RU2412325C2 - Способ, узел и система для бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области бурения скважин. Способ, осуществляемый в скважине, содержит спуск двигателя в скважину, приведение в действие двигателя для вращения бурового долота и использование двигателя для выкачивания скважинной текучей среды из скважины. Скважинный узел содержит трубчатый элемент, вал, размещенный в трубчатом элементе, первый привод, приспособленный в режиме бурового двигателя узла вращать вал в ответ на такую среду, проходящую через трубчатый элемент с поверхности скважины, и второй привод, приспособленный в режиме насоса узла вращать вал для выкачивания скважинной текучей среды из скважины на поверхность скважины. Скважинная система содержит колонну, изолирующее устройство, приспособленное для избирательного приведения в действие для изолирования кольцевого пространства снаружи колонны, буровое долото, и узел, приспособленный в первом режиме работы узла вращать буровое долото и во втором режиме узла выкачивать скважинную текучую среду из скважины на поверхность скважины. Обеспечивает уменьшение количества спускоподъемных операций, используемых для завершения скважин. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Предшествующий уровень техники изобретения

Настоящее изобретение в основном относится к способу и устройству для бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции.

Одним из способов бурения углеводородной скважины является использование гидравлической энергии буровой текучей среды (например, бурового раствора или воды) для вращения бурового долота. Более конкретно, обычная буровая колонна может включать в себя, среди прочих компонентов, буровое долото и двигатель (называемый «гидравлический забойный двигатель»), который расположен возле нижней части колонны над буровым долотом. Буровой раствор обычно течет из насоса бурового раствора на поверхности скважины через центральный канал буровой колонны и возвращается в насос бурового раствора через кольцевое пространство скважины. Во время бурения буровая колонная остается неподвижной (как пример) и буровой раствор создает вращающую силу на роторе гидравлического забойного двигателя, который заставляет вращаться буровое долото, соединенное с ротором. Помимо вращения бурового долота буровой раствор может выполнять другие функции, такие как охлаждение бурового долота, вынос удаленной породы на поверхность скважины и подавление добычи.

Обсадная колонна может быть установлена по мере бурения. Установка обсадной колонны может быть первым из многих этапов для завершения скважины, и, обычно, несколько спускоподъемных операций по завершению скважины выполняется после операции бурения. Спускоподъемные операции (определенные как полный проход в и из скважины) могут включать в себя, например, спуск-подъем для перфорирования скважины и одну или несколько спускоподъемных операций для установки добывающих труб, насосов, пакеров, облицовки, песчаных сетчатых фильтров и так далее. Каждый спуск-подъем в скважину обычно увеличивает стоимость завершения скважины.

Таким образом, существует необходимость уменьшения количества спускоподъемных операций, используемых для завершения скважины.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создан способ бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции, содержащий следующие этапы: спуск двигателя в скважину, приведение в действие двигателя для вращения бурового долота в первом режиме работы двигателя и использование двигателя для выкачивания скважинной текучей среды из скважины во втором режиме работы двигателя, при этом двигатель содержит клапан, открытый во втором режиме работы двигателя.

Использование и приведение в действие двигателя может осуществляться после спуска и без поднятия двигателя из скважины.

Использование двигателя может содержать преобразование, по меньшей мере, части двигателя в насос.

Приведение в действие двигателя может содержать перемещение бурового раствора с поверхности скважины к двигателю, осуществление контакта двигателя с буровым раствором и вращение вала, соединенного с буровым долотом, в ответ на контакт.

Использование двигателя может содержать вращение привода для выкачивания скважинной текучей среды из скважины. Вращение привода может содержать подачу одной из механической, гидравлической и электрической энергий в скважину с поверхности скважины для вращения привода.

Способ может дополнительно содержать спуск в скважину вместе с двигателем изолирующего устройства и приведение его в действие для изоляции кольцевого пространства скважины после приведения в действие двигателя. В способе можно использовать изолирующее устройство, содержащее, по меньшей мере, одно из следующего: устанавливаемый механически пакер, устанавливаемый под весом колонны пакер, устанавливаемый гидравлически пакер, надувной пакер или разбухающий материал.

