EA013991B1 - Способ введения линии связи в ствол скважины, близкий к коллектору - Google Patents

Abstract

Описаны способы и системы обработки скважин, в одном варианте осуществления изобретения включающие корпус локализации давления, гибко соединенный непосредственно с оборудованием устья скважины, и барабан, размещенный внутри корпуса, на который намотана линия связи. Один способ включает в себя введение линии связи в находящийся под давлением ствол скважины без средства контроля скважины, при этом линию связи вводят и продвигают в ствол скважины, контролируя барабан, являющийся внутренним по отношению к корпусу, находящемуся под давлением и гибко соединенному непосредственно с оборудованием устья скважины. Поток жидкости может двигать линию связи к желаемому участку в стволе скважины.

Description

Настоящее изобретение в общем случае относится к области обслуживания нефтяных и газовых скважин и, в частности, к способам и системам, пригодным для работ по обслуживанию скважин, таких как возбуждение скважины.

Предшествующий уровень техники

Получение углеводородов из резервуаров требует постоянно установленных в пласте стволов скважин, составленных из множества разных полых конструкций, связанных с освоением скважин. Увеличение производства углеводорода обычно требует закачивания жидкости вниз ствола скважины и в коллектор. Некоторые жидкости разработаны для увеличения потока углеводорода, другие задерживают поток воды или увеличивают отложения. Для оптимизации обработки могут быть произведены замеры скорости потока жидкости, давления и т.д. на поверхности. Эта операция мониторинга является нетривиальной, однако, поскольку жидкости обычно являются высоко неньютоновскими с падением давления в процессе закачивания, их трудно определить заранее. Жидкость возбуждения может включать твердые частицы, такие как проппант, которые дополнительно затрудняют мониторинг и оптимизацию работы.

Решения для осуществления более продвинутого мониторинга известны в промышленности. Например, гибкая металлическая труба может быть спущена в скважину вместе с жидкостью для возбуждения, закачанной вокруг этой трубы. В этом случае давление забоя скважины может быть получено при замере давления, выполненного внутри трубы. При отсутствии жидкости, протекающей по трубе, это определение является относительно простым. Подобная труба часто относится к «глухой колонне». Гибкие трубы, известные в промышленности, обычно доставляют к буровой установке уже намотанными вокруг барабана, установленного на широком грузовике. Эти насосно-компрессорные трубы на барабане могут изменяться в диаметре от 0,25 до величины больше, чем 3,0. Преимущество насоснокомпрессорных труб большого размера заключается в том, что кабель может быть введен в насоснокомпрессорные трубы на барабане перед работой, а датчики могут быть прикреплены к дальнему концу этого кабеля, и затем, когда насосно-компрессорные трубы на барабане спускают в пласт, эти датчики могут передавать данные забоя скважины на поверхность. Другое преимущество широких насоснокомпрессорных труб заключается в том, что можно закачивать жидкость по насосно-компрессорным трубам, даже с кабелем, находящимся в них. Отсутствует необходимость ограничения такой системы возбуждением коллектора, но она может быть использована для общих обработок стволов скважин, как было описано, например, в опубликованной заявке на патент США №20050126777, опубликованной 16 июня 2005. Традиционные кабели, используемые в промышленности, состоят из множества разнообразных электрических проводов, но совсем недавно были добавлены оптические волокна. Это позволяет получить более высокие скорости передачи данных, но также предоставляет возможность распределенного считывания, при котором сам кабель становится датчиком. Такая система была описана, например, в опубликованной заявке на патент США №20040129418, опубликованной 8 июля 2004 г.

Однако наличие насосно-компрессорных труб на барабане в стволе скважины во время обработки возбуждением может быть недостатком. Кольцевое пространство вокруг насосно-компрессорных труб может быть меньше чем один или два дюйма, что увеличивает давление трения, когда жидкость закачана, и, таким образом, увеличивается поверхностная сила, требуемая для осуществления работы, по сравнению с закачиванием непосредственно в ствол скважины - процесс известный как закачка под давлением. Часто требуются абразивные и коррозионные жидкости для оптимизации последующего потока углеводородов. Эти жидкости могут также повредить насосно-компрессорные трубы на барабане, приводя к высокой стоимости обслуживания работы. Другой недостаток заключается в том, что требуется широкое устройство для транспортировки насосно-компрессорных труб на барабане в ствол скважины, такое как описано, например, в патенте США №6273188. В частности, для предотвращения обрушения насосно-компрессорных труб на барабане требуется большое инжекторное устройство для создания осевой силы перемещения внутри и снаружи ствола скважины, как описано, например, в патенте США №4585061 «Устройство для ввода и извлечения насосно-компрессорных труб на барабане в скважине», поданной Ьуои8 и др. Во многих случаях стоимость подобных систем может быть недоступной по сравнению с выгодой от получения данных из забоя скважины в реальном времени, таким образом, необходимо принимать замеры, выполненные на поверхности, и на основе их делать выводы о состоянии забоя скважины.

В опубликованной заявке на патент США №20050263281, опубликованной 1 декабря 2005, описаны применения данных из забоя скважины, полученных в реальном времени, для работ по возбуждению, но предполагается, что оптическое волокно сначала содержится внутри трубы, а трубу затем вставляют в скважину. В опубликованной заявке на патент США №20050236161, опубликованной 27 октября 2005, описано закачивание жидкости в трубу и размещение оптико-волоконной трубки в трубе путем продвижения этой трубки в потоке закачанной жидкости. В этом документе также описан способ связи в стволе скважины с использованием оптико-волоконной трубки, размещенной внутри полости ствола скважины. В некоторых вариантах осуществления изобретения эта связь может быть объединена с беспроводной системой связи на поверхности. В некоторых вариантах осуществления изобретения труба может быть гибкой насосно-компрессорной трубой, намотанной на барабане, и оптико-волоконная трубка может

- 1 013991 быть размещена в насосно-компрессорной трубе, когда насосно-компрессорные трубы намотаны на барабан или когда насосно-компрессорные трубы размещены в стволе скважины. Использованные в данной ссылке выражения «оптико-волоконная трубка» и «оптико-волоконный фал» использованы для определения комбинации оптического волокна или многочисленных оптических волокон, размещенных в канале. Термин «оптико-волоконный кабель» относится к кабелю, проводу, стальному тросу или канату, который содержит одно или несколько оптических волокон.

