EA002563B1 - Способ бурения и завершения скважины для добычи углеводородов - Google Patents

Abstract

Способ бурения и завершения скважины для добычи углеводородов содержит следующие этапы: а) бурение секции скважины в подземных пластах; ввод секции обсадной трубы в пробуренную секцию скважины и радиальное расширение и закрепление обсадной трубы в указанной секции скважины; б) опускание бурового долота через расширенную секцию обсадной трубы и бурение последующей секции скважины; ввод следующей секции обсадной трубы в указанную последующую секцию скважины и радиальное расширение и закрепление указанной следующей секции обсадной трубы в указанной последующей секции скважины; и в) повторение, если требуется, этапа б) неоднократно до тех пор, пока скважина не достигнет непосредственной близости пласта, несущего углеводород.

Description

Настоящее изобретение относится к способу бурения и завершения скважин для добычи углеводородов, таких как скважины для добычи нефти и/или газа.

Традиционно скважины для добычи углеводородов выполняются таким образом, что вначале бурится большая секция ствола скважины, в которую вставляется обсадная труба большого диаметра и цементируется на месте для стабилизации стенок скважины. Затем продолжение скважины бурится с меньшим диаметром и в указанное продолжение вставляется обсадная труба так, что указанная продолжающая обсадная труба проходит от нижней части указанного продолжения к вершине скважины, после чего указанная продолжающая обсадная труба цементируется на месте внутри продолжения скважины, а также внутри ранее установленной обсадной трубы.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока скважина не достигнет области вблизи пласта, несущего углеводороды. Если этот пласт является нестабильным, обсадная труба проводится внутрь пласта и затем в ней выполняется перфорация, чтобы обеспечить приток углеводородов. Если несущий углеводородный пласт является стабильным, создается, по существу, открытое отверстие, в которое вставляется проницаемая для углеводородов эксплуатационная обсадная колонна, которая окружается, например гравийным фильтром.

Эксплуатационная обсадная колонна обычно соединяется с нижним концом эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, которая погружается через колонну обсадных труб, так, что она проходит через всю длину скважины от устья скважины до области, расположенной в непосредственной близости к пласту, несущему углеводороды, где эта эксплуатационная колонна герметично закрепляется в обсадной трубе с помощью подвесного эксплуатационного пакера.

Так как стенка скважины и внутренняя поверхность ранее установленной обсадной трубы могут быть неровными и буровая скважина может быть изогнута, необходимо обеспечение достаточного зазора между различными сегментами обсадной трубы и эксплуатационной насосно-компрессорной колонной, что приводит к образованию существенного непроизводительного кольцевого пространства и к излишней работе по бурению.

Обычно в скважине, предназначенной для добычи углеводородов, диаметр верхней части скважины вблизи поверхности земли и внутренний диаметр верхней части обсадной трубы могут быть значительно больше полуметра, в то время как внутренний диаметр эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, через которую производится добыча углеводородов, составляет от 10 до 25 см.

Были сделаны многочисленные попытки уменьшить количество непроизводительного кольцевого пространства в скважинах. В описаниях американских патентов И8, А, 3 162 245; И8, А, 3 203 483 и И8,А, 5 014 779 описано использование гофрированных в исходном состоянии труб, которые расширяются в цилиндрическую форму внутри обсадной трубы с помощью расширительной оправки или сферы. Недостатками использования гофрированных труб являются трудность их производства и то, что стенки расширенных труб могут иметь неравномерную прочность по окружности, что снижает их надежность.

В заявке на международный патент, публикация № \νϋ 93/25799, описано использование обсадной трубы, по существу, цилиндрической формы, которая расширяется по направлению к стенкам скважины с помощью расширительной оправки так, что возникает сила сжатия между обсадной трубой и окружающими пластами породы.

Это известная расширяемая обсадная труба может быть помещена между поверхностной обсадной трубой, установленной в верхней части скважины, и эксплуатационной обсадной колонной, установленной в нижней части скважины. Так как поверхностная обсадная труба и элементы эксплуатационной обсадной колонны не расширяются в скважине по направлению вниз, эта известная технология крепления ствола скважины обсадными трубами все еще требует использования обычных элементов обсадной трубы, для которых необходимо бурить скважину увеличенного диаметра или расширять колонну обсадных труб, которые вводятся и расширяются после бурения полной длины скважины, что не всегда возможно выполнить.