Согласно изобретению создан узел для бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции, содержащий трубчатый элемент, вал, размещенный в трубчатом элементе, первый привод, приспособленный при работе узла в режиме бурового двигателя вращать вал в ответ на среду, проходящую через трубчатый элемент с поверхности скважины, и второй привод, приспособленный при работе узла в режиме насоса вращать вал для выкачивания скважинной текучей среды из скважины на поверхность скважины, и изолирующее устройство, приспособленное для приведения в действие для изоляции кольцевого пространства скважины при работе узла в режиме насоса.

Первый привод может выкачивать скважинную текучую среду на поверхность скважины при работе узла в режиме насоса.

Первый привод может вращать вал в первом направлении вращения при работе узла в режиме бурового двигателя, и второй привод может вращать вал во втором направлении вращения, противоположном первому направлению вращения, при работе узла в режиме насоса.

Первый привод может содержать спирально расположенные ребра или турбины.

Второй привод может содержать одно из следующего: электрический двигатель, гидравлический привод, механический привод.

Согласно изобретению создана система для бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции, содержащая колонну, буровое долото, узел, приспособленный в первом режиме его работы вращать буровое долото, и во втором режиме его работы выкачивать скважинную текучую среду из скважины на поверхность скважины, и изолирующее устройство, приспособленное для избирательного приведения в действие для изоляции кольцевого пространства снаружи колонны во втором режиме работы узла.

Узел может приводиться в действие для вращения бурового долота в первом режиме работы узла в ответ на текучую среду, проходящую через колонну.

Узел может быть приспособлен для выкачивания скважинной текучей среды через колонну во втором режиме работы узла.

Система может дополнительно содержать клапан, приспособленный быть закрытым в первом режиме работы узла и открытым во втором режиме работы узла для приема скважинной текучей среды.

Узел может содержать привод, задействованный в обоих режимах узла работы узла.

Узел может быть приспособлен для изменения своего источника энергии в зависимости от работы узла в первом или втором режиме.

Изолирующее устройство может содержать, по меньшей мере, одно из следующего: устанавливаемый механически пакер, устанавливаемый под весом колонны пакер, устанавливаемый гидравлически пакер, надувной пакер или разбухающий материал.

Система может дополнительно содержать клапан, расположенный над узлом и приспособленный для облегчения газлифтных операций для добычи скважинной текучей среды через колонну.

Преимущества и другие признаки изобретения станут понятны из прилагающихся чертежей, описания и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является схематическим видом колонны, используемой в буровой операции в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.2 является схематическим видом колонны, используемой в операции добычи в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3 является блок-схемой способа бурения и завершения скважины в соответствии с вариантами осуществления изобретения.

Фиг.4 является схематическим видом узла двигателя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.5 является блок-схемой способа бурения и завершения скважины в соответствии с вариантами осуществления изобретения.

Фиг.6 является схемой бурового привода в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.7 является видом поперечного сечения, по линии 7-7 на фиг.6 в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.8 является видом поперечного сечения электрического двигателя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.9 и 10 являются схемами-диаграммами узла двигателя в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.

Фиг.11 и 12 являются схемами изолирующих устройств колонны в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.

Подробное описание

На фиг.1 показан выполненный в соответствии с вариантами осуществления изобретения узел 30 скважинного двигателя, сконструированный для работы в качестве бурового двигателя и в качестве насоса скважинной текучей среды. Более конкретно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, узел 30 мотора является частью забойного узла 28 трубчатой колонны 20. Над забойным узлом 28 колонна 20 может, например, иметь насосно-компрессорную трубу или трубчатую структуру, образованную соединенными трубчатыми секциями, что зависит от конкретного варианта осуществления изобретения. Скважина, в которой размещена колонна 20, может быть подземной скважиной или морской скважиной в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Скважина может быть или не быть облицована обсадной колонной 10 в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Таким образом, эти и другие варианты являются возможными и находятся в объеме прилагающейся формулы изобретения.

