EA003349B1

EA003349B1 - Способ установки трубчатых элементов в осевом направлении в область земли с избыточным давлением

Info

Publication number: EA003349B1
Application number: EA200100587A
Authority: EA
Inventors: Ричард Д. Рэйнз
Original assignee: Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2003-04-24
Also published as: EA200100587A1; BR9915699A; WO2000031370A1; US6102119A; US6318471B1

Abstract

Раскрыт способ установки трубчатого элемента (26), имеющего верхний конец (30) и закрытый нижний конец (32), в осевом направлении в область (14) земли (12) с избыточным давлением и через нее путем использования сердечника (42, 44) проводят трубчатый элемент (26) почти от основания, в результате чего протягивается значительная секция трубчатого элемента (26) через область (14) с избыточным давлением. В другом варианте осуществления, по меньшей мере, в часть трубчатого элемента (26) вводят наполнитель (36), а трубчатый элемент (26) приводят от верхнего конца (30), где наполнитель (36) помогает продвижению трубчатого элемента (26) через область (14) с избыточным давлением.

Description

Настоящее изобретение, в общем, касается установки трубчатых элементов типа кондукторов скважин, свай фундаментов, направляющих труб и обсадных труб скважин в осевом направлении в землю. Более конкретно, но не в качестве ограничения, изобретение относится к способу установки трубчатых элементов через, по меньшей мере, одну область земли с избыточным давлением.

Предпосылки создания изобретения

В нефтяной и газовой промышленности трубчатые элементы, установленные в осевом направлении в землю, используют для разнообразных целей. Например, трубчатые элементы часто используют в качестве фундаментных свай для поддержания веса прибрежной конструкции и противодействия нагрузкам окружающей среды, прикладываемым к конструкции. Трубчатые элементы используют также в качестве кондукторов скважин для облегчения бурения скважин с прибрежной платформы. Специалистам в данной области техники известны другие использования трубчатых элементов.

Как правило, цель состоит в том, чтобы установить трубчатый элемент с открытым концом в землю на расстояние, известное как целевое проникновение, которое является достаточным для мобилизации способности трубчатого элемента выдерживать требуемую нагрузку. Неспособность мобилизования способности трубчатого элемента выдерживать требуемую нагрузку означает, что установленный трубчатый элемент не может соответствовать своей предполагаемой цели, потому что не имеет возможности противостоять приложенным нагрузкам. Если трубчатый элемент является кондуктором скважины, то другая цель состоит в том, чтобы препятствовать почвенному разлому во время последующих действий бурения. Способность почв нижних горизонтов противостоять излому известна как изломостойкость. Изломостойкость может быть или местной, или общей. Местная изломостойкость относится к способности почв противостоять изломам вдоль границы раздела между кондуктором и окружающими почвами. Общая изломостойкость относится к способности почв выдержать изломы на некотором расстоянии от стенки кондуктора или ниже верхней части кондуктора. Отсутствие противодействия изломостойкости окружающих почв может привести к потере обратных ходов и, потенциально, к потере скважины во время последующих действий бурения.

Обычно имеются два основных способа, которыми можно устанавливать трубчатый элемент в землю. Во-первых, трубчатый элемент можно устанавливать в землю способом установки обычных фундаментных свай. Во-вторых, можно пробурить буровую скважину в земле и зацементировать в ней трубчатый элемент. Бурение скважин в глубинных водах Мексиканского залива часто оказывается проблематичным из-за наличия песков или грунта с избыточным давлением (избыточное давление воды), которые часто обнаруживаются на относительно небольших глубинах [например, от 1000 до 2000 футов (305-610 м) ниже границы ила (НГИ)]. Эти пески и/или грунты могут оказаться расположенными в виде одного или более слоев или областей (не в качестве ограничения эти области в дальнейшем называются песчаными областями и могут включать в себя песок, грунт или их смесь) и, как правило, окружены глинами, которые обычно уплотнены. Обычные трубчатые обсадные трубы скважины с площадью свободного потока, как правило, не могут проникать достаточно глубоко, чтобы пройти через песчаную область с избыточным давлением (или через многочисленные песчаные области с избыточным давлением), а также через достаточный интервал лежащих сверху и снизу глин, чтобы сохранять адекватную стойкость к давлению и выше, и ниже песчаной области (областей) с избыточным давлением. Проникновение обычной приводимой обсадной трубы, как правило, ограничивается из-за сочетания низкого полного сопротивления прохождения и недостаточной энергии молота. Приводное полное сопротивление является мерой проводимости волны напряжения через среду, в этом примере обсадную трубу скважины. Это определяется выражением 1_а=ЕА/с, где 1а - приводное полное сопротивление, Е - модуль упругости среды, А площадь поперечного сечения и с - скорость волны. Как описано дополнительно ниже, стандартная обсадная труба с обычным приводом с областью свободного потока, вероятно, не будет удовлетворительной для проведения через песчаные области с избыточным давлением.

Бурение через песчаные области с избыточным давлением обычными способами часто приводит к прохождению песка и воды к границе ила и через проходное сечение обсадной трубы скважины и границу раздела между обсадной трубой скважины и формацией. Эти случаи песчаного потока могут приводить к потере поддержки обсадных труб и скважин вследствие выпучивания и возможного проседания дна моря. Если значительный поток песка происходит после расположения производственного оборудования, получающееся проседание может неблагоприятно влиять на способность основания и может в конечном итоге привести к катастрофической поломке основания или отказу оборудования. Последствия этих действий могут приводить к значительно более высоким издержкам на бурение и производство и потере дохода. Возможно, что из-за этой проблемы при экстремальных условиях нельзя экономично эксплуатировать месторождение.

В современной технологии для бурения через песчаные области с избыточным давлением используют комбинацию объемных (трехмерных) сейсмических данных, полученных при сейсмопрофилировании на мелководье с высокой разрешающей способностью, и стандартные способы бурения скважин, которые приспосабливают к геологическим условиям. Практическое состояние состоит в том, чтобы идентифицировать посредством объемных данных наземное протяжение формации с избыточным давлением и либо избежать формации, либо выбрать место, где область с избыточным давлением самая тонкая. Однако с помощью сейсмических данных можно определить относительное давление в формации. В соответствии с этим после выбора места бурения бурение производят обычным способом при уделении особого внимания бурению через слои песка с избыточным давлением как можно быстрее, используя закачивание бурового раствора или морской воды с гелием.

При попытке бурения с раствором в условиях равновесия (отсутствие потока в буровую скважину или из нее) делают усилия в отношении управления любыми зонами перевеса (где песок течет в буровую скважину) в формации посредством нагнетания тяжелого бурового раствора (динамический поток). Другая проводимая технология бурения включает в себя нагнетание мономерного или полимерного цемента в пески с избыточным давлением с целью удержания потока воды до бурения скважины для обсадной трубы. После завершения бурения колонну обсадных труб цементируют к формации и к предыдущим колоннам обсадных труб обычным способом для предотвращения потоков вокруг внешней стороны обсадной трубы и внутри кольцевого приращения между колоннами обсадных труб.

В сущности говоря, нельзя получить равновесие давлений жидкости в буровой скважине, даже используя откос, потому что давление равновесия может быть очень близким (в пределах 0,5 фунт/галлон США (0,06 г/см³)) к давлению разлома. Усилением этого условия может быть несколько тысяч футов (1 фут=0,305 м) бурового шлама в колонне текучей среды, которой нельзя точно управлять и добавлять к массе бурового раствора. Таким образом, если давление текучей среды в буровой скважине меньше, чем пластовое давление, песок течет в буровую скважину и стабильность буровой скважины оказывается проблемой. Если давление текучей среды в буровой скважине больше пластового давления, то давление текучей среды в буровой скважине ломает или разжижает песчаную формацию.

В конечном итоге, это может приводить к связи между скважинами или к превышению давлений текучей среды скважины с гиростатическим достижением более высоких уровней и в дальнейшем - разлома формации к дну моря.

Если этот разлом пересекает основание, то может произойти преждевременное разрушение основания.