Способ в соответствии с преамбулой п. 1 формулы изобретения известен из французской заявки на патент № 2 741 907. В этом известном способе используется эластичный трубопровод, который после ввода в скважину накачивается путем закачки тяжелой жидкости и впоследствии затвердевает благодаря полимеризации. Сложность при выполнении этого известного способа состоит в том, что двухэтапное накачивание и процесс химического отверждения требуют большого времени, и в результате получается хрупкий трубопровод, который может иметь неравномерную прочность и форму.

Из документа И8, А, 5348095 известен также способ бурения и завершения скважины для добычи углеводородов, содержащий этапы бурения секции скважины в подземных пластах, ввода секции обсадной трубы в пробуренную секцию скважины и радиального расширения и закрепления секции обсадной трубы в пределах указанной секции скважины, погружения бурового долота через расширенную секцию обсадной трубы и бурения последующей секции скважины, ввода следующей секции обсадной трубы в указанную последующую секцию скважины и радиального расширения и закрепления указанной следующей секции обсадной трубы внутри последующей секции скважины, повторения, при необходимости, этапа б) неоднократно до тех пор, пока скважина не достигнет непосредственной близости пласта, несущего углеводороды, отличающийся тем, что на этапе б) следующую секцию обсадной трубы вводят коаксиально уже введенной предыдущей секции с образованием области взаимного наложения секций, при этом обеспечивают дополнительное расширение предыдущей секции в области наложения в процессе радиального расширения последующей секции. При осуществлении известного способа обсадную трубу радиально расширяют в направлении стенки скважины так, что при этом горная порода стенки скважины кластически деформируется, причем радиальное усилие давления остается между обсадной трубой и стенкой скважины после процесса расширения, поскольку целью является образование обломков между обсадной трубой и стенкой скважины для того, чтобы исключить необходимость накачки цемента в это пространство. Однако при таком расширении возможно повреждение обсадной трубы.

В основу изобретения поставлена задача создать способ бурения и завершения скважины для добычи углеводородов, при котором обсадная труба могла бы быть установлена для защиты стенок скважины от обрушения в течение различных стадий процесса бурения и установка обсадной трубы и эксплуатационной насоснокомпрессорной колонны могла бы быть выполнены таким образом, что вдоль, по меньшей мере, существенной части длины скважины совокупная ширина кольцевого пространства между трубопроводом, обсадной трубой или сегментами обсадной трубы и окружающей породой была сведена к минимуму, и при котором, кроме того, исключалась бы возможность повреждения обсадной трубы в процессе ее радиального расширения.

Поставленная задача решается тем, что в способе бурения и завершения скважины для добычи углеводородов, содержащем этапы а) бурения секции в подземных пластах, ввода обсадной трубы в пробуренную секцию скважины и радиального расширения и закрепления секции обсадной трубы в пределах указанной секции скважины, б) погружения бурого долота через расширенную секцию обсадной трубы и бурения последующей секции скважины, ввода следующей секции обсадной трубы в указанную последующую секцию скважины и радиального расширения и закрепления указанной следующей секции обсадной трубы внутри последующей секции скважины, в) повторения, при необходимости, этапа б) неоднократно до тех пор, пока скважина не достигнет непосредственной близости пласта, несущего углеводороды, со гласно изобретению, на этапе б) следующую секцию обсадной трубы вводят коаксиально уже введенной предыдущей секции с образованием области взаимного наложения секций, при этом обеспечивают дополнительное расширение предыдущей секции в области наложения в процессе радиального расширения последующей секции.

Важным преимуществом способа согласно изобретению является то, что область предыдущей секции обсадной трубы, перекрываемая последующей секцией, может быть расширена в два этапа: первый этап расширения осуществляется в процессе установки самой предыдущей секции и второй этап - в процессе установки последующей секции обсадной трубы. В результате этого отпадает необходимость в расширении предыдущей секции в один этап, что может привести к повреждению трубы.

Предпочтительно только первый сегмент обсадной трубы проходит от поверхности земли в скважину, и все последующие сегменты обсадной трубы только частично перекрываются с первоначально установленным сегментом обсадной трубы.

