RU2754406C1 - Система и оборудование для многостадийных гидравлических разрывов пласта - Google Patents

Abstract

Настоящее техническое решение в общем относится к области гидравлического разрыва нефтяных и газовых пластов, а в частности к многостадийному разрыву пласта с контролируемым воздействием на выбранные зоны вдоль ствола скважины с целью создания множественных трещин. Активационный элемент выполнен с возможностью перемещения вниз по стволу обсадной колонны, расположенной в скважине, для сопряжения и перемещения сдвижной втулки, связанной с обсадной колонной, для открытия одного или нескольких отверстий в обсадной колонне и содержит цилиндрический полый корпус, проходящий между верхним концом и нижним концом и имеющий две ближайшие краевые части, проходящие между верхним концом и нижним концом. Причем две краевые части являются отдельными и подвижными относительно друг друга. Посадочное седло выполнено с возможностью приема заглушки для закрытия внутреннего отверстия, при этом внешняя поверхность полого корпуса содержит один или несколько выступов и/или канавок, выполненных с возможностью сопряжения с одной или несколькими соответствующими канавками и/или выступами сдвижной втулки. Также предложена система для контролируемого воздействия на выбранные интервалы вдоль ствола скважины текучей средой под давлением. Технический результат - повышение эффективности эксплуатации скважин после многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП). 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 31 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее техническое решение в общем относится к области гидравлического разрыва нефтяных и газовых пластов, а в частности к многостадийному разрыву пласта с контролируемым воздействием на выбранные зоны вдоль ствола скважины с целью создания множественных трещин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] В текущем уровне техники способы многостадийного гидроразрыва пласта обычно требуют использования нескольких изолирующих элементов, установленных последовательно в стволе скважины, что позволяет последовательно изолировать и обрабатывать интервалы ствола скважины и пласта. Как правило, последовательная изоляция и ГРП производятся снизу вверх, так как это наиболее эффективный, оперативный способ с наименьшим риском. Изолирующими элементами могут быть мостовые пробки, спущенные и установленные на кабеле, градуированные шарики с градуированными седлами, шары с шаровыми седлами со счетным или храповым механизмом, изолирующие элементы с геометрическим профилем, которые взаимодействуют только с определенным профилем в стволе скважины, а также пакеры, спускаемые на ГНКТ и другие.

[003] Из уровня техники известно техническое решение, описанное в патенте США №6222350, которое раскрывает систему типа сдвижной муфты, активируемой градуированным шариком, в котором в качестве изолирующих элементов используются шарики, прокачиваемые с поверхности. Эта система включает метод сброса шарика в сдвижную муфту, в которой используются градуированные шары. Процесс включает в себя установку эксплуатационной обсадной колонны или хвостовика с портами, закрытыми сдвижной муфтой. Каждая муфта имеет седло для шара разного диаметра, постепенно увеличивающегося. Чтобы провести ГРП, шар сбрасывается в ствол скважины и прокачивается до соответствующего седла, в котором он приземляется, и образует хотя бы частичное уплотнение. Давление повышается в верхней части ствола скважины над установленным шаром до тех пор, пока срезной элемент в муфте не срежется от перепада давления, в результате чего внутренняя втулка перемещается ниже в ствол скважины, открывая окна между стволом скважины и пластом. В этом способе шар и седло шара являются изолирующими элементами. Происходит гидроразрыв пласта через этот порт, затем сбрасывается шар большего диаметра, он садится в соответствующее седло. Процесс повторяется до открытия всех муфт и проведения гидроразрыва пласта на всех интервалах. Каждый интервал изолируется от предыдущего шаром с постепенно возрастающим диаметров. Система имеет ограниченное количество стадий, так как диаметр шара постепенно увеличивается и становится слишком большим для закачки в скважину. Основным недостатком этой системы является то, что количество стадий ограничено диаметром обсадной колонны, что ограничивает количество используемых шариков и в свою очередь количество интервалов для гидроразрыва пласта. Еще один недостаток - седла шара являются ограничениями в стволе скважины, которые снижают добычу скважины. Их необходимо фрезеровать с помощью гибких насосно-компрессорных труб, что увеличивает затраты на скважину.

[004] В сдвижных муфтах, активируемых гибкими трубами, используется пакер и плашки в компоновке низа колонны гибких труб для герметизации и зацепления сдвижной муфты. В скважине повышается давление, которое передает гидравлическое усилие на сдвижную муфту, открывая ее и открывая отверстия, для гидроразрыва пласта. В этом способе уплотнения и плашки компоновки колонны действуют как изолирующий элемент. Ограничением метода является то, что использование гибких НКТ требует дополнительных затрат. Кроме того, поскольку используются гибкие НКТ, максимальная глубина установки муфт ограничена максимально возможной глубиной спуска ГНКТ. ГНКТ не может быть спущена на такую же длину горизонтального ствола, как и обсадная колонна, так как обсадную колонну при спуске можно вращать и проталкивать под действием веса. Преимущества этого способа в том, что в составе колонны может быть установлено неограниченное количество муфт и проведено неограниченное количество гидроразрывов. Еще одно преимущество заключается в том, что если во время гидроразрыва происходит внеплановая остановка закачки, скважина может быть легко очищена с помощью циркуляции, и следующая муфта может быть легко открыта для восстановления сообщения с пластом. Применение данных муфт нежелательно, так как нет возможности открыть муфты в горизонтальном участке, а применение ГНКТ увеличивает стоимость работ. Использование ГНКТ увеличивает давление закачки и уменьшает расход насосов.

