что каждая стадия b) включает расположение расширительного узла в указанной нижней части трубного элемента и приведение в действие расширительного узла для расширения указанной нижней части.
12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что расширительный узел выполнен с возможностью работы между радиально расширенным состоянием и радиально суженным состоянием, в котором расширительный узел можно перемещать через трубный элемент, причем расширительный узел располагают в указанной нижней части трубного элемента посредством перемещения расширительного узла вниз через трубный элемент, при этом расширительный узел находится в суженном состоянии.
13. Способ по п.12, характеризующийся тем, что расширительный узел располагают для расширения трубного элемента при движении расширительного узла из его радиально суженного состояния в радиально расширенное состояние, при этом осуществляют попеременное движение расширительного узла между радиально суженным состоянием и радиально расширенным состоянием, причем расширительный узел продвигают через трубный элемент в периоды времени, когда расширительный узел находится в суженном состоянии.
14. Способ по любому из пп.12 или 13, характеризующийся тем, что расширительный узел продвигают через трубный элемент с помощью талевого каната, колонны из труб или свернутых в бухту труб, проходящих с поверхности через трубный элемент к расширительному узлу.
15. Способ по любому из пп.11-14, характеризующийся тем, что расширительный узел выполнен с возможностью избирательного расширения трубного элемента до первого внутреннего диаметра и до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр, при этом расширительный узел приводят в действие для расширения нижнего конца нижней части трубного элемента до второго внутреннего диаметра и для расширения остатка указанной нижней части до первого внутреннего диаметра.
16. Способ по любому из пп.11-15, характеризующийся тем, что расширительный узел снабжен режущим инструментом для разрезания трубного элемента или приспособлением для развинчивания резьбового соединения трубного узла, при этом каждая стадия с) содержит после расширения указанной нижней части трубного элемента приведение в действие режущего инструмента для разрезания трубного элемента или приведение в действие приспособления для развинчивания выбранного резьбового соединения трубного элемента с целью отделения указанной верхней части трубного элемента от его указанной нижней части.
17. Способ по п.16, характеризующийся тем, что режущий инструмент или приспособление для развинчивания расположено сверху от расширителя расширительного узла, при этом указанная нижняя часть трубного элемента имеет, по существу, нерасширенную верхнюю концевую часть, а режущий инструмент приводят в действие для разрезания трубного элемента у указанной, по существу, нерасширенной верхней концевой части.
18. Способ по п.17, характеризующийся тем, что после разрезания трубного элемента или развинчивания выбранного резьбового соединения трубного элемента дополнительно приводят в действие расширительный узел для расширения верхнего конца нижней части трубного элемента.
19. Буровой снаряд для использования в способе по любому из пп.1-18, характеризующийся тем, что он имеет размеры, обеспечивающие перемещение снаряда через трубный элемент в нерасширенном состоянии, и содержит буровое долото, забойный двигатель для привода бурового долота и средство для перемещения бурового снаряда через трубный элемент, содержащее соединительный элемент для присоединения талевого каната, проходящего с поверхности через трубный элемент, к буровому снаряду, а также буровой снаряд дополнительно содержит якорное средство для закрепления бурового снаряда в трубном элементе так, что буровой снаряд, по меньшей мере, частично проходит ниже трубного элемента, при этом якорное средство выполнено с возможностью закрепления бурового снаряда в верхней части трубного элемента после отделения его верхней части от нижней части.
20. Буровой снаряд по п.19, характеризующийся тем, что он расположен в трубном элементе, а талевый канат, проходящий с поверхности через трубный элемент, соединен с соединительным элементом.
21. Буровой снаряд по п.19, характеризующийся тем, что якорное средство выполнено с возможностью радиального сужения для освобождения бурового снаряда из трубного элемента после радиального сужения якорного средства.
22. Расширительный узел для использования в способе по любюьу из пп.1-18, характеризующийся тем, что он выполнен с возможностью работы между состоянием радиального расширения, в котором расширительный узел имеет диаметр больше внутреннего диаметра трубного элемента в нерасширенном состоянии, и состоянием радиального сужения, в котором расширительный узел имеет диаметр меньше внутреннего диаметра трубного элемента в нерасширенном состоянии, при этом расширительный узел содержит исполнительные средства для приведения в состояние между радиально расширенным и радиально суженным для расширения за счет этого трубного элемента, когда расширительный узел расположен в трубном элементе, и средство продвижения для осевого продвижения через трубный элемент, причем средство продвижения содержит соединительный элемент для присоединения талевого троса, проходящего с поверхности через трубный элемент,к расширительному узлу.
23. Расширительный элемент по п.22, характеризующийся тем, что он расположен в трубном элементе, а талевый трос, проходящий с поверхности через трубный элемент, соединен с указанным соединительным элементом расширительного узла.
24. Расширительный элемент по любому из пп.22 или 23, характеризующийся тем, что он выполнен с возможностью избирательного расширения трубного элемента до первого внутреннего диаметра и до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр.
25. Расширительный элемент по любому из пп.22-24, характеризующийся тем, что он содержит режущий инструмент для разрезания трубного элемента.
26. Расширительный элемент по п.25, характеризующийся тем, что режущий инструмент расположен сверху от расширителя расширительного узла.
