Способ осуществления сварки в буровой скважине

1 Настоящее изобретение относится к способу осуществления сварки для соединения первого элемента со вторым элементом. Для целого ряда применений желательно создать способ осуществления сварки в буровой скважине, образованной в геологической формации и содержащей буровой раствор. Такие применения включают, например, образование уплотнения металл-к-металлу, обеспечивающего конструкционную целостность для компонентов буровой скважины или для отремонтированного повреждения от коррозии. Однако сварка в жидкостной окружающей среде (буровом растворе) при высоких давлениях, которые, в основном, встречаются в буровых скважинах, не осуществима. Аналогичная ситуация имеет место при сварке под водой, например на морских платформах, посредством чего глубина, на которой осуществима такая сварка, ограничивается гидростатическим напором воды. Целью настоящего изобретения является создание способа осуществления сварки для соединения первого элемента со вторым элементом, размещенным в буровой скважине, содержащей буровой раствор. Способ в соответствии с изобретением содержит следующие стадии: а) выбор траектории сварки, вдоль которой должна быть осуществлена сварка; б) выбор части объема буровой скважины,в которой расположена траектория сварки, и изоляция выбранной части объема от остального объема буровой скважины; в) установка средства для контроля давления, чтобы контролировать давление текучей среды в выбранной части объема; г) приведение в действие средства для контроля давления с целью уменьшения давления текучей среды в выбранной части объема до выбранного значения давления, при котором может быть осуществлена сварка; и д) осуществление сварки вдоль выбранной траектории сварки. При изоляции части объема, в которой должна производиться сварка, от остальной части буровой скважины, и последующем уменьшении давления в этой части объема давление текучей среды больше не препятствует осуществлению сварки. Целесообразно, чтобы первый элемент представлял собой верхнюю обсадную трубу буровой скважины и второй элемент представлял собой нижнюю обсадную трубу буровой скважины, имеющую верхнюю часть, заходящую внутрь нижней части верхней обсадной трубы буровой скважины. Таким образом, образуется уплотнение металл-к-металлу обсадных труб, которое дает возможность создать высокое давление газа в обсадной трубе буровой скважины быстрее, чем в обычной добывающей трубе, проходящей через обсадную трубу буровой скважины. 2 В предпочтительном варианте исполнения указанная верхняя часть имеет наружный диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру указанной нижней части, и стадия д) содержит сварку верхней кромки нижней обсадной трубы с верхней обсадной трубой. В другом предпочтительном варианте исполнения указанная верхняя часть имеет наружный диаметр, меньший, чем внутренний диаметр нижней части, способ дополнительно содержит вставку уплотнительной трубы в кольцевое пространство между указанной верхней частью и указанной нижней частью, стадия д) содержит сварку верхней кромки нижней обсадной трубы с уплотнительной трубой и сварку верхней кромки уплотнительной трубы с верхней обсадной трубой. Для обеспечения возможности создания высокого давления газа в системе буровой скважины с множеством ответвлений удобно,чтобы буровая скважина представляла собой основную буровую скважину, снабженную ответвленной буровой скважиной, причем первый элемент представлял собой ответвление элемента ответвленной обсадной трубы, который соединяет основную обсадную трубу, проходящую через основную буровую скважину, с ответвленной обсадной трубой, проходящей через ответвленную буровую скважину, причем второй элемент представляет собой ответвленную обсадную трубу. Изобретение далее будет описано более подробно и посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1 схематически изображает продольный разрез установки, используемой для осуществления первого варианта осуществления способа по изобретению; фиг. 2 схематически изображает продольный разрез установки, используемой для осуществления второго варианта осуществления способа по изобретению; фиг. 3 схематически изображает деталь А,показанную на фиг. 2. На фигурах одинаковые позиции относятся к одинаковым элементам. Установка, показанная на фиг. 1, включает буровую скважину 1, образованную в геологической формации 3 и снабженную первым элементом в форме верхней обсадной трубы 5 буровой скважины, заходящей в верхнюю часть 1 а буровой скважины, и вторым элементом в форме нижней обсадной трубы 7 буровой скважины, заходящей в нижнюю часть 1b буровой скважины 1. Нижняя обсадная