1. Пакерный инструмент, устанавливаемый на спусковой колонне для обеспечения уплотнения вокруг трубы и содержащий корпус с одним или несколькими пакерными элементами и муфтой, при этом пакерный инструмент способен устанавливаться путем перемещения муфты относительно корпуса инструмента, вызывающего сжатие одного или нескольких пакерных элементов, причем инструмент имеет множество перепускных каналов для обеспечения прохода для текучей среды в обход пакерных элементов, и муфта имеет по меньшей мере один анкерный элемент, который способен активироваться для осуществления контакта с трубой под давлением текучей среды из перепускных каналов при установке пакера.

2. Пакерный инструмент по п.1, в котором по меньшей мере один анкерный элемент является подвижным башмаком.

3. Пакерный инструмент по п.2, содержащий три башмака, расположенных на равных расстояниях вокруг муфты.

4. Пакерный инструмент по любому из пп.2 или 3, в котором каждый башмак способен перемещаться в радиальном направлении относительно продольной оси инструмента.

5. Пакерный инструмент по любому из пп.2-4, в котором каждый башмак имеет захватывающую поверхность для сцепления с трубой.

6. Пакерный инструмент по п.5, в котором каждый башмак имеет цилиндрическую часть, искривленная поверхность которой является захватывающей поверхностью.

7. Пакерный инструмент по п.6, в котором радиус кривизны захватывающей поверхности совпадает с радиусом кривизны трубы.

8. Пакерный инструмент по любому из пп.2-7, в котором каждый башмак имеет заднюю поверхность, давление текучей среды на которую способно перемещать башмак.

9. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, который включает ограничивающее средство.

10. Пакерный инструмент по п.9, когда зависит от п.2, в котором ограничивающее средство представляет собой одну или несколько пружин, сдвигающих каждый башмак к муфте.

11. Пакерный инструмент по п.10, в котором пружины представляют собой пару пластинчатых пружин, размещенных продольно на любой стороне каждого башмака.

12. Пакерный инструмент по любому из пп.9-11, в котором ограничивающее средство способно предотвращать сцепление каждого башмака со стенкой трубы при спуске инструмента в трубу.

13. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта имеет множество проходов, расположенных между внутренней и внешней поверхностями муфты.

14. Пакерный инструмент по п.13, в котором, когда пакер не установлен, проходы выровнены с базой перепускных каналов, из-за чего текучая среда в обход пакерных элементов поступает на внешнюю поверхность муфты.

15. Пакерный инструмент по любому из пп.13 или 14, в котором, когда пакер установлен, проходы закрыты вследствие их перемещения от перепускных каналов.

16. Пакерный инструмент по п.15, в котором вследствие закрытия проходов текучая среда направляется в обход пакерных элементов и ее давление переносится по меньшей мере на один анкерный элемент.

17. Пакерный инструмент по любому из пп.15 или 16, когда зависит от п.8, в котором перенаправленная текучая среда течет через один или несколько каналов в муфте, перенося давление текучей среды на задние поверхности башмаков.

18. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта имеет одну или несколько выемок, размещенных продольно на внешней поверхности.

19. Пакерный инструмент по п.18, в котором одна или несколько выемок обеспечивают переток текучей среды мимо муфты при спуске инструмента в ствол скважины.

20. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, имеющий наружную кромку на внешней поверхности.

21. Пакерный инструмент по п.20, в котором наружная кромка расположена на внешней поверхности муфты.

22. Пакерный инструмент по любому из пп.20 или 21, в котором наружная кромка обеспечивает опорную поверхность для поддержки верхней части хвостовика.

23. Пакерный инструмент по п.22, в котором верхняя часть хвостовика является полированным гнездом бура.

24. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором один или несколько пакерных элементов выполнены из литой резины.

25. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта механически присоединена к корпусу инструмента посредством срезающего средства.

26. Пакерный инструмент по п.25, когда зависит от п.20, в котором срезающее средство способно срезаться под влиянием установочной нагрузки на инструмент, когда наружная кромка взаимодействует с формацией.

27. Пакерный инструмент по любому из пп.1-24, в котором муфта механически присоединена к корпусу инструмента предохранительной кнопкой, которая предотвращает отсоединение муфты от корпуса, пока инструмент не достигнет верхней части хвостовика.

28. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта способна сдвигаться от пакерного элемента.

29. Пакерный инструмент по п.28, в котором сдвиг достигается за счет пружины.

30. Пакерный инструмент по п.29, когда зависит от п.17, в котором пружина находится в каналах, проходящих к башмакам.

31. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий в себя один или несколько скребков и/или щеток, установленных под муфтой.

32. Пакерный инструмент по п.31, в котором скребки и/или щетки предназначены для очистки перед пакерными элементами и подготовки области для установки инструмента.

33. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором спусковая колонна является бурильной колонной.

34. Пакерный инструмент по п.33, в котором бурильная колонна включает специальные инструменты очистки скважины.

35. Способ установки пакерного инструмента по п.1 в стволе скважины, содержащей следующие этапы:

спуск пакерного инструмента, смонтированного на спусковой колонне, в ствол скважины, позволяя текучим средам обходить пакерные элементы через перепускные каналы в инструменте;

расположение инструмента на верхней части хвостовика в стволе скважины;

нагрузка пакерного инструмента для перемещения муфты относительно корпуса инструмента для сжатия и установки пакерных элементов;

отвод давления текучей среды через перепускные каналы для активации средства анкерного элемента на муфте;

анкерование инструмента к стенке ствола скважины для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика.

36. Способ по п.35, дополнительно содержащий этап осуществления приточного или отрицательного тестирования для проверки целостности ствола скважины.

