Система для цементирования трубных изделий, содержащая гидравлический забойный двигатель

Номер патента: 23598

Опубликовано: 30.06.2016

Автор: Шерман Скотт

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ цементирования трубной транспортировочной колонны в стволе скважины, проходящей через подземный пласт, содержащий следующие стадии:

бурение ствола скважины с помощью гидравлического забойного двигателя, поддерживаемого трубной транспортировочной колонной, и образование кольцевого пространства между трубной транспортировочной колонной и стволом скважины, причем трубная транспортировочная колонна имеет канал, проходящий через нее в продольном направлении, и по меньшей мере две разрывные мембраны, расположенные в отверстиях стенки колонны или обсадной муфты, размещенной на гидравлическом забойном двигателе или выше по стволу скважины от него, причем каждая из указанных разрывных мембран имеет крышку, расположенную на расстоянии от мембраны и установленную радиально снаружи от нее для образования между ними камеры с поддерживаемым в ней, по существу, известным предварительно заданным давлением, причем указанные разрывные мембраны имеют одинаковое пороговое давление их разрыва для образования прохода через стенку от канала к кольцевому пространству;

оставление гидравлического забойного двигателя в скважине;

перекачка цемента в скважину через канал транспортировочной колонны;

увеличение давления в стволе скважины до порогового давления для разрыва по меньшей мере двух разрывных мембран для образования по меньшей мере двух отверстий в них;

продолжение перекачки цемента в скважину в канале транспортировочной колонны и через указанные открытые отверстия в кольцевое пространство.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий перед бурением ствола скважины установку на поверхности крышки для заполнения камеры с созданием известного предварительно заданного давления в ней.

3. Способ по п.1 или 2, дополнительно содержащий перед перекачкой цемента в скважину развертывание продавливаемой цементировочной пробки в скважине через канал колонны для блокирования канала между гидравлическим забойным двигателем и указанными разрывными мембранами.

4. Способ по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий перед спуском транспортировочной колонны в ствол скважины покрытие крышек каждой из указанных разрывных мембран смещаемым защитным материалом.

5. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий перед оставлением гидравлического забойного двигателя остановку гидравлического забойного двигателя для минимизации потока через него во время цементирования.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором известное предварительно заданное давление является атмосферным давлением.

7. Система для заканчивания ствола скважины, проходящей через подземный пласт, содержащая

гидравлический забойный двигатель, имеющий буровое долото, поддерживаемое трубной транспортировочной колонной, имеющей канал, проходящий в продольном направлении через нее и образующей кольцевое пространство между трубной транспортировочной колонной и стволом скважины;

по меньшей мере две разрывные мембраны, расположенные в отверстиях стенки колонны или обсадной муфты, размещенной на гидравлическом забойном двигателе или вверх по стволу скважины от него, и имеющие, каждая, крышку, расположенную на расстоянии от разрывной мембраны и радиально снаружи от нее для образования между ними камеры с поддерживанием в ней, по существу, известного предварительно заданного давления, так чтобы при давлении цемента, перекачиваемого через канал, превышающем пороговое давление, происходило разрывание мембран с образованием по меньшей мере двух открытых отверстий для прохождения цемента в кольцевое пространство.

8. Система по п.7, дополнительно содержащая фиксирующий переводник, расположенный вверх по стволу от гидравлического забойного двигателя и вниз по стволу от указанных разрывных мембран, и продавливаемую цементировочную пробку для зацепления в фиксирующем переводнике, при этом при спуске указанной пробки в канале транспортировочной колонны и ее зацеплении в фиксирующем переводнике гидравлический забойный двигатель блокируется для направления цемента по меньшей мере через два открытых отверстия.

9. Система по п.7, в которой каждая из указанных разрывных мембран установлена в стенке транспортировочной колонны в узле отверстия с разрывной мембраной, содержащем удерживающее кольцо для резьбового соединения с отверстием разрывной мембраны, выполненным в стенке для удержания разрывной мембраны между ними и опирания крышки с возможностью высвобождения, радиально расположенной снаружи мембраны на расстоянии от нее, и уплотнения для создания уплотнения между разрывной мембраной и стенкой между удерживающим кольцом и стенкой и между удерживающим кольцом и крышкой для поддержания в камере, по существу, известного предварительно заданного давления.