труба 7 имеет наружный диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру верхней обсадной трубы 5, и частично заходит в верхнюю обсадную трубу 5. Слой цемента 9 размещен в кольцевом пространстве между двумя обсадными трубами с 3 одной стороны и стенкой буровой скважины с другой стороны. Сварочная установка 10 размещена в буровой скважине 1 и содержит расширяющийся в радиальном направлении верхний уплотнитель 12, размещенный в верхней обсадной трубе 5 над верхней кромкой 14 нижней обсадной трубы 7, и расширяющийся в радиальном направлении нижний уплотнитель 16, размещенный в нижней обсадной трубе 7. Уплотнители 12, 16 соединены между собой элементом 18 трубы, в стенке которого выполнено множество отверстий 20. Каждый уплотнитель 12, 16 изнутри снабжен сжимаемым запоминающим металлическим элементом (на чертеже не показан) для расширения уплотнителя в радиальном направлении в сторону соответствующей обсадной трубы 5, 7 и электрической нагревательной спиралью (на чертеже не показана) для приведения в действие запоминающего металлического элемента. Уплотнители 12,16 снабжены соответствующими уплотнениями 21 для изоляции уплотнителей 12, 16 в том положении, в котором они расширены в сторону соответствующей обсадной трубы 5, 7. Внутри верхнего уплотнителя 12 установлен сварочный узел 22 с дистанционным управлением (показан пунктирными линиями),имеющий сварочный электрод 24 и трубу 25. Электрод 24 и труба 25 могут перемещаться между втянутым положением и расширенным положением. Во втянутом положении электрод 24 и труба 25 расположены в камере (на чертеже не показана), размещенной внутри верхнего уплотнителя 12, изолированной посредством съемного кольцевого уплотнительного элемента 26, установленного в соответствующей кольцевой выемке 28 (показана пунктирными линиями), выполненной в верхнем уплотнителе 12 на стороне, обращенной к нижнему уплотнителю 16. Кольцевой уплотнительный элемент 26 снимается с верхнего уплотнителя под действием катушки соленоида (на чертеже не показана),которая может заставить уплотняющую деталь опускаться вниз из уплотнителя 12. На фиг. 1 кольцевой уплотняющий элемент показан снятым с верхнего уплотнителя 12. В расширенном положении электрод 24 и труба 25 проходят через кольцевую выемку 28 в часть 30 объема буровой скважины 1, образованную пространством, заключенным между уплотнителями 12, 16 и обсадными трубами 5, 7. Сварочный узел дополнительно содержит средства (на чертеже не показаны) для перемещения электрода 24 и трубы 25 в периферическом направлении вдоль угла, образованного между верхней кромкой 14 нижней обсадной трубы 7 и внутренней поверхностью верхней обсадной трубы 5. Труба 33 соединена со сварочной установкой 10 у верхнего уплотнителя 12 и проходит через буровую скважину 1 до контрольного блока (на чертеже не показан) на поверхности. 4 Труба 33 находится в жидкостном сообщении с внутренним объемом элемента 18 трубы и снабжена контрольным клапаном (на чертеже не показан) на поверхности, который в открытом положении обеспечивает жидкостное сообщение трубы 33 с атмосферой. Электрический кабель 34 проходит от контрольного блока через трубу 33 к сварочной установке 10 и оттуда к нагревательным спиралям и катушке соленоида. Волоконнооптический кабель 35 проходит от блока текущего контроля (на чертеже не показан) на поверхности через трубу 33 к сварочной установке 10 и оттуда в трубу 25 для создания оптических сигналов на блок текущего контроля. Контрольный блок приспособлен для избирательной подачи электрической энергии и/или электрических контрольных сигналов через кабель 34 к сварочной установке 10, на нагревательные спирали, катушку соленоида и в камеру. Выходная труба 36 выступает из нижнего уплотнителя 16 через элемент 18 трубы и через верхний уплотнитель 12, причем выходная труба обеспечивает жидкостное сообщение между частью 30 объема и внутренней частью буровой скважины 1 над сварочной установкой 10. Невозвратный клапан 38 предотвращает поток текучей среды из выходной трубы 36 в часть 30 объема. В течение нормальной работы установки,используемой в первом конструктивном исполнении, буровая скважина 1 содержит буровой раствор определенной плотности. Сварочные электроды 24 находятся во втянутом положении, и кольцевой уплотнительный элемент расположен в кольцевой выемке 28 для изоляции электродов от бурового раствора. Сварочная установка 10 подвешена на трубе 33 и опущена в буровую скважину до места, показанного на фиг. 1, посредством чего верхняя кромка 14 нижней обсадной трубы 7 расположена между уплотнителями 12, 16. Электрическая энергия подается контрольным блоком по кабелю 34 к нагревательным