EA021952B1 - Система и способ создания кольцевой пробки в подземной скважине - Google Patents

Abstract

Изобретение направлено на создание систем и способов создания в скважинах кольцевых пробок, используемых в операциях или поддерживающих операции по увеличению нефтеотдачи пласта, в частности в операциях по увеличению нефтеотдачи пласта, включающих в себя нагнетание пара (например, нагнетание пара в пласт). По меньшей мере, в некоторых случаях, в вариантах осуществления системы и способа настоящего изобретения используют одно или несколько пассивно активируемых устройств кольцевых пробок (и/или гибридных активно/пассивных устройств) для создания кольцевой пробки, при этом соответствующим пассивным или гибридным активированием, по меньшей мере, частично управляют с помощью термического средства, так что его можно считать термически направляемым или термически управляемым. Такое термически направляемое пассивное активирование может давать значительно более высокий уровень управления процессом установки кольцевой пробки и, соответственно, в целом нагнетанием пара в пласт и соответствующий коллектор, при этом обеспечивая более эффективное извлечение углеводородов.

Description

(57) Изобретение направлено на создание систем и способов создания в скважинах кольцевых пробок, используемых в операциях или поддерживающих операции по увеличению нефтеотдачи пласта, в частности в операциях по увеличению нефтеотдачи пласта, включающих в себя нагнетание пара (например, нагнетание пара в пласт). По меньшей мере, в некоторых случаях, в вариантах осуществления системы и способа настоящего изобретения используют одно или несколько пассивно активируемых устройств кольцевых пробок (и/или гибридных активно/пассивных устройств) для создания кольцевой пробки, при этом соответствующим пассивным или гибридным активированием, по меньшей мере, частично управляют с помощью термического средства, так что его можно считать термически направляемым или термически управляемым. Такое термически направляемое пассивное активирование может давать значительно более высокий уровень управления процессом установки кольцевой пробки и, соответственно, в целом нагнетанием пара в пласт и соответствующий коллектор, при этом обеспечивая более эффективное извлечение углеводородов.

Область техники изобретения

Данное изобретение относится, в общем, к работам бурения и заканчивания на нефтепромыслах и, конкретно, к системам и способам создания в скважинах кольцевых пробок, используемых в таких работах или поддерживающих такие работы, в частности работы по увеличению нефтеотдачи пласта, такие как включающие в себя нагнетание пара в пласт.

Предпосылки создания изобретения

Нагнетание пара в пласт является общепринятым способом, применяемым для добычи нефти из коллекторов, в которых добыча с использованием иных, обычных методик затруднена. В данной методике увеличения нефтеотдачи пласта, в общем, используют множество нагнетающих пар скважин, чередующихся с эксплуатационными скважинами. См., например, НиГсЫзоп с1 а1., патент США № 4099563, выдан 11 июля 1978 г.; и 8йи, патент США № 4431056, выдан 14 февраля 1984 г.

Паронагнетательные скважины обычно имеют частичное крепление обсадной колонной, проходящей вниз до зоны нагнетания пара. Зона скважины, где должно проходить нагнетание пара, вместе с тем, должна оставаться необсаженной в пласте, содержащем проектный коллектор. В данную зону обычно спускают колонну хвостовика некоторой длины (например, несколько сот или тысяч метров) с щелями, отверстиями или другими пористыми каналами, обеспечивающими сообщение текучей средой с пластом вдоль, по меньшей мере, участков длины колонны хвостовика. См., например, ТНспид. патент США № 4942925, выдан 24 июля 1990 г.

В идеале, во время нагнетания пара поддерживается равномерный приток текучей среды в коллектор. На практике, вместе с тем, недросселированный поток в кольцевом пространстве, усложненный гетерогенностью коллектора и/или изменяющимся давлением в коллекторе, дает в результате неравномерную подачу текучей среды в коллектор. В свою очередь, данный неравномерный приток или подача текучей среды в пласт уменьшает общую удельную продуктивность извлечения углеводородов из коллектора.

В промышленности в настоящее время используют ряд устройств для обеспечения относительно равномерного притока текучей среды из хвостовика и в пласт. Такие устройства, в общем, создают кольцевую пробку (т.е. барьер) в зоне кольцевого пространства (см., например, ОпдзЪу с1 а1., патент США № 6564870, выдан 20 мая 2003 г.). В некоторых случаях такие устройства активно развертывают так, что конкретные действия предпринимают для приведения в действие и/или активирования пробки (например, гидравлического и/или механического приведения в действие). Недостатком таких устройств и их способа развертывания является необходимость спуска и работы в скважине механического и/или гидравлического средства приведения в действие.

В других случаях активирование таких вышеупомянутых устройств является пассивным, не требующим прямого внешнего вмешательства, например, в набухающем пакере, содержащем шпиндель, обернутый в эластомерный материал, при этом эластомерный материал набухает в присутствии конкретной текучей среды, вводимой в зону кольцевого пространства.