Текст
007166 Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к способу создания скважины в земном пласте. При добыче углеводородного флюида из земного пласта бурят скважины для создания канала для углеводородного флюида,протекающего из зоны резервуара к добывающему оборудованию на поверхности. В обычных операциях бурения создают скважину с обсадной трубой заданной длины с выбранными интервалами бурения. Такая процедура приводит к обычной телескопической системе обсадных труб, за счет чего доступный диаметр для добычи углеводородного флюида ступенчато уменьшается с глубиной. Это ступенчатое уменьшение диаметра может приводить к техническим и экономическим трудностям, в частности, для глубоких скважин, где необходимо устанавливать относительно большое число отдельных обсадных труб. Уровень техники В приведенном ниже описании понятия обсадная труба и нижняя труба обсадной колонны используются без предположения о различии между этими понятиями, за счет чего оба понятия относятся,в целом, к трубным элементам, используемым в скважинах для их укрепления и/или герметизации. Для преодоления недостатка телескопической схемы обсадных труб уже предложено использовать схему обсадных труб, с помощью которой отдельные обсадные трубы радиально расширяют после установки в скважину. В WO 99/35368 раскрыт способ, с помощью которого устанавливают и расширяют обсадные трубы заданной длины в скважине. После установки и расширения каждой обсадной трубы скважину углубляют дальше с использованием подходящей бурильной колонны, после чего удаляют бурильную колонну из скважины. Следующую обсадную трубу опускают через ранее расширенную секцию обсадной трубы и затем расширяют во вновь пробуренной части скважины и т.д. Недостатком известного способа, в частности, для относительно глубоких скважин является то, что стадии опускания и расширения обсадных труб необходимо повторять много раз, даже если некоторые секции скважины можно бурить глубже без установки обсадной трубы. Кроме того, для каждой следующей обсадной трубы необходимо уплотнять перекрывающуюся с предыдущей обсадной трубой секцию. Вдобавок, такое повторение установки и расширения обсадной трубы увеличивает время бурения и может сказываться на технических и экономических характеристиках скважины. Другим недостатком известного способа является то, что величина уменьшения длины обсадной трубы в результате процесса расширения на его первоначальной стадии, в основном, неизвестна, поскольку силы трения между обсадной трубой и стенкой скважины могут значительно изменяться. Например, если труборасширитель перемещается вверх через обсадную трубу для ее расширения, то обычно заранее не известно, на какой глубине скважины будет находиться верхний конец обсадной трубы после процесса расширения. С учетом этого существует потребность в создании способа, который устраняет недостатки известного. Раскрытие изобретения Согласно изобретению создан способ создания скважины в земном пласте, содержащий следующие стадии:a) бурение секции скважины и опускания расширяемого трубного элемента в скважину, за счет чего нижняя часть трубного элемента проходит в пробуренную секцию скважины;b) радиальное расширение указанной нижней части трубного элемента с образованием обсадной трубы в пробуренной секции скважины; иc) отделение верхней части трубного элемента от указанной нижней части для обеспечения перемещения отделенной верхней части относительно указанной нижней части. За счет этого достигается возможность бурения секции скважины до глубины, на которой необходимо установить новую обсадную трубу. Такие условия могут относиться, например, к разбухающим слоям глинистого сланца, встречающимся во время бурения, к появлению потерь бурового раствора в пласте или к проникновению флюидов пласта в скважину. Обсадную трубу устанавливают посредством расширения нижней части трубного элемента для образования обсадной трубы. Верхнюю часть трубного элемента отделяют от нижней части для обеспечения возможности удаления верхней части. За счет отделения верхней части от нижней обеспечивается согласование длины обсадной трубы с глубиной, до которой действительно была пробурена скважина. Таким образом, больше нет необходимости в установке секций обсадной трубы заданной длины в заданных положениях в скважине. Кроме того, обеспечивается то, что место, в котором отделяются друг от друга верхняя и нижняя части трубного элемента, можно выбирать независимо от величины укорочения трубного элемента, образовавшегося в результате процесса расширения. Стадию с), предпочтительно, выполняют после стадии b), однако, в качестве альтернативного решения можно стадию с) выполнять перед стадией b). Соответственно, способ дополнительно содержит стадиюd) опускания указанной отделенной верхней части через расширенную нижнюю часть, образованную в предыдущей стадии b). Таким образом, нет необходимости в извлечении верхней части трубного элемента из скважины, что приводит к сокращению времени расцепления. Дополнительным преимуще-1 007166 ством является то, что можно использовать меньшую буровую установку, поскольку нет необходимости в хранении на буровой площадке отдельных плетей извлеченной верхней части трубного элемента. В предпочтительном варианте выполнения способа согласно изобретению по меньшей мере одну стадию а), стадии а) и b), стадии а), b) и с) и стадии а), b), с) и d) повторяют до достижения желаемой глубины, при этом: в каждой повторяемой стадии а) бурят секцию скважины, следующую за секцией скважины, пробуренной в предыдущей стадии а), при этом последняя секция скважины задается в качестве предыдущей секции скважины; в каждой повторяемой стадии а) трубный элемент, подлежащий опусканию, является верхней частью трубного элемента, созданного в результате предшествующей стадии с); в каждой повторяемой стадии b) образуют обсадную трубу, следующую за обсадной