10. Система по любому из пп.7-9, в которой, по существу, известное предварительно заданное давление является приблизительно атмосферным давлением.

11. Система по п.1, в которой муфта дополнительно содержит аксиально и радиально проходящие гребни, разнесенные по периметру вокруг муфты, причем указанные разрывные мембраны расположены в гребнях и установлены ближе к стволу скважины, и проходы потока образованы между гребнями и способствуют прохождению потока цемента мимо муфты.

Текст

Смотреть все

СИСТЕМА ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ТРУБНЫХ ИЗДЕЛИЙ, СОДЕРЖАЩАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В изобретении представлены способ и система для цементирования трубы и гидравлического забойного двигателя в стволе скважины с использованием разрывных мембран над гидравлическим забойным двигателем. Разрывные мембраны разрываются для обеспечения прохода цемента через разрывные мембраны и обхода им гидравлического забойного двигателя. Все разрывные мембраны надежно разрываются при заданном и известном пороговом давлении для обеспечения подачи цемента с необходимой скоростью через все прорванные разрывные мембраны. Каждая разрывная мембрана снабжена крышкой, поддерживающей известное давление в камере между крышкой и разрывной мембраной. Все разрывные мембраны предсказуемо и надежно разрываются при расчетном давлении.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ТРАЙКЭН ВЕЛЛ СЕРВИС ЛТД. (CA) Область техники изобретения Варианты осуществления изобретения относятся к системам, устройству и способам, используемым во время цементирования трубных изделий в стволе скважины и, конкретнее, к цементированию трубных изделий, содержащих гидравлический забойный двигатель с минимизированием количества цемента, проходящего через гидравлический забойный двигатель. Предпосылки изобретения В строительстве нефтяных и газовых скважин необходимо цементировать различные трубные элементы к подземному пласту в различных точках во время операций бурения и заканчивания. Данная практика хорошо известна и применяется для различных целей, таких как закрепление обсадной направляющей колонны в земле для создания прочной, сплошной, исключающей протечки верхней секции скважины и на нижних участках скважины для создания изоляции между различными подземными зонами. Многие скважины в настоящее время бурят наклонно-направленными или не вертикальными. В данной операции часто используют гидравлический забойный двигатель для вращения бурового долота без вращения бурильной колонны в целом. Обычные гидравлические забойные двигатели спускают на рабочей колонне и извлекают из ствола скважины перед спуском в ствол колонны труб, обычно обсадной колонны. Заявителю известно, что сторонними организациями разработаны сравнительно недорогие гидравлические забойные двигатели, которые можно оставлять в стволе скважины. Данный одноразовый гидравлический забойный двигатель спускают на конце обсадной колонны. Во время операций цементирования необходимо исключить перекачку цементного раствора через гидравлический забойный двигатель для предотвращения продолжения вращения гидравлического забойного двигателя. Дополнительно, гидравлические забойные двигатели имеют высокий перепад давления, что может вредно влиять на скорость перекачки цемента и его подачи в кольцевое пространство между обсадной колонной и стволом скважины. Для осуществления цементирования с проходом цементного раствора вокруг, а не через гидравлический забойный двигатель, цемент должен иметь возможность прохода из канала в обсадной колонне наружу из обсадной колонны и затем прохода снаружи гидравлического забойного двигателя. Для этого в стенке обсадной колонны выполнены отверстия, обеспечивающие проход цемента. Как понятно специалисту в данной области техники, отверстие, просто просверленное в стенке, является недостаточным. Имеется много этапов процесса бурения, где наличие отверстий, соединяющих внутренний объем обсадной колонны с внешним пространством, является нежелательным. Известно, что открытие отверстий в обсадной колонне должно быть управляемым. В известных решениях используют обычные разрывные мембраны для управления открытием отверстий с использованием заданного давления. После разрушения разрывных мембран, установленных над гидравлическим забойным двигателем, цемент, проходящий вниз по каналу обсадной