Управление текучей средой в буровой скважине с целью достижения равновесия давления не достаточно для гарантирования целостности скважины и основания. Необходимо подходящее цементное крепление между обсадной трубой и стенками буровой скважины, чтобы предотвратить прошивку песков с избыточным давлением вдоль внешней стороны обсадной трубы и к дну моря. Стандартная практика бурения скважин состоит в бурении буровой скважины больше обсадной трубы и затем заполнении пустого пространства между обсадной трубой и почвой цементом. Современная техника цементирования не гарантирует, что пустое пространство может быть в достаточной степени заполнено, если отверстие не составляет близкий диаметр. Это является особенно критичным для буровых скважин, которые испытывают поток или неустойчивость стенок, так как неравномерный профиль стенки усугубляет трудности цементирования, а отсутствие достаточного цементирования может приводить к выпучиванию обсадной трубы скважины. При недостаточно сбалансированном бурении (то есть при недостаточной массе бурового раствора для предотвращения притока текучей среды формации) в зернистых почвах текучая среда формации поступает в буровую скважину, перенося почву формации. Если достаточный объем почвы удалить на достаточном интервале обсадной трубы и затем к обсадной трубе приложить сжимающие усилия, обсадная труба прогибается. Этот ряд событий, происходящих во время бурения эксплуатационных скважин в глубоководном месте Мексиканского залива, приводит к оставлению места.

По приведенным выше причинам установка трубчатого элемента через одну или несколько песчаных областей земли с избыточным давлением может оказаться труднодостижимой и занимающей много времени при использовании способов, применяемых в настоящее время. Могут также иметь место значительные неблагоприятные последствия, вытекающие из монтажа трубчатых элементов через эти области с избыточным давлением, типа угрозы изломостойкости формации или проседания дна моря. Настоящее изобретение направлено на создание практического, экономного и эффективного в отношении времени способа установки трубчатых элементов через песчаную область (области) земли с избыточным давлением, который предотвращает прохождение песка или почвы во время установки и гарантирует длительную целостность скважины и основания для производственного оборудования.

Краткое описание сущности изобретения

Настоящее изобретение касается нового способа установки трубчатых элементов, напри5 мер кондукторов или свай скважин, через одну или несколько песчаных областей земли с избыточным давлением. Более конкретно, но не в качестве ограничения, изобретение и его различные варианты осуществления, описанные здесь, позволяют осуществлять управляемое проведение трубчатых элементов в песчаные формации с избыточным давлением и за их пределы, обнаруженные, например, в глубоких водах Мексиканского залива. Изобретение достигает своих целей посредством увеличения глубины трубчатого элемента, который можно приводить за пределами, получаемыми современной технологией разведки месторождения нефти, и посредством предотвращения прохождения текучей среды в трубчатый элемент из формации песка или почвы с избыточным давлением.

В одном варианте осуществления способ установки трубчатого элемента в осевом направлении, по меньшей мере, через одну песчаную область земли с избыточным давлением содержит бурение скважины до глубины, близкой к верхней части песчаной области с избыточным давлением, но не в нее. Затем трубчатый элемент, имеющий открытый верхний конец и закрытый нижний конец, вводят в буровую скважину так, чтобы закрытый нижний конец трубчатого элемента располагался примерно у верхней части песчаной области с избыточным давлением. Нижний конец можно закрывать, например, заранее установленной пробкой из цементного раствора, стальной пластиной, или конусом, или почвенной пробкой, полученной в результате начальной проходки через область с неизбыточным давлением. Затем, после расположения трубчатого элемента в буровой скважине, по меньшей мере, в часть трубчатого элемента вводят наполнитель, состоящий из зернистого материала (который может включать в себя ряд различных материалов типа скального грунта, или металлических осколков, или цемента). Затем прикладывают силу к верхнему концу трубчатого элемента или наполнителя, или обоих, посредством чего интервал трубчатого элемента, включающего в себя нижний конец, проводят через песчаную область земли с избыточным давлением. После проведения трубчатого элемента через песчаную область с избыточным давлением производят бурение через закрытый нижний конец. Если трубчатым элементом является обсадная труба скважины, то в обсадную трубу можно устанавливать дополнительные колонны обсадных труб и/или эксплуатационную колонну труб для добычи углеводородов.

В другом варианте осуществления бурят скважину, в буровую скважину вводят трубчатый элемент, как описано выше, и в трубчатом элементе устанавливают средство передачи силы. Средство передачи силы проходит от расстояния выше верхней части трубчатого элемента до расстояния ниже верхней части труб чатого элемента и поддерживает средство приводной силы. Средство передачи силы приспосабливают для передачи приводной силы от точки выше верхнего конца трубчатого элемента, по меньшей мере, к одному месту на нижнем конце трубчатого элемента или около него. Затем приводную силу сообщают средству передачи силы, посредством чего отрезок трубчатого элемента, включающий нижний конец, проводят через песчаную область (области) земли с избыточным давлением. Средство передачи силы может состоять из сердечника и башмака, соединенного с нижним концом трубчатого элемента. Башмак также можно заранее устанавливать в трубчатом элементе. Нижний конец трубчатого элемента может быть закрыт закрывающей пластиной. После проведения трубчатого элемента через песчаную область с избыточным давлением средство передачи силы можно изъять из трубчатого элемента и затем можно бурить через закрытый нижний конец. И в этом случае, если трубчатым элементом является обсадная труба скважины, то можно устанавливать дополнительные колонны обсадных труб и/или эксплуатационную колонну труб для добычи углеводородов.

В обоих вариантах осуществления установку трубчатого элемента через песчаную область (области) с избыточным давлением формации выполняют посредством увеличения эффективного приводного полного сопротивления элемента и, следовательно, при увеличении глубины трубчатый элемент можно проводить обычными способами.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение и его преимущества будут лучше поняты из последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.

Фиг. 1Ά-1Ό изображают в разобранном виде первый вариант осуществления способа по настоящему изобретению. В этом варианте осуществления наполнитель вводят в трубчатый элемент, который является обсадной трубой скважины, отрезок которой проводят через песчаную область с избыточным давлением.

Фиг. 2Ά-2Ό иллюстрируют в разобранном виде второй вариант осуществления способа по настоящему изобретению. В этом варианте осуществления сердечник вводят в трубчатый элемент и вводят в контакт с трубчатым элементом в одном или нескольких местах около нижнего конца трубчатого элемента. Приводную силу прикладывают к верхней части сердечника, таким образом позволяя проводить отрезок трубчатого элемента через песчаную область с избыточным давлением.

Фиг. 3Ά и ЗВ иллюстрируют сердечники (прямой и ступенчатый соответственно), применимые в заявляемом варианте осуществления способа по настоящему изобретению.

Фиг. 4А и 4В представляют профили сопротивления сдвигу почвы [сопротивление сдвигу почвы (тыс.фунтов на кв.фут) относительно проникновения НГИ (футы)] для стратиграфии по почве примера 1 (фиг. 4А) и стратиграфии по почве примера 2 (фиг. 4В).

Фиг. 5А-5О представляют профили статической составляющей сопротивления приводу (СССП) [СССП (тысячи фунтов) относительно проникновения НГИ (футы)] для описанных здесь вариантов. Фиг. 5А и 5В иллюстрируют профили СССП для варианта осуществления комбинированной обсадной трубы, варианта осуществления приводимой сердечником обсадной трубы и обсадной трубы с обычным приводом в стратиграфии по почве примера 1 (фиг. 5А) и стратиграфии по почве примера 2 (фиг. 5В). Фиг. 5С и 5Ό иллюстрируют профили СССП для технологии ОПБ для стратиграфии по почве примера 1 (фиг. 5С) и стратиграфии по почве примера 2 (фиг. 5Ό).

Фиг. 6А-6С иллюстрируют результаты анализа волнового уравнения [СССП (тысячи фунтов) относительно проникновения НГИ (футы)] для обычной обсадной трубы с приводом сверху и обсадной трубы с установкой ОПБ (фиг. 6А); варианта осуществления комбинированной обсадной трубы (фиг. 6В); и варианта осуществления приводимой сердечником обсадной трубы (фиг. 6С).

Изобретение будет описано в связи с его предпочтительными вариантами осуществления. Однако в том смысле, что последующее подробное описание представлено для конкретного варианта осуществления или конкретного использования изобретения, оно предназначено только для иллюстрации и не должно рассматриваться в качестве ограничивающего объем изобретения. Напротив, оно предполагает охватить все альтернативы, модификации и эквиваленты, которые можно включить в сущность и объем изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение касается обеспечения практического и экономичного способа установки трубчатых элементов через область (области) земли с избыточным давлением для предотвращения прохождения песка или почвы из имеющегося окружения наружной стороны трубчатого элемента и внутри области, очерченной кольцом трубчатого элемента во время установки, и обеспечения долгосрочной целостности, в случае применения для производства нефти и газа, скважины и основания производственного оборудования. Здесь описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, в общем, в связи с добычей углеводородов из подземного резервуара, расположенного под массой воды, и более конкретно в контексте обеспечения возможности управляемого подводного проведения обсадной трубы скважины в песчаные формации с избыточным давлением на отмели и за пределы этих формаций, часто обнаруживаемых, например, в глубинных водах Мексиканского залива. Хотя приведено описание в этом контексте, применение этой технологии не ограничивается мелководными песчаными формациями, глубоководными применениями или прибрежными операциями. Специалисты в данной области техники понимают, что это изобретение можно использовать в других применениях, требующих установку трубчатого элемента, по меньшей мере, в одну область земли с избыточным давлением или через нее (например, установку свай для основания или системы дренажа точек скважин).

