СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА МНОГОЗАБОЙНОЙ СКВАЖИНЫ И ОТКЛОНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК E21B7/08 E21B29/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к буровой технике, и может быть использовано для строительства многозабойных скважин, в том числе из скважин старого фонда.

Известно устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной (патент RU №2064041, МПК 6 Е21В 7/08, опубл. в бюл. №20 от 20.07.1996 г.), содержащее патрубок, связанный с корпусом и выполненный с посадочной муфтой под извлекаемый клин, боковыми продольными окнами и с наружным манжетным пакером над боковыми продольными окнами. Извлекаемый клин выполнен с дном, перпендикулярным его оси, и ориентирующим фиксатором, жестко связанным с дном и выполненным с возможностью регулирования радиального угла между ориентирующим фиксатором и отклоняющей плоскостью извлекаемого клина, ориентирующий фиксатор выполнен в виде направляющей втулки с кольцевой посадочной площадкой и шпоном, а посадочная муфта выполнена с ответным внутренним опорным выступом, кроме этого, бурильная колонна в нижней части выполнена с патрубком-корпусом, в нижней части которого размещен обратный клапан, а над ним - циркуляционный клапан, при этом патрубок-корпус выполнен с кольцевым посадочным поясом и шпоном под посадочную муфту и радиальными отверстиями, перекрытыми втулкой со срезным штифтом, а также обсадная колонна на устье выполнена с боковыми отводами, оснащенными задвижками, сообщающими ее заколонное и внутриколонное пространство с внешним пространством на устье.

Способ, осуществляемый с помощью этого устройства, включает бурение основного ствола скважины и крепление его обсадной колонной с технологической трубой, снабженной заранее вырезанными окнами и спецмуфтой в нижней части, сборку и спуск в скважину самоориентирующегося отклоняющего клина, заведение медленным проворотом бурильной колонны шпона клина в шпоночный паз спецмуфты, после извлечения спускного устройства бурение дополнительного ствола, затем извлечение клина отклоняющего, разворот на 180° ориентирующего фиксатора, спуск клина, установку в спецмуфте, бурение второго дополнительного ствола и освоение многозабойной скважины.

Недостатками способа и устройства являются:

- сложность крепления обсадной колонны основного ствола;

- сложность попадания шпона клина-отклонителя в шпоночный паз спецмуфты;

- сложность конструкции устройства, что ведет к повышению материальных затрат на строительство скважины;

- невозможность строительства дополнительных стволов из существующих скважин.

Наиболее близким по технической сущности является отклоняющее устройство для бурения (Патент RU №2118440, МПК 6 Е21В 7/08, опубл. в бюл. №24 от 27.08.1998 г.), содержащее трубу с открытыми концами, снабженную на своем верхнем конце соединительным средством для присоединения трубы с открытыми концами к колонне обсадных труб, и направляющий элемент, расположенный в трубе с открытыми концами у ее нижнего конца, причем этот направляющий элемент включает две полые наклонные направляющие, расположенные на противоположных сторонах, причем стенка трубы с открытыми концами имеет удлиненные отверстия, обращенные к наклонным направляющим, а также включающее устройство для повторного ввода, которое применяется совместно с отклоняющим устройством и представляет собой гильзу, имеющую отклоняющую поверхность, которая стыкуется с одной из двух наклонных направляющих отклоняющего устройства.

Способ, осуществляемый с помощью этого устройства, включает бурение основного ствола скважины и крепление его обсадной колонной с трубой с направляющим элементом, спуск бурильной колонны с двигателем, долотом и ориентированное бурение первого ответвления, при этом направляющий элемент отклоняет инструмент. В случае необходимости для облегчения ввода в одно из искривленных ответвлений в отклоняющее устройство может быть опущено устройство для повторного ввода, после этого аналогичным образом производят бурение второго ответвления.

Недостатками известных отклоняющего устройства и способа являются:

- сложность крепления обсадной колонны основного ствола;

- сложность конструкции устройства, что ведет к повышению материальных затрат на строительство скважины;

- невозможность вовлечения основного ствола в эксплуатацию, т.к. направляющий элемент не извлекается из скважины;

- невозможность строительства дополнительных стволов из существующих скважин.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются создание способа строительства многозабойной скважины и простой, надежной конструкции отклоняющего устройства, позволяющих производить бурение двух противонаправленных дополнительных стволов с одного уровня из существующих скважин, а также снижение материальных затрат на строительство многозабойной скважины.

Технические задачи решаются способом строительства многозабойной скважины, включающим строительство основного ствола скважины, установку фиксирующего узла с клином-отклонителем, последовательное бурение пары противонаправленных боковых стволов.

