КОЛОННА ТРУБ ДЛЯ БУРЕНИЯ ИЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН Российский патент 2004 года по МПК E21B17/22 

Изобретение относится к бурению и эксплуатации нефтяных и газовых горизонтальных скважин или близких к ним наклонно-направленных.

Для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых горизонтальных скважин используются различные типы стальных (СБТ) и легкосплавных (ЛБТ) бурильных и насосно-компрессорных труб [Трубы нефтяного сортамента. Справочник./Под ред. А.Е.Сарояна. - М.: "Недра", 1987 г., с.488].

Недостатком таких труб является то, что на горизонтальных участках ствола колонна, состоящая из них, всегда лежит на нижней стенке скважины. В результате при бурении промывочная жидкость (буровой раствор) циркулирует (течет) только у верхней части стенки горизонтального ствола, а шлам оседает и скапливается у нижней, из-за этого ухудшаются условия, происходит неполная промывка скважины, возрастает сопротивление продольному перемещению бурильных труб со снижением скоростей бурения, ограничивается максимально возможная длина проводки горизонтального участка ствола, интенсифицируется процесс загрязнения прискважинной зоны пласта с последующим ухудшением условий, возможности и качества освоения и эксплуатации горизонтальных скважин. Аналогичная картина наблюдается и при использовании колонн насосно-компрессорных труб (НКТ) для периодической очистки горизонтальной скважины от осадков, что снижает темп отбора нефти и, соответственно, нефтеотдачу пласта.

Известна бурильная труба для электробурения с соосно расположенными замковыми элементами и кабелем, которая искривлена по спирали [А.с. №1712577, МКИ Е 21 В 17/00, опублик.15.02.92 г.].

Однако параметры искривления такой трубы удовлетворяют условиям электробурения, а не роторного или с применением турбобуров или забойных винтовых двигателей.

Кроме того, в известной бурильной трубе расстояние между поверхностями трубы с внешней стороны спирали по наиболее удаленным от оси трубы точкам больше суммы диаметров D замковых элементов и кабеля. А поскольку кабель должен проходить внутри спирали, то искривляется вся труба. В результате ухудшаются условия эксплуатации таких труб в сжатой части колонны (ниже нейтрального сечения). При вращении или периодическом проворачивании таких труб ротором напряжения изгиба в поперечном сечении труб при излишней кривизне ее возрастают. Кроме того, ухудшаются условия свинчивания-развинчивания соосных, но эксцентрично смещенных концов труб, что увеличивает износ соединительных резьб. А при бурении горизонтальных участков скважины возникают затруднения и с промывкой ствола по всему периметру поперечного сечения.

Таким образом возникает проблема улучшения условий эксплуатации спиральных труб при бурении горизонтальных или наклонных участков ствола скважины с использованием роторного бурения, винтовых забойных двигателей или турбобуров.

Указанная проблема решается предлагаемой колонной труб для бурения или эксплуатации горизонтальных и наклонно-направленных скважин, включающей, по меньшей мере, одну спиральную трубу с соосно расположенными торцовыми прямолинейными частями и замковыми элементами, в которой согласно изобретению спиральная труба имеет не менее одного витка спирали и левую винтовую линию с радиусом кривизны спирального участка трубы, обеспечивающим минимальный радиальный зазор между стенкой скважины или эксплуатационной колонны и поверхностью спирального участка трубы, при этом колонна состоит или из нескольких спиральных труб, или из чередующихся прямых и спиральных труб, причем торцовая прямолинейная часть каждой спиральной трубы имеет длину не менее 1 м.

Левая винтовая линия спирали необходима для обеспечения возможности периодического проворачивания или постоянного вращения колонны труб в правую сторону, т.е. по часовой стрелке, например, при спуске в скважину - для предотвращения прихвата или при бурении.

Количество витков спирали - не менее одного - обусловлено необходимостью создания потока промывочной жидкости, которая при циркуляции также будет закручиваться по винтовой линии, что обеспечит промывку ствола по всему периметру поперечного сечения ствола скважины.

Радиус кривизны спиральной трубы определяется по формуле

где L=s-2·1,0 м - длина спирального участка трубы до торцовых прямолинейных частей;

1,0 м - длина прямого торцового участка трубы;

s - длина одной трубы, м;

r=0,5D_скв-0,5d_тр-h - радиус винтовой линии, м;

h=0,005...0,008 м - минимальный радиальный зазор;

D_скв - диаметр скважины или внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м;

d_тp - наружный диаметр спиральной трубы, м.

На фиг.1 представлена секция из двух спиральных бурильных труб на горизонтальном участке ствола скважины; на фиг.2 - одна спиральная труба с длиной спирального участка L, где 1 - собственно труба; 2 - стенка скважины или эксплуатационной колонны; 3 - торцовая часть спиральной трубы; 4 - замковый элемент.

Радиус кривизны для спиральной 127-мм трубы длиной s=12 м на необсаженном горизонтальном участке ствола 215,9-мм скважины, обеспечивающий минимальный зазор, равен величине

Предлагаемая колонна труб работает следующим образом. После спуска колонны труб в горизонтальную часть скважины включаются наземные насосы и начинается операция промывки ствола с периодическим проворотом колонны труб ротором и одновременным перемещением ее к забою. Поскольку параметры спиральной трубы соответствуют условиям течения закрученного потока жидкости по всему периметру заколонного поперечного сечения ствола, то весь шлам (осадок) с нижней стенки горизонтального участка скважины выносится на поверхность.

Предлагаемое изобретение позволяет улучшить условия эксплуатации колонны спиральных бурильных труб.

Область использования: бурение или эксплуатация горизонтальных и наклонно-направленных скважин. Задачей изобретения является улучшение условий бурения или эксплуатации. Сущность: колонна содержит одну или несколько спиральных труб, имеющих не менее одного витка спирали с левой винтовой линией и расчетным радиусом кривизны спирального участка трубы, который обеспечивает минимальный радиальный зазор между стенкой скважины или эксплуатационной колонны и поверхностью спирального участка трубы. Колонна труб состоит или из нескольких спиральных труб, или из чередующихся прямых и спиральных труб, причем торцевая прямолинейная часть каждой спиральной трубы имеет длину не менее 1 м. 2 ил.

Колонна труб для бурения или эксплуатации горизонтальных и наклонно-направленных скважин, включающая, по меньшей мере, одну спиральную трубу с соосно расположенными торцевыми прямолинейными частями и замковыми элементами, отличающаяся тем, что спиральная труба имеет не менее одного витка спирали c левой винтовой линией и радиусом кривизны спирального участка трубы, обеспечивающим минимальный радиальный зазор между стенкой скважины или эксплуатационной колонны и поверхностью спирального участка трубы, при этом колонна труб состоит или из нескольких спиральных труб, или из чередующихся прямых и спиральных труб, причем торцевая прямолинейная часть каждой спиральной трубы имеет длину не менее 1 м.