Было бы революционным продвижением вперед в данной области техники, если бы могли быть разработаны способы и системы, которые позволяют получить данные из забоя скважины во время возбуждения или других работ по обработке ствола скважины, но которые не требуют дополнительного устройства для введения или извлечения насосно-компрессорных труб на барабане или других труб из ствола скважины.

Краткое описание изобретения

Согласно настоящему изобретению создан способ введения линии связи в ствол скважины, содержащий закачивание жидкости для обработки через ствол скважины в коллектор и продвижение линии связи в ствол скважины при контроле закачивания жидкости обработки и контроле барабана, размещенного внутри находящегося под давлением корпуса, соединенного с оборудованием устья скважины.

Использованный здесь термин «линия связи» означает элемент, способный передавать электронные, оптические или другие сигналы по меньшей мере в одном направлении, и способный быть намотанным на барабан или бобину. Термин «продвижение», как он использован здесь, означает, что линию связи продвигают вниз в ствол скважины с помощью снабженного механическим приводом барабана бобины, закачивая жидкость для обработки в ствол скважины или с помощью и первого и второго способа одновременно. Энергия может быть приложена к барабану различными путями, такими как приложение к барабану прямой нагрузки (например, через переборку) или за счет использования батареи. Барабан может быть снабжен оборудованием для измерения и контроля длины разматываемой/наматываемой линии, на основе входного регулятора через канал связи (проводной, беспроводной или их сочетание). Фраза «без значительных повреждений линии связи» означает, что линия связи не должна потерять свою основную функцию или функции из-за износа или другой неправильной эксплуатации во время перемещения в ствол скважины. Для оптического волокна это могло бы означать, что оптическое волокно не согнуто или изогнуто таким образом, что оптические сигналы не могут быть переданы по волокну. Под «стволом скважины» мы понимаем внутреннюю полость системы закачивания скважины. «Труба» или «трубопровод» относится к трубопроводу или к любого рода полому круглому устройству в общем случае, а в сфере применений в нефтепромысловой отрасли к обсадной трубе, бурильной трубе, металлической трубе или насосно-компрессорным трубам на барабане, или другому подобному устройству. Способ согласно изобретению включает в себя введение линии связи в контрольный блок скважины, соединенный с возможностью отсоединения с устьем ствола скважины. Другие варианты способа включают в себя соединение корпуса и снабженного механическим приводом барабана непосредственно с оборудованием устья скважины перед введением линии связи в находящийся под давлением ствол скважины. Некоторые варианты осуществления способов включают отбортовку корпуса непосредственно к оборудованию устья скважины.

В некоторых вариантах способа согласно изобретению линия связи содержит оптическое волокно, а нагрузка для поворота снабженного механическим приводом барабана подается магнитным путем через немагнитную стенку корпуса. Приводимые в качестве примеров способы могут включать рассеивание оптического сигнала с использованием первого оптического соединителя, передачу рассеянного сигнала через оптическое волокно ко второму оптическому соединителю и перефокусировку сигнала на диаметр оптического волокна. Сигнал может быть передан через герметическую перегородку из оптического волокна в стенке корпуса, выборочно оптические сигналы могут быть переданы в двух направлениях в двойном режиме через оптическое волокно. Может быть использовано одно или несколько волокон. В некоторых других вариантах осуществления способа линией связи может быть провод, такой как микропровод, а электрический сигнал передают к системе приема данных с помощью средств, выбранных из беспроводных и проводных средств передачи.

Приведенные в качестве примеров варианты осуществления способа могут быть такими, в которых линия связи направляется направляющим механизмом, который может также извлекать линию связи из ствола скважины. Альтернативно, линия связи может быть оставлена в стволе скважины и растворена с помощью химического, термического, физического воздействия или с помощью сочетания этих воздействий.

В других вариантах осуществления способа согласно изобретению, приведенных в качестве примеров, линию связи вводят в ствол скважины с помощью насосной системы, которая закачивает одну или несколько жидкостей в ствол скважины. Эти жидкости могут быть закачаны в ствол скважины последовательно, чтобы ввести линию связи в ствол скважины. Насосные системы могут содержать смешивающие или комбинирующие устройства, в которых жидкости и/или твердые вещества могут быть смешаны или скомбинированы перед закачиванием в ствол скважины. Устройство смешивания или комбинирования может контролироваться несколькими способами, включая, но не ограничиваясь, использование

- 2 013991 данных, полученных либо из забоя ствола скважины, данных с поверхности или некоторым сочетанием и тех и других. Способы согласно изобретению могут включать в себя использование системы приема и/или анализа данных с поверхности, такой как система, которая описана в патенте США №6498988, принадлежащем правопреемнику и включенном здесь в качестве ссылки. В некоторых способах согласно изобретению первую жидкость закачивают в ствол скважины к ненамотанной линии связи, и далее одну или несколько последующих жидкостей. Участок волокна может содержать защитное покрытие или оболочку, а оптическое волокно может быть перемотано.

Другими вариантами способа согласно изобретению являются способы, включающие считывание условий ствола скважины, включающие способы, использующие датчик, прикрепленный к дальнему концу линии связи, в случае оптического волокна, использующего решетки на оптическом волокне и/или покрытие оптического волокна, или сочетание этих способов. Данные могут быть использованы для мониторинга работы по обработке скважины или для моделирования последующих работ по обработке скважины. Работа по обработке скважины может включать в себя по меньшей мере один регулируемый параметр, а способы могут включать регулирование этого параметра. В способах, в частности, является желательным, когда параметр измеряют, как только операция по обработке скважины выполнена, когда параметр операции по обработке скважины подобран или когда измерение и передача измеренного параметра выполняются в реальном времени.