трубой, созданной в предыдущей стадии b), при этом последняя обсадная труба задается в качестве предыдущей обсадной трубы. Таким образом, обеспечивается скважина и схема обсадных труб, по существу, одинакового диаметра в противоположность телескопической системе обсадных труб в обычных пробуренных скважинах. В каждой стадии а) трубный элемент, предпочтительно, опускают в пробуренную секцию скважины одновременно с бурением секции скважины. За счет этого достигается то, что трубный элемент все время находится в пробуренной секции скважины, так что нет необходимости в удалении бурильной колонны перед опусканием обсадной трубы в скважину. Такое удаление требует времени и увеличивает опасность складывания открытого отверстия с образованием за счет этого препятствия в скважине. Опускание обсадной трубы может быть затруднено таким препятствием, и может потребоваться повторная установка бурильной колонны для устранения проблемы. Для создания системы с перекрытием обсадных труб в каждой стадии с), предпочтительно, отделяют указанную верхнюю часть от указанной нижней части в положении, когда трубный элемент входит в предыдущую обсадную трубу, расположенную в скважине. Предпочтительно, чтобы предыдущая обсадная труба имела нижнюю концевую часть с увеличенным внутренним диаметром относительно остальной части предыдущей обсадной трубы, и при этом указанную верхнюю часть трубного элемента отделяют от указанной нижней части трубного элемента внутри нижней концевой части предыдущей обсадной трубы. Соответственно, в каждой стадии с) указанную верхнюю часть отделяют от указанной нижней части посредством разрезания трубного элемента. Трубный элемент, предпочтительно, разрезают в том месте, где трубный элемент, по существу, не расширен. Соответственно, в последней стадии d) указанную верхнюю часть расширяют в направлении ранее установленных обсадных труб. Таким образом, обеспечивается защита канала для потока из пласта двумя слоями трубы. Согласно другому аспекту данного изобретения создан буровой снаряд для использования в соответствии со способом согласно изобретению, при этом буровой снаряд имеет размеры, обеспечивающие его перемещение через трубный элемент в нерасширенном состоянии, причем буровой снаряд содержит буровое долото, забойный двигатель для привода бурового долота и средство для перемещения бурового снаряда через трубный элемент. Согласно дополнительному аспекту данного изобретения создан расширительный узел для использования в соответствии со способом согласно изобретению, при этом расширительный узел выполнен с возможностью работы между состоянием радиального расширения, в котором расширительный узел имеет диаметр больше внутреннего диаметра трубного элемента в нерасширенном состоянии, и состоянием радиального сужения, в котором расширительный узел имеет диаметр меньше внутреннего диаметра трубного элемента в нерасширенном состоянии, причем расширительный узел содержит исполнительные средства для приведения в действие расширительного узла между радиально расширенным состоянием и радиального суженным состоянием. Краткое описание чертежей Ниже приводится в качестве примера подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: фиг. 1 - буровой снаряд, используемый при осуществлении способа согласно изобретению; фиг. 2 - буровой снаряд согласно фиг. 1 во время стадии бурения; фиг. 3 - буровой снаряд согласно фиг. 1 после бурения секции скважины; фиг. 4 - буровой снаряд согласно фиг. 1 перед извлечением его на поверхность после бурения секции скважины; фиг. 5 - буровой снаряд согласно фиг. 1 во время его извлечения на поверхность после бурения секции скважины; фиг. 6 - расширительный узел, используемый в осуществлении способа согласно изобретению, во время его опускания в скважину; фиг. 7 - расширительный узел согласно фиг. 6 в положении перед началом процесса расширения; фиг. 8 - расширительный узел согласно фиг. 6 во время начальной стадии процесса расширения;-2 007166 фиг. 9 - расширительный узел согласно фиг. 6 во время следующей стадии процесса расширения; фиг. 10 - расширительный узел согласно фиг. 6 во время разрезания трубного элемента для отделения его верхней части; фиг. 11 - расширительный узел согласно фиг. 6 во время расширения верхней концевой части нижней части трубного элемента; фиг. 12 - расширительный узел согласно фиг. 6 во время его извлечения на поверхность через отделенную верхнюю часть; фиг. 13 - буровой снаряд согласно фиг. 1 перед его закреплением на отделенной верхней части трубного элемента; фиг. 14 - буровой снаряд согласно фиг. 1 после его закрепления на отделенной верхней части трубного элемента; фиг. 15 - буровой снаряд согласно фиг. 1 в начале бурения следующей секции скважины; фиг. 16 - буровой снаряд согласно фиг. 1 во время бурения следующей секции скважины; фиг. 17 - буровой снаряд согласно фиг. 1 перед его извлечением на поверхность после бурения следующей секции скважины; фиг. 18 - буровой снаряд согласно фиг. 1 во время его извлечения на поверхность после бурения следующей секции скважины; фиг. 19 - скважина после бурения скважины, как показано на фиг. 1-18; фиг. 20 - первое возможное заканчивание скважины после бурения скважины, как показано на фиг. 1-18; фиг. 21 - второе возможное заканчивание скважины после бурения скважины, как показано на фиг. 1-18; фиг. 22 - третье возможное заканчивание скважины после бурения скважины, как показано на фиг. 1-18. На фигурах одинаковыми ссылочными номерами обозначены одинаковые компоненты. Осуществление изобретения На фиг. 1-5 показана скважина 1, сформированная в земном пласте 2 во время различных стадий бурения секции скважины 1. Стальная поверхностная обсадная труба 3 расположена неподвижно в верхней секции 4 скважины 1, при этом поверхностная обсадная труба 3 имеет нижнюю концевую часть 6(называемую в последующем раструб 6) с внутренним диаметром слегка меньше