Компоновка для стимулирования, сегментирования и управления скважинами ERD (с большим отходом от вертикали) и способ ее применения

(51) 21 34/08 (2006.01) 21 34/10 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Настоящее изобретение относится к компоновке, управляемой скважиной трубой,имеющей выполненные в стенке отверстия и предназначенной для размещения в стволе скважины, и таким образом формирующей пространство между указанной трубой и поверхностью ствола скважины. Компоновка включает первые устройства управления потоками,находящиеся в одних отверстиях указанной скважиной трубы вторые устройства управления потоками, находящиеся в других отверстиях указанной скважиной трубы и набор пакеров для герметизации пространства между указанной трубой и поверхностью ствола скважины, указанный набор пакеров установлен так, чтобы часть трубы,имеющей первые и вторые жидкие устройства управления потоками, была расположена между пакерами набора. Первые устройства управления потоками отрегулированы так, что они способны блокировать поток жидкости изнутри скважинной трубы в пространство между указанной трубой и поверхностью ствола скважины. Вторые устройства управления потоками отрегулированы так, что они способны блокировать поток жидкости.(73) МАЕРСК ОЛИЕ ОГ ГАЗ А/С(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна(54) КОМПОНОВКА ДЛЯ СТИМУЛИРОВАНИЯ, СЕГМЕНТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИНАМИ(С БОЛЬШИМ ОТХОДОМ ОТ ВЕРТИКАЛИ) И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ Настоящее изобретение относится к компоновке,управляемой скважинной трубой,имеющей выполненные в стенке отверстия и предназначенной для размещения в стволе скважины, и таким образом формирующей пространство между указанной трубой и поверхностью ствола скважины,при этом указанная компоновка включает первые устройства управления потоками, размещенные в одних отверстиях указанной скважиной трубы вторые устройства управления потоками,размещены в других отверстиях указанной скважиной трубы, и набор пакеров для изолирования (герметизации) пространства между указанной трубой и поверхностью ствола скважины,указанный набор пакеров установлен так, чтобы часть трубы, имеющей первые и вторые устройства управления потоками, была расположена между пакерами набора. Таким образом пакеры делят пространство между стволом скважины и трубой на отдельные секции (зоны). Настоящее описание включает пробуренную скважину, предназначенную для закачивания воды в формирование с целью вытеснения нефти или газа в пробуренную эксплуатационную скважину, или она может быть пробуренной эксплуатационной скважиной, предназначенной для производства нефти или газа. Уровень техники изобретения До осуществления закачивания воды в формирование, необходимо стимулировать ствол скважины закачиванием кислоты, которая разлагает уплотненный слой бурового раствора на стенках ствола скважины и части формирования. Кислота подается в ствол скважины посредством питающей трубы насадкой, которая в процессе закачивания кислоты медленно поднимается со дна ствола скважины. Описанная процедура является трудоемкой, дорогостоящей и задерживает начало процесса добычи. Цель изобретения Изобретение направлено на устранение проблем и ограничений, которые связаны с обычными способами стимулирования пробуренной скважины,и обеспечивает новую компоновку, при помощи которой облегчается последующий контроль стимулированной скважины. Система позволяет стимулирование и зональное изолирование (или сегментирование резервуара) быстрым и эффективным методом. Сущность изобретения Цель изобретения достигается компоновкой, в которой первое устройство управления потоками отрегулировано так, что оно способно блокировать поток жидкости изнутри скважинной трубы в пространство между указанной трубой и поверхностью ствола скважины, и второе устройство управления потоками отрегулировано так, что оно способно блокировать поток жидкости из пространства между скважинной трубой и поверхностью ствола скважины внутрь указанной трубы, указанное второе устройство управления потоками включает клапан,снабженный автоматически закрывающимся механизмом,2 который способен полностью закрыть клапан,указанный автоматически закрывающийся механизм отрегулирован так,чтобы кислотное стимулирование могло происходить через второе устройство управления потоками, когда оно находится в открытом положении. При использовании клапанов, снабженных(автоматически закрывающим(и)ся) механизмом(ами),который(е) способен(ны) полностью закрыть клапаны, например, после определенного запаздывания,может быть достигнуто стимулирование нагнетательных скважин через второе устройство управления потоками до использования кислоты. После того как вторые устройства управления потоками будут