КАЛИБРАТОР Российский патент 2001 года по МПК E21B17/10 E21B7/28 

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для безориентированного управления траекторией и калибровки ствола.

Известны калибраторы со стационарными [1, рис. 3] или сменными [1, рис. 8] лопастями, содержащие корпус и закрепленные на нем калибрующие лопасти.

Основным недостатком их является затрудненность, а порой и невозможность спуска без дополнительной проработки ствола в вертикальную искривленную, наклонную или горизонтальную скважину, а также быстрый абразивный износ калибрующих поверхностей с интенсивной потерей рабочего диаметра.

Известна и более близкая к заявляемой конструкция калибратора с радиальными упругими элементами. Однако и в этом случае сохраняется затрудненность спуска колонны с полноразмерным калибратором в искривленную скважину. Отсутствует и возможность регулирования рабочего диаметра калибратора перед спуском в скважину, в т.ч. и по мере износа калибрующих элементов [2, рис. 10].

Целью изобретения является:
- облегчение спуска калибратора в искривленную скважину путем обеспечения возможности снижения наружного диаметра его в транспортном положении (при спуске в скважину или при подъеме из нее) по сравнению с рабочим;
- универсализация конструкции и увеличение эксплуатационного ресурса калибратора путем обеспечения возможности регулирования рабочего диаметра калибратора перед спуском в скважину, в т.ч. и по мере износа калибрущих элементов;
- расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности дополнительной кольматации стенок скважины и дополнительного высокочастотного гидродинамического возбуждения промывочной жидкости на забое.

Указанные цели достигаются тем, что
- в калибраторе на наружной поверхности корпуса выполнены расположенные под углом к оси его продольные пазы типа "ласточкин хвост", в которых размещены с возможностью продольного перемещения подвижные сменные калибрующие лопасти, жестко связанные радиальными осями через продольные сквозные пазы с размещенным продольно внутри корпуса подпружиненным двухступенчатым дифференциальным поршнем с большим диаметром со стороны низа бурильной колонны;
- возвратная пружина дифференциального поршня вторым концом своим оперта в размещенную внутри корпуса резьбовую втулку с регулируемым и жестко фиксируемым положением относительно оси калибратора;
- дифференциальный поршень дополнительно может быть снабжен замковым устройством предупреждения выдвижения лопастей при спуске в скважину, выполненным в виде размещенного в радиальном канале его плунжера, сообщенного с торцов с полостями внутриколонного и затрубного давления жидкости и утопленного в корпусе поршня подпружиненным блокирующим язычком шарообразного или конусообразного типа;
- одна или несколько радиальных осей, жестко связывающих калибрующие лопасти с дифференциальным поршнем, дополнительно могут быть выполнены сменными и полыми с размещенными внутри их кольматирующими, например, гидромониторными насадками, сообщенными радиальными отверстиями в поршне с полостью внутриколонного давления жидкости;
- под дифференциальным поршнем дополнительно может быть размещен сменный гидрогенератор, выполненный в виде одной нижней и одной или нескольких верхних гидромониторных насадок, причем нижняя насадка в сужающейся части своей снабжена фокусирующей поверхностью, фокус которой совмещен с точкой пересечения струй верхних насадок.

На фиг.1 представлен общий вид калибратора в продольном разрезе; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А в варианте исполнения без кольматирующих гидромониторных насадок; на фиг. 3 - то же, но с одной кольматирующей насадкой.

Калибратор состоит из корпуса 1 с выполненными на наружной радиальной поверхности продольными пазами типа "ласточкин хвост" (фиг. 1, 2), расположенными под углом к оси корпуса, в которых размещены сменные подвижные лопасти 2 с калибрующими элементами (твердосплавными вставками) 3, жестко связанные радиальными осями 4 через сквозные радиальные пазы 5 с размещенным продольно внутри корпуса двухступенчатым дифференциальным поршнем 6 с пружиной сжатия 7, опертой противоположным концом в резьбовую втулку 8.

В радиальном канале дифференциального поршня 6, цилиндром большего диаметра обращенным в сторону низа колонны (забоя скважины) для скважин с резкими перегибами ствола, дополнительно размещается замковое устройство предупреждения самопроизвольного выдвижения лопастей, которое выполнено в виде плунжера 9 со шляпкой, утопленного в поршне 6 подпружиненным шарикообразным (как вариант, в виде конического стержня) язычком 10 замка.

