СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ АЗИМУТАЛЬНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ УЗЛА ИЗВЛЕКАЕМОГО ОТКЛОНЯЮЩЕГО КЛИНА Российский патент 2017 года по МПК E21B7/08 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение относится, в целом, к системам скважинных сборочных узлов и, в частности, к ориентируемому узлу извлекаемого отклоняющего клина, который используется для ориентирования извлекаемого отклоняющего клина в требуемом положении.

[0002] Добыча углеводородов осуществляется с использованием относительно сложных скважин, пробуренных в подземном пласте. Некоторые скважины могут относиться к многоствольным скважинам и/или боковым стволам скважин. Многоствольные скважины содержат одну или более боковых скважин, которые ответвляются от родительского (или основного) ствола скважины. Боковой ствол скважины является стволом скважины, который ответвляется от первого основного направления ко второму основному направлению. Боковой ствол скважины может содержать основной ствол скважины, имеющий первое основное направление, и вторичный ствол скважины, ответвленный от основного ствола во втором основном направлении. Многоствольные скважины могут содержать одно или более "окон" или выходов из обсадной колонны, которые позволяют создавать соответствующие боковые стволы скважины. Боковой ствол скважины также может содержать "окно" или выход из обсадной колонны, позволяющий формировать ответвление ствола скважины во втором основном направлении.

[0003] Выход из обсадной колонны для любой из многоствольных или боковых скважин может быть образован путем размещения соединения обсадных труб и извлекаемого отклоняющего клина в обсадной колонне в требуемом месте основного ствола скважины. Извлекаемый отклоняющий клин используется для отклонения одного или более фрезеров в горизонтальном (или в альтернативном направлении) относительно обсадной колонны. Механизмы фрезера(ов) отклоняются в сторону, и, в итоге, часть соединения обсадных труб проходит через обсадную колонну, формируя тем самым выход из обсадной колонны. Для бурения бокового или вторичного ствола скважины в выход из обсадной колонны могут последовательно вводиться буровые долота.

[0004] Боковые стволы, как правило, пробуривают в заданном направлении от родительского ствