КОМПОНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 1997 года по МПК E21B7/00 E21B49/00 

Изобретение относится к инструменту, применяемому для бурения скважин с опробованием перспективных пластов.

Известна компоновка для бурения скважины, содержащая долото, опробователь, состоящий из соединенного с долотом корпуса, на наружной поверхности которого установлен пакер, а внутри размещен извлекаемый пробоотборник, включающий испытатель пластов, пробоотборную камеру и манометры [1]
Недостаток указанной компоновки для бурения скважины связан со сложностью конструкции, а также с невозможностью опробования перспективного пласта непосредственно в процессе его разбуривания, так как имеют место спуск и извлечение пробоотборника, что создает разрыв по времени между разбуриванием перспективного пласта и его опробованием и влечет ухудшение коллекторских свойств пласта из-за воздействия на него промывочной жидкости.

Наиболее близкой к предлагаемой является компоновка для бурения скважины, включающая долото, опробователь, состоящий из соединенного с долотом корпуса, на наружной поверхности которого установлен пакер, а внутри размещена пробоотборная камера с клапанами, и расположенные над опробователем элементы для соединения корпуса с бурильной колонной [2]
Недостаток указанной компоновки для бурения скважины связан с большими затратами времен на исследование пластов в процессе бурения, так как отсутствует возможность опробования перспективного пласта в процессе бурения его пилотным стволом.

Целью изобретения является повышение эффективности работы за счет обеспечения возможности опробования перспективного пласта непосредственно в процессе разбуривания его пилотным стволом.

Цель достигается тем, что в компоновке для бурения скважины, включающей долото, опробователь, состоящий из соединенного с долотом корпуса, на наружной поверхности которого установлен пакер, а внутри размещена пробоотборная камера с клапанами, и расположенные над опробователем элементы для соединения корпуса с бурильной колонной, пакер выполнен в виде жесткого прилива на корпусе с армировкой по наружной поверхности и с отверстиями в теле прилива и установленного над ним поршня с возможностью вращения и осевого перемещения для вхождения в отверстия прилива, причем поршень имеет цангу с наружным диаметром больше диаметра долота, а наружный диаметр прилива равен диаметру долота, при этом внутренний клапан может быть выполнен в виде золотникового переключателя или в виде подпружиненного запора с цанговым фиксатором.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Выполнение пакера в виде прилива на корпусе с армировкой по наружной поверхности, диаметр которой равен диаметру долота, и с отверстиями в теле прилива, и установленного над ним поршня с возможностью вращения и осевого перемещения для вхождения в отверстия прилива, позволит перекрыть затрубное пространство, обеспечить сохранение наружной поверхности пакера при производимой им калибровке стенки скважины и проход промывочной жидкости в процессе бурения пилотного ствола скважины.

Снабжение поршня цангой с наружным диаметром больше диаметра долота позволит осуществить при подъеме инструмента закрытие промывочных отверстий в приливе на корпусе, образуя таким образом пакер (и создавая депрессию на пласт), и их открытие при движении инструмента вниз в процессе бурения. Это достигается за счет контакта упругой цанги со стенками скважины.

Наличие внутри корпуса клапана в виде золотникового переключателя или подпружиненного запора с цанговым фиксатором обеспечит циркуляцию промывочной жидкости при бурении и разобщение внутреннего объема бурильных труб с призабойной зоной при подъеме инструмента (одновременно с разобщением затрубного пространства с призабойной зоной с помощью пакера).

На фиг.1 представлена схема компоновки для бурения скважины; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 элемент компоновки для бурения скважины опробователя с клапаном в виде золотникового переключателя в положении создания депрессии на пласт, продольный разрез; на фиг.5 опробователь с клапаном в виде подпружиненного запора с цанговым фиксатором в положении создания депрессии на пласт, продольный разрез.

Компоновка для бурения скважины состоит из пилотного долота 1, опробователя 2, безопасного переводника 3 (разъединителя бурильной колонны), расширителя 4, бурильных труб 5. В качестве привода долота может быть использован забойный двигатель, встраиваемый над расширителем 4. Опробователь состоит из корпуса 6, в нижней части которого выполнен прилив 7, наружный диаметр которого равен диаметру долота.