37. Способ по любому из пп.35 или 36, в котором пакерные элементы устанавливаются повторно.

38. Способ по любому из пп.35-37, дополнительно содержащий этап очистки щетками и/или отскабливание ствола скважины перед пакером при спуске пакера.

39. Способ по любому из пп.35-38, включающий этап введения инструмента в верхнюю часть хвостовика для сцепления с предохранительной кнопкой до извлечения инструмента для освобождения кнопки и отсоединения муфты от корпуса.

40. Способ осуществления приточного тестирования в трубе, содержащий следующие этапы:

установка компрессионного пакера на верхней части хвостовика в трубе;

создание перепада давления между каналом хвостовика и кольцевым пространством, в котором установлен пакерный элемент;

отведение давления текучей среды в кольцевом пространстве через перепускные каналы вокруг пакерного элемента;

использование давления текучей среды для активации анкерного элемента для прикрепления компрессионного пакера к трубе под пакерным элементом для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика;

отслеживание давления текучей среды на поверхности для выявления утечек в хвостовике.

 

(57) Реферат / Формула:
Пакерный инструмент, устанавливаемый на спусковой колонне для обеспечения уплотнения вокруг трубы и содержащий корпус с одним или несколькими пакерными элементами и муфтой, при этом пакерный инструмент способен устанавливаться путем перемещения муфты относительно корпуса инструмента, вызывающего сжатие одного или нескольких пакерных элементов, причем инструмент имеет множество перепускных каналов для обеспечения прохода для текучей среды в обход пакерных элементов, и муфта имеет по меньшей мере один анкерный элемент, который способен активироваться для осуществления контакта с трубой под давлением текучей среды из перепускных каналов при установке пакера.

2. Пакерный инструмент по п.1, в котором по меньшей мере один анкерный элемент является подвижным башмаком.

3. Пакерный инструмент по п.2, содержащий три башмака, расположенных на равных расстояниях вокруг муфты.

4. Пакерный инструмент по любому из пп.2 или 3, в котором каждый башмак способен перемещаться в радиальном направлении относительно продольной оси инструмента.

5. Пакерный инструмент по любому из пп.2-4, в котором каждый башмак имеет захватывающую поверхность для сцепления с трубой.

6. Пакерный инструмент по п.5, в котором каждый башмак имеет цилиндрическую часть, искривленная поверхность которой является захватывающей поверхностью.

7. Пакерный инструмент по п.6, в котором радиус кривизны захватывающей поверхности совпадает с радиусом кривизны трубы.

8. Пакерный инструмент по любому из пп.2-7, в котором каждый башмак имеет заднюю поверхность, давление текучей среды на которую способно перемещать башмак.

9. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, который включает ограничивающее средство.

10. Пакерный инструмент по п.9, когда зависит от п.2, в котором ограничивающее средство представляет собой одну или несколько пружин, сдвигающих каждый башмак к муфте.

11. Пакерный инструмент по п.10, в котором пружины представляют собой пару пластинчатых пружин, размещенных продольно на любой стороне каждого башмака.

12. Пакерный инструмент по любому из пп.9-11, в котором ограничивающее средство способно предотвращать сцепление каждого башмака со стенкой трубы при спуске инструмента в трубу.

13. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта имеет множество проходов, расположенных между внутренней и внешней поверхностями муфты.

14. Пакерный инструмент по п.13, в котором, когда пакер не установлен, проходы выровнены с базой перепускных каналов, из-за чего текучая среда в обход пакерных элементов поступает на внешнюю поверхность муфты.

15. Пакерный инструмент по любому из пп.13 или 14, в котором, когда пакер установлен, проходы закрыты вследствие их перемещения от перепускных каналов.

16. Пакерный инструмент по п.15, в котором вследствие закрытия проходов текучая среда направляется в обход пакерных элементов и ее давление переносится по меньшей мере на один анкерный элемент.

17. Пакерный инструмент по любому из пп.15 или 16, когда зависит от п.8, в котором перенаправленная текучая среда течет через один или несколько каналов в муфте, перенося давление текучей среды на задние поверхности башмаков.

18. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта имеет одну или несколько выемок, размещенных продольно на внешней поверхности.

19. Пакерный инструмент по п.18, в котором одна или несколько выемок обеспечивают переток текучей среды мимо муфты при спуске инструмента в ствол скважины.

20. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, имеющий наружную кромку на внешней поверхности.

21. Пакерный инструмент по п.20, в котором наружная кромка расположена на внешней поверхности муфты.

22. Пакерный инструмент по любому из пп.20 или 21, в котором наружная кромка обеспечивает опорную поверхность для поддержки верхней части хвостовика.

23. Пакерный инструмент по п.22, в котором верхняя часть хвостовика является полированным гнездом бура.

24. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором один или несколько пакерных элементов выполнены из литой резины.

25. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта механически присоединена к корпусу инструмента посредством срезающего средства.

26. Пакерный инструмент по п.25, когда зависит от п.20, в котором срезающее средство способно срезаться под влиянием установочной нагрузки на инструмент, когда наружная кромка взаимодействует с формацией.

27. Пакерный инструмент по любому из пп.1-24, в котором муфта механически присоединена к корпусу инструмента предохранительной кнопкой, которая предотвращает отсоединение муфты от корпуса, пока инструмент не достигнет верхней части хвостовика.

28. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта способна сдвигаться от пакерного элемента.

29. Пакерный инструмент по п.28, в котором сдвиг достигается за счет пружины.

30. Пакерный инструмент по п.29, когда зависит от п.17, в котором пружина находится в каналах, проходящих к башмакам.

31. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий в себя один или несколько скребков и/или щеток, установленных под муфтой.

32. Пакерный инструмент по п.31, в котором скребки и/или щетки предназначены для очистки перед пакерными элементами и подготовки области для установки инструмента.

33. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором спусковая колонна является бурильной колонной.

34. Пакерный инструмент по п.33, в котором бурильная колонна включает специальные инструменты очистки скважины.

35. Способ установки пакерного инструмента по п.1 в стволе скважины, содержащей следующие этапы:

спуск пакерного инструмента, смонтированного на спусковой колонне, в ствол скважины, позволяя текучим средам обходить пакерные элементы через перепускные каналы в инструменте;

расположение инструмента на верхней части хвостовика в стволе скважины;

нагрузка пакерного инструмента для перемещения муфты относительно корпуса инструмента для сжатия и установки пакерных элементов;

отвод давления текучей среды через перепускные каналы для активации средства анкерного элемента на муфте;

анкерование инструмента к стенке ствола скважины для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика.

36. Способ по п.35, дополнительно содержащий этап осуществления приточного или отрицательного тестирования для проверки целостности ствола скважины.

37. Способ по любому из пп.35 или 36, в котором пакерные элементы устанавливаются повторно.

38. Способ по любому из пп.35-37, дополнительно содержащий этап очистки щетками и/или отскабливание ствола скважины перед пакером при спуске пакера.

39. Способ по любому из пп.35-38, включающий этап введения инструмента в верхнюю часть хвостовика для сцепления с предохранительной кнопкой до извлечения инструмента для освобождения кнопки и отсоединения муфты от корпуса.

40. Способ осуществления приточного тестирования в трубе, содержащий следующие этапы:

установка компрессионного пакера на верхней части хвостовика в трубе;

создание перепада давления между каналом хвостовика и кольцевым пространством, в котором установлен пакерный элемент;

отведение давления текучей среды в кольцевом пространстве через перепускные каналы вокруг пакерного элемента;

использование давления текучей среды для активации анкерного элемента для прикрепления компрессионного пакера к трубе под пакерным элементом для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика;

отслеживание давления текучей среды на поверхности для выявления утечек в хвостовике.

 