Узел 30 двигателя сконструирован для работы в одном из двух различных режимов работы. В первом режиме работы узел 30 двигателя работает как двигатель на буровом растворе или «забойный двигатель», для вращения бурового долота 34 забойного узла 28. Во втором режиме работы узел 30 двигателя работает как насос скважинной текучей среды для выкачивания ее через колонну 20 на поверхность скважины. Таким образом, узел 30 двигателя сначала работает в первом режиме работы для бурения скважины, и затем работает во втором режиме работы для выкачивания скважинной текучей среды из скважины.

Таким образом, колонна 20 сначала работает как буровая колонна, и, как часть буровой колонны, узел 30 двигателя работает в его первом режиме работы для вращения бурового долота 34 для прохождения скважины, как изображено ссылкой 14. Вращение узла двигателя бурового долота 34 происходит благодаря буровому раствору, который циркулирует по пути, который включает в себя центральный канал колонны и кольцевое пространство 12 скважины. Более конкретно, буровой раствор выходит из насоса бурового раствора (не показан) на поверхности скважины и формирует поток 16 через центральный канал колонны 20, и поток 16 приводит в движение узел 30 двигателя, заставляя его вращать буровое долото 34. Выше выходных сопел (не показаны) около бурового долота 34 буровой раствор образует поток 18 в кольцевом пространстве 12, проходящий обратно на поверхность скважины.

В дополнение к забойному узлу 28 колонна 20 может включать в себя другие различные компоненты или инструменты, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, колонна 20 включает в себя изолирующее устройство 24, которое может быть приведено в действие, «установлено», для образования уплотнения в кольцеобразном зазоре между внешней поверхностью колонны 20 и окружающей скважиной или обсадной колонной 10, в зависимости от того, обсажена скважина или нет. Более конкретно, когда узел 30 двигателя находится в его первом режиме работы (и, следовательно, используется как забойный мотор), изолирующее устройство 24 остается деактивированным, или неустановленным, оставляя кольцевое пространство 12 неограниченным, и обеспечивает обратный поток 18 бурового раствора на поверхность скважины. Однако, как дополнительно описывается далее, в его втором режиме работы, узел 30 двигателя работает как добывающий насос флюида, и для этого режима работы изолирующее устройство 24 приводится в действие для создания уплотнения внутри кольцеобразного зазора 12. Более конкретно, приведение в действие изолирующего устройства 24 образует уплотнение в кольцеобразном зазоре для изолирования кольцеобразного пространства ниже изолирующего устройства 24 от кольцевого пространства выше изолирующего устройства 24.

Среди его других признаков, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, забойный узел 28 включает в себя перепускной клапан 38, который является закрытым в первом режиме работы узла 30 двигателя. Однако для второго режима работы узла 30 двигателя клапан 38 является открытым для облегчения протекания скважинной текучей среды в центральный канал колонны 20.

Фиг.2 изображает колонну 20 для второго режима работы узла 30 двигателя, режима, в котором колонна 20 работает как добывающая колонна для пропускания потока 50 скважинной текучей среды через центральный канал колонны 20 на поверхность скважины. Дополнительно для второго режима работы, клапан 38 открывается для открытия множества радиальных каналов 42 протекания скважинной текучей среды для облегчения поступления скважинной текучей среды (как показано потоком 48 на фиг.2) в центральный канал колонны 20. Следует отметить, что скважинный флюид течет в колонну 20 через буровые сопла (не показаны), которые расположены около бурового долота 34. Однако открытие клапана 38 обеспечивает увеличенную площадь потока в колонну 20 для второго режима работы.

Как изображено на фиг.2, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, клапан 38 может быть трубчатым клапаном, который включает в себя муфту 39, которая скользит между открытым положением (изображено на фиг.2) и его начальным закрытым положением (изображено на фиг.1). Как также изображено на фиг.2, когда узел 30 мотора находится во втором режиме работы, изолирующее устройство 24 приводится в действие или устанавливается. Более конкретно, в процессе установки изолирующее устройство 24 радиально расширяется для изолирования кольцеобразного зазора скважины для создания нижней области 46 ниже изолирующего устройства 24 и верхней области 44 выше изолирующего устройства 24.

Таким образом, при работе в его втором режиме работы, узел 30 двигателя перекачивает скважинный флюид из нижней области 46 в центральный канал колонны 20, где формируется соответствующий поток 50 (вследствие перекачивания узлом 30 двигателя) на поверхность скважины.