Новым является то, что основной ствол строят до проектной глубины, клин-отклонитель изготавливают в виде клина с одной отклоняющей поверхностью, а фиксирующий узел - в виде гидромеханического якоря с посадочным местом, причем якорь фиксируют ниже интервала зарезки, перед забуриванием бокового ствола производят вскрытие обсадной колонны фрезерованием «окна», а после строительства бокового ствола клин-отклонитель извлекают из скважины, отсоединяя от фиксирующего узла, спускают дополнительный клин-отклонитель большей длины до взаимодействия с посадочным местом гидромеханического якоря, фиксирующим его от проворота, а перед забуриванием дополнительного бокового ствола производят вскрытие обсадной колонны фрезерованием дополнительного «окна» с последующим извлечением дополнительного клина-отклонителя после строительства второго бокового ствола.

Технические задачи решаются также отклоняющим устройством для осуществления способа, включающим спускаемый на колонне труб клин-отклонитель, выполненный с возможностью фиксации в обсадной колонне основного ствола.

Новым является то, что клин-отклонитель снабжен одной отклоняющей поверхностью, соединен снизу срезными элементами через переводник с фиксирующим узлом, выполненным в виде гидромеханического якоря, снабженного продольно-гофрированной трубой, заглушенной снизу башмаком, и расположенным снизу переводника гидравлическим центратором, причем центратор выполнен в виде корпуса с продольным каналом, сообщенным с продольно-гофрированной трубой и колонной труб, внутри которого установлен полый поршень, выполненный с возможностью осевого перемещения при избыточном давлении в продольном канале и оснащенный конусными поверхностями, воздействующими при перемещении поршня на толкатели, расположенные равномерно по периметру и высоте корпуса с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу до взаимодействия со стенками обсадной колонны, при этом корпус сверху снабжен пазом под ответные выступы переводников клина-отклонителя и дополнительного клина-отклонителя для исключения проворота и установки их в заданном направлении.

На фиг.1 показаны клин-отклонитель с фиксирующим узлом (1-е исполнение) перед установкой в основном стволе скважины (разрез).

На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.1.

На фиг.4 показан дополнительный клин-отклонитель для строительства второго дополнительного ствола, установленный в посадочное место корпуса фиксирующего узла (1-е исполнение) после строительства первого дополнительного ствола (разрез).

На фиг.5 показан фиксирующий узел (2-е исполнение) перед установкой в основном стволе скважины (разрез).

На фиг.6 показан фиксирующий узел (2-е исполнение), установленный в основном стволе скважины (разрез).

Отклоняющее устройство (фиг.1, 4) включает клин-отклонитель 1 (фиг.1), снабженный одной отклоняющей поверхностью 2, соединенный снизу срезными элементами 3 через переводник 4 с фиксирующим узлом 5 (фиг.1, 4 - первое исполнение и фиг.5, 6 - второе исполнение), выполненным в виде гидромеханического якоря, снабженного продольно-гофрированной трубой 6 (фиг.1, 4-6), заглушенной снизу либо глухим, либо разборным (см., например, патент РФ №59695) башмаком (не показан), и расположенным снизу переводника 4 (фиг.1) гидравлическим центратором 7 (фиг.1, 4-6). Центратор 7 выполнен в виде корпуса 8 (фиг.1-6) с продольным каналом 9 (фиг.1, 3-6), сообщенным с продольно-гофрированной трубой 6 (фиг.1, 4-6) и колонной труб (не показаны). Внутри корпуса 8 (фиг.1-6) установлен полый поршень 10 (фиг.1, 3-6), выполненный с возможностью осевого перемещения при избыточном давлении жидкости и оснащенный конусными поверхностями 11, воздействующими при перемещении поршня 10 на толкатели 12, расположенные равномерно по периметру и высоте корпуса 8 (фиг.1-6) с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу до взаимодействия со стенками обсадной колонны 13. При этом корпус 8 сверху снабжен пазом 14 (фиг.1-4) под ответные выступы 15 (фиг.1,2), 16 (фиг.4) переводников 4 (фиг.1) клина-отклонителя 1 и 17 (фиг.4) дополнительного клина-отклонителя 18 с отклоняющей поверхностью 19 для исключения проворота и установки их в заданном направлении.