С учетом вышеизложенного, улучшенный способ и/или система для пассивного создания пробки в кольцевой зоне (или пассивная пробка, содержащая активные элементы, например гибридная пробка) в паронагнетательной скважине должны быть чрезвычайно полезными, в частности, там, где такой способ и/или система создает лучшее управление процессом приведения в действие, не требующее спуска в скважину и работы в ней инструментов или устройств для механического и/или гидравлического приведения в действия пакера кольцевой пробки.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание систем и способов создания в скважинах кольцевых пробок, используемых в работах или поддерживающих работы по увеличению нефтеотдачи пласта, в частности, мероприятия по увеличению нефтеотдачи пласта, включающие в себя нагнетание пара (например, нагнетание пара в пласт). По меньшей мере, в некоторых случаях в вариантах осуществления системы и способа настоящего изобретения используют одно или несколько пассивно активируемых устройств кольцевых пробок (и/или гибридных активно/пассивных устройств) для создания кольцевой пробки, при этом соответствующим пассивным или гибридным активированием, по меньшей мере, частично управляют с помощью термического средства, так что его можно считать термически направляемым или термически управляемым. Такое термически направляемое пассивное активирование может давать значительно более высокий уровень управления процессом установки кольцевой пробки и, соответственно, в целом нагнетанием пара в пласт и соответствующий коллектор, при этом обеспечивая более эффективное извлечение углеводородов.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание одной или нескольких систем первого типа для создания кольцевой пробки в подземной (например, паронагнетательной) скважине, такой одной или нескольких систем первого типа, в общем, содержащих (а) по меньшей мере, частично проницаемую колонну хвостовика, размещенную на участке ствола скважины, являющегося, по меньшей мере, частично необсаженным, в нефтегазоносном пласте; (б) герметичную металлическую камеру, установленную вокруг участка, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика; (в) материал, находящийся в герметичной металлической камере, при этом материал пер- 1 021952 воначально находится в конденсированном состоянии, но переходит в газообразное состояние при нагреве выше некоторой пороговой температуры; и (г) средство нагрева материала, находящегося в металлической камере, для осуществления его перехода в газообразное состояние, где в результате перехода в газообразное состояние материал увеличивает давление в камере и где под воздействием увеличения давления металлическая камера расширяется так, что соединяется с пластом, при этом образуя кольцевую пробку между, по меньшей мере, частично проницаемой колонной хвостовика и пластом. Такие варианты осуществления системы первого типа могут содержать устройство (или средство) кольцевой пробки, созданное на основе камеры, т.е. части частично проницаемой колонны хвостовика, функционально выполненной с возможностью соединения со стенкой пласта и создания кольцевой пробки, по меньшей мере, в зоне кольцевого пространства ствола скважины.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание одного или нескольких способов первого типа для создания кольцевой пробки в подземной (например, паронагнетательной) скважине, такого одного или нескольких способов первого типа, в общем, содержащих этапы (а) изготовления модифицированного отрезка длины, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика, причем модифицированного отрезка длины, содержащего герметичную металлическую камеру, установленную вокруг модифицированного отрезка длины, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика, и материал, помещенный внутрь герметичной металлической камеры, при этом материал первоначально находится в конденсированном состоянии и переходит в газообразное состояние при нагреве выше некоторой пороговой температуры; (б) установки модифицированного отрезка длины, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика, по меньшей мере, в частично необсаженную зону ствола скважины, при этом устанавливается зона кольцевого пространства между модифицированным отрезком длины проницаемой колонны хвостовика и необсаженной зоной ствола скважины; и (в) нагрева модифицированного отрезка длины колонны хвостовика для осуществления перехода материала, находящегося в нем, из конденсированного состояния в газообразное состояние, где в результате перехода в газообразное состояние материал увеличивает давление в герметичной металлической камере и где под воздействием увеличения давления герметичная металлическая камера расширяется так, что соединяется с пластом, при этом образуя кольцевую пробку между модифицированным отрезком длины колонны хвостовика и пластом. Аналогично соответствующим системам (первого типа), упомянутым выше, модифицированный отрезок длины частично проницаемой колонны хвостовика может содержать устройство кольцевой пробки, созданное на основе камеры.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание одной или нескольких систем второго типа создания кольцевой пробки в подземной скважине, каждой из одной или нескольких систем, в общем, содержащей (а) по меньшей мере, частично проницаемую колонну хвостовика, размещенную на участке ствола скважины, являющегося, по меньшей мере, частично необсаженным, в нефтегазоносном пласте; (б) нагруженную спиральную пружину, установленную вокруг участка, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика, при этом нагруженная спиральная пружина находится в нагруженном состоянии, выбранном из группы, состоящей из растянутого состояния и сжатого состояния; (в) стопор пружины, прикрепленный к нагруженной спиральной пружине для поддержания ее в нагруженном состоянии, при этом стопор пружины, по меньшей мере, частично выполнен из материала, разработанного с возможностью плавления при температуре выше заданной, который в результате плавления теряет способность поддерживать спиральную пружину в нагруженном состоянии; и (г) металлическую сетку, функционально связанную (например, соответственно установленную) с нагруженной пружиной так, что снятие нагрузки с пружины обусловливает соединение металлической сетки с пластом, при этом образующей кольцевую пробку между колонной хвостовика и пластом, при этом снятие нагрузки выполняют, применяя нагрев в кольцевой зоне, достаточный для плавления, по меньшей мере, участка стопора пружины. Такие системы второго типа можно рассматривать содержащими основанное на действии спиральной пружины устройство кольцевой пробки или средство, при этом такое устройство состоит из нагруженной спиральной пружины, металлической сетки и стопорящего штифта (штифтов), вместе функционирующих для соединения с пластом (создания пробки), когда приводятся в действие.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание одного или нескольких способов второго типа создания кольцевой пробки в подземной скважине, способов, в общем, содержащих этапы (а) изготовления, по меньшей мере, частично проницаемого отрезка длины модифицированной колонны хвостовика, причем отрезка длины модифицированной колонны хвостовика, содержащего нагруженную спиральную пружину, установленную вокруг, по меньшей мере, участка модифицированной колонны хвостовика, при этом нагруженная спиральная пружина находится в нагруженном состоянии, выбранном из группы, состоящей из растянутого состояния и сжатого состояния, стопор пружины, прикрепленный к нагруженной спиральной пружине для поддержания ее в нагруженном состоянии, при этом стопор пружины, по меньшей мере, частично выполнен из материала, разработанного с возможностью плавления при температуре выше заданной, который в результате плавления теряет способность поддерживать спиральную пружину в нагруженном состоянии, и металлическую сетку, функционально связанную с нагруженной спиральной пружиной так, что, когда спиральная пружина

- 2 021952 подвергается переходу из нагруженного состояния в ненагруженное состояние, металлическая сетка расширяется наружу в радиальном направлении; (б) установки в нужное место, по меньшей мере, частично проницаемого отрезка длины модифицированной колонны хвостовика в необсаженной зоне ствола скважины, при этом устанавливается зона кольцевого пространства между модифицированным отрезком длины колонны хвостовика и необсаженной зоной ствола скважины; и (в) нагрева модифицированного отрезка длины колонны хвостовика для плавления стопора пружины и осуществления перехода спиральной пружины в ненагруженное состояние, соответственно обусловливающее расширение металлической сетки наружу и соединение с пластом, при этом образуя кольцевую пробку между модифицированным отрезком длины колонны хвостовика и необсаженным стволом скважины. Аналогично соответствующим системам (второго типа), упомянутым выше, модифицированные отрезки длины частично проницаемой колонны можно рассматривать содержащими основанное на действии спиральной пружины устройство кольцевой пробки.

Выше весьма широко описаны признаки настоящего изобретения для лучшего понимания подробного описания изобретения, приведенного ниже. Дополнительные признаки и преимущества изобретения описаны ниже в данном документе, формирующем предмет формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ дано приведенное ниже описание с прилагаемыми чертежами, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показана схема возможной конфигурации систем настоящего изобретения, при этом число и местоположение индивидуальных компонентов таких систем показано только в качестве иллюстрации и не является ограничивающим.

На фиг. 2А показана герметичная металлическая камера в своем нерасширенном состоянии, установленная вокруг участка звена хвостовика, где камера сконструирована образующей интегральную часть звена хвостовика, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2В показана герметичная металлическая камера фиг. 2А в своем расширенном состоянии, полученном в результате перехода материала, содержащегося в ней, из конденсированного состояния в газообразное состояние, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3А показана герметичная металлическая камера в своем нерасширенном состоянии, установленная вокруг участка звена хвостовика таким способом, что камера не образует интегральной части звена хвостовика, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3В показана герметичная металлическая камера фиг. 3А в своем расширенном состоянии, полученном в результате перехода материала, содержащегося в ней, из конденсированного состояния в газообразное состояние, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций способов первого типа создания кольцевой пробки в подземной скважине согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5А показано средство кольцевой пробки для использования в некоторых вариантах осуществления системы и способа (второго типа) настоящего изобретения, с нагруженной спиральной пружиной, вокруг которой установлена металлическая сетка, находящейся в растянутом или расширенном состоянии.

На фиг. 5В показано средство пробки фиг. 5А, не несущее нагрузки, где металлическая сетка расширена для соединения с пластом и при этом создания кольцевой пробки.

На фиг. 6А показано средство кольцевой пробки для использования в некоторых вариантах осуществления системы и способа (также второго типа) настоящего изобретения, в котором нагруженная спиральная пружина, функционально связанная с конструкцией металлической сетки, находится в сжатом состоянии.

На фиг. 6В показано средство пробки фиг. 6А в ненагруженном состоянии, где металлическая сетка функционально связана со спиральной пружиной, расширенной для соединения и создания при этом кольцевой пробки.

На фиг. 7 показана блок-схема последовательности операций способов второго типа создания кольцевой пробки в подземной скважине согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

1. Введение.

Данное изобретение направлено на создание систем и способов создания в скважинах кольцевых пробок, используемых в работах по увеличению нефтеотдачи пласта или поддерживающих такие работы, в частности увеличение нефтеотдачи пласта, включающее в себя нагнетание пара в пласт. По меньшей мере, в некоторых случаях в вариантах осуществления системы и способа настоящего изобретения используют одно или несколько пассивно активируемых устройств (или средств) для создания кольцевой пробки, в которых соответствующее пассивное активирование является термически направляемым. В отличие от устройств пассивного активирования и методик, описанных в разделе предпосылок изобретения (см. выше), такое термически направляемое пассивное активирование может давать значительно бо- 3 021952 лее высокую степень управления процессом установки кольцевой пробки и, соответственно, нагнетания пара в пласт и связанный с ним коллектор.

Механизмы, с помощью которых в системах и способах настоящего изобретения термически направляют такое пассивное приведение в действие кольцевой пробки, должны быть рассмотрены более подробно ниже. В общем плане, вместе с тем, все такие системы и способы основаны на создании одного или нескольких термически активируемых закупоривающих устройств. Связь таких устройств с другими компонентами паронагнетательной скважины показана в виде примера на фиг. 1, где скважина показана как наклонно направленная скважина, но данный вариант не является обязательным в каждой ситуации.