Часто работа по обработке скважины может включать введение, по меньшей мере, одной жидкости в ствол скважины, такое как введение жидкости в гибкие насосно-компрессорные трубы, в кольцевое пространство ствола скважины, или и то и другое. При некоторых работах может быть введено несколько жидкостей, или различные жидкости могут быть введены в насосно-компрессорные трубы на барабане и в кольцевое пространство. Работа по обработке скважины может включать введение жидкостей для возбуждения потока углеводорода или затруднение потока воды из подземной формации. В некоторых вариантах осуществления изобретения работа по обработке скважины может включать коммуникацию по линии связи с инструментом в стволе скважины, и в частности коммуникацию поверхностного оборудования с инструментом в стволе скважины. Измеренная характеристика может быть любой характеристикой, измеренной в забое скважины, включая, но не ограничиваясь давлением, температурой, рН, количеством осадка, температурой жидкости, глубиной, наличием газа, химической люминесценцией, гамма-лучами, удельным сопротивлением, соленостью, потоком жидкости, сжимаемостью жидкости, размещением инструмента, наличие локатора муфты обсадной колонны, состоянием инструмента, а также ориентацией инструмента. В конкретных вариантах осуществления изобретения измеренная характеристика может быть распределенным рядом измерений через интервал ствола скважины, такой как через ветвь многослойной скважины. Параметром работы по обработке скважины может быть любой параметр, который может быть отрегулирован, включая, но не ограничиваясь, количеством введенной жидкости, относительными пропорциями каждой жидкости в наборе введенных жидкостей, химической концентрацией каждого вещества в наборе введенных веществ, относительной пропорцией жидкостей, которые закачаны в кольцевое пространство к количеству жидкости, закачанному в гибкие насоснокомпрессорные трубы, концентрацией катализатора, который высвобождается, концентрацией полимера, концентрация проппанта и размещением насосно-компрессорных труб на барабане.

Преимущества способа согласно изобретению заключаются в компактности и малом весе применяемой для реализации способа системы, в отсутствии необходимости для машины проводить каротаж, в возможном использовании менее обученного или менее квалифицированного персонала, в меньших требованиях к нагрузке для проникновения в забой и извлечения из него, в легком контроле скважины, поскольку нет необходимости использовать противовыбросовый превентор, съемник, лубрикатор или сальник. Низкая стоимость размещения оптического волокна и микропровода должны быть реалистичными, а строгие и дорогие подлинные требования безопасности, такие как электрические коды, в областях высокого риска могут быть устранены.

Способ согласно изобретению может стать более понятными после обзора краткого описания чертежей, подробного описания изобретения и формулы изобретения, которые следуют ниже.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 изображает схематичное частичное сечение известной системы для введения линии связи в ствол скважины.

Фиг. 2 - схематичное частичное сечение варианта системы для осуществления способа согласно изобретению.

Фиг. ЗА и 3Ό изображают схематичные частичные сечения второго варианта указанной системы.

Фиг. 4 представляет блок-схему способа согласно варианту осуществления изобретения.

Однако необходимо отметить, что приложенные чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления изобретения, и поэтому не должны быть расценены как ограничивающие его объем, для изобретения возможны и другие эквивалентно эффективные варианты осуществления.

Подробное описание изобретения

В следующем далее описании многочисленные подробности приведены для понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники необходимо понимать, что настоящее изо- 3 013991 бретение может быть осуществлено без этих подробностей, и возможны многочисленные изменения или усовершенствования на основании описанных вариантов осуществления изобретения.

Все фразы, деривации, сочетания слов и многословные выражения, используемые здесь, в частности, в формуле изобретения, которые следуют далее, специально не ограничены именами существительными и глаголами. Очевидно, что значения выражены не только существительными и глаголами или отдельными словами. В языках используются различные пути для выражения содержания. Существование изобретательных замыслов и пути, которыми они выражены, являются различными в языковых культурах. Например, многие лексические сложные слова в германских языках часто выражены как сочетания прилагательное-существительное, в романских языках как сочетания существительное-предлогсуществительное или деривации. Возможность включать фразы, деривации и сочетания слов в формулу изобретения является основной для высококачественных патентов, позволяя сократить выражения до их концептуального содержания, и все возможные концептуальные комбинации слов, которые совместимы с таким содержанием (либо в языке, либо между языками) предназначены быть включенными в используемые фразы.

Изобретение описывает способы обслуживания скважин и системы для использования при обслуживании скважин, которые либо являются менее затратными, чем используемые в настоящее время способы и системы, либо дают возможность более быстро получить данные по стволу скважины и поверхности для лучшего контроля параметров обслуживания скважины. В настоящее время, в то время как работа систем размещения оптического волокна и микропровода в общем случае отвечает их целям, но остается место для усовершенствований. Одной проблемой является количество используемого в настоящее время оборудования большого размера. Например, системы гибких насосно-компрессорных труб, намотанных на барабане, в настоящее время требуют автомобильных перевозок при размещении системы насосно-компрессорных труб на барабане. Идеально было бы использовать оборудование размещения более дешевое и меньших размеров. Другой сложной задачей является разработка систем и способов для размещения линий связи, которые не требуют разработки монтажа или демонтажа. Было бы продвижением вперед в данной области техники, если бы некоторые работы могли бы быть совмещены, такие как размещение линии связи и впрыскивание одной или более жидкостей возбуждения в скважину, таким образом, что сбор данных был бы возможен в различных местах в ствола скважины во время введения жидкости, которое невозможно, если линия связи проходит вдоль гибких труб. Существует постоянная потребность в системах и способах, направленных на одну или несколько этих задач.

Под «обслуживанием скважины» мы понимаем любую работу, направленную на увеличение добычи углеводорода из коллектора, на сокращение получения не углеводорода (если не углеводороды присутствуют) или на сочетание этих двух задач, включая этап закачивания жидкости в ствол скважины. Это включает закачивание жидкости в нагнетательную скважину и добычу углеводорода из второго ствола скважины. Закачанная жидкость может быть композицией для увеличения производительности зоны, несущей углеводород, или она может быть композицией, закачанной в другие зоны для блокировки их проницаемости или пористости. Способы согласно изобретению могут включать закачивание жидкостей для стабилизации участков ствола скважины, чтобы, например, остановить получение песка, или закачивание вяжущей жидкости вниз в ствол скважины, в этом случае закачанная жидкость может проникать в скважину, законченную бурением, (т. е. вниз самой внутренней полости и затем до внешней поверхности полости в кольцевом пространстве между этой полостью и породой) и придавать механическую целостность стволу скважины. Используемые здесь во фразах слова «обработка» и «обслуживание» имеют, таким образом, более широкое значение, чем «возбуждение». Во многих применениях, когда порода состоит в основном из карбонатов, одна из жидкостей может включать кислоту, а увеличение углеводорода связано непосредственно с увеличением пористости и проницаемости матрицы породы. В других применениях, часто в песчаниках, этапы могут включать проппант или дополнительные вещества, добавленные к жидкости, так что давление жидкости гидравлически разрывает породу, а проппант предохраняет разрывы от их закрытия. Детали описаны в текстах, касающихся самого стандартного обслуживания скважины, и известны специалистам по обслуживанию скважин, и поэтому опущены в данном тексте.