В таком случае является предпочтительным, чтобы длина, вдоль которой последующие секции обсадной трубы перекрывают друг друга, составляла менее 10% длины каждого из сегментов обсадной трубы, и также чтобы вдоль, по меньшей мере, существенной части длины скважины от поверхности земли до области непосредственной близости пласта, несущего углеводороды, изменение в диаметре скважины составляло менее 10%.

В этом случае бурится тонкая скважина практически одинакового диаметра по всей длине, что может быть вполне осуществимо с минимальными затратами на бурение и с минимальным количеством стальных элементов конструкции, установленных внутри скважины.

При некоторых обстоятельствах, однако, все-таки требуется, чтобы, по меньшей мере, два сегмента обсадной трубы последовательно вводились в скважину так, чтобы каждый из них проходил до устья скважины.

Кроме того, предпочтительным является, чтобы после монтажа указанных сегментов обсадной трубы эксплуатационная насоснокомпрессорная колонна устанавливалась в скважине так, чтобы эта эксплуатационная насосно-компрессорная колонна проходила от поверхности земли в область, расположенную в непосредственной близости от пласта, несущего углеводороды; и эта колонна расширялась в радиальном направлении внутри колонны обсадных труб, выполненной из расширенных сегментов обсадной трубы.

Предпочтительно сегменты обсадной трубы и, в случае необходимости, трубопровод пластично расширяют в радиальном направлении с помощью перемещения через них расши5 ригельной оправки в продольном направлении, при этом используют грубы, изготовленные из формуемого сорта стали, которая в результате процесса расширения подвергается деформационному упрочнению без образования какихлибо сужений или пластического разрушения, а расширительная оправка имеет вдоль части своей длины неметаллическую поверхность.

Является предпочтительным, чтобы расширительная оправка имела конусообразную керамическую поверхность и чтобы трубопровод и сегменты обсадной колонны были изготовлены из формуемого сорта стали, имеющего отношение предела текучести к пределу прочности на разрыв меньше 0,8 и предел текучести, по меньшей мере, 275 МПа.

Предпочтительным также является, чтобы эксплуатационная насосно-компрессорная колонна и, по меньшей мере, один из сегментов обсадной трубы были выполнены из трубопровода, который устанавливают в скважину путем разматывания трубопровода с барабана.

В качестве альтернативы эксплуатационная насосно-компрессорная колонна и/или, по меньшей мере, один из сегментов обсадной трубы могут быть изготовлены из набора секций труб, которые взаимно соединяются в районе устья скважины с помощью винтового соединения, сварки или другого соединения для формирования удлиненной трубы, по существу, цилиндрической формы, которая может расширяться и которую устанавливают внутри скважины по способу в соответствии с настоящим изобретением.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, где фиг. 1 изображает вид скважины в продольном сечении, содержащей набор радиально расширяемых сегментов обсадной трубы, по существу, одинакового диаметра, которые были установлены с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 2 - скважину по фиг. 1, в которой эксплуатационная насосно-компрессорная колонна была расширена внутри ряда сегментов обсадной трубы;

фиг. 3 - в продольном сечении вид набора установленных телескопически расширяемых сегментов обсадной трубы и эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, которая была установлена согласно способу в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 4 - вид в продольном сечении эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, которая расширяется по направлению вниз с помощью расширительной оправки.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 изображена скважина 1, которая проходит от поверхности 2 земли через множество 3, 4, 5 и 6 пластов подземных пород в пласт породы, несущей нефть и/или газ.

В изображенном примере предполагается, что необходимо устанавливать сегменты 8, 9, 10 или 11 обсадной трубы, чтобы защитить скважину 1 от обрушения каждый раз, когда скважина 1 проходит поверхность 12, 13, 14 или 15 раздела между различными пластами 3, 4, 5, 6 или 7 породы.

Соответственно первоначально бурят первую, верхнюю секцию 1А скважины 1 и после того, как скважина достигнет поверхности 12 раздела, вводят верхний сегмент 8 обсадной трубы в верхнюю секцию 1А скважины, который радиально расширяют с помощью расширительной оправки 16. Расширенный сегмент 8 обсадной трубы может быть закреплен относительно стенок скважины с помощью кольцевого остова (не показан) и/или с помощью радиального прижима обсадной трубы к пласту 3 породы. В качестве альтернативы расширенная обсадная труба может быть закреплена относительно стены буровой скважины за счет трения. Такое трение может быть обеспечено при формировании внешней поверхности обсадной трубы 8 с шипами (не показаны) и/или при радиальном прижиме обсадной трубы к пласту 3 породы.