Как показано на фиг. 1, в подземной скважине 110, проходящей вниз от поверхности 121, необсаженная зона 184 проходит от обсаженной зоны 174, при этом обсаженная зона установлена в обсадной колонне 114, в общем, цементируемой по месту. В скважине колонна 120 хвостовика проходит от обсаженной зоны в необсаженную зону и по большей части через нее, при этом колонна 120 хвостовика является (обычно) функционально соединенной с обсадной колонной 114 с помощью подвески хвостовика или пакера 118 (или, в общем, одним или несколькими устройствами кольцевых пробок). На участках отрезков длины колонны 120 хвостовика (составленной многочисленными секциями звеньев хвостовика) имеется одна или несколько пористых зон (например, 128 и 142), из которых текучая среда (например, пар) может выходить, заполняя кольцевые зоны 122 и 136, установленные между колонной 120 хвостовика и стенкой 123 пласта, и получая доступ к коллекторам, содержащимся в зонах 135 и 155 окружающего пласта. С помощью правильного размещения и пассивного приведения в действие устройств 124, 126, 130 и 134 создания кольцевых пробок (показаны в расширенном состоянии) потоком пара (или другой текучей среды) в пласт можно успешно управлять. Констатируется, что число и относительное размещение устройств является чисто иллюстративным и не создает ограничения объема изобретения.

В некоторых вариантах осуществления или примерах средства или устройства для создания кольцевой пробки (например, часть систем и способов настоящего изобретения), в общем, зависят от типа механизма и/или действия. В некоторых случаях механизм и/или действие основаны на расширяющейся при температуре металлической камере (например, системы и способы первого типа). В других случаях механизм и/или действие основаны на нагруженной спиральной пружине (например, системы и способы второго типа).

При активном/пассивном характере упомянутого выше приведения в действие/активирования некоторые такие описанные выше варианты осуществления механизмов и/или средств, с помощью которых системы и/или способы работают, создавая кольцевые пробки, можно считать гибридными механизмами и/или средствами, с помощью которых термическое направление (см. выше) может давать в некоторой мере активное активирование или приведение в действие.

2. Определения.

Некоторым терминам дано определение в данном описании при их первом использовании, а некоторые другие термины, использованные в данном описании, определены ниже.

Колонна хвостовика, по определению в данном документе, является аналогичной обсадной колонне, составленной из звеньев (трубчатых секций с резьбой на каждом конце), но не проходит с поверхности в скважину как обсадная колонна. Вместо этого колонна хвостовика подвешивается на подвеске хвостовика, прикрепленной к обсадной колонне над ней. Для ствола скважины с необсаженным забоем колонну хвостовика не цементируют, и она сообщается текучей средой с пластом.

Скважина с необсаженным забоем, по определению в данном документе, является скважиной, в которой колонна хвостовика напрямую сообщается текучей средой с пластом. Часто такие скважины имеют крепление обсадной колонной (и цементирование) до продуктивной глубины/коллектора горной породы.

Кольцевое пространство, по определению в данном документе, соответствует объему или пространству полости между двумя, по существу, цилиндрическими телами. В качестве примера, в стволе скважины с необсаженным забоем пространство между колонной хвостовика и стенкой пласта считается кольцевым пространством.

Зона кольцевого пространства, по определению в данном документе, соответствует участку кольцевого пространства, при этом такой участок может быть физически или концептуально изолирован от остального кольцевого пространства, частью которого является.

Термин кольцевая пробка, по определению и использованию в данном документе, соответствует дросселю потока текучей среды в одной или нескольких (кольцевых) зонах кольцевого пространства ствола скважины.

Термин активное приведение в действие, по определению в данном документе, описывает способ, которым устройство активно приводят в действие или активируют прямым приложением некоторой формы гидромеханической работы.

Термин пассивное приведение в действие, по определению в данном документе, описывает способ, которым устройство приводится в действие пассивно под воздействием на него условий окружающей среды.

Термин гибридное приведение в действие, по определению в данном документе, описывает спо- 4 021952 соб, которым устройство приводится в действие под воздействием на него условий окружающей среды, активно или принудительно изменяемых.

Нагнетание пара, по определению в данном документе, представляет собой нагнетание вырабатываемого на поверхности пара в подземный пласт, в общем, для содействия извлечению углеводородных запасов из него.

Нагнетание пара в пласт, по определению в данном документе, является методикой увеличения нефтеотдачи пласта, использующей нагнетание пара для приведения нефти в состояние, более подходящее для создания притока (из коллектора). В общем, при этом используют одновременную работу многочисленных паронагнетательных скважин.

3. Системы первого типа.

Как упомянуто выше в данном документе (см. выше), системы и способы создания кольцевой пробки в подземных скважинах настоящего изобретения можно широко классифицировать в один из двух типов, в зависимости от типа механизма, которым кольцевая пробка приводится в действие или иначе инициируется. Рассмотрение, приведенное ниже в данном разделе, касается систем, использующих механизм, основанный, по большей части, на расширении герметичной металлической камеры (т.е. систем первого типа). Такие системы можно рассматривать содержащими одно или несколько устройств кольцевых пробок, созданных на основе камер (см. ниже).

Как показано на фиг. 2А и 2В и также на фиг. 1 (для корреляции компонентов примера системы), в некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание системы (или систем) создания кольцевой пробки в подземной скважине 110, системы, содержащей (а) по меньшей мере, частично проницаемую колонну 120 хвостовика, располагающуюся на участке ствола скважины (подземной скважины 110), по меньшей мере, частично необсаженного, в нефтегазоносном пласте (например, зона 184); (б) герметичную металлическую камеру (например, показано позициями 210 и/или 310), установленную вокруг участка, по меньшей мере, частично проницаемой колонны 120 хвостовика; (в) материал, помещенный в герметичную металлическую камеру, при этом материал вначале находится в конденсированном состоянии (например, показано позициями 215 и/или 315), но переходит в газообразное состояние (например, показано позициями 217 и/или 317) при нагреве выше некоторой пороговой температуры; и (г) средство нагрева материала, находящегося в металлической камере, для осуществления его перехода в газообразное состояние, где в результате перехода в газообразное состояние материал увеличивает давление в камере и где под воздействием увеличения давления металлическая камера расширяется так, что соединяется с пластом, при этом образуя кольцевую пробку (например, позиции 124, 126, 130, 134) между, по меньшей мере, частично проницаемой колонной 120 хвостовика и пластом (т.е. стенкой 123 пласта).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы подземная скважина 110 является паронагнетательной скважиной. Притом, что такие системы предназначены для создания кольцевой пробки/изоляции в подземной скважине, в общем, нагнетание пара является экономически оправданным и эффективным способом, служащим дополнительно (в дополнение к основному целевому назначению по увеличению нефтеотдачи пласта) как средство нагрева с возможностью осуществления перехода материала, находящегося в герметичной металлической камере, из конденсированного состояния (например, материал 215 и/или 315) в газообразное состояние (например, материал 217 и/или 317) (см. ниже).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы скважина 110 является наклонно направленной скважиной или, по меньшей мере, включает в себя секции, отклоняющиеся от вертикальной ориентации (относительно поверхности). Скважина фиг. 1, т.е. подземная скважина 110, показана как наклонно направленная скважина, при этом значительный участок необсаженной зоны скважины проходит, по существу, горизонтально (например, с отклонением более 45° от вертикали) через большую часть пласта.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы, по меньшей мере, частично проницаемая колонна хвостовика содержит поры или отверстия типа, выбранного из группы, состоящей из заранее просверленных отверстий, щелей, фильтров и их комбинаций. На фиг. 1 являющаяся примером колонна 120 хвостовика содержит поры 128, 142, показанные как заранее просверленные отверстия.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы герметичная металлическая камера является интегральной частью трубы хвостовика (например, секцией или звеном колонны 120 хвостовика), составляющей по меньшей мере часть, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика. Такие варианты осуществления системы показаны на фиг. 2А и 2В, при этом можно видеть, что стенка звена 202 хвостовика образует часть герметичной металлической камеры 210. Как следствие, материал внутри камеры находится в прямом контакте с наружной поверхностью стенки колонны хвостовика. Специалистам в данной области техники должны быть известны многочисленные способы выполнения таких герметичных металлических камер, являющихся интегральной частью трубы хвостовика, такие способы могут включать в себя методики сварки.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы герметичная металлическая

