Изобретение относится, в общем, к скважинам для добычи нефтепродуктов и, более конкретно, касается способа и установки для размещения и ориентирования скважинных инструментов на глубинах скважины, определенных ниппелями обсадной колонны с целью обеспечения эффективного проведения работ в забое скважины. В качестве более конкретного примера настоящее изобретение является полезным при выполнении работ по созданию многочисленных ответвлений от главного ствола скважины, а в дальнейшем - при входе в них через обсадную колонну. Еще более конкретно, изобретение касается способа и установки для выполнения функций позиционирования, ориентации и фиксации фрезерных и отклоняющих узлов относительно посадочной и ориентирующей муфты обсадной колонны скважины и фиксации приспособления в посадочном профиле выбранной посадочной и ориентирующей муфты.
В нефте- и газодобывающих скважинах, или в водяных, или паровых скважинах используют известные способы зарезки бокового ствола, чтобы пробурить боковые ответвления от основного ствола скважины, обычно необходимые для временной установки оборудования внутри обсадной трубы основного ствола скважины. Для этой цели временно размещаемыми устройствами могут быть заглушка, отклонитель или расширяющее средство любого подходящего типа, которые закрепляются внутри обсадной трубы скважины путем фрикционного взаимодействия с внутренней поверхностью обсадной трубы. Эти заглушки иногда оказываются неустойчивыми из-за слабой удерживающей способности трения внутри обсадной трубы, и поэтому нельзя быть уверенным в их установке на нужной глубине и в нужном положении внутри обсадной трубы. Кроме того, когда фрикционные заглушки или отклонители такого вида удаляют из обсадной трубы, информация об их положении относительно бокового ответвления теряется. Поэтому для повторного входа в пробуренное боковое ответвление необходимо точно восстановить глубину и угловое положение. Это часто является трудной задачей, связано с затратами времени и с увеличением объема работ, что отрицательно влияет на стоимость заканчивания скважины. Поэтому желательно снабдить обсадную колонну скважины средством для определения глубины и отсчета угла, а также ориентации, на основании которых можно избирательно войти в боковые ответвления. Это также целесообразно сделать для упрощения сооружения многочисленных боковых ответвлений ствола скважины и для уменьшения риска обрушения во время выполнения операции зарезки бокового ствола.
Еще несколько лет назад, фактически, все пробуренные и законченные скважины для добычи нефтепродуктов были вертикальными скважинами. Совсем недавно было обнаружено, что весьма выгодно бурить и заканчивать горизонтальные или боковые стволы скважины, чтобы таким образом значительная длина ствола скважины располагалась в продуктивном пласте, вследствие чего, особенно на малорентабельных участках месторождения, будет обеспечиваться более благоприятная возможность для добычи нефтепродуктов, чем в настоящее время. Были разработаны способы горизонтального бурения и оборудование для бурения стволов скважин, которое отклоняется от вертикали на конкретной глубине, что приводит к такой направленности участков ствола, когда они расположены по горизонтали или вблизи нее или избирательно ориентированы с целью установки в определенное положение в продуктивной зоне. Совсем недавно были разработаны способы и оборудование для бурения и заканчивания скважин, позволяющие бурить многочисленные ответвления от скважин, обычно от скважин, имеющих стволы скважин, которые расположены соосно обсадным трубам. Обычно многочисленные ответвления бурят путем, в первую очередь, фрезерования окна в обсадной трубе на необходимой глубине. Фрезерный скважинный отклонитель для забуривания располагают внутри обсадной трубы скважины на выбранной глубине и снабжают ориентирующей конструкцией для ориентирования и отклонения инструмента для проведения фрезеровочных работ в обсадной трубе способом, рассчитанным на достижение фрезерования окна в обсадной трубе под углом, необходимым для последующих операций бурения бокового ответвления при желаемом угле наклона бокового ответвления и желаемом азимутальном угле. Затем боковые ответвления скважины пробуривают через одно или несколько окон и заканчивают способом, позволяющим осуществить добычу нефтепродуктов.
После фрезерования окон в обсадной колонне после того, как бурильный скважинный отклонитель, обеспечивший возможность фрезерования окон в обсадной колонне бурения бокового ответвления ствола скважины, удален из обсадной колонны, то в случае, когда необходим повторный вход в окно обсадной колонны, очень трудно определить местоположение таких окон и расположить оборудование внутри обсадной колонны скважины на надлежащей глубине и в надлежащем положении для ввода в окна обсадной колонны выполнения работ в боковых ответвлениях. Для повторного ввода отклоняющего инструмента в боковое ответвление, например бурильного отклонителя, отражательного наклонителя и т.п., он должен быть точно установлен на необходимой глубине скважины и должен быть точно ориентирован по азимутальному углу относительно бокового ответвления, подлежащего бурению. Такое позиционирование является очень трудным и требует значительно времени для его выполнения. Даже в случае небольших погрешностей в местоположении отклонителя весьма вероятно, что повторно вводимый инструмент не достигнет окна в обсадной колонне или разместится на краях окна. Также вероятно, что эти небольшие погрешности будут вызывать небольшие отклонения инструмента от установленной точки по азимуту и углу наклона, вследствие чего ответвленный ствол скважины не будет точно зарезан с помощью инструмента. Поэтому желательно создать средство для принудительного расположения внутри обсадной колонны скважины оборудования для бурения и заканчивания ответвленного ствола скважины, чтобы облегчить бурение боковых ответвлений ствола скважины, и это средство после удаления оборудования для бурения ответвлений ствола скважины из обсадной колонны скважины должно способствовать точной установке по глубине и точной угловой ориентации оборудования различных видов с целью точного повторного ввода его в боковое ответвление. Кроме того, желательно создать средство для бурения и заканчивания стволов скважин с боковыми ответвлениями, чтобы способствовать простой и эффективной подготовке скважины, имеющей многочисленные ответвления ствола на выбранных глубинах и азимутальных направлениях, с целью последующей добычи, а также эффективного повторного входа в многочисленные ответвления для проведения работ по обслуживанию скважины.
В авторском свидетельстве СССР N 192114, кл. E 21 B 7/08, 06.04.67. раскрыт способ избирательного позиционирования, ориентации и фиксации объектов на заданных глубинах в обсадной колонне скважины, при котором располагают в обсадной колонне скважины на требуемой глубине посадочные и ориентирующие муфты, спускают в обсадную колонну скважины посадочно-ориентационное приспособление с возможностью поворота указанного приспособления до заданного углового положения.
Из этого авторского свидетельства известен также способ бурения и повторного входа в боковые ответвления скважины, при котором располагают на требуемой глубине в обсадной колонне скважины, по меньшей мере, одну посадочную и ориентирующую муфту, спускают в обсадную колонну скважины посадочно-ориентационное приспособление. Это приспособление дополнительно снабжают смещающим отклонителем, имеющим наклонную отклоняющую поверхность для направленной ориентации бокового ответвления и механизмом для однонаправленного поворота наклонной отклоняющей поверхности вокруг вертикальной оси на угол, соответствующий углу расположения окон. Этот поворот осуществляется с поверхности земли для точного выравнивания с окнами в обсадной колонне. Спускают фрезер для вырезания окон в обсадных колоннах в обсадную колонну скважины при смещающем контакте с наклонной отклоняющей поверхностью смещающего отклонителя и фрезеруют направленное окно в обсадной колонне. Спускают бурильную машину для ответвления ствола скважины через обсадную колонну скважины, и бурят боковое ответвление скважины через обсадную колонну скважины посредством отклонения бурильной машины для ответвления ствола скважины через образованное фрезерованием окно обсадной колонны посредством смещающего отклонителя.
Для осуществления этих способов используется посадочно-ориентационная установка для скважин, содержащая обсадную колонну скважины, имеющую присоединенные посадочные и ориентирующие муфты, посадочно-ориентационное приспособление, содержащее удлиненную корпусную оправку и исполнительный элемент, способный перемещаться в удлиненной корпусной оправке между спусковым положением и положением фиксации.
Основная особенность настоящего изобретения заключается в создании способа и установки, обеспечивающих возможность ориентации и размещения приспособления в выбранной одной из некоторого числа посадочных и ориентирующих муфт в обсадной колонне скважины таким образом, что другие скважинные инструменты, закрепленные и установленные в заданное положение посредством этого, можно эффективно использовать для выполнения работ в забое скважины, требующих ориентации в заданном направлении.
