УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ КЛИНА-ОТКЛОНИТЕЛЯ И СПОСОБ УСТАНОВКИ КЛИНА-ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ Российский патент 2011 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к способам и устройствам для реконструкции скважин методом зарезки бокового ствола и строительства многозабойных скважин, а именно касается способа и устройства для установки клина-отклонителя при зарезке боковых стволов в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, в том числе скважинах старого фонда и многоствольных скважинах.

Известны способы установки механизмов на заданный угол с применением измерительных устройств, например установка клина-отклонителя в скважине с применением инклинометров или телеметрических систем. Их недостатком является необходимость проведения измерений для определения апсидального угла установки клина-отклонителя.

Известна компоновка для забуривания боковых стволов из обсаженных скважин, которая выполнена в виде продольно гофрированной трубы, средства азимутальной ориентации клина в стволе скважины, а также средства соединения перечисленных элементов в единое устройство (по патенту RU 2291268). Недостатком является большая погрешность установки клина-отклонителя относительно апсидального угла, а также невозможность доступа в основной ствол.

Известен отклонитель-ориентатор по патенту RU 2145658, включающий корпус с клиновой поверхностью, верхняя из которых представляет собой желоб, установочный клин, установленный в нижней части корпуса, и транспортировочный патрубок. Отклонитель выполнен эксцентричным с нижним расположением центра тяжести, желоб верхней клиновой поверхности корпуса выполнен из материала, сопротивление резанию которого выше сопротивления вырезаемой части колонны труб скважины. Способ установки известного отклонителя-ориентатора включает предварительное определение азимута зарезаемого ствола, спуск и ориентирование отклонителя под действием силы тяжести. После достижения отклонителя заранее установленного на требуемой отметке цементного моста жестко закрепляют его к стенкам скважины при помощи клина. Недостатком способа и устройства является необходимость установки опорного цементного моста.

Известно устройство для многозабойного вскрытия продуктивных пластов одной скважиной (по патенту RU 2197593), включающее корпус, выполненный в виде продольно-гофрированной трубы, заглушенной с нижней стороны с патрубком с наклонной поверхностью, переходящей в продольный паз под шпонку, установленную в ориентирующем фиксаторе, извлекаемый клин. Поворачивая направляющую шпонку и упорную втулку фиксатора, согласуется направление рабочей поверхности клина и направляющей шпонки фиксатора относительно необходимого направления бокового ствола с запланированной глубины. Его недостатком является необходимость использования телесистемы или инклинометра для ориентации клина отклонителя.

Известны способ и устройство для установки клина-отклонителя по патенту US 6968903 (выбраны в качестве прототипов способа и устройства). Устройство включает вал со смещенным центром тяжести, противовес, компенсатор, клин-отклонитель, разъединитель клина-отклонителя. Компенсатор может быть возвращен на поверхность после отделения от установленного в скважине клина. Недостатками данного способа и устройства являются: необходимость устанавливать цементный мост для заякоривания устройства; ориентация клина производится при вращении всей бурильной колонны через вертлюг, в связи с чем необходимо противовес изготавливать массивным. Установка клина-отклонителя осуществляется за два спуска.

Технической задачей изобретения является снижение затрат при установке клина-отклонителя и упрощение ориентирования механизмов, за счет уменьшения количества спуско-подъемных операций, а также за счет повышения технологичности таких операций. Кроме того, технической задачей является упрощение и снижение металлоемкости устройства для ориентирования.

Технический результат достигается в устройстве для установки клина-отклонителя (далее - устройство), включающем посадочное устройство с наклонной поверхностью и гидравлическим якорем, выполненное со смещенным центром тяжести и соединенное с валом направляющего устройства через шпиндель с возможностью вращения относительно клина-отклонителя, жестко связанного с бурильной колонной с одной стороны и с валом направляющего устройства с другой. Направляющее устройство, включающее расположенные на валу ответные поверхности для взаимодействия с наклонной поверхностью посадочного устройства, включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала на необходимый угол, причем направляющее устройство выполнено с возможностью фиксации относительно посадочного устройства после его заякоривания. Гидравлический якорь выполнен в виде профильной трубы с клапаном и снабжен утяжелителем. Профильная труба выполнена таким образом, что, после заякоривания гидравлического якоря, образует проход для шпинделя.

Технический результат достигается в способе установки клина-отклонителя в скважине, характеризующиемся тем, что на ориентирующем устройстве выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя относительно посадочного устройства, опускают компоновку в скважину, производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, сориентированного под действием силы тяжести, осуществляют фиксацию направляющего устройства с клином-отклонителем относительно посадочного устройства. Фиксацию направляющего устройства относительно посадочного устройства осуществляют, совмещая их по наклонной и ответным поверхностям.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 - устройство для установки клина-отклонителя;

фиг.2 - устройство для установки клина-отклонителя;

фиг.3 - клин-отклонитель.

