инструмент для зарезки вторых стволов из скважины

Формула изобретения

Инструмент для зарезки вторых стволов из скважины, включающий спускаемый на колонне труб режущий инструмент, содержащий с закрепленными лопастями с режущими элементами из твердого сплава, фрезеры - оконный с наконечником и расширяющий, имеющие общий корпус с центральным каналом со ступенчато и выпукло выполненными поверхностями, отклоняющий клин, закрепленный срезным болтом к нижнему концу оконного фрезера и снабженный стопорным якорем, выполненным в виде двухканальной или шестилучевой продольно гофрированной трубы с заглушенным нижним концом и с плашками в виде абразивных элементов на наружной поверхности, гидропровод, сообщающий полость колонны труб с полостью стопорного якоря через центральный канал режущего инструмента, средство азимутальной ориентации отклоняющего клина в стволе скважины, а также средства соединения для компоновки перечисленных элементов, отличающийся тем, что корпус наконечника выполнен полнотелым с твердосплавным вооружением и промывочным каналом с эксцентрично выполненным выходным отверстием, с которым сообщен радиально выполненный промывочный канал в виде паза на рабочей поверхности наконечника, хвостовая часть последнего установлена в проточке центрального канала корпуса оконного фрезера и зафиксирована резьбовым соединением тем же срезаемым болтом, с которым закреплен клин, причем внутри болта по центру выполнен глухой канал со стороны его конца и до срезаемого ослабленного сечения, лопасти фрезеров выполнены в виде отдельных полосок с продольно направленными пазами П-образной формы с режущими элементами, на наружную поверхность якоря по всему периметру нанесен герметик толщиной до 5 мм в виде полосок, отстоящих друг от друга на равных расстояниях с шириной, не меньшей ширины полосок, при этом плашки стопорного якоря выполнены аналогично лопастям фрезеров и установлены в диаметрально противоположной стороне друг от друга в зоне перехода выпуклой поверхности гофр к впадинам в продольном направлении поинтервально, причем исходный диаметр трубы, из которого выполнены гофры, выбран меньшим или равным, чем внутренний диаметр трубы обсадной колонны скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для зарезки вторых стволов из скважины.

Известно устройство для забуривания дополнительного ствола из скважины (см. пат. РФ № 2164282, МПК Е21В 7/08, опубл. 20.03.2001 г.), содержащее отклоняющий клин, шарнирно соединенный с профильной трубой с продольными гофрами, с заглушенным нижним концом, служащим в качестве якоря. Продольно-гофрированная труба выполнена с наружным периметром, превышающим периметр ствола скважины на 1-2%. На наружную поверхность профильной трубы, включая впадины гофр, нанесен герметик для уплотнения контактирующих поверхностей профильной трубы после ее выправления со стенками скважины.

Недостатком известного устройства является отсутствие жесткой фиксации отклоняющего клина относительно якоря, что не исключает перемещения клина в горизонтальной плоскости вокруг оси и перекрытия ствола скважины. Устройство для забуривания дополнительного ствола требует дополнительных спуско-подъемных операций, связанных с установкой клина - отклонителя с помощью профильной трубы, и спуском инструмента для забуривания, что приводит к удорожанию забуривания второго ствола из скважины. Необходимость нанесения герметика для уплотнения на поверхность профильной трубы, включая и впадины гофр, приводит также к удорожанию из-за большого расхода герметика, к тому же снижающего надежность закрепления профильной трубы к стенкам скважины и нуждается в снабжении ее плашками с абразивными крошками.

