Способ создания зональной изоляции в подземной системе скважины

1 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к способу создания зональной изоляции между внутренней стороной и наружной стороной необсаженной секции подземной системы скважин, которая расположена смежно с секцией скважины, в которой имеется обсадная труба. Из уровня техники известен способ создания такой зональной изоляции посредством ввода обсадной трубы, имеющей меньший диаметр, чем существующая обсадная труба скважины, в необсаженную секцию ствола скважины так, что указанная обсадная труба с меньшим диаметром проходит через и за существующую обсадную трубу скважины, после чего обсадную трубу с меньшим диаметром цементируют в заданном месте. Если необсаженная секция подземной скважинной системы образована боковым стволом скважины, который проходит от секции скважины, в которой имеется обсадная труба скважины, то известно, что зональную изоляцию создают посредством ввода обсадной трубы или обсадной колонны-хвостовика через отверстие, профрезерованное в стенке обсадной трубы скважины, и затем цементируют указанную обсадную трубу или обсадную колоннухвостовик в заданном месте. Трудность этой известной технологии состоит в том, что фрезерованное отверстие обычно имеет неправильную форму и что цемент, накачиваемый в кольцевое пространство вокруг обсадной трубы или обсадной колонны-хвостовика, не всегда равномерно распределяется в кольцевом пространстве и обеспечивает недостаточную герметизацию. Основной проблемой известных технологий цементирования зональной изоляции является то, что они требуют наличия кольцевого пространства, имеющего значительную ширину для создания тела из цемента с достаточной толщиной и прочностью, что приводит к значительному уменьшению диаметра готовой скважины и тем самым к ограничению отдачи скважины. В патенте США 3 901 063 раскрыт способ вытягивания труб, в котором диаметр вытянутой в осевом направлении трубы уменьшают с помощью сжимающей трубу оправки, имеющей коническую керамическую поверхность,которая защищена от износа с помощью осевого сжатия керамического материала. Из публикации WO 93/25799 известен способ, при котором обсадную трубу расширяют до стенки ствола скважины, тогда как в размывах цемент закачивают в окружающее кольцевое пространство. Кроме того, из публикации WO 94/03698 известен способ изоляции боковой скважины от других боковых ответвлений в разветвленной системе скважины с целью исключения перетекания жидкости между отдельными ответвле 001687 2 ниями, состоящий в установке деформируемого средства для обеспечения селективной изоляции между вертикальным и боковым стволами скважины. Деформируемое средство может представлять собой надувную форму, в которой используется затвердевающая по форме изоляции текучая среда, расширяемое металлическое устройство с памятью формы или обжимное устройство для пластически деформируемого изолирующего материала. В основу данного изобретения положена задача создания способа зональной изоляции,который можно выполнять более просто, чем известный способ, и который обеспечивал бы адекватную зональную изоляцию и не требовал наличия кольцевого пространства, которое заполняют цементом. Сущность изобретения Способ, согласно изобретению, содержит стадии- ввода расширяемой трубы, выполненной из пластичного сорта стали, через существующую обсадную трубу скважины в необсаженную секцию подземной системы скважин, так что один конец расширяемой трубы выступает за обсадную трубу скважины в необсаженную секцию скважинной системы, а другой конец расширяемой трубы расположен внутри обсадной трубы скважины; и- расширения расширяемой трубы с использованием разжимной оправки, имеющей коническую керамическую поверхность, так что один конец отжимается в направлении к стенке необсаженной секции скважинной системы, а внешняя поверхность другого конца прижимается к внутренней поверхности обсадной трубы скважины с созданием плотной посадки, способной обеспечивать соединение внахлест и гидравлическое уплотнение между указанными окружающими поверхностями. При необходимости перед расширением трубы между указанными окружающими поверхностями вводят прокладочный материал. Если необсаженная секция подземной системы скважин образована боковым стволом скважины, который отходит в сторону от секции скважины, в которой имеется обсадная труба скважины, через отверстие в стенке обсадной трубы скважины, то один