колонны, выходит через стенку обсадной колонны через открытые отверстия, созданные при разрыве, для подачи цемента с проходом вокруг гидравлического забойного двигателя, а не через него. Заявителем обнаружено, что обычные разрывные мембраны надежно не открываются. Дополнительно, где используют множество разрывных мембран, если первая разрывная мембрана или относительно небольшое количество из множества мембран разрывается, давление в канале обсадной колонны сбрасывается, когда текучая среда проходит в ствол скважины, и после этого давление не достигает порога, требуемого для разрыва оставшихся разрывных мембран. Одно решение заключается в попытке значительного увеличения скорости перекачки так, что создаваемое в результате давление становится адекватным для получения разрыва большего числа разрывных мембран. Операции цементирования обычно требуют относительно высокой скорости перекачки для обеспечения подачи цемента в скважину через канал обсадной колонны и его возврата к поверхности через кольцевое пространство между обсадной колонной и стволом скважины. Когда только одно отверстие или небольшое число отверстий открыты для прохода через разрушенную разрывную мембрану или мембраны, расход цемента ограничивается расходом через отверстия, созданные разрушением одной разрывной мембраны или малого количества мембран. Существует необходимость создания устройства, надежно открывающегося для обеспечения перекачки цемента через рабочую колонну с относительно высокой скоростью для подачи вокруг гидравлического забойного двигателя и в кольцевое пространство между обсадной колонной и стволом скважины. Сущность изобретения В вариантах осуществления изобретения используют две или более разрывных мембран, размещенных на гидравлическом забойном двигателе или над ним в трубной колонне для обеспечения прохода цемента через них, после разрыва и, по существу, обхода им гидравлического забойного двигателя. Крышка расположена на расстоянии от разрывной мембраны и над ней для образования камеры между ними. В камере поддерживается, по существу, фиксированное и известное давление, такое, как атмосферное давление, когда трубную колонну спускают в ствол скважины. Таким образом, на каждую из двух или более разрывных мембран не влияет изменяющееся гидростатическое давление текучих сред в кольцевом пространстве. Поскольку разрывные диски должны разрываться, по существу, при одинаковом пороговом давлении, с образованием двух или более открытых отверстий, перекачка цемента является возможной при необходимой, относительно высокой скорости перекачки, которая больше скорости перекачки через одно открытое отверстие, образованное одной прорванной разрывной мембраной, обычное для известного уровня техники. В широком аспекте изобретения способ цементирования трубной транспортировочной колонны в стволе скважины, проходящей через подземный пласт, содержит бурение ствола скважины с помощью гидравлического забойного двигателя, поддерживаемого трубной транспортировочной колонной, с образованием кольцевого пространства между ними. Трубная транспортировочная колонна имеет канал и по меньшей мере две разрывные мембраны, установленные на колонне на гидравлическом забойном двигателе или вверх по стволу скважины от него. Каждая из разрывных мембран имеет крышку, расположенную на расстоянии разрывной мембраны и радиально снаружи от нее для образования камеры между ними. В камере поддерживается, по существу, фиксированное и известное давление, причем указанные разрывные мембраны имеют одинаковое пороговое давление разрыва. Гидравлический забойный двигатель оставляют в скважине. Цемент перекачивается в скважину в канале транспортировочной колонны. В канале увеличивают давление до порогового давления для разрыва разрывных мембран для образования по меньшей мере двух открытых отверстий в них. После этого цемент продолжают перекачивать в скважину в канале транспортировочной колонны и через открытые отверстия в кольцевое пространство. В другом в широком аспекте изобретения система для заканчивания ствола скважины, проходящей через подземный пласт, содержит гидравлический забойный двигатель, имеющий буровое долото, поддерживаемое трубной транспортировочной колонной, имеющей канал и образующей кольцевое пространство со стволом скважины. Две или более разрывных мембран установлены на колонне на гидравлическом забойном двигателе или вверх по стволу скважины от него, каждая из которых имеет пороговое давление разрыва. Крышка расположена на расстоянии от разрывной мембраны и радиально снаружи от нее для образования между ними камеры, в которой поддерживается, по существу, фиксированное и известное давление. Когда бурение ствола скважины останавливается, и цемент перекачивается в скважину через канал транспортировочной колонны, давление цемента на указанные разрывные мембраны достигает порогового давления для разрыва разрывных мембран и образования открытых отверстий в них для подачи цемента в кольцевое пространство. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана схема с частичным сечением обсадной колонны, спускаемой во время бурения, в которой гидравлический забойный двигатель используется для приведения в действие бурового долота для проходки ствола скважины и перемещения обсадной колонны в пласт, причем прорванные разрывные мембраны согласно одному варианту осуществления условно показаны образующими отверстия для выпуска цемента через них. На фиг. 2 показано продольное сечение стенки обсадной колонны с узлом отверстия с разрывной мембраной, содержащим разрывную мембрану, согласно варианту осуществления изобретения, установленную в стенке обсадной колонны, и применяемый, если необходимо, защитный герметик, показан частично покрывающим крышку, расположенную на расстоянии от разрывной мембраны. На фиг. 3 А и 3 В показано продольное сечение стенки обсадной колонны с разрывной мембраной,выполненной на металлорежущем станке непосредственно в стенке обсадной колонны, с крышкой, снятой для ясности, при этом на фиг. 3 А показана одна проточка с разрывной мембраной, образованной в основании проточки, и на фиг. 3 В показана проточка и цилиндрическая раззенковка с разрывной мембраной, образованной в основании цилиндрической раззенковки. На фиг. 4 А показан изометрический вид трубной муфты, имеющей три узла отверстий с разрывной мембраной, установленных на каждом из пяти гребней, проходящих радиально и аксиально по внешней поверхности муфты и разнесенных по ее периметру. На фиг. 4 В показан торцевой вид согласно фиг. 4 А. На фиг. 4 С показано продольное сечение по А-А фиг. 4 В. На фиг. 4D показана деталь продольного сечения узла отверстия с разрывной мембраной согласно фиг. 4 В. На фиг. 5 показан вид с частичным продольным сечением фиксирующего переводника, установленного над гидравлическим забойным двигателем для функционального соединения с продавливаемой цементировочной пробкой, спускаемой в ствол скважины перед цементированием. Описание предпочтительного варианта осуществления На фиг. 1 показаны варианты осуществления изобретения в контексте операций спуска обсадной колонны во время бурения. Трубная транспортировочная колонна 10, обычно состоящая из труб 12, образующая хвостовик или обсадную колонну, перемещается в ствол 14 скважины с использованием компоновки 16 низа бурильной колонны, имеющей гидравлический забойный двигатель 18, соединяющий обсадную колонну 10 с буровым долотом 20. После достижения обсадной колонной 10 забоя 22 ствола 14 скважины, обсадную колонну 10 цементируют на месте установки. Гидравлический забойный двигатель 18 не извлекают из ствола 14 скважины, а оставляют на забое 22 ствола 14 скважины. В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 1 и 2, по меньшей мере две разрывные мембраны 24 включены в состав обсадной колонны 10 вверх по стволу скважины от гидравлического забойного двигателя 18. Разрывные мембраны 24 выполнены с возможностью разрыва, по существу, при одинаковом пороговом давлении Р для образования открытых отверстий 26 в обсадной колонне 10 для обеспечения выхода цемента С, проходящего в скважине через канал 28 обсадной колонны 10, из канала 28 вверх по стволу скважины от гидравлического забойного двигателя. Цемент С входит в кольцевое пространство 30 между обсадной колонной 10 и стволом 14 скважины и проходит вокруг гидравлического забойного двигателя 18 и вверх по стволу скважины в кольцевом пространстве 30 к поверхности. В варианте осуществления, как показано на фиг. 1 и 4A-4D, разрывные мембраны 24 установлены в муфте 32 обсадной колонны, размещенной на гидравлическом забойном двигателе 18. Разрывные мембраны 24 могут быть расположены в различных конфигурациях в муфте 32. Множество разрывных мембран 24 могут быть