Известна компоновка для забуривания бокового ствола из обсаженной скважины (см. пат. РФ № 2263196, МПК Е21В 7/08, опубл. 27.10 2005 г., Б.И. № 3, 2005 г.), содержащая отклоняющий клин с закрепляющим механизмом в виде гофрированной трубы, один конец которой заглушен, между которыми размещен переводник, канал для подачи жидкости в полость гофрированной трубы, подвижное соединение между переводником и клином, режущий инструмент. Устройство содержит узел фиксации отклоняющего клина. Он установлен в переводнике и выполнен в виде поршня со штоком и фиксирующим приспособлением, размещенным в гидроцилиндре. Полость гидроцилиндра сообщена с полостью гофрированной трубы. Верхняя часть штока установлена с возможностью взаимодействия с нижней частью клина со стороны его направляющей плоскости. Канал для подачи жидкости выполнен в виде размещенного в отклоняющем клине гидропровода, связывающего полость бурильных труб и полость режущего инструмента, прикрепленного к верхней части отклоняющего клина посредством срезного болта, с полостью гофрированной трубы.

В известной компоновке недостатки выше приведенного аналога по патенту № 2164222 частично устранены, однако и она не лишена недостатков. Так, она сложна по конструкции, а фиксирование гофрированной трубы в стенках скважины ненадежно без дополнительных плашек, и также нуждается в герметизации контактных поверхностей гофрированная труба-скважина.

Известна также компоновка для забуривания бокового ствола из обсаженной скважины (см. пат. РФ № 2291268, МПК Е21В 7/08, опубл. в Б.И. № 1, 2007 г.), опускаемая на колонне бурильных труб, содержащая клин - отклонитель, соединенный через переводник со стопорным якорем, который выполнен в виде продольно гофрированной трубы, средство азимутальной ориентации клина в стволе скважины, а также средства соединения перечисленных элементов в единое устройство. Для подвода рабочей жидкости из колонны бурильных труб в полость стопорного якоря компоновка снабжена гидропроводом, который связан с каналом бурильных труб через средство азимутальной ориентации установки клина-отклонителя, выполненное в виде клапанно-поршневого узла, передающего рабочее давление для стопорения якоря в скважине в положении заданной угловой ориентации установки клина-отклонителя, при этом гидропровод посредством телескопического подвижного уплотненного соединения сочленен с фрезерным устройством, связанным с клином-отклонителем с помощью срезного элемента.

Эта компоновка для забуривания бокового ствола по технической сущности и достигаемому результату более близка предлагаемому и может быть принята в качестве прототипа. В ней недостатки вышеописанных аналогов частично устранены, однако и она не лишена недостатков. Так, она сложна по конструкции, что может вызвать ряд технологических трудностей при ее изготовлении. Известно также из практики забуривания боковых стволов, что более уязвимой частью при работе компоновки является наконечник оконного фрезера, а его оперативная замена в известной компоновке не предусмотрена. Кроме того, абразивные крошки, нанесенные во впадины профильной трубы-якоря в качестве плашек, не обладают достаточной эффективностью, поскольку этот участок профильной трубы при расчетном давлении для ее раскрытия полностью не достигают стенки скважины и плотный контакт плашек со стенкой скважины не произойдет. В компоновке также не предусмотрены меры по герметизации контактных поверхностей якорь-скважина герметиком, как это предусмотрено по патенту № 2164282 (критику на техническое решение по этому патенту см. выше).

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик прототипа.

Поставленная техническая задача решается описываемым инструментом, включающим спускаемый на колонне труб режущий инструмент, содержащий с закрепленными лопастями с режущими элементами из твердого сплава, фрезеры - оконный с наконечником и расширяющий, имеющие общий корпус с центральным каналом со ступенчато и выпукло выполненными поверхностями, отклоняющий клин, закрепленный срезным болтом к нижнему концу оконного фрезера и снабженный стопорным якорем, выполненным в виде продольно гофрированной трубы двух канальный или шестилучевой с заглушенным нижним концом и с плашками в виде абразивных элементов на наружной поверхности, гидропровод, сообщающий полость колонны труб с полостью стопорного якоря через центральный канал режущего инструмента, средство азимутальной ориентации отклоняющего клина в стволе скважины, а также средства соединения для компоновки перечисленных элементов.

