СПОСОБ ЗАВЕРШЕНИЯ НЕОБСАЖЕННОЙ ЧАСТИ СТВОЛА БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ

Способ завершения необсаженной части скважины в подземной формации, включающий операции: размещение гильзы с прорезями с взаимно перекрывающими прорезями в заранее определенном месте скважины, закрепление верхнего конца гильзы и перемещение вверх в гильзе с прорезями заостренной разжимной оправки, наибольший диаметр которой больше внутреннего диаметра гильзы с прорезями.

Настоящее изобретение относится к завершению необсаженной части ствола буровой скважины в подземных формациях. Примером такой буровой скважины является скважина, пробуренная в формациях, содержащих углеводороды для извлечения из них углеводородов.
Для предупреждения обрушения стенок скважины производят закрепление скважины по-мещенными в нее обсадными трубами, которые крепятся в скважине посредством слоя це-мента между стенкой обсадной трубы и внутренней стенкой скважины.
Для того, чтобы обеспечить, по существу, неограниченный приток жидкости из содержа-щих углеводороды формаций, скважину не обсаживают в той ее части, которая пересекает содержащую углеводороды формации. Если содержащая углеводороды формация настолько слаба, что обрушивается, необсаженную часть ствола скважины завершают гильзой с проре-зями, допускающими приток жидкости в скважину.
Известный способ завершения необсаженной части скважины в подаваемой формации включает операции размещения гильзы с прорезями в скважине в месте расположения содер-жащей углеводороды формации и крепления гильзы. Крепление гильзы выполняют обычно путем прикрепления верхнего конца гильзы к нижнему концу обсадных труб, помещенных в скважину.
Поскольку внутренний диаметр обсаженной части меньше диаметра скважины и по-скольку гильзу с прорезями приходится опускать через обсаженную часть скважины, диаметр гильзы с прорезями меньше диаметра скважины и за счет этого между гильзой и стенкой скважины образуется кольцевое пространство. С течением времени горизонт обрушится и засыплет наружную стенку гильзы, так что кольцевое пространство окажется заполненным материалом. При добыче углеводородов жидкость будет протекать через формацию через за-полненное кольцевое пространство и через прорези в гильзе в обсаженную скважину. Длина окружности, через которую жидкость поступает в обсаженную скважину, уменьшается таким образом с длины окружности скважины до длины окружности наружной стенки гильзы.
В описании к патенту США №3191680 описан способ завершения необсаженной части скважины в подземной формации, который включает:
а) размещение в заранее определенном месте скважины гофрированной гильзы;
b) закрепление гофрированной гильзы и
с) перемещение по гофрированной гильзе разжимной оправки, заостренной в том направ-лении, в котором оправка перемещается по гильзе.
Наружный диаметр известной разжимной оправки равен диаметру разжатой гильзы. Сле-довательно, в известном способе максимальный диаметр полученной разжатой гильзы с про-резями равен ее первоначальному диаметру.
Целью настоящего изобретения является создание способа завершения необсаженной ча-сти скважины, допускающего оптимальное использование длины окружности скважины для максимально возможного уменьшения сопротивления потоку жидкости, в котором гильза с прорезями разжимается до диаметра, превышающего ее первоначальный диаметр.
В соответствии с этим способ завершения необсаженной части скважины в подземной формации, являющийся предметом настоящего изобретения, включает операции:
а) размещение гильзы в заранее определенном месте скважины;
b) закрепление гильзы;
с) перемещение в гильзе разжимной оправки, заостренной в направлении, в котором оправка перемещается через гильзу, и, согласно изобретению гильза, является гильзой с про-резями, а прорези являются взаимно перекрывающими продольными прорезями, при этом оправка имеет наибольший диаметр, превышающий внутренний диаметр гильзы с прорезями, а прорези расширяются.
Предполагается, что в процессе операции (с) диаметр гильзы с прорезями увеличивается. Увеличение диаметра может достигаться путем проталкивания разжимной оправки вниз че-рез гильзу с прорезями, причем разжимная оправка заострена в направлении вниз; или, что подходит больше, диаметр гильзы с прорезями увеличивают путем протягивания разжимной оправки с заостренным верхним концом через гильзу с прорезями снизу вверх.