закрыты, последующее закачивание воды будет происходить через первые устройства управления потоками в отдельные секции скважины (между двумя пакерами), и таким образом также достигается улучшенное управление этим типом скважины, так как отдельные секции могут таким образом быть закрыты посредством первых устройств управления потоками. Эти отверстия,снабженные вторыми устройствами управления потоками,могут например, быть распределены как описано в европейской патентной заявке ЕР 1184537 А. В одном варианте изобретения первое устройство управления потоками включает муфту со скользящей дверцей , размещенную на трубе. Муфта со скользящей дверцей включает отверстие в трубе, через которое нефть или газ поступают в трубу. Муфта со скользящей дверцей может быть закрыта или открыта во время работы скважины. Муфты со скользящими дверцами известны специалистам в данной области техники, поэтому их функциональное назначение и принцип работы подробно не описываются. В других вариантах снаружи муфты со скользящей дверцей размещаются фильтры для удаления частиц песка из флюида нефти и газа. Такой фильтр может быть выполнен из материала Карбид Бора ( ), преимущество которого состоит в том, что он может быть разрушен только алмазами. Кроме того,керамический материал Карбид Бора имеет хорошую устойчивость к кислотам, поэтому очистка такого фильтра может быть выполнена кислотной обработкой. В следующем варианте второе устройство управления потоками включает обратный клапан,который позволяет жидкости проходить из скважинной трубы в пространство между указанной трубой и стволом скважины. При помощи обратного клапана стимулирующий скважину раствор может выходить и поступать в формирование через обратные клапаны, во время прохождения производственного потока в трубу через первое устройство управления потоками. Другие варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Способ применения компоновки раскрыт в пунктах 10-11 формулы изобретения. Изобретение далее описано подробно на примере предпочтительных вариантов, изображенных на чертежах. На фиг.1 изображена компоновка согласно одному из вариантов изобретения. На фиг.2 А показано поперечное сечение варианта клапана в его открытом положении. На фиг.2 В показано поперечное сечение варианта клапана в его закрытом положении. На фиг.1 изображена труба 12 типа, который обычно используется для целей закачивания воды или добычи нефти или газа, которая размещается в скважине. В показанном варианте устройства размещены для установления нескольких внешних пакеров 10, 11 с целью демонстрации возможности закачивания воды в выбранные области, между пакерами, нефтяного резервуара. Труба имеет выполненные в стенке отверстия 3, 4. Между трубой и поверхностью ствола скважины сформировано пространство,трубчатое пространство или кольцевое пространство 5. В обычных трубах отверстия 3 представляют собой стандартные отверстия, через которые поток жидкости проходит как изнутри трубы 12 в кольцевое пространство 5, так и из кольцевого пространства внутрь трубы. Необходимость наличия этих отверстий состоит в том, чтобы облегчить стимулирование скважины. Отверстия 3 могут размещаться так, как это описано в ранее известных описаниях, в частности как, например, описано в патентной заявке ЕР 1184537 А. В компоновке согласно изобретению эти отверстия снабжены устройствами управления потоками (не показаны на фиг.1), которые далее названы вторыми устройствами управления потоками. Эти вторые устройства управления потоками согласно изобретению способны блокировать поток жидкости в обоих направлениях. В показанном варианте компоновка также снабжена другим отверстием 6, которое снабжено первым устройством управления потоками 4. Первое устройство управления потоками, в показанном варианте,представляет собой устройство, называемое скользящей муфтой,которая является известной частью оборудования нефтегазовой промышленности в части разведки и добычи (ЕР). Такое устройство обычно включает стандартную внутреннюю соединительную муфту,которая обеспечивает открытие или закрытие (или дросселирование) устройства. Открытие или закрытие скользящей муфты обычно достигается при помощи известных интервенционных инструментов,управляемых талевым канатом (вспомогательным канатом) или трубами в бутах. Однако открытие и закрытие отверстия 6 могут быть выполнены и многими другими способами, известными специалистам в данной области техники, и приведение в действие первых устройств управления потоками может быть даже выполнено так, чтобы оно управлялось с поверхности. Пакеры 10, 11 устанавливаются так, чтобы часть трубы, имеющей как первые 4, так и вторые устройства управления потоками 3,была расположена между пакерами 10, 11 набора. Обычно, первое устройство управления потоками