Благодаря вышеописанным двум режимам работы узла 30 двигателя скважина может быть пробурена и завершена только за половину спускоподъемных операций (т.е. оборудование спускается в скважину без подъема из скважины), тем самым потенциально приводя к значительному снижению стоимости завершения скважины.

В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения клапан, контролируемый разностью давлений, которая устанавливается узлом 30 двигателя, может быть заменен на клапан 38. Этот другой клапан может включать в себя радиальные каналы, которые предназначены для протекания текучей среды между кольцевым пространством и центральным каналом колонны 20. Протекание через каналы может контролироваться разрывным диском. Во время бурения скважины разность давлений изнутри и снаружи колонны 20 является недостаточным для разрыва диска. Однако, после переведения узла 30 двигателя в режим добывающего насоса текучей среды, работа узла 30 создает локальное падение давления (созданное попытками прокачать скважинный флюид через сопла забойного узла 28, например), которое разрывает диск и открывает поток через радиальные каналы. В качестве альтернативы, вышеописанная разность давлений может быть использована в клапане (заменяющем клапан) для сдвига штока клапана для освобождения механической муфты (которая приводится в движение разностью давлений) для открытия и обеспечения потока через радиальные каналы. Таким образом, многие вариации являются возможными и находятся в объеме формулы изобретения.

Показанный на фиг.3, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, способ 80 бурения и завершения скважины включает в себя спуск на этапе 84 колонны (которая является колонной 20) в скважину в ходе буровой операции и, по окончании буровой операции, преобразование (на этапе 88) бурового двигателя (такого как узел 30 двигателя) колонны в насос скважинной текучей среды без извлечения колонны из скважины. Затем буровой двигатель работает как насос скважинной текучей среды для добычи скважинной текучей среды через колонну на поверхность скважины на этапе 92.

В целях упрощения описания двухрежимной работы узла 30 двигателя на фиг.1 и 2 приведено упрощенное изображение забойного узла 28. Однако забойный узел 28 может включать в себя другие различные компоненты, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, забойный узел 28 может включать в себя отклоняющий переводник и/или стабилизаторы, которые могут быть полезными для направленного бурения. Более того, в соответствии с вариантами осуществления изобретения, забойный узел 28 может включать в себя механизм контроля песка, такой как песчаный сетчатый фильтр, расширяющийся песчаный фильтр или надувной фильтр или щелевая облицовка. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения забойный узел 28 может включать в себя песчаный фильтр с растворимыми щелями, которые сконфигурированы для открытия, когда буровой мотор работает в качестве насоса бурового флюида. Забойный узел 28 может также включать в себя, в качестве дополнительного примера, электрические или гидравлические ориентирующие и, возможно, вращающиеся инструменты.

Показанный на фиг.4 и выполненный в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения узел 30 двигателя включает в себя буровой привод 160, который в первом режиме работы приводится в действие буровым раствором, который течет между верхним 151 и нижним 174 каналами узла 30 мотора и вращает вал 179, который соединен с буровым долотом 34 (фиг.1). Колонна 20 остается неподвижной, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Однако буровой раствор обеспечивает гидравлическую энергию для приложения вращающей силы к валу 170, заставляя вал 170 и буровое долото 34 вращаться относительно колонны 20. В качестве примера буровой привод 160 может быть нагнетательным забойным двигателем (НЗМ) или турбодвигателем, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Независимо от конкретной формы бурового привода 160 он преобразует поток бурового раствора во вращение бурового долота 34.