На заводе-изготовителе в продольный канал 9 (фиг.1, 3-6) корпуса 8 (фиг.1-6) устанавливают оснащенный конусными поверхностями 11 (фиг.1, 3-6) полый поршень 10, при этом в первом исполнении нижняя его часть входит в кольцевую проточку в нижней части корпуса 8 (фиг.1-4) и фиксируется втулкой 20 (фиг.1, 4), причем конусные поверхности 11 (фиг.1, 3, 4) направлены вверх, а во втором исполнении фиксируется штифтами 21 (фиг.5, 6), причем конусные поверхности 11 направлены вниз. Герметизация пространства между корпусом 8 (фиг.1-4) и полым поршнем 10 (фиг.1, 3, 4) осуществляется с помощью манжет 22 (фиг.1, 2). Угол конусов рaвeн 10-12°. Затем к нижнему концу корпуса 8 (фиг.1-6), например с помощью резьбы, сварки и т.п., присоединяют продольно-гофрированную трубу 6 (фиг.1, 4-6), заглушенную снизу башмаком, а верхний конец присоединяют срезными элементами 3 (фиг.1) к переводнику 4, в котором выполнен канал 23. К компоновке фрез 24, закрепленной к клину-отклонителю 1 с помощью срезного штифта 25, присоединяют верхний конец трубки 26, а нижний конец - к каналу 23 переводника 4.

Способ реализуется в следующей последовательности.

В интервал зарезки дополнительных боковых стволов 27 (фиг.4) и 28 (фиг.4 - показан условно) производят спуск отклоняющего устройства (фиг.1). Ориентируют его таким образом, чтобы клин-отклонитель 1 своей отклоняющей поверхностью 2 был направлен в сторону первого бокового ствола 27 (фиг.4). Создают давление жидкости, при этом она, проходя через колонну труб (не показана), компоновку фрез 24 (фиг.1), трубку 26 (фиг.1, 2), канал 23 (фиг.1) переводника 4, попадает в фиксирующий узел 5 (фиг.1, 4-6), выполненный в виде гидромеханического якоря, снабженного продольно-гофрированной трубой 6, и гидравлического центратора 7, выправляет продольно-гофрированную трубу 6, т.к. пространство между корпусом 8 (фиг.1-6) и полым поршнем 10 (фиг.1, 3-6) загерметизировано с помощью манжет 22 (фиг.1, 4-6), и фиксирует отклоняющее устройство к стенкам обсадной колонны 13 (фиг.1-6). Причем якорь фиксируют ниже интервала зарезки боковых стволов 27, 28 (фиг.4). Одновременно с этим в первом исполнении жидкость давит на полый поршень 10 (фиг.1, 3, 4), и он перемещается вверх. Во втором исполнении происходит срез штифтов 21 (фиг.5, 6), и он перемещается вниз. При этом полый поршень 10 (фиг.1, 3-6) своими конусными поверхностями 11 воздействует на толкатели 12, расположенные равномерно по периметру и высоте корпуса 8 (фиг.1-6), и выдвигает их до взаимодействия со стенками обсадной колонны 13. За счет малого угла конусных поверхностей, равного 10-12°, происходит заклинивание и фиксация толкателей 12 в выдвинутом положении, надежное центрирование и фиксация отклоняющего устройства в стволе скважины. Натяжением инструмента производят срез штифта 25 (фиг.1), крепящего компоновку фрез 24 к клину-отклонителю 1, производят вскрытие обсадной колонны 13 фрезерованием «окна» 29 (фиг.4 - показано условно) и после извлечения компоновки фрез 24 (фиг.1) забуривают первый дополнительный боковой ствол 27 (фиг.4). После извлечения инструмента из скважины и крепления первого дополнительного бокового ствола 27 в интервал установки клина-отклонителя 1 (фиг.1) производят спуск устройства для извлечения клина из скважины (см., например, патент РФ №2415250 - не показано) и производят захват клина-отклонителя 1. Натяжением колонны бурильных труб (не показано) производят срез срезных элементов 3 и извлечение клина-отклонителя 1 с переводником 4 на поверхность. После этого в скважину производят спуск дополнительного клина-отклонителя 18 (фиг.4) с отклоняющей поверхностью 19 большей длины за счет увеличенной площадки 30 в верхней части клина-отклонителя 18, выполненной с целью исключения падения его в «окно» 29. Помимо этого гидравлический центратор 7 (фиг.1, 4-6) удерживает дополнительный клин-отклонитель 18 (фиг.4). Ориентируют его отклоняющей поверхностью 19 в противоположном направлении от первого дополнительного бокового ствола 27. При этом выступ 16 переводника 17 входит в паз 14 (фиг.1-6) корпуса 8, что предотвращает проворот дополнительного клина-отклонителя 18 (фиг.4) при зарезке и бурении второго дополнительного бокового ствола 28. Натяжением инструмента производят срез штифта 31, крепящего компоновку фрез 32 к дополнительному клину-отклонителю 18. Производят вскрытие обсадной колонны 13 (фиг.1-6) фрезерованием «окна» 33 (на фиг.4 показано условно) и после извлечения компоновки фрез 32 забуривают второй дополнительный боковой ствол 28. После извлечения инструмента из скважины и крепления второго дополнительного бокового ствола 28 в интервал установки дополнительного клина-отклонителя 18 производят спуск устройства для извлечения клина из скважины (не показано) и производят захват дополнительного клина-отклонителя 18. Натяжением колонны бурильных труб (не показано) производят извлечение дополнительного клина-отклонителя 18 с переводником 17 на поверхность.