Наружная поверхность пакера армирована твердосплавными штырями 8, а в теле прилива выполнены отверстия 9 и цилиндрическая расточка 10 в верхней части. Выше прилива на наружной поверхности корпуса установлен с возможностью вращения и осевого перемещения поршень, состоящий из цилиндрической втулки 11 и посаженной на ней с возможностью вращения цанги 12. Нижняя часть втулки 1 представлена цилиндрическим выступом 13, соответствующим цилиндрической расточке 10 прилива 7. Цанга 12 выполнена в виде втулки и продольных лепестков 14 с выступами 15. Наружный диаметр цанги по выступам больше диаметра долота. Для исключения осевого перемещения цанги 12 по втулке 11 имеется ограничитель 16. В нижней части корпуса 6 имеется пробоотборная камера 17 и радиальный канал 18, в верхней части отверстия 19. Во внутренней полости 20 корпуса установлен запорный клапан 21 плунжерного типа с отверстиями 22 и 23 и уплотнительными кольцами 24, образующий вместе с выточкой 18 в корпусе золотниковый переключатель.

Клапан в виде подпружиненного запора с цанговым фиксатором (фиг.5) состоит из запора 30 и фиксирующейся захватом 32 цанги 31. Запор 30 подперт пружиной 33. Во внутренней части запора расположен перепускной клапан 34.

В верхней части корпуса закреплен кольцом 25 циркуляционный клапан, составленный из втулок 26, 27, связанных штифтом 28. Оконцовки корпуса представлены присоединительными резьбами 29.

Компоновка для бурения скважины работает следующим образом.

Верхней резьбой 29 опробователь присоединяется через безопасный переводник к расширителю, а затем к колонне бурильных труб, либо к валу забойного двигателя, в зависимости от применяемого вращательного способа бурения. Спуск устройства в составе компоновки производится в расширенном участке ствола, поэтому обеспечивается проток жидкости в затрубном пространстве между пакером и стенкой скважины. Внутренний клапан 21 плунжерного типа, благодаря подпору жидкости с нижнего торца, займет положение (согласно фиг.2), обеспечивающее проток жидкости внутри колонны бурильных труб.

В устройстве с внутренним клапаном в виде подпружиненного запора (фиг.5) проток жидкости внутри колонны бурильных труб при спуске обеспечивается перепускным клапаном 34.

При подходе к пилотному стволу включают циркуляцию промывочной жидкости и вращение инструмента. При включении циркуляции клапан 21 занимает верхнее положение, так как жидкость, проходящая из центрального канала через отверстие 23, действует на подпоршневую площадь 20 клапана 21 (большую, чем площадь центрального клапана) и заставляет перемещаться поршень вверх, открывая проток жидкости через отверстие в пилотный ствол, цанга 12 с выступами 15, благодаря тому, что диаметр цанги по выступам больше диаметра пилотного долота, задерживает свое продвижение до тех пор, пока не упрется в выступ на корпусе. Так как лепестки 14 цанги обладают упругостью, выступы 15 утопятся и займут диаметральный габарит пилотного ствола. Из-за наличия силы трения между выступами и стенкой скважины втулка 11 будет максимально отодвинута от прилива 7, совершая свое дальнейшее продольное продвижение вместе с корпусом. В то же время, благодаря свободной посадке цанги 12 на втулке 11, а втулки 11 на корпусе 6, при вращении опробователя передаче моментных нагрузок на долото при бурении, лепестки цанги будут разгружены от этих нагрузок.

Циркуляция жидкости будет осуществляться через клапан 21 и щелевые отверстия 9 прилива 7, то есть будет происходить обычный процесс бурения. Для создания депрессии на пласт необходимо прекратить циркуляцию промывочной жидкости и начать приподнимать инструмент. При подъеме поршень своим цилиндрическим выступом 14 войдет в расточку 10 прилива 7 и перекроет щелевые отверстия 9, образуя пакерующий элемент. В то же время клапан 21 также переместится вниз из-за давления жидкости на поршень из затрубного пространства через отверстие 19 корпуса. Таким образом, внутреннее пространство в бурильных трубах и в затрубном пространстве будет перекрыто. Необходимая величина депрессии будет создаваться скоростью подъема инструмента и наблюдаться по росту дополнительного усилия на крюке.

Внутренний клапан в виде подпружиннего запора работает следующим образом.