Рассматривая теперь фиг. 1Λ-1Ό. отметим, что подземный резервуар 10 расположен под водной массой 20. Буровое судно 28 динамически располагают или ставят на якорь к дну 18 моря с целью бурения и завершения скважин в подземный резервуар 10. Скважины можно также бурить с предварительно установленной прибрежной конструкции, типа обшивки стальных свай, платформы с натяжными опорами или кессонного судна большой осадки (КСБО), либо другой производственной конструкции. Земля 12 выше резервуара 10 имеет, по меньшей мере, одну песчаную область 14 с избыточным давлением, с областями 16 глины, расположенными выше и ниже песчаной области 14 с избыточным давлением. В одном варианте осуществления способ установки трубчатого элемента в осевом направлении через песчаную область 14 земли 12 с избыточным давлением выполняют следующим образом. Бурят скважину 22 с завышенным диаметром глубиной примерно до верхней части 24 песчаной области 14 земли 12 с избыточным давлением, но не в нее. В случае обычной прибрежной работы буровую скважину 22 бурят в пределах приблизительно 50 футов (15,24 м) верхней части 24 песчаной области 14 с избыточным давлением. Ее можно без риска бурить ближе, но часто имеются впластованные песчаные области с избыточным давлением (на фиг. 1А-Ю показана только одна область 14), которые могут вызвать потерю стабильности текучей среды буровой скважины, так как буровую скважину обычно бурят без откосов, с колебаниями морской водой с гелием на ближних к гидростатическим давлениям.

Как показано на фиг. 1В, трубчатый элемент 26 (в дальнейшем с целью этой иллюстрации называемый обсадной трубой 26 скважины) с верхним концом 30 и закрытым нижним концом 32 устанавливают в буровую скважину 22 так, что закрытый нижний конец 32 обсадной трубы 26 скважины размещают примерно у верхней части 24 песчаной области 14 земли 12 с избыточным давлением. При обычном прибрежном применении первую одну или две секции обсадной трубы 26 можно подвешивать от бурового судна 28; остальные секции подсоеди няют приводными соединителями; и весь узел опускают в заранее пробуренную скважину 22. Нижний конец 32 обсадной трубы 26 скважины может быть закрыт заранее вводимым цементом, цементным раствором или бетонной пробкой 34 в первом одном или двух соединениях обсадных трубах 26 скважины (предполагая стандартные сорокафутовые (12,2 м) или более длинные секции) перед осуществлением соединений с другими стыками обсадной трубы 26 скважины. Пробки 34 должны быть отлиты таким образом, чтобы создать обладающую высоким сопротивлением разрыву способность. Это может включать в себя использование высокопрочного цемента, расширяющегося цемента, предварительно напрягающих или других способов или изделий, которые противостоят растягивающим напряжениям во время установки.

Затем вводят наполнитель 36, по меньшей мере, в часть обсадной трубы 26 скважины. Наполнителем 36 может быть, например, цемент, жидкий строительный раствор (цемент и песок) или бетон (цемент, песок и скальный грунт), в дальнейшем называемый в общем цементом, который вводят в обсадную трубу 26 скважины посредством обычных труб для подводного бетонирования (то есть пропускания цемента через колонну бурильных труб, которую вводят в обсадную трубу, посредством чего цемент вытесняет морскую воду вверх и из обсадной трубы) после того, как обсадную трубу 26 скважины опустят в пробуренную скважину 22. Цементу затем дают возможность отверждаться. Альтернативным наполнителем 36 является рыхлый зернистый материал типа гравия или песка, который не нужно отверждать.

Как показано на фиг. 1С, на следующем этапе применяют приводную силу, например, посредством подводного молота 49, к верхнему концу 30 обсадной трубы 26 скважины, посредством чего отрезок обсадной трубы 26 скважины, включая нижний конец 32, проводят через песчаную область 14 земли 12 с избыточным давлением. Затем можно бурить через закрытый нижний конец 32 обсадной трубы 26 скважины и одну или более дополнительные колонны 50 обсадных труб и/или эксплуатационную колонну 37 труб можно установить внутри обсадной трубы 26 скважины для добычи углеводородов, как показано на фиг. 1Ό. Хотя это может оказаться ненужным для конкретного применения, приводная сила будет наиболее эффективна, если в верхнюю часть обсадной трубы 26 скважины ввести наполнитель 36. В этом случае приводную силу можно затем прилагать и к верхнему концу 30, и к наполнителю 36 или можно прилагать только к наполнителю 36.

Как описано выше, в этом варианте осуществления используют привод для установки стандартной трубчатой обсадной трубы 26 скважины, которая имеет введенные в нее наполнители 36 типа цемента или зернистого ма териала. Введение наполнителя 36 увеличивает приводное полное сопротивление обсадной трубы 26 скважины. Это увеличенное приводное полное сопротивление позволяет проводить комбинированную обсадную трубу 26 скважины (то есть обсадную трубу 26 скважины с введенным в нее наполнителем 36) до проникновения, большего чем проникновение, которого можно достигнуть в случае стандартной трубчатой обсадной трубы с открытым концом. Комбинированная обсадная труба 26 скважины позволяет также использовать приводной молот 49 с увеличенной энергией по сравнению со стандартной обсадной трубой без наполнения, потому что комбинированная обсадная труба 26 скважины может выдерживать более высокую передаваемую силу до текучести стали. Возможность использования приводного молота 49 с более высокой энергией дополнительно увеличивает значение сопротивления почвы, которое можно преодолеть во время проведения, увеличивая тем самым проникновение, до которого можно проводить комбинированную обсадную трубу 26 скважины в формацию.

Соответствующий настоящему изобретению вариант осуществления комбинированной обсадной трубы предотвращает прохождение песка из песчаной области 14 с избыточным давлением и с внутренней, и с внешней сторон. В дополнение к увеличению проникновения, до которого можно проводить обсадную трубу 26 скважины, использование предварительно установленной пробки 34 уплотняет обсадную трубу, предотвращая прохождение песка и воды внутрь обсадной трубы 26. Прохождение по внешней стороне обсадной трубы 26 скважины также предотвращается в соответствии с естественной связью, которая образуется между стеной проведенной обсадной трубы 26 скважины и областью 16 глины выше и ниже песчаной области 14 с избыточным давлением. Следовательно, сохраняется целостность формации. Стойкость к давлению ниже песчаной области 14 с избыточным давлением особенно важна там, где существует множество песчаных областей с избыточным давлением, так как связь между песчаными областями может привести даже к более высоким давлениям текучей среды в самой высокой песчаной области и, в конечном итоге, к поступлению этих текучих сред к дну 18 моря.

Если наполнителем 36 является цемент, описанный выше вариант осуществления может наиболее соответствовать, когда имеется множество скважин, которые являются групповым набором (то есть в случае разработки всех скважин одновременно), и степень избыточного давления в песчаной области (областях) 14 значительна. Использование методики группового набора позволяет отверждать или укреплять цемент или цементный раствор в течение некритического времени прохождения и не влияет на производственный календарный план. Однако, в зависимости от конкретного применения, отдельная скважина может также требовать использования заполненного цементом варианта осуществления. Когда наполнителем 36 является песок или гравий, не требуется время для отверждения или укрепления материала и, следовательно, этот вариант также подходит для группового набора или отдельно пробуренных скважин.

При рассмотрении этой технологии выгодно выбирать место с самой высокой степенью избыточного давления так, чтобы статическая составляющая сопротивления привода (СССП) [являющаяся частью сопротивления почвы приводу, которое не зависит от скорости] была наиболее уменьшенной, и, следовательно, обсадную трубу 26 скважины можно было проводить до самого глубокого возможного проникновения НГИ. Таким образом следует измерять степень избыточного давления в формации в нескольких местах до использования этой технологии.