D1+2t, при этом значения D1 и t будут пояснены ниже. Стальной расширяемый трубный элемент 8 с наружным диаметром,меньшим внутреннего диаметра указанной остальной части обсадной трубы 3, входит в поверхностную обсадную трубу 3. Буровой снаряд 10 расположен в трубном элементе 8 у его нижнего конца, так что часть бурового снаряда 10 проходит ниже трубного элемента 8. Буровой снаряд содержит последовательно в направлении вниз: радиально расширяемый верхний пакер 12 для уплотнения бурового снаряда 10 относительно обсадной трубы 3,блок 14 каротажа во время бурения/регистрации во время бурения (MWD/LWD),гидравлический двигатель 16, приводимый в действие буровым раствором,радиально расширяемый якорь 18 для закрепления бурового снаряда 10 в трубном элементе 8,скважинный локатор 20 для обнаружения нижнего конца трубного элемента 8,направляющее устройство 22 для направления бурового снаряда 10 в скважине 1,блок 24 датчика для регистрации во время бурения,радиально расширяемый долото-расширитель 26, выполненный с возможностью привода от двигателя 16, и подходящий для бурения скважины с диаметром больше наружного диаметра трубного элемента 8 после его расширения, и направляющее буровое долото 28, выполненное с возможностью привода от двигателя 16. Порядок расположения различных элементов снаряда может отличаться от указанного порядка. На стадиях, показанных на фиг. 4 и 5, талевый канат 32 проходит от лебедки 34 на поверхности через трубный элемент 8, при этом талевый канат 32 снабжен на своем нижнем конце соединительным элементом 35. Верхний конец бурового снаряда 10 снабжен соответствующим соединительным элементом (не изображен), на котором может защелкиваться соединительный элемент 35 талевого каната для соединения талевого каната 32 с буровым снарядом 10. Талевый канат 32 снабжен электрическим проводником (не изображен), соединенным с источником электрического питания (не изображен) на поверхности. Верхний пакер 12 и якорь 18 выполнены с возможностью приведения в действие электропитанием, подаваемым через электрический проводник, когда талевый канат 32 соединен с буровым снарядом 10. На фиг. 6-12 показана скважина 1 во время различных стадий формирования обсадной трубы в скважине. Расширяемый узел 36 входит в трубный элемент 8 и поддерживается на талевом канате 32(или на другом тросе) с помощью соединительного элемента 35, защелкнутого в соединительном элементе (не изображен) расширительного узла 36. Расширительный узел 36 включает последовательно в направлении вниз: режущий инструмент 38 для разрезания трубного элемента 8,электродвигатель 40,гидравлический насос 42, выполненный с возможностью привода от электродвигателя 40,-3 007166 локатор 44 обсадной трубы для обнаружения нижнего конца трубного элемента 8,верхний конусный расширитель 46, выполненный с возможностью работы между радиально расширенным состоянием, в котором расширитель 46 имеет первый наружный диаметр D1, больший внутреннего диаметра трубного элемента 8 в нерасширенном состоянии, и радиально суженным состоянием,в котором расширитель 46 имеет наружный диаметр, меньший внутреннего диаметра трубного элемента 8 в нерасширенном состоянии. При этом расширитель 46 снабжен первичной гидравлической системой привода (не изображена) для приведения в действие расширителя 46 между указанными состояниями, а первичная гидравлическая система привода выполнена с возможностью избирательного привода с помощью гидравлического насоса 42,нижний конусный расширитель 48, выполненный с возможностью работы между радиально расширенным состоянием, в котором расширитель 48 имеет второй наружный диаметр D2, больший указанного первого наружного диаметра D1, и радиально суженным состоянием, в котором расширитель 48 имеет наружный диаметр, меньший внутреннего диаметра трубного элемента 8 в нерасширенном состоянии,при этом расширитель 48 снабжен вторичной гидравлической системой привода (не изображена) для приведения в действие расширителя 48 между указанными состояниями, а вторичная гидравлическая система привода выполнена с возможностью избирательного привода с помощью гидравлического насоса 42. Режущий инструмент 38 и электрический двигатель 49 приводятся в действие электропитанием,подаваемым по проводнику талевого каната 32. Порядок следования различных элементов узла может отличаться от указанного порядка. Диаметры D1 и D2 выбираются так, чтобы D2 был слегка меньше D1+2t, где t обозначает толщину стенки трубного элемента 8. На стадиях, показанных на фиг. 11 и 12, трубный элемент разделяют на верхнюю часть 50 трубного элемента и нижнюю часть 52 трубного элемента. На фиг. 13-18 показана скважина 1 во время различных стадий бурения следующей секции скважины 1. Во время нормальной работы буровой снаряд 10 введен в трубный элемент 8 на его нижнем конце,за счет чего долото-расширитель 26 и направляющее буровое долото выступают ниже трубного элемента 8. Якорь 18 приведен в свое расширенное состояние, так что буровой снаряд 10 прочно закреплен в трубном элементе 8, и верхний пакер 12 приведен в свое расширенное состояние, так что буровой снаряд 10 герметизирован относительно трубного элемента 8. Трубный элемент 8 с закрепленным в нем буровым снарядом 10 затем опускают (в направлении стрелки 53) в первоначальную верхнюю секцию 4 скважины через поверхностную обсадную трубу 3 (фиг. 1). Опускание комбинации из трубного элемента 8 и бурового снаряда 10 выполняют до достижения направляющим буровым долотом 28 дна скважины, после чего расширяют долото-расширитель 26. Затем начинают бурение секции 1 а скважины 1 ниже первоначальной верхней секции 4 посредством нагнетания потока бурового раствора 54 насосом (не изображен) через трубный элемент 8 к буровому снаряду 10, так что гидравлический двигатель 16 приводит за счет этого во вращение направляющее буровое долото 28 и долото-расширитель 26. В результате происходит бурение