[005] Система сдвижных муфт, приводимых в действие активирующей пробкой, включает установку обсадной колонны или хвостовика, имеющих порты, которые закрыты сдвижными муфтами. Каждая сдвижная муфта имеет внутренний профиль, и каждый профиль имеет соответствующий пробку с профилем. Для выполнения гидроразрыва в ствол скважины спускается активирующая пробка, которая прокачивается в соответствующую сдвижную муфту, где она соединяется, входит в зацепление и по меньшей мере частично образует уплотнение. Давление увеличивается в верхней части ствола скважины над пробкой до тех пор, пока срезной элемент в муфте не срежется из-за перепада давления и муфта не сдвинется вниз, открывая сообщение между скважиной и пластом. Затем через этот порт проводится гидроразрыв. После в скважину закачивают следующую активационную пробку, которая садится и герметизируется на следующей муфте. Процесс повторяется, пока не будут открыты все желаемые муфты и проведены гидроразрывы. Каждый интервал гидроразрыва изолирован от того, что находится под ним, с помощью последовательно установленных активационных пробок. Такая система позволяют установить больше муфт, чем система сброса шаров, потому что есть больше места для увеличения геометрической формы на длине активационной пробки, чем для увеличения диаметров шара и внутренних диаметров седла шара. С помощью систем такого типа можно легко установить триста муфт в скважине.

[006] Ограничения, связанные с данным типом муфт, заключаются в том, что активационная пробка, соединившись с муфтой, становится местом сужения в стволе скважины, так как имеет меньшийвнутренний диаметр, чем диаметр обсадной колонны. С экономической точки зрения активационные пробки не могут быть расфрезерованны, так как они изготовлены из высокопрочного металла, а так же нецелесообразно их извлекать с помощью ГНКТ или кабеля из-за большого количества спуско-подъемных операций и невозможности работать в горизонтальном стволе. Уменьшение диаметра вызывает множества недостатков и ограничений во время эксплуатации и может сильно осложнить добычу. Сужения могут стать причиной образования песчаных пробок, которые необходимо прочищать с помощью ГНКТ. Сужения ограничивают проведение восстановительных операций в скважине и уменьшают вероятность проведения успешного повторного заканчивания.

[007] Было бы преимуществом иметь активационную пробку, изготовленную из растворимого, разлагаемого или фрезеруемого материала, поскольку это устранит проблемы, связанные с уменьшением диаметра ствола скважины, значит увеличит дебит за счет отсутствия ограничений в стволе и уменьшит количество песчаных пробок, возникающих во время добычи углеводородов.

[008] Проблема с растворимыми, разлагаемыми и фрезеруемыми материалами заключается в том, что у них маленький предел текучести, обычно около 30000-50000 фунтов на квадратный дюйм и они не будут работать в цанговых конструкциях в качестве цанги. По сути, есть небольшое количество материалов, способных выдержать гидроразрыв и изгиб цанги активационной пробки. Все предыдущие материалы, имевшие прочность около 80000 фунтов на квадратный дюйм или больше, не подлежат растворению, разложению или фрезерованию.

[009] Следовательно, существует потребность в активационной пробке и технологии гидроразрыва пласта, в которой нет ограничений из предшествующих технологий.

[0010] Эта исходная информация предоставлена для раскрытия информации, которая может иметь отношение к настоящему изобретению. Не подразумевается, что любая из предшествующих технологий является предыдущей версией настоящего изобретения.

СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

[0011] Технической задачей или технической проблемой, решаемой в данном техническом решении, является осуществление системы и оборудования для многостадийных ГРП.

[0012] Техническим результатом, достигающимся при решении вышеуказанной проблемы, является повышение эффективности эксплуатации скважин после многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП).

[0013] Данный технический результат достигается за счет того, что для активации муфт ГРП применяются не шары, а специальные растворимые дарты, каждый из которых имеет уникальный профиль. Благодаря этому внутренний диаметр хвостовика не уменьшается, т.е. после выполнения операций он остается равнопроходным по всей длине. В последующем в такой скважине можно проводить различные исследования или ремонт без дорогостоящих работ по разбуриванию и подготовке ствола. За счет этого достигается и экологический эффект, поскольку исключается образование дополнительных буровых отходов, требующих утилизации.