После этого буровое долото опускают через верхний сегмент 8 обсадной трубы на дно первой секции 1А скважины и бурят вторую секцию 1В скважины 1. После того как достигается следующая поверхность 13 раздела, второй сегмент 9 обсадной трубы опускают через первый сегмент 8 обсадной трубы на дно второй секции 1В скважины и радиально расширяют с помощью расширительной оправки 16.

Когда расширительная оправка 16 достигает области, где сегменты 8 и 9 обсадных труб коаксиально накладывается друг на друга, второй сегмент 9 обсадной трубы дополнительно расширяет первый сегмент 8 обсадной трубы, что создает прочную связь и герметичное уплотнение благодаря силам трения и сжатия. Чтобы уменьшить слишком большие силы расширения в области наложения, участок длины, на котором сегменты 8 и 9 обсадной трубы накладываются друг на друга, выбирается относительно малым, предпочтительно менее 10% длины самого короткого из сегментов 8 и 9 обсадной трубы, и нижний конец верхнего сегмента 8 обсадной трубы может быть предварительно расширен и/или может иметь прорези или пазы (не показаны), которые расширяются или разрываются во время процесса расширения.

Второй сегмент 9 обсадной трубы закрепляют относительно стенки скважины таким же образом, как и первый сегмент 8 обсадной трубы. Затем вторую и последующие секции 1В, 1С и 1Ό скважины бурят с помощью бура с раздвижным буровым расширителем, который мо002563 жет просверлить полную длину скважины 1, по существу, одного и того же диаметра.

Затем бурят третью и четвертую секции 1С и 1Ό скважины и в них устанавливают обсадную трубу таким же образом, как описано со ссылкой на вторую секцию 1В буровой скважины.

На конце секции 1Ό изображена расширительная оправка 16, которая движется по направлению вниз в продольном направлении через самый нижний сегмент 11 обсадной трубы, благодаря чему она радиально расширяет сегмент 11 обсадной трубы таким же образом, как более подробно описано со ссылкой на фиг. 4.

На фиг. 2 изображена скважина 1 по фиг. 1, в которой эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 17 установлена путем продольного перемещения расширительной оправки 18 через нее.

Эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 17 расширяют до внешнего диаметра, который, по существу, равен внутреннему диаметру расширенной обсадной трубы, так, что эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 17 формирует внутреннюю облицовку сегментов 8, 9, 10 и 11 обсадной трубы, при этом стенки колонны 17 и сегментов 8, 9, 10 и 11 обсадной трубы взаимно усиливают друг друга. Нижний конец эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, который проходит за пределы нижнего конца самого нижнего сегмента 11 обсадной трубы в пласт 7, несущий нефть и/или газ, может иметь расположенные в шахматном порядке осевые щели (не показаны), которые расширяются с формированием ромбовидной формы в результате процесса расширения трубы с целью обеспечения притока нефти и/или газа из пласта 7 в скважину 1, причем эти текучие среды затем поднимаются во внутреннем пространстве колонны 17 до поверхности 2 земли.

Вместо формирования секции притока на нижнем конце эксплуатационной насоснокомпрессорной колонны 17 с осевыми щелями возможно ее формирование с отверстиями, выполненными не в форме щелей. Эти отверстия могут быть круглыми, овальными или квадратными, причем они формируются или вырезаются в стенке трубы с перекрытием или без перекрытия и могут быть расположены в шахматном порядке или в другом порядке.

Наличие таких отверстий, выполненных не в виде щелей, создает трубу, которая будет после ее расширения, в общем, иметь большую прочность, чем расширенная труба с взаимно накладывающимися осевыми щелями, перекрывающими друг друга.

Кроме того, расширяющиеся сегменты 8,

9, 10 и 11 обсадной трубы могут иметь, по меньшей мере, некоторое количество отверстий в виде щелей или другой формы, образуемых для уменьшения усилия, требуемого для расширения этих сегментов обсадной трубы, в частности, в области, где сегменты 8, 9, 10 и 11 обсадной трубы накладываются друг на друга, и в других областях, таких как изогнутые секции скважины 1, где сила расширения велика.