В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения колонна 20 может вращаться во время бурения. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, колонна 20 может быть образована из соединенных трубчатых секций и может вращаться во время бурения для увеличения скорости проникновения и очищающих возможностей ствола скважины. Более того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, забойный узел 28 может включать в себя отклоняющий переводник для направленного бурения и, поэтому, может понадобится скольжение и вращение колонны 20. Таким образом, многие вариации являются возможными и находятся в объеме формулы изобретения.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения узел 30 двигателя также включает в себя привод насоса 150. Привод 150 насоса подсоединен к валу 170 для вращения вала 170 во время работы во втором режиме, в котором узел 30 двигателя работает как насос скважинного флюида. Более конкретно, привод насоса 150 остается неактивным во время первого режима работы, в котором узел 30 двигателя работает как буровой двигатель. По завершении работы в первом режиме поток бурового раствора через узел 30 мотора прекращается, и вал 170 прекращает вращаться. В этот момент энергия (например, гидравлическая, механическая или электрическая) подается с поверхности скважины для активации привода 150 насоса, которая заставляет привод 150 насоса вращать вал 170.

Более конкретно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, будучи активированным, привод 150 насоса вращает вал 170 в противоположном направлении по отношению к вращению вала 170 во время первого режима. Следует отметить, что буровое долото может вращаться или не вращаться во время второго режима работы, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения.

Вращение вала 170 приводом 150 насоса заставляет буровой привод 160 становиться насосом. Другими словами, во время вращения вала 170 буровой привод 160 создает падение давления, которое заставляет узел 30 мотора принимать скважинную текучую среду через нижний канал 174 и пропускать ее через верхний канал 151 в центральный канал колонны 20 для формирования потока 50 (фиг.2) на поверхность. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения буровой привод 160, привод 150 насоса и вал 170 образуют центробежный насос.

Несмотря на то, что фиг.4 изображает привод 150 насоса над буровым приводом 160, это положение может быть изменено в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения. Размещение привода 150 насоса ниже бурового привода 160 может быть преимущественным для целей охлаждения.

Показанный на фиг.5 способ 100 может быть использован для целей эксплуатации узла 30 двигателя в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. В соответствии со способом 100 в первом режиме работы буровой раствор проходит через буровой привод 160 узла 30 двигателя на этапе 104. После завершения буровой операции на этапе 108 активируется привод 150 насоса узла 30 двигателя на этапе 112. Активация привода 150 насоса, наоборот, преобразовывает буровой привод 160 в насос скважинной текучей среды на этапе 116.

На фиг.6, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, буровой привод 160 включает в себя ротор 220, который соединен с валом 170 (фиг.3). Ротор 220 включает в себя спирально расположенные ребра, которые преобразуют силу, прилагаемую буровым раствором, во вращение вала 170 и ротора 220. Более конкретно, как показано на фиг.7, буровой привод 160 включает в себя корпус 230, который, в свою очередь, заключает в себе статор 230. Статор 230 образует камеру 210, в которой вращается ротор 220. Профиль камеры 210 образует разноразмерные и непрерывно изменяющиеся углубления между ротором 220 и корпусом 230 по мере вращения ротора 220. Движение бурового флюида через камеру 210 вызывает соответствующее вращение ротора 220. Наоборот, во время работы во втором режиме узла 30 двигателя, вращение ротора 220 приводом 150 насоса вызывает соответствующее перемещение текучей среды через камеру 210, поскольку буровой привод 160 работает как насос.

Фиг.8 изображает примерный вариант осуществления 300 привода насоса (т.е. используемого для привода 150 насоса на фиг.5) в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Привод 300 насоса является, например, электрическим индукционным мотором. В качестве примера, проводная буровая труба может быть использована для телеметрического способа для управления переключением электрического мотора и для доставки электрической энергии к мотору, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Как показано на фиг.8, электрический двигатель 300 включает в себя статор 340, который размещен внутри корпуса 304 двигателя 300. Ребристый ротор 350 (для этого примера) размещен внутри статора 340 и вращается благодаря электрической энергии, которая протекает через обмотки статора 340. Ротор 350 подсоединен к валу 170, вызывая соответствующее вращение вала 170 в ответ на прием статором 340 электрической энергии. Как также изображено на фиг.8, двигатель 300 может включать в себя верхний 330 и нижний 332 уплотнители вала для формирования изоляции от флюида между валом 170 и корпусом 304, для изолирования флюида от электрических компонентов двигателя 300. Электрический двигатель 300 может включать в себя различные компоненты, такие как пусковая схема (в качестве примера), в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения.