конец расширяемой трубы вводят через это отверстие в боковой ствол скважины так, что другой конец расширяемой трубы еще входит в секцию скважины, в которой имеется обсадная труба, так, что этот другой конец расположен по существу соосно с обсадной трубой скважины, и затем расширяют расширяемую трубу так, что один конец прижимается к стенке бокового ствола скважины, а другой конец прижимается к внутренней поверхности обсадной трубы скважины. В этом случае после расширения трубы в стенке расширенной трубы может быть создано отверстие для обеспечения прохождения жидкости между 3 частями секции скважины, в которой имеется обсадная труба скважины, расположенное выше и ниже бокового ствола скважины. Указанное отверстие может быть создано посредством фрезерования окна в стенке расширенной трубы. В качестве альтернативного решения указанное отверстие может быть создано посредством создания предварительно сформированного участка, имеющего меньшую толщину стенки,чем другие части трубы, который открывается в результате процесса расширения. Как упоминалось выше, в международной заявке WO 94/03698 раскрыт способ герметизации пересечения между первичным стволом и боковым стволом скважины, в котором используют полый скважинный отклонитель. Краткое описание чертежей Эти и другие признаки, цели и преимущества способа, согласно изобретению, более полно раскрываются в приведенном ниже подробном описании предпочтительных вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено на фиг. 1 - схематичный продольный разрез скважины, в которой зональная изоляция образована с помощью расширения трубы к стенкам существующей обсадной трубы скважины; на фиг. 2 - схематичный продольный разрез скважины, в которой зональная изоляция образована с помощью расширения трубы к стенкам существующей обсадной трубы скважины, нижний конец которой имеет увеличенный внутренний диаметр, для создания скважины с одинаковым диаметром; на фиг. 3 - схематичный продольный разрез бокового ствола скважины, который отходит от первичной скважины, которая имеет обсадную трубу, в которой отфрезеровано окно для создания доступа к боковому стволу скважины; на фиг. 4 - схематичный продольный разрез системы скважин, согласно фиг. 3, после ввода расширяемой трубы в боковую скважину и расширения к обсадной трубе первичной скважины. Подробное описание лучших вариантов осуществления изобретения На фиг. 1 показан ствол 1 скважины, проходящий через подземный пласт 2, и обсадная труба 3 скважины, которая закреплена внутри ствола 1 с помощью кольцевого тела 4 из цемента. Расширяемая труба 5 в виде обсадной колонны-хвостовика введена в обсадную трубу 3 скважины и удерживается в таком положении,что нижний конец трубы выступает в необсаженную нижнюю секцию ствола 1, а верхний конец трубы окружен нижним концом обсадной трубы 3 скважины. Разжимную оправку 7 перемещают в осевом направлении через трубу 5 посредством 4 протягивания, толкания или нагнетания чушки в направлении стрелок. Это приводит к расширению наружной поверхности трубы 5 к внутренней поверхности нижнего конца обсадной трубы 3 скважины, что создает неподвижную плотную посадку 8, способную обеспечить соединение внахлест и гидравлическое уплотнение между окружающими поверхностями. Данные экспериментальных испытаний не облицованных стальных труб и стальных труб,облицованных прокладочным материалом, подтвердили, что можно обеспечить надежное соединение внахлест. Это доказывает, например,подъемная сила в 650 кН/м, необходимая для извлечения расширенной трубы с размерами 108 на 119 мм (внутренний диаметр/наружный диаметр) из стальной обсадной трубы с размерами 119 на 133 мм (внутренний диаметр/наружный диаметр). Разжимная оправка 7 имеет коническую керамическую наружную поверхность с половинным углом А при вершине конуса между 5 и 45, предпочтительно между 20 и 30. Расширяемая труба 5 выполнена из пластичного сорта стали, который обеспечивает деформационное упрочнение без образования шейки и пластичных разрывов в результате расширения. Подходящими пластичными сортами стали являются сорта стали, имеющие отношение предела текучести к пределу прочности при растяжении менее 0,8, предпочтительно между 0,6 и 0,7, и предел текучести, по меньшей мере, 275 МПа. Сортами стали, имеющими такие свойства, являются двухфазные (DP), низколегированные высокопрочные (HSLA) стали, такие как сорт SollacDP55 или DP60 или сорт Nippon SAFH 540 или 590D, или