Преимущество предлагаемого способа строительства многозабойной скважины и отклоняющего устройства для его осуществления заключается в том, что они позволяют производить бурение двух противонаправленных дополнительных стволов с одного уровня из существующих скважин, а также снизить материальные затраты на строительство многозабойной скважины.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к буровой технике, и может быть использовано для строительства многозабойных скважин. Способ включает установку фиксирующего узла с клином-отклонителем с одной отклоняющей поверхностью в основном стволе скважины, построенном до проектной глубины. Фиксирующий узел изготавливают в виде гидромеханического якоря с посадочным местом, причем якорь фиксируют ниже интервала зарезки. Перед забуриванием бокового ствола производят вскрытие обсадной колонны фрезерованием «окна», а после строительства бокового ствола клин-отклонитель извлекают из скважины, отсоединяя от фиксирующего узла, спускают дополнительный клин-отклонитель большей длины до взаимодействия с посадочным местом гидромеханического якоря, фиксирующим его от проворота, а перед забуриванием дополнительного бокового ствола производят вскрытие обсадной колонны фрезерованием дополнительного «окна» с последующим извлечением дополнительного клина-отклонителя после строительства второго бокового ствола. Устройство для осуществления способа включает спускаемый на колонне труб клин-отклонитель, снабженный одной отклоняющей поверхностью, соединенный снизу срезными элементами через переводник с фиксирующим узлом, выполненным в виде гидромеханического якоря, снабженного продольно-гофрированной трубой, заглушенной снизу башмаком, и расположенным снизу переводника гидравлическим центратором. Причем центратор выполнен в виде корпуса с продольным каналом, сообщенным с продольно-гофрированной трубой и колонной труб. Внутри корпуса установлен полый поршень, выполненный с возможностью осевого перемещения при избыточном давлении жидкости и оснащенный конусными поверхностями, воздействующими при перемещении поршня на толкатели, расположенные равномерно по периметру и высоте корпуса с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу до взаимодействия со стенками обсадной колонны, при этом корпус сверху снабжен пазом под ответные выступы переводников клина-отклонителя и дополнительного клина-отклонителя для исключения проворота и установки их в заданном направлении. Группа изобретений позволяет производить бурение двух противонаправленных дополнительных стволов с одного уровня из существующих скважин, а также снизить материальные затраты на строительство многозабойной скважины. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ строительства многозабойной скважины, включающий строительство основного ствола скважины, установку фиксирующего узла с клином-отклонителем, последовательное бурение пары противонаправленных боковых стволов, отличающийся тем, что основной ствол строят до проектной глубины, клин-отклонитель изготавливают в виде клина с одной отклоняющей поверхностью, а фиксирующий узел - в виде гидромеханического якоря с посадочным местом, причем якорь фиксируют ниже интервала зарезки, перед забуриванием бокового ствола производят вскрытие обсадной колонны фрезерованием «окна», а после строительства бокового ствола клин-отклонитель извлекают из скважины, отсоединяя от фиксирующего узла, спускают дополнительный клин-отклонитель большей длины до взаимодействия с посадочным местом гидромеханического якоря, фиксирующим его от проворота, а перед забуриванием дополнительного бокового ствола производят вскрытие обсадной колонны фрезерованием дополнительного «окна» с последующим извлечением дополнительного клина-отклонителя после строительства второго бокового ствола.

2. Отклоняющее устройство для осуществления способа, включающее спускаемый на колонне труб клин-отклонитель, выполненный с возможностью фиксации в обсадной колонне основного ствола, отличающееся тем, что клин-отклонитель снабжен одной отклоняющей поверхностью, соединен снизу срезными элементами через переводник с фиксирующим узлом, выполненным в виде гидромеханического якоря, снабженного продольно-гофрированной трубой, заглушенной снизу башмаком, и расположенным снизу переводника гидравлическим центратором, причем центратор выполнен в виде корпуса с продольным каналом, сообщенным с продольно-гофрированной трубой и колонной труб, внутри которого установлен полый поршень, выполненный с возможностью осевого перемещения при избыточном давлении жидкости и оснащенный конусными поверхностями, воздействующими при перемещении поршня на толкатели, расположенные равномерно по периметру и высоте корпуса с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу до взаимодействия со стенками обсадной колонны, при этом корпус сверху снабжен пазом под ответные выступы переводников клина- отклонителя и дополнительного клина-отклонителя для исключения проворота установки их в заданном направлении.