[0014] Дополнительным техническим результатом является обеспечение возможности выполнять большое число (до 250) стадий ГРП, тогда как при других способах заканчивания скважин это количество ограничивается несколькими десятками.

[0015] В соответствии с вариантами осуществления изобретения представлен инструмент и система для многостадийного гидроразрыва пласта. В соответствии с одним вариантом осуществления предусмотрен активационный элемент для перемещения вниз по стволу обсадной колонны, для соединения и перемещения сдвижного элемента муфты, связанного с обсадной колонной, для открытия одного или нескольких отверстий в обсадной колонне. Активационный элемент содержит: в целом цилиндрический полый корпус, проходящий между верхним концом и нижним концом скважины и имеющий две ближайшие краевые части, проходящие между верхним концом и нижним концом, причем две краевые части являются отдельными и подвижными относительно друг друга для облегчения упругой деформации полого тела, причем указанная деформация вызывает уменьшение площади поперечного сечения полого тела; посадочное гнездо, сконфигурированное для приема пробки для закрытия внутреннего отверстия, при этом внешняя поверхность полого корпуса содержит один или несколько выступов и/или канавок, выполненных с возможностью сопряжения с одной или несколькими соответствующими канавками и/или выступами скользящего втулочного элемента; указанное сопряженное зацепление облегчает движение в скважине сдвижного муфтового элемента вместе с активационным элементом. Указанное сопряженное зацепление облегчается указанной деформацией полого тела.

[0016] В соответствии с другим аспектом предложена система для контролируемого воздействия на выбранные интервалы вдоль ствола скважины. В состав системы входят: удлиненный корпус для размещения внутри ствола скважины, при этом корпус определяется стволом скважины, корпус имеет одно или несколько отверстий; сдвижной втулочный элемент для размещения внутри ствола скважины обсадной колонны и имеющий отверстие для приема в нем активирующего элемента, сдвижной втулочный элемент выполнен с возможностью первоначально закрывать отверстие и выполнен с возможностью перемещения вниз по скважине в продольном направлении, тем самым открывая отверстие при применении заданной величины силы, приложенной в продольном направлении, при этом элемент сдвижной втулки дополнительно содержит один или несколько выступов / канавок, предусмотренных на внутренней поверхности элемента сдвижной втулки; и активационный элемент, как описано здесь; при этом одна или несколько канавок и/или выступов сдвижного втулочного элемента выполнены с возможностью сопряжения с соответствующими одним или несколькими выступами и/или канавками, предусмотренными на внешней поверхности активирующего элемента. Указанное сопряженное взаимодействие облегчает движение в скважине для сдвижной втулки вместе с активирующим элементом, указанное сопряженное зацепление облегчается указанной деформацией основного корпуса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные особенности и преимущества станут очевидными из следующего подробного описания, взятого в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

[0017] Фиг. 1 показывает вид в перспективе активационного элемента (без седла) в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

[0018] Фиг. 2 показывает вид в перспективе активационного элемента в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

[0019] Фиг. 3 показывает вид в перспективе активационного элемента в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

[0020] Фиг. 4 показывает вид в разрезе активационного элемента на Фиг. 1.

[0021] Фиг. 5 показывает вид в поперечном разрезе активационного элемента на Фиг. 1, при этом точка обзора повернута на 180 градусов.

[0022] Фиг. 6 показывает вид спереди на активационный элемент.

[0023] Фиг. 7 показывает вид сбоку на активационный элемент.

[0024] Фиг. 8 показывает вид снизу на активационный элемент.

[0025] Фиг. 9A-9D показывают виды в разрезе активирующих элементов в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения. Каждый имеет скошенный конец и разные выступы на внешней поверхности.

[0026] Фиг. 10 показывает вид в разрезе активационного элемента в соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения. Скошенный конец и канавки на внешней поверхности.

[0027] Фиг. 11 показывает активационный элемент с Фиг. 10 с шаром в седле.

[0028] Фиг. 12 показывает вид в разрезе активационного элемента в соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения. Скошенный конец, выступы на внешней поверхности и посадочное седло, составляющее единое целое с верхним концом полого корпуса.

[0029] Фиг. 13 показывает вид в разрезе активационного элемента в соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения, имеющего скошенный конец в скважине, канавки на внешней поверхности и посадочное седло, соединенное с верхним концом полого корпуса.

[0030] Фиг. 14 показывает активационный элемент с Фиг. 13 с шаром в седле.

[0031] Фиг. 15 показывает активационный элемент с Фиг. 12 с шаром в седле.

[0032] Фиг. 16A-16D показывают различные конфигурации и формы множественных выступов на внешней поверхности вариантов исполнения активационных элементов в соответствии с настоящим изобретением.

[0033] Фиг. 17 показывает поперечный разрез активационного элемента в соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения.