секции 1 а скважины, при этом обломки выбуренной породы транспортируются к поверхности обратным потоком, проходящим вверх между трубным элементом 8 и обсадной трубой 3 (фиг. 2). Бурение секции 1 а скважины продолжают до тех пор, пока не возникнет необходимость установки обсадной трубы во вновь пробуренной секции 1 а скважины. Такая необходимость может быть связана с условиями, требующими установки обсадной трубы, такими как, например, возникновение потери бурового раствора в пласт или возникновение разбухания глинистого сланца во время бурения. Нижнюю концевую часть секции 1 а скважины разбуривают до увеличенного диаметра посредством дополнительного расширения долота-расширителя 26. Затем останавливают нагнетание бурового раствора для прекращения бурения и сужают долото-расширитель 26 до его суженного состояния (фиг. 3). Затем опускают (в направлении стрелки 56) талевый канат 32 с помощью лебедки 34, пока соединительный элемент 35 не защелкнется в соединительном элементе бурового снаряда 10 (фиг. 4), а якорь 18 и верхний пакер 12 сужают в их соответствующие суженные состояния. Затем извлекают (в направлении стрелки 57) буровой снаряд 10 через трубный элемент 8 на поверхность с помощью лебедки 34 (фиг. 5) и на поверхности отсоединяют талевый канат 32 от бурового снаряда 10. Талевый канат 32 (или другой аналогичный трос) затем соединяют с расширительным узлом 36 посредством защелкивания соединительного элемента 35 в соединительной выемке расширительного узла 36. Верхний и нижний расширители 46, 48 переводят в их радиально суженное состояние, а затем расширительный узел 36 опускают (в направлении стрелки 58) через трубный элемент 8 (фиг. 6). Опускание расширительного узла 36 останавливают, когда расширительный узел 36 находится в положении у нижнего конца трубного элемента 8, при этом расширители 46, 48 проходят ниже трубного элемента 8 (фиг. 7).-4 007166 Затем включают электродвигатель 40 путем подачи электропитания через электрический проводник в талевом тросе 32 для приведения в действие гидравлического насоса 42. Вначале как первичная, так и вторичная гидравлические приводные системы селективно приводятся в действие насосом 42, так что в результате указанные гидравлические приводные системы вызывают перемещение соответствующих расширителей 46, 48 попеременно между их соответствующими расширенными и суженными состояниями. Одновременно к талевому канату 32 прикладывают умеренное усилие натяжения, так что во время каждого цикла, когда оба расширителя 46, 48 находятся в своих соответствующих суженных состояниях, расширительный узел 36 постепенно поднимается (в направлении стрелки 59) через трубный элемент 8. Дополнительно к этому расширитель 46 расширяет трубный элемент 8 до внутреннего диаметраD1, а расширитель 48 расширяет трубный элемент 8 до внутреннего диаметра D2 во время каждого цикла перемещения расширителей 46, 48 из соответствующего радиально суженного состояния в радиально расширенное состояние (фиг. 8). Вторичную гидравлическую приводную систему выключают, как только выбранная длина трубного элемента 8 будет расширена до внутреннего диаметра D2, так что нижний расширитель 48 остается в суженном состоянии, а процесс расширения продолжается за счет работы лишь верхнего расширителя 46. В результате нижний конец 60 (называемый в последующем раструб 60) трубного элемента 8 расширяется до внутреннего диаметра D2, а остальной трубный элемент 8 расширяется до внутреннего диаметра D1 (фиг. 9). Как будет описано ниже, функцией раструба 60 является обеспечение перекрытия с частью трубного элемента, находящейся глубже в скважине. Таким образом, длина раструба 60 выбирается с учетом требований к такому перекрытию, например с учетом требований герметизации для перекрывающихся частей трубного элемента. Процесс расширения останавливают, когда режущий инструмент 38 располагается вблизи верхнего конца раструба 6 поверхностной обсадной трубы 3. В следующей стадии приводят в действие режущий инструмент 38 для разрезания трубного элемента 8 на верхнюю часть 64 и нижнюю часть 66 (фиг. 10). Поскольку режущий инструмент 38 расположен над расширителем 46, то нижняя часть 66 трубного элемента имеет нерасширенную верхнюю концевую часть 68. После окончания разрезания трубного элемента 8 возобновляют работу верхнего расширителя 46 для расширения оставшейся нерасширенной верхней части 68. Поскольку раструб 6 поверхностной обсадной трубы 3 имеет внутренний диаметр,слегка превышающий значение D1+2t, то верхняя концевая часть 68 трубного элемента 8 расширяется вплотную к раструбу 6 с образованием уплотнения металл-металл. Не обязательно, что кольцевой уплотнительный элемент (не изображен) расположен между трубным элементом 8 и раструбом 6 для обеспечения дополнительной функции герметизации. Такой уплотнительный элемент может быть выполнен,например, из эластомерного материала или пластичного металла (фиг. 11). После завершения расширения нижней части трубного элемента 66 верхний расширитель 46 приводят в его радиально суженное состояние и вытягивают (в направлении стрелки 70) расширительный узел 36 на поверхность с помощью талевого каната 32 и лебедки 34 (фиг. 12). В следующей стадии буровой снаряд 10 (или аналогичный буровой узел) опускают на талевом канате 32 (или аналогичном тросе) через верхнюю часть 64 трубного элемента 8, при этом верхний пакер 12, якорь 18 и долото-расширитель 26 находятся в своих соответствующих суженных положениях. Опускание останавливают, когда долото-расширитель 26 и направляющее буровое долото 28 выступают ниже нижнего конца части 64 трубного элемента (фиг. 13). В этом положении бурового снаряда 10 верхний пакер 12 и якорь расширяют до их соответствующего радиально расширенного состояния, так что буровой снаряд 10 закрепляется и герметизируется относительно части 64 трубного элемента. Затем соединительный элемент 35 отцепляют от бурового