- 5 021952 камера является навесным устройством, прикрепляемым, по меньшей мере, к частично проницаемой колонне хвостовика. В вариантах осуществления системы, таких как показаны на фиг. 3А и 3В, герметичная металлическая камера 310 содержит свою собственную стенку 311, отделяющую трубу 202 хвостовика от материала (315, 317), находящегося в герметичной металлической камере. Аналогично вариантам осуществления, описанным выше (т.е. показанным на фиг. 2А и 2В), элемент 311 камеры может быть приварен или иначе прикреплен к остальным частям герметичной металлической камеры 310. Герметичную металлическую камеру 310 можно надевать на трубу 202 хвостовика перед развертыванием трубы в скважине и герметичную металлическую камеру можно приваривать, прикреплять или выполнять соединяемой на клею с трубой 202 хвостовика с помощью одной или нескольких различных методик, известных специалисту в данной области техники.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы герметичная металлическая камера (210, 310) имеет геометрию, улучшающую соединение с пластом (т.е. стенкой 123) в результате расширения. Такие улучшенные геометрические конфигурации могут иметь различные формы, включающие в себя, но без ограничения этим, рифление, гребни, волнистую поверхность и т.п. В общем, такие улучшения геометрической конфигурации выполняют для обеспечения лучшего соединения со стенкой пласта в результате расширения.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы упомянутая выше герметичная металлическая камера (210, 310) содержит по меньшей мере один предохранительный клапан, выполненный с возможностью снижения давления для предотвращения разрыва камеры. Такие предохранительные клапаны имеют известные формы и функции, и специалист в данной области техники может функционально интегрировать один или несколько таких клапанов в конструкцию одной или нескольких вышеупомянутых герметичных металлических камер.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы герметичная металлическая камера (210, 310), в общем, имеет объем в нерасширенном состоянии по меньшей мере от около 50 дюйм³ (0,8 л) до самое большее около 1200 дюйм³ (19,7 л). В некоторых других таких описанных выше вариантах осуществления системы герметичная металлическая камера, в общем, имеет объем в нерасширенном состоянии по меньшей мере от около 800 дюйм³ (13,1 л) до самое большее около 3000 дюйм³ (49,2 л). В некоторых других таких описанных выше вариантах осуществления системы герметичная металлическая камера, в общем, имеет объем в нерасширенном состоянии по меньшей мере от около 2800 дюйм³ (45,9 л) до самое большее около 12000 дюйм³ (196,7 л).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы материал (например, позиций 215, 315) внутри герметичной металлической камеры в результате перехода в газообразное состояние (например, позиций 217, 317) увеличивает объем герметичной металлической камеры (например, камеры, переходящей от позиций 210 к 212 и/или 310 к 312), в общем, по меньшей мере на около 50%; в некоторых или других таких вариантах осуществления, в общем, по меньшей мере на 100% и в некоторых или других вариантах осуществления, в общем, по меньшей мере на 200%. Верхние пределы такого расширения составляют, в общем, около 300%.

В зависимости от варианта осуществления материал (например, позиций 215, 315) внутри герметичной металлической камеры может быть помещен внутрь камеры во время изготовления камеры или после него через клапан или другое окно доступа с возможностью повторной герметизации. В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы материал внутри герметичной металлической камеры находится в конденсированном состоянии, в форме, выбранной из группы, включающей в себя жидкости, твердые вещества и любые их смеси. В некоторых таких вариантах осуществления системы материал внутри герметичной металлической камеры является выбранным из группы, состоящей из воды, спиртов, гликолей, глицерина, материалов с обратимыми фазами, эвтектических сплавов и их комбинаций. Констатируется, что в некоторых вариантах осуществления, в случаях, где конденсированный материал является твердым, твердое вещество может претерпевать прямой переход в газообразное состояние (т.е. сублимацию в результате нагрева).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления систем (первого типа) такие системы можно рассматривать содержащими устройство/средство кольцевой пробки, созданное на основе камеры (или совокупности камер), т.е. части частично проницаемой колонны хвостовика, выполненной функционально с возможностью соединения со стенкой пласта и создания кольцевой пробки, по меньшей мере, в зоне кольцевого пространства ствола скважины. Такое устройство или средство должно соответствовать, в являющемся примером виде, одному или нескольким устройствам 124, 126, 130 и 134 кольцевых пробок, показанных на фиг. 1.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в кольцевом пространстве по меньшей мере на около 20%, самое большее на около 100%. В некоторых других таких вариантах осуществления кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в кольцевом пространстве по меньшей мере на около 20% и самое большее на около 90%. В некоторых или других вариантах осуществления кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в кольцевом пространстве по меньшей мере на около 40% и самое большее на около 90%.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы средство нагрева конден- 6 021952 сированного материала содержит ввод в эксплуатацию скважинного источника нагрева; т.е. тепловая энергия, требуемая для осуществления фазового перехода (первоначально) конденсированного материала внутри герметичной металлической камеры, вырабатывается в скважине под землей. Скважинные источники нагрева известны в технике и включают в себя, без ограничения этим, скважинные резистивные нагреватели, микроволновые нагреватели и химические (например, экзотермические) реакции. См., например, Мае8роггаи, патент США № 3072189, выдан 8 января 1963 г.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы средство нагрева включает в себя нагнетание нагретой текучей среды в скважину, т.е. нагрев текучей среды на поверхности и затем нагнетание в скважину. В некоторых таких вариантах осуществления средство нагрева конденсированного материала включает в себя нагнетание пара в скважину. Средство и способы, подходящие для нагрева таких текучих средств на поверхности, известны в технике, также как и способы ввода такой нагретой текучей среды в ствол скважины. Также существуют дополнительные или альтернативные средства нагрева текучей среды в скважине. Вне зависимости от проведения нагрева на поверхности или в скважине, в некоторых вариантах осуществления в средстве нагрева конденсированной текучей среды используют экзотермическую химическую реакцию.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления систем такие системы дополнительно содержат одну или несколько дополнительных герметичных металлических камер, заполненных конденсированным материалом для осуществления создания многочисленных кольцевых пробок в стволе скважины. Такой вариант осуществления, в котором имеется четыре таких устройства кольцевых пробок, показан на фиг. 1 (т.е. устройства, созданные на основе камер, представляющих собой герметичные металлические камеры), а именно устройства 124, 126, 130 и 134.

4. Способы первого типа.

Варианты осуществления способа (первого типа), описанные в данном разделе, в общем, соответствуют в значительной степени вариантам осуществления систем (первого типа), описанным выше в разделе 3. Соответственно, продолжены ссылки на примеры, показанные на фиг. 1, 2А, 2В, 3А и 3В, поскольку многие детали являются общими для вариантов осуществления системы и способа.

Как показано на фиг. 4, в некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание одного или нескольких способов создания кольцевой пробки в подземной скважине, причем способа (способов), содержащего следующие этапы: (этап 401) изготовление модифицированного отрезка длины, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика, причем модифицированного отрезка длины, содержащего (ί) герметичную металлическую камеру, установленную вокруг модифицированного отрезка длины, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика; и (ίί) материал, помещенный внутри герметичной металлической камеры, при этом материал первоначально находится в конденсированном состоянии и переходит в газообразное состояние при нагреве выше некоторой пороговой температуры; (этап 402) установки модифицированного отрезка длины, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика, по меньшей мере, в частично необсаженную зону ствола скважины, при этом устанавливается зона кольцевого пространства между модифицированным отрезком длины проницаемой колонны хвостовика и необсаженной зоной ствола скважины; и (этап 403) нагрева модифицированного отрезка длины колонны хвостовика для осуществления перехода материала, находящегося в нем, из конденсированного состояния в газообразное состояние, где в результате перехода в газообразное состояние материал увеличивает давление в герметичной металлической камере и где под воздействием увеличения давления герметичная металлическая камера расширяется так, что соединяется с пластом, при этом образуя кольцевую пробку между модифицированным отрезком длины колонны хвостовика и пластом.

Аналогично вариантам осуществления системы (первого типа), описанным выше, функциональные компоненты, описанные выше для вариантов осуществления системы, выполненных с функциональной возможностью соединения с пластом и создания кольцевой пробки, можно считать (по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления) устройствами кольцевых пробок, созданными на основе камеры (см. выше).