Следует понимать, что в таком случае эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 17 выполняется без перфорации в областях, где любой из сегментов 8, 9, 10 и 11 обсадной трубы выполняется с перфорациями с тем, чтобы обеспечить непроницаемую для жидкости герметизацию между внутренней полостью колонны 17 и окружающими слоями 3, 4, 5 и 6 породы.

На фиг. 3 изображена скважина 20, которая была пробурена в подземный пласт 21.

В верхней части 20А скважины установлен и расширен первый сегмент 22 обсадной трубы. В изображенном примере верхняя часть 20А скважины имеет внутренний диаметр приблизительно 25,4 см. Нерасширенный первый сегмент 22 обсадной трубы имеет внешний диаметр приблизительно 18,8 см, когда он опускается в скважину. Расширенный первый сегмент 22 обсадной трубы имеет внешний диаметр приблизительно 23,4 см, так что остается небольшое кольцевое пространство вокруг расширенного первого сегмента 22 обсадной трубы, которое заполняется цементом 23.

Затем бурят вторую часть 20В скважины с внутренним диаметром приблизительно 21 см и второй сегмент 24 обсадной трубы вводят в нерасширенной форме в скважину так, что он расширяется от вершины скважины 20 до нижнего конца ее второй части 20В. Нерасширенный второй сегмент 24 обсадной трубы имеет внешний диаметр 15, 7 см и расширяется внутри скважины 20 до внешнего диаметра 19,5 см.

Второй сегмент 24 обсадной трубы цементируют внутри второй части 20В скважины и внутри первой части с помощью кольцевой оболочки из цемента 23.

Затем бурят третью секцию 20С скважины с внутренним диаметром 17,8 см от дна второй секции 20В скважины в пласт 21 и третью секцию 25 обсадной трубы вводят в скважину 20 и расширяют. Нерасширенная третья секция 25 обсадной трубы имеет внешний диаметр приблизительно 13 см и расширяется до внешнего диаметра приблизительно 16,3 см.

После этого бурят четвертую секцию 20Ό буровой скважины, имеющую внутренний диаметр приблизительно 14,2 см, и четвертую секцию 26 обсадной трубы устанавливают в скважину 20 и последовательно расширяют от внешнего диаметра 10,1 см до внешнего диаметра приблизительно 13 см.

Внутрь четвертой секции 26 обсадной трубы вводят эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 27 и расширяют до внутренней поверхности указанной обсадной трубы 26, формируя облицовочный трубопровод 27.

Для облегчения ввода эксплуатационных жидкостей и/или жидкостей для глушения фонтанирующей скважины и для обеспечения возможности установки измерительных трубопроводов или другого оборудования витой сервисный трубопровод 28 устанавливают внутри эксплуатационной насосно-компрессорной колонны 27 и герметично присоединяют в области донной части колонны 27 с помощью эксплуатационного пакера 29.

Эксплуатационный трубопровод 28 содержит перфорацию 30 непосредственно над производственным пакером так, что нефть и/или газ могут добываться из области притока скважины, через донную часть эксплуатационного трубопровода 28, перфорацию 30 и эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 27.

В результате расширения секций 22, 24, 25 и 26 обсадной трубы и эксплуатационной насосно-компрессорной колонны 27 становится возможным установить эксплуатационную насосно-компрессорную колонну, имеющую внутренний диаметр более 10 см, в скважину 20, в которой верхняя секция 20А имеет внутренний диаметр приблизительно 25 см. Для специалистов в данной области будет понятно, что бурение скважин для добычи нефти и/или газа с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением позволяет использовать эксплуатационные насосно-компрессорные колонны 27 с большим диаметром внутри скважины 20 с меньшим диаметром, чем при использовании обычных технологий бурения и завершения скважины.

Будет также понятно, что вместо использования только расширяемых секций обсадной трубы внутри скважины одна или большее количество секций обсадной трубы могут использоваться как нерасширяемые обычные секции обсадной трубы. Например, верхняя секция обсадной трубы может представлять собой обычную секцию обсадной трубы, причем в этом случае одна или большее количество телескопически удлиняемых секций обсадной трубы, которые, как показано на фиг. 3, устанавливают в нижнюю часть скважины, могут быть сформованы из секций обсадной трубы в скважине, просверленной буром одного диаметра, как показано на фиг. 1 и 2.