Еще одна особенность настоящего изобретения заключается в создании нового посадочно-ориентационного приспособления, которое предназначено для соединения с отклонителем в случае фрезерования окна в обсадной колонне и со смещающим отклонителем в случае выполнения операции повторного входа в боковое ответвление.
Кроме того, особенность настоящего изобретения заключается в создании нового посадочно-ориентационного приспособления, имеющего устройство для выбора одной из посадочных и ориентирующих муфт обсадной трубы скважины при прохождении других посадочных и ориентирующих муфт с целью избирательного расположения приспособления в соединении с ней на желаемой глубине в обсадной трубе скважины.
Дополнительная особенность настоящего изобретения заключается в создании нового посадочно-ориентационного приспособления, снабженного посадочными собачками специфического профиля, которые позволяют осуществить размещение приспособления в посадочной и ориентирующей муфте обсадной колонны скважины с сопряженным профилем при прохождении им посадочных и ориентирующих муфт отличающегося профиля.
Еще одна особенность настоящего изобретения заключается в использовании посадочных и ориентирующих муфт, присоединенных на различных выбранных глубинах в обсадной колонне, при этом каждая муфта снабжена башмаком с косым срезом внизу, имеющим заостренный верхний конец, ориентирующий паз и криволинейные направляющие наклонные плоскости, проходящие на одинаковой высоте друг против друга от острия до ориентирующего паза и предназначенные для обеспечения угловой ориентации скважинного приспособления, спускающегося через посадочную и ориентирующую муфту.
Дополнительная особенность настоящего изобретения заключается в создании нового посадочно-ориентированного приспособления, снабженного ориентирующим ключом, выступающим по радиусу из него и предназначенным для зацепления криволинейных направляющих наклонных плоскостей башмака с косым срезом внизу в посадочной и ориентирующей муфте и для зацепления в ориентирующем пазу башмака с косым срезом внизу для эффективной ориентации приспособления относительно посадочной и ориентирующей муфты.
Дополнительная особенность настоящего изобретения заключается в создании нового посадочно-ориентационного приспособления, снабженного ориентирующим ключом, имеющим обращенный вниз, как правило, заостренный конец, который задает ориентированные по углу направляющие поверхности, наклоненные под тем же углом, что и спирально-криволинейные направляющие наклонные плоскости башмака с косым срезом внизу в посадочной и ориентирующей муфте, чтобы обеспечить при зацеплении как функцию опоры, так и функцию направления относительно спиральной направляющей наклонной плоскости.
Кратко, различные задачи и особенности настоящего изобретения реализуются посредством установки специальной герметичной муфты обсадной колонны, которую присоединяют к нижней части секции обсадной колонны, предназначенной для вскрытия с целью зарезки бокового ствола. Эта специальная муфта обсадной колонны рассчитана и изготовлена таким образом, что приспособления могут быть точно и просто размещены и ориентированы в системе местных координат скважин в месте бокового ответвления. Посадочная и ориентирующая установка включает центральный участок, с помощью которого определяется положение спускаемых или устанавливаемых приспособлений в плоскости поперечного сечения скважины на уровне места ответвления. Другая особенность обеспечивает возможность образования цилиндрической опорной поверхности с жесткими допусками в верхней части посадочной и ориентирующей установки, чтобы этим получить возможность расположения различных механизмов и приборов в обсадной трубе скважины при высокой точности по глубине и углу. Создана система определения продольного местоположения, с помощью которой находится положение спускаемых или устанавливаемых приспособлений вдоль продольной оси основного ствола скважины посредством кольцевой внутренней канавки, имеющей особенный профиль, который может быть согласован с эталонными ключами, расположенными на спускаемых или устанавливаемых приспособлениях, как это обычно делается на ниппелях насосно-компрессорной колонны. Также предусмотрен определитель ориентации, с помощью которого находится угловое положение спускаемых или устанавливаемых приспособлений вокруг продольной оси основного ствола скважины. Этот определитель ориентации снабжен ориентирующим пазом, расположенным в нижней части кулачкового профиля таким образом, что согласованный ориентирующий ключ приспособления, проходящего по обсадной трубе ствола скважины, сцепляются с ориентирующим пазом из любого углового положения с помощью ориентирующей кулачковой кромки ориентирующего устройства, известного как "башмак с косым срезом внизу". Этот угловой репер воспроизводит положение ориентирующего ключа на внешней поверхности муфты.
Посадочная и ориентирующая муфта герметичной секции обсадной колонны снабжена внутренней фиксирующей поверхностью, которая обеспечивает возможность закрепления спускаемых или устанавливаемых приспособлений в заданном положении относительно посадочной и ориентирующей муфты. Продольная задающая канавка использована для того, чтобы демпфировать силы, создаваемые приспособлением вдоль и перпендикулярно оси основного ствола скважины. Тем же путем вращающий момент, создаваемый приспособлением, демпфируется ориентирующим пазом. Эталонные ключи, предусмотренные на спускаемых или устанавливаемых приспособлениях, рассчитаны так, что приспособления могут размещаться только в одной из некоторого числа предварительно установленных муфт путем сопряжения профиля эталонных ключей с профилями соответствующих мест установки. С другой стороны, отдельная посадочная и ориентирующая муфта обсадной колонны может иметь особый ключевой профиль, а приспособления могут снабжаться стандартным ключом, который может быть согласован с любой из муфт или с рядом муфт. Эта особенность обычно используется на нескольких механизмах для заканчивания скважин.
Посадочная и ориентирующая муфта обсадной колонны может иметь еще одну особенность, позволяющую задать направление ориентирующего ключа в месте расположения скважины при составлении колонны обсадных колонн. Эта важная особенность позволяет комплектовать многочисленные секции обсадных колонн, снабженные соответствующими посадочными и ориентирующими муфтами, которые ориентированы друг относительно друга с необходимым угловым разносом. Посадочная и ориентирующая муфта обсадной трубы имеет дополнительную особенность, заключающуюся в том, что она изолирована от вращающего момента, создаваемого на муфте ниже ориентирующего ключа. Эта особенность позволяет ориентировать все или часть секций обсадной колонны при спуске обсадных труб в забой скважины способом, в котором не обращают внимания на фрикционный вращающий момент, действующий на нижнее звено обсадной колонны. Это может достигаться введением подвижного стыка на нижнем конце посадочной и ориентирующей муфты. Посадочная и ориентирующая муфта может прикрепляться к секции обсадных труб резьбовыми концами, т.е. тем же самым путем, как обычные соединительные муфты обсадных колонн. Кроме того, можно встроить посадочную и ориентирующую муфту в такую часть, как секция обсадных колонн, которая намечена для создания бокового узла.
Посадочная и ориентирующая муфта не изменяет стандартных механических свойств колонны обсадных колонн. Обсадная колонна труб может нести так много посадочных и ориентирующих муфт, как это требуется для создания одного или нескольких боковых ответвлений при сооружении скважины. Муфты можно установить под будущие ответвления. В качестве дополнительного варианта боковые ответвления можно соорудить сразу же после того, как колонна обсадных колонн установлена в стволе скважины и зацементирована на нужном месте, или, альтернативно, их можно соорудить позднее, во время эксплуатации скважины, используя посадочные и ориентирующие муфты, которые для такой цели предусмотрены в скважине. Та же самая концепция применима к ответвлениям, при этом подразумевается, что одно или несколько последующих ответвлений могут быть образованы тем же самым способом в основном боковом ответвлении. Муфтовый участок обсадной трубы можно изготовить из любой стандартной стальной трубы, используемой для крепления скважины обсадной колонной. Его можно также изготовить из любого подходящего материала, применение которого облегчает процесс зарезки бокового ствола, в частности содействует процедуре вырезания окна в обсадной колонне, необходимого для начала сооружения ответвления ствола скважины. Муфтовый участок обсадной колонны также можно сочетать с любым заранее образованным элементом ответвления, таким, как заранее полученное фрезерованием окно обсадной колонны или со сборными узлами, которые устанавливают в одну линию с основной обсадной колонной.