[0034] Фиг. 18 показывает поперечное сечение активационного элемента с Фиг. 17 в повернутом виде. Показан участок с расширением.

[0035] Фиг. 19 показывает вид снизу на Фиг. 17, показывающий участок с расширением в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

[0036] Фиг. 20А и 20 В показывают элемент обсадной колонны, расположенный в стволе скважины и соответствующий активационный элемент в фиксирующем зацеплении с ним.

[0037] Фиг. 21A-21D показывают работу активационного элемента относительно соответствующего сдвижного элемента в обсадной трубе ствола скважины в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0038] Ниже будут подробно рассмотрены термины и их определения, используемые в описании технического решения.

[0039] Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - способ интенсификации добычи нефти и газа. Заключается в том, что под высоким давлением в пласт закачивается смесь жидкости и специального расклинивающего агента (пропанта). В процессе подачи смеси формируются высокопроводящие каналы (трещины ГРП), соединяющие ствол скважины и пласт. По этим трещинам обеспечивается приток нефти и газа, которого в ином случае не было бы. При многостадийном ГРП (МГРП) в одном стволе горизонтальной скважины проводится несколько операций гидроразрыва. Таким образом, обеспечивается многократное увеличение зоны охвата пласта одной скважиной.

[0040] Муфта ГРП входит в состав колонны подвесного оборудования (хвостовика) и может быть использована при строительстве скважин для добычи нефти. Муфта предназначена для проведения работ по гидроразрыву нефтеносного пласта для увеличения притока и нефтеотдачи и должна обеспечивать сообщение внутриколонного и заколонного пространства при создании во внутренней полости требуемого давления.

[0041] Хвостовик - обсадная колонна потайного типа, которая устанавливается в специальной системе подвески в предыдущей обсадной колонне (внахлест на 20-50 м). Хвостовик может как цементироваться, так и не цементироваться, что обусловлено прочностью пород разрабатываемого пласта-коллектора.

[0042] Обсадная колонна - (труба) стальная труба, применяемая в скважинах для изоляции ствола скважины от пластовых флюидов и укрепления стенок ствола скважины.

[0043] Используемый здесь термин «примерно» относится к отклонению +/- 10% от номинального значения. Следует понимать, что такое изменение всегда подразумевается для значений, предоставленных в данном документе, независимо от того, упоминается оно конкретно или нет.

[0044] Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют значение, которое обычно понимается специалистом в области, к которой принадлежит это изобретение.

[0045] Варианты осуществления настоящего изобретения включают оборудование и систему для многостадийного гидроразрыва пласта. Система обычно включает в себя активационный элемент, который перемещается вниз по стволу обсадной колонны для сопряжения с обсадной колонной или для сопряжения и перемещения сдвижного втулочного элемента, связанного с обсадной колонной, для открытия одного или нескольких отверстий в обсадной колонне.

[0046] В следующих абзацах варианты исполнения будут подробно описаны посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые не выполнены в масштабе, и проиллюстрированные компоненты, которые не обязательно изображены пропорционально друг другу. На протяжении всего этого описания представленные варианты реализации и примеры следует рассматривать как примеры, а не как ограничения.

[0047] Настоящее изобретение включает активационный элемент, который не относится к высокопрочному материалу для выдерживания высоких дифференциальных давлений и для предотвращения пластической деформации из-за смещения цанги, наблюдаемой в активирующих элементах цангового типа. Активационный элемент по настоящему изобретению может быть изготовлен из разлагаемого, растворимого или фрезеруемого материала с низкой прочностью.

[0048] В целом, настоящее изобретение обеспечивает активационный элемент для перемещения вниз по стволу обсадной колонны, для сопряжения с соответствующей частью элемента обсадной колонны или сопряжения с соответствующей сдвижной муфтой, связанной с обсадной колонной, и сдвига втулки, чтобы открыть одно или несколько отверстий в колонне.

[0049] Активационный элемент содержит, как правило, полый цилиндрический корпус, проходящий между верхним концом и нижним концом. Полый корпус имеет две ближайшие краевые части, проходящие между верхним концом и нижним концом. Две краевые части разделены и подвижны относительно друг друга для облегчения упругой деформации полого тела, что вызывает уменьшение площади поперечного сечения полого тела. Активационный элемент дополнительно содержит посадочное седло, сконфигурированное для приема шара для закрытия внутреннего отверстия.

[0050] Наружная поверхность полого корпуса содержит один или несколько выступов и/или канавок, выполненных с возможностью сопряжения с одной или несколькими сопряженными канавками и/или выступами корпуса или сдвижного втулочного элемента. Упругая деформация полого тела, вызванная двумя отдельными и подвижными краевыми частями, дополнительно облегчает сопряженное зацепление между активационным элементом и скользящим втулочным элементом.