Как изображено на фиг.8, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, двигатель 300 включает в себя байпасс, который образован из, например, радиальных каналов 324, которые направляют флюид из центрального канала колонны в один или более продольных перепускных каналов 320 (один перепускной канал 320 изображен на фиг.8), которые направляют поток флюида мимо электрических компонентов двигателя 300. Соответствующие радиальные каналы 328 устанавливают соединение между одним или более продольных каналов 320 и центральным каналом колонны 20 ниже электрических компонентов двигателя 300.

Следует отметить, что индукционный двигатель является одним из множества различных типов электрических двигателей, которые могут быть использованы для приведения в действие насоса в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Более того, приводы, отличные от электроприводов, могут быть использованы в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения. Например, фиг.9 изображает альтернативный узел 400 двигателя в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Узел 400 двигателя имеет ту же основную конструкцию, что и узел 30 двигателя (фиг.3). Однако, в отличие от узла 30, узел 400 включает в себя гидравлический привод 310, который работает как привод 150 насоса (фиг.5). Гидравлический привод 410 (т.е. привод насоса) может приводиться в действие, например, посредством гидравлических линий 420, которые выходят на поверхность скважины. Таким образом, насос на поверхности скважины может прокачивать текучую среду через гидравлические линии 420 для вращения вала 170 в нужном направлении вращения во время второго режима работы узла 400 двигателя, в котором узел 400 двигателя работает как насос.

В качестве альтернативы, как показано на фиг.10, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, может быть использован узел 430 двигателя. Узел 430, так же как узлы 30 и 400, приводится в действие для вращения вала 170 во время второго режима работы. Однако узел 430 включает в себя механический привод 436, который работает как привод насоса. Механический привод 436 может быть приведен в действие, например, штангой 440 (витой штангой, например), которая выходит из механического привода 436 на поверхность скважины. Таким образом, штанга 440 может вращаться двигателем на поверхности скважины во время второго режима работы для вращения вала 170.

Как показано на фиг.1, изолирующее устройство 24 может быть выбрано из множества различных форм, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Например, как показано на фиг.11, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, изолирующее устройство 24 может быть обычным компрессионным пакером 500. Таким образом, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, пакер 500 может включать в себя верхнюю 506 и нижнюю 508 манжеты, которые сжимают эластомерное кольцо 504, расположенное между манжетами 506 и 508 при установке пакера 500. Сжатие эластомерного кольца 504 заставляет эластомерное кольцо 504 радиально расширяться для формирования кольцеообразного уплотнения. Пакер 500 может быть устанавливаемым механически, устанавливаемым под весом колонны или устанавливаемым гидравлически пакером (в качестве примера), в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения.

Как показано на фиг.12, в других вариантах осуществления изобретения, для изолирующего устройства может быть использован пакер 550 с разбухающим материалом. В этом случае пакер 550 может включать в себя разбухающий материал 554, который размещается на внешней поверхности колонны 20. Конкретная конструкция пакера 550 может быть выбрана из множества форм, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, разбухающий материал может разбухать в присутствии углеводородов. Разбухание материала 554 может происходить при относительно низкой скорости, так что колонна 20 может изначально использоваться как буровая колонна. В связи с этим относительно низкая скорость разбухания разбухающего материала 554 позволяет буровому флюиду миновать разбухающий материал 554 и возвращаться на поверхность по мере формирования скважины. По завершении буровой операции для разбухающего материала 554 может быть предусмотрено дополнительное время для полного радиального расширения для формирования уплотнения для второго режима работы. После того, как сформировано кольцеобразное уплотнение, узел мотора может быть преобразован для работы в качестве насоса скважинного флюида.

В других вариантах осуществления изобретения пакер 550 может включать в себя, например, скважинный резервуар 560, который содержит инициирующую текучую среду для активации разбухающего материала 554. Таким образом, разбухающий материал 554 может быть инициирован путем высвобождения текучей среды в резервуаре 560 для разбухания, и это высвобождение может быть инициировано в конце операции бурения. Высвобождение инициирующей текучей среды может происходить, например, в ответ на удаленно переданную команду, которая передается через буровой раствор, через электрический кабель, акустически и так далее. В качестве альтернативы, колонна 30 может включать в себя изолирующее устройство, которое образуется из комбинации компрессионного пакера и разбухающего материала.