Что касается конструкции установки, то использована обсадная колонна скважины, имеющая в соединении с ней на выбранных глубинах скважины некоторое число ниппелей обсадной колонны, при этом каждый ниппель имеет отличающийся внутренний посадочный профиль. Предусмотрено посадочно- ориентационное приспособление, имеющее заменяемые посадочные собачки с посадочным профилем, сопряженным с профилем конкретной одной из скважинных посадочных и ориентирующих муфт, вследствие чего, когда посадочно-ориентационное приспособление опускается в забое скважины, оно проходит посадочные и ориентирующие муфты, имеющие несопряженный внутренний посадочный профиль, и размещается в посадочной и ориентирующей муфте, имеющей профиль, сопряженный с профилем посадочных собачек. Когда посадочно-ориентационное средство входит в каждую из посадочных и ориентирующих муфт обсадочной колонны, ориентирующий ключ приспособления зацепляет спиральную направляющую наклонную плоскость башмака с косым срезом внизу в посадочной и ориентирующей муфте и поворачивается направляющей наклонной плоскостью в заданное угловое положение с целью вхождения в ориентирующий паз башмака с косым срезом внизу. При входе приспособления в посадочную и ориентирующую муфту обсадочной колонны с несопряженным посадочным профилем ориентирующий ключ выводится из ориентирующего паза, тогда как приспособление продолжает двигаться в забое скважины. Когда посадочно-ориентационное приспособление входит в посадочную и ориентирующую муфту с внутренним посадочным профилем, сопряженным с посадочной конфигурацией посадочных собачек, которыми снабжено приспособление, приспособление может закрепиться относительно внутреннего посадочного профиля посадочной и ориентирующей муфты для выполнения отдельных работ в скважине, таких, как фрезерование окон обсадной колонны, и повторного входа в боковые ответвления скважины. Посадочно-ориентационное приспособление впоследствии может быть освобождено из внутреннего профиля посадочной и ориентирующей муфты, вследствие чего оно может быть извлечено из скважины. Когда желательно его удаление из посадочной и ориентирующей муфты, приводится в действие механизм приспособления, чувствительный к тяговому усилию заданной величины, для расцепления посадочных собачек от внутреннего посадочного профиля ниппеля обсадной трубы с освобождением таким образом приспособления с целью извлечения из обсадной колонны. Приспособление модифицируют для размещения в еще одной посадочной и ориентирующей муфте просто путем смены посадочных собачек приспособления, чтобы предусмотреть посадочные собачки с посадочным профилем, сопряженным с внутренним посадочным профилем выбранного одного из ниппелей обсадной колонны.
Посадочно-ориентационное приспособление этого изобретения особенно полезно во время выполнения работы по образованию многосторонних ответвлений ствола скважины и для последующего входа в многосторонние ответвления скважины через обсадную колонну. Несмотря на пригодность приспособления для проведения разнообразных работ в забое скважины, основная функция посадочно-ориентационного приспособления, как описано, заключается в позиционировании, ориентации и фиксации узлов фрезерования окон обсадной колонны или отклоняющих узлов внутри посадочной и ориентирующей муфты. По меньшей мере, одну, а предпочтительно некоторое число посадочных и ориентирующих муфт включают в обсадную колонну в качестве неотъемлемых элементов таким образом, чтобы они располагались в забое скважины на заданных глубинах. Посадочно-ориентационное приспособление обеспечивает точное заданное положение отклонителя для фрезерования в случае выполнения операций по фрезерованию окон или смещающего отклонителя в случае выполнения операции по повторному входу в боковое ответвление.
Посадочная и ориентирующая муфта состоит из корпуса ниппеля, имеющего резьбовые концы для соединения с секциями обсадной колонны скважины и снабженного внутри башмаком с косым срезом внизу, имеющим спиральные направляющие поверхности для проводки ориентирующего ключа и, следовательно, для поворота посадочно- ориентационного приспособления до тех пор, пока ключ не встречается с продольным ориентирующим пазом. В данном случае необходимый посадочный профиль образован на внутренней поверхности корпуса посадочной и ориентирующей муфты. Посадочно-ориентационное приспособление состоит из основной корпусной оправки, имеющей несколько, обычно три, посадочных собачек и ориентирующий ключ, который выступает наружу из основной оправки с целью зацепления с сопряженным внутренним профилем посадочной и ориентирующей муфты, образованной посадочным ниппелем.
Что касается эксплуатации, то в соответствии с одним возможным способом эксплуатации оборудования обсадную колонну составляют из обычных обсадных труб вместе с размещенными последовательно на одной линии посадочными и ориентирующими муфтами, а муфты обсадных труб спускают в ствол скважины, устанавливают и цементируют. Число посадочных и ориентирующих муфт и положения этих муфт в обсадной колонне записывают во время составления обсадной колонны. В каждом случае, когда несколько посадочных и ориентирующих муфт располагают последовательно, необходимо запоминать угловое положение каждой, чтобы облегчить последующее сооружение ответвления ствола скважины, проведение работ в определенных направлениях и последующий повторный вход. В случае использования переустанавливаемого ориентирующего ключа каждая посадочная и ориентирующая муфта подстраивается относительно нижней посадочной и ориентирующей муфты.
Обсадную колонну спускают в ствол скважины. Цементирование кольцевого пространства осуществляют, предпочтительно, с помощью цементировочной колонны через башмак обсадной колонны или через верхнюю часть кольцевого пространства, чтобы избежать загрязнения цементом посадочных и ориентирующих муфт внутри обсадной колонны. Для точного определения местоположения по глубине и ориентации одной или нескольких определенных посадочных и ориентирующих муфт можно выполнить целенаправленное обследование, предпочтительно, с помощью спускаемого в скважину на тросе инструмента. Результаты обследования можно использовать для установки ориентирующего ключа приспособления, поддерживающего отклонитель или любой отклоняющий инструмент. Отклонитель с посадочно-ориентационным приспособлением на его донной части устанавливают на нужном месте, а в обсадной колонне прорезают боковое окно, предпочтительно, с помощью операции фрезерования. Оборудование низа бурильной колонны может содержать подвижный стык, который позволяет посадочно- ориентационному приспособлению поворачиваться при зацеплении кулачкового профиля посадочной и ориентирующей муфты. Такой поворот можно создать путем использования двигателя управления положением или другого забойного двигателя в оборудовании низа бурильной колонны, прикрепленном к посадочно-ориентационному приспособлению. После вскрытия окна в секции обсадной колонны с помощью бурового снаряда колонны производят бурение бокового ответвления любым способом направленного бурения, пригодным для достижения желаемых состояний бокового ответвления. Ответвление можно укрепить обсадной колонной, если это необходимо, или оставить открытым. После завершения бокового ответвления ствола скважины отклонитель удаляют и тем же самым путем сооружают другие ответвления скважины. Осуществить позднее повторный вход в ответвление можно просто путем помещения отклоняющего механизма в соответствующую посадочную и ориентирующую муфту, чтобы оборудование, опускаемое по обсадной колонне, отклонялось от основной обсадной колонны и проходило в соответствующее ответвление ствола скважины через окно в обсадной колонне.
Механизм завершения, такой, как отклонитель потока, ограничитель потока или устройство искусственного подъема, или другое эксплуатационное средство можно установить постоянно или временно в посадочной и ориентирующей муфте без необходимости в какой-либо дополнительной системе крепления. Заглушку, которая изолирует нижнюю часть обсадной колонны основной скважины или определенное ответвление ствола скважины от верхней части основной скважины, можно постоянно или временно установить в посадочную и ориентирующую муфту без необходимости в какой-либо дополнительной системе крепления.
Таким образом, обеспечение обсадной колонны основной скважины посадочными и ориентирующими муфтами способом, рассмотренным выше, позволяет просто и эффективно видоизменять структуру скважины, способы эксплуатации ее и добычи, требующие точного расположения по глубине и углу приборов внутри обсадной трубы скважины. Эта система также позволяет проводить различные работы по техническому обслуживанию скважины на различных стадиях продуктивного периода скважины, поскольку посадочные и ориентирующие муфты, расположенные в обсадной колонне скважины при ее установке, рассчитаны на постоянную работу, и поэтому доступны в качестве опорных элементов обсадной колонны, с помощью которых можно планировать и проводить работы по обслуживанию забоя скважины.