Под дифференциальным поршнем 6 при необходимости дополнительно устанавливается гидрогенератор, выполненный в виде нижней гидромониторной насадки 11 с корпусом своим 12 и одной или нескольких верхних 13, размещенных во втулке 14 под углом к оси калибратора, причем нижняя насадка в сужающейся части своей, например, параболоидной формы, имеет фокус отражающей поверхности, совмещенный с точкой пересечения гидромониторных струй жидкости из верхних насадок 13 с осью нижней 11.

Для обеспечения, при необходимости, искусственной кольматации стенок ствола скважины одна из сменных радиальных осей 4 заменяется на полую 15 (фиг. 3), выполненную в виде втулки с двухступенчатым сквозным отверстием, внутри которого размещена кольматирующая гидромониторная насадка 16, сообщенная через соответствующие радиальные отверстия в поршне 6 с внутренней полостью калибратора, т.е. с полостью внутриколонного давления промывочной жидкости.

Работает калибратор следующим образом.

Перед спуском в скважину резьбовая втулка 8, ограничивающая непосредственно через пружину 7 (при полном сжатии ее) или с помощью дополнительно установленной в полости этой пружины цилиндрической втулки (не показано) предельное перемещение дифференциального поршня 6 и соответственно калибрующих лопастей 2 относительно корпуса 1, устанавливается ввинчиванием или вывинчиванием в положение, соответствующее при максимальном продольном выдвижении лопастей 2 из корпуса 1 рабочему диаметру калибратора, предварительно предопределяемому технологическими потребностями и с учетом компенсации износа калибрующих элементов 3 в процессе предыдущей работы в скважине. Проверка рабочего диаметра осуществляется по цилиндрическому шаблону или с помощью специального приспособления после подачи промывочной жидкости в подвешенный над устьем скважины калибратор. Как вариант, предопределяющее рабочий диаметр калибратора максимальное выдвижение лопастей 2 может ограничиваться с помощью специальных упоров, устанавливаемых на наружной поверхности корпуса 1 или в самих лопастях 2 (не показано).

Непосредственно в процессе спуска в скважину возвратная пружина 7 удерживает дифференциальный поршень 6 и соответственно калибрующие лопасти 2 в крайнем нижнем положении, что позволяет уменьшить наружный диаметр калибратора в транспортном положении по сравнению с рабочим и этим предотвратить зацепление калибрующих элементов 3 за стенки ствола при спуске в скважину. Случайное выдвижение лопастей 2 из транспортного положения в рабочее при спуске колонны в скважины с резкими перегибами ствола дополнительно может предотвращаться подпружиненным шарикообразным, например, язычком 10 замка.

После окончания спуска до забоя или до заданного интервала проработки ствола в бурильную колонну подается промывочная жидкость и за счет перепада давления во внутриколонном и в затрубном кольцевом пространстве плунжер 9 выталкивает шарикообразный язычок 10 замка в корпус 1 и дифференциальный поршень 6 перемещается с лопастями 2 в крайне верхнее положение, соответствующее рабочему диаметру калибратора. При вращении устройства в скважине забойным двигателем или ротором вместе с бурильной колонной элементы 3 лопастей 2 осуществляют калибровку стенок ствола. После прекращения подачи жидкости пружина 7 возвращает поршень 6 с ребрами 2 вниз, т.е. в транспортное положение. При заклинивании лопастей 2 в стволе скважины после прекращения подачи жидкости в колонну возвращение их в нижнее транспортное положение осуществляется натяжением и перемещением бурильного инструмента вверх, что полностью исключает возможность возникновения соответствующей аварийной ситуации.

Для расширения функциональных возможностей устройства во внутренней полости корпуса калибратора под поршнем 6 в случае возникновения технологической необходимости устанавливается высокочастотный гидрогенератор, обеспечивающий улучшение промывки забоя и усиление процесса образования естественного защитного кольматационного слоя в призабойной части стенок скважины. В случае же необходимости еще большего увеличения плотности и глубины образования естественного кольматационного слоя, например, при вскрытии продуктивных отложений с низкими пластовыми давлениями или в других осложненных условиях, одна из радиальных осей 4 заменяется на полую 15 с кольматирующей гидромониторной насадкой 16, что способствует еще большей универсализации устройства.