регулируется так, чтобы оно было способно избирательно пропускать или блокировать поток жидкости изнутри скважинной трубы в указанное пространство 5 между формированием и скважинной трубой 2, и второе устройство управления потоками регулируется так, чтобы оно было способно пропускать или блокировать поток жидкости как из указанного пространства внутрь скважинной трубы, так и из указанной скважинной трубы в указанное пространство 5 между формированием и скважинной трубой 2. В одном варианте изобретения вторые устройства управления потоками отрегулированы так, что они способны сначала обеспечить поток флюидов в обоих направлениях и после этого перекрыть поток флюидов в обоих направлениях. Это может, например, быть достигнуто при помощи клапанов,снабженных автоматически закрывающимися механизмами,которые удерживают клапаны открытыми, пока они не запускаются для закрытия механизмом запаздывания. При использовании клапанов, снабженных(например,автоматически закрывающимися) механизмами, которые способны полностью закрыть клапаны, может быть достигнуто стимулирование нагнетательных скважин через вторые устройства управления потоками до использования кислоты. После того как вторые устройства управления потоками закрываются, последующее закачивание воды происходит через первые устройства управления потоками в отдельные секции скважины(между двумя пакерами), и таким образом также достигается усиленный контроль и улучшенное управление этого типа скважинами, поскольку отдельные секции могут таким образом быть закрыты посредством первых устройств управления потоками. Таким образом установкой нескольких независимых компоновок, имеющих первое и второе устройства управления потоками, в скважине как описано выше, можно стимулировать и открывать или закрывать добычу продуктов из определенных частей скважины. Открытие и/или закрытие такой части обычно выполняют с целью изолирования,например, части скважины, производящей воду, от поступления воды или разграничения частей скважины. Как описано выше вторые устройства управления потоками могут быть снабжены запирающими механизмами,которые не закрываются до истечения установленного периода времени. Однако вторые устройства управления потоками могут также быть снабжены запирающими механизмами,которые не закрываются до приведения в действие(инициирования) запирающих механизмов определенными устройствами активации, как например, описано ниже. Таким образом получают,что (когда скважина установлена недавно) 3 кислотное стимулирование может происходить через вторые устройства управления потоками в то время когда они находятся в открытом положении. В одном варианте изобретения компоновка включает секцию надувного пакера или механического пакера, который не реагирует на окружающие пакер флюиды и не разбухает в результате такого контакта. Такие пакеры известны в промышленности и включают, например, пакеры,которые приводятся в действие таймером, и затем они устанавливаются сжатием (сдавливанием) стальной усиленной резиновой мембраны, которая затем создает затвор. Секция надувного пакера может быть снабжена одним или более пакерами, которые могут разбухать при контакте с жидкостью. Такие надувные пакеры известны специалистам в данной области техники, и обычно они могут использоваться снаружи скважинных труб. С целью контролирования раздувания (или сдувания) секции надувного пакера,секция обычно обеспечивается одним или более клапанами для открытия и закрытия движения флюидов в (или из) секцию надувного пакера. Энергия, требуемая для доставки флюида в секцию надувного пакера, может поставляться любым подходящим источником энергии, таким как,например, одна или более батарей, содержащихся в энергетической секции. Для контролирования раздувания надувных пакеров компоновка может дополнительно включать секцию запуска. Секция запуска способна управлять источником энергии и/или управлять клапанными устройствами. Таким образом секция запуска способна контролировать поступление флюида в секцию надувного пакера. Однако, как известно специалисту в данной области техники, секция запуска может также быть способна контролировать расширение механических пакеров. Секция запуска таким образом,запускает/определяет функцию, которая способна контролировать поток флюидов для раздувания пакера. Она пропускает поток флюидов к пакеру путем открывания клапана(ов) пакера или подключает, например, электрический насос,который перекачивает жидкость в пакер. Секция запуска может также быть отрегулирована управлять механическим пакером. В одном варианте изобретения секция запуска также способна контролировать открытие и/или закрытие первых устройств управления потоками. Система запуска может быть приведена в действие механическим реле времени,получением радиочастотной