Чтобы способ, которым достигнуты вышеописанные особенности, преимущества и задачи настоящего изобретения, пояснить подробно, ниже приведено более конкретное описание изобретения на основе предпочтительного варианта осуществления, со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 - вертикальная проекция посадочно-ориентационного приспособления, в соответствии с настоящим изобретением, показанного в спусковом положении и снабженного комплектом профилированных посадочных собачек для размещения внутри посадочной и ориентирующей муфты обсадной трубы скважины, при этом посадочная и ориентирующая муфта снабжена сопряженным внутренним профилем, и дополнительно показан ориентирующий ключ приспособления;
фиг. 2A - разрез секции обсадной колонны, показывающий верхнюю часть посадочной и ориентирующей муфты, соединенной внутри обсадной колонны скважины с посадочно-ориентационным приспособлением из фиг. 1, при этом посадочные собачки посадочно- ориентационного приспособления сцеплены с сопряженным внутренним профилем посадочной и ориентирующей муфты;
фиг. 2B - разрез, показывающий нижнюю часть посадочной и ориентирующей муфты из фиг. 2A и показывающий нижнюю часть посадочно-ориентационного приспособления, расположенного в посадочной и ориентирующей муфте;
фиг. 3 - частичный вид в разрезе обсадной колонны, схематически показывающий посадочную и ориентирующую муфту в соответствии с настоящим изобретением, присоединенную к колонне, и башмак с косым срезом внизу внутри посадочной и ориентирующей муфты;
фиг. 4 - схематический чертеж в соответствии с настоящим изобретением, показывающий частичный вид в разрезе обсадной колонны скважины и узла посадочной и ориентирующей муфты с внутренним посадочным профилем, а также показывающий отклонитель фрезера и механизм фрезерования окна в обсадной колонне, установленные относительно посадочного профиля посредством посадочно-ориентационного приспособления, с которым соединен отклонитель фрезера, и, кроме того, показывающий посадочно- ориентационное приспособление в состоянии спуска при расположении посадочных собачек несколько выше внутреннего посадочного профиля обсадной колонны скважины и узла посадочной и ориентирующей муфты;
фиг. 5 - частичный вид в разрезе, аналогичный фиг. 4, показывающий посадочно-ориентационное приспособление в ориентированном и фиксированном положении относительно внутреннего посадочного профиля обсадной колонны, узел посадочной и ориентирующей муфты и дополнительно показывающий окно в обсадной колонне скважины после фрезерования его фрезерным механизмом с помощью направленного отклонителя фрезера, показанного на фиг. 4;
фиг. 6 - частичный вид в разрезе обсадной колонны и посадочного профиля, аналогичный видам на фигурах 4 и 5, показывающий спускной механизм и посадочно-ориентационное приспособление, в соответствии с настоящим изобретением, для позиционирования смещающего отклонителя в положение ориентирования и направления вбок внутри обсадной колонны скважины до фрезерования окна в обсадной колонне или до повторного входа в ранее образованное фрезерованием окно в обсадной колонне;
фиг. 6A - вид в разрезе, аналогичный виду на фиг. 6, показывающий перекрытие канала упавшим шаром и давление, созданное сдвигом удерживающих винтов и сдвигом фиксирующего выступ поршня в положение освобождения выступа;
фиг. 7 - частичный вид в разрезе обсадной колонны и посадочного профиля, аналогичный видам на фигурах 6 и 6A, после освобождения и возврата спускного механизма, показывающий посадочно-ориентационное приспособление фиксированным во внутреннем посадочном профиле ниппеля обсадной колонны и направляющую поверхность смещающего уклонителя, ориентированную и направленную к ранее полученному фрезерованием окну обсадной колонны такому, которое пригодно для повторного входа в боковое ответвление скважины;
фиг. 8 - частичный вид в разрезе обсадной колонны скважины с соединенной с ней посадочной и ориентирующей муфтой, которая имеет внутренний посадочный профиль и башмак с косым срезом внизу, причем этот вид показывает посадочно-ориентационное приспособление настоящего изобретения при спуске с посадочными собачками, зацепленными с сопряженным профилем посадочной и ориентирующей муфты, и с ориентирующим ключом, расположенным в ориентирующем пазу башмака с косым срезом внизу, но с посадочными собачками и ориентирующим ключом в нефиксированных состояниях;
фиг. 9 - частичный вид в разрезе обсадной колонны и посадочного профиля, аналогичный виду на фиг. 8, но показывающий посадочно- ориентационное приспособление в фиксированном состоянии с посадочными собачками, застопоренными во внутреннем профиле посадочной и ориентирующей муфты, и с ориентирующим ключом приспособления, застопоренным в ориентирующим пазу башмака с косым срезом внизу;
фиг. 10 - вид в сечении, взятом по линии 10-10 на фиг. 8;
фиг. 11 - вид в разрезе посадочной и ориентирующей муфты в соответствии с настоящим изобретением, имеющей башмак с косым срезом внизу и внутренний посадочный профиль заданной конфигурации для размещения и фиксирования посадочно-ориентационного приспособления, имеющего посадочные собачки сопряженной конфигурации;
фиг. 12 - вид в изометрии посадочной собачки, предназначенной для согласованного сопряжения с внутренним посадочным профилем посадочной и ориентирующей муфты из 11;
фиг. 13 - вид в разрезе посадочной и ориентирующей муфты, предназначенной для введения в обсадную колонну и имеющей выбранный внутренний посадочный профиль, отличающийся от посадочного профиля посадочной и ориентирующей муфты из фиг. 11, и, кроме того, имеющей внутренний башмак с косым срезом внизу для ориентации посадочно-ориентационного приспособления;
фиг. 14 - вид в изометрии посадочной собачки, предназначенной для согласованного сопряжения с внутренним посадочным профилем посадочной и ориентирующей муфты из фиг. 13;
фиг. 15 - вид в разрезе посадочной и ориентирующей муфты, предназначенной для соединения в обсадной колонне и имеющей внутренний посадочный профиль, отличающийся от посадочных профилей посадочных и ориентирующих муфт из фигур 11 и 13, и, кроме того, имеющей внутренний башмак с косым срезом внизу для ориентации посадочно-ориентационного приспособления, при этом обозначен угол наклона направляющих наклонных плоскостей башмака с косым срезом внизу;
фиг. 16 - вид в изометрии посадочной собачки, предназначенной для согласованного сопряжения с внутренним посадочным профилем посадочной и ориентирующей муфты из фиг. 15;
фиг. 17 - сечение, взятое по линии 17-17 на фиг.15; и
фиг. 18 - вид в изометрии ориентирующего ключа, предназначенного для установки в посадочно-ориентационное приспособление из фигур 1 и 2B и ориентации посадочно-ориентационного приспособления относительно каждой из посадочных и ориентирующих муфт, представленных на фигурах 11, 13 и 15.
На фигурах 1, 2A и 2B показано посадочно-ориентационное приспособление 11, снабженное на своем верхнем конце верхней соединительной втулкой 12, которая предназначена для соединения на участке 14 со спускным инструментом, показанным на фигурах 6 и 6A, с целью спуска посадочно-ориентационного приспособления через обсадную колонну скважины, показанную на фиг. 2A. Обсадная колонна 16 снабжена посадочной и ориентирующей муфтой 18, верхний и нижний концы которой находятся в резьбовом соединении с участками обсадной колонны 16 скважины, вследствие чего посадочная и ориентирующая муфта 18 становится неотъемлемой деталью обсадной колонны 16 скважины. Посадочная и ориентирующая муфта 18 в соответствии с настоящим изобретением снабжена специфическим внутренним посадочным профилем 20, который предназначен для вхождения в зацепление с посадочными собачками 23, каждая из которых имеет контур, сопряженный с внутренним посадочным профилем посадочной и ориентирующей муфты.
Как показано, в особенности, на фигурах 2A и 2B и как показано на фигурах 8 и 9, посадочно- ориентационное приспособление 11 содержит основную корпусную оправку 22 удлиненной трубчатой формы, имеющую на своем нижнем конце донную крышку 24, которая соединена с ней посредством резьбового соединения 26. На своем верхнем конце основная корпусная оправка 22 снабжена участком 28 с внешней резьбой, к которому присоединена верхняя крышка 30, задающая центральное отверстие 32. Основная корпусная оправка 22 имеет трубчатый фиксирующий участок 34, имеющий ряд фиксирующих окон 38, равномерно разнесенных вокруг фиксирующего участка 34. Посадочные собачки 23 установлены с возможностью замены в сборке внутри приспособления, а их части выходят через фиксирующие окна таким образом, что внешний профиль 40 каждой посадочной собачки 23 выступает наружу из фиксирующего участка 34 и поэтому находится в положении готовности к вхождению в стопорное зацепление с внутренним посадочным профилем 20 сопряженной одной из посадочных и ориентирующих муфт 18. Как будет более подробно объясняться ниже, каждая из посадочных и ориентирующих муфт 18, примененных в обсадной трубе 16 скважины, имеет отличающийся внутренний профиль и поэтому в процессе эксплуатации будет зацепляться при спуске посадочными собачками посадочно-ориентационного приспособления только в случае, когда посадочные собачки имеют профиль, сопряженный с внутренним профилем конкретной посадочной и ориентирующей муфты. Эта особенность изобретения станет более понятной при рассмотрении приведенного ниже подробного описания со ссылками на фигуры 10-15.