---

009758
Настоящее изобретение относится к скважинному пакеру для использования в стволе скважины. В частности, настоящее изобретение относится к пакеру, который можно использовать для тестирования скважины.
В ходе заканчивания скважины желательно проверять целостность эксплуатационного ствола и любых пакеров, используемых для изоляции участков скважины. Известный способ предусматривает осуществление приточного или отрицательного тестирования. Один или несколько пакеров вставляются в ствол скважины для изоляции участка скважины. Текучая среда низкой плотности вводится в спусковую колонну для снижения гидростатического давления в трубе. Вследствие перепада гидростатического давления пластовая текучая среда втекает через любые трещины или неоднородности в ствол скважины, приводя к повышению давления, которое можно отслеживать и использовать для указания, где требуется ремонт.
Обычно требуется выполнять отдельный спуск в скважину для осуществления приточного или отрицательного тестирования. Дело в том, что традиционно используемые пакерные инструменты устанавливаются путем относительного вращения в стволе скважины. Поскольку многие другие инструменты активируются путем вращения и, действительно, поскольку бурильная колонна сама обычно вращается во время операции такого типа, существует вероятность того, что пакер будет установлен преждевременно. Эту проблему можно решить, вводя пакер, устанавливаемый под нагрузкой. Такой пакер, устанавливаемый под нагрузкой, именуемый компрессионным пакером, раскрыт в публикациях международной патентной заявки данного заявителя WO-01/83938. Пакер устанавливается с помощью муфты, способной перемещаться по корпусу пакера, устанавливаемого в стволе скважины. Перемещение муфты приводит к сжатию одного или нескольких уплотнительных элементов для обеспечения уплотнения.
Этот компрессионный пакер особенно пригоден для проверки целостности хвостовика, когда используется постоянный пакер или пакер в виде колонны-надставки с полированным гнездом бура (ПГБ). После установки такого пакера можно производить один спуск в скважину для приведения в действие очистных приспособлений и осуществления приточного или отрицательного тестирования. Очистные приспособления можно использовать путем относительного вращения спусковой колонны в стволе скважины и, дополнительно, спусковую колонну можно разгружать, чтобы муфта компрессионного па-кера снималась с ПГБ. Это приводит к тому, что компрессионный пакер устанавливается над ПГБ и герметизирует ствол скважины между пакерами. После этого можно осуществлять приточное или отрицательное тестирование.
Значительным недостатком этого компрессионного пакера является нагрузка на ПГБ. При осуществлении приточного тестирования создаются большие перепады давления по разные стороны уплотни-тельного элемента, поэтому к пакеру прилагается достаточная внешняя сила. В компрессионном пакере большая часть этой силы передается на ПГБ. В результате существует опасность повреждения и пакер-ного элемента, и ПГБ в случае превышения допустимой нагрузки. Эта проблема усугубляется в глубоких скважинах, где перепады давления будут больше. Например, если пакер имеет используемую площадь поверхности кольцевого пространства 10 кв. дюймов и перепад давления по обе стороны от него равен 30000 фунт, это обеспечивает силу до 250000 фунт, действующую на компрессионный пакер.
Проблема избыточной нагрузки и дополнительных сил на хвостовике за счет перепадов давления при гидравлическом тестировании была рассмотрена для испытательного пакера верхней части хвостовика, описанного в публикации WO 03/067027, в которой раскрыта конструкция с клиньями, установленными под компрессионным пакером, и пакер зафиксирован клиньями. Дополнительная нагрузка и силы затем передаются обсадной колонне, в которой пакер установлен посредством клиньев. Таким образом, клинья предотвращают нагрузку на хвостовик или подвесное устройство хвостовика, расположенное под клиньями.
Однако этот пакерный инструмент имеет ряд недостатков.
Как и все инструменты, устанавливаемые под нагрузкой, существует опасность того, что инструмент будет установлен в неверном положении, если он встречается с препятствием в стволе скважины. Когда этот инструмент устанавливается путем срезания штифтов и с последующим сцеплением с клиньями до расширения пакерных элементов, трудно освободить инструмент для установления в другом месте. Дополнительно, когда клинья перемещаются поперечно под действием продольно приложенной силы, в случае избыточной продольной нагрузки, которая может возникать при высоких перепадах давления, клинья могут терять захват, что создает опасность приложения всей силы к верхней части хвостовика.
Целью настоящего изобретения является создание компрессионного пакера, имеющего механизм для приема на себя избыточной силы, создаваемой перепадом давления в ходе приточного тестирования.
Целью по меньшей мере одного варианта осуществления настоящего изобретения является создание компрессионного пакера, который предотвращает приложение силы, обусловленной перепадом давления, к верхней части хвостовика.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения создан пакерный инструмент, устанавливаемый на спусковой колонне для обеспечения уплотнения вокруг трубы и содержащий корпус с одним или несколькими пакерными элементами и муфтой, пакерный инструмент устанавливается путем перемещения муфты относительно корпуса инструмента, вызывающего сжатие одного или нескольких пакерных эле
- 1 -
009758
ментов, при этом инструмент имеет множество перепускных каналов для обеспечения прохода текучей среды в обход пакерных элементов, и в котором муфта имеет по меньшей мере один анкерный элемент, который активируется для осуществления контакта с трубой под давлением текучей среды из перепускных каналов при установке пакера.
Таким образом, в инструменте всегда существует проход для текучей среды в обход пакерных элементов. При установке элементов давление текучей среды используется для активации анкерного элемента к стенке ствола скважины для предотвращения избыточной нагрузки ниже. Повышенное гидродинамическое давление, вызванное перепадом давления на элементах, используется для дополнительного крепления анкерного элемента. Кроме того, наличие прохода для текучей среды вокруг пакерных элементов снижает пульсацию и свабирование, когда инструмент спускается в ствол скважины и вытаскивается из него.