Как в случае аналогичного варианта осуществления системы, описанного выше, в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа подземная скважина является паронагнетательной скважиной. В некоторых таких вариантах осуществления пар, нагнетаемый в подземный пласт (для улучшения нефтеотдачи), может дополнительно служить средством нагрева модифицированного отрезка длины колонны хвостовика для осуществления перехода материала, находящегося в нем, из конденсированного состояния в газообразное состояние (см. ниже).

В соответствии с аналогичными вариантами осуществления системы, описанными выше, в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа подземная скважина является наклонно направленной скважиной. Вообще говоря, скважина считается наклонно направленной, если значительная часть ствола скважины отклоняется от вертикальной оси, установленной с поверхности. Констатируется, что такое отклонение является, в общем, преднамеренным (например, в наклонно направленном бурении); и хотя некоторые выполненные так подземные скважины являются большей частью горизонтальными (что обычно для паронагнетательных скважин), от скважин, используемых в соединении,

- 7 021952 по меньшей мере, с некоторыми способами и/или вариантами осуществления системы настоящего изобретения, не требуется являться наклонно направленными.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа и, по меньшей мере, с некоторым соответствием аналогичным вариантам осуществления системы (первого типа), описанным выше, по меньшей мере, частично проницаемая колонна хвостовика содержит поры (отверстия, дроссельные отверстия) типа, выбранного из группы, состоящей из заранее просверленных отверстий, щелей, фильтров и их комбинаций. Характеристики и изменения таких пор соответствуют описанным выше в аналогичных вариантах осуществления системы.

Аналогично описанному для вариантов осуществления системы (первого типа) выше в разделе 3, герметичная металлическая камера может являться либо интегральной частью модифицированного отрезка длины трубы хвостовика, составляющей, по меньшей мере, частично проницаемую колонну хвостовика (например, как на фиг. 2А и 2В), или может являться навесным устройством, прикрепленным к, по меньшей мере, частично проницаемой колонне хвостовика (например, как на фиг. 3А и 3В).

В аналогичном соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления системы (первого типа), описанными выше, в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа герметичная металлическая камера имеет геометрию, выполненную для улучшения возможности соединения с пластом в результате расширения. Соответственно, в некоторых таких вариантах осуществления эффективное расширение разработано и/или запроектировано для герметичной металлической камеры с использованием ее геометрии и/или связанных с ней геометрических элементов.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа герметичная металлическая камера содержит по меньшей мере один предохранительный клапан, выполненный с возможностью снижения давления до уровня ниже давления разрыва камеры. В некоторых таких вариантах осуществления выполняющие функцию снижения давления для предотвращения разрыва клапаны сброса давления могут дополнительно быть выполнены с возможностью регулирования давления и скорости потока текучей среды в зоне кольцевого пространства.

Как в случае некоторых таких аналогичных вариантов осуществления системы, в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа герметичная металлическая камера имеет объем в нерасширенном состоянии по меньшей мере от около 50 дюйм³ (0,8 л) до самое большее около 12000 дюйм³ (196,7 л). В некоторых или других таких вариантах осуществления способа с применением герметичной металлической камеры в результате перехода в газообразное состояние объем герметичной металлической камеры увеличивается по меньшей мере на около 50%.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа материал, помещенный внутрь герметичной металлической камеры, находится в конденсированном состоянии, в форме, выбранной из группы, включающей в себя жидкость, твердое вещество и любую их смесь. В некоторых таких вариантах осуществления способа материал, помещенный внутрь герметичной металлической камеры, является выбранным из группы, состоящей из воды, спиртов, гликолей, глицерина, материалов с обратимыми фазами, эвтектических сплавов и их комбинаций.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока, по меньшей мере, в некоторых зонах кольцевого пространства от по меньшей мере около 20% до самое большее около 100%, т.е. до полного закупоривания кольцевого пространства или изоляции для одной или нескольких зон кольцевого пространства. В некоторых или других таких вариантах осуществления кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в такой зоне кольцевого пространства от по меньшей мере около 40% до самое большее около 100%.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа средство нагрева конденсированного материала включает в себя нагнетание нагретой текучей среды в скважину. Данная текучая среда может нагреваться на поверхности перед нагнетанием и/или может, кроме того или альтернативно, нагреваться под землей с помощью одного или нескольких различных средств подземного нагрева. Дополнительный нагрев под землей установленными по общему плану нагревателями или другими средствами нагрева может создавать дополнительное управление по времени приведением в действие устройства (устройств) кольцевой пробки. Как упомянуто выше, в частности, для случая использования паронагнетательных скважин для увеличения нефтеотдачи пласта, в некоторых таких вариантах осуществления способа средство нагрева конденсированного материала включает в себя нагнетание пара в скважину.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа в качестве средства нагрева конденсированной текучей среды используют обычное средство нагрева, известное специалистам в данной области техники. В некоторых или других вариантах осуществления способа в качестве такого средства нагрева дополнительно или альтернативно используют средство нагрева излучением (например, микроволновый или радиочастотный нагрев) и/или средство химического нагрева (например, экзотермическую химическую реакцию).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа способы дополнительно содержат использование многочисленных модифицированных отрезков длины, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика для создания многочисленных кольцевых пробок в многочисленных зонах ствола скважины. Являющийся примером такой вариант осуществления показан на фиг. 1 с че- 8 021952 тырьмя такими устройствами (124, 126, 130 и 134) с кольцевыми пробками.

5. Системы второго типа.

Как упомянуто выше в данном документе, системы и способы создания кольцевой пробки в подземных скважинах настоящего изобретения можно приблизительно классифицировать, относя к одному из двух типов, в зависимости от типа механизма, которым кольцевая пробка приводится в действие или иначе инициируется. Рассмотрение, приведенное ниже, т.е. рассмотрение в данном разделе, касается систем (т.е. систем второго типа), использующих механизм, основанный, по большей части, на расширении материала из металлической сетки, функционально связанного со спиральной пружиной, первоначально (т.е. до расширения металлической сетки) находящейся в нагруженном состоянии.

Вышеупомянутый механизм (или средство), используемый в вышеупомянутых системах (второго типа), создают устройства кольцевой пробки (например, устройства 124, 126, 130 и 134, показанные на фиг. 1), такие устройства называют основанными на действии спиральной пружины. Данный тип механизма или средства механически отличается от применяемого в системах первого типа, используемых в механизмах кольцевой пробки на основе создания камеры.