Устройство для установки клина-отклонителя (на фиг.1, 2 показаны разрезы в разных плоскостях) включает посадочное устройство 1 с гидравлическим якорем 2. Гидравлический якорь 2 выполнен в виде профилированной (например, продольно-гофрированной) трубы, соединенной с клапаном 5 (с башмаком 23, оснащенным клапаном 5), и снабжен утяжелителем или утяжелителями (не показаны) таким образом, что центр тяжести посадочного устройства 1 находится вне продольной оси устройства. Смещение центра тяжести также может быть реализовано, например, использованием утяжелителей (распределение дополнительного веса эксцентрично или заполнение части полостей менее плотными веществами, чем буровой раствор, а другой части - раствором).

Посадочное устройство 1 соединено с направляющим устройством 4 через шпиндельный узел, который состоит из шпинделя 7 (полая ось), осевых нижних опор 14, 22 и верхней опоры 15 и упорных подшипников 8 (2 штуки). Упорные подшипники 8 выполнены герметичными, принимают осевую нагрузку и позволяют вращаться бурильной колонне (не показана) с направляющим устройством 4 и посадочному устройству 1 друг относительно друга.

Шпиндель 7, с выполненным в нем осевым каналом, предназначен для предотвращения передачи вращения бурильной колонны на устройство (компоновку), не препятствуя при этом передаче осевого усилия к элементам устройства, находящимся ниже шпинделя 7, а также позволяет прокачивать буровой раствор через элементы устройства для гидравлического заякоривания посадочного устройства 1. Шпиндель 7 соединен с валом 9 при помощи резьбового соединения.

Посадочное и направляющее устройства выполнены таким образом, что, после заякоривания посадочного устройства 1, направляющее устройство 4 может быть зафиксировано относительно посадочного устройства 1. Для этого посадочное устройство 1 имеет направляющие поверхности, а именно наклонную поверхность 10, переходящую в продольный паз 11, а направляющее устройство 4 имеет ответные поверхности (образованные наклонной поверхностью 12 направляющей втулки 19 и шпонкой 13). При этом профилированная труба 2 выполнена таким образом, что, при гидравлическом заякоривании, первоначально вогнутые лепестки 16 прижимаются к стенкам скважины (не показана), при этом образуется проход для нижнего упора 14 шпинделя 7.

Направляющее устройство 4, кроме того, содержит зацепы 17 (фиг.2) со срезными винтами (не показаны), а также включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала 9, соединенного с клином-отклонителем 3 (фиг.3): поворотная втулка 21, вал 9 и направляющая втулка 19 снабжены чередующимися выступами и пазами 20, взаимодействующими между собой, которые позволяют выставить необходимый угол установки клина-отклонителя 3.

Для образования проходного канала для жидкости, через отверстие в фрезе и вдоль всего тела клина-отклонителя 3 вставляется трубка (на фиг.3 не показана).

Способ реализуют следующим образом.

Выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя 3 относительно посадочного устройства 1 (относительно шпонки 13). Для этого откручивают шпиндель 7, зажимающий через деталь 24 направляющую втулку 19, для создания зазора между ней и поворотной втулкой 21, после чего производят разъединение поворотной втулки 21 с направляющей втулкой 9 по выступам и пазам 20. Поворачивают направляющую втулку 19 вместе со шпонкой 13 на валу 9 относительно отклоняющей плоскости клина-отклонителя 3 на угол, составляющий разницу между проектным азимутом бурения бокового ствола и замеренного азимута, по которому направлен продольный паз 11. Закручивают шпиндель 7 на валу 9, тем самым фиксируя направляющую втулку 19 в соединении но выступам и пазам 20 с поворотной втулкой 21.

Компоновку с устройством спускают в скважину, где оно ориентируется под действием силы тяжести за счет гидравлического якоря 2 со смещенным центром тяжести. Внутри колонны для раздутия профилированной трубы гидравлического якоря 2 создают необходимое давление жидкости, например, повысив давление в бурильном инструменте от 0 МПа до 10-14 МПа и выдержав в течение 5 минут, затем давление сбросить до 0 МПа. При этом профилированная труба 2 прижимается к стенкам скважины. Надежность закрепления гидравлического якоря проверяется разгружением и натягиванием бурильной колонны.