Настоящее изобретение предлагает уникальные способы и системы для работ с коллектором и стволом скважины, такие как возбуждение и заканчивание скважины, включающие в некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько барабанов, установленных на оборудовании устья скважины или установленных на системе локализации давления скважины, для разматывания линии связи. Линия связи может выполнять одну или несколько функций. В некоторых вариантах осуществления изобретения линия связи может только передавать информацию в одном направлении или в двух направлениях между точками ствола скважины и поверхностью. В других вариантах осуществления изобретения линия связи может содержать одно или несколько считывающих устройств на дальнем конце линии связи или рядом с ним. Системы согласно изобретению могут включать герметичный корпус для барабана, насосную систему для транспортировки линии связи вниз в ствол скважины, используя одну или несколько жидкостей для обработки, таких как жидкость возбуждения скважины или другие, и выборочно, в зависимости от варианта осуществления изобретения, средства для перемотки линии связи, средства для направления линии связи в и из ствола скважины и систему получения и/или мониторинга

- 4 013991 поверхностных данных.

В некоторых вариантах осуществления изобретения считывающее устройство является линией связи само по себе, это так, когда линия связи содержит одно или несколько оптических волокон. Например, оптический сигнал может проходить вниз по стволу скважины по линии связи на определенной длине волны, а возвращаться на другой длине волны или на комбинации длин волн. Если операцией по обслуживанию является возбуждение скважины, жидкости возбуждения могут быть закачаны в ствол скважины поэтапно. Один признак изобретения заключается в том, что поток жидкости во время первого этапа или других этапов возбуждения может быть использован для транспортировки или для содействия транспортировке линии связи через ствол скважины. Данные, передаваемые линией связи, могут быть затем использованы для мониторинга последующих этапов возбуждения. Жидкостью первого этапа возбуждения может быть соляной раствор или специализированная предварительная промывочная жидкость. Последующие этапы могут включать использование проппантов или других твердых частиц, таких как твердые кислоты или заключенные в капсулу вещества. Коммуникация от линии связи к системе получения данных с поверхности может включать беспроводную телеметрию. Отсутствует необходимость, чтобы система получения данных с поверхности была на месте расположения скважины, например, она может быть сетевой системой, включающей компьютер на месте расположения скважины и вторую систему на некотором удаленном месте. Переданные данные могут быть выборочно использованы для контроля работы, за счет чего производительность насоса или состав жидкости обработки регулируется только на основе данных забоя скважины, собранных и переданных линией связи, или на основе из сочетания данных из забоя скважины и поверхностных измерений. Переданные данные могут быть данными от одного или нескольких датчиков, прикрепленных к дальнему концу линии связи, или в другом месте на линии связи, или могут быть данными от распределенной секции линии связи, такой как распределенная температура вдоль оптического волокна. Собранные данные могут быть сохранены в системе получения данных, а информация использована для оптимизации проведения последующих возбуждений. Данные могут быть выбраны из давления, температуры, рН, количества осадка, температуры жидкости, глубины, наличия газа, химической люминесценции, гамма-лучей, удельного сопротивления, солености, потока жидкости, сжимаемости жидкости, размещения инструмента, наличия локатора муфты обсадной трубы, состояния инструмента, ориентации инструмента и их сочетания.

Под используемым здесь термином «нефтепромысловое» понимают применения наземные (на поверхности и под землей) и подводные применения, а в некоторых случаях подводные морские применения, такие как, оборудование по разведке углеводородов, бурению, проверке или производству развертывается в море. Термин «нефтепромысловое», как он используется здесь, включает в себя коллекторы углеводородного масла и коллекторы газа, а также формации или участки формаций, в которых углеводородное масло и газ ожидаемы, но могут в конечном счете содержать только воду, соляной раствор или некоторый другой состав.

Как отмечалось ранее, используемое здесь понятие «ствол скважины» означает самую внутреннюю полость системы заканчивания. Это отличается, например, от систем, в которых малая труба добавлена к кольцевому пространству, а линия связи вставлена в эту конструкцию. В противоположность, жидкость, закачанная для транспортировки линии связи, проходит вниз ствола скважины. В большинстве вариантов осуществления изобретения это была бы работа по закачиванию под давлением, но она может включать варианты осуществления изобретения, когда временная труба, такая как буровая труба, вставлена в скважину, законченную бурением. Преимущество временной трубы заключается в том, что она позволяет более точно разместить жидкости возбуждения и/или обработки, также как и уменьшить тенденцию нарушения жидкости возбуждения, и повреждения постоянных труб (например, растворяя чугун обсадной трубы, вдувая проппант в трубу получения и т.п.).

Используемые здесь термины «противовыбросовой превентор» (ПП) означают в основном любую систему клапанов на устье скважины, которая может быть закрыта, если рабочая команда потеряет контроль над пластовыми жидкостями. Термин включает в себя кольцевые противовыбросовые превенторы, противовыбросовые превенторы плашечного типа, срезающие плашки и блоки контроля скважины. Закрывая клапан или систему клапанов (обычно управляемые удаленно с помощью гидравлических приводов), команда обычно восстанавливает контроль над скважиной, а работы могут быть затем начаты для увеличения плотности бурового раствора пока возможно открыть противовыбросовый превентор (ПП) и сохранить контроль давления формации.