Стенка основной корпусной оправки на фиксирующем участке 34 образует плечевой выступ 44 при каждом из фиксирующих окон 38, который проходит за пределы нижнего конца фиксирующего отверстия и тем самым образует ограничительный заплечик для удержания посадочных собачек 23 от перемещения наружу. Поэтому каждая из посадочных собачек 23 может перемещаться по радиусу наружу только на величину, допускаемую плечевым выступом 44. Верхний конец каждой из посадочных собачек 23 ограничен таким же образом с помощью нижнего конца 46 верхней крышки 30, который выходит за пределы верхнего конца фиксирующего окна и поэтому обеспечивает удержание верхних концов посадочных собачек 23. Однако каждая из посадочных собачек 23 может перемещаться по радиусу внутрь из положения, показанного, например, на фигурах 2A, 8 и 9, чтобы посадочные собачки 23 могли проходить мимо внутренних объектов в обсадной трубе скважины, включая внутренний профиль посадочной и ориентирующей муфты ниппеля обсадных труб, который не сопряжен с профилем посадочных собачек. Пара пружин 48 и 50 сжатия предусмотрена для каждой из посадочных собачек с соответствующими концами 52 и 54, расположенными внутри приемников пружин. Внутренние концы 56 и 58 каждой из пружин 48 и 50 сжатия помещены в углубления под пружины соответствующих противодействующих пружинам пластин 60, которые предусмотрены для каждой из посадочных собачек 23.
На своем нижнем конце основная корпусная оправка 22 имеет ориентирующее окно 62, в котором расположен с возможностью перемещения ориентирующий ключ 64, выдвинутый по радиусу наружу парой пружин 66 и 68 сжатия. Наружные концы 70 и 72 пружин сжатия помещены в приемники пружин ориентирующего ключа 64, а внутренние концы 74 и 76 помещены в приемники пружин противодействующей пружинам пластины 78. Ориентирующий ключ 64 на своем верхнем конце удерживается ограничительным выступом 80 основной корпусной оправки 22, который наложен на верхнюю часть ориентирующего окна 62, а на своем нижнем конце удерживается участком 82 верхнего конца донной крышки 24. В отсутствие других сил пружины 66 и 68 сжатия поддерживают ориентирующий ключ 64 выдвинутым по радиусу наружу на максимальную величину, допускаемую ограничительными выступами 80 и 82, как это показано на фиг. 2B. В случае появления препятствий, таких, как соединительные муфты обсадной колонны, профили посадочных и ориентирующих муфт, окна обсадной колонны и т.п., встречающихся во время спуска приспособления, ориентирующий ключ 64 будет соприкасаться с этими препятствиями и будет перемещаться по радиусу внутрь, преодолевая сопротивление сил сжатия пружин 66 и 68, что позволяет ориентирующему ключу 64 освобождаться от препятствий по мере перемещения приспособления внутри колонны обсадных труб. Для дополнительной помощи ориентирующему ключу 64 в преодолении препятствий верхний конец 84 и нижний конец 80 ориентировочного ключа 64 имеют скошенную конфигурацию, посредством чего обеспечивается аналогичная действию кулачка функция при перемещении приспособления относительно внутреннего препятствия обсадной трубы, вследствие чего внутреннее препятствие развивает силу, которая подает ориентирующий ключ 64 по радиусу внутрь, преодолевая силу сжатия пружин 66 и 68 таким образом, что он будет проходить мимо препятствий и предотвращать закрепление приспособления.
Посадочно-ориентационное приспособление 11 снабжено удлиненной внутренней оправкой 88, имеющей верхний конец, проходящий через центральное отверстие 32 основной корпусной оправки 22, и нижний конец, проходящий через отверстие 25 в донной крышке 24. Внутренняя оправка 88 может поступательно перемещаться внутри основной корпусной оправки 22 в пределах, задаваемых парой направляющих пазов 90 и 92, внутренние поверхности которых зацепляются парой направляющих винтов 94 и 96, помещенных на резьбу в приемниках направляющих винтов основной корпусной оправки 22. Внутренняя оправка 88 имеет трубчатую конфигурацию с центральным каналом 98, через который может протекать жидкость.
На своем нижнем конце установочная и ориентирующая муфта снабжена переводником 100 на основе башмака с косым срезом внизу, имеющим сварное соединение 102 с нижним концом корпуса посадочной и ориентирующей муфты и обеспечивающим "криволинейную направляющую геометрию", причем переводник расположен внутри ниппеля обсадных труб, известен в промышленности под названием "башмак с косым срезом внизу" и служит для поворотной ориентации объекта, движущегося вниз в посадочной и ориентирующей муфте. В типичном случае башмак с косым срезом внизу соединен сваркой с ниппелем обсадных труб посредством кольцевого направленного валика 103 сварного шва, хотя он, если это требуется, может находиться в резьбовом соединении или может быть соединен с ниппелем обсадных труб любым другим подходящим способом. Нижний конец переводника 100 на основе башмака с косым срезом внизу имеет внутреннюю резьбу для соединения с секцией обсадной трубы 16 скважины и в достаточной степени выходит за пределы нижнего конца донной крышки 24 с целью образования внутреннего приемника 104 для помещения носового элемента 106, который прикреплен к нижнему концу внутренней оправки 88 посредством стопорных винтов 108 и 110. Нижний конец носового элемента 106 скошен, как это показано на участке 112, чтобы направить посадочно-ориентационное приспособление 11, когда оно опускается вниз по колонне обсадных труб, к заданной посадочной и ориентирующей муфте 18. Носовой элемент 106 можно прикрепить к нижнему концу внутренней оправки 88 с помощью любого другого подходящего средства без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Внутренняя оправка 88 может перемещаться между спусковым положением, показанным на фиг. 8, и положением фиксации, показанным на фиг. 9. В своем спусковом положении носовой элемент 106 удерживается, по существу, в соприкосновении с нижним концом донной крышки 24 посредством ряда спусковых, работающих на сдвиг винтов 114 и 116, которые закреплены внутри соответствующих держателей в донной крышке 24 и имеют внутренние, работающие на сдвиг элементы, которые входят в совмещенные гнезда на нижнем конце внутренней оправки 88, как это показано на фигурах 2B и 8. В положении фиксации внутренней оправки 88, как показано на фиг. 9, к внутренней оправке 88 будет прикладываться направленная вниз сила, достаточная для того, чтобы сдвинуть спусковые, работающие на сдвиг винты 114 и 116 и тем самым дать возможность внутренней оправке 88 переместиться вниз из спускового положения, показанного на фиг. 8, в положение фиксации, показанное на фиг. 9.
Внутренняя оправка 88 снабжена парой разнесенных гнезд 118 и 120, при этом каждое гнездо имеет скошенные верхнюю и нижнюю стенки и предназначено для размещения соответствующей концевой части 122 и 124 ориентирующего ключа 64, когда внутренняя оправка 88 находится в спусковом положении относительно основной корпусной оправки 22, как это показано на фиг. 8. В этом положении ориентирующий ключ 64 может перемещаться по радиусу внутрь против сил сжатия пружин 66 и 68 в том случае, когда при спуске приспособления по колонне обсадных труб встречаются объекты. Когда внутренняя оправка 88 перемещена книзу в положение, показанное на фиг. 9, после сдвига спусковых, работающих на сдвиг винтов 114 и 116 гнезда 118 и 120 выйдут из положения совмещения с соответствующими концевыми частями 122 и 124 ориентирующего ключа 64, как это показано на фиг. 9, вследствие чего верхний и нижний концы ориентирующего ключа 64 удерживаются от перемещения по радиусу внутрь наружной цилиндрической поверхностью 126 внутренней оправки 88 и поэтому максимально вытянуты по радиусу. Конечно, ориентирующий ключ 64 в положении, показанном на фиг. 9, будет расположен в пределах нижнего участка ориентирующего паза, заданного башмаком с косым срезом внизу, вследствие чего посадочно-ориентационное приспособление 11 окажется ориентированным по углу относительно обсадной трубы 16. Эта особенность будет рассмотрена более подробно ниже в сочетании с детальным описанием башмака с косым срезом внизу и с учетом взаимосвязи посадочно-ориентационного приспособления 11 и башмака с косым срезом внизу, когда приспособление продвигается к посадочному положению внутри выбранной посадочной и ориентирующей муфты 18.