После фиксации посадочного устройства в скважине, расширяется проходной канал (проход) и освобождается нижняя упора 14 упорных подшипников 8 шпинделя 7. Шпиндель 7 проталкивают (спускают) внутрь профилированной трубы 2. При этом спускается колонна с клином-отклонителем 3, с направляющим устройством 4 до совмещения наклонной поверхности посадочного устройства 1 и ответных поверхностей. Шпонка 13 попадает в продольный паз 11, обеспечивая надежную фиксацию частей в заданном положении друг относительно друга. При этом клин-отклонитель 3 (фиг.3) с фрезами (оконной и расширяющей), закрепленными с помощью срезного винта, оказывается сориентированным в скважине.

Выполнение наклонной поверхности 10, переходящей в продольный паз 11 под шпонку 13, позволяет при посадке на него направляющего устройства 4 с ответными поверхностями точно фиксировать шпонку 13, а значит, устанавливать клин-отклонитель 3 на заданное направление. Благодаря наклонной поверхности 10 шпонка 13, коснувшись пера направляющей втулки 19, скользит по ее поверхности, тем самым поворачивает всю компоновку и садится в шпоночный паз 11, при этом зацепы 17 фиксируют направляющее устройство 4 в посадочном устройстве 1. Посадку проверяют натяжением бурильного инструмента на величину.

Описанное устройство позволяет устанавливать клин-отклонитель 3 и фрезеровать окна в обсадной колонне в скважинах с зенитным углом, превышающим 5°, за один спуск без применения инклинометра или телеметрической системы. Ориентация клина-отклонителя 3 в скважине под действием силы тяжести позволяет ориентировать всю компоновку относительно вертикали и устанавливать посадочное устройство 1 с малой погрешностью. По окончании установки клина-отклонителя 3 без подъема инструмента приступают к вырезанию окна в обсадной колонне.

Предлагаемое устройство позволяет бурить многоствольные скважины с выходом каждого ствола из колонны в заданном направлении, делать зарезки боковых стволов и, по окончании работ, оставлять проходное сечение в скважине до забоя основного ствола достаточным для всех работ по эксплуатации скважины. При необходимости клин-отклонитель впоследствии может быть извлечен. Элементы устройства (компоновки) могут быть изготовлены из разбуриваемых материалов, а клин-отклонитель изготовлен полым для доступа в основной ствол или низлежащие боковые.

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройству и способу, предназначенным для установки клина-отклонителя в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах. Устройство включает посадочный и направляющий узлы. Посадочный узел имеет смещенный центр тяжести, выполнен с наклонной поверхностью и гидравлическим якорем, а также соединен с валом направляющего узла через шпиндель с возможностью вращения относительно клина-отклонителя, жестко связанного с бурильной колонной с одной стороны и с валом направляющего узла с другой. Направляющий узел включает ответные поверхности для взаимодействия с наклонной поверхностью посадочного узла и содержит средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала на необходимый угол. При осуществлении способа выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя относительно посадочного устройства, опускают компоновку в скважину, производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, сориентированного под действием силы тяжести, осуществляют фиксацию направляющего устройства с клином-отклонителем относительно посадочного устройства. Изобретение снижает затраты при установке клина-отклонителя и упрощает технологию ориентирования механизмов, за счет уменьшения количества спуско-подъемных операций и снижения металлоемкости устройства для ориентирования. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для установки клина-отклонителя, включающее посадочное устройство с наклонной поверхностью и гидравлическим якорем, выполненное со смещенным центром тяжести и соединенное с валом направляющего устройства через шпиндель с возможностью вращения относительно клина-отклонителя, жестко связанного с бурильной колонной с одной стороны и с валом направляющего устройства с другой, при этом, направляющее устройство, включающее расположенные на валу ответные поверхности для взаимодействия с наклонной поверхностью посадочного устройства, включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала на необходимый угол, причем направляющее устройство выполнено с возможностью фиксации относительно посадочного устройства после его заякоривания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлический якорь выполнен в виде профильной трубы с клапаном.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлический якорь снабжен утяжелителем.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что профильная труба выполнена таким образом, что после заякоривания гидравлического якоря образует проход для шпинделя.

5. Способ установки клина-отклонителя в скважине, характеризующийся тем, что выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя относительно посадочного устройства, опускают компоновку в скважину, производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, сориентированного под действием силы тяжести, осуществляют фиксацию направляющего устройства с клином-отклонителем относительно посадочного устройства.

6. Способ по п.5, отличающееся тем, что фиксацию направляющего устройства относительно посадочного устройства осуществляют, совмещая их по наклонной и ответным поверхностям.