Предпочтительно, по меньшей мере один анкерный элемент является подвижным башмаком. Предпочтительно, используют три башмака, расположенных на равных расстояниях вокруг муфты. Предпочтительно, башмаки способны перемещаться в радиальном направлении относительно продольной оси инструмента. Предпочтительно, каждый башмак включает в себя захватывающую поверхность для сцепления с трубой. Преимущественно, каждый башмак имеет цилиндрическую часть, искривленная поверхность которой является захватывающей поверхностью. Предпочтительно, радиус кривизны захватывающей поверхности совпадает с радиусом кривизны трубы. Предпочтительно также, каждый башмак имеет заднюю поверхность, давление текучей среды на которую может перемещать башмак.
Инструмент может включать ограничительное средство. Это средство может представлять собой одну или несколько пружин, которые сдвигают каждый башмак к муфте. Пружины могут представлять собой пару пластинчатых пружин, размещенных продольно на любой стороне каждого башмака. Ограничительное средство предотвращает сцепление башмаков со стенкой трубы при вводе инструмента в трубу.
Предпочтительно, муфта имеет множество проходов, причем каждый проход расположен между внутренней и внешней поверхностями муфты. Предпочтительно, когда пакер не установлен, проходы выровнены с базой перепускных каналов, из-за чего текучая среда, в обход пакерных элементов, поступает на внешнюю поверхность муфты. Предпочтительно также, когда пакер установлен, проходы закрыты вследствие их перемещения от перепускных каналов.
Предпочтительно, вследствие закрытия проходов текучая среда направляется в обход пакерных элементов и ее давление переносится на анкерный элемент. Более предпочтительно, перенаправленная текучая среда течет через один или несколько каналов в муфте, перенося давление текучей среды на задние поверхности башмаков.
Предпочтительно, муфта имеет одну или несколько выемок, размещенных продольно на внешней поверхности. Выемки обеспечивают переток текучей среды мимо муфты при спуске инструмента в ствол скважины.
Пакер может включать наружную кромку на внешней поверхности. Более предпочтительно, наружная кромка находится на внешней поверхности муфты. Наружная кромка обеспечивает опорную поверхность для верхней части хвостовика, если находится на пакерном инструменте. Предпочтительно, верхняя часть хвостовика является ПГБ.
Предпочтительно, один или несколько пакерных элементов выполнены из литой резины.
Муфта может быть механически присоединена к корпусу инструмента срезающим средством, которое способно сдвигаться под влиянием установочной нагрузки на инструмент, когда наружная кромка взаимодействует с формацией.
Муфта может быть механически присоединена к корпусу инструмента предохранительной кнопкой, которая предотвращает отсоединение муфты от корпуса, пока инструмент не достигнет верхней части хвостовика. Такие предохранительные кнопки раскрыты в WO 03/040516.
Предпочтительно, муфта сдвинута от пакерного элемента. Предпочтительно, сдвиг достигается за счет пружины. Более предпочтительно, пружина находится в каналах, проходящих к башмакам.
Предпочтительно, пакерный инструмент дополнительно включает один или несколько скребков и/или щеток, установленных под муфтой. Скребки и/или щетки производят очистку перед пакерными элементами и подготавливают область для установки инструмента.
Предпочтительно, спусковая колонна является бурильной колонной. Бурильная колонна также может включать специальные инструменты для очистки скважины.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ установки вышеописанного пакерного инструмента в стволе скважины, содержащий следующие этапы:
спуск пакерного инструмента, смонтированного на спусковой колонне, в ствол скважины, позволяя текучим средам обходить пакерные элементы через перепускные каналы в инструменте;
размещение инструмента на верхней части хвостовика в стволе скважины;
нагрузка пакерного инструмента для перемещения муфты относительно корпуса инструмента для сжатия и установки пакерных элементов;
отвод давления текучей среды через перепускные каналы для активации анкерного элемента на
- 2 -
009758
муфте;
анкерование инструмента к стенке ствола скважины для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика.
Предпочтительно, способ также содержит этап осуществления приточного или отрицательного тестирования для проверки целостности ствола скважины.
Предпочтительно, пакерные элементы можно устанавливать повторно.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап очистки щетками и/или отскабливания ствола скважины перед пакером при спуске пакера.
Предпочтительно, способ также включает этап введения инструмента в верхнюю часть хвостовика для сцепления с предохранительной кнопкой до извлечения инструмента для освобождения кнопки и отсоединения муфты от корпуса.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ осуществления приточного тестирования в трубе, содержащий следующие этапы:
установка компрессионного пакера на верхней части хвостовика в трубе;
создание перепада давления между колонной хвостовика и кольцевым пространством, в котором установлен пакерный элемент;
отвод давления текучей среды в кольцевом пространстве через перепускные каналы вокруг пакер-ного элемента;
использование давления текучей среды для активации анкерного элемента для прикрепления компрессионного пакера к трубе под пакерным элементом для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика;
отслеживание давления текучей среды на поверхности для выявления утечек в хвостовике.
Далее приводятся описания иллюстративных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на фигуры, на которых изображено следующее:
фиг. 1 - схематический вид в поперечном сечении пакерного инструмента согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 - вид в разрезе по линии А-А фиг. 1;
фиг. 3 - еще один вариант осуществления пакерного инструмента согласно настоящему изобретению.
На фиг. 1 показан пакерный инструмент 10, согласно настоящему изобретению. Пакерный инструмент 10 представляет собой компрессионный пакер.
Пакерный инструмент 10 содержит корпус 12, на котором размещены пакерный элемент 18 и муфта 14. Уплотнительный элемент 18 выполнен в виде кольцевой полосы резины, которая при сжатии в продольном направлении расширяется в радиальном направлении, увеличивая общий диаметр инструмента 10 для обеспечения уплотнения между внешней поверхностью 20 корпуса 12 и поверхностью 19 ствола скважины. Пакерный инструмент 10 дополнительно включает перепускные каналы 16 позади пакерного элемента 18 и анкерный элемент 22, расположенный под пакерным элементом 18.