[0051] Сопряженное зацепление между активационным элементом и сдвижным втулочным элементом способствует перемещению в скважине сдвижного втулочного элемента вместе с активационным элементом.

[0052] Посадочное седло может быть выполнено как одно целое с полым корпусом или присоединено к нему. В некоторых вариантах исполнения посадочное седло предусмотрено на верхнем конце полого корпуса или ближе к нему.

[0053] Посадочное седло может иметь любую подходящую форму в зависимости от формы / конфигурации полого тела. В некоторых вариантах реализации седло представляет собой кольцо и имеет канавки на своей внешней поверхности для установки уплотнительных колец или других подходящих уплотнений или отклоняющих элементов.

[0054] В некоторых вариантах исполнения полый корпус имеет С-образное поперечное сечение, в котором две краевые части разделены зазором на линии периметра полого корпуса. В некоторых вариантах реализации две краевые части разделены зазором, охватывающим дугу от 5 градусов до 45 градусов.

[0055] В некоторых вариантах исполнения посадочное седло представляет собой кольцевой корпус, выполненный заодно с верхним концом полого корпуса или связанный с ним.

[0056] В некоторых вариантах исполнения посадочное седло соединено с полым телом с помощью соединительной детали, расположенной в целом диаметрально противоположно двум краевым частям. В некоторых вариантах исполнения соединительный элемент охватывает дугу от 5 до 45 градусов.

[0057] В некоторых вариантах исполнения седло трением соединено с грязеочистителем, проходящим через две краевые части. В некоторых вариантах реализации грязеочиститель прикреплен к внутренней поверхности части полого корпуса, так что грязесъемный элемент с давлением и трением зацепляется с внутренней поверхностью другой части полого корпуса рядом с одной из краевых частей.

[0058] В некоторых вариантах исполнения полое тело имеет в целом спиралевидную форму, причем спираль имеет более одного и менее двух оборотов. В таких вариантах исполнения внешняя поверхность части полого корпуса рядом с одной из краевых частей зацепляется с внутренней поверхностью другой части полого корпуса рядом с другой из краевых частей, чтобы обеспечить посадочное седло на верхней оконечной части полого тела.

[0059] В некоторых вариантах исполнения полый корпус изогнут вокруг оси, параллельной основному направлению движения активационного элемента.

[0060] В некоторых вариантах исполнения верхний и нижний конец полого корпуса имеют в целом круглое поперечное сечение.

[0061] В некоторых вариантах исполнения низ полого корпуса содержит клиновидную часть.

[0062] В некоторых вариантах исполнения низ полого тела закруглен.

[0063] В некоторых вариантах исполнения на конце полого тела скошена фаска.

[0064] Активационный элемент выполнен с возможностью приема заглушек различных форм и размеров. В некоторых вариантах исполнения заглушка имеет форму шара. В некоторых вариантах исполнения заглушка имеет форму конуса.

[0065] В некоторых вариантах исполнения по меньшей мере часть активационного элемента и/или седла может быть изготовлена из растворимых, разлагаемых и/или фрезеруемых материалов.

[0066] В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает систему для контролируемого воздействия на выбранные интервалы вдоль ствола скважины. Система представляет собой удлиненный корпус для установки в стволе скважины. Обсадная труба определяет внутренний ствол скважины, продолжающийся продольно стволу скважины. Обсадную колонну можно рассматривать как конструкцию внутри ствола скважины, которая относительно непроницаема для жидкости гидроразрыва пласта. Обсадная колонна может быть образована из одной или нескольких сопряженных секций из выбранных материалов.

[0067] В некоторых вариантах исполнения системы по настоящему изобретению колонна содержит один или несколько портов, расположенных по длине ствола. Сдвижная втулка предназначена для размещения внутри обсадной колонны. Сдвижная втулка имеет отверстие для приема активационного элемента, элемент сдвижной втулки сконфигурирован так, чтобы первоначально закрывать одно или несколько отверстий, и выполнен с возможностью перемещения вниз по скважине в продольном направлении. Элемент сдвижной втулки снабжен одним или несколькими выступами / канавками на своей внутренней поверхности.

[0068] Система дополнительно содержит активационный элемент, как описано выше. Внешняя поверхность полого корпуса активационного элемента снабжена одним или несколькими выступами и/или канавками, выполненными с возможностью сопряжения с одной или несколькими сопряженными канавками и/или выступами сдвижного втулочного элемента.

[0069] Активационный элемент перемещается вниз по стволу скважины, пока не достигнет сдвижного втулочного элемента, имеющего выступы / канавки, соответствующие его выступам / канавкам. На этом этапе выступы / канавки совпадают в пределах канавки / выступов активационного элемента. Это соединение позволяет приложить внутрискважинную силу к сдвижному втулочному элементу для его перемещения вниз по скважине, тем самым открывая отверстия, и это сопрягающее соединение дополнительно облегчается деформацией полого тела.