Блок контроля скважины состоит из двух или более ПП, используемых для обеспечения контроля давления в скважине. Обычный блок может состоять из от одного до шести превенторов, и выборочно одного или двух превенторов кольцевого типа. Обычная конструкция блока имеет превенторы плашечного типа на дне и кольцевые превенторы наверху. Конструкция блока превенторов оптимизирована для получения максимальной целостности давления, безопасности и гибкости в случае аварийной ситуации с контролем скважины. Например, в многочисленных конструкциях плашек, один набор плашек должен быть установлен, чтобы закрыть 5-дюймовый диаметр бурильной трубы, другой комплект выполнен для 4 дюймового диаметра бурильной трубы, третий выполнен с глухими плашками, чтобы закрыть открытое отверстие, а четвертый установлен с срезающими плашками, которые могут обрезать и подвесить

- 5 013991 бурильную трубу в крайнем случае. Обычно имеется кольцевой блок противовыбросовых превенторов или два на вершине блока, поскольку кольцевые ПП могут быть закрыты на большом диапазоне трубных размеров и открытого отверстия, но обычно не рассчитаны на такое высокое давление, как плашечные превенторы. Блок контроля скважины может также содержать различные бобины, адаптеры и впускные отверстия трубопроводов, позволяющие осуществлять циркуляцию жидкостей скважины под давлением в случае аварийной ситуации контроля скважины.

Термин «лубрикатор», иногда относящийся к лубрикаторной трубе или цилиндру, относится к способу и устройству, с помощью которых нефтепромысловые инструменты практически любой длины могут быть использованы в работах с насосно-компрессорными трубами на барабане или сочлененными насосно-компрессорными трубами. В некоторых вариантах осуществления изобретения использование лубрикатора позволяет приводному механизму нагнетательных гибких труб быть установленным непосредственно на оборудовании устья скважины. Нефтепромысловый инструмент любой длины может быть установлен внутри закрытого с одного конца, цилиндрического лубрикатора, который затем установлен на ПП. После установления гибкой связи между инжектором и ПП и оборудованием устья скважины путем открытия по меньшей мере одного клапана, нефтепромысловый инструмент опускают из лубрикатора в ствол скважины с частью инструмента, остающегося внутри устья скважины, рядом с первыми изолирующими плашками, размещенными в ПП, которые затем закрываются, чтобы охватить и изолировать инструмент. Лубрикатор затем может быть извлечен и головка инжектора, размещенная над ПП и устьем скважины. Колонна труб проложена, чтобы охватить захваченный инструмент и жидкость и/или электрическая связь устанавливается между трубой и инструментом. Приводной механизм инжектора (уже установленный/прикрепленный к колонне труб) затем может быть присоединен к НИ или оборудованию устья скважины, а первые изолирующие плашки, захватывающие инструмент, затем высвобождаются, и устанавливается гибкая связь между стволом скважины и головкой привода инжектора трубы. Поднятие из скважины и извлечение составляющих элементов нефтепромыслового инструмента осуществляют, выполняя вышеуказанные этапы в обратном порядке.

Оптическое волокно обычно может быть перенесено к устью скважины на маленьком барабане. Оно может быть введено в поток жидкости, пропуская волокно через сальник, как это описано в патенте США №3 831676, в котором барабан не подвержен воздействию давления ствола скважины. Альтернативно, волокно может быть намотано на барабан, который заключен в корпус, прикрепленный к оборудованию устья скважины, и, таким образом, подвергается воздействию давления ствола скважины, как это описано здесь со ссылкой на фиг. ЗА и 3В. Оптическое волокно может быть выборочно заключен в кожух в малом количестве облицовки для защиты от истирания и коррозии. Облицовка может также помочь минимизировать долгосрочное потемнение волокна, вызванное воздействием ионов водорода. Вместо перемещения вторичного узла насосно-компрессорных труб на барабане к месту размещения, волокно пропускают по пути потока закачанных жидкостей обработки и/или возбуждения. Протекающая жидкость достаточно захватывает волокно, которое может быть транспортировано на всю длину ствола скважины пока жидкость закачивается. Миниатюрные датчики могут быть добавлены к концу волокна для получения информации о давлении забоя скважины, потоке или другой информации. Альтернативно, волокно само по себе может быть усовершенствовано добавлением решеток вдоль его длины. Поверхность запроса решеток оптического волокна может быть выполнена лазером на поверхности, как описано, например, в патенте США №5841131, приведенном здесь в качестве ссылки.

Под «насосной системой» понимается наземные устройства насосов, которые могут включать в себя электрический или гидравлический силовой узел, общеизвестный как портативный источник питания «пауэр-пак». При наличии различных насосов они могут быть подвижно соединены вместе последовательно или параллельно, а энергия, переносящая линию связи, может передаваться от одного насоса или множества насосов. Насосная система может также включать в себя смешивающие устройства для комбинирования различных жидкостей или примешивания твердых частиц в жидкость, и изобретение предусматривает использование данных забоя скважины и поверхностных данных для изменения параметров жидкости, которая будет закачана, также как и для контроля смешивания в процессе закачки.

Выражение «поверхностная система регистрации и накопления данных» означает один или несколько компьютеров на месте расположения скважины, но также предусматривает возможность наличия нескольких компьютеров, объединенных в сеть, и нескольких поверхностных датчиков, объединенных в сеть. Компьютеры и датчики могут обмениваться информацией через беспроводную сеть. Некоторые компьютеры могут не находиться на месте расположения скважины, но могут сообщаться через систему связи, такую как систему, известную под торговым обозначением 1и1егАСТ™, или эквивалентную систему связи. В некоторых вариантах осуществления изобретения линия связи может заканчиваться в устье скважины беспроводным передатчиком, и данные забоя скважины могут быть переданы беспроводным способом. Поверхностная система регистрации и накопления данных может иметь механизм для объединения данных из забоя скважины с данными с поверхности, и затем вывести их на пульт управления пользователя.

В приведенных в качестве примеров вариантах осуществления изобретения совет программы системы программного обеспечения могут быть выведены на систему регистрации и накопления данных,

- 6 013991 которая может давать рекомендации изменить параметры работы на основе данных из забоя скважины или на сочетании данных из забоя скважины и данных, полученных с поверхности. Подобные программы также могут быть выведены на удаленный компьютер. Конечно, удаленный компьютер может получать данные одновременно с нескольких скважин.