идентификации,сейсмических, акустических, оптических или электрических или других видов сигналов. Далее описан способ применения одного из вариантов изобретения. Фиг.1 иллюстрирует горизонтальную скважину,пробуренную в формировании. На фиг.1 изображена пробуренная скважина и скважинная труба 12,размещенная в скважине. Такая скважинная труба может быть трубчатой частью скважинной(обсадной) колонной или хвостовиком (нижняя труба обсадной колонны). Наружный диаметр 4 обсадной колонны меньше внутреннего диаметра ствола скважины, таким образом обеспечивается кольцевое пространство 5,или затрубное пространство, между колонной и стволом скважины. Скважинная труба снабжена прорезями/отверстиями 3 в одной или более зонах. Для стимулирования флюидов скважины в кольцевое пространство через отверстия, перфорированные в стенках труб,закачивается, например, кислота. После стимулирования скважины по меньшей мере два пакера расширяются для герметизации части указанного кольцевого пространства. Однако,например, для защиты сегмента скважины от стимулирования, пакеры также могут быть расширены до закачивания кислоты. Если пакеры расширяют после закачивания кислоты, эта стадия обычно сопровождается стадией закрытия вторых устройств управления потоками. Однако стадия закрытия вторых устройств управления потоками может также быть проведена после стимулирования,но до расширения пакеров. Как описано выше, кислотное стимулирование скважины происходит через вторые устройства управления потоками. Во время этого процесса первые устройства управления потоками обычно закрыты. Поэтому по завершении стимулирования необходимо открыть первые устройства управления потоками, чтобы позволить воде пройти в формирование. Закрытие вторых устройств управления потоками может быть достигнуто при помощи,например, активируемого кислотой клапана как описано ниже. В нагнетательных скважинах специальный обратный клапан устанавливается с механизмом кислотного определения или механизмом отсроченного закрывания. Механизм является таким, что клапан будет иметь некоторые элементы,выполненные из материала, который является кислоторастворимым (например, цинк, алюминий и т.д.). Этот кислоторастворимый материал используется для защиты удерживающего открытие механизма. Как только работа по стимулированию скважины выполнена, этот удерживающий открытие механизм растворяется, и обратный клапан отключает прохождение флюидов в обоих направлениях, эффективно превращаясь в заглушку. Это облегчается тем, что последующее закачивание осуществляется через открытые муфты(первые устройства управления потоками), а не через втулки вторых устройств управления потоками (вторые устройства управления потоками). Клапан с отсроченным закрыванием может также быть выполнен из водонабухаемого эластомерного соединения, которое медленно раздувается во время закачивания воды и таким образом медленно закрывает клапан наглухо. Другой вариант закрывающегося клапана изображен на фигурах 2 а и 2, показывающих поперечное сечение одного варианта активируемого кислотой клапана 30. Активируемый кислотой клапан крепится, например, нарезанной резьбой, к скважинной трубе 40. Клапан 30 снабжен центральным проходом потока 31, который проходит изнутри скважинной трубы наружу скважинной трубы или в обратном направлении. На фиг.2 показан клапан в его открытом положении. Клапан снабжен внутренним каналом 31, названным центральным проходом потока. Центральный проход потока 31 пересекает ствол скважины, простирающийся от одной полости 33 в кожухе клапана, расположенной на одной стороне центрального прохода потока, до другой полости 34,расположенной с другой стороны центрального прохода потока. Затвор (запорный элемент) 32,имеющий сквозную прорезь 36,может переместиться из открытого положения,показанного на фигуре 2, в закрытое положение, где твердая часть затвора 32 (показан на фиг.2) блокирует центральный проход потока 31. Клапан, на изображенном варианте, приводится в действие пружиной 39 и штифтом 35, могут быть использованы и другие виды устройств приведения в действие, известные специалистам в данной области техники (даже электрические или гидравлические приводы). На фиг.2 клапан удерживается в открытом положении штифтом 35,имеющим наконечник (тонкий конец) (или всем штифтом), выполненным из материала, который растворяется в кислоте, используемой для стимулирования скважины (например, 15 соляная кислота). Когда жидкость стимулирования закачивается через клапан, небольшое выпускное отверстие 37 прохода потока гарантирует,что кислоторастворимый штифт 35 находится в непрерывном потоке кислоты, который постепенно размягчает (или полностью растворяет) наконечник штифта. В то время как перепад давления наблюдается вдоль скважинной трубы (т.