Система розгалуженої свердловини та електропередач

1. Система розгалуженої свердловини та електропередач, яка містить первинну свердловину, в якій улаштована електропровідна труба первинної свердловини, бічну свердловину, в якій улаштована електропровідна труба бічної свердловина, де труба бічної свердловини з'єднана з трубою первинної свердловини, яка відрізняється тим, що труби первинної і бічної свердловин мають між собою електропровідні з'єднання і утворюють електричний зв'язок для передачі електроенергії і/або сигналів між первинною і бічною свердловинами від першого полюса джерела електроенергії, електрично зв'язаного з зазначеною трубою первинної свердловини на апаратуру, що отримує електричне живлення і знаходиться в бічній свердловині, електрично зв'язаній з трубою бічної свердловини, а другий полюс джерела електроенергії і труби бічної свердловини електрично зв'язані з землею. 2. Система за п.2, яка відрізняється тим, що апаратура, що отримує електричне живлення, включає у себе перезаряджувану батарею живлення, 2 (19) 1 3 76694 4 роз'ємно з'єднана з трубою бічної свердловини за шована між коаксіальними ділянками труби сверддопомогою численних розширюваних затискачів. ловини, що перекриваються, при цьому електрич9. Система за п.8, яка відрізняється тим, що заний бустер улаштований на самій зовнішній ділянзначена гільза перекриває припливну ділянку бічці труби свердловини поблизу кінця внутрішньої ної свердловини, а труба бічної свердловини перділянки труби свердловини так, що один електрод форована, розширювані затискачі складаються із електричного бустера з'єднаний з зазначеною зопари розширюваних ущільнювачів, які герметизувнішньою ділянкою, а другий електрод бустера ють кільцевий простір між трубою бічної свердлоелектрично з'єднаний з самою внутрішньою ділянвини і гільзою поблизу кожного кінця гільзи, при кою. 12. Система за п.11, яка відрізняється тим, що цьому гільза має один або більше припливних вхідних отворів, які можуть відкриватися і закривативона містить множину бічних свердловин і множися одним або більше вентилями, що отримують ну електричних бустерів. живлення від перезаряджуваної батареї. 13. Гільзоподібний апаратурний несучий модуль 10. Система за п.1, яка відрізняється тим, що для застосування у системі розгалуженої свердловини й електропередач за п.1, який відрізняється принаймні одна з труб первинної і вторинної свердловин обладнана принаймні одним електричним тим, що він герметично встановлений на припливбустером, який перекриває електрично непровідну ній ділянці свердловини і містить один чи більше ділянку труби свердловини і електрично зв'язаний припливних вхідних отворів, які можуть відкриваз електропровідними частинами труби свердловитися і закриватися за допомогою одного чи більше ни з обох боків її електрично непровідної ділянки. вентилів, які отримують живлення від перезаря11. Система за п.10, яка відрізняється тим, що джуваної батареї, яка підзаряджається низьковоелектрично непровідна ділянка труби свердловини льтною електроенергією, що передається по труутворена електроізоляційною гільзою, яка розтабах у первинну і бічну свердловини. Даний винахід стосується системи розгалуженої свердловини й електропередач. Добре відоме використання численних систем для передачі електричної і неелектричної енергії, а також систем зв'язку в нерозгалужених або розгалужених нафтових і/або газових експлуатаційних свердловинах. [В патентах США №№5706892, 5706896 і 5721538] відзначається, що розгалужена свердловина може бути обладнана електричною дротовою або бездротовою системою зв'язку і, що така бездротова система переважно передає акустичні хвилі через ряд свердловинних труб, наприклад, по експлуатаційній колоні насосно-компресорних труб. Недоліками відомої системи є те, що монтаж системи дротів у розгалуженій свердловині є ділом складним і дорогим, а система бездротового акустичного зв'язку пов'язана з великими втратами сигналів на передачу і з високим рівнем фонового шуму. Ці недоліки набувають особливо великого значення, якщо свердловина обладнана розширною колоною обсадних труб і/або насоснокомпресорних труб. Навколо такої розширної колони свердловинних труб навряд чи існує достатньо, якщо взагалі існує, кільцевого простору для захованих у кожух електричних кабелів, а внаслідок фізичного контакту між розширеними трубами і навколишньою породою акустичні сигнали будуть зазнавати великого