спиралям, которые посредством этого подают тепло к запоминающим металлическим элементам. После достижения их температуры перехода запоминающие металлические элементы сжимаются и, тем самым, расширяют в радиальном направлении уплотнители 12, 16, которые входят в контакт с соответствующими обсадными трубами 5, 7 и образуют изоляцию. Контрольный клапан на поверхности закрыт, и сжатый инертный газ, например азот,нагнетается с поверхности через трубу 33 и оттуда через элемент 18 трубы и отверстия 20 в часть 30 объема. Путем нагнетания газа в часть 30 объема буровой раствор откачивается из части 30 объема через выходную трубу во внутреннюю часть буровой скважины 1 над сварочным аппаратом 10. Когда сжатый газ вытеснит, по 5 существу, весь буровой раствор из части 30 объема, нагнетание останавливается. Контрольный клапан затем открывается для уменьшения давления газа в части 30 объема и трубе 33, так чтобы посредством этого давление газа уменьшилось, по существу, до атмосферного давления. Невозвратный клапан 36 предотвращает обратный поток бурового раствора из выходной трубы 36 в часть 30 объема. Контрольный блок приводится в действие для подачи электрической энергии к катушке соленоида, которая посредством этого вынуждает кольцевой уплотнительный элемент 26 опуститься вниз от верхнего уплотнителя 12 на нижний уплотнитель 16 (как показано на фиг. 1). Контрольный блок приводится в действие для подачи электрической энергии и электрических контрольных сигналов на сварочную установку 10, так чтобы сварочные электроды 24 заняли свое расширенное положение, при котором концы сварочных электродов расположены вблизи верхней кромки 14 нижней обсадной трубы 7. Контрольный блок затем индуцирует электроды 24 для создания сварного шва, проходящего в периферическом направлении вдоль угла, образованного верхней кромкой 14 нижней обсадной трубы 7 и внутренней поверхностью верхней обсадной трубы 5. Сварной шов приваривает нижнюю обсадную трубу 7 к верхней обсадной трубе 5. В процессе сварки камера управляется контрольным блоком с целью текущего контроля сварочного процесса на поверхности. Когда процесс сварки завершается, сварочная установка 10 извлекается на поверхность путем извлечения трубы 33 из буровой скважины 1. Установка, используемая во втором конструктивном исполнении, показана на фиг. 2 и включает элемент 40 ответвленной обсадной трубы, размещенный в основной буровой скважине (на чертеже не показана), снабженной ответвленной буровой скважиной (на чертеже не показана), причем элемент 40 ответвленной обсадной трубы расположен в точке разветвления двух скважин и соединяет основную обсадную трубу 42, проходящую через основную буровую скважину, с ответвленной обсадной трубой 44,проходящей через ответвленную буровую скважину. Ответвленная обсадная труба 44 имеет верхнюю часть 46, заходящую внутрь ответвления 48 элемента 40 обсадной трубы. Эта верхняя часть имеет меньший наружный диаметр,чем внутренний диаметр ответвления 48. Уплотнительная труба 50 размещена в кольцевом пространстве между верхней частью 46 и ответвлением 48. Верхняя кромка ответвленной обсадной трубы 44 приварена к уплотнительной трубе 50, и верхняя кромка уплотнительной трубы 50 приварена к ответвлению 48 с использованием способа по изобретению. На фиг. 3 использованы те же позиции для обозначения тех же элементов, что и на фиг. 1, 003227 6 поэтому ссылки даются на фиг. 1 для описания тех же элементов, что и на фиг. 3. Конструктивное исполнение, показанное на фиг. 3, отличается от конструктивного исполнения по фиг. 1 тем, что первый элемент образован ответвленной обсадной трубой 44, а второй элемент образован ответвленной обсадной трубой 44. Наружный диаметр верхней части 46 обсадной трубы 44 меньше, чем внутренний диаметр ответвления 48. Нормальная работа установки по второму варианту осуществления способа в большей части подобна нормальной работе установки по первому варианту осуществления способа, за исключением того, что верхняя кромка ответвленной обсадной трубы 44 приварена к уплотнительной трубе 50 посредством сварного шва 52 с использованием сварочной установки 10, и верхняя кромка уплотнительной трубы 50 приварена к ответвлению 48 посредством сварного шва 54 с использованием сварочной установки 10. Второй вариант осуществления способа по изобретению представляет особенный интерес,если во время прохода ответвленной обсадной трубы 44 в отводную буровую скважину ответвленная обсадная труба застревает в ответвленной буровой скважине до достижения его запланированной глубины. Ответвленная обсадная труба 44 в этом случае отрезается на таком уровне, чтобы верхняя 46 часть