Неожиданно было обнаружено, что гильза с прорезями, разжатая разжимной оправкой, получает постоянный конечный диаметр, который больше наибольшего диаметра разжимной оправки. Разницу между постоянным конечным диаметром и наибольшим диаметром раз-жимной оправки обозначают как постоянное избыточное расширение. Это постоянное избы-точное расширение было обнаружено для угла конусности, превышающего приблизительно 13. Оптимально угол конусности должен находиться в диапазоне от 30 до 90.
Аналогом может служить описание к патенту США №1135809, описывающее завершение необсаженной части скважины гильзой с прорезями, имеющей взаимно перекрывающие про-рези. В этой публикации, однако, не описано разжатые гильзы с прорезями.
Поскольку гильза с прорезями будет выполнять функции фильтрования, то ее иногда называют фильтром.
Далее изобретение будет более подробно описано на примерах со ссылкой на прилагае-мые чертежи, на которых
на фиг.1 схематически показано продольное изображение обсаженной скважины с необ-саженной частью, которую нужно завершить;
на фиг.2 показана часть фиг.1, на которой часть гильзы с прорезями разжата;
на фиг.3 показан участок III с фиг.1, выполненный в более крупном масштабе чем мас-штаб фиг.1;
на фиг.4 показан участок IV с фиг.2, выполненный в более крупном масштабе чем мас-штаб фиг.2;
на фиг.5 схематически показан поперечный разрез гильзы с прорезями с целью указания соответствующих размерностей; и
на фиг.6 схематически показан альтернативный вариант реализации разжимной оправки.
Обратимся теперь к фиг.1, на которой показана нижняя часть скважины 1, пробуренной в подземной формации 2. Скважина 1 имеет обсаженную часть 5, в которой скважина 1 обли-цована обсадной трубкой 6, прикрепленной к стенке скважины 1 слоем цемента 7, и необса-женную часть 10.
В необсаженную часть 10 скважины 1 в заранее заданное положение, в данном случае в конец обсадной трубы 6 опущена гильза с прорезями 11, снабженная взаимно налегающими продольными прорезями 12. Следует отметить, что для четкости не все прорези обозначены числовыми позициями.
Верхний конец гильзы с прорезями 11 прикреплен к нижнему концу обсадной трубы 6 соединительными приспособлениями (не показаны), снабженными подходящими уплотнени-ями.
После закрепления верхнего конца гильзы с прорезями 11 гильзу с прорезями 11 разжи-мают, используя для этого разжимную оправку 15. Гильзу с прорезями 11 опускают на ниж-нем конце струны 16, закрепленной на разжимной оправке 15. Для разжатые гильзы с проре-зями 11 разжимную оправку 15 протягивают вверх через гильзу с прорезями 11 путем натя-жения струны 16. Разжимная оправка 15 заострена в том направлении, в котором оправка 15 перемещается через гильзу с прорезями 11, т.е. в данном случае у разжимной оправки 15 за-острен верхний конец. Наибольший диаметр разжимной оправки 15 превышает внутренний диаметр гильзы с прорезями 11.
На фиг.2 показана гильза с прорезями в частично разжатом состоянии, при котором раз-жата нижняя часть гильзы с прорезями. Одинаковые с фиг.1 детали обозначены одинаковыми числовыми позициями. Деформированные прорези обозначены позицией 12’.
На фиг. 3 показано размещение на гильзе с прорезями недеформированных прорезей 12, где “1” означает длину прорези, “а” означает длину взаимного перекрытия и “b” означает ши-рину прорези. На фиг.4 показаны деформированные прорези 12’.
Сравнивая фиг.3 с фиг.4, можно видеть, что участки стенки 30 гильзы с прорезями, в ко-торых прорези не перекрывают друг друга, деформируются по окружности. А на соседних участках, где прорези перекрывают друг друга, участки стенки 33 выгибаются в наружном направлении от цилиндрической поверхности недеформированной гильзы (наружный изгиб поверхности на фиг.4 не показан). Сочетание вращения и изгибания определяет разжатые, и деформация по окружности сохраняет разжатые гильзы с прорезями.
Неожиданно было обнаружено, что при угле конусности, превышающем 13, постоянный конечный диаметр гильзы с прорезями будет больше диаметра разжимной оправки.
Обратимся теперь к фиг.5, на которой “d1” — первоначальный наружный диаметр гильзы с прорезями (до разжатые), “dc” -наибольший диаметр разжимной оправки,  — угол конусно-сти и df — постоянный конечный наружный диаметр разжатой гильзы с прорезями.
При такой конфигурации было проведено несколько испытаний, результаты которых сведены в таблицу, в которой “t” — толщина стенки гильзы с прорезями и “n” — количество прорезей в направлении по окружности.
Полученные результаты ясно показывают постоянное избыточное разжатые для угла ко-нусности, превышающего 13, причем для угла конусности, превышающего 30, постоянное избыточное разжатые сильно выражено.