згасання. Відомі також інші дротові і бездротові системи передачі енергії і сигналів зв'язку, але всі вони потребують складного і дорогого обладнання і не є прийнятними для застосування в розгалужених свердловинах. [В патенті США №4839644 і європейському патенті №295178] розкрита бездротова система зв'язку під назвою «Tucatran», яка генерує струми антени у нерозгалуженій свердловині, де експлуатаційна колона і навколишня обсадна колона труб електрично ізольовані одна від одної. Вимогу щодо електричної ізоляції між насоснокомпресорними і обсадними трубами часто дуже важко задовольнити як, наприклад, на ділянках або площах скривлених бурових свердловин, де в просторі між колонами насосно-компресорних і обсадних труб є наявним соляний розчин. В міжнародній заявці [на патент WO 80/00727] розкрита інша система передачі сигналів, де використовується електрична схема, утворена колоною експлуатаційних труб і колоною обсадних труб навколо неї. [В патенті США №4484627, заявці Великобританії №2322740 і міжнародних заявках №№PCT/GB79/00158, PCT/GB93/01272 і РСТ/ЕР96/00083] розкриті інші свердловинні системи електропередач, де використовується ізольована зовні колона труб у нерозгалуженій свердловині. Метою даного винаходу є усунення недоліків відомих систем передачі енергії і сигналів і створення свердловинної системи передачі енергії і/або сигналів, яку можна буде застосовувати для передачі електроенергії і/або сигналів в системі розгалужених свердловин на достатніх рівнях безпеки і надійності, навіть якщо свердловина містить розширні труби, не потребуючи при цьому складних розгалужених систем дротів або експлуатаційних труб, електрично ізольованих від обсадних труб, що їх оточують. Відповідно до даного винаходу пропонується система розгалуженої свердловини й електропередач, яка містить первинну бурову свердловину, в котрій улаштована труба первинної свердловини, і бічну свердловину, в котрій улаштована труба бічної свердловини, де труба бічної свердловини має електропровідне з'єднання з трубою первинної свердловини таке, що труби первинної і бічної свердловин утворюють зв'язок для передачі електроенергії і/або сигналів між первинною і бічною свердловинами. 5 76694 6 При цьому труби первинної і бічної свердлоотримує електричне живлення, включало у себе вин утворюють зв'язок для передачі низьковольтвимірювальне і/або керувальне обладнання, яке б ної енергії від першого полюса джерела електроеотримувало живлення від перезаряджуваної літійнергії, яке електрично з'єднане з трубою первинної іонної високотемпературної або іншої батареї жисвердловини, до апаратури, що отримує електривлення і/або суперконденсатора, і/або свердлочне живлення, в бічній свердловині, яка електричвинної системи енергоперетворення, наприклад, но з'єднана з трубою бічної свердловини. Електп'єзоелектричної системи, турбіни або від свердрична схема утворюється електричним з'єднанням ловинної паливної установки і монтувалося на другого полюса джерела електроенергії і труб(и) несучому апаратурному модулі у формі гільзи, яка бічної свердловини з землею. Краще також, щоб б мала роз'ємне з'єднання з трубою бічної свердзгадана апаратура містила перезаряджувану баловини так, щоб один електрод батареї живлення тарею живлення, яка б підзаряджувалась низькобув електрично з'єднаний з трубою бічної свердвольтною електроенергією, що передавалася б по ловини, а другий електрод батареї живлення був трубах свердловин. електрично з'єднаний з підповерхневим шаром Низьковольтну енергію бажано передавати як геологічної формації навколо бічної свердловини. постійний струм (ПС) з напругою менше 100В, Краще, якщо гільза охоплює припливну площу краще, якщо менше 50В, через колону обсадних бічної свердловини, де труба бічної свердловини є або експлуатаційних труб первинної свердловини, перфорованою, а розширні затискачі складаються яка недостатньо ізольована від навколишньої геоз пари розширних ущільнювачів, що герметизують логічної формації цементом, що її оточує, чи інкільцевий простір між трубою бічної свердловини і шим ущільнювальним матеріалом таким, як додатгільзою поблизу кожного кінця гільзи, і де гільза ковий термотужавкий силіконовий склад. має один або більше вхідних отворів для рідини, Разом з тим передаються імпульсні електроякі можуть відкриватися і закриватися одним чи магнітні сигнали, які викликають зміни рівня напрубільше клапанами, що отримують живлення