На фиг. 2Ά-2Ό показан второй вариант осуществления соответствующего изобретению способа введения трубчатых элементов 26 через песчаную область 14 с избыточным давлением (или области; на фиг. 2Ά-2Ό показана только одна область 14 с избыточным давлением). В этом варианте осуществления бурят скважину 22 с завышенным размером, как описано выше, до глубины приблизительно верхней части 24 песчаной области 14 земли 12 с избыточным давлением, но не в нее. Как показано на фиг. 2В, связки обсадных труб 26 подвешивают от бурового судна 28 соединенными и введенными в буровую скважину 22, в которой закрытый нижний конец 27 обсадной трубы 26 скважины помещают близко к верхней части 24 песчаной области 14 земли 12 с избыточным давлением. Закрывающая пластина 25 (предпочтительно коническая; однако, можно использовать другие формы, включая, без ограничения, плоскую пластину) может быть использована для закрывания нижнего конца 27 обсадной трубы 26 скважины. Можно также использовать гранулированную, цементную, бетонную пробку или пробку из цементного раствора с целью закрывания нижнего конца 27 обсадной трубы 26 скважины.

В обсадной трубе 26 скважины устанавливают средство передачи силы (сердечник 44, как показано на фиг. 3В, или 42, как показано на фиг. 2В, 2С и 3Ά). Рассматривая теперь фиг. 3Ά, отметим, что обсадная труба 26 скважины может включать в себя башмак 47 и средство передачи силы приспособлено для сцепления с башмаком 47. С другой стороны башмак 47 может быть объединен с закрывающей пластиной 25. На фиг. 3В показано, что внутри обсадной трубы 26 скважины можно прикреплять приводные кольца 46 для зацепления средства пе редачи силы. Один способ приспосабливания средства передачи силы для передачи приводной силы, по меньшей мере, к одному месту вдоль обсадной трубы 26 скважины состоит в изменении диаметра средства передачи силы на этапе разумного конфигурирования. Различные части средства передачи силы можно прикреплять механическим соединителем 48, который может передавать приводную силу. В этом же самом месте в трубчатом элементе, где располагают эти соединители 48 после введения средства передачи силы, в обсадной трубе 26 скважины располагают приводное кольцо 46, которое сконструировано для подгонки к форме соединителя 48. Сцепление средства передачи силы более чем в одном месте (например, башмак 47 и/или приводное кольцо или кольца 46) может быть более эффективным при установке обсадной трубы 26 скважины. Средство передачи силы может содержать сердечник 42 или 44, который имеет постоянный или переменный диаметр, или расширяемый диаметр (на чертеже не показанный). Сердечник 42 постоянного диаметра (фиг. 3Ά) можно использовать для сопряжения с башмаком 47, а сердечник 44 переменного диаметра (фиг. 3В) можно использовать для сопряжения с башмаком 47 и приводным кольцом (кольцами) 46. Расширяемый сердечник можно использовать для сопряжения с башмаком 47 и приводным кольцом (кольцами) 46 или можно механически крепить посредством запрессовки к внутренней стене трубчатого элемента 26.

Обращаясь теперь к фиг. 2С, отметим, что приводную силу прикладывают к средству передачи силы (сердечнику 42 на фиг. 2В, 2С и 3Ά или сердечнику 44 на фиг. 3В) и затем передают обсадной трубе 26 скважины через башмак 47 и/или приводное кольцо (кольца) 46, посредством чего отрезок обсадной трубы 26 скважины, включающий нижний конец 27, проводится через песчаную область 14 земли 12 с избыточным давлением.

Для сообщения приводной силы можно использовать молот для подводных работ или приводной механизм 49, который расположен на верхней части средства 42 или 44 передачи силы. После проведения обсадной трубы 26 скважины через песчаную область 14 с избыточным давлением средство 42 или 44 передачи силы можно удалить из обсадной трубы 26 скважины и можно бурить через закрывающую пластину 25. Как показано на фиг. 2Ό, в этом случае можно устанавливать одну или несколько дополнительных колонн 50 обсадных труб и/или эксплуатационную колонну 37 труб внутри обсадной трубы 26 скважины для добычи углеводородов из подземного резервуара 10 на производственное оборудование 51.

Использование средства передачи силы в виде сердечника 42 или 44 на фиг. 3Ά и 3В, соответственно и башмака 47, и/или приводного кольца (колец) 46 и соединителей 48 для привода обсадной трубы 26 скважины увеличивает приводное полное сопротивление (1,|=ЕА/с) обсадной трубы 26 скважины (то есть комбинации сердечника 42 или 44 и обсадной трубы 26 скважины) и таким образом увеличивает возможность проникновения обсадной трубы 26 скважины. Кроме того, в конечном итоге, передается больше энергии для отрезков более высокого сопротивления почвы, которое обычно действует вдоль нижней части обсадной трубы 26 скважины, в отличие от обсадной трубы с верхним приводом, которая уменьшает большую часть своей энергии, прежде чем достигает отрезков более высокого сопротивления почвы. Эту способность увеличивать энергию, передаваемую для отрезков более высокого сопротивления почвы, также увеличивает проникновение, которое может осуществить обсадная труба 26 скважины в землю 12.

Точно так же, в случае варианта осуществления комбинированной обсадной трубы, предотвращается прошивка и с внешней, и с внутренней стороны обсадной трубы 26 скважины. Закрывающая пластина 25 на нижнем конце 27 обсадной трубы 26 скважины предотвращает прохождение песка в колонну обсадных труб 26 скважины. Естественное сцепление между стенкой обсадной трубы 26 скважины и почвой предотвращает появление прохождения песка с внешней стороны обсадной трубы 26 скважины. Этот способ может быть более эффективным в отношении стоимости, чем ранее описанный вариант осуществления комбинированной обсадной трубы, при монтаже отдельных скважин, например, при подводном окончании подготовки. При использовании этого варианта осуществления колонну обсадных труб 26 скважины можно приводить в движение сразу же после опускания в буровую скважину 22 и введения сердечника (42 или 44), устраняя тем самым возможность задержек в отношении критического времени прохождения, как это может случаться при использовании комбинированной обсадной трубы с цементным заполнением для монтажа одной скважины. Этот вариант осуществления также выгоден с точки зрения выбора места, где песок имеет высокую степень избыточного давления, поскольку монтаж осуществляют приводом.

Различные описанные здесь варианты осуществления соответствующего настоящему изобретению способа можно также использовать в сочетании с технологией одновременных привода-бурения (в дальнейшем называемой технологией ОПБ), описанной в патенте США № 5456326, который полностью включен здесь путем ссылки для целей патентной практики США. Технология ОПБ позволяет осуществлять управляемую установку трубчатого элемента посредством одновременных или последовательных приведения в движение, бурения и по гружения методом подмыва, и это снижает сопротивление почвы, так что целевое проникновение обсадных труб скважины можно получить обычным приводом сверху. Технология ОПБ управляет сопротивлением трения во время привода так, чтобы существовало адекватное сопротивление между почвами формации и наружной стенкой обсадной трубы и чтобы поддерживалась или увеличивалась изломостойкость почвы вблизи обсадной трубы.

Технология ОПБ предотвращает прошивку и с внешней, и с внутренней сторон обсадной трубы скважины, но не использует средства для закрывания башмака обсадной трубы скважины, как в описанных выше первом и втором вариантах осуществления способа по изобретению. Вместо этого, технология ОПБ сохраняет частичную почвенную пробку внутри обсадной трубы во время установки, чтобы помогать обеспечить относительно герметичный барьер с целью предотвращения прохождения песков с избыточным давлением. Введение бурового раствора на основе глинистого раствора в систему бурения ОПБ может усилить жизнеспособность почвенной пробки, чтобы предотвратить поток. Связь, которая образуется между внешней стороной обсадной трубы и почвой, сохраняет целостность формации и вследствие этого предотвращает внешнее прошивание обсадной трубы.

Эта технология ОПБ может быть более эффективной в отношении стоимости, чем ранее описанный комбинированный вариант осуществления обсадной трубы при монтаже отдельных скважин, и технически более эффективна, где множество песчаных слоев с избыточным давлением разделены различными интервалами глины толщиной 50 футов (15,2 м) или больше. Эти интервалы глины могут в достаточной степени увеличивать СССП так, что ни комбинированный вариант осуществления обсадной трубы, ни вариант осуществления обсадной трубы с приводом сердечника не могут иметь возможность установки секции обсадных труб скважины через множество песчаных слоев. Технология ОПБ позволяет осуществлять бурение через слои глины, вследствие этого уменьшая СССП и увеличивая вероятность того, что секцию обсадной трубы можно устанавливать через все слои. Можно также усилить дополнительное проникновение посредством вначале использования технологии ОПБ до достижения отказа и затем заполнения обсадной трубы наполнителем (как в комбинированном варианте осуществления обсадной трубы) и продолжения установки до ПГ (предельной глубины) обсадной трубы или второго отказа.