Как показано на фиг. 5А, 5В, 6А и 6В, а также на фиг. 1 (для корреляции компонентов являющейся примером системы), в некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание системы (или систем) создания кольцевой пробки в подземной скважине 110, причем системы, содержащей (а) по меньшей мере, частично проницаемую колонну 120 хвостовика (состоящую из многочисленных звеньев или секций хвостовика), размещенную на участке ствола скважины (например, подземной скважины 110), являющегося, по меньшей мере, частично необсаженным (например, зона 184), в нефтегазоносном пласте; (б) нагруженную спиральную пружину (501, 601), установленную вокруг участка (например, звена или трубного сегмента), по меньшей мере, частично проницаемой колонны 202 хвостовика, при этом нагруженная спиральная пружина находится в нагруженном состоянии, выбранном из группы, состоящей из растянутого состояния (например, спиральная пружина 501) и сжатого состояния (например, спиральная пружина 601); (в) стопор (503, 603) пружины, прикрепленный к нагруженной спиральной пружине для поддержания ее в нагруженном состоянии, при этом стопор пружины, по меньшей мере, частично выполнен из материала, разработанного с возможностью плавления (или иной потери механической прочности) при температуре выше заданной, и при этом в результате плавления (например, расплавленный стопор 505 и 605) теряет способность поддерживать спиральную пружину в нагруженном состоянии; и (г) металлическую сетку (506, 606), выдвигаемую с помощью нагруженной пружины так, что снятие нагрузки с пружины обусловливает соединение металлической сетки с пластом (вдоль стенки 123 необсаженного ствола скважины), при этом образуя кольцевую пробку (например, позиция 124, 126, 130 и/или 134) между колонной 120 хвостовика и пластом (любой из зон 125, 135, 145 и 155), при этом снятие нагрузки выполняют, применяя нагрев в кольцевой зоне, достаточный для плавления, по меньшей мере, участка стопора пружины.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы подземная скважина 110 является паронагнетательной скважиной. Хотя такие системы предназначены для создания кольцевой пробки/изоляции в подземной скважине, в общем, нагнетание пара является экономически оправданным и эффективным способом, кроме того, служащим (в дополнение к основной цели увеличения нефтеотдачи пласта) в качестве средства нагрева, выполненного с возможностью плавления стопора пружины и создания изменения состояния спиральной пружины с переходом из нагруженного в ненагруженное, при этом обусловливая соединение металлической сетки с пластом для создания кольцевой пробки (см. ниже).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы скважина 110 является наклонно направленной скважиной или, по меньшей мере, включает в себя секции, отклоненные от вертикали (т.е. оси, вертикальной по отношению к плоскости поверхности). Скважина фиг. 1, т.е. подземная скважина 110, показана как наклонно направленная скважина, в которой значительный участок зоны необсаженного ствола проходит, по существу, горизонтально через большую часть пласта. Такие горизонтальные скважины являются обычными при нагнетании пара в пласт для увеличения нефтеотдачи пласта.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы, по меньшей мере, частично проницаемая колонна хвостовика содержит поры типа, выбранного из группы, состоящей из заранее просверленных отверстий, щелей, фильтров и их комбинаций. На фиг. 1 колонна 120 хвостовика содержит поры 128, 142, показанные как заранее просверленные отверстия. Термин пора при использовании в данном документе, в частности, не является ограничивающим и может считаться дроссельным отверстием или, в более общем плане, отверстием.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы спиральная пружина растягивается с нагрузкой по меньшей мере около 50 фунтов силы (222 Н) (например, растянутая спиральная пружина 501, показанная на фиг. 5А). В некоторых дополнительных или альтернативных таких вариантах осуществления системы спиральная пружина сжимается с нагрузкой по меньшей мере около 50 фунтов силы (222 Н) (например, сжатая спиральная пружина 601, показанная на фиг. 6А). Констатируется, что характер нагрузки (растяжение или сжатие) может иметь значение для способа, которым металличе- 9 021952 ская сетка функционально связывается с нагруженной спиральной пружиной (см. ниже).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы стопор (например, 503, 603) пружины прикрепляется по меньшей мере к одному концу нагруженной спиральной пружины. Когда стопор пружины закрепляет только один конец нагруженной спиральной пружины, предполагается, что в таких вариантах осуществления другой конец прикреплен или выполнен иначе сцепленным с колонной хвостовика, вокруг которой установлен (такие варианты осуществления показаны на фиг. 5 и 6). В некоторых или других вариантах осуществления оба конца нагруженной спиральной пружины закреплены к колонне хвостовика с помощью плавкого стопора пружины, при этом спиральная пружина становится плавающей вокруг колонны хвостовика в результате снятия нагрузки.

В общем, стопор пружины описанных выше вариантов осуществления системы должен реагировать на тепловую энергию так, что при некоторой конкретной температуре механическая прочность устройства (или его участка) снижается так, что делает устройство неспособным удерживать спиральную пружину в нагруженном состоянии, при этом потеря механической прочности стопора пружины является термоиндуцированной. В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы, по меньшей мере, плавкий участок стопора пружины изготовлен из термопластичного полимерного материала, т.е. пластикового материала с температурой стеклования (в отличие от термореактивного материала, попросту разлагающегося), который плавится при конкретной температуре или в конкретном диапазоне температур. Подходящие такие термопластичные полимерные материалы могут включать в себя, но без ограничения этим, полиэтилен, полипропилен, акриловый полимер, поливинилиденхлорид, их смеси и комбинации и т.п.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы металлическая сетка представляет собой тканую металлическую сетку. В некоторых или других таких вариантах осуществления металлическая сетка представляет собой полученную спеканием металлическую сетку. В некоторых или других таких вариантах осуществления металлическая сетка представляет собой навитые металлические волокна. В некоторых или других вариантах осуществления металлическая сетка может быть импрегнирована такими материалами, как, например, термореактивные полимеры, с возможностью функционального улучшения кольцевой пробки. Металлическая сетка может иметь различные показатели по шкале сит, но предпочтительным является выбор по шкале сит с учетом характеристик спиральной пружины для оптимальной работы по эффективному созданию кольцевой пробки. Кроме того, в некоторых или других таких вариантах осуществления может быть использовано защитное покрытие для предотвращения повреждения металлической сетки при ее развертывании в скважине. Подходящее покрытие может содержать термопластичный материал.

Аналогично системам первого типа в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы (т.е. системах второго типа) кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в кольцевом пространстве (или по меньшей мере в одной или нескольких его зонах) по меньшей мере на около 20% и самое большее на около 100%. В некоторых других таких вариантах осуществления кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в кольцевом пространстве по меньшей мере на около 20% и самое большее на около 90%. В некоторых или других вариантах осуществления кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в кольцевом пространстве по меньшей мере на около 40% и самое большее на около 90%. Без рассмотрения теории полного закрытия кольцевой пробки (т.е. кольцевой изоляции), в общем, труднее достичь с помощью устройства кольцевой пробки (пробок), основанного на действии спиральной пружины (являющегося, в общем, частью систем второго типа), чем с помощью устройств на основе создания камер систем первого типа.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы нагрев в зоне кольцевого пространства для плавления стопора пружины (или его участка) создают с помощью нагнетания нагретой текучей среды в скважину. В некоторых таких вариантах осуществления системы нагретой текучей средой является пар, при этом в случае паронагнетательных скважин пар может служить двум целям. Другие нагретые текучие среды и/или средства нагрева (например, химические, излучательные) на поверхности и/или в скважине могут быть, дополнительно или альтернативно, использованы для плавления стопора пружины, упомянутого выше.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления системы могут дополнительно содержать одну или несколько дополнительных нагруженных пружин, стопор пружины и металлическую сетку для создания многочисленных кольцевых пробок в стволе скважины. Такие варианты осуществления показаны на фиг. 1, при этом четыре устройства кольцевых пробок (например, основанных на действии спиральной пружины таких устройств систем/способов второго типа) показаны на фигуре, такие как устройства 124, 126, 130 и 134.

6. Способы второго типа.

Варианты осуществления способа (второго типа), описанные в данном разделе, в общем, соответствуют в значительной степени вариантам осуществления системы (второго типа), описанным выше в разделе 5. Соответственно, ссылки должны продолжаться на примеры, показанные на фиг. 1, 5А, 5В, 6А и 6В, поскольку многие детали являются общими как для системы, так и для способа. В общем, в таких способах применяют устройства (например, позиций 124, 126, 130 и 134, показанные на фиг. 1) кольце- 10 021952 вых пробок с использованием механизма со спиральной пружиной, т.е. основанные на действии спиральной пружины устройства кольцевых пробок.

Как показано фиг. 7, в некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение направлено на создание способа создания кольцевой пробки в подземной скважине, содержащего (этап 701) изготовления, по меньшей мере, частично проницаемого отрезка длины модифицированной колонны хвостовика, причем отрезка длины модифицированной колонны хвостовика, содержащего (ί) нагруженную спиральную пружину, установленную вокруг, по меньшей мере, участка модифицированной колонны хвостовика, при этом нагруженная спиральная пружина находится в нагруженном состоянии, выбранном из группы, состоящей из растянутого состояния и сжатого состояния; (ίί) стопор пружины, прикрепленный к нагруженной спиральной пружине для поддержания ее в нагруженном состоянии, при этом стопор пружины, по меньшей мере, частично выполнен из материала, разработанного с возможностью плавления при температуре выше заданной, который в результате плавления теряет способность поддерживать спиральную пружину в нагруженном состоянии; и (ίίί) металлическую сетку, установленную относительно нагруженной спиральной пружины так, что, когда спиральная пружина совершает переход из нагруженного состояния в ненагруженное состояние, металлическая сетка расширяется наружу в радиальном направлении; (этап 702) установки модифицированного отрезка длины модифицированной колонны хвостовика в необсаженной зоне ствола скважины, при этом устанавливается зона кольцевого пространства между модифицированным отрезком длины колонны хвостовика и необсаженной зоной ствола скважины; и (этап 703) нагрева модифицированного отрезка длины колонны хвостовика для плавления стопора пружины и осуществления перехода спиральной пружины в ненагруженное состояние, соответственно, обусловливающее расширение металлической сетки наружу и ее соединение с пластом, при этом с образованием кольцевой пробки между модифицированным отрезком длины колонны хвостовика и необсаженным стволом скважины.