Таблица
Сводные результаты испытаний

d1
(мм) t
(мм) n 1
(мм) b
(мм) a/1 
() dc
(мм) df
(мм)
101,60 6 25 50 1,0 0,25 40 161,04 166,621
88,90 7 24 50 0,7 0,25 40 133,35 136,911
44,45 2,8 16 40 1,0 0,10 65 73,79 80,012
38,10 2,8 16 30 1,0 0,33 13 56,39 55,632
38,10 2,8 16 30 1,0 0,33 30 56,39 59,062
38,10 2,8 16 30 1,0 0,33 40 56,39 57,532
38,10 2,8 16 30 1,0 0,33 40 56,39 60,202
31,75 2 16 25 1,0 0,17 40 55,56 61,602
31,75 2 8 30 1,0 0,33 45 55,56 56,202
25,40 1,8 12 30 1,0 0,25 65 39,12 41,152
25,40 1,8 12 30 1,0 0,25 80 50,67 55,883
25,40 1,8 12 30 1,0 0,25 40 49,28 50,293
25,40 1,8 12 30 1,0 0,25 65 39,12 40,643

1) Труба изготовлена из стали марки J55 с минимальным пределом текучести 380 МПа (55 тыс. фунт/кв.дюйм) и с минимальным временным сопротивлением 520 МПа (75 тыс. фунт./кв.дюйм).
2) Труба изготовлена из стальной полосы в рулонах для производства труб с минималь-ным пределом текучести 480 МПа (70 тыс.фунт/кв.дюйм) и с минимальным временным со-противлением 550 МПа (80 тыс.фунт./кв.дюйм).
3) Труба изготовлена из стали марки AISI 316L с минимальным пределом текучести 190 МПа (28 тыс.фунт/кв.дюйм) и с минимальным временным сопротивлением 490 МПа (71 тыс.фунт./кв.дюйм).
Обратимся теперь к фиг.6, на которой показан альтернативный вариант разжимной оправки 40, состоящей из цилиндрического корпуса 41 с осевыми пальцами 42, которые мо-гут отклоняться в наружном направлении, и конуса 44, установленного с осевым зазором в цилиндрическом корпусе 41 для отклонения пальцев 42 в наружном направлении. К конусу 44 крепится струна 46 для перемещения разжимной оправки 40 через гильзу с прорезями (не показана).
Сначала гильзу с прорезями опускают в скважину, после чего верхний конец гильзы с прорезями закрепляют. Вслед за этим через гильзу прорези ниже нижнего конца гильзы опус-кают разжимную оправку 40. После этого разжимную оправку 40 сжимают так, что осевые пальцы выступают в наружном направлении до диаметра, несколько превышающего внут-ренний диаметр гильзы с прорезями, и затем разжимную оправку 40 протягивают вверх и осевые пальцы 42 будут отклоняться все более до тех пор, пока цилиндрический корпус 41 не войдет в соприкосновение с верхней поверхностью конуса 44. Разжатая разжимная оправка будет разжимать гильзу с прорезями в процессе протягивания ее через гильзу.
В другом варианте гильзу с прорезями можно опустить в скважину на конце струны 46, причем нижний конец гильзы с прорезями опирается на несколько разжатую разжимную оправку 40. После установки гильзы с прорезями разжимную оправку протягивают вверх.
Еще в одном варианте реализации изобретения в заранее выбранном положении в буро-вой скважине размещают систему из двух или более гильз с прорезями, помещенных одна в другой. Удобнее всего применять две гильзы с прорезями. Каждая из гильз имеет взаимно перекрывающие друг друга прорези, и гильзы с прорезями размещаются одна в другой, при-чем относительное положение гильз может быть подобрано таким образом, чтобы после раз-жатые прорези согласовались или не согласовались в радиальном направлении. Когда после разжатые прорези в радиальном направлении не согласуются между собой, жидкости, проте-кающей через систему, приходится проходить по зигзагообразному пути; благодаря этому такой вариант подходит для недопущения попадания в скважину песка.
Другим способом недопущения попадания песка в скважину является обертывание наружной поверхности гильзы с прорезями. Обычно оберткой может служить мембрана или экран из мелкоячеистой сетки или экран из спеченного материала или спеченного металла. Обертка может также быть нанесена на наружную поверхность самой внешней гильзы с про-резями из системы гильз с прорезями.
Выше было описано опускание гильзы с прорезями, опирающейся на разжимную оправ-ку; другой вариант предусматривает сначала опускание гильзы с прорезями, ее закрепление и затем опускание через гильзу с прорезями разжимной оправки в сжатой форме. После чего оправку разжимают и протягивают вверх для разжатые гильзы с прорезями.
Способ, являющийся предметом настоящего изобретения, может быть применен в верти-кальной или наклонной скважине, а также в скважине с горизонтальным конечным участком.
Скважина может быть пробурена для организации добычи жидкостей из подземных гори-зонтов через эту скважину, или же скважина может использоваться для закачивания жидкости в подземный горизонт. Способ, являющийся предметом настоящего изобретения, может так-же быть использован для завершения части и такого последнего варианта буровой скважины.
Геометрическая форма гильзы с прорезями и разжимной оправки может быть выбрана таким образом, чтобы конечный диаметр не ограниченной (свободной) разжатой гильзы с прорезями, df на фиг.5, был больше диаметра буровой скважины. В этом случае разжатая гильза с прорезями прижимается к стенкам скважины, что способствует повышению устойчивости скважины.
Разжимная оправка, описанная со ссылками на фигуры, имеет коническую форму, и ли-ния пересечения наружной поверхности с плоскостью, проходящей через продольную ось разжимной оправки, оказывается кривой, а полуконусный угол описывается касательной к внутренней стенке гильзы с прорезями и кривой линии пересечения.

US, патент, № 3191680, кл. Е 21 В 43/10, 1965.