Разработаны различные описанные здесь варианты осуществления соответствующего изобретению способа для предотвращения прошивки песчаной области (областей) 14 с избыточным давлением и снаружи, и изнутри обсад15 ной трубы 26 скважины. Изломостойкость окружающих почв, часто глины, и песчаной области (областей) 14 с избыточным давлением сохраняется или увеличивается вследствие поддержания контакта между почвой и обсадной трубой 26 скважины во время установки. В результате, образуется липкое связывание между стенкой обсадной трубы 26 скважины и глиной, предотвращая тем самым прошивку песков 14 с избыточным давлением вдоль наружной стороны обсадной трубы 26 скважины. Течение песков с избыточным давлением внутри предотвращают или механическим путем посредством цементной или стальной закрывающей пластины 25, или комбинацией почвенной пробки и бурового раствора. Таким образом, не полагаясь на управление давлениями текучей средой формации обычными способами бурения и цементирования, описанные здесь различные варианты осуществления соответствующего изобретению способа предлагают более высокое управление возможным потоком песка и таким образом значительно снижают потенциальный риск повреждения скважин и основания. Окончательными преимуществами этого соответствующего изобретению способа являются следующие:

(1) предотвращение течения снаружи и внутри обсадной трубы 26 скважины, вследствие чего устраняется потеря опоры основания для производственного оборудования из-за прошивки; и (2) предотвращение выпучивания обсадной трубы 26 скважины из-за потери почвенной опоры.

Вообще, различные описанные здесь соответствующие изобретению варианты осуществления способа подходят для многих из таких же применений, но могут иметь место обстоятельства, где один вариант осуществления (или комбинация вариантов осуществления) более применим, чем другие. Основанием для определения наиболее применимого способа может быть технический, финансовый, режимный факторы или их сочетание. Следующие примеры демонстрируют, каким образом предложенные варианты осуществления соответствующего изобретению способа можно устанавливать обсадную трубу (или другие трубчатые элементы), по меньшей мере, через одну песчаную область 14 с избыточным давлением при осуществлении герметической изоляции выше и ниже областей 14 с избыточным давлением. Примеры также показывают, что предложенный способ превосходит современное состояние практики обычной приводимой сверху обсадной трубы.

Примеры

Перед рассмотрением примеров различных вариантов осуществления соответствующего изобретению способа будет полезно идентифицировать следующие выражения:

(1) Статическая составляющая сопротивления приводу (СССП) - часть сопротивления приводу, которое не зависит от скорости; в идеальном случае это является способностью осевого сжатия трубчатого элемента в рассматриваемое время.

(2) Установка почвы - увеличение прочности почвы, появление которой наблюдается после остановки привода трубчатого элемента.

(3) Анализ волнового уравнения - анализ, который идеализирует привод трубчатого элемента в виде последовательности ударов и волновых передач напряжения в линейном стержне. Анализ обеспечивает ряд ударов молота/единичного проникновения, которое требуется для преодоления данного значения СССП. Этот анализ учитывает энергию молота, свойства фундаментной подушки формы трубчатого элемента и характеристик грунта.

(4) Исследование погружаемости - анализ с целью определения наиболее подходящего молота и формы сваи/обсадной трубы для данного профиля почвы. При анализе используют результаты волнового уравнения и расчетной СССП с целью осуществления этого определения.

В этих примерах исследование погружаемости используют для определения наиболее вероятного проникновения обсадной трубы скважины, которое можно получить, используя стандартные размеры обсадных труб и подходящие молоты для подводного забивания свай для двух профилей почв глубоководного Мексиканского залива, имеющих песчаные слои с избыточным давлением. При исследовании погружаемости для выполнения оценки используют результаты анализа волнового уравнения и расчетную СССП.

Чтобы установить жизнеспособность установки трубчатого элемента посредством привода, необходимо удовлетворить критерии раздельного привода. Во-первых, молот должен иметь достаточную энергию с адекватным запасом для установки трубчатого элемента без прерывания привода. Как правило, при приводе сваи или обсадной трубы в местах, имеющих установленную историю привода, определяют критерий отказов в случае длительного привода в виде 150 ударов/фут (492 удара/м) для 5 последовательных футов (1,52 м), и молот должен быть способен возобновить привод обсадной трубы после, по меньшей мере, нескольких часов перерыва, задержку могут вызывать механическое повреждение или погода. Для классификации молотов, используемых в последующих примерах (подводных гидравлических), обычно приемлемым считают количество приводных ударов до 500 ударов/фут (1640 ударов/м) или выше для первого фута (0,305 м) привода после прерывания.

Для подтверждения вариантов осуществления согласно формуле изобретения приведе ны несколько примерных задач, которые являются типичными стратиграфиями с избыточным давлением, обнаруживаемыми в глубоководном Мексиканском заливе. Хотя толщина и количество песчаных слоев в каждом месте Мексиканского залива различные, профили и данные, используемые в примерных задачах, представляют характеристику одного из наиболее трудных мест бурения скважин, проведенных до настоящего времени. Эти данные и методология оценки практичности варианта осуществления представлены на фиг. 4-6.

Фиг. 4А-4В представляют профили сопротивлений сдвигу почвы, которые являются характерными для глубоководных мест в Мексиканском заливе. Эти фигуры изображают графики сопротивления сдвигу почвы (1000 фунтов на кв. фут) (4877 кг/м²) [ось X] относительно проникновения НГИ (футы) [ось Υ] и показывают избыточное давление текучей среды в каждом песчаном слое. На практике, эти графики получены на месте и в результате лабораторных измерений сопротивления сдвигу почвы при сдвиге и местного чистого давления. Эти графики использованы для получения профилей СССП на фиг. 5А-5Э.

Фиг. 5А-5Э представляют графики зависимости СССП (тысячи фунтов) [ось X] от проникновения обсадной трубы НГИ (футы) [ось Υ]. Связь между СССП и проникновением обсадной трубы рассчитывают, используя следующее уравнение:

СССП={0₁, Ψ₁} [(трение поверхностного слоя почвы)х(диаметр обсадной трубы)х(длина обсадной трубы НГИ)]+{0₂, Ψ₂} [(коэффициент опоры почвы)х(сопротивления сдвигу почвы)х(площадь поперечного сечения обсадной трубы)], где трение поверхностного слоя почвы=£ (сопротивления сдвигу почвы);

0_1>2 - коэффициенты ослабления сопротивления сдвигу для вычисления потерь поверхностного трения и концевой опоры соответственно в глинистых почвах во время привода, (0<0< 1);

Ψ1,2 - коэффициенты ослабления сопротивления сдвигу для вычисления уменьшения поверхностного трения и концевой опоры соответственно в песчаных слоях из-за избыточного давления формации (0<Ψ<1);

и диаметр обсадной трубы=30 дюймов (76,2 см).

Тета (0_1>2) представляют переменные, которые являются функцией типа почвы, деталей операции привода (например, количества и продолжительности перерывов привода) и способа установки (например, привода или комбинации привода и погружения методом подмывки). Ψ1,2 переменные, которые являются функцией избыточного давления формации и не зависят от способа установки или деталей действия приво да или бурения. Избыточное давление формации может зонально изменяться и, следовательно, его необходимо измерять на месте, чтобы определить наиболее подходящее значение. Эти коэффициенты рассчитывают для различных кривых СССП на фиг. 5Λ-5Ό. На фиг. 5А (стратиграфия по почве примера 1) и фиг. 5В (стратиграфия по почве примера 2) представлены кривые зависимости СССП (тысячи фунтов) относительно проникновения НГИ (футы) для соответствующих настоящему изобретению вариантов осуществления комбинированной обсадной трубы и приводимых сердечником, а также для обычной приводимой сверху обсадной трубы. Фиг. 5С (стратиграфия по почве примера 1) и фиг. 5Ό (стратиграфия по почве примера 2) представляют графики СССП (тысячи фунтов) относительно проникновения НГИ (футы) для технологии ОПБ.