Корпус 12 инструмента представляет собой цилиндрическую оправку, имеющую сквозной канал 21. На верхнем конце 24 находится муфтовая секция 26 для соединения корпуса 12 со спусковой колонной (не показана). На нижнем конце корпуса 12 находится соответствующая ниппельная секция (не показана) для установки инструмента 10 в спусковой колонне. Муфта 14 имеет наружную кромку 28 на своей внешней поверхности 30. Наружная кромка может совмещаться и располагаться на верхней части 34 трубы 32, которую можно называть верхней частью хвостовика. В предпочтительном варианте осуществления труба 32 является полированным гнездом бура и удерживается на месте пакером в виде колонны-надставки, известным в технике. Пакер в виде колонны-надставки обеспечивает постоянное уплотнение под верхней частью 34.
Корпус 12 имеет ряд проходов 36, обеспечивающих проход текучей среды из перепускных каналов 16 на внешнюю поверхность 20 корпуса 12. Проходы 36 размещены на равных расстояниях по периметру корпуса 12. Муфта 14 способна закрывать проходы 36 и имеет ряд совпадающих проходов 38, размещенных по ее периметру и проходящих через муфту 14. Таким образом, когда проходы 38 выровнены с проходами 36, текучая среда, проходящая по каналам 16, может выходить из каналов 16 через проходы 36, 38 в ствол скважины. Давление текучей среды также может передаваться через текучую среду в каналах 16.
Муфта 14 первоначально удерживается на корпусе 12 срезными штифтами 48. Срезной штифт 48 обеспечивает механическое соединение между муфтой 14 и корпусом 12. Линия среза для штифта находится на внешней поверхности 20 корпуса, и при расцеплении штифт остается в муфте 14. Когда штифт 48 находится на месте, проходы 36, 38 выровнены и текучая среда обходит пакерный элемент 18 и возвращается в ствол скважины.
В альтернативном варианте осуществления муфта 14 удерживается на корпусе 12 предохранительной кнопкой. Такая кнопка раскрыта в WO 03/040516, которая включена сюда посредством ссылки. Кнопка действует между корпусом 12 инструмента и муфтой 14 инструмента, первоначально скрепляя их друг с другом. Когда инструмент достигает верхней части хвостовика в стволе скважины, кнопка за
- 3 -
009758
хватывает хвостовик, который разъединяет корпус и муфту. Кнопка остается в разблокированной позиции благодаря хвостовику, пока инструмент устанавливается. Кнопка предотвращает преждевременную установку инструмента.
Муфта 14 перемещается вследствие того, что наружная кромка 28 контактирует с верхней частью 34 хвостовика, и к спусковой колонне прилагается нагрузка. Муфта 14 сдвигается от пакерного элемента 18 посредством пружины 40, находящейся в канале 42, таким образом, пружина 40 сжимается при перемещении муфты 14. Канал 42 располагается продольно между муфтой 14 и корпусом 12. Канал 42 имеет нижний выступ 44, относительно которого сдвигается пружина 40, и верхнее отверстие 46, которое выравнивается с проходом 36 в корпусе 12. Согласно показанному варианту осуществления существует три канала 42. Однако можно обеспечить любое количество каналов или резервуаров. Давление текучей среды в перепускном канале 16 передается через отверстие 46 для прохождения через каналы 42, если проходы 38 закрыты вследствие рассогласования с проходами 36.
Каналы 42 проходят в анкерную секцию 22 и заканчиваются позади трех башмаков 50, расположенных на муфте 14. Таким образом, давление текучей среды, передаваемое через каждый канал 42, может действовать на заднюю поверхность 58 каждого башмака. Каждый башмак 50 расположен в выемке 52 на внешней поверхности 30 муфты 14. Каждая выемка 52 имеет форму для размещения выступа 54, чтобы башмак не мог перемещаться в корпус 12. Выемка 52 включает уплотнения 56, из-за чего текучая среда позади каждого башмака 50 не может перетекать между башмаком 50 и выемкой 52 для выхода из инструмента 10. Поэтому каждый башмак 50 может перемещаться в радиальном направлении от муфты 14 вследствие того, что давление текучей среды достигло задней поверхности 58.
После активации башмаков 50, за счет повышенного давления текучей среды через каналы 42, каждый башмак 50 перемещается как поршень по радиусу наружу и вступает в контакт с поверхностью 19 в стволе скважины. Каждая поверхность 60 подвижных башмаков 50 зазубрена для обеспечения захватывающей поверхности, наподобие имеющейся на клиньях и т. п., чтобы башмаки 50 прилипали к поверхности 19.
Кроме того, ограничительное средство позиция 62 также присоединено к каждому башмаку. Согласно показанному варианту осуществления это средство содержит две пластинчатые пружины 64а,Ь, размещенные продольно на любой стороне каждого башмака 50. Каждая пружина 64 прикреплена болтом 66 к одному концу башмака 50 и находится под поверхностью 68 каждого башмака 50 на другом конце. Пружины 64а,Ь сдвигают башмак 50 в выемку 52.
Три башмака 50 размещены с равными интервалами на внешней поверхности 30 муфты 14. Специалистам в данной области очевидно, что башмаки могут располагаться уступами под поверхностью 30 и можно использовать разное количество башмаков. Каждый башмак 50 имеет внешнюю поверхность 38, которая представляет собой часть цилиндра, как показано на фиг. 2. Кривизна внешней поверхности 68 совпадает с радиусом кривизны поверхности 19, к которой она прилипает.
На внешней поверхности 30 муфты 14 на анкерном средстве 62 размещены продольные выемки 70 между башмаками 50. Выемки уменьшают диаметр муфты, чтобы текучая среда всегда могла течь мимо муфты 14 на средстве 62.
В ходе эксплуатации инструмент 10 помещают в спусковую колонну с использованием муфтовой секции 26 и ниппельной секции (не показана). Затем спусковую колонну спускают в обсадную колонну 17, пока инструмент 10 не достигнет верхней части 34 хвостовика. В ходе спуска проходы 36, 38 выравниваются, и текучая среда может течь в обход пакерных элементов 18 по направлению вверх для достижения более высокой скорости спуска, благодаря ослаблению эффекта пульсации. Благодаря этому также инструмент может иметь диаметр, более близкий к диаметру трубы. По достижении верхней части 34 хвостовика наружная кромка 28 инструмента 10 вступает в контакт с верхней частью 34 хвостовика. Нагрузка, прикладываемая к спусковой колонне, приводит к тому, что муфта 14 останавливается на верхней части 34 хвостовика, в то время как корпус 12 перемещается вниз относительно муфты 14. Это относительное перемещение создает достаточную силу для разрушения срезного штифта 48, в результате чего муфта 14 и корпус 12 освобождаются друг от друга. Когда муфта остановлена, перемещение корпуса вниз приводит к тому, что наружная кромка 74 корпуса 12 перемещается относительно пакерного элемента 18. Пакерный элемент 18 расширяется в радиальном направлении при сжатии, обусловленном наружной кромкой 74, перемещаясь к наружной кромке 16 на муфте 14 на противоположной стороне элемента 18. Продолжение сжатия приводит к тому, что пакерный элемент расширяется, пока не встретится с поверхностью 19 обсадной колонны 17. В этот момент элемент 18 обеспечивает уплотнение в стволе скважины в кольцевом пространстве между инструментом 10 и обсадной колонной 17.