Как в случае аналогичных вариантов осуществления системы (второго типа), описанных выше, в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа (второго типа) подземная скважина является паронагнетательной скважиной. В некоторых таких вариантах осуществления пар, нагнетаемый в подземный пласт (для улучшения нефтеотдачи), может дополнительно служить средством, которым можно нагревать модифицированный отрезок длины колонны хвостовика для осуществления плавления (или потери прочности) стопора пружины, результатом которого, в свою очередь, является переход спиральной пружины из нагруженного состояния в ненагруженное состояние.

В соответствии с аналогичными вариантами осуществления системы, описанными выше в разделе 5, в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа подземная скважина является наклонно направленной скважиной. Вообще говоря, скважина считается наклонно направленной, если значительная часть ствола скважины отклоняется от вертикальной оси, установленной на поверхности. Констатируется, что такое отклонение, в общем, является намеренным (например, в наклонно направленном бурении); и хотя некоторые выполненные так подземные скважины большей частью являются горизонтальными (общепринято для паронагнетательных скважин), от скважин, используемых в соединении, по меньшей мере, с некоторыми способами и/или вариантами осуществления системы настоящего изобретения, не требуется относиться к виду наклонно направленных.

В соответствие с аналогичными вариантами осуществления системы, описанными выше, в некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа (т.е. второго типа), по меньшей мере, частично проницаемая колонна хвостовика содержит поры (отверстия) типа, выбранного из группы, состоящей из заранее просверленных отверстий, щелей, фильтров и их комбинаций. Классификация и изменения среди таких пор описаны выше в аналогичных вариантах осуществления системы.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа (второго типа) нагруженная спиральная пружина является растянутой с нагрузкой по меньшей мере 50 фунтов силы (222 Н). В других таких описанных выше вариантах осуществления способа нагруженная спиральная пружина является сжатой с нагрузкой по меньшей мере 50 фунтов силы (222 Н). В любом из случаев (растяжения или сжатия) в некоторых таких вариантах осуществления нагрузка, прикладываемая к пружине, вполне может определять тип и характеристики спиральной пружины, используемой таким образом (или наоборот). Кроме того, в некоторых вариантах осуществления тип и характеристики спиральной пружины вполне могут определять тип и характеристики металлической сетки, используемой в комбинации со спиральной пружиной, при этом необходим синергетический баланс для создания оптимальной кольцевой пробки (см. ниже).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа стопор (503, 603) пружины прикреплен по меньшей мере к одному концу нагруженной спиральной пружины. Когда стопор пружины закрепляет только один конец нагруженной спиральной пружины, предполагается, что в таких вариантах осуществления другой конец прикреплен или выполнен иначе сцепленным с колонной хвостовика, вокруг которой установлен (такие варианты осуществления показаны на фиг. 5 и 6). В некоторых или других вариантах осуществления оба конца нагруженной спиральной пружины закреплены к колонне хвостовика с помощью плавких стопоров пружины, при этом спиральная пружина свободно перемещается вокруг колонны хвостовика после снятия нагрузки.

- 11 021952

В общем, стопор пружины, описанный выше, вариантов осуществления способа должен реагировать на нагрев (т.е. тепловую энергию) так, что при некоторой конкретной температуре (или в конкретном диапазоне температур) механическая прочность устройства (или его участка) снижается так, что делает устройство неспособным удерживать (или поддерживать) спиральную пружину в нагруженном состоянии, при этом потеря механической прочности стопора пружины является термоиндуцированной. В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа, по меньшей мере, плавкий участок стопора пружины изготовлен из термопластичного (плавкого) полимерного материала, т.е. пластикового материала с температурой стеклования (в отличие от термореактивного материала, просто разлагающегося). Подходящий такой термопластичный полимерный материал может включать в себя, но без ограничения этим, полиэтилен, полипропилен, акриловый полимер, поливинилиденхлорид, их смеси и комбинации и т.п.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа металлическая сетка представляет собой тканую металлическую сетку. В некоторых или других таких вариантах осуществления металлическая сетка представляет собой полученную спеканием металлическую сетку. В некоторых или других таких вариантах осуществления металлическая сетка представляет собой навитые металлические волокна. В некоторых или других вариантах осуществления металлическая сетка может быть импрегнирована такими материалами, как, например, термореактивные полимеры, такие материалы обладают функциональной возможностью улучшения кольцевой пробки. Металлическая сетка может иметь различные свойства по шкале сит, но предпочтительным является выбор по шкале сит с учетом характеристик спиральной пружины для оптимальной работы по эффективному созданию кольцевой пробки. Кроме того, в некоторых или других таких вариантах осуществления может быть использовано защитное покрытие для предотвращения повреждения металлической сетки при ее развертывании в скважине. Подходящее покрытие может содержать термопластичный материал.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока, по меньшей мере, в некоторых зонах кольцевого пространства от по меньшей мере около 20% до самое большее около 100%, т.е. до создания завершенной кольцевой пробки или полной изоляции для одной или нескольких зон кольцевого пространства. В некоторых или других таких вариантах осуществления кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в такой зоне кольцевого пространства от по меньшей мере около 40% до самое большее около 100%.

Как упомянуто выше для соответствующих вариантов осуществления системы (второго типа), и без рассмотрения теории, возможность получения завершенной кольцевой пробки (т.е. полной кольцевой изоляции) достигается реже с использованием основанного на действии спиральной пружины устройства (устройств) кольцевой пробки способов второго типа, чем способов первого типа с использованием устройства (устройств) кольцевой пробки на основе создания камеры.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа нагрев в зоне кольцевого пространства для плавления стопора пружины создается с помощью нагнетания пара. Дополнительный нагрев под землей установленными по плану нагревателями или другим средством нагрева может давать дополнительное управление временным приведением в действие устройства (устройств) кольцевых пробок. Как упомянуто выше, в частности, для случая использования паронагнетательных скважин для увеличения нефтеотдачи пласта, в некоторых таких вариантах осуществления способа средство нагрева конденсированного материала включает в себя нагнетание пара в скважину.

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа, применяя нагрев (т.е. нагревание), используют обычное средство нагрева, известное специалистам в данной области техники. В некоторых или других вариантах осуществления способа такое средство нагрева может, дополнительно или альтернативно, использовать средство нагрева излучением (например, микроволнового или радиочастотного нагрева) и/или химическое средство нагрева (например, экзотермическую химическую реакцию).

В некоторых таких описанных выше вариантах осуществления способа (второго типа) такие способы дополнительно содержат использование многочисленных модифицированных отрезков длины модифицированной колонны хвостовика, как многочисленных звеньев во всей компоновке колонны хвостовика, для создания многочисленных кольцевых пробок в многочисленных зонах ствола скважины. Являющийся примером такой вариант осуществления показан на фиг. 1, где показаны четыре таких устройства (124, 126, 130 и 134) кольцевых пробок.

7. Вариации.

Вариационные варианты осуществления описанных выше систем и способов включают в себя системы и/или способы первого типа, имеющие в составе элементы систем и/или способов второго типа (или наоборот). Например, показанные в являющейся примером конфигурации системе фиг. 1 устройства 124 и 126 кольцевых пробок могут быть созданы на основе герметичных металлических камер (системы/способы первого типа), а устройства 130 и 134 кольцевых пробок могут быть созданы на основе спиральной пружины (системы/способы второго типа). Такие варианты осуществления считаются гибридными системами (с соответствующими гибридными способами) настоящего изобретения для создания кольцевых пробок в подземной скважине.

- 12 021952

Вариационные варианты осуществления также включают в себя системы и способы, содержащие множество из любых описанных выше устройств кольцевых пробок (созданных на основе камеры и/или спиральной пружины), разработанные или сконструированные с возможностью приведения в действие при различных температурах. Такое надлежащее конструктивное исполнение можно рассматривать как значительно повышающее степень управления системой с помощью гибридного средства (см. выше).