сорта пластичной высокопрочной стали, такие как бесшовная труба ASTM A106HSLA, труба из аустенитной нержавеющей стали ASTM А 312, сорта ТР 304 и ТР 316 и высокозакаленная аустенитная, высокопрочная горячекатаная сталь, известная как сталь TRIP. Эти пластичные сорта стали могут быть расширены с помощью керамической конической оправки 7 до наружного диаметра, который, по меньшей мере, на 20% больше, чем наружный диаметр нерасширенной трубы. В примере, показанном на фиг. 1, расширяемая труба 5 является обсадной колоннойхвостовиком, которая может быть окружена гравийным фильтром (не изображен) перед пропусканием разжимной оправки 7 через обсадную колонну-хвостовик. В результате процесса расширения гравийный фильтр сжимается в кольцевом пространстве, что стабилизирует ствол 1 скважины от обрушения внутрь. На фиг. 2 показан ствол скважины, в котором установлена обсадная труба 10 скважины,зацементированная с помощью кольцевого тела 11 из цемента. Установлена расширяемая труба 12 и расширена с помощью керамической раз 5 жимной оправки тем же образом, как описано применительно к фиг. 1. Однако нижний конец 10 А обсадной трубы 10 скважины расширен до большего внутреннего диаметра, чем остальная часть обсадной трубы. Труба 12 расширена к нижнему концу 10 А обсадной трубы 10 скважины с созданием неподвижной посадки между сопряженными поверхностями трубы 12 и обсадной трубы 10 скважины. Нижний конец 10 А обсадной трубы скважины можно расширять вместе с трубой 12 с помощью разжимной конической оправки, в то время когда кольцевое тело из цемента еще находится в жидком состоянии. В результате расширения образуется прочная связь между цементом и трубой, обсадной трубы и окружающим пластом 13. Увеличенный диаметр нижней секции 10 А обсадной трубы 10 позволяет образовать скважину,имеющую одинаковый внутренний диаметр по всей длине скважины. На фиг. 3 показана первичная скважина 15,в которой зацементирована обсадная труба 16 скважины с помощью кольцевого тела 17 из цемента. Боковой ствол 18 пробурен в сторону от первичной скважины 15 в подземный пласт 19. В месте соединения двух скважин профрезеровано отверстие 20 в обсадной трубе 16 и в окружающем теле 17 из цемента с использованием, например, обычного фрезерного инструмента, который вводят с помощью скважинного отклонителя ниже точки соединения для фрезерования отверстия 20 в обсадной трубе в заданном месте. В результате такой операции фрезерования образуется обычно отверстие 20,имеющее по существу неправильную форму,что затрудняет обеспечение зональной изоляции между наружной стороной скважины и внутренней стороной скважины в точке соединения и крепление обсадной трубы (не изображена) бокового ствола к обсадной трубе первичной скважины 15. На фиг. 4 показана расширяемая труба 21,введенная в боковой ствол 18 из первичной скважины 15, так что верхний конец трубы расположен коаксиально внутри обсадной трубы 16 первичной скважины 15. Трубу 21 расширяют посредством перемещения в ней разжимной оправки 22 с помощью нагнетания, проталкивания и/или протягивания. Свойства трубы 21 и оправки 22 те же, что и применительно к фиг. 1. В результате процесса расширения наружная поверхность верхнего конца расширенной трубы прижимается к внутренней поверхности обсадной трубы 16 с созданием неподвижной плотной посадки, способной обеспечить соединение внахлест и гидравлическое уплотнение между сопряженными поверхностями. Расширяемая труба 21 также прижимается к внутренней поверхности бокового ствола скважины и к кромкам отверстия 20 в обсадной трубе 16 скважины и в цементном теле 17 с соз 001687 6 данием гидравлического уплотнения между расширенной трубой 21 и указанными кромками отверстия 20 и внутренней поверхностью бокового ствола 18 скважины. Таким образом, расширенная труба 21 и обсадная труба 16 скважины обеспечивают адекватную зональную изоляцию между внутренней стороной и наружной стороной в зоне соединения между боковым стволом 18 скважины и первичной скважиной 15 и прочное скрепление трубы 21 с обсадной трубой 16 скважины. После установки и расширения трубы 21 в стенке трубы 21 может быть создано окно (не изображено) для обеспечения доступа к части первичной скважины 15, расположенной ниже точки соединения. Наружная поверхность трубы 21 перед расширением трубы 21 может быть снабжена прокладочным материалом для дополнительного улучшения зональной изоляции, создаваемой расширенной трубой 21. Если