Новым является то, что корпус наконечника выполнен полнотелым с твердосплавным вооружением и промывочным каналом с эксцентрично выполненным выходным отверстием, с которым сообщен радиально выполненный промывочный канал в виде паза на рабочей поверхности наконечника, хвостовая часть последнего установлена в проточке центрального канала корпуса оконного фрезера и зафиксирована резьбовым соединением тем же срезаемым болтом, с которым закреплен клин, причем внутри болта по центру выполнен глухой канал со стороны его конца и до срезаемого ослабленного сечения, лопасти фрезеров выполнены в виде отдельных стальных полосок с продольно направленными пазами П-образной формы с режущими элементами, на наружную поверхность якоря по всему периметру нанесен герметик толщиной до 5 мм в виде полосок, отстоящих друг от друга на равных расстояниях с шириной, не меньшей ширины полосок, при этом плашки стопорного якоря выполнены аналогично лопастям фрезеров и установлены в диаметрально противоположной стороне друг от друга в зоне перехода выпуклой поверхности гофр к впадинам в продольном направлении поинтервально, причем исходный диаметр трубы, из которой выполнены гофры, выбран меньшим или равным, чем диаметр трубы обсадной колонны скважины.

Патентные исследования ретроспективностью в 20 лет проводились в патентной библиотеке института «ТатНИПИнефть» с целью определения технического уровня и предварительной экспертизы на новизну. Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что объекты аналогичного назначения с такой совокупностью существенных признаков, позволяющих получать новый технический результат, как у заявляемого объекта, не обнаружены. Следовательно, можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень», а его практическая применимость подтверждается описанием реализации и опытно промысловыми испытаниями.

Представленные чертежи поясняют суть предлагаемого технического решения, где на фиг.1 изображены предлагаемый инструмент и приспособления, скомпонованные в одну систему в транспортном положении, в продольном разрезе,

На фиг.2 - наконечник оконного фрезера, фотоснимок.

На фиг.3 - вид на рабочую поверхность наконечника, фотоснимок.

На фиг.4 - отрезок двухканальный гофрированной трубы в аксонометрии, где видны нанесенный на ее наружную поверхность герметик в виде отдельных полосок и плашки для заякоривания.

На фиг.5 - поперечное сечение одного из лопастей фрезера, где видна стальная полоска с П-образным пазом, заполненным твердосплавными крошками, пропитанными сплавом.

Инструмент и приспособления для зарезки вторых стволов из скважины включают спускаемый на колонне бурильных труб режущий инструмент (см. фиг.1), содержащий фрезера 1 и 2 - оконный с наконечником 3 и расширяющий, соответственно с закрепленными лопастями 4 и 5 с режущими элементами 6 и 7, имеющие общий со ступенчато и выпукло выполненными поверхностями корпус 8 с центральным каналом 9 и присоединительной резьбой 10. Лопасти фрезеров выполнены в виде отдельных стальных полосок 11 с продольно направленными пазами 12 П-образной формы с режущими элементами 6 и 7 в виде абразивных крошек. Отклоняющий клин 13, закрепленный срезным болтом 14 к нижнему концу оконного фрезера 1, снабжен стопорным якорем 15, выполненным в виде продольно гофрированной трубы с заглушенным башмаком 16 нижним концом и соединенным с ним подвижно с помощью шарнирного переводника 17 с осью 18 переводника 19. На наружную поверхность якоря по всему периметру нанесен герметик толщиной до 5 мм (см фиг.4) в виде полосок 20, отстоящих друг от друга на расстоянии, не меньшей ширины полосок, играющие роль пакера. Плашки 21 якоря 15 с абразивными крошками выполнены аналогично лопастям 4 и 5 фрезеров 1 и 2 и установлены в зоне перехода выпуклой поверхности 22 гофр к впадинам 23 в диаметрально противоположной стороне (см. фиг.4) и поинтервально в продольном направлении. С учетом наличия на наружной поверхности якоря пакеров из герметика и плашек исходный диаметр трубы, из которого выполнены гофры, выбран меньшим или равным диаметру трубы обсадной колонны. Как видим из вышеописанного, гофрированная труба, играющая роль якоря, выполняет функцию, решающую одновременно две технические задачи: ввод в рабочее положение плашек 21 для заякоривания отклоняющего клина 13 и пакерующих элементов 20, разобщающих ствол скважины под якорем от выше находящегося ствола. Корпус наконечника 3 выполнен полнотелым (см. фиг.2) с центральным каналом 24 для гидропровода 25, сообщающего центральный канал 9 корпуса фрезеров с полостью якоря 15, и с промывочным каналом 26 с эксцентрично выполненным выходным отверстием 27 (см. фиг.3), с которым сообщен радиально направленный промывочный паз 28, выполненный на рабочей поверхности наконечника. Хвостовая часть 29 последнего (см. фиг.2) установлена в проточке центрального канала 9 корпуса оконного фрезера (см. фиг.1) и зафиксирована срезаемым болтом 14, с которым закреплен отклоняющий клин, причем внутри болта со стороны его конца и до срезаемого ослабленного сечения выполнен глухой канал 30.