Это перемещение муфты 14 приводит к рассогласованию проходов 36, 38 и, следовательно, блокировке выхода прохода 36 в ствол скважины и, напротив, открытию каналов 42, которые заканчиваются на задней поверхности 58 башмаков 50. В результате давление текучей среды в кольцевом пространстве над пакером 18 приводит к тому, что башмаки 50 перемещаются в радиальном направлении наружу, чтобы входить в контакт с поверхностью 19 обсадной колонны 17. В результате муфта 14 анкеруется в стволе скважины. Такое давление текучей среды возникает при создании перепада давления для осуществления приточного тестирования.
- 4 -
009758
В частности, поскольку муфта теперь зафиксирована, наружная кромка 28 удерживается на верхней части 34 хвостовика. Давление текучей среды на пакерном элементе 18 теперь переносится на башмаки 50. Таким образом, любая нагрузка, передаваемая через пакерный элемент 18 на муфту 14, переносится башмаками 50, что защищает верхнюю часть 34 хвостовика от любого дополнительного давления. Таким образом, вся нагрузка прилагается к трубе. Кроме того, поскольку давление действует радиально на башмаки 50, вследствие приложения давления к их задним поверхностям 42, башмаки не могут скользить вследствие отсутствия продольной нагрузки.
Когда проходы 36, 38 рассогласованы, ствол скважины в обсадной колонне 17 герметизируется па-керным элементом 18. Можно осуществлять приточное или отрицательное тестирование. Перепад давления, создаваемый в кольцевом пространстве, используется для прикрепления башмаков 50 к трубе.
На фиг. 3 показан пакерный инструмент 74, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Детали, показанные на фиг. 3, аналогичны показанным на фиг. 1 и 2, обозначены теми же позициями, но с добавлением "а".
Пакерный инструмент 74 содержит цельную по всей длине оправку 76 бурильной трубы, содержащую корпус 12а с продольным каналом 21 а, идущим через него. Муфтовая секция 26а находится на верхнем конце 24а оправки 76 и соответствующая ниппельная секция 78 находится на нижнем конце 80 оправки 76. Секции 24а, 78 обеспечивают соединение пакерного инструмента 74 с верхней и нижней секциями бурильной трубы или спусковой колонны (не показана).
На корпусе 12а оправки 76 смонтирован пакерный инструмент 10а, описанный выше со ссылкой на фиг. 1 и 2. Под пакерным инструментом 10а расположена муфта 82 стабилизатора. Муфта 82 может вращаться относительно оправки 76. Приподнятые участки 84 на муфте 82 обеспечивают "отстраненность" инструмента 74 от стенок ствола скважины и снижение трения между ними при вводе в ствол скважины.
Под муфтой 82 стабилизатора находится фонарное кольцо Razor Back (торговая марка) 86. Это фонарное кольцо Razor Back (торговая марка) обеспечивает множество скребков для очистки ствола скважины перед установкой пакера 18а. Хотя показаны скребки, помимо или вместо скребков можно использовать щеточные инструменты, например Bristle Back (торговая марка).
Наружная кромка 28а для эксплуатации муфты 14а пакера 10а находится на верхнем фрезере 88 на нижнем конце инструмента 74. Наружная кромка 28а через опорные поверхности посредством промежуточных секций 88, 86, 82 действует на муфту 14а. Работа инструмента 74 обеспечивается посредством посадки наружной кромки 28а на конструкцию, например приемное гнездо пакера, для перемещения муфты 14а относительно корпуса 12а согласно описанному выше. Наличие верхнего фрезера 88 позволяет заправлять приемное гнездо пакера до установки пакера.
Важным преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает компрессионный пакерный инструмент для уплотнения посредством верхней части хвостовика в стволе скважины, что предотвращает приложение избыточного веса или нагрузки к верхней части 34 хвостовика.
Преимущественно, давление текучей среды в стволе скважины используется для активации и поддержания анкерного элемента, который удерживает инструмент в верхней части хвостовика после установки компрессионного пакера.
Дополнительно, благодаря анкеровке инструмента под пакерным элементом после установки паке-ра, анкерный элемент настоящего изобретения можно освободить, извлекая анкер, причем пакерные элементы освобождаются из устья скважины, и инструмент и спусковую колонну можно легко удалить из ствола скважины.
Дополнительно, использование перепускных каналов вокруг пакерного элемента позволяет обеспечить размеры инструмента, близкие к внутреннему диаметру трубы, не испытывая проблем, связанных с пульсацией и свабированием.
Раскрытое здесь изобретение допускает различные модификации, не выходящие за рамки его объема. В частности, можно варьировать количество, положение и форму используемых анкеровочных башмаков. Дополнительно, хотя описаны продольные каналы для соединения перепускных каналов с задними поверхностями башмаков, альтернативно можно использовать один канал в виде резервуара, чтобы давление на башмаки выравнивалось для использования.
Когда пакерный инструмент содержит цельную по всей длине оправку бурильной трубы, с такими деталями, как муфта стабилизатора, фонарное кольцо и фрезер, пакерный инструмент можно альтернативно активировать через наружную кромку на инструменте, устанавливаемом на верхней части хвостовика (или другой трубы). Поэтому можно обеспечивать размеры других деталей, чтобы они проходили в хвостовик, в этом случае, фрезер может быть обеспечен как фрезер муфты стабилизатора.
- 5 -
009758
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Пакерный инструмент, устанавливаемый на спусковой колонне для обеспечения уплотнения вокруг трубы и содержащий корпус с одним или несколькими пакерными элементами и муфтой, при этом пакерный инструмент способен устанавливаться путем перемещения муфты относительно корпуса инструмента, вызывающего сжатие одного или нескольких пакерных элементов, причем инструмент имеет множество перепускных каналов для обеспечения прохода для текучей среды в обход пакерных элементов, и муфта имеет по меньшей мере один анкерный элемент, который способен активироваться для осуществления контакта с трубой под давлением текучей среды из перепускных каналов при установке пакера.
2. Пакерный инструмент по п.1, в котором по меньшей мере один анкерный элемент является подвижным башмаком.
3. Пакерный инструмент по п.2, содержащий три башмака, расположенных на равных расстояниях вокруг муфты.