Другие здесь предложенные вариации включают в себя, без ограничения этим, использование различных средств нагрева и/или различных нагревающих текучих сред в одной скважине, первых с различными типами систем (т.е. гибридные системы), и каждой или обоих используемых вместе для генерирования суперсистемы, содержащей множество любых таких систем в множестве таких скважин для увеличения извлекаемых запасов углеводородов в общем коллекторе. Дополнительно или альтернативно, любую из таких систем можно использовать в подземных скважинах вместо описанных выше и/или в групповом или совместном режиме среди двух или более скважин отличающегося типа.

8. Заключение.

Как описано во всем документе, настоящее изобретение направлено на создание систем и способов создания в подземных скважинах кольцевых пробок, большей частью используемых в работах по увеличению нефтеотдачи пластов или поддержке таких работ, в частности, мероприятий по увеличению нефтеотдачи пласта, включающих в себя нагнетание пара (например, нагнетание пара в пласт). По меньшей мере, в некоторых случаях, в вариантах осуществления систем и способа настоящего изобретения используют одно или несколько пассивно активируемых/приводимых в действие устройств (или их гибридные варианты) для создания кольцевых пробок, при этом соответствующим пассивным активированием/приведением в действие, по меньшей мере, частично управляют с помощью термического средства так, что его можно считать термически направляемым. Такое термически направляемое пассивное активирование может давать значительно более высокий уровень управления процессом установки кольцевой пробки (отсюда термин гибридное активирование/приведение в действие) и, соответственно, в целом нагнетанием пара в пласт и соответствующий коллектор, обеспечивая более эффективное извлечение.

Все патенты и публикации, на которые даны ссылки в данном документе, включены в данный документ в виде ссылки. Должно быть понятно, что некоторые из описанных выше структур, функций и работ описанных выше вариантов осуществления не являются необходимыми для практической реализации настоящего изобретения и включены в описание просто для полноты являющегося примером варианта осуществления или вариантов осуществления. Кроме того, должно быть понятно, что конкретные структуры, функции и работы, раскрытые в описанных выше патентах и публикациях, на которые даны ссылки, могут быть практически реализованы в соединении с настоящим изобретением, но они не существенны для его практической реализации. Поэтому, следует понимать, что изобретение может быть практически реализовано иначе, чем конкретно описано, без фактического отхода от сущности и объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Claims (26)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система для создания кольцевой пробки в подземной скважине, содержащая, по меньшей мере, частично проницаемую колонну хвостовика, размещенную на участке ствола скважины, являющегося, по меньшей мере, частично необсаженным, в нефтегазоносном пласте, нагруженную спиральную пружину, установленную вокруг участка, по меньшей мере, частично проницаемой колонны хвостовика и находящуюся в нагруженном состоянии, выбранном из группы, состоящей из растянутого состояния и сжатого состояния, стопор пружины, прикрепленный к указанной пружине для поддержания ее в нагруженном состоянии и, по меньшей мере, частично выполненный из материала, способного плавиться при температуре выше заданной температуры и в результате плавления терять способность поддерживания спиральной пружины в нагруженном состоянии, и металлическую сетку, выполненную с возможностью установки с указанной пружиной так, что снятие нагрузки с пружины обусловливает соединение металлической сетки с пластом с образованием кольцевой пробки между колонной хвостовика и пластом, причем для снятия нагрузки кольцевая зона выполнена с возможностью нагрева, достаточного для плавления, по меньшей мере, участка стопора пружины.
2. 2. Система по п.1, в которой подземная скважина является паронагнетательной скважиной.
3. 3. Система по п.1, в которой подземная скважина является наклонно направленной скважиной.
4. 4. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, частично проницаемая колонна хвостовика содержит поры типа, выбранного из группы, состоящей из предварительно просверленных отверстий, щелей, фильтров и их комбинаций.
5. 5. Система по п.1, в которой спиральная пружина способна растягиваться с нагрузкой, составляющей по меньшей мере около 50 фунтов силы (222 Н).
6. 6. Система по п.1, в которой спиральная пружина способна сжиматься с нагрузкой, составляющей по меньшей мере 50 фунтов силы (222 Н).
7. 7. Система по п.1, в которой стопор пружины прикреплен по меньшей мере к одному концу указан- 13 021952 ной пружины.
8. 8. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, плавкий участок стопора пружины изготовлен из термопластичного полимерного материала.
9. 9. Система по п.8, в которой термопластичный полимерный материал выбран из группы, состоящей из полиэтилена, полипропилена, акрилового полимера, поливинилиденхлорида и их комбинаций.
10. 10. Система по п.1, в которой металлическая сетка представляет собой материал, выбранный из группы, состоящей из тканой металлической сетки, полученной спеканием металлической сетки, навитых металлических волокон и их комбинаций.
11. 11. Система по п.1, в которой кольцевая пробка способна уменьшать интенсивность потока в кольцевом пространстве по меньшей мере на 20% и самое большее на 100%.
12. 12. Система по п.1, в которой нагрев в зоне кольцевого пространства для плавления стопора пружины осуществляется с помощью нагнетания пара.
13. 13. Система по п.1, дополнительно содержащая одну или несколько дополнительных нагруженных пружин, стопоров пружин и металлических сеток для создания множества кольцевых пробок в стволе скважины.
14. 14. Способ создания кольцевой пробки в подземной скважине с использованием системы по п.1, содержащий следующие стадии, на которых устанавливают отрезок колонны хвостовика системы по п.1 в необсаженной зоне ствола скважины с образованием кольцевого пространства между отрезком длины колонны хвостовика и необсаженной зоной ствола скважины, нагревают отрезок указанной колонны хвостовика для плавления стопора пружины и осуществляют переход пружины в ненагруженное состояние, соответственно, обусловливающее расширение металлической сетки наружу и ее соединение с пластом с образованием кольцевой пробки между отрезком длины колонны хвостовика и необсаженным стволом скважины.
15. 15. Способ по п.14, в котором подземная скважина является паронагнетательной скважиной.
16. 16. Способ по п.14, в котором подземная скважина является наклонно направленной скважиной.
17. 17. Способ по п.14, в котором отрезок длины колонны хвостовика содержит поры типа, выбранного из группы, состоящей из предварительно просверленных отверстий, щелей, фильтров и их комбинаций.
18. 18. Способ по п.14, в котором указанная пружина способна растягиваться с нагрузкой, составляющей по меньшей мере 50 фунтов силы (222 Н).
19. 19. Способ по п.14, в котором указанная пружина способна сжиматься с нагрузкой, составляющей по меньшей мере 50 фунтов силы (222 Н).
20. 20. Способ по п.14, в котором стопор пружины прикреплен по меньшей мере к одному концу пружины.
21. 21. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, плавкий участок стопора пружины изготовлен из термопластичного полимерного материала.
22. 22. Способ по п.14, в котором металлическая сетка представляет собой тканую металлическую сетку.
23. 23. Способ по п.14, в котором кольцевая пробка уменьшает интенсивность потока в кольцевом пространстве по меньшей мере на 20% и самое большее на 100%.
24. 24. Способ по п.14, в котором нагрев в зоне кольцевого пространства для плавления стопора пружины осуществляется с помощью нагнетания пара.
25. 25. Способ по п.14, дополнительно содержащий использование множества отрезков колонны хвостовика, как многочисленных звеньев во всей компоновке колонны хвостовика, для создания множества кольцевых пробок в многочисленных зонах ствола скважины.
26. 26. Способ изготовления системы по п.1, содержащий этапы, на которых устанавливают вокруг, по меньшей мере, проницаемого участка колонны хвостовика нагруженную спиральную пружину, причем нагруженное состояние выбирают из группы, состоящей из растянутого состояния и сжатого состояния, прикрепляют стопор пружины к указанной пружине для поддержания ее в нагруженном состоянии, причем указанный стопор, по меньшей мере, частично выполняют из материала, способного плавиться при температуре выше заданной температуры и в результате терять способность поддерживания спиральной пружины в нагруженном состоянии, устанавливают металлическую сетку во взаимосвязи с нагруженной спиральной пружиной так, что, когда спиральная пружина переходит из нагруженного состояния в ненагруженное состояние, металлическая сетка расширяется наружу в радиальном направлении.