расположены в одном или нескольких проходящих по периметру рядах и разнесены по периметру вокруг муфты 32. В одном варианте осуществления пятнадцать разрывных мембран 24 расположены в три ряда, причем каждый ряд имеет пять разрывных мембран 24, установленных по периметру вокруг муфты 32 и разнесенных приблизительно на 60-72 друг от друга. В другом варианте осуществления мембраны 24 каждого ряда имеют шахматное расположение по периметру в смежных рядах. В другом варианте осуществления разрывные мембраны 24 размещены в проходящих аксиально,поднятых выступах или гребнях 33 (фиг. 4 А-4D), разнесенных по периметру вокруг муфты 32. В гребнях 33 разрывные мембраны 24 располагаются ближе к стволу 14 скважины. Проходы 35 потока образуются между поднятыми гребнями 33, способствуя подаче текучих сред в кольцевое пространство 30 мимо муфты 32. Муфты 32 обсадной колонны могут иметь разную длину, обычно в пределах от около 18 дюймов до около 24 дюймов (460-612 мм). Конкретнее, как показано на детали фиг. 2, разрывные мембраны 24 выполнены с возможностью надежного разрыва при пороговом давлении Р, как описано настоящим заявителем в заявке WO 2010/148494, полностью включенной в данный документ в виде ссылки. Поскольку все разрывные диски 24 должны разрываться, по существу, при одном пороговом давлении Р, образуя открытые отверстия 26,перекачка цемента С является возможной при необходимой, относительно высокой скорости перекачки,превышающей скорость перекачки через одно открытое отверстие 26, образованное одной разорванной разрывной мембраной 24, в известном уровне техники. Более детально, как показано на фиг. 2, 3 А и 3 В, каждая разрывная мембрана 24 имеет толщину и свойства материала, определяющие перепад давления на разрывной мембране 24, при котором разрывная мембрана 24 должна разрываться. Разрывная мембрана 24 может быть изготовлена из нержавеющей стали или другого подходящего материала. Как лучше показано на фиг. 3 А и 3 В, разрывная мембрана 24 может быть выполнена непосредственно в стенке 34 обсадной колонны 10 или муфты 32, например, выполнив на металлорежущем станке проточку 36 в стенке 34, оставив только достаточно материала в основании 38 проточки 36 для образования разрывного диска 24. Выполненная на металлорежущем станке проточка 36 может дополнительно содержать цилиндрическую раззенковку 37 (фиг. 3 В). Альтернативно, как показано на фиг. 2 и 4A-4D, каждая разрывная мембрана 24 размещена в узле 40 отверстия с разрывной мембраной, закрепленной в отверстии 42, выполненном в стенке 34 обсадной колонны. Крышка 44 расположена на расстоянии от разрывной мембраны 24 и установлена над ней с образованием камеры 46 между ними. Камера 46 остается, по существу, под фиксированным и известным давлением, таким, как приблизительно атмосферное давление, когда обсадную колонну 10 спускают в ствол 14 скважины. Таким образом, на каждую из разрывных мембран 24 не влияет изменяющееся гидростатическое давление текучих сред в кольцевом пространстве 30. Поскольку на поверхности в камере 46 можно устанавливать давление, такое, как атмосферное давление, перепад давления в скважине является как известным, так и повышенным в сравнении с известным уровнем техники, в котором гидростатическое давление в кольцевом пространстве 30 уменьшает действующий перепад давления. Поэтому, если давление в камере 46 меньше давления в кольцевом пространстве 30, разрывные мембраны 24 сильнее реагируют на регулируемое давление в канале 28. Соответственно перепад давления, при котором разрывная мембрана 24 должна разрываться, определяется только давлением в канале 28. Поскольку в камере 46 существует известное давление, каждая разрывная мембрана 24 надежно разрывается при пороговом давлении Р, при увеличении давления в канале 28 обсадной колонны 10 до него. Давление в канале 28 определяет цемент С, перекачиваемый в скважине. Крышка 44 поддерживается с возможностью высвобождения над разрывной мембраной 24 так, что когда разрывная мембрана разрывается, поток цемента С, проходящий сквозь нее в камеру, высвобождает крышку 44, создавая открытое отверстие 26 в кольцевое пространство 30. Как показано на фиг. 2 в варианте осуществления, узел 40 отверстия с разрывной мембраной установлен в обсадной колонне 10 и содержит разрывную мембрану 24, примыкающую к каналу 28 обсадной колонны 10. Конкретнее, узел 40 установлен