На фиг. 4 представлен продольный разрез скважины в подземном пласту 41 с секцией 42 обсадной трубы, которая установлена в скважине с помощью кольцевой оболочки 43 из цемента.

Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 44, которая изготовлена из высокопрочной низколегированной стали двойной фазы (ВПНЛ) (Н8ЬА) или из другой формуемой высокопрочной стали, подвешивается внутри обсадной трубы 42.

Расширительная оправка 45 движется в продольном направлении через колонну 44, с помощью чего колонна 44 расширяется так, что внешний диаметр расширенной колонны становится несколько меньшим или приблизительно равным внутреннему диаметру обсадной трубы

42.

Расширительная оправка 45 имеет ряд керамических поверхностей 46, которые уменьшают силы трения между болванкой и трубой во время процесса расширения. В изображенном примере угол А, равный половине угла в вершине конической поверхности, которая фактически расширяет трубу, составляет приблизительно 25°. Было определено, что окись циркония представляет собой подходящий керамический материал, который может быть сформирован в виде гладкого конического кольца. Эксперименты и моделирование показали, что, если угол А, равный половине угла в вершине конической поверхности, составляет от 20 до 30°, труба деформируется таким образом, что она принимает 8-образную форму и касается конической части керамической поверхности 46, по существу, в верхнем кончике или ободе указанной конической части и, в случае необходимости, также приблизительно в половине конической части.

Эксперименты также показали, что предпочтительно, чтобы расширяющаяся труба 44 принимала 8-образную форму, так как это уменьшает длину поверхности контакта между конической частью керамической поверхности 46 и трубой 44 и при этом также уменьшается сила трения между расширительной оправкой и трубой 44.

Эксперименты также показали, что, если угол А, равный половине угла в вершине конической поверхности, будет меньше, чем 15°, это приведет к относительно большим силам трения между трубой и болванкой, в то же время, если указанный угол в вершине будет больше, чем 30°, это приведет к излишней обработке под давлением из-за пластического изгиба трубы 44, что также приводит к более высокому рассеиванию тепла и разрушениям при движении болванки 45 вперед через трубу 44. Хотя указанный угол А, равный половине угла в вершине конической поверхности, предпочтительно выбирается между 15 и 30°, он в любом случае должен находиться в диапазоне от 5 до 45°.

Эксперименты также показали, что коническая часть расширительной оправки 45 должна иметь неметаллическую внешнюю поверхность для предотвращения коррозионного истирания трубы во время процесса расширения. Использование керамической поверхности для конической части расширительной оправки, кроме того, вызывает уменьшение средней шероховатости внутренней поверхности трубы 44 в результате процесса расширения. Эксперименты также показали, что расширительная оправка 45, имеющая керамическую коническую поверхность 46, может расширять трубу 45, из11 готовленную из формуемой стали, так, что наружный диаметр Л2 трубы после расширения может быть, по меньшей мере, на 20% больше, чем наружный диаметр Л1 нерасширенной трубы, и что подходящими формуемыми сталями являются (ЛР) высокопрочные низколегированные (ВПНЛ) стали двойной фазы, известные под марками ЛР55 и ЛР60; бесшовная труба Α8ΤΜ А106 Н8ЬА, трубы из аустенитной нержавеющей стали типа Α8ΤΜ А312, аустенитные, высокой прочности стали горячей прокатки марки ТР 304 Ь и ТР 316 Ь, известные как сталь типа ТК1Р, производства компании Ниппон Стил Корпорэйшн (Νίρροη 81ее1 Сотрогайои).

Оправка 45 имеет пару уплотнительных колец 47, которые помещены на таком расстоянии от конической керамической поверхности 46, что кольца 47 обращены к пластически расширенной секции трубы 44. Уплотнительные кольца служат для отсечения жидкостей и высокого гидравлического давления между конической керамической поверхностью 46 оправки 45 и расширяющейся трубой 44, проникновение которых может привести к неравномерному большему расширению трубы 44.