4. Пакерный инструмент по любому из пп.2 или 3, в котором каждый башмак способен перемещаться в радиальном направлении относительно продольной оси инструмента.
5. Пакерный инструмент по любому из пп.2-4, в котором каждый башмак имеет захватывающую поверхность для сцепления с трубой.
6. Пакерный инструмент по п.5, в котором каждый башмак имеет цилиндрическую часть, искривленная поверхность которой является захватывающей поверхностью.
7. Пакерный инструмент по п.6, в котором радиус кривизны захватывающей поверхности совпадает с радиусом кривизны трубы.
8. Пакерный инструмент по любому из пп.2-7, в котором каждый башмак имеет заднюю поверхность, давление текучей среды на которую способно перемещать башмак.
9. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, который включает ограничивающее средство.
10. Пакерный инструмент по п.9, когда зависит от п.2, в котором ограничивающее средство представляет собой одну или несколько пружин, сдвигающих каждый башмак к муфте.
11. Пакерный инструмент по п.10, в котором пружины представляют собой пару пластинчатых пружин, размещенных продольно на любой стороне каждого башмака.
12. Пакерный инструмент по любому из пп.9-11, в котором ограничивающее средство способно предотвращать сцепление каждого башмака со стенкой трубы при спуске инструмента в трубу.
13. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта имеет множество проходов, расположенных между внутренней и внешней поверхностями муфты.
14. Пакерный инструмент по п.13, в котором, когда пакер не установлен, проходы выровнены с базой перепускных каналов, из-за чего текучая среда в обход пакерных элементов поступает на внешнюю поверхность муфты.
15. Пакерный инструмент по любому из пп.13 или 14, в котором, когда пакер установлен, проходы закрыты вследствие их перемещения от перепускных каналов.
16. Пакерный инструмент по п.15, в котором вследствие закрытия проходов текучая среда направляется в обход пакерных элементов и ее давление переносится по меньшей мере на один анкерный элемент.
17. Пакерный инструмент по любому из пп.15 или 16, когда зависит от п.8, в котором перенаправленная текучая среда течет через один или несколько каналов в муфте, перенося давление текучей среды на задние поверхности башмаков.
18. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта имеет одну или несколько выемок, размещенных продольно на внешней поверхности.
19. Пакерный инструмент по п.18, в котором одна или несколько выемок обеспечивают переток текучей среды мимо муфты при спуске инструмента в ствол скважины.
20. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, имеющий наружную кромку на внешней поверхности.
21. Пакерный инструмент по п.20, в котором наружная кромка расположена на внешней поверхности муфты.
22. Пакерный инструмент по любому из пп.20 или 21, в котором наружная кромка обеспечивает опорную поверхность для поддержки верхней части хвостовика.
23. Пакерный инструмент по п.22, в котором верхняя часть хвостовика является полированным гнездом бура.
24. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором один или несколько па-керных элементов выполнены из литой резины.
25. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта механически присоединена к корпусу инструмента посредством срезающего средства.
- 6 -
009758
26. Пакерный инструмент по п.25, когда зависит от п.20, в котором срезающее средство способно срезаться под влиянием установочной нагрузки на инструмент, когда наружная кромка взаимодействует с формацией.
27. Пакерный инструмент по любому из пп.1-24, в котором муфта механически присоединена к корпусу инструмента предохранительной кнопкой, которая предотвращает отсоединение муфты от корпуса, пока инструмент не достигнет верхней части хвостовика.
28. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором муфта способна сдвигаться от пакерного элемента.
29. Пакерный инструмент по п.28, в котором сдвиг достигается за счет пружины.
30. Пакерный инструмент по п.29, когда зависит от п.17, в котором пружина находится в каналах, проходящих к башмакам.
31. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий в себя один или несколько скребков и/или щеток, установленных под муфтой.
32. Пакерный инструмент по п.31, в котором скребки и/или щетки предназначены для очистки перед пакерными элементами и подготовки области для установки инструмента.
33. Пакерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором спусковая колонна является бурильной колонной.
34. Пакерный инструмент по п.33, в котором бурильная колонна включает специальные инструменты очистки скважины.
35. Способ установки пакерного инструмента по п.1 в стволе скважины, содержащей следующие этапы:
спуск пакерного инструмента, смонтированного на спусковой колонне, в ствол скважины, позволяя текучим средам обходить пакерные элементы через перепускные каналы в инструменте; расположение инструмента на верхней части хвостовика в стволе скважины;
нагрузка пакерного инструмента для перемещения муфты относительно корпуса инструмента для сжатия и установки пакерных элементов;
отвод давления текучей среды через перепускные каналы для активации средства анкерного элемента на муфте;
анкерование инструмента к стенке ствола скважины для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика.
36. Способ по п.35, дополнительно содержащий этап осуществления приточного или отрицательного тестирования для проверки целостности ствола скважины.
37. Способ по любому из пп.35 или 36, в котором пакерные элементы устанавливаются повторно.
38. Способ по любому из пп.35-37, дополнительно содержащий этап очистки щетками и/или отскабливание ствола скважины перед пакером при спуске пакера.
39. Способ по любому из пп.35-38, включающий этап введения инструмента в верхнюю часть хвостовика для сцепления с предохранительной кнопкой до извлечения инструмента для освобождения кнопки и отсоединения муфты от корпуса.
40. Способ осуществления приточного тестирования в трубе, содержащий следующие этапы: установка компрессионного пакера на верхней части хвостовика в трубе;
создание перепада давления между каналом хвостовика и кольцевым пространством, в котором установлен пакерный элемент;
отведение давления текучей среды в кольцевом пространстве через перепускные каналы вокруг па-керного элемента;
использование давления текучей среды для активации анкерного элемента для прикрепления компрессионного пакера к трубе под пакерным элементом для ограничения нагрузки на верхнюю часть хвостовика;
отслеживание давления текучей среды на поверхности для выявления утечек в хвостовике.
- 7 -
009758
009758
Фиг. 3
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 9 -