[0070] В некоторых вариантах исполнения системы по настоящему изобретению обсадная колонна сконфигурирована для осуществления способа гидроразрыва пласта «пробка и перфорация». В таких вариантах исполнения колонна не включает в себя отверстия и сдвижные втулки, а внутренняя поверхность самого элемента корпуса снабжена выступами / канавками, которые выполнены с возможностью сопряжения с канавками / выступами активационного элемента. В таких вариантах исполнения активационный элемент перемещается вниз по стволу скважины до тех пор, пока не достигнет участка элемента обсадной колонны, имеющего выступы / канавки, соответствующие выступам / канавкам активирующего элемента. В этот момент выступы / канавки активационного элемента и элемента корпуса сопрягаются друг с другом, тем самым закрывая скважину обсадной колонны и позволяя спускать трос для перфорирования обсадной колонны в секции над активационным элементом.

[0071] Система дополнительно содержит заглушку, которая садится в седло, для герметизации внутреннего отверстия активационного элемента от потока жидкости.

[0072] Элементы пробки, подходящие для активационного элемента и системы по настоящему изобретению, могут, по меньшей мере, частично быть сформированы из растворимого материала, разлагаемого материала или материала, который может быть расфрезерован.

[0073] Ниже изобретение будет описано со ссылкой на конкретные примеры. Следует понимать, что следующие примеры предназначены для описания вариантов осуществления изобретения и никоим образом не предназначены для ограничения изобретения.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0074] Фиг. 1 показывает вид в перспективе активационного элемента (без посадочного седла), а на Фиг. 2 и Фиг. 3 показаны варианты исполнения активационного элемента настоящего изобретения. Активационный элемент, изображенный на этих рисунках, имеющий верхний конец (115), нижний конец (120) и две ближайшие краевые части (135, 140), проходящие между верхним и нижним концами, тем самым определяя внутреннее отверстие, которое открывается на верхнем и нижнем концах. В этих примерах полый корпус изогнут вокруг оси (125), параллельной основному направлению движения активационного элемента.

[0075] Наружная поверхность полого тела снабжена канавками (150), выполненными с возможностью сопряжения с соответствующими выступами сдвижного втулочного элемента (не показан).

[0076] Фиг. 2 изображает пробку в форме грязесъемника (210), присоединенную к части внутренней поверхности (240) полого корпуса рядом с краевой частью (140) и проходящую через зазор между двумя краевыми частями. Грязесъемник выполнен с возможностью зацепления с протиранием / прижатием и трением с частью внутренней поверхности (220) полого корпуса рядом с краевой частью (135).

[0077] На Фиг. 3 дополнительно изображен кольцевой элемент (310) пробки, соединенный с верхним концом полого тела через соединительную деталь (320), расположенную диаметрально противоположно двум краевым частям.

[0078] Фиг. 4 и 5 показывают вид в перспективе сечения активационного элемента, показанного на Фиг. 1. На Фиг. 6-8 изображены виды спереди, сбоку и снизу соответственно активационного элемента, изображенного на Фиг. 1.

[0079] Фиг. 9А-9D и 16A-16D иллюстрируют в разрезе примеры различных форм и конфигураций одного или нескольких выступов на внешней поверхности активационных элементов настоящего изобретения.

[0080] Фиг. 10 и 11 иллюстрируют в разрезе пример активационного элемента, имеющего скошенный конец в стволе скважины и канавки на внешней поверхности.

[0081] Фиг. 12 и 13 иллюстрируют в поперечном разрезе примеры активационного элемента, имеющего посадочное седло как одно целое с верхним концом полого корпуса, и активационный элемент, имеющий посадочное седло, соединенное с верхним концом полого корпуса, соответственно.

[0082] Фиг. 14 и 15 иллюстрируют виды в разрезе различных форм элементов заглушки, установленных на посадочные седла.

[0083] Фиг. 17 и 18 иллюстрируют в поперечном разрезе пример приводного элемента, в котором посадочное седло образовано элементом грязесъемника, и в котором устанавливается шаровой элемент заглушки. На Фиг. 19 показан вид снизу на Фиг. 17.

[0084] Фиг. 20А и 20В иллюстрируют в поперечном разрезе пример активационного элемента (500), установленного в элементе обсадной колонны (400), расположенном в стволе скважины (не показан) без сдвижной втулки для способа «пробка и перфорация», и фиксирующее зацепление между активационным элементом и корпусом.

[0085] Элемент (400) колонны включает в себя отверстие (420) для приема в него активационного элемента (500). Отверстие имеет диаметр, примерно равный диаметру активационного элемента, так что активационный элемент может входить и потенциально проходить через сужение. Элемент колонны имеет канавки (440) и внутренний выступ (460), предусмотренные на его внутренней стенке.