Расширительная оправка 45 имеет центральный выпускной проход 48, который связан с витой выпускной линией 48', через которую жидкость может проходить на поверхность. После выполнения процесса расширения болванка 45 может быть извлечена на поверхность за выпускную линию и витые линии для жидкости для глушения фонтанирующей скважины и/или линии эксплуатационных жидкостей (не показаны) могут быть опущены через расширенную колонну 44 для обеспечения ввода жидкости для глушения фонтанирующей скважины и/или обрабатывающих жидкостей в зону притока углеводородной жидкости, что обычно выполняется через кольцевой зазор между эксплуатационной насосно-компрессорной колонной и обсадной трубой скважины. Однако, если колонна 44 расширена до меньшего диаметра, чем остающееся кольцевое пространство между обсадной трубой 42 и расширенной колонной 44, оно может использоваться для отвода жидкостей во время процесса расширения и для ввода жидкостей во время эксплуатации скважины, причем в этом случае нет необходимости использовать линию 48' отвода жидкостей и линии для жидкостей, предназначенных для глушения фонтанирующей скважины, и/или эксплуатационных жидкостей.

В обычных скважинах часто бывает необходимо использовать эксплуатационную насосно-компрессорную колонну, имеющую внешний диаметр, который на 50% меньше, чем внутренний диаметр самой внутренней секции обсадной трубы, с тем, чтобы обеспечить плавный ввод колонны, даже если скважина наклонена и обсадная труба имеет неровную внутреннюю поверхность. Поэтому очевидно, что применяемый на практике способ расширения трубы в соответствии с настоящим изобретением улучшает эффективность использования буровой скважины.

Следует понимать, что вместо передвижения расширительной оправки 45 через колонну 44 с помощью гидравлического давления оправка может также передвигаться через трубу посредством троса или может проталкиваться через трубу с помощью колонны труб или стержня.

Следует также понимать, что обсадная труба 42 и секции 8, 9, 10, 11, 22, 24, 25 и 26 обсадной трубы, которые изображены на фиг. 1, 2 и 3, могут расширяться с использованием аналогичного процесса расширения, как описано для расширения колонны 44 со ссылкой на фиг. 4, если эти секции обсадной трубы также изготовлены из формуемой марки стали.

Предпочтительно, расширенная эксплуатационная насосно-компрессорная колонна и расширенные секции обсадной трубы изготавливаются из формуемой марки стали, имеющей отношение предела текучести к прочности на разрыв меньше, чем 0,8, и предел текучести, по меньшей мере, 275 МПа.

Настоящее изобретение будет далее описано на примере следующих сравнительных экспериментов.

Эксперимент 1.

Расширительную оправку, имеющую коническую керамическую поверхность (угол А, равный половине угла в вершине конической поверхности, =20°) перемещали через обычную трубу, применяемую на месторождении нефти, известную как обсадная труба марки Ь80 13% Сг, которая представляет собой широко используемый тип обсадной трубы, имеющий исходный внешний диаметр 101,6 мм (4 дюйма), исходную толщину стенки 5,75 мм, давление разрыва 850 бар и экспоненту деформационного упрочнения п=0,075. Расширительная оправка была разработана таким образом, что внешний диаметр расширенной трубы должен составлять 127 мм, так что увеличение в диаметре должно составлять 20%. Труба лопнула во время процесса расширения. Анализ показал, что предел эластичности материала был превышен настолько, что произошел эластичный разрыв.

Эксперимент 2.

Эксперимент выполняли с витой трубой типа ОТ-800, которая все чаще используется для эксплуатационных насосно-компрессорных колонн в нефтяных и газовых скважинах. Труба имела исходный внешний диаметр 60,3 мм, толщину стенок 5,15 мм, давление разрыва 800 бар и экспоненту деформационного упрочнения п=0,14. Расширительную оправку передвигали через трубу, причем оправка имела коническую керамическую поверхность, у которой угол А, равный половине угла в вершине конической поверхности, составлял 5° и которая бы ла разработана таким образом, что внешний диаметр расширенной трубы должен был составлять 73 мм (увеличение приблизительно на 21%). Эта труба была разорвана во время процесса расширения. Анализ показал, что из-за высоких сил трения давление расширения превысило давление разрыва трубы во время процесса расширения.

Эксперимент 3.

Эксперимент выполняли с бесшовной трубой, изготовленной из формуемой марки стали, известной как А8ТМ А 106 марки В. Труба имела исходный внешний диаметр 101,6 мм (4 дюйма), исходную толщину стенки 5,75 мм и экспоненту деформационного упрочнения п=0,175.