в отверстии 42 разрывной мембраны, выполненном в муфте 32 обсадной колонны. Узел 40 удерживается в отверстии 42 разрывной диафрагмы удерживающим кольцом 48. Удерживающее кольцо 48 можно соединить резьбой в узле 40 разрывной диафрагмы. Пазы 49 под ключ выполнены в удерживающем кольце 48 для простого ввинчивания узла 40 в отверстие 42 разрывной диафрагмы. Дополнительно, удерживающее кольцо 48 имеет ступенчатую проточку с первой проточкой 47, примыкающей к разрывной мембране 24, и второй проточкой 45 большего размера для опирания крышки 44 с возможностью высвобождения. Крышка 44 запрессовывается во вторую проточку 45 удерживающего кольца 48 для образования камеры 46 между крышкой 44 и разрывной мембраной 24. Уплотнения 50, такие как кольца круглого сечения, уплотняются между разрывной мембраной 24 и муфтой 32 обсадной колонны. Дополнительно, уплотнения 50 имеют возможность уплотнения между удерживающим кольцом 48 и муфтой 32 обсадной колонны. Уплотнения 50 также имеют возможность уплотнения между удерживающим кольцом 48 и крышкой 44. Таким образом, камера 46 поддерживается герметичной при известном давлении до разрыва разрывной мембраны 24. Когда давление в канале 28 обсадной колонны 10 достигает порогового давления Р, разрывная мембрана 24 разрывается, и крышка 44 смещается от удерживающего кольца 48, открывая отверстие 26 с разрывной мембраной через узел 40 с разрывной мембраной. Цементу С, проходящему через канал 28 обсадной колонны, обеспечивается проход через прорванное отверстие 26 в кольцевое пространство 30 между стволом 14 скважины и обсадной колонной, при этом, по существу, исключается прохождение цемента через гидравлический забойный двигатель 18. Если необходимо, можно использовать вытесняемый защитный материал 52, такой как герметик,для покрытия крышки 44. На фиг. 2 частичное заполнение защитным материалом 52 показано для обоих вариантов осуществления, при этом для одного - с защитным материалом 52, и одного - без него. Защитный материал 52 может, по существу, заполнять внешний участок 54 узла 40 разрывной диафрагмы,примыкающее кольцевое пространство 30 ствола скважины и закрывающую крышку 44, для обеспечения защиты крышки 44 от смещения или повреждения, такого как во время транспортировки или вставления в ствол 14 скважины. Когда разрывная мембрана 24 разрывается, цемент, проходящий через нее, смещает крышку 44 и защитный материал 52 для создания открытого отверстия 26 в кольцевое пространство 30. Использование Как показано на фиг. 1, для доступа в зоны, представляющие интерес, в пласте, хорошо известно бурение ствола 14 скважины в пласт. Дополнительно, известно использование гидравлического забойного двигателя 18, функционально соединенного с трубной транспортировочной колонной 10, предназначенной для поддержания и привода бурового долота 20 и расширителя 21 для бурения ствола 14 скважины. Транспортировочная колонна 10 перемещается в стволе 14 скважины по ходу бурения. Кольцевое пространство 30 образуется между стволом 14 скважины и транспортировочной колонной 10. Когда ствол 14 скважины пробурен до проектной глубины, транспортировочную колонну 10 цементируют на месте установки, подавая цемент в кольцевое пространство 30. В одном варианте осуществления системы транспортировочная колонна 10 содержит две или более разрывных мембран 24, описанных выше, и в заявке WO 2010/148494 настоящего заявителя, установленных вверх по стволу скважины от гидравлического забойного двигателя 18. Перед бурением устанавливают крышку 44 и создают в камере 46 известное давление, такое, как атмосферное давление. Цемент перекачивают в скважину через канал 28 транспортировочной колонны 10. Давление в канале 28 увеличивается до порогового давления Р. Давление может создаваться в результате сопротивления потоку через гидравлический забойный двигатель 18 или некоторые другие дроссели потока. Разрывные мембраны 24 разрываются, создавая открытые отверстия 26 в транспортировочной колонне 10. По существу, все разрывные мембраны 24 разрываются в результате действия существующего порогового давления Р,действующего с одной стороны, и известного давления, такого как атмосферное давление, в камере 46 с другой стороны. Цемент проходит из открытых отверстий 26 в кольцевое пространство 30 и вокруг гидравлического забойного двигателя 18. Как понятно специалисту в данной области