Поверхностная система регистрации и накопления данных может также включать устройство, обеспечивающее сообщение с датчиками забоя скважины. Например, в вариантах осуществления изобретения, в которых линия связи содержит оптическое волокно, лазерные устройства, такие как лазерные диоды, могут быть использованы для детального исследования состояние оптических элементов забоя скважины. Выборочно, лазерные устройства могут передавать малое количество энергии к любому элементу забоя скважины на конце линии связи. Поверхностная система регистрации и накопления данных должна быть способна контролировать поверхностное устройство связи, а пульт управления пользователя обычно будет отражать состояние этого устройства.

Используя последовательность жидкостей возбуждения, одна или несколько жидкостей возбуждения могут быть закачаны в скважину. Первым этапом может быть соляной раствор или специализированная предварительная промывочная жидкость. Последующие этапы могут включать использование проппанта или других твердых частиц, таких как твердые кислоты или вещества в капсулах. В одном варианте осуществления изобретения первый этап закачки жидкости будет осуществляться до тех пор, пока желаемая длина линии связи не будет размотана, и должен пройти некоторый временной интервал для подтверждения этого, если требуется. Например, распределенная температура может быстро распространяться вдоль волокна, и второй этап закачки жидкости осуществляется при низкой скорости до тех пор, пока значение распределенной температуры не стабилизируется. Альтернативно первый этап может быть осуществлен при фиксированной скорости, пока значение давления, считанное датчиком, больше не показывает увеличение в гидростатическом давлении. В альтернативном варианте осуществления изобретения линия связи была намотана на бобину, которая дает указание на число поворотов бобины и/или длины размотанной линии. Бобина сама по себе может содержать тормозной механизм для ее предохранения от «выхода из под контроля» быстрее, чем жидкость будет закачана и остановлена, когда желаемая длина линии размотана. Этот тормоз может контролироваться поверхностной системой регистрации и накопления данных. Дисплей на пульте управления пользователя может содержать представление, насколько была закачана линия связи.

Линии связи, полезные в изобретении, могут иметь длину, большую, чем их диаметр, или фактический диаметр (определяемый как среднее от самого большого и самого маленького диаметров в любом поперечном сечении). Линии связи могут иметь любое поперечное сечение, включая, но не ограничиваясь, круглое, прямоугольное, треугольное, любое коническое сечение такое, как овальное, дольчатое и т.п. Диаметр линии связи может быть, а может и не быть, одинаковым по всей длине линии связи. Термин линия связи включает пучки отдельных волокон, например, пучки оптических волокон, пучки металлических проводов, и пучки, содержащие и металлические провода, и оптические волокна. Могут быть в наличии и другие волокна, такие как волокна, обеспечивающие прочность, либо в сердечнике или распределенную по поперечному сечению, такие как полимерные волокна. Арамидные волокна хорошо известны за счет их прочности, одно вещество на основе арамидного волокна известно под торговой маркой «Кеу1ат». В некоторых вариантах осуществления изобретения диаметр или фактический диаметр линии связи может составлять 0,125 дюймов (0,318 см) или меньше. В одном варианте осуществления изобретения линия связи могла бы включать оптическое волокно, или пучок многочисленных оптических волокон, чтобы позволить возможное повреждение одного волокна. В заявке на патент США №11/111 230, поданной 21 апреля 2005 (Абпап и др. ) описана одна возможная линия связи, в которой труба из 1псопе1 сконструирована за счет ее складывания вокруг оптического волокна и последующей лазерной сварки соединения для закрытия трубы. Результирующая конструкция относится к трубе оптического волокна, и очень износоустойчива и может выдерживать абразивные и коррозионные жидкости, включая соляную и фтористоводородную кислоты. Трубы с оптическими волокнами также доступны в компании К-1иЬе8 1пс., Калифорния, США. Преимущество труб из оптических волокон такой природы заключается в том, что просто прикрепить датчики к основанию трубы. Датчики могут быть выполнены, по существу, такого же диаметра или меньшего диаметра, чем труба из оптического волокна, что минимизирует вероятность датчика оторваться от конца трубы во время транспортировки. Трубы из оптического волокна не дороги, однако, и таким образом некоторые варианты осуществления изобретения включают поднятие из скважины датчиков обратным наматыванием таким образом, что труба может быть заново использована. Обратное наматывание может контролироваться поверхностной системой регистрации и накопления данных, но также может быть отдельно стоящее устройство, добавленное после окончания процесса возбуждения. Возможным недостатком оптико-волоконных труб, использующих 1псопе1 слои, заключается в том, что они не могут быть быстро перемотаны, потому что слой 1псопе1 является очень тонким. В вариантах осуществления изобретения, в которых желательно перемотать устройство, может быть использован тонкий слой металла. Этот канат является более дорогим, но доказал, что может переносить многочисленные перемотки.

В альтернативном варианте осуществления изобретения линия связи может содержать единичное

- 7 013991 оптико-волокно, имеющее фторполимерное или другое специализированное полимерное покрытие, такое как Рагу1епе покрытие. Преимуществом такой системы является достаточно низкая стоимость, чтобы система была сменяемой после каждой работы. Один недостаток заключается в необходимости выдерживать перемещения в скважину и последующие этапы жидкости, которые могут содержать периоды проппанта. В этих вариантах осуществления изобретения могут быть использованы длинный раструб или раструбное соединение, содержащие очень тяжелый материал или материал, покрытый известными поверхностными усилителями, такими как карбиды или нитриды. Линия связи могла бы быть пропущена через раструб или раструбное соединение. Длина раструбного соединения может быть выбрана таким образом, чтобы поток жидкости, проходящий через отдаленный конец соединения, был бы ламинарным. Эта длина может составлять десятки футов или метров так, что соединение враструб с развальцовкой наружной трубы может быть размещено в самом стволе скважины. В вариантах осуществления изобретения, в которых линия связи представляет собой единичное волокно, устройство считывания может требоваться, чтобы было очень маленьким. В этих вариантах осуществления изобретения может быть использовано нанообработанное устройство, которое может быть прикреплено к концу волокна без значительного увеличения диаметра волокна. Подобные устройства поставляются на рынок для измерения давления в забое скважины компанией 8еп§а, Саутхэмптон, Великобритания. Маленькая оболочка может быть добавлена к самому нижнему концу волокна и покрывать считывающий участок таким образом, что любые изменения во внешнем диаметре являются очень постепенными.