снаряда с помощью электрического расцепителя (не изображен), и талевый канат 32 извлекают (в направлении стрелки 72) на поверхность (фиг. 14). Затем часть 64 трубного элемента с закрепленным в ней буровым снарядом опускают (в направлении стрелки 74) через расширенную часть 66 трубного элемента, пока направляющее буровое долото 28 не достигнет дна скважины (фиг. 15). Долото-расширитель 26 расширяют и затем начинают бурение следующей секции 1b скважины ниже секции 1 а скважины посредством нагнетания потока бурового раствора через часть 64 трубного элемента к буровому снаряду 10, так что гидравлический двигатель 16 приводит во вращение направляющее буровое долото 28 и долото-расширитель 26. В результате происходит бурение секции 1b скважины, при этом осколки породы транспортируются к поверхности возвратным потоком 54, проходящим вверх между частью 64 трубного элемента и расширенной частью 66 трубного элемента (фиг. 16). Бурение секции 1b скважины продолжают, пока не возникает необходимость установки обсадной трубы во вновь пробуренной секции 1b скважины, например, при возникновении потери бурового раствора в пласт или разбухания глинистого сланца. Затем останавливают нагнетание бурового раствора для прекращения бурения и долото-расширитель 26 сужают до его суженного состояния (фиг. 17). Затем опускают талевый канат 32 с помощью лебедки 34, пока соединительный элемент 35 не защелкнется в соединительной выемке бурового снаряда 10, после чего якорь 18 и верхний пакер 12 сужают в их соответствующие радиально суженные состояния.-5 007166 Затем буровой снаряд 10 извлекают (в направлении стрелки 76) через часть 64 трубного элемента на поверхность с помощью лебедки 34 (фиг. 18). Указанную процедуру затем повторяют, начиная со стадии опускания расширительного узла 36 через часть 64 трубного элемента, пока не будет достигнута желаемая глубина скважины. При повторении указанных выше стадий для простоты обозначения каждая пробуренная секция скважины определяется как секция скважины, следующая за пробуренной на предыдущей стадии бурения, и трубный элемент определяется как верхняя часть трубного элемента, отделенная на предыдущей стадии разрезания трубного элемента. Последнюю секцию скважины бурят в зоне залегания углеводородного флюида земного пласта, которая завершает фазу бурения. В этой стадии часть 64 трубного элемента можно извлекать из скважины для обеспечения установки обычного окончания (не изображено) (фиг. 19). Скважину можно заканчивать различными альтернативными путями, например: бурением с необсаженным стволом у забоя, за счет чего не требуется раструб в самой нижней расширенной части трубного элемента и за счет чего последнюю верхнюю часть 80 трубного элемента опускают через последнюю расширенную нижнюю часть 82 трубного элемента. При этом верхнюю часть 80 трубного элемента оставляют в скважине в нерасширенном состоянии для образования эксплуатационной обсадной колонны для добычи углеводородного флюида и при этом расширяемый эксплуатационный пакер 84 опускают через трубный элемент 80 на талевом тросе и устанавливают на его нижнем конце для герметизации кольцевого пространства между указанным трубным элементом 80 и частью 82 трубного элемента; перфорированной эксплуатационной колонной, за счет чего не требуется раструб в самой нижней расширенной части трубного элемента, при этом последнюю верхнюю часть 84 трубного элемента опускают через последнюю расширенную часть 86 трубного элемента, верхняя часть 84 которого расширена по своей длине до прежде установленных расширенных частей трубного элемента с образованием армированной эксплуатационной обсадной колонны для добычи углеводородного флюида. При этом нижняя концевая часть последней верхней части 84 трубного элемента снабжена обычной перфорацией 88 (фиг. 21); в виде песочного фильтра, за счет чего верхний трубный элемент 94 расширяют до ранее установленных расширенных частей трубного элемента, раструб 90 образуют в самой нижней расширенной части 92 трубного элемента, при этом песочный фильтр 94 расположен ниже части 92 трубного элемента. Песочный фильтр 94, предпочтительно, радиально расширяют после установки в скважину (фиг. 22). В приведенном выше описании поверхностная обсадная труба и трубный элемент выполнены из стали, но можно применять любой другой подходящий материал для этих компонентов. Верхнюю секцию скважины можно бурить и снабжать поверхностной обсадной трубой обычным образом. В качестве альтернативного решения, верхнюю секцию скважины можно бурить и снабжать обсадной трубой, как описано выше применительно к следующим секциям скважины. Вместо применения бурового снаряда и расширительного узла возможно применение единственного узла, имеющего функции как бурового снаряда, так и расширительного узла, указанных выше. Вместо применения гидравлического двигателя в буровом снаряде можно применять любой другой подходящий двигатель для привода долота-расширителя и направляющего бурового долота, например электродвигатель. В качестве альтернативного решения, буровое долото можно вращать посредством вращения трубного элемента. Вертикальные секции скважины можно бурить без направляющего устройства в буровом снаряде. Вместо применения электродвигателя в расширительном узле можно применять любой другой подходящий двигатель для привода расширителя (расширителей), например гидравлический двигатель. При таком применении соответственно предусматривается канал для подачи гидравлической энергии, например свернутые в бухту трубы. Вместо применения расширителей 46 и 48 можно применять соответствующий единственный расширитель с двумя расширенными положениями (D1 и D2). Кроме того, вместо расширения трубного элемента с использованием расширительного узла, который попеременно перемещается между радиально суженным состоянием и радиально расширенным состоянием, можно нагнетать обычный расширительный конус или протягивать его через трубный элемент для его расширения. Такой указанный расширительный конус или указанные выше расширители, предпочтительно, являются складываемыми для обеспечения их прохождения через нерасширенный трубный элемент. Уплотнение между расширенными частями трубного элемента и стенкой скважины можно обеспечивать посредством расширения частей трубного элемента до стенки скважины. Это можно выполнять по всей длине скважины или вдоль выбранных секций скважины для обеспечения зональной изоляции. На наружном диаметре предварительно устанавливают соответствующие резиновые элементы для улучшения герметизации в твердых породах. Такие резиновые элементы могут быть разбухающими элементами. В качестве альтернативного решения, можно нагнетать цемент между расширенными частями трубного элемента и стенкой скважины для обеспечения герметизации.