Фиг. 6А, 6В и 6С иллюстрируют результаты анализа волнового уравнения в виде СССП (тысячи фунтов) [ось Υ] относительно количества приводных ударов (количество ударов/фут) [ось X] для различных вариантов осуществления. Он включает в себя обсадную трубу с ОПБ (фиг. 6А), комбинированную обсадную трубу (фиг. 6В) и приводимую сердечником обсадную трубу (фиг. 6С). Анализ волнового уравнения устанавливает связь между реакцией СССП (тысячи фунтов) в зависимости от обсадной трубы скважины во время установки и количеством приводных ударов. После установления количества приводных ударов для отказов обсадной трубы (см. определение исследование погружаемости; в этих примерах 150 ударов/фут (492 удара/м) для непрерывного привода и 500 ударов/фут (1640 ударов/м) для прерываемого привода), затем можно обращаться к фиг. 5А-5Э и определять для конкретного варианта осуществления проникновение, до которого можно устанавливать обсадную трубу. Затем посредством обследования можно определить возможность согласно предложенному варианту осуществления надежного проникновения через песчаную область или области с избыточным давлением.

Пример 1.

Фиг. 4А иллюстрирует профиль сопротивления сдвигу почвы для характеристик грунта примера 1, который включает в себя два песчаных слоя 53, 55 с избыточным давлением. Первый песчаный слой 53 начинается на уровне 1000 футов (305,0 м) НГИ, кончается на уровне 1100 футов (335,3 м) НГИ и имеет избыточное давление текучей среды АР=200 фунтов/дюйм²(14,06 кг/см²) НГИ. Слой 54 глины проходит от основания первого песчаного слоя 53 до приблизительно 1125 футов (342,9 м) НГИ, где начинается второй слой 55 песка. Второй песчаный слой проходит приблизительно на 100 футов (30,5 м) до глубины 1225 футов (373,4 м)

НГИ и имеет избыточное давление текучей среды АР=250 фунтов/дюйм² (17,6 кг/см²).

Для этих характеристик почвы необходимо проникнуть через песчаные слои 53, 55 приблизительно до 1230 футов (374,94 м) НГИ одной колонной обсадных труб из-за риска связи более высокого давления во втором песчаном слое 55 с первым слоем 53. Если происходит связь между песчаными слоями 53, 55, то обычно стойкость к давлению глины 56 в слое выше первого песчаного слоя 53 не достаточна для предотвращения прошивки текучей среды из второго песчаного слоя 55. Потенциал превышения стойкости к давлению глины 56 слоя выше первого песчаного слоя 53 усиливается вероятностью тонких песчаных линз, расположенных между двумя слоями. Давление текучей среды в этих линзах оказывается промежуточным относительно давлений в двух слоях, но все еще может быть достаточным для превышения изломостойкости глины 56 выше первого песчаного слоя 53. Таким образом, важно проникнуть через оба песчаных слоя 53, 55 одной колонной обсадных труб и сохранить целостность формации между двумя песчаными слоями 53, 55 в дополнение к сохранению целостности выше и ниже обоих песчаных слоев (в глиняных слоях 56, 54, 57).

Сначала исследование погружаемости будет представлено для обычной приводимой сверху обсадной трубы с целью иллюстрирования, что обычным подходом нельзя достигнуть желательной цели надежности проникновения через второй песчаный слой с избыточным давлением для этой стратиграфии по почве примера 1. После этого описания будет показано, что различные описанные здесь варианты осуществления изобретения могут достигать этой цели. В обоих случаях обсуждение опирается на фиг. 5 и 6, чтобы помочь иллюстрировать поиски.

Обычная приводимая сверху обсадная труба

Фиг. 5А иллюстрирует профиль СССП для стратиграфии по почве примера 1. При выполнении исследования погружаемости вводят фиг. 5А с надежностью проникновения ниже песчаных слоев 53, 55 с избыточным давлением, например, 1230 футов (374,94 м) и считывают соответствующую СССП непосредственно с фиг. 5А. В этом примере 1, который соответствует значениям СССП, приблизительно 5000 тыс.фунтов (2268 тыс.кг) непрерывного привода (как иллюстрируется кривой 70) и 6000 тыс.фунтов (2721,6 тыс.кг) для привода после прерываний (как иллюстрируется кривой 71). Рассматривая кривую анализа волнового уравнения для приводимой сверху обсадной трубы, на фиг. 6А показано, что критерии отказов раздельного привода (то есть 150 ударов/фут (492 удара/м) для непрерывного привода и 500 ударов/фут (1640 ударов/м) для прерываемого привода, как определено ранее) встречаются приблизительно на уровне 3500 тыс.фунтов (1587,6 тыс. кг) для прерываемого привода и приблизительно 3900 тыс.фунтов (1769,04 тыс.кг) для привода после прерывания. Как описано дополнительно ниже, для принятых условий и ссылаясь на фиг. 6А, отказ появляется значительно раньше 5000 фунтов (2268 тыс.кг), необходимых для непрерывного привода, и 6000 фунтов (2721,6 тыс.кг), необходимых для прерываемого привода. Таким образом обсадная труба скважины останавливает скважину около целевого проникновения 1230 футов (374,94 м).

Поучительно оценить проникновение обычной приводимой сверху обсадной трубы, потому что это позволяет понять, насколько сомнительно может оказаться использование современной технологии и почему это обычно не рассматривается. Чтобы получить оценку проникновения обсадной трубы, необходимо найти на фиг. 5А значения 3500 и 3900 тыс.фунтов (1587,6 и 1769,04 тыс.кг), значения СССП, соответствующие критериям отказов раздельного привода, и показания соответствующих проникновений, приблизительно 1115 и 1100 футов (339,9 и 335,3 м) соответственно, непосредственно по надлежащим кривым. Для критериев непрерывного привода обсадную трубу можно проводить через первый песчаный слой 53, но останавливать у границы раздела со вторым слоем 55. Более критически, если происходят прерывания привода, то обсадная труба, вероятно, остановится около границы раздела между первым песчаным слоем и промежуточным глиняным слоем 54. Это будет неприемлемым условием решения, потому что при этих обстоятельствах имеется низкая вероятность сохранения уплотнения вокруг башмака обсадной трубы.

Комбинированные и приводимые сердечником обсадные трубы

Используя такую же методологию анализа, как для обычной приводимой сверху обсадной трубы, можно показать, что описанные здесь различные варианты осуществления соответствующего изобретению способа могут легко удовлетворять цели привода через оба песчаных слоя 53, 55. И здесь для достижения требуемого проникновения примерно на 1230 футов (374,94 м) необходимо выполнить значения СССП приблизительно 5000 тыс.фунтов (2268 тыс.кг) в случае непрерывного привода и 6000 тыс.фунтов (2721,6 тыс.кг) в случае привода после прерываний. Рассмотрение фиг. 6В (которая представляет график результатов анализа волнового уравнения для варианта осуществления комбинированной обсадной трубы соответствующего изобретению способа) при 5000 и 6000 тыс.фунтов (2268 и 2721,6 тыс.кг) показывает количество приводных ударов приблизительно 40 ударов/фут (131 удар/м) и 65 ударов/фут (213 ударов/м) соответственно, показывая высокую резервную возможность в отношении привода обсадной трубы с целью проник новения за пределы 1230 футов (374,94 м). В случае привода обсадной трубы сердечником, как показано на фиг. 6С, соответствующее количество приводных ударов при значениях СССП 5000 и 6000 тыс.фунтов (2268 и 2721,6 тыс.кг) составляет приблизительно 30 ударов/фут (98 ударов/м) и 40 ударов/фут (131 удар/м) соответственно. Таким образом эти варианты осуществления удовлетворяют задачу установки обсадной трубы с целью проникновения за пределы обоих песчаных слоев.