В одном варианте осуществления изобретения считывающее устройство является самой линией связи. Например, линия связи может содержать оптико-волокно, а переданными данными может быть распределенная температура. Получение распределенной температуры известно в данной области техники, за исключением объяснений здесь, и было описано, например, в опубликованной заявке на патент США №И8200040129418 «Использование распределенных температур во время обработок ствола скважины», 1ее и др., включенной здесь в качестве ссылки. Альтернативно, оптико-волокно само по себе может быть усовершенствовано за счет добавления покрытия или решеток вдоль его длины. Поверхностные исследования таких решеток могут быть выполнены с помощью лазера на поверхности, как описано, например, в патенте США №5841131 Измерительные преобразователи оптико-волоконного давления и системы считывания давления, включающие преобразователи, 8е11гоДег и др., включенном здесь в качестве ссылки.

Одним важным преимуществом оптических волокон является то, что они не увеличивают внешний диаметр волокна, что означает наличие меньшей турбулентности и натяжения вдоль линии связи.

Данные, переданные от линии связи, могут быть использованы для мониторинга последующих этапов обработки коллектора или ствола скважины. Переданные данные могут быть выборочно использованы для контроля некоторых или всех операций обработки, за счет чего, например, производительность насоса или состав жидкости, которую вводят, регулируют на только основе данных из забоя скважины, полученных по линии связи, или на основе сочетания данных из забоя скважины и поверхностных измерений. Переданные данные из забоя скважины могут быть данными, полученными от одного или нескольких датчиков, прикрепленных к концу одной или больше линий связи, и могут дополнять или быть дополненными разнообразием других измерений. Данные могут быть получены от распределенного участка линии связи., такие как распределенная температура вдоль оптического волокна. Собранные данные могут быть сохранены в системе регистрации и накопления данных, а информация использована для оптимизации и/или моделирования последующих проведений возбуждения.

На фиг. 1 схематично показан частичный вид сечения варианта осуществления известной системы 1 для размещения линии связи или провода 2 в скважине. Линия 2 связи обычно намотана на барабане 4, находящемся на некотором расстоянии от оборудования устья скважины 18. Обычно оператор располагается в операторной станции 6. Линия 2 связи проходит через шкивы 7 и 8, перед прохождением вершины лубрикатора или сальника 10. Лубрикатор или сальник 10 образуют барьер давления вокруг линии 2 связи в его точке входа. Система содержит блок контроля скважины, такой как соединители 12 и 16 и противовыбросовый превентор 14.

Фиг. 2 является схематичным частичным сечением одного варианта 200 осуществления изобретения. Линию 2 связи разматывают с барабана 30, установленного непосредственно с помощью кронштейна 32 на сальнике или лубрикаторе 10. Альтернативно барабан 30 мог бы быть установленным непосредственно на самом высоком ПП 14. Этот вариант осуществления изобретения и его функциональные изменения устраняют или значительно сокращают сгибы в линии 2 связи, результатом которых может быть усталость и дальнейший выход из строя линии 2 связи. Приводной механизм (не показан) для барабана 30 может быть установлен непосредственно на блоке контроля скважины, например на лубрикаторе 10, или мог бы быть размещен на какой-то другой поверхности или платформе. Данные, полученные из ствола скважины, могут быть собраны на ступице бобины барабана 30. Вариант 200 осуществления изобретения и его функциональные и структурные эквиваленты могут сократить время монтажа и демонтажа, так как требуют меньше деталей оборудования и являются менее сложными для внедрения по сравнению с системами такими, как показано на фиг. 1.

На фиг. 3А и 3В показаны схематичные частичные сечения второго варианта 300 осуществления

- 8 013991 изобретения. Вариант 300 осуществления содержит барабан 42 оптического волокна, приводной механизм 48 и интерфейс 44 данных в маленьком герметичном корпусе 40. С помощью кронштейна 46 барабан 42 прикреплен к внутренней стенке корпуса 40. Для монтирования такого устройства оператору потребуется только закрепить фланцевым соединением корпус 40 к оборудованию устья 18 скважины. Корпус 40 не будет иметь путей утечки жидкостей и требует минимальной проверки давления. Энергия для поворота барабана 42 может быть подана магнитным путем через немагнитную стенку с использованием высокомоментной магнитной муфты. В этих вариантах осуществления изобретения электрический или гидравлический привод 49 может поворачивать приводной механизм 48 снаружи корпуса 40 без проникновения через стенку корпуса. В некоторых системах по данному аспекту изобретения приводной механизм для барабана 42 мог бы быть размещен внутри корпуса 40, также как и интерфейс 50 данных. В вариантах осуществления системы, в которых линия 2 связи является оптическим волокном, оптический сигнал может быть распределен (для улучшения стойкости к загрязнению) на устройстве оптического соединителя, проходящего от вращающейся ступицы барабана к рассеянному оптическому соединителю, который перефокусирует оптический сигнал на диаметр оптического волокна. Оптическое волокно может затем быть пропущено через герметическую перегородку в стенке корпуса и может быть доступно снаружи корпуса. Это может быть полный дуплексный узел, в котором световые лучи могут перемещаться в ствол скважины и из ствола скважины.

Если линия 2 связи является микропроводом, тогда электрический сигнал может быть преобразован в беспроводной сигнал, для исключения наличия коллектора сигнала на ступице барабана. В этих вариантах осуществления изобретения приемное устройство может просто содержать неблокирующий канал измерителя напряженности электрического поля в корпусе 40, включающем материалы, такие как пластмассы, кварц, керамика или их сочетание.