техники, некоторая часть цемента может проходить через гидравлический забойный двигатель 18. В другом варианте осуществления, показанном на фиг. 5, пробку, такую как продавливаемую цементировочную пробку 60, спускают в канал 28 транспортировочной колонны 10 перед цементом. Продавливаемая цементировочная пробка 60 входит в зацепление с транспортировочной колонной 10 ниже разрывных дисков 24 и на гидравлическом забойном двигателе 18 или вниз по скважине от него. Продавливаемая цементировочная пробка 60 входит в зацепление с фиксирующим переводником 62, установленным в колонне 10, и эффективно блокирует проход цемента через гидравлический забойный двигатель 18, находящийся под ним. Дополнительно, в результате перекачки цемента в скважину с давлением на продавливаемую цементировочную пробку 60, давление в канале 28 более эффективно и надежно увеличивается для достижения порогового давления Р. Альтернативно, для минимизирования подачи через гидравлический забойный двигатель 18, гидравлический забойный двигатель 18 можно заклинивать, например, увеличивая осевую нагрузку на долото до остановки двигателя 18. При возможности прохождения незначительного количества цемента через остановленный гидравлический забойный двигатель 18, перекачка цемента с давлением на закли-4 023598 ненный двигатель 18 должна быстрее создавать давление в канале 28 для достижения порогового давления Р, обуславливающего разрыв разрывных мембран 24. Пример Ствол скважины, имеющий фактическую вертикальную глубину 1200 м и полную измеренную глубину 3000 м бурят с использованием 4,5 дюймовой (114 мм) обсадной колонны и компоновки низа бурильной колонны, содержащей гидравлический забойный двигатель. Гидростатическое давление 11,7 МПа в стволе скважины обеспечивает в результате расчетное максимальное давление бурения около 30 МПа. На гидравлическом забойном двигателе или над ним установлена муфта обсадной колонны, содержащая пятнадцать разрывных мембран согласно варианту осуществления изобретения. Каждая из разрывных мембран имеет диаметр дроссельного отверстия около 0,375 дюймов (10 мм) и толщину около 0,006 дюймов (0,15 мм) и выполнена имеющей абсолютное давление разрыва около 54,6 МПа для каждой из разрывных мембран. Для разрыва, по существу, всех разрывных мембран, давление в обсадной колонне должно увеличиваться до порогового давления, составляющего около 43 МПа, измеренного на поверхности, для превышения абсолютного давления, при котором мембраны должны разрываться на глубине в стволе скважины. Пороговое давление разрыва на поверхности, больше на приблизительно 13 МПа максимального давления бурения. Перепад между пороговым давлением разрыва и давлением бурения действует, как коэффициент безопасности, обеспечивающий исключение разрыва разрывных мембран во время обычных операций бурения. Когда, по существу, все разрывные мембраны прорваны, цемент, подаваемый через канал обсадной колонны, может подаваться через них, обходя гидравлический забойный двигатель, в кольцевое пространство ствола скважины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ цементирования трубной транспортировочной колонны в стволе скважины, проходящей через подземный пласт, содержащий следующие стадии: бурение ствола скважины с помощью гидравлического забойного двигателя, поддерживаемого трубной транспортировочной колонной, и образование кольцевого пространства между трубной транспортировочной колонной и стволом скважины, причем трубная транспортировочная колонна имеет канал, проходящий через нее в продольном направлении, и по меньшей мере две разрывные мембраны,расположенные в отверстиях стенки колонны или обсадной муфты, размещенной на гидравлическом забойном двигателе или выше по стволу скважины от него, причем каждая из указанных разрывных мембран имеет крышку, расположенную на расстоянии от мембраны и установленную радиально снаружи от нее для образования между ними камеры с поддерживаемым в ней, по существу, известным предварительно заданным давлением, причем указанные разрывные мембраны имеют одинаковое пороговое давление их разрыва для образования прохода через стенку от канала к кольцевому пространству; оставление гидравлического забойного двигателя в скважине; перекачка цемента в скважину через канал транспортировочной колонны; увеличение давления в стволе скважины до порогового давления для разрыва по меньшей мере двух разрывных мембран для образования по меньшей мере двух отверстий в них; продолжение перекачки цемента в скважину в канале транспортировочной колонны и через указанные открытые отверстия в кольцевое пространство. 