Рассмотрим теперь фиг. 5С, которая представляет профиль СССП для стратиграфии по почве примера 1 в случае технологии ОПБ, отметим, что технологию ОПБ можно также использовать с целью проведения обсадной трубы через оба песчаных слоя 53, 55. В интервале между 950 и 1000 футами (290 и 305 м) НГИ (то есть перед первым песчаным слоем 53) буровая коронка и расширитель будут расположены перед башмаком обсадной трубы с целью уменьшения СССП, за исключением последних 10-15 футов (3,05-4,6 м) интервала, где они будут приведены в действие внутри обсадной трубы скважины, чтобы можно было поддерживать стойкость к давлению в буровой скважине. В случае, если встречаются тонкие впластованные песчаные слои выше 1000 футов (305 м) НГИ, бурение временно останавливают и обсадную трубу проводят через песок, уплотняя интервал с избыточным давлением. Как показано на фиг. 5С, эта процедура снижает общие составляющие СССП, чтобы достигнуть целевого проникновения 1230 футов (374,9 м) приблизительно до 3200 тыс.фунтов (1452 тыс.кг) (вариант 5000 тыс.фунтов (2268 тыс.кг) на фиг. 5А) для непрерывного привода (как показано кривой 81) и до 3800 тыс.фунтов (1724 тыс.кг) (вариант 6000 тыс.фунтов (272,6 тыс.кг) на фиг. 5А) после прерывания привода (как показано кривой 82). Рассматривая анализ волнового уравнения на фиг. 6А, отметим, что уровни 3200 и 3800 тыс.фунтов (1452 и 1724 тыс.кг) соответствуют 60 ударам/фут (197 ударам/м) и 325 ударам/фут (1066 ударам/м) для непрерывного и прерываемого приводов соответственно. Это подтверждает, что технология ОПБ позволяет устанавливать обсадную трубу в соответствии с критериями раздельного привода (то есть 150 ударов/фут (492 удара/м) для непрерывного привода и 500 ударов/фут (1640 ударов/м) для прерываемого привода, как определено ранее). В качестве меры предосторожности для минимизирования потенциала прохождения текучей среды из формации с избыточным давлением вдоль внешней стороны обсадной трубы обсадную трубу можно выполнить и сцементировать сжатием с целью заполнения любых пустот между стенкой обсадной трубы и почвой на отрезке, который был пробурен выше 1000 футов (305 м) НГИ.

Этот пример также имеет дополнительные преимущества в отношении достижения адек ватного проникновения обсадной трубы ниже второго песчаного слоя. Первое преимущество сохранения целостности формации описано выше. Второе преимущество сохранения запланированного профиля обсадной трубы скважины и размера производственных труб имеет значительные выгоды в отношении стоимости и планирования. В примере обычной приводимой сверху обсадной трубы, даже если обсадная труба может быть надежно установлена между песчаными слоями, потребуются дополнительные размеры обсадных труб с дополнительными расходами, потому что глубина установки будет запланированной. В таком случае, вероятно, эксплуатационные трубы также следует уменьшать, чтобы разместить дополнительную обсадную трубу. Таким образом, будет уменьшена планируемая ежедневная добыча нефти или газа, что приведет к потере доходов. И, наконец, если потребуются дополнительные колонны обсадных труб, увеличится время для установки, что приведет к значительно более высоким затратам на бурение.

Пример 2.

Вторая примерная задача представляет более экстремальное условие относительно разрешения песчаных слоев с избыточным давлением. Профиль сопротивления сдвигу почвы для стратиграфии по почве примера 2 показан на фиг. 4В. И здесь имеются два песчаных слоя 61, 63, но в этом примере два песчаных слоя разделены 100 футами (30,5 м), то есть глиняным слоем 62, которые представляет наибольший известный интервал в данной геологической единице, обнаруженной до настоящего времени в Мексиканском заливе. Для этих почвенных условий существует вероятный вариант либо установить обсадную трубу приблизительно на полпути между песчаными слоями 61, 63, либо провести через оба песчаных слоя 61, 63 и установить обсадную трубу в расположенном ниже слое глины 64. На это решение, вероятно, будут оказывать влияние несколько факторов, включая конструкцию обсадной трубы, цели добычи нефти/газа, стратиграфию ниже 1500 футов (457,2 м) НГИ и затраты на бурение. Однако, по всей вероятности, будет наиболее выгодно с точки зрения перспективы стоимости и производства пройти через оба песчаных слоя 61 и 63 одной и той же колонной обсадных труб.

Чтобы оценивать полезность соответствующих изобретению комбинированного варианта осуществления обсадной трубы и варианта осуществления приводимой сердечником обсадной трубы, был подготовлен профиль почвы СССП фиг. 4В и изображен в виде графика на фиг. 5В. Этот график показывает, что должны быть достигнуты составляющие СССП приблизительно 7000 тыс.фунтов (3175 тыс.кг) и 8200 тыс.фунтов (3719,5 тыс.кг) и во время непрерывного привода (как показано кривой 71) и после прерывания привода (как показано кривой 73) соответственно, чтобы обсадная труба проникла, по меньшей мере, на 5 футов (1,52 м) через оба песчаных слоя 61 и 63 (то есть приблизительно до 1280 футов (390,2 м) НГИ). Анализ волнового уравнения на фиг. 6В и 6С при 7000 и 8200 тыс.фунтов (3175 и 3719,5 тыс.кг) показывает, что комбинированная обсадная труба (фиг. 6В) и приводимая сердечником обсадная труба (фиг. 6С) могут достигать этих критериев при количестве приводных ударов приблизительно 125 и 400 ударов/фут (410 и 1311 ударов/м) и 50 и 85 ударов/фут (164 и 279 ударов/м) соответственно. Было показано, что обычная приводимая сверху обсадная труба является недостаточной в первом примере и, следовательно, будет также неадекватной для этого почвенного профиля.

Технологию ОПБ можно также использовать для установки обсадной трубы в почвенном профиле, показанном на фиг. 4В, используя процедуру, подобную процедуре в примере 1. Вначале установку осуществляют так же, как в примере 1, приблизительно до 1110 футов (228,3 м) НГИ, приблизительно на 10 футов (3 м) в промежуточный глиняный интервал 62. При таком проникновении буровую коронку и расширитель продвигают в местоположение перед башмаком обсадной трубы, а обсадную трубу продвигают посредством ОПБ в пределах 10-15 футов (3-4,6 м) от второго песчаного слоя 62. В это время буровая коронка и расширитель будут втянуты внутрь обсадной трубы, а обсадная труба продвинута ОПБ до проникновения через песок 63 и в находящуюся ниже глину 64. Бурение перед башмаком устраняет СССП в промежуточном глиняном интервале 62, за исключением непосредственно ниже первого слоя 61 и непосредственно выше второго слоя 63, где буровая коронка и расширитель остаются внутри обсадной трубы, чтобы сохранить целостность формации и предотвратить связь между двумя слоями. Как показано на фиг. 5Ό, общие СССП у 1280 футов (390,2 м) снижаются приблизительно до 2200 тыс.фунтов (998,0 тыс.кг) во время непрерывного привода (как показано кривой 91) и приблизительно до 2500 тыс.фунтов (1134 тыс.кг) после прерывания привода (как показано кривой 92). Как показано на фиг. 6А, анализ волнового уравнения при значениях СССП, равных 2200 и 2500 тыс.фунтов (670,6 и 762 тыс.кг), соответствуют количествам приводных ударов 19 и 28 на фут (62 и 92 удара/м) для непрерывного и прерываемого приводов соответственно, а это подтверждает, что критерии раздельного привода могут быть удовлетворены и обсадную трубу можно установить на проникновение, по меньшей мере, на 20 футов (6,1 м) ниже второго песчаного слоя. Как отмечено в примере 1, обсадную трубу можно выполнять и сжимать цементом в интервалах, где бурение было перед баш маком обсадной трубы, если окажется необходимым увеличить изломостойкость вдоль стенки обсадной трубы.

И, наконец, можно объединить технологию ОПБ и технологию комбинированной обсадной трубы, чтобы устанавливать обсадную трубу до более глубокого проникновения, чем можно получить посредством только одной технологии. Эту объединенную технологию можно использовать следующим образом. Сначала обсадную трубу устанавливают по возможности используя технологию ОПБ. В вышеприведенном примере 2, который соответствует, по меньшей мере, 1305 футам (397,7 м) для непрерывного привода (как показано кривой 91) или 1295 футам (394,8 м) для привода после прерываний (как показано кривой 92) (фиг. 5Ό), на основании критериев отказа привода (фиг. 6А) 150 ударов/фут (492 удара/м) и 500 ударов/фут (1640 ударов/м), соответствующих СССП 3500 тыс.фунтов (1587,6 тыс.кг) и 3900 тыс.фунтов (1769,04 тыс.кг) соответственно. Для иллюстрации на фиг. 6А показано, что отказ привода в случае непрерывного привода посредством технологии ОПБ достигается при СССП приблизительно 3500 тыс.фунтов (1587,6 тыс.кг) (при 150 ударах/фут (492 удара/м)). Если в это время технология ОПБ исключается и обсадную трубу заполняют цементом или зернистым материалом, то привод можно продолжить, потому что увеличилось полное сопротивление обсадной трубы, и кривая анализа волнового уравнения на фиг. 6В теперь соответствует применению. Сравнивая фиг. 6А и 6В, можно заметить, что разница СССП между вариантом осуществления комбинированной обсадной трубы и стандартной обсадной трубой, установленной по технологии ОПБ, составляет приблизительно 3600 тыс.фунтов (1633 тыс.кг) (при 150 ударах/фут (492 удара/м)). Следовательно, если имеется третий песчаный слой толщиной 100 футов (30,5 м) на 25 футов (7,62 м) ниже второго песчаного слоя 63 в примере 2 (фиг. 5Ό), то посредством расчета можно проникнуть обсадной трубой во все три песчаных слоя. Это можно выполнить вначале посредством использования технологии ОПБ до достижения отказа, затем заполнения обсадной трубы цементом или зернистым материалом и, наконец, продолжения привода.