Оптико-волоконная или микропроводная линия связи может быть направлена в соответствующее место в потоке скважины с помощью шарнирного направляющего устройства 52, которое может двигаться влево и вправо на фиг. 3А, и выборочно влево и вправо на фиг. 3В. Соответствующее положение в потоке скважины может зависеть от типа скважины, типа обработки скважины и фазы(стадии) обработки. Например, во время развертывания может быть предпочтительнее разместить линию связи по центру потока скважины так, чтобы поддерживать максимально возможное фрикционный захват линии связи. Однако во время высокоскоростной или абразивной обработок может быть предпочтительнее сдвинуть линию связи в одну сторону (в меньшей степени турбулентную или в мене деструктивную (по отношению к волокну) часть потока). В некоторых вариантах осуществления изобретения, если линия связи является волокном малого диаметра, используемым в работах по разрыву пласта, может быть более экономичным просто оставить волокно в скважине. Однако в других вариантах осуществления изобретения таких как работы по каротажу, можно поднять волокно из скважины. Если линия связи является микропроводом (одиночным или мульти- проводником) она также может быть выполнена из материалов (таких как цинк или алюминий), которые бы не находились долго в скважине или могли бы быть просто растворены с помощью струи кислоты. В вариантах осуществления изобретения, в которых линия связи содержит один или более микропроводов универсального использования, микропровода могут содержать материалы (1псопе1, Мопе1 и др.), которые не повреждаются обычными жидкостями обработки скважины. На фиг. 4 показана блок-схема в варианте 400 осуществления способа. Стадия 60 представляет начальную точку для введения жидкости первой обработки, которая может быть соляным раствором или другой жидкостью. Во время введения соляного раствора начинают разматывание линии связи с первой жидкостью и получают на стадии 62 данные температуры и давления во время разматывания линии связи. Как только линия связи оказывается на первой глубине, могут быть получены данные на этой конкретной глубине, на стадии 64. Затем может быть введена жидкость второй обработки на стадии 66 с продвижением линии связи до новой глубины и одновременным получением данных давления и температуры во время этого второго движения линии связи. После достижения второй глубины второй набор данных температуры и давления может быть получен на второй глубине на стадии 68. В качестве заключительной стадии 70 может быть введена жидкость третьей обработки, например, кислотный раствор, если решено растворить линию связи. Специалистам в области обслуживания скважин будут понятны множество возможных изменений описанного способа. Например, данные, переданные на поверхность по линии связи, могут быть использованы для контроля скорости введения одной или нескольких жидкостей, состав жидкостей может быть изменен «по ходу» с использованием данных, собранных в забое скважины и т. д.

Хотя выше были подробно описаны несколько вариантов осуществления изобретения, специалистам в данной области понятно, что возможны многие изменения в приведенных в качестве примеров вариантах осуществления изобретения, не выходя за объем данного изобретения.

Claims (24)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ введения линии связи в ствол скважины, близкий к коллектору, содержащий закачивание жидкости обработки через ствол скважины в коллектор, продвижение линии связи в ствол скважины по

   - 9 013991 средством закачивания жидкости обработки и посредством барабана, размещенного внутри находящегося под давлением корпуса, соединенного с оборудованием устья скважины, и контроль разматывания линии связи с барабана и/или ее наматывания на барабан.
2. 2. Способ по п.1, содержащий введение линии связи в блок контроля скважины, соединенный с возможностью отсоединения с устьем скважины.
3. 3. Способ по п.1, содержащий введение линии связи в находящийся под давлением ствол скважины без блока контроля скважины.
4. 4. Способ по п.3, содержащий соединение корпуса и барабана непосредственно с оборудованием устья скважины перед введением линии связи в находящийся под давлением ствол скважины.
5. 5. Способ по п.3, содержащий отбортовывание корпуса непосредственно к оборудованию устья скважины.
6. 6. Способ по п.3, в котором линия связи содержит оптическое волокно, а питание барабана осуществляется подачей энергии магнитным путем через немагнитную стенку корпуса.
7. 7. Способ по п.6, содержащий распространение оптического сигнала с использованием первого оптического соединителя, передачу распространенного сигнала через оптическое волокно ко второму оптическому соединителю и перефокусировку сигнала на диаметр оптического волокна.
8. 8. Способ по п.7, содержащий передачу сигнала через переборку оптического давления в стенке корпуса.
9. 9. Способ по п.6, содержащий передачу оптических сигналов в двух направлениях через оптическое волокно, содержащее по меньшей мере одно оптическое волокно.
10. 10. Способ по п.3, в котором линия связи является проводом и осуществляют передачу электрического сигнала в системе регистрации и передачи данных средствами беспроводной и проводной передачи.
11. 11. Способ по п.3, содержащий направление линии связи в находящийся под давлением ствол скважины с применением направляющего механизма.
12. 12. Способ по п.11, содержащий извлечение линии связи из находящегося под давлением ствола скважины с использованием направляющего механизма.
13. 13. Способ по п.1, содержащий оставление линии связи в стволе скважины и растворение линии связи посредством химического, термического или физического воздействия или сочетания этих воздействий.
14. 14. Способ по п.1, содержащий продвижение линии связи в ствол скважины с использованием насосной системы, которая закачивает по меньшей мере одну жидкость обработки в ствол скважины.
15. 15. Способ по п.14, содержащий закачивание по меньшей мере двух жидкостей обработки в ствол скважины последовательно с направлением линии связи в ствол скважины.
16. 16. Способ по п.14, содержащий смешивание или комбинирование жидкостей обработки и/или твердых веществ до закачивания жидкостей обработки в ствол скважины.
17. 17. Способ по п.14, содержащий контроль смешивания или комбинирования с использованием данных, выбранных из данных, полученных из забоя скважины, данных с поверхности или комбинации этих данных.
18. 18. Способ по п.14, содержащий регистрацию данных ствола скважины с использованием поверхностной системы регистрации и обработки данных.
19. 19. Способ по п.14, содержащий закачивание жидкости первой обработки в ствол скважины для разматывания линии связи и дальнейшее закачивание по меньшей мере одной жидкости последующих обработок.
20. 20. Способ по п.14, содержащий обратную намотку линии связи на барабан.
21. 21. Способ по п.6, содержащий определение условий скважины с применением способов получения, выбранных из сбора данных с датчика, прикрепленного к дальнему концу оптического волокна, с решеток на оптическом волокне, с покрытий на волокне или их сочетанием.
22. 22. Способ по п.21, содержащий использование определенных данных условий скважины для мониторинга или моделирования последующих работ на скважине.
23. 23. Способ по п.1, в котором контроль разматывания с барабана и/или наматывания линии связи на барабан выбран из автоматического, электронного, компьютеризированного контроля или их сочетания.
24. 24. Способ по п.23, в котором барабан снабжен инструментом для измерения и контроля разматываемой/наматываемой длины линии связи на основе входного сигнала чрез порт связи, выбранный из проводного, беспроводного порта или их сочетания.