Средняя часть внутренней оправки 88 имеет гнезда для приема соответственно верхней и нижней концевых частей каждой из посадочных собачек 23, когда, посадочно-ориентационное приспособление 11 находится в спусковом состоянии,
как показано на фиг. 8. Как видно, внутренняя оправка 88 имеет верхнее и нижнее гнезда 128 и 130 со скошенными стенками, которые предназначены для размещения соответствующих выступающих концов 132 и 134 посадочных собачек 23, когда гнезда устанавливаются относительно основной корпусной оправки 22 в спусковом состоянии приспособления, как это показано на фиг. 8. Поэтому, когда соответствующие наклонные концы 136 или 138 посадочных собачек 23 сталкиваются с любым объектом в обсадной трубе скважины во время выполнения операции спуска приспособления, наклонные направляющие концы посадочных собачек 23 будут заставлять собачки смещаться по радиусу внутрь против действия сил сжатия пружин 48 и 50 и, следовательно, будут позволять посадочным собачкам 23 проходить поверх объекта без того, чтобы приспособление захватывалось на объекте. Как только препятствие пройдено, и направленная по радиусу внутрь сила на посадочных собачках 23 исчезнет, пружины 48 и 50 сжатия опять сместят посадочные собачки 23 по радиусу наружу до максимального предела, который допускается ограничительными элементами 44 и 46. Поэтому, когда приспособление перемещается через посадочную и ориентирующую муфту колонны обсадных труб, то, если внутренний профиль посадочной и ориентирующей муфты не сопряжен с внешним профилем посадочных собачек, посадочные собачки будут просто выдаваться по радиусу внутрь и не будут размещаться в профиле посадочной и ориентирующей муфты. Когда это условие соблюдается, приспособление просто перемещается через посадочную и ориентирующую муфту и будет продолжать двигаться вниз по колонне обсадных труб до тех пор, пока не войдет в посадочную и ориентирующую муфту, имеющую профиль, сопряженный с профилем посадочных собачек. Когда встречается посадочная и ориентирующая муфта, имеющая сопряженный внутренний посадочный профиль, пружины 48 и 50 сжатия перемещают посадочные собачки 23 по радиусу наружу до максимальной степени, посредством этого полностью сцепляя посадочные собачки 23 с сопряженным внутренним профилем посадочной и ориентирующей муфты 18, как это показано на фигурах 8 и 9. Когда встречается ниппель обсадной колонны, имеющий сопряженный посадочный профиль, посадочные собачки 23 располагаются в сопряженном профиле и препятствуют дальнейшему перемещению приспособления вниз. После того, как посадочно-ориентационное приспособление размещено таким образом, к посадочно-ориентационному приспособлению с помощью спускного механизма прикладывается направленная вниз сила, достаточная для сдвига спусковых, работающих на сдвиг винтов 114 и 116. При скольжении спусковых, работающих на сдвиг винтов 114 и 116 внутренняя оправка 88 будет перемещаться вниз до фиксированного положения, показанного на фиг. 9, посредством этого заставляя гнезда 128 и 130 со скошенными стенками во внутренней оправке 88 передвигаться вниз в положение рассогласования гнезд по отношению к выступающим концам 132 и 134 посадочных собачек 23. Это оказывается причиной того, что выступающие концы посадочных собачек удерживаются от перемещения по радиусу внутрь наружной цилиндрической поверхностью 126 внутренней оправки 88, как это показано на фиг. 9. В этом положении приспособления посадочные собачки 23 будут находиться в надежном зацеплении с сопряженным внутренним посадочным профилем посадочной и ориентирующей муфты 18.
Верхняя соединительная втулка 12 может иметь конфигурацию, которая показана на фиг. 2A, и может быть присоединена к верхнему концу внутренней оправки 88 посредством резьбового соединения 13. В альтернативном варианте осуществления, как показано на фигурах 8, 9 и 10, верхняя соединительная втулка может иметь конфигурацию, обозначенную номером 140, при этом она присоединена к внутренней оправке 88 с помощью резьбового соединения 142 и имеет нижнюю кольцевую опорную поверхность 144, образованную для опорного соприкосновения с верхним торцом 146 верхней крышки 30. Средняя часть верхней соединительной втулки 140 выступает в точке 148, задавая внутреннюю приемную часть 150 для помещения удлиненной нижней части 152 спускного или извлекающего механизма 154, имеющей уменьшенный диаметр. Поэтому верхняя соединительная втулка 140 скрепляет нижний конец спускного или извлекающего механизма 154 с внутренней оправкой 88 и дает возможность внутренней оправке смещаться кверху или книзу или приспособлению проходить через обсадную трубу, что зависит от конфигурации посадочной и ориентирующей муфты, встреченной приспособлением.
Может быть желательным придание инструменту уплотнительных или набивочных способностей в обсадной колонне. С этой целью вокруг верхней соединительной втулки 140 размещают пакер 156 с его нижним кольцевым участком 158, обычно выходящим за нижний конец верхней соединительной втулки 140, как это показано на фиг. 8. Когда основная корпусная оправка 22 останавливается внутри посадочной и ориентирующей муфты 18 посредством посадочных собачек 23, зацепляющих ее сопряженный внутренний посадочный профиль, внутренняя оправка 88 смещается вниз с целью фиксации основной корпусной оправки 22 в посадочной и ориентирующей муфте 18. На конечном участке этого перемещения вниз нижний конец нижнего кольцевого участка 158 пакера 156 будет соприкасаться с верхним концом 146 верхней крышки 30. Дополнительное перемещение вниз внутренней оправки приводит нижний конец верхней соединительной втулки 140 в соприкосновение с упором с верхним концом верхней крышки 30 и вызывает сжатие манжеты 160 пакера, деформируя манжету пакера до состояния, показанного на фиг. 9, и способствует расширению манжеты пакера, достаточному для создания соприкосновения с уплотнением с внутренней поверхностью стенки обсадной трубы 16 непосредственно над посадочной и ориентирующей муфтой. В противоположность этому, манжета 160 пакера будет возвращаться к своему первоначальному неуплотненному состоянию, как это показано на фиг. 8, при перемещении вверх спускного или извлекающего инструмента 154.
Как показано на фиг. 2A, внутри верхней крышки 30 предусмотрен ряд сегментов 162 храпового механизма, которые расположены вокруг наружной цилиндрической поверхности внутренней оправки 88 и при перемещении вниз внутренней оправки 88 приводятся в ограничивающее соприкосновение с внутренней оправкой 88 посредством скошенной внутренней поверхности 164 стопора 166 храпового механизма. Стопор 166 храпового механизма закреплен в верхней крышке 30 с помощью ряда расцепляющих, работающих на сдвиг винтов 168, которые расположены внутри соответствующих гнезд в верхней крышке 30 и имеют предельные точки сдвига внутрь, соприкасающиеся с соответствующими выемками стопора 166 храпового механизма. Когда расцепляющие, работающие на сдвиг винты 168 сдвигаются достаточной, направленной вверх силой, прикладываемой к внутренней оправке 88 спускным или извлекающим инструментом, сегменты 162 храпового механизма отпускают захват наружной поверхности внутренней оправки 88 и этим позволяют внутренней оправке перемещаться вверх относительно основной корпусной оправки 22 до тех пор, пока выступающие концевые части посадочных собачек 23 не передвинутся в гнезда 128 и 130 внутренней оправки 88. В этом состоянии направленная вверх сила, действующая на посадочные собачки 23, вызывает ответную реакцию сопряженных наклонных поверхностей 170, тем самым заставляя посадочные собачки переместиться по радиусу внутрь в положения расцепления. После этого посадочно-ориентационное приспособление 11 можно переместить кверху для извлечения из обсадной колонны скважины.