В качестве альтернативы, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, разбухающий материал 554 может иметь контролируемую скорость разбухания и также иметь возможность опять сжиматься обратно, если возникнет необходимость поднять колонну 20 из скважины. В качестве еще одной вариации, пробка может быть закачана через колонну 20 с поверхности скважины для инициирования разбухания. В связи с этим, внутренний диаметр разбухающего материала может быть увеличен пробкой. Инициированное разбухание разбухающего материала может поддерживаться с помощью добывающего флюида.

В качестве еще одного примера, изолирующее устройство 24 может быть надувным пакером или сочетанием надувного пакера с разбухающим материалом, в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения изолирующее устройство 24 может быть в качестве альтернативы установлено на обсадной колонне 10 вместо того, чтобы быть частью колонны 20. Вследствие этого, обсадная колонна 10 может включать в себя специальное соединение обсадной колонны, содержащее изолирующее устройство. В качестве более конкретных примеров (а именно только нескольких), соединение может быть облицовано разбухающим материалом или может включать в себя надувной пакер.

Колонна 20 может включать в себя инструменты, отличные от описанных выше, в соответствии с различными возможными вариантами осуществления изобретения. Например, ссылаясь опять на фиг.1 и фиг.2, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, колонна 20 может включать в себя перепускной клапан 37, который расположен выше узла 30 двигателя. Перепускной клапан 37 является закрытым во время буровой операции и обычно закрытым во время добычи скважинной текучей среды из колонны 20. Однако, если узел 30 двигателя выйдет из строя во время его второго режима работы, перепускной клапан 37 может быть открыт (посредством удаленно переданной стимулирующей команды с поверхности скважины, например) для установления потока в колонну выше узла 30 двигателя. Таким образом, скважинная текучая среда может добываться с использованием газлифтной техники.

Колонна 20 может также включать в себя перфоратор, который может быть приведен в действие до начала работы узла во втором режиме. В качестве другого примера потенциального варианта осуществления изобретения колонна 20 может включать в себя датчики для мониторинга бурения и последующей добычи из скважины. Более того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, колонна 20 может включать в себя линии нагнетания химикатов. Таким образом, многие вариации являются возможными и находятся в объеме формулы изобретения.

Буровая операция может быть буровой операцией при повышенном или пониженном давлении, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Таким образом, бурение при пониженном давлении может обеспечивать преимущество в экономии времени и предотвращении разрушения формации по мере приближения к зоне добычи. Дополнительно, скорость прохождения может иметь преимущества особенно при бурении наслоений. В других вариантах осуществления изобретения может быть использовано балансируемое бурение или бурение с управляемым давлением, в которых достигается некоторая степень управления давлением с помощью глушения с поверхности скважины.

Как показано на фиг.1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, центральный канал колонны 20 может быть изолирован во время приложения к колонне давления. После приложения давления, однако, внутренний клапан (такой как шариковый клапан, например), который образует внутреннее уплотнение, может быть активирован, чтобы открыть протекание флюида через центральный канал так, что могут начаться бурение и последующее выкачивание.

Несмотря на то, что вышеописанные здесь способ и системы являются особенно полезными для бурения и последующего выкачивания за половину спускоподъемных операций, техники и системы могут также быть выгодно использованы для операций, которые включают в себя более чем половину спускоподъемных операций. Например, во время бурения колонна 20 может быть извлечена для, например, смены бурового долота в случае длинной скважины. Несмотря на то, что используется более половины спускоподъемных операций, колонна 20 все равно используется как добывающая труба благодаря двойному использованию узла 30 мотора, экономя, таким образом, дополнительные спускоподъемные операции.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на ограниченное количество вариантов осуществления, специалисты в данной области техники, имеющие это раскрытие, оценят его многочисленные модификации и вариации. Предполагается, что прилагающая формула изобретения покрывает все такие модификации и вариации как попадающие в сущность и объем настоящего изобретения.