[0086] Активационный элемент (500) выполнен с возможностью движения вниз по стволу скважины в продольном направлении и взаимного зацепления с элементом обсадной колонны. Конфигурация включает калибровку и формовку активационного элемента, чтобы он точно соответствовал отверстию корпуса, заглушке пробки (560) (такого как шар) в соответствующее седло (520) элемента заглушки активационного элемента и обеспечивал выступ (540) и канавки (560), соответствующие канавкам (440) и выступам (460) муфты для сопряжения с ним.

[0087] Заглушка (560) блокирует продольное отверстие активационного элемента, которое, когда оно не заблокировано, обеспечивает гидравлическое сообщение между верхним концом активационного элемента и нижним концом активационного элемента. Гидравлическая жидкость подается под давлением сверху от активационного элемента (500). Благодаря своей способности скольжения внутри обсадной колонны, а также своему размеру, форме и заблокированному продольному отверстию активационный элемент (500) движется вниз по скважине под давлением гидравлической жидкости.

[0088] Гидравлическое давление передает заданное количество силы на активационный элемент и вызывает сопряженное взаимодействие между выступами / канавками активационного элемента (500) с канавками / выступами элемента обсадной колонны (400), тем самым закрывая ствол обсадной колонны и позволяя спустить кабель для перфорации обсадной колонны в секции над активационным элементом.

[0089] Фиг. 21A-21D иллюстрирует в разрезе работу активационного элемента (800) по отношению к соответствующему элементу сдвижной муфты (600) в обсадной колонне (700) ствола скважины.

[0090] Элемент (600) сдвижной муфты включает отверстие (620) для приема в нем активационного элемента (800). Отверстие имеет диаметр, приблизительно равный диаметру активационного элемента, так что активационный элемент может входить и потенциально проходить через отверстие. Элемент сдвижной втулки имеет канавки (640) и внутренний выступ (660), предусмотренные на его внутренней стенке.

[0091] Активационный элемент (800) выполнен с возможностью движения вниз по стволу скважины в продольном направлении и зацепления со сдвижной муфтой. Конфигурация включает в себя размер и форму активационного элемента для точного совпадения с отверстием сдвижной втулки, размещения заглушки (880) (в качестве которого может выступать шарик) в соответствующее посадочное седло (820) активационного элемента и обеспечения выступа (840) и канавки (860), соответствующие канавкам (640) и выступам (660) сдвижной муфты для сопряжения с ней.

[0092] Заглушка (880) блокирует продольное отверстие активационного элемента, которое, когда оно разблокировано, обеспечивает гидравлическое сообщение между верхним концом активационного элемента и нижним концом активационного элемента. Гидравлическая жидкость подается под давлением сверху от активационного элемента (800). Благодаря своей способности скольжения внутри муфты, а также его размеру, форме и заблокированному продольному отверстию активационный элемент (800) движется вниз по скважине под давлением гидравлической жидкости.

[0093] Элемент (600) сдвижной втулки первоначально закрывает порт (740) обсадной колонны (700) в стволе скважины. Порт может частично или полностью проходить по окружности колонны и таких портов может быть несколько. Сдвижная втулка (600) фиксируется на месте с помощью срезных штифтов (650) или другого хрупкого или расцепляемого фиксирующего элемента. После того, как срезные штифты (650) срезаны из-за приложения заданной величины силы, приложенной в продольном направлении, сдвижная втулка (600) может перемещаться внутри ствола скважины. Таким образом, сдвижная втулка (600) устроена так, чтобы при приложении заданной величины силы в продольном направлении перемещаться вниз по стволу скважины в продольном направлении, тем самым открывая отверстие (740).

[0094] Сопряжение выступов / канавок активационного элемента (800) с канавками / выступами сдвижного втулочного элемента (600) позволяет передавать заданное количество силы (необходимое для сдвига втулки) от активационного элемента к втулке. Детальнее, гидравлическое давление передает заданное количество силы на активационный элемент и, благодаря стыковочному соединению между активационным элементом (800) и сдвижной втулкой (600), сила вызывает срез срезных штифтов (650) и сдвиг втулки.

[0095] На Фиг. 21А сдвижная втулка первоначально закрывает отверстия. На Фиг. 21 В активационный элемент вошел в отверстие сдвижной втулки и выступы / канавки сдвижной втулки зацепились с канавкой / выступами активационного элемента. На Фиг. 21С сдвижная втулка переместилась вниз по стволу скважины, чтобы открыть отверстия из-за гидравлического давления, приложенного сверху по скважине от активационного элемента. Следует отметить, что срезные штифты срезались под действием силы, чтобы допустить это движение. На Фиг. 21D активационный элемент удален (например, растворен), чтобы позволить текучей среде проходить мимо сдвижной втулки.