від ги, що коливається навколо рівня напруги ПС труб перезаряджуваної батареї. Керування клапанами свердловини з низькою частотою (НЧ) від 3 до може здійснюватися за допомогою системи керу20кГц, а краще - з дуже низькою частотою (ДНЧ) вання, розміщеної в свердловині або на поверхні від 3 до 300Гц. землі. Генератор живлення на поверхні землі і сверДля багатьох систем розгалужених свердлодловинне обладнання або батарея живлення мовин великої довжини бажано також, щоб принаймжуть мати електрод, з'єднаний із землею так, що ні одна із труб первинної або бічної свердловин між генератором живлення і свердловинним облабула обладнана принаймні одним електричним днанням або батареєю живлення утворюється бустером, який би перекривав електрично непронезавершений електричний контур. відну ділянку труби свердловини і який би електБажано також, щоб труби бічної свердловини рично з'єднував електропровідні частини труби були радіально розширеними, виготовленими із свердловини по обох сторонах електрично непроелектропровідного матеріалу і розширювались у відної ділянки. бічній свердловині при їх встановленні, а в місці Електричні бустери можуть розміщуватися з відгалуження чи поблизу нього був улаштований регулярними інтервалами уздовж первинної і бічелектропровідний приймач так, щоб розширювана ної бурових свердловин. Якщо електричний бустер труба бічної свердловини притискувалась, утвопотребується в місці, де кінці двох суміжних розрюючи внаслідок розширювання електричний конширених труб свердловини коаксіально накладені такт з приймачем. один на одній, то між ділянками труб, що перекриОсобливо важливою перевагою використання ваються, може бути розміщений електричний ущірозширних труб принаймні у бічній буровій свердльнювальний матеріал, а бустер може бути всталовині є те, що внаслідок радіального розширюновлений як гільза усередині самої зовнішньої вання в розширюваній трубі створюється надлиштруби, суміжної з самою внутрішньою трубою так, кове розширення, яке забезпечує щільний щоб один· електрод бустера був електрично з'єделектричний контакт між суміжними трубами, кінці наний з самою внутрішньою трубою, а другий елеяких коаксіально накладаються один на одного. ктрод його був з'єднаний з самою зовнішньою труТакий щільний електричний контакт створюється бою. також в місці відгалуження між розширеною труСлід зауважити, що в деяких випадках бустер бою бічної свердловини і приймачем, який може може встановлюватися на стиках свердловин. У бути утворений самою трубою первинної свердлоцьому випадку електроди бустера будуть утворювини або бічним елементом відгалуження. вати електричне з'єднання між трубами первинної Бажано, щоб труби первинної і бічної сверді бічної свердловин. ловин були виготовлені із формівних марок стаСлід звернути також увагу на те, що викорислей, а труба бічної свердловини розширювалась таний у даному описі і формулі винаходу термін при встановленні таким чином, щоб розширена «система розгалуженої свердловини» стосується труба бічної свердловини мала внутрішній діаметр системи свердловини, що має первинну або матеменше принаймні 0,9 внутрішнього діаметра труби ринську бурову свердловину, яка проходить від первинної свердловини так, щоб утворювалась гирла свердловини вниз у поверхневу земну форпрактично монобурова розгалужена свердловина, мацію, і, принаймні, одну бічну свердловину, яка як б могла мати будь-яку потрібну кількість відгаперетинає первинну або материнську свердловину лужень і субвідгалужень. під поверхнею землі. Бажано, щоб свердловинне обладнання, що Кращі варіанти здійснення системи за даним 7 76694 8 винаходом розглядаються нижче з посиланнями з'єднаний з обсадною ділянкою над цим проміжна додані креслення, де: ком, і другий електрод 19, електрично з'єднаний на Фіг.1 схематично у тримірному зображенні під цим проміжком. Подібним чином улаштований показана система розгалуженої свердловини за бустер 17 у нижній бічній свердловині 4; він має даним винаходом; електроди 18 і 19, з'єднані з ділянками обсадної на Фіг.2 показано, як розширюється труба светруби 12 бічної свердловини, які коаксіально перердловини за допомогою розширювального конускриваються одна з одною, але є електрично ізоного осердя; льованими між собою електроізоляційною гільзою на Фіг.3 показане з'єднання між двома труба22. Замість використання електрично ізольованих ми свердловини, де улаштований електричний коаксіальних трубних