Описанные здесь варианты осуществления соответствующего изобретению способа достигают целей нарастания сильного фрикционного сопротивления между почвой и наружной стенкой обсадной трубы скважины, сохраняя или увеличивая изломостойкость непосредственно рядом с обсадной трубой в почвообразованиях, окружающих пески с избыточным давлением, минимизируя потенциал прошивки вдоль наружной стороны обсадной трубы скважины, предотвращая отделение обсадной трубы (что, например, может произойти, если обсадная тру25 ба выпучивается) и, в конечном итоге, прохождение песка изнутри обсадной трубы, минимизируя потенциал поломки основания из-за прошивки, предотвращая выпучивание обсадной трубы скважины в результате потери почвенной опоры из-за больших песчаных течений и, если желательно, то обеспечивая трубопровод для дренажа избыточного давления воды в песках.

Следует понимать, что вышеприведенное описание является иллюстративным и что можно использовать другие варианты осуществления изобретения, не выходя при этом за рамки объема притязаний изобретения, установленные в прилагаемой формуле изобретения.

Claims

1. Способ установки трубчатого элемента, имеющего верхний конец и закрытый нижний конец, в осевом направлении, по меньшей мере, через одну область земли с избыточным давлением, содержащий следующие этапы:

бурение скважины до глубины, близкой к верхней части области земли с избыточным давлением, но не в нее, введение трубчатого элемента в буровую скважину, в которой закрытый нижний конец трубчатого элемента помещают близко к верхней части области земли с избыточным давлением, введение наполнителя, по меньшей мере, в часть трубчатого элемента, и приложение силы к верхнему концу трубчатого элемента, посредством чего отрезок трубчатого элемента, включающий в себя нижний конец, проводят через область земли с избыточным давлением.

2. Способ по п.1, в котором закрытый конец трубчатого элемента содержит заранее установленную пробку из цементного раствора.

3. Способ по п.1, в котором в качестве наполнителя используют зернистый материал.

4. Способ по п.1, в котором в качестве наполнителя используют цемент.

5. Способ по п.4, дополнительно содержащий отверждение цемента до приложения упомянутой силы к верхнему концу трубчатого элемента.

6. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап бурения через наполнитель и закрытый нижний конец трубчатого элемента после проведения трубчатого элемента через область земли с избыточным давлением.

7. Способ по п.1, в котором трубчатый элемент содержит обсадную трубу скважины и дополнительно имеется этап установки эксплуатационной колонны труб внутри обсадной трубы скважины после проведения трубчатого элемента через область земли с избыточным давлением, где эксплуатационная колонна труб используется для добычи углеводородов из подземного резервуара, расположенного обычно под областью земли с избыточным давлением.

8. Способ установки трубчатого элемента, имеющего верхний конец и закрытый нижний конец, в осевом направлении, по меньшей мере, через одну область земли с избыточным давлением, содержащий следующие этапы:

бурение скважины до глубины, близкой к верхней части области земли с избыточным давлением, но не в нее, введение трубчатого элемента в буровую скважину, в которой закрытый нижний конец трубчатого элемента помещают близко к верхней части области земли с избыточным давлением, установку в трубчатый элемент средства передачи силы, проходящего от расстояния выше верхнего конца трубчатого элемента до расстояния ниже верхнего конца трубчатого элемента и приспособленного для передачи приводной силы от точки выше верхнего конца трубчатого элемента к нижнему концу трубчатого элемента, и приложение приводной силы к средству передачи силы, посредством чего отрезок трубчатого элемента, включающий нижний конец, проводят через область земли с избыточным давлением.

9. Способ по п.8, в котором используют средство передачи силы, содержащее сердечник, приспособленный для сцепления с башмаком, прикрепленным вблизи нижнего конца трубчатого элемента.

10. Способ по п.8, в котором нижний конец трубчатого элемента дополнительно включает башмак и средство передачи силы приспосабливают для сцепления с башмаком.

11. Способ по п.8, в котором нижний конец трубчатого элемента закрыт закрывающей пластиной.

12. Способ по п.8, дополнительно содержащий этапы изъятия средства передачи силы из трубчатого элемента после применения приводной силы к средству передачи силы и бурения через закрытый нижний конец трубчатого элемента.

13. Способ по п.12, в котором трубчатый элемент содержит обсадную трубу скважины и дополнительно имеется этап установки эксплуатационной колонны труб внутри обсадной трубы скважины после проведения трубчатого элемента через область земли с избыточным давлением, где эксплуатационную колонну труб используют для добычи углеводородов из подземного резервуара, расположенного обычно под областью земли с избыточным давлением.

14. Способ установки трубчатого элемента, имеющего верхний конец и закрытый нижний конец, в осевом направлении в землю, содержащий следующие этапы: введение трубчатого элемента в землю, введение наполнителя, по меньшей мере, в часть трубчатого элемента, вследствие чего уве27 личивается приводного полного сопротивления трубчатого элемента, и приложение силы к верхнему концу трубчатого элемента, посредством чего трубчатый элемент дополнительно проводят в землю.

15. Способ по п.14, в котором наполнитель вводят в верхнюю часть верхнего конца трубчатого элемента и упомянутую силу также прикладывают к наполнителю.

16. Способ по п.14, дополнительно содержащий этапы первого бурения скважины в земле и введения трубчатого элемента в буровую скважину.

17. Способ по п.14, в котором закрытый конец трубчатого элемента содержит предварительно установленную пробку из цементного раствора.

18. Способ по п.14, в котором в качестве наполнителя используют зернистый материал.

19. Способ по п.14, в котором в качестве наполнителя используют цемент.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий отверждение цемента перед приложением упомянутой силы к верхнему концу трубчатого элемента.

21. Способ по п.14, дополнительно содержащий этап бурения через наполнитель и закрытый нижний конец трубчатого элемента после проведения трубчатого элемента до целевого проникновения.

22. Способ по п.14, в котором трубчатый элемент содержит обсадную трубу скважины и дополнительно имеется этап введения эксплуатационной колонны труб внутри обсадной трубы скважины после проведения трубчатого элемента в землю, причем эксплуатационную колонну труб используют для добычи углеводородов из подземного резервуара.

23. Способ по п.14, в котором трубчатый элемент содержит сваю.

24. Способ установки трубчатого элемента, имеющего верхний конец и закрытый нижний конец, в осевом направлении в землю, содержащий следующие этапы:

введение трубчатого элемента в землю, установку в трубчатый элемент средства передачи силы, проходящего от расстояния выше верхнего конца трубчатого элемента до расстояния ниже верхнего конца трубчатого элемента и приспособленного для передачи приводной силы от точки выше верхнего конца трубчатого элемента к нижнему концу трубчатого элемента, благодаря чему увеличивается приводное полное сопротивление трубчатого элемента, приложение приводной силы к средству передачи силы, посредством чего трубчатый элемент проводят далее в землю, изъятие средства передачи силы из трубчатого элемента, бурение через закрытый нижний конец трубчатого элемента.

25. Способ по п.24, дополнительно содержащий этапы начального бурения скважины в землю и введения трубчатого элемента в буровую скважину.

26. Способ по п. 24, в котором используют средство передачи силы, содержащее сердечник, приспособленный для сцепления с приводным башмаком, прикрепленным рядом с нижним концом трубчатого элемента.

27. Способ по п.24, в котором нижний конец упомянутого трубчатого элемента дополнительно включает башмак и в котором средство передачи силы приспосабливают для сцепления с башмаком.

28. Способ по п.24, в котором нижний конец трубчатого элемента закрыт закрывающей пластиной.

29. Способ по п.24, в котором трубчатый элемент содержит обсадную трубу скважины и дополнительно имеется этап устанавливания эксплуатационной колонны труб внутри обсадной трубы скважины после проведения трубчатого элемента в землю, где эксплуатационную колонну труб используют для добычи углеводородов из подземного резервуара.

30. Способ по п.24, в котором трубчатый элемент содержит сваю.