[0096] Следует понимать, что любая из вышеупомянутых конфигураций и специализированных компонентов может использоваться взаимозаменяемо с любым устройством или системами предыдущих вариантов исполнения. Хотя выше описаны иллюстративные варианты исполнения, специалисту в данной области техники будет очевидно, что в них могут быть внесены различные изменения и модификации, не выходящие за рамки объема раскрытия. В прилагаемой формуле изобретения предполагается охватить все такие изменения и модификации, которые соответствуют истинному духу и объему раскрытия.

[0097] Хотя варианты исполнения изобретения были описаны выше, оно не ограничиваются ими, и специалистам в данной области техники будет очевидно, что многочисленные модификации составляют часть настоящего изобретения, поскольку они не выходят за рамки сущности, характера и объема заявленного и описанного изобретения.

Claims (22)

1. Активационный элемент, выполненный с возможностью перемещения вниз по стволу обсадной колонны, расположенной в скважине, для сопряжения и перемещения сдвижной втулки, связанной с обсадной колонной, для открытия одного или нескольких отверстий в обсадной колонне, содержащий:

цилиндрический полый корпус (110), проходящий между верхним концом (115) и нижним концом (120) и имеющий две ближайшие краевые части (135, 140), проходящие между верхним концом и нижним концом, причем две краевые части являются отдельными и подвижными относительно друг друга; а также

посадочное седло, выполненное с возможностью приема заглушки для закрытия внутреннего отверстия, при этом внешняя поверхность полого корпуса содержит один или несколько выступов и/или канавок (150), выполненных с возможностью сопряжения с одной или несколькими соответствующими канавками и/или выступами сдвижной втулки.

2. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что имеет С-образное поперечное сечение с двумя краевыми частями, разделенными зазором (145) на одной линии с периметром полого тела.

3. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что полый корпус дополнительно содержит очищающую часть (210), проходящую поперек зазора, причем грязесъемная часть соединена с внутренней поверхностью части полого корпуса рядом с одной из краевых частей.

4. Активационный элемент по п. 3, характеризующийся тем, что грязесъемная часть выполнена с возможностью зацепления с внутренней поверхностью другой части полого корпуса рядом с другой из краевых частей.

5. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что полое тело имеет форму спирали, причем спираль имеет более одного и менее двух оборотов, при этом внешняя поверхность части полого корпуса рядом с одной из краевых частей выполнена с возможностью аккуратно зацепить внутреннюю поверхность другой части полого тела рядом с другой из краевых частей.

6. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что посадочное седло образовано верхним концом полого корпуса.

7. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что посадочное седло содержит кольцевой корпус (310), выполненный заодно с верхним концом полого корпуса или связанный с ним.

8. Активационный элемент по любому из пп. 1-7, характеризующийся тем, что по меньшей мере часть активационного элемента и/или посадочного седла сформирована из растворимого или разрушаемого материала.

9. Активационный элемент по любому из пп. 1-7, характеризующийся тем, что по меньшей мере часть активационного элемента и/или посадочного седла сформирована из материала, который является механически разрушаемым при фрезеровании.

10. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что посадочное седло соединено с полым корпусом соединительной деталью (320), расположенной диаметрально противоположно от двух краевых частей, причем соединительная деталь охватывает дугу от 5 градусов до 45 градусов.

11. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что низ полого корпуса содержит клиновидную часть.

12. Активационный элемент по п. 1, характеризующийся тем, что две краевые части разделены зазором, охватывающим дугу от 5 градусов до 45 градусов.

13. Система для контролируемого воздействия на выбранные интервалы вдоль ствола скважины текучей средой под давлением, содержащая:

удлиненный корпус для установки в стволе скважины, причем обсадная колонна определяется внутренним стволом скважины и проходит в продольном направлении со стволом скважины, а корпус имеет по меньшей мере одно отверстие для связи с пластом;

сдвижную втулку для размещения внутри ствола скважины обсадной колонны и имеющую отверстие для приема в ней активационного элемента, причем сдвижная втулка выполнена с возможностью первоначально закрывать отверстие и с возможностью перемещения вниз по скважине в продольном направлении, тем самым открывая отверстие при применении заранее определенного усилия, прикладываемого в продольном направлении, при этом сдвижная втулка дополнительно содержит по меньшей мере один выступ или канавку, предусмотренную на внутренней поверхности сдвижной втулки, а также

активационный элемент, как определено в любом из пп. 1-12;

причем по меньшей мере одна канавка и/или выступ сдвижной втулки выполнены с возможностью сопряжения с соответствующим по меньшей мере одним выступом и/или канавкой, предусмотренными на внешней поверхности активирующего элемента.

14. Система по п. 13, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит заглушку, которая садится в посадочное седло, причем заглушка герметизирует внутреннее отверстие активирующего элемента от потока жидкости.

15. Система по п. 14, характеризующаяся тем, что заглушка имеет форму шара.

16. Система по п. 14, характеризующаяся тем, что заглушка сформирована из растворимого материала или материала, который является механически разрушаемым при фрезеровании или другой операции.

Images