ділянок. електрична ізоляція бустер; може бути виконана також за допомогою попередна Фіг.4 показане місце відгалуження, де бічна ньо встановленої пластикової секції у свердловинсвердловина пробурена крізь вікно в обсадній труній трубі,де ця пластикова секція розширюється бі первинної свердловини; тим самим шляхом, що й стальні частини колони на Фіг.5 показано, як розширна обсадна труба труб. розширюється в бічній свердловині і електрично З метою ясності креслення бустери 17 живз'єднується з обсадною трубою первинної свердлення показані зовні бурової свердловини, але на ловини; практиці вони встановлюються в кільцевих несуна Фіг.6 показане місце відгалуження, де обчих гільзах в трубах свердловин, як показано на садна труба бічної свердловини і обсадна труба Фіг.3. На Фіг.1 схематично також показано, що друпервинної свердловини під місцем відгалуження гий полюс 10В електрогенератора 10 з'єднаний з розширені в елементі відгалуження або в роздільземлею і, що обсадні труби 12 і 13 бічних свердлонику; вин також з'єднані з землею в одному або більше на Фіг.7 показана несуча гільза трубного облавибраних місцях 21 і 23 так, що земля 5 утворює днання у відкритому стані, в якому нафта і/або газ шлях для протікання зворотного електричного течуть у свердловину крізь перфорації у гільзі; і струму показаний штрих-пунктирною лінією 20, від на Фіг.8 показана гільза з Фіг.7 у закритому обсадних труб 12 і 13 і згаданого другого постані, в якому її перфорації є закритими. люса 10В. Розглянемо Фіг.1, де показана система 1 розНа Фіг.2 показано, як труба нижньої свердлогалуженої свердловини й електропередач, яка вини, виконана із формівної марки сталі 24, розмістить первинну свердловину 2 і дві бічні свердширяється усередині труби 25 існуючої свердлоловини 3 і 4. вини на її нижньому кінці за допомогою Система 1 простягається від підводного гирла розширювального осердя 26, яке має конічну ке4А у дно 5 водойми 6. Нафто- і/або газовидобувне рамічну зовнішню поверхню з напівкутом А при обладнання на офшорній платформі 7 з'єднане з вершині величиною 10° і 40°, а краще між 20° і 30°. гирлом 4А через підводний трубопровід 8, а каТруба 25 верхньої свердловини зацементована бель 9 енергопостачання проходить від першого всередині свердловини 28, а труба нижньої сверполюса 10А електрогенератора 10 на платформі 7 дловини внаслідок розширювання одержує наддо обсадної труби 11 первинної свердловини, яка лишкове розширення так, що її внутрішній діаметр була розширена і притиснена до стінок первинної стає більшим за зовнішній діаметр осердя 26, а свердловини 2 так, що між розширеною обсадною розширена нижня труба 24 міцно притискується до трубою 11 і стінкою свердловини знаходиться тоннакладеної нижньої частини 27 верхньої труби 25 кий кільцевий шар (не показаний) цементу або так, що між нижньою і верхньою трубами 24 і 25 іншого ущільнювального матеріалу такого, як терсвердловини утворюється надійне електричне мотужавкий силіконовий склад. з'єднання. У нижній бічній свердловині 4 розширена і заНа Фіг.3 показане місце, де нижня труба 30 цементована обсадна труба 12, а у верхній бічній була розширена у розширеному нижньому кінці 31 свердловині 3 обсадна труба 13 розширюється труби 32 верхньої свердловини і електроізоляційшляхом закачування або проштовхування розшина гільза 33 була встановлена між коаксіальними рювального осердя 14 крізь неї у напрямку нижтрубними частинами. нього кінця свердловини. У розширеному нижньому кінці 31 верхньої В результаті процесу розширювання в розшитруби 32, над самою вершиною нижньої труби 30 реній обсадній трубі створюється надлишкове ровстановлений електроенергетичний бустер 34 кізширення, яке забезпечує надійне притискання льцевої форми. Бустер 34 має електроди 35, за розширених обсадних труб 12 і 13 бічних свердлодопомогою яких встановлюється електричне з'єдвин до внутрішньої стінки обсадної труби 11 пернання між трубами 30 і 32. винної свердловини в місцях відгалуження 15 і 16 На Фіг.4 показаний варіант, в якому бічна светак. що між обсадними трубами 12 і 13 бічних свердловина 40 відходить від первинної свердловини рдловин з одного боку і обсадною трубою 11 пер41 крізь отвір 42, виконаний в обсадній трубі 43 винної свердловини з другого боку утворюється первинної свердловини і оточуючій її цементній чудове електричне з'єднання. оболонці 44. В обсадній трубі 11 первинної свердловини На Фіг.5 показана розширна обсадна труба 45 улаштований електричний бустер 17 в місці, де в бічної свердловини, яка розширюється у бічній обсадній трубі 11 установлена електроізоляційна свердловині 40, зображеній на Фіг.4, за допомогою гільза 18. а обсадна труба на певній відстані видарозширювального осердя 46, подібного осердю 26, лена. Бустер 17 має один електрод 18, електрично показаному на Фіг.2. 