Предлагаемый инструмент используют следующим образом.

Сначала при помощи элеватора якорь 15 подвешивают на роторе, заполняют промывочной жидкостью, и после соединения его с нижним концом отклоняющего клина 13 доливом промывочной жидкости проверяют герметичность соединений. Собранную компоновку (см. фиг.1) визированно спускают в скважину, соединяя фрезер с одной обычной стальной и одной утяжеленной бурильной трубой. Далее соединяют обратный шаровой клапан, обеспечивающий заполнение полости колонны труб скважинной жидкостью, и ориентирующий переводник с установкой посадочного «седла» переводника по направлению желоба клина. Продолжают спуск компоновки на бурильных трубах, с включением «репера», при пониженной скорости с контрольным доливом жидкости через каждые 250 м на заданную глубину зарезки второго ствола (колонна бурильных труб на фиг. не изображена). Осуществляют привязку «репера» по глубине с помощью ГК-ЛМ и азимутальную ориентацию гироинклинометрическим измерением. Далее насосным агрегатом в полости колонны труб создают давление промывочной жидкости, которое передается в полость стопорного якоря 15. При повышении давления до расчетной величины, порядка 10-15 МПа, гофрированная труба под действием давления раскрывается в течение 5 минут, прижимая плашки 21 к стенке скважины, при котором ее абразивные крошки врезаются в стенки трубы обсадной колонны, тем самым надежно заякоривая отклоняющий клин, обеспечивая ей жесткую опору, а пакерующие элементы 20, прижимаясь к стенке скважины, образуют уплотнительные кольца, изолируя друг от друга выше и ниже лежащие участки скважины от гофрированной трубы. Затем давление внутри колонны труб сбрасывают. Как видим из описанного, якорь 15 обладает новым свойством, а именно он выступает как средство для вывода в рабочее положение пакера и плашек. Надежность заякоривания отклоняющего клина якорем 15 проверяют разгрузкой весом инструмента до 30 кН. Натяжением инструмента вверх до 150 кН срезают болт 14, при котором фрезеры освобождается от отклоняющего клина, после чего скважину промывают, вращением и подачей инструмента прорезают окно в стенке трубы колонны фрезерами.

После выхода фрезеров из стенки обсадной колонны ротор выключают и останавливают вращение бурильной колонны. Далее проверяют качество вырезанного окна на проходимость путем трехкратного спуска компоновки до забоя и его подъема, после чего инструмент поднимают на поверхность и замеряют диаметр расширяющего фрезера, которая должна быть больше диаметра долота, используемого для бурения второго ствола, а отклоняющий клин 13 и якорь 15 остаются в скважине и служат как направление для бурения бокового ствола.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.

Инструмент и приспособления обладают повышенными эксплуатационными характеристиками, при их использовании снижается аварийность, а также количество и время для замены инструмента, повышается надежность установки отклоняющего клина и надежность разобщения ствола скважины, находящегося над и под якорем. Таким образом, все эти полезные качества в конечном итоге приводят к снижению затрат времени и стоимости строительства скважины.