кромки фрезерованного отверстия 20 являются неравномерными, то в зоне соединения на внутренней поверхности обсадной трубы 16 может быть установлена обсадная колоннахвостовик, имеющая правильное овальное отверстие, например, посредством расширения этой обсадной колонны-хвостовика с использованием разжимной оправки и предусмотрения прорези или овального отверстия в обсадной колонне-хвостовике, которое откроется в результате процесса расширения с принятием желаемой овальной формы. При желании, по меньшей мере, верхний конец трубы 21 можно расширять с помощью процесса расширения, состоящего из двух стадий, в котором упругую разжимную оправку используют на второй стадии процесса расширения для плотного прижатия трубы 21 к обсадной трубе 16 или, по выбору, к обсадной колонне-хвостовику, установленной в ней в месте соединения, и к кромкам отверстия 20 (или овального отверстия в обсадной колоннехвостовике) и к внутренней поверхности бокового ствола 18 скважины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ создания зональной изоляции в подземной системе скважины (1) между необсаженной секцией (6, 18) и расположенной смежно с ней секцией скважины, в которой имеется обсадная труба(3, 10, 16) скважины, содержащий стадию ввода расширяемой стальной трубы (5, 12, 21) через обсадную трубу (3, 10, 16) скважины в необсаженную секцию (6, 18) подземной системы скважины так, что один конец расширяемой трубы выступает за обсадную трубу скважины в необсаженную секцию системы скважины, а другой конец расширяемой трубы расположен внутри обсадной трубы (3, 10, 16) скважины, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стадию расширения расширяемой трубы(5, 12, 21) с использованием разжимной оправки (7,22), имеющей коническую керамическую поверхность, так что указанный один конец отжимается в направлении к стенке необсаженной секции (6, 18) системы скважины (1), а наружная поверхность указанного другого конца прижимается к внутренней поверхности обсадной трубы (3, 10, 16) скважины с созданием неподвижной посадки, обеспечивающей соединение внахлест и гидравлическое уплотнение между указанными окружающими поверхностями,при этом используют расширяемую трубу (21), выполненную из пластичного сорта стали. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между указанными окружающими поверхностями перед расширением трубы (5, 12, 21) вводят прокладочный материал. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что необсаженная секция (6) подземной системы скважин (1) образована продолжением ствола скважины, который проходит в осевом направлении за секцию скважины, в которой имеется обсадная труба (3, 10) скважины. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что необсаженная секция подземной системы скважин образована боковым стволом (18) скважины, который отходит в сторону от секции (15) скважины, в которой имеется обсадная труба (16) скважины, через отверстие (20) в стенке обсадной трубы (16) скважины, и один конец расширяемой трубы (21) вводят через указанное отверстие (20) в боковой ствол (18) 8 скважины так, что другой конец расширяемой трубы еще входит в секцию (15) скважины, в которой имеется обсадная труба (16) скважины, так, что указанный другой конец расположен по существу коаксиально с обсадной трубой (16) скважины, и расширяемую трубу (21) впоследствии расширяют так, что указанный один конец прижимается к стенке бокового ствола (18) скважины, а указанный другой конец прижимается к внутренней поверхности обсадной трубы (16) скважины. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что после расширения трубы (21) образуют отверстие в стенке расширяемой трубы (21) для обеспечения жидкостной связи между частями секции (15) скважины, в которой имеется обсадная труба (16) скважины, расположенными выше и ниже бокового ствола (18) скважины. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанное отверстие создают посредством фрезерования окна в стенке расширяемой трубы (21). 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что труба(5, 12, 21) изготовлена из высокопрочной, низколегированной стали (HSLA), имеющей отношение предела текучести к пределу прочности при растяжении менее 0,8 и предел текучести, равный, по меньшей мере, 275 МПа. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что коническая керамическая поверхность разжимной оправки (7, 22) имеет половинный угол (А) при вершине конуса между 20 и 30.