-6 007166 Расширяемый трубный элемент, предпочтительно, сформирован из множества секций трубного элемента, соединенных друг с другом с помощью сварки. В качестве альтернативного решения, трубный элемент может быть сформирован из секций, соединенных друг с другом резьбовыми соединениями. В этом случае верхнюю и нижнюю части трубного элемента отделяют друг от друга, соответственно, посредством развинчивания выбранного резьбового соединения, например, с использованием специального приспособления. Такое приспособление для развинчивания, предпочтительно, предусмотрено в расширительном узле, так что оно заменяет указанный выше режущий инструмент. Давлением флюида в скважине, предпочтительно, управляют с использованием уплотнительного средства вокруг трубного элемента на поверхности и системы управления давлением. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ создания скважины в земном пласте, включающий стадии:a) бурения секции скважины и опускания расширяемого трубного элемента в скважину, за счет чего нижняя часть трубного элемента проходит в пробуренную секцию скважины;b) радиального расширения указанной нижней части трубного элемента с образованием обсадной трубы в пробуренной секции скважины;c) отделения верхней части трубного элемента от указанной нижней части для обеспечения перемещения отделенной верхней части относительно указанной нижней части; иd) опускания указанной отделенной верхней части через расширенную нижнюю часть, образованную в предыдущей стадии (b). 2. Способ по п.1, дополнительно включающий повторение по меньшей мере одной стадии а), стадий а) и b), стадий а), b) и с) и стадий а), b), с) и d) до достижения желаемой глубины, при этом в каждой повторяемой стадии а) бурят секцию скважины, следующую за секцией скважины, пробуренной на предыдущей стадии а), при этом последняя секция скважины задается в качестве предыдущей секции скважины; в каждой повторяемой стадии а) трубный элемент, подлежащий опусканию, является верхней частью трубного элемента, созданного в результате предшествующей стадии с); в каждой повторяемой стадии b) образуют обсадную трубу, следующую за обсадной трубой, созданной на предыдущей стадии b), при этом последняя обсадная труба задается в качестве предыдущей обсадной трубы. 3. Способ по любому из пп.1 или 2, характеризующийся тем, что на каждой стадии а) трубный элемент опускают в пробуренную секцию скважины одновременно с бурением секции скважины. 4. Способ по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что на каждой стадии с) указанную верхнюю часть отделяют от указанной нижней части в положении, когда трубный элемент входит в предыдущую обсадную трубу, расположенную в скважине. 5. Способ по п.4, характеризующийся тем, что указанная предыдущая обсадная труба имеет нижнюю концевую часть с увеличенным внутренним диаметром по сравнению с остальной частью предыдущей обсадной трубы, при этом указанную верхнюю часть трубного элемента отделяют от указанной нижней части трубного элемента в положении, в котором трубный элемент входит в указанную нижнюю концевую часть предыдущей обсадной трубы. 6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что на каждой стадии с) указанную верхнюю часть отделяют от указанной нижней части посредством разрезания трубного элемента или посредством развинчивания резьбового соединения трубного элемента. 7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что указанную верхнюю часть отделяют от указанной нижней части в месте, где трубный элемент, по существу, не расширен. 8. Способ по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что каждую секцию скважины бурят с использованием бурового снаряда, который выполнен с возможностью перемещения через трубный элемент, а перед, по меньшей мере, каждой повторяемой стадией а) буровой снаряд перемещают вниз через трубный элемент в положение, в котором буровой снаряд, по меньшей мере, частично проходит ниже трубного элемента. 9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что в указанном положении буровой снаряд разъемно соединяют с трубным элементом, а после бурения секции скважины буровой снаряд отсоединяют от трубного элемента и перемещают вверх через трубный элемент к поверхности. 10. Способ по любому из пп.8 или 9, характеризующийся тем, что буровой снаряд перемещают через трубный элемент с помощью талевого каната, проходящего с поверхности через трубный элемент к буровому снаряду. 11. Способ по любому из пп.1-10, характеризующийся тем, что каждая стадия b) включает расположение расширительного узла в указанной нижней части трубного элемента и приведение в действие расширительного узла для расширения указанной нижней части.-7 007166 12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что расширительный узел выполнен с возможностью работы между радиально расширенным состоянием и радиально суженным состоянием, в котором расширительный узел можно перемещать через трубный элемент, причем расширительный узел располагают в указанной нижней части трубного элемента посредством перемещения расширительного узла вниз через трубный элемент, при этом расширительный узел находится в суженном состоянии. 