9 76694 10 Внаслідок надмірного розширення в процесі безпечується електроприводом 70, який отримує розширювання обсадна труба 45 бічної свердложивлення від перезаряджуваної літій-іонної висовини пружно притискується до внутрішньої стінки котемпературної батареї 71, яка має один електобсадної труби 43 первинної свердловини і до род 72, електрично з'єднаний з навколишньою країв отвору 42, встановлюючи тим жорстке елекгеологічною формацією, і другий електрод 73, елетричне з'єднання між обсадною трубою 43 первинктрично з'єднаний з обсадною трубою 61. ної свердловини і обсадною трубою 44 бічної свеЕлектроенергія постійного струму (ПС), яка рдловини, яке залишається високонадійним передається через обсадну трубу первинної сверпротягом усієї тривалості життя свердловини. дловини (не показано) на обсадну трубу 61 бічної На Фіг.6 показане місце відгалуження у систесвердловини, використовується для підзарядки мі розгалуженої свердловини, де елемент відгалубатареї 71. Батарея 71 дає живлення електроприження 50 або роздільник прикріплений і електричводу 70 вентильного тіла, і необов'язково апарано з'єднаний (можливо через електричний бустер, турі контролю потоку, тиску, температури, складу, як показано на Фіг.3) з верхньою обсадною трубою зображення резервуару і/або сейсмічній апаратурі 51 первинної свердловини. (не показано), змонтованій на гільзі 65, а сигнали, Нижня ділянка 52 первинної обсадної труби і що генеруються цією апаратурою, передаються на обсадна труба 53 бічної свердловини радіально моніторингове обладнання на поверхні землі імпурозширені розширювальним осердям 54 усередині льсними електромагнітними сигналами низької первинної і бічної свердловин так, що верхні кінці або дуже низької частоти, які викликають коливаннижньої ділянки 52 первинної обсадної труби і обня рівня напруги навколо постійної напруги обсадсадна труба бічної свердловини міцно притиснені ної труби 61 бічної свердловини, через електрод до нижніх відгалужень елемента відгалуження 50, 72 і обсадну трубу 61 на обсадну трубу первинної які служать у якості електричних контактів і прийсвердловини (не показано) і електричний кабель, мача 55. з'єднаний з верхнім кінцем обсадної труби первинНа Фіг.7 показана припливна ділянка бічної ної свердловини (як показано на Фіг.1), на монітосвердловини 60, де обсадна труба 61 бічної сверрингову і/або контрольну апаратуру на поверхні дловини має перфорації 62, крізь які нафта і/або землі. газ надходять із навколишньої нафто- або газонеУ прикладі, ілюстрованому на Фіг.7, батарея сучої формації 63 у свердловину 60, як показано живлення 71 являє собою трубчасту керамічну стрілками 64. літій-іонну високотемпературну батарею, а низка Несуча гільза 65 для монтажу обладнання гедатчиків 75 зображення резервуарів уведена у рметично встановлена усередині обсадної труби формацію 63 навколо свердловини 60. Датчики 75 61 за допомогою двох розширних ущільнювачів 66. передають і/або приймають сигнали через елемеГільза 65 має перфорації 67 і оточена рухонти індуктивного зв'язку 76, з'єднані з апаратурою мим гільзоподібним вентильним тілом 68, який має обробляння сигналів (не показана), змонтованою перфорації 69; ці перфорації у положенні, показана гільзі 65. Ця оброблювальна апаратура привоному на Фіг.7, співпадають з перфораціями 67 на дить в дію вентильне тіло 68 і/або передає електгільзі 65. Завдяки співпаданню перфорацій 67 і 69 ричні дані з зображенням резервуарів від датчиків у свердловину 60 надходять нафта і/або газ. 75 по стінці обсадної труби 61 і трубах первинної На Фіг.8 гільзоподібне вентильне тіло 68 печи материнської свердловини на апаратуру моніреміщене у таке положення, в якому перфорації 67 торингу виробничого процесу на платформі або і 69 не співпадають, і потік нафти і/або газу із фоіншому поверхневому устаткуванні, як показано рмації 63 у свердловину 60 переривається. на Фіг.1. Рух гільзоподібного вентильного тіла 68 за 11 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76694 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601