ответвленной обсадной трубы оставалась в ответвлении 48,после чего вставляется уплотнительная труба 50 и выполняются сварные швы 52, 54 с использованием сварочной установки 10. Отрезанная верхняя часть ответвленной обсадной трубы удаляется из буровой скважины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ осуществления сварки к элементу, расположенному в буровой скважине, содержащей буровой раствор, содержащий следующие стадии: а) выбор траектории сварки, вдоль которой должна быть осуществлена сварка; б) выбор части объема буровой скважины,в которой расположена траектория сварки, и изоляция выбранной части объема от остального объема буровой скважины; в) установка средства для контроля давления, чтобы контролировать давление текучей среды в выбранной части объема; г) приведение в действие средства для контроля давления с целью уменьшения давления текучей среды в выбранной части объема до выбранного значения давления, при котором может быть осуществлена сварка; и д) осуществление сварки вдоль выбранной траектории сварки. 2. Способ по п.1, в котором стадия б) содержит установку первого уплотнителя и второ 7 го уплотнителя в буровой скважине, причем выбранная часть объема расположена между уплотнителями. 3. Способ по п.2, в котором первый уплотнитель снабжают сварочным аппаратом с дистанционным управлением для осуществления сварки. 4. Способ по п.3, в котором используют сварочный аппарат, имеющий, по меньшей мере, один сварочный электрод, изолированный от выбранной части объема съемными уплотнительными средствами. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором указанный элемент представляет собой первый элемент и сваркой осуществляют соединение первого элемента со вторым элементом, расположенным в буровой скважине. 6. Способ по п.5, в котором первый элемент представляет собой верхнюю обсадную трубу буровой скважины и второй элемент представляет собой нижнюю обсадную трубу буровой скважины, имеющую верхнюю часть,заходящую внутрь нижней части верхней обсадной трубы буровой скважины. 7. Способ по п.6, в котором указанная верхняя часть имеет наружный диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру указанной нижней части, и стадия д) содержит сварку верхней кромки нижней обсадной трубы с верхней обсадной трубой. 8. Способ по п.6, в котором указанная верхняя часть имеет наружный диаметр, меньший, чем внутренний диаметр нижней части,дополнительно осуществляют вставку уплотнительной трубы в кольцевое пространство между указанной верхней частью и указанной нижней частью и стадия д) содержит сварку верхней кромки нижней обсадной трубы с уплотнительной трубой и сварку верхней кромки уплотнительной трубы с верхней обсадной трубой. 9. Способ по любому из пп.5-8, в котором буровая скважина представляет собой основную буровую скважину, снабженную ответвленной буровой скважиной, причем первый элемент представляет собой ответвление элемента ответвленной обсадной трубы, которое соединяет основную обсадную трубу, проходящую через основную буровую скважину, с ответвленной обсадной трубой, проходящей через ответвленную буровую скважину, причем второй элемент представляет собой ответвленную обсадную трубу. 10. Способ по любому из пп.1-9, в котором средство для контроля давления содержит трубу, снабженную контрольным клапаном, находящуюся в жидкостном сообщении с выбранной частью объема и проходящую через буровую скважину на поверхность, при этом стадия в) содержит открытие контрольного клапана для обеспечения уменьшения давления текучей среды в выбранной части объема. 11. Способ по любому из пп.1-10, дополнительно содержащий установку средства для откачки текучей среды для осуществления откачки бурового раствора из выбранной части объема, при этом перед стадией г) приводят в действие средство для откачки текучей среды для осуществления откачки бурового раствора из выбранной части объема. 12. Способ по п.11, в котором используют средство для откачки текучей среды, содержащее выходную трубу, обеспечивающую жидкостное сообщение между выбранной частью объема и остальным объемом буровой скважины, при этом на стадии откачки бурового раствора выбранный газ пропускают внутрь выбранной части объема для обеспечения прохождения бурового раствора из выбранной части объема через выходную трубу в остальной объем буровой скважины. 13. Способ по п.12, в зависимости от п.10,в котором пропускают выбранный газ в выбранную часть объема через указанную трубу. 14. Способ по п.12 или 13, в котором используют выходную трубу, снабженную невозвратным клапаном, предотвращающим поток бурового раствора из остального объема буровой скважины в выбранную часть объема.