На фигурах 3-7 схематически показаны различные особенности настоящего изобретения. Однако для понимания структурных подробностей следует одновременно рассматривать конструкцию механизма, показанную на фигурах 1-2B, 8 и 9. Спускной инструмент для установки посадочно- ориентационного приспособления 11 показан на фигурах 6, 6A и 7. На фиг. 3 обсадная труба 16 скважины и посадочная и ориентирующая муфта 18 показаны в резьбовом соединении. На фиг. 4 показано посадочно-ориентационное приспособление 11 в соответствии с настоящим изобретением, опущенное в обсадную трубу 16 и поддерживающее фрезерный отклонитель 21, имеющий фрезерную установку 27 для прорезания окон, которая предназначена для выполнения операций по фрезерованию обсадной трубы. Посадочно- ориентационное приспособление 11 показано с втянутыми посадочными собачками и при этом разобщено с внутренним профилем обсадной колонны 16 или посадочной и ориентирующей муфты 18. Бурильная колонна, несущая фрезерную установку 27 для прорезания окон, может содержать подвижный стык, который позволяет посадочно- ориентационному приспособлению 11 и установке, которую оно поддерживает, свободно поворачиваться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, когда происходит зацепление кулачковых профилей посадочных и ориентирующих соединительных муфт 18. Эта особенность позволяет посадочно-ориентационному приспособлению 11 проходить через большое число посадочных и ориентирующих муфт без создания вращающего момента в бурильной колонне и в оборудовании низа бурильной колонны. Альтернативно, для необходимого поворота можно предусмотреть двигатель управления положением или турбину, или другой забойный двигатель. Как видно из фиг. 5, посадочно- ориентационное приспособление 11 настоящего изобретения показано с посадочными собачками 23, сцепленными с внутренним посадочным профилем 20 обсадной трубы или ниппеля обсадной трубы, при этом ориентирующий ключ 64 помещен в позиционирующем пазу, заданным внутренним башмаком с косым срезом внизу в ниппеле обсадной трубы. Как показано на фиг. 5, элементом 42 может быть смещающий отклонитель, имеющий скошенную отклоняющую поверхность 29, которая позволяет установке, спускаемой по колонне обсадных труб, отклониться в боковое отверстие 17 обсадной трубы 16 таким образом, чтобы пройти в боковое ответвление ствола скважины для выполнения соответствующих работ по эксплуатации скважины.
В соответствии со схематическим видом на фиг. 6 посадочно- ориентационное приспособление 11 показано с втянутыми для обеспечения спуска посадочными собачками 23, при этом спускной механизм, показанный в целом номером 31, соединен с возможностью расцепления со смещающим отклонителем 61 для посадки приспособления 11 в посадочный профиль, как это показано на фиг. 6A. После завершения посадки приспособления спускной инструмент 31 можно отсоединить от смещающего отклонителя 61 и извлечь из скважины, посредством чего оставленный смещающий отклонитель 61 или фрезерный отклонитель оказывается устойчиво установленным, ориентированным и закрепленным внутри обсадной колонны скважины так, что его наклонная поверхность 29 соответствующим образом ориентирована относительно бокового отверстия 17 с целью перемещения бурильной или ремонтной колонны через боковое отверстие 17 в боковое ответвление 19 ствола скважины.
В варианте осуществления, показанном на фигурах 6 и 6A, спускной инструмент, в целом обозначенный номером 31, снабжен соединительным переводником 33, имеющим внутренний канал 35 для жидкости и внутреннее кольцевое седло 37. Соединительный переводник 33 приспособлен для соединения своим верхним концом со спусковой колонной 39. От канала 35 для жидкости отходят каналы 41 и 43, при этом канал 41 заканчивается выпуском 45 в нижней части соединительного переводника 33, а канал 43 пересекает выемку 47 под седлом 37 и открывается в кольцевое пространство 49 между обсадной трубой 16 и соединительным переводником 33. Верхняя переходная втулка 51 имеет верхний конец, соединенный с помощью резьбы с соединительным переводником 33, и нижний конец, предназначенный для соединения с возможностью расцепления с фиксирующим участком 53 смещающего отклонителя 61, который расположен на участке верхнего конца посадочно-ориентационного приспособления 11 и соединен с ним. Верхняя переходная втулка 51 имеет канавки 55 под выступы, в которые могут помещаться фиксирующие выступы 57 для прикрепления верхней переходной втулки 51 к смещающему отклонителю 61. Фиксирующие выступы 57 расположены в запорных отверстиях 59 смещающего отклонителя 61 и в фиксированном положении, показанном на фиг. 6, удерживаются от перемещения стопорным поршнем 63. Стопорный поршень 63 обычно уплотнен внутри верхнего конца 65 с уменьшенным диаметром на фиксирующем участке 53 посредством уплотнительного кольца 67, которое удерживается в кольцевой канавке поршня. Нижний конец верхней переходной втулки 51 расположен вокруг верхнего конца 65 уменьшенного диаметра фиксирующего участка 53 и уплотнен с помощью уплотнительного кольца 69. Стопорный поршень 63 в спусковом положении, показанном на фиг. 6, закреплен внутри верхнего конца 65 уменьшенного диаметра фиксирующего участка 53 с помощью ряда работающих на сдвиг шпилек или винтов 71 и может перемещаться вниз в положение расцепления, показанное на фиг. 6A, при сдвиге шпилек или винтов 71, как это показано.
Сила для сдвига шпилек или винтов 71 создается на стопорном поршне 63 давлением жидкости, входящей в камеру 73, внутри которой расположен смещающий отклонитель 61, из внутреннего канала 35 для жидкости через канал 41. Поскольку смещающий отклонитель 61 не герметизирован относительно верхней переходной втулки 51, давление жидкости в камере 73 будет воздействовать на поверхность стопорного поршня 63, площадь которой определяется уплотнительным кольцом 67. Для создания давления жидкости, воздействующего на поршень 63, через канал для жидкости спусковой колонны 39 опускают шар 75, который устанавливается на кольцевом седле 37, блокируя этим канал 43, проходящий к кольцевому пространству 49. Когда затем давление жидкости создают в камере 73, оно воздействует на поршень 63 и развивает направленную вниз к поршню расцепляющую силу. Когда эта направленная вниз сила становится достаточной для сдвига шпилек или винтов 71, поршень 63 передвигается вниз в положение, показанное на фиг. 6A, в результате чего верхняя выточка 77 поршня совмещается с фиксирующими выступами 57 и обеспечивается возможность перемещения фиксирующих выступов в положения расцепления, как это показано на фиг. 7. При освобождении фиксирующих выступов 57 приложение направленной вверх силы к спусковой колонне 39 приводит к тому, что внутренние скошенные поверхности фиксирующих канавок 55 перемещают фиксирующие выступы 57 по радиусу внутрь до положений расцепления. Направленная вверх сила, приложенная к спусковой колонне 39, будет в дополнение к этому отдалять верхнюю переходную втулку 51 от верхнего конца смещающего отклонителя 61, оставляя посадочно- ориентационное приспособление 11 нисходящей скважины прикрепленным к внутреннему профилю посадочной и ориентирующей муфты, и при этом наклонная поверхность 29 смещающего отклонителя 61 будет должным образом ориентирована по глубине и углу для непосредственного фрезерования бокового отверстия 17 и бурения бокового ответвления 19 ствола скважины, а также для обеспечения простого и эффективного повторного входа в боковое ответвление ствола скважины.
Как видно более наглядно из фигур 11, 13 и 14, переводник 180 на основе башмака с косым срезом внизу показан соединенным с нижним концом ниппеля обсадной колонны и совмещен с ним посредством установочного штифта 182. Переводник 180 на основе башмака с косым срезом внизу имеет протяженный трубчатый участок 184 "башмака с косым срезом внизу" с заостренным верхним концом 186 и парой криволинейных, обычно спиральных, направляющих кромок 188, имеющих нижние концы, которые пересекаются во внутреннем установочном пазу 190, предназначенном для приема ориентирующего ключа 64 посадочно-ориентационного приспособления.
Как видно из фиг. 11, посадочная и ориентирующая муфта 18 на верхнем конце снабжена специально рассчитанным посадочным профилем 20, имеющим пару разнесенных, круговых, выступающих внутрь ребер 192 и 194, снабженных вертикальными щелями 196 и 198. Верхнее круговое ребро 192 имеет крутой заплечик 200, который при посадке зацепляется сопряженным, крутым, обращенным книзу профилированным уступом 202 сопряженной посадочной собачки 23, показанной на фиг. 12. Круговой заплечик 204 с направленным вниз скосом предназначен для зацепления с сопряженной наклонной поверхностью 206 уступа в посадочной собачке 23 из фиг. 12. Нижнее круговое ребро 194 посадочного профиля 20 имеет противоположным образом скошенные, наклонные заплечики 208 и 210, которые зацепляются соответственно сопряженными, наклонными уступами 212 и 214 сопряженной посадочной собачки 23. Во время спуска или подъема посадочно-ориентационного приспособления внутри обсадной трубы скважины в случае, если посадочная и ориентирующая муфта 18 имеет внутренний посадочный профиль, не сопрягающийся с посадочным профилем посадочных собачек проходящего приспособления, нижняя направляющая поверхность 138 посадочных собачек 23 будет просто направлять посадочные собачки мимо несопряженного посадочного профиля, чтобы установка не произошла. Посадочные собачки 23 будут просто проталкиваться по радиусу внутрь против сил сжатия их пружин 48 и 50 сжатия, что позволит посадочно-ориентированному приспособлению пройти через посадочную и ориентирующую муфту.
На фиг. 13 показана посадочная и ориентирующая муфта, которая во многих отношениях идентична посадочной и ориентирующей муфте, показанной на фиг. 11. Разница заключается в том, что выступающие внутрь круговые ребра 212 и 214 разнесены по вертикали на другое расстояние по сравнению с круговыми ребрами 192 и 194 на фиг. 11. На фиг. 14 показана посадочная собачка 23, которая сопряжена с внутренним посадочным профилем посадочной и ориентирующей муфты из фиг. 13. Поэтому посадочно-ориентационное приспособление, снабженное посадочными собачками с профилем, показанным на фиг. 14, будет легко проходить мимо внутреннего посадочного профиля посадочной и ориентирующей муфты из фиг. 11, но будет легко задерживаться и зацепляться внутренним посадочным профилем посадочной и ориентирующей муфты из фиг. 13. Посадочно- ориентационное приспособление можно применить для размещения внутри конкретной одной из некоторого числа посадочных и ориентирующих муфт, предусмотренных в колонне обсадных труб просто путем снабжения приспособления посадочными собачками определенного сопряженного профиля с целью размещения на внутреннем посадочном профиле выбранной посадочной и ориентирующей муфты.
Посадочная и ориентирующая муфта 18, показанная на фиг. 15, отличается от посадочных и ориентирующих муфт из фигур 11 и 13 тем, что в ней предусмотрен внутренний посадочный профиль, который задан круговым, выступающим внутрь ребром 216, имеющим вертикальные щели 218. Ребро 216 имеет крутой, обращенный наружу, посадочный заплечик 220 и обращенный вниз, наклонный, направляющий заплечик 222. Соответствующая им посадочная собачка 23 показана на фиг. 16. Посадочные собачки из фигур 12, 14 и 16 являются, по существу, идентичными, за исключением индивидуального внешнего посадочного профиля. Посадочная собачка из фиг. 16 имеет обращенный вниз крутой посадочный уступ 224, который предназначен для размещения на направленном кверху посадочном заплечике 220 кругового ребра 216, и предназначенный для размещения, обращенный вверх, наклоненный уступ 226, который сопряжен с обращенным вниз, наклоненным заплечиком 222 внутреннего посадочного профиля посадочной и ориентирующей муфты.
Важная особенность настоящего изобретения представлена конфигурацией ориентирующего ключа 64, показанного на фиг. 18. Нижняя часть ориентирующего ключа 64 имеет наклонную поверхность 86, которая выполняет функцию, аналогичную функции кулачка, чтобы переместить ориентирующий ключ в сопряженные ему гнезда 118 и 120 в случае встречи внутреннего препятствия. Дополнительно к этому нижняя часть ориентирующего ключа 64 имеет пару находящихся на одной высоте друг против друга наклонных поверхностей 228 и 230, которые пересекаются в точке 232. Наклонные поверхности 228 и 230 имеют наклон, согласованный с углом 234 кривизны направляющих кромок 188 башмака с косым срезом внизу. Поэтому по мере прохождения посадочно-ориентационного приспособления вниз точка 232 будет обходить заостренный верхний конец 186 башмака 184 с косым срезом внизу, и поэтому одна или другая из направляющих поверхностей 228 и 230 ориентирующего ключа 64 будет приходить в направляющий контакт с соответствующей спиральной направляющей кромкой 188. Поскольку поверхности 228 или 230 будут в контакте типа поверхность-поверхность с соответствующими направляющими кромками башмака с косым срезом внизу, то будет наблюдаться небольшая склонность к структурной деформации и к избыточному износу наклонных поверхностей башмака с косым срезом внизу при перемещении вниз посадочно-ориентационного приспособления. Поэтому ориентирующий ключ выполняет, по существу, функцию ориентации, а также функцию направления с целью предупреждения избыточного износа или структурной деформации направляющей наклонной поверхности посадочной и ориентирующей муфты.
В свете вышеизложенного очевидно, что настоящее изобретение хорошо приспособлено для решения всех задач и достижения особенностей, изложенных выше, наряду с другими задачами и особенностями, достигаемыми в раскрытой установке.
Как должно быть хорошо понятно специалистам в данной области техники, настоящее изобретение может быть создано в других конкретных формах без отступления от его существенных характеристик. Поэтому представленный вариант осуществления должен рассматриваться только как иллюстративный и неограничивающий, при этом объем изобретения точнее определен формулой изобретения, чем предшествующим описанием, и поэтому все изменения, которые находятся в рамках сущности и объема, эквивалентных формуле изобретения, предполагаются охваченными ею.
Изобретение относится к области направленного бурения скважин и включает способы позиционирования, ориентации объектов на заданных глубинах, способы повторного входа в боковые ответвления скважины и устройство для реализации упомянутых способов. Обсадная колонна скважины снабжена ниппелями, расположенными на заданных глубинах, при этом каждая из посадочных и ориентирующих муфт имеет отличающийся посадочный профиль и снабжена башмаком с косым срезом внизу, имеющим обращенное кверху острие, ориентирующий паз и поверхности спиральных наклонных плоскостей, проходящих от острия до ориентирующего паза. Посадочно-ориентационное приспособление предназначено для спуска в обсадной колонне и устанавливается в положение зацепления с сопряженным посадочным профилем одного из ниппелей обсадной колонны. Посадочно-ориентационное приспособление снабжено внутренней трубчатой исполнительной оправкой, способной поступательно перемещаться в спусковое положение, когда посадочные собачки и ориентирующий ключ могут перемещаться по радиусу с целью прохождения мимо внутренних препятствий в обсадной колонне, и в положение фиксации, когда посадочные собачки и ориентирующий ключ застопорены относительно сопряженного посадочного профиля посадочной и ориентирующей муфты. При спуске приспособление проходит через несопряженные посадочные и ориентирующий муфты и останавливается только тогда, когда посадочные собачки имеют посадочный профиль, сопряженный с профилем посадочной и ориентирующей муфты. Изобретение обеспечивает повышение эффективности выполнения работ по проводке направленных скважин в заданном направлении. 3 с. и 18 з.п. ф-лы, 18 ил.
Приоритет по пунктам:
01.10.96 по пп.1, 2, 5, 9, 10, 14 и 16.
| УСТРОЙСТВО для ПРОВЕДЕНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ МНОГОЗАБОЙНЫХ СКВАЖИН | 0 |
|
SU192114A1 |
| 0 |
|
SU155771A1 | |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЕЗАНИЯ ВТОРОГО СТВОЛА ОБСАЖЕННОЙ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ | 0 |
|
SU180540A1 |
| УСТРОЙСТВО для ОРИЕНТИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОТКЛОНЯЮЩЕГО КЛИНА | 0 |
|
SU258978A1 |
| Отклонитель для бурения многозабойных скважин | 1979 |
|
SU878894A1 |
| Устройство для установки отклонителя | 1988 |
|
SU1564319A1 |
| Отклонитель | 1990 |
|
SU1733617A1 |
| Прибор для очистки паром от сажи дымогарных трубок в паровозных котлах | 1913 |
|
SU95A1 |