13. Способ по п.12, характеризующийся тем, что расширительный узел располагают для расширения трубного элемента при движении расширительного узла из его радиально суженного состояния в радиально расширенное состояние, при этом осуществляют попеременное движение расширительного узла между радиально суженным состоянием и радиально расширенным состоянием, причем расширительный узел продвигают через трубный элемент в периоды времени, когда расширительный узел находится в суженном состоянии. 14. Способ по любому из пп.12 или 13, характеризующийся тем, что расширительный узел продвигают через трубный элемент с помощью талевого каната, колонны из труб или свернутых в бухту труб,проходящих с поверхности через трубный элемент к расширительному узлу. 15. Способ по любому из пп.11-14, характеризующийся тем, что расширительный узел выполнен с возможностью избирательного расширения трубного элемента до первого внутреннего диаметра и до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр, при этом расширительный узел приводят в действие для расширения нижнего конца нижней части трубного элемента до второго внутреннего диаметра и для расширения остатка указанной нижней части до первого внутреннего диаметра. 16. Способ по любому из пп.11-15, характеризующийся тем, что расширительный узел снабжен режущим инструментом для разрезания трубного элемента или приспособлением для развинчивания резьбового соединения трубного узла, при этом каждая стадия с) содержит после расширения указанной нижней части трубного элемента приведение в действие режущего инструмента для разрезания трубного элемента или приведение в действие приспособления для развинчивания выбранного резьбового соединения трубного элемента с целью отделения указанной верхней части трубного элемента от его указанной нижней части. 17. Способ по п.16, характеризующийся тем, что режущий инструмент или приспособление для развинчивания расположено сверху от расширителя расширительного узла, при этом указанная нижняя часть трубного элемента имеет, по существу, нерасширенную верхнюю концевую часть, а режущий инструмент приводят в действие для разрезания трубного элемента у указанной, по существу, нерасширенной верхней концевой части. 18. Способ по п.17, характеризующийся тем, что после разрезания трубного элемента или развинчивания выбранного резьбового соединения трубного элемента дополнительно приводят в действие расширительный узел для расширения верхнего конца нижней части трубного элемента. 19. Буровой снаряд для использования в способе по любому из пп.1-18, характеризующийся тем,что он имеет размеры, обеспечивающие перемещение снаряда через трубный элемент в нерасширенном состоянии, и содержит буровое долото, забойный двигатель для привода бурового долота и средство для перемещения бурового снаряда через трубный элемент, содержащее соединительный элемент для присоединения талевого каната, проходящего с поверхности через трубный элемент, к буровому снаряду, а также буровой снаряд дополнительно содержит якорное средство для закрепления бурового снаряда в трубном элементе так, что буровой снаряд, по меньшей мере, частично проходит ниже трубного элемента, при этом якорное средство выполнено с возможностью закрепления бурового снаряда в верхней части трубного элемента после отделения его верхней части от нижней части. 20. Буровой снаряд по п.19, характеризующийся тем, что он расположен в трубном элементе, а талевый канат, проходящий с поверхности через трубный элемент, соединен с соединительным элементом. 21. Буровой снаряд по п.19, характеризующийся тем, что якорное средство выполнено с возможностью радиального сужения для освобождения бурового снаряда из трубного элемента после радиального сужения якорного средства. 22. Расширительный узел для использования в способе по любому из пп.1-18, характеризующийся тем, что он выполнен с возможностью работы между состоянием радиального расширения, в котором расширительный узел имеет диаметр больше внутреннего диаметра трубного элемента в нерасширенном состоянии, и состоянием радиального сужения, в котором расширительный узел имеет диаметр меньше внутреннего диаметра трубного элемента в нерасширенном состоянии, при этом расширительный узел содержит исполнительные средства для приведения в состояние между радиально расширенным и радиально суженным для расширения за счет этого трубного элемента, когда расширительный узел расположен в трубном элементе, и средство продвижения для осевого продвижения через трубный элемент, причем средство продвижения содержит соединительный элемент для присоединения талевого троса, проходящего с поверхности через трубный элемент, к расширительному узлу. 23. Расширительный элемент по п.22, характеризующийся тем, что он расположен в трубном элементе, а талевый трос, проходящий с поверхности через трубный элемент, соединен с указанным соединительным элементом расширительного узла.-8 007166 24. Расширительный элемент по любому из пп.22 или 23, характеризующийся тем, что он выполнен с возможностью избирательного расширения трубного элемента до первого внутреннего диаметра и до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр. 25. Расширительный элемент по любому из пп.22-24, характеризующийся тем, что он содержит режущий инструмент для разрезания трубного элемента. 26. Расширительный элемент по п.25, характеризующийся тем, что режущий инструмент расположен сверху от расширителя расширительного узла.
МПК / Метки
МПК: E21B 43/10, E21B 29/00, E21B 7/20
Метки: создания, способ, пласте, земном, скважины
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/17-7166-sposob-sozdaniya-skvazhiny-v-zemnom-plaste.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ создания скважины в земном пласте</a>