Расширительную оправку прокачивали под давлением через трубу, причем эта оправка имела керамическую коническую поверхность, такую, что угол А, равный половине угла в вершине конической поверхности, составлял 20° и так, что внешний диаметр расширительной трубы составлял 127 мм (5 дюймов), причем внешний диаметр увеличивался на 21%.

Труба была успешно расширена, и гидравлическое давление, приложенное к оправке для передвижения оправки через трубу, составляло от 275 до 300 бар. Давление разрыва расширенной трубы составляло от 520 до 530 бар.

Claims (12)

1. Способ бурения и завершения скважины для добычи углеводородов, содержащий этапы

а) бурения секции скважины в подземных пластах, ввода секции обсадной трубы в пробуренную секцию скважины и радиального расширения и закрепления секции обсадной трубы в пределах указанной секции скважины,

б) погружения бурового долота через расширенную секцию обсадной трубы и бурения последующей секции скважины, ввода следующей секции обсадной трубы в указанную последующую секцию скважины и радиального расширения и закрепления указанной следующей секции обсадной трубы внутри последующей секции скважины,

в) повторения, при необходимости, этапа б) неоднократно до тех пор, пока скважина не достигнет непосредственной близости пласта, несущего углеводороды, отличающийся тем, что на этапе б) следующую секцию обсадной трубы вводят коаксиально уже введенной предыдущей секции с образованием области взаимного наложения секций, при этом обеспечивают дополнительное расширение предыдущей секции в области наложения в процессе радиального расширения последующей секции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что только первую секцию (8) обсадной трубы проводят от поверхности (2) земли в скважину (1), а последующие секции (9, 10, 11) обсадной трубы устанавливают, обеспечивая частичное перекрытие с предыдущей установленной секцией (8, 9, 10) обсадной трубы.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что длина, вдоль которой последующие секции (8, 9, 10, 11) обсадной трубы перекрываются друг с другом, составляет менее 10% длины каждой из секций (8, 9, 10, 11) обсадной трубы.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что вдоль, по меньшей мере, существенной части длины скважины от поверхности земли до области, находящейся в непосредственной близости от пласта, несущего углеводороды, изменение в диаметре скважины (1) составляет менее 10%.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, две секции (24, 25) обсадной трубы, которые последовательно вводят в скважину, доходят до устья скважины.

6. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что после установки секций (8, 9, 24, 25, 44) обсадной трубы эксплуатационную насоснокомпрессорную колонну (27) устанавливают в скважине так, что она проходит от поверхности земли в область, расположенную в непосредственной близости от пласта углеводорода, и обеспечивают радиальное расширение колонны (27) внутри установленных расширенных секций (8, 9, 24, 25, 44) обсадных труб.

7. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что секции (8, 9, 24, 25, 44) обсадных труб и колонну (27) пластически расширяют в радиальном направлении путем перемещения расширительной оправки (16, 45) в продольном направлении, при этом используют трубы, изготовленные из формуемой марки стали, которая подвержена деформационному упрочнению без возникновения сужения и пластического разрушения в результате процесса расширения, и расширительную оправку (16, 45), которая имеет вдоль части ее длины коническую неметаллическую поверхность (46).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что расширительная оправка (16, 45) имеет коническую керамическую поверхность (46) и колонна (27) и секции (8, 9, 24, 25, 44) обсадной трубы изготовлены из формуемой марки стали, имеющей отношение предела текучести к прочности на разрыв меньше чем 0,8 и предел текучести, по меньшей мере, 275 МПа.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что эксплуатационную насосно-компрессорную колонну (27) и, по меньшей мере, одну из секций (8, 9, 24, 25, 44) обсадной трубы образуют из труб, которые вводят в скважину путем разматывания трубы с барабана.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что коническая керамическая поверхность (46) расширительной оправки имеет угол А, равный половине угла при вершине конической поверхности в диапазоне от 5 до 45°.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что указанный угол А, равный половине угла при вершине конической поверхности, составляет от 15 до 30°.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, самая нижняя секция (11, 25, 26) обсадной трубы имеет щели или отверстия.

Фиг.1

1 % 23-'· ; V В²² ;^-20А : —28 С-20В Р⁵ ·; х2ос 30- V 7 г-200 29- с & -27