е. жидкости закачиваются через клапан), клапан возвратно-поступательного действия останется открытым из-за силы, действующей на обратную сторону затвора 32 и сжимающей пружину. Как только останавливается закачивание и перепад давления вдоль скважинной трубы исчезает,пружина разожмется и переместит затвор влево (в показанном варианте), пока твердая часть затвора 32(показан на фиг.2) не заблокирует центральный проход потока 31. В этом положении клапан уравновешивается и не может быть вновь открыт приложением перепада давления через скважинную трубу. Простое замковое кольцо 38 может быть перекрыто, что эффективно заблокирует клапан в закрытом положении. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Компоновка, управляемая скважиной трубой,имеющей выполненные в стенке отверстия и предназначенная для размещения в стволе скважины, и таким образом формирующая пространство между указанной трубой и поверхностью ствола скважины,указанная компоновка включает первые устройства управления потоками, размещенные в отверстиях скважинной трубы, вторые устройства управления потоками, размещенные во вторых отверстиях скважинной трубы, и набор пакеров для герметизации пространства между указанной трубой и поверхностью ствола скважины, указанный набор пакеров, установленных так, чтобы часть трубы,имеющей первые и вторые устройства управления потоками, была расположена между пакерами набора, отличающаяся тем, что указанные первые устройства управления потоками отрегулированы так, что они способны блокировать поток жидкости изнутри скважинной трубы в пространство между указанной трубой и поверхностью ствола скважины,и вторые устройства управления потоками отрегулированы так, что они способны блокировать поток жидкости из пространства между скважинной трубой и поверхностью ствола скважины внутрь указанной трубы, указанные вторые устройства управления потоками включают клапаны,снабженные автоматически закрывающимися механизмами, которые способны полностью закрыть клапаны,указанный автоматически закрывающийся механизм отрегулирован так, что стимулирование ствола скважины может происходить через вторые устройства управления потоками в то время как они находятся в открытом положении. 2. Компоновка по п.1, отличающаяся тем, что первые устройства управления потоками включают закрываемые отверстия, приводимые в действие с поверхности. 3. Компоновка по п.1 или 2, отличающаяся тем,что отверстия указанных первых устройств управления потоками управляются секцией запуска. 4. Компоновка по п.п.1-3, отличающаяся тем,что первое устройство управления потоками включает муфту со скользящей дверцей ,установленную на трубе. 5. Компоновка по п.п.1-4, отличающаяся тем,что второе устройство управления потоками включает активируемый кислотой закрывающий механизм. 6. Компоновка по п.1-5, отличающаяся тем, что второе устройство управления потоками включает механизм с задержкой времени, который после установленного периода времени закрывает клапан наглухо. 7. Компоновка по п.1-6, отличающаяся тем, что второе устройство управления потоками включает раздуваемое соединение, которое раздувается во время закачивания воды и таким образом закрывает клапан наглухо. 8. Компоновка по п.1-4 или 6, отличающаяся тем, что второе устройство управления потоками включает электрически приводимый в действие механизм, который после установленного периода времени закрывает клапан наглухо. 9. Компоновка по п.8, отличающаяся тем, что электрически приводимый в действие механизм управляется указанной секцией запуска. 10. Способ применения компоновки по п.п.1-9 для герметизации части кольцевого пространства между скважинной трубой и стволом скважины,включающий стадии бурение скважины в формировании введение в скважину множества компоновок согласно изобретению, указанные компоновки являются элементами, вставленными между обычной трубой, такой как, например,обсадная труба или хвостовик, таким образом обеспечивая кольцевое пространство или затрубное пространство между указанной трубой и формированием, окружающим указанную трубу закачивание кислоты через указанную трубу и далее через указанные вторые устройства управления потоками в формирование для стимулирования указанной скважины запуск по меньшей мере двух компоновок для расширения двух пакеров с целью герметизации части указанного кольцевого пространства открытие первого устройства управления потоками и закрытие второго устройства управления потоками, таким образом обеспечение прохода воды из трубы в формирование через первые устройства управления потоками. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно включает стадии закрытия первого устройства управления потоками для прерывания потока жидкости между указанной внутренней трубой и указанной герметизированной частью кольцевого пространства.