При подходе к забою и включении циркуляции запор 30 своей нижней торцевой поверхностью воздействует на захват 32 цанги 31. При определенном усилии захват освобождается и запор 30 перемещается вниз, открывая проток промывочной жидкости. Внутренняя полость запора закрыта перепускным клапаном 34. Положение наружной системы во время ведения бурового процесса аналогично вышеописанному.

Для создания депрессии на пласт необходимо прекратить циркуляцию промывочной жидкости. Тогда запор 30 под действием пружины 33 переместится вверх до упора верхней конической поверхностью в седло. Одновременно захват 32 цанги 31 утопится, фиксируя запертое положение клапана. Благодаря тому, что усилие освобождения захвата цанги соответствует определенной величине создаваемой депрессии на пласт, при подъеме инструмента необходимая величина депрессии будет определяться по росту дополнительного усилия на крюке.

Благодаря тому, что операция по депрессии пласта производится непосредственно после его вскрытия, отсутствует фактор продолжительного влияния промывочной жидкости на пласт, ухудшающий его коллекторские свойства, тем самым приток флюида может наблюдаться при меньших величинах депрессии. После этого продолжают бурение. Порция поступившего из пласта флюида выносится на поверхность промывочной жидкостью, где анализируется. Операцию по созданию депрессии производят несколько раз в процессе бурения.

После окончания бурения производят подъем инструмента. Клапан 21 займет нижнее положение и перекроет внутреннюю полость бурильных труб. Чтобы исключить последствия этого явления (так как подъем труб будет происходить с "сифоном" промывочной жидкости), в бурильные трубы бросается шар, который садится на втулку 26 и перекрывает внутренний центральный клапан. Включив насосы, осуществляют создание усилия на шар и втулку 26, в результате чего происходит срез штифта 28 и передвижение втулки 26 с шаром вниз и открытие отверстия 19 корпуса. Благодаря этому внутренняя поверхность бурильных труб будет сообщена с затрубным пространством и дальнейший подъем будет происходить без сифона.

Использование предложенной компоновки для бурения скважин позволит снизить большие затраты времени от окончания бурения скважины до получения результатов опробования последнего пласта, отказаться от необходимости спуска тяжелых обсадных колонн в непродуктивные скважины. Решается проблема сохранения естественной проницаемости призабойной зоны, так как осуществляется депрессия на пласт с целью вызова притока непосредственно в процессе его разбуривания (отсутствует длительное воздействие на пласт промывочной жидкости).

Использование: для бурения скважин с опробованием перспективных пластов. Сущность изобретения: компоновка для бурения скважины состоит из пилотного долота, опробователя, безопасного переводника, расширителя, бурильных труб. Опробователь содержит корпус, внутри которого размещен клапан в виде золотника или в виде подпружиненного запора с цанговым фиксатором, а на наружной поверхности находится подвижный поршень с цангой, взаимодействующий с отверстиями, выполненными в теле прилива корпуса. В процессе бурения пилотного ствола внутренний канал и затрубное пространство открыты для прохода промывочной жидкости. При создании депрессии на пласт прекращают циркуляцию промывочной жидкости, осуществляют медленный подъем инструмента. При этом внутренний клапан закрывается, а поршень перекрывает отверстия в приливе корпуса - пакерует затрубное пространство. Подъем прекращают, производят выдержку в течение некоторого промежутка времени, затем продолжают бурение. Поступивший в раствор пластовый флюид выносится на поверхность, где его присутствие устанавливается при помощи геохимической аппаратуры. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Компоновка для бурения скважины, включающая долото, опробователь, состоящий из соединенного с долотом корпуса, на наружной поверхности которого установлен пакер, а внутри размещена пробоотборная камера с клапанами, и расположенные над опробователем элементы для соединения корпуса с бурильной колонной, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет обеспечения возможности опробования перспективного пласта непосредственно в процессе разбуривания его пилотным стволом, пакер выполнен в виде жесткого прилива на корпусе с армировкой по наружной поверхности и с отверстиями в теле прилива и установленного над ним поршня с возможностью вращения и осевого перемещения для вхождения в отверстия прилива, причем поршень имеет цангу с наружным диаметром больше диаметра долота, а наружный диаметр прилива равен диаметру долота. 2. Компоновка по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний клапан выполнен в виде золотникового переключателя или в виде подпружиненного запора с цанговым фиксатором.