Claims (21)

1. Способ бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции, содержащий следующие этапы: спуск двигателя в скважину, приведение в действие двигателя для вращения бурового долота в первом режиме работы двигателя и использование двигателя для выкачивания скважинной текучей среды из скважины во втором режиме работы двигателя, при этом двигатель содержит клапан, открытый во втором режиме работы двигателя.

2. Способ по п.1, в котором использование и приведение в действие двигателя осуществляются после спуска и без поднятия двигателя из скважины.

3. Способ по п.1, в котором использование двигателя содержит преобразование, по меньшей мере, части двигателя в насос.

4. Способ по п.1, в котором приведение в действие двигателя содержит перемещение бурового раствора с поверхности скважины к двигателю, осуществление контакта двигателя с буровым раствором, вращение вала, соединенного с буровым долотом, в ответ на контакт.

5. Способ по п.4, в котором использование двигателя содержит вращение привода для выкачивания скважинной текучей среды из скважины.

6. Способ по п.5, в котором вращение привода содержит подачу одну из механической, гидравлической и электрической энергий в скважину с поверхности скважины для вращения привода.

7. Способ по п.1, дополнительно содержащий спуск в скважину вместе с двигателем изолирующего устройства и приведение его в действие для изоляции кольцевого пространства скважины после приведения в действие двигателя.

8. Способ по п.7, в котором используют изолирующее устройство, содержащее, по меньшей мере, одно из следующего: устанавливаемый механически пакер, устанавливаемый под весом колонны пакер, устанавливаемый гидравлически пакер, надувной пакер или разбухающий материал.

9. Узел для бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции, содержащий трубчатый элемент, вал, размещенный в трубчатом элементе, первый привод, приспособленный при работе узла в режиме бурового двигателя узла вращать вал в ответ на текучую среду, проходящую через трубчатый элемент с поверхности скважины, и второй привод, приспособленный при работе узла в режиме насоса вращать вал для выкачивания скважинной текучей среды из скважины на поверхность скважины, и изолирующее устройство, приспособленное для приведения в действие для изоляции кольцевого пространства скважины при работе узла в режиме насоса.

10. Узел по п.9, в котором первый привод способен выкачивать скважинную текучую среду на поверхность скважины при работе узла в режиме насоса.

11. Узел по п.9, в котором первый привод приспособлен для вращения вала в первом направлении вращения при работе узла в режиме бурового двигателя и второй привод приспособлен для вращения вала во втором направлении вращения, противоположном первому направлению вращения, при работе узла в режиме насоса.

12. Узел по п.9, в котором первый привод содержит спирально расположенные ребра или турбины.

13. Узел по п.9, в котором второй привод содержит одно из следующего: электрический двигатель, гидравлический привод, механический привод.

14. Система для бурения и завершения скважины за половину спускоподъемной операции, содержащая колонну, буровое долото, узел, приспособленный в первом режиме его работы вращать буровое долото и во втором режиме его работы выкачивать скважинную текучую среду из скважины на поверхность скважины, и изолирующее устройство, приспособленное для избирательного приведения в действие для изоляции кольцевого пространства снаружи колонны во втором режиме работы узла.

15. Система по п.14, в которой узел приспособлен приводится в действие для вращения бурового долота в первом режиме в ответ на текучую среду, проходящую через колонну.

16. Система по п.14, в которой узел приспособлен для выкачивания скважинной текучей среды через колонну во втором режиме работы узла.

17. Система по п.14, дополнительно содержащая клапан, приспособленный быть закрытым в первом режиме работы узла и открытым во втором режиме работы узла для приема скважинной текучей среды.

18. Система по п.14, в которой узел содержит привод, задействованный в обоих режимах узла.

19. Система по п.14, в которой узел приспособлен для изменения своего источника энергии в зависимости от работы узла в первом или втором режиме.

20. Система по п.14, в которой изолирующее устройство содержит, по меньшей мере, одно из следующего: устанавливаемый механически пакер, устанавливаемый под весом колонны пакер, устанавливаемый гидравлически пакер, надувной пакер или разбухающий материал.

21. Система по п.14, дополнительно содержащая клапан, расположенный над узлом и приспособленный для облегчения газлифтных операций для добычи скважинной текучей среды через колонну.

Images