2. Способ по п.1, дополнительно содержащий перед бурением ствола скважины установку на поверхности крышки для заполнения камеры с созданием известного предварительно заданного давления в ней. 3. Способ по п.1 или 2, дополнительно содержащий перед перекачкой цемента в скважину развертывание продавливаемой цементировочной пробки в скважине через канал колонны для блокирования канала между гидравлическим забойным двигателем и указанными разрывными мембранами. 4. Способ по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий перед спуском транспортировочной колонны в ствол скважины покрытие крышек каждой из указанных разрывных мембран смещаемым защитным материалом. 5. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий перед оставлением гидравлического забойного двигателя остановку гидравлического забойного двигателя для минимизации потока через него во время цементирования. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором известное предварительно заданное давление является атмосферным давлением. 7. Система для заканчивания ствола скважины, проходящей через подземный пласт, содержащая гидравлический забойный двигатель, имеющий буровое долото, поддерживаемое трубной транспортировочной колонной, имеющей канал, проходящий в продольном направлении через нее и образующей кольцевое пространство между трубной транспортировочной колонной и стволом скважины; по меньшей мере две разрывные мембраны, расположенные в отверстиях стенки колонны или обсадной муфты, размещенной на гидравлическом забойном двигателе или вверх по стволу скважины от него, и имеющие, каждая, крышку, расположенную на расстоянии от разрывной мембраны и радиально снаружи от нее для образования между ними камеры с поддерживанием в ней, по существу, известного предварительно заданного давления, так чтобы при давлении цемента, перекачиваемого через канал,превышающем пороговое давление, происходило разрывание мембран с образованием по меньшей мере двух открытых отверстий для прохождения цемента в кольцевое пространство. 8. Система по п.7, дополнительно содержащая фиксирующий переводник, расположенный вверх по стволу от гидравлического забойного двигателя и вниз по стволу от указанных разрывных мембран, и продавливаемую цементировочную пробку для зацепления в фиксирующем переводнике, при этом при спуске указанной пробки в канале транспортировочной колонны и ее зацеплении в фиксирующем переводнике гидравлический забойный двигатель блокируется для направления цемента по меньшей мере через два открытых отверстия. 9. Система по п.7, в которой каждая из указанных разрывных мембран установлена в стенке транспортировочной колонны в узле отверстия с разрывной мембраной, содержащем удерживающее кольцо для резьбового соединения с отверстием разрывной мембраны, выполненным в стенке для удержания разрывной мембраны между ними и опирания крышки с возможностью высвобождения, радиально расположенной снаружи мембраны на расстоянии от нее, и уплотнения для создания уплотнения между разрывной мембраной и стенкой между удерживающим кольцом и стенкой и между удерживающим кольцом и крышкой для поддержания в камере, по существу, известного предварительно заданного давления. 10. Система по любому из пп.7-9, в которой, по существу, известное предварительно заданное давление является приблизительно атмосферным давлением. 11. Система по п.1, в которой муфта дополнительно содержит аксиально и радиально проходящие гребни, разнесенные по периметру вокруг муфты, причем указанные разрывные мембраны расположены в гребнях и установлены ближе к стволу скважины, и проходы потока образованы между гребнями и способствуют прохождению потока цемента мимо муфты.

МПК / Метки

МПК: E21B 33/14, E21B 7/20

Метки: изделий, система, содержащая, забойный, двигатель, цементирования, трубных, гидравлический

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-23598-sistema-dlya-cementirovaniya-trubnyh-izdelijj-soderzhashhaya-gidravlicheskijj-zabojjnyjj-dvigatel.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Система для цементирования трубных изделий, содержащая гидравлический забойный двигатель</a>

Похожие патенты