Заглубление калибрующих ребер 2 внутрь корпуса 1 в транспортном положении, конструктивное исполнение и оснащение калибратора дополнительно гидрогенератором и кольматирующей насадкой позволяют:
- осуществлять спуск бурильной колонны в скважину с калибратором, рабочий диаметр которого соответствует номинальному диаметру долота или даже несколько превышает его, в т.ч. без дополнительной проработки ствола и на любую заданную глубину в скважину, которая искривлена или имеет нецилиндричное поперечное сечение, что позволяет снизить общие затраты на бурение;
- прорабатывать искривленную скважину перед спуском обсадной колонны только на отдельных интервалах ствола по результатам инклинометрических замеров;
- предотвращать износ калибрующих элементов при спуско-подъемных операциях;
- периодически прорабатывать ствол в зонах возможного прихватообразования (глины, рапа и т.д.) проработкой отдельных интервалов его при спуско-подъемных операциях:
- прорабатывать отдельные интервалы ствола, например зоны каверн и продуктивных пропластков при рабочем диаметре калибратора, несколько превышающем номинальный диаметр скважины, и этим улучшать условия изоляции продуктивных отложений в осложненных условиях при последующем цементировании эксплуатационной колонны;
- регулированием рабочего диаметра калибратора одну и ту же компоновку низа бурильной колонны использовать для набора, стабилизации или спада зенитного угла скважины;
- регулированием рабочего диаметра периодически компенсировать радиальный износ калибрующих элементов и этим улучшать условия проводки наклонных или горизонтальных скважин, а также многократно увеличивать эксплуатационный ресурс самого калибратора;
- универсализировать и расширять функциональные возможности устройства путем дополнительного включения в конструкцию его гидрогенератора или кольматирующей гидромониторной насадки, обеспечивающих соответственно повышение скоростей бурения и снижение интенсивности загрязнения пластов инфильтратом промывочной жидкости в зонах продуктивного и водоохранного комплексов.

Источники информации
1. Барабашкин И.И., Сорокин А.Н., Горохов И.В. Калибрующие и опорно-центрирующие устройства.-М.: ВНИИОЭНГ, 1989. -/Обзор, ин-форм. Сер. "Строительство скважин"/. С. 11...12; 18...20.

2. Гержберг Ю.М. Регулирование траектории и диаметра ствола скважины с помощью радиально-упругих устройств.- М.: ВНИИОЭНГ, 1987. -/Обзор, информ. Сер. "Бурение"/. С. 33...34.

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам для безориентированного управления траекторией и калибровки ствола. Калибратор содержит корпус с наружными продольными пазами типа "ласточкин хвост", в которых размещены сменные лопасти с калибрующимися элементами. Привод лопастей осуществляется через дополнительные пазы в корпусе подпружиненным двухступенчатым дифференциальным поршнем. Калибратор дополнительно снабжен съемным гидрогенератором и кольматизирующими гидромониторными насадками. Изобретение позволяет облегчить спуск калибратора в искривленную скважину, увеличить эксплуатационный ресурс и расширить функциональные возможности калибратора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Калибратор, содержащий корпус и сменные калибрующие лопасти, отличающийся тем, что лопасти выполнены подвижными и размещены в продольных пазах типа "ласточкин хвост", расположенных под углом к оси корпуса на наружной радиальной поверхности его, причем лопасти жестко связаны радиальными осями через продольные сквозные пазы с размещенным продольно внутри корпуса подпружиненным двухступенчатым дифференциальным поршнем с большим диаметром со стороны низа бурильной колонны, а возвратная пружина дифференциального поршня вторым концом своим оперта в размещенную внутри корпуса резьбовую втулку с регулируемым и жестко фиксируемым положением относительно оси калибратора. 2. Калибратор по п. 1, отличающийся тем, что дифференциальный поршень дополнительно снабжен замковым устройством предупреждения выдвижения лопастей при спуске в скважину, выполненным в виде размещенного в сквозном радиальном канале его плунжера, сообщенного с торцов с внутриколонной и с заколонной полостями и утопленного в корпусе поршня подпружиненным блокирующим язычком замка, например, шарообразного типа. 3. Калибратор по п.1, отличающийся тем, что отдельные радиальные оси лопастей, связывающие их с дифференциальным поршнем, выполнены сменными и полыми, а внутри них установлены гидромониторные насадки, сообщенные радиальными отверстиями с внутриколонной полостью. 4. Калибратор по п.1, отличающийся тем, что в корпусе под дифференциальным поршнем дополнительно размещен сменный гидрогенератор, выполненный, например, в виде нижней и одной или нескольких верхних гидромониторных насадок, причем нижняя насадка имеет сужающуюся часть с криволинейной образующей в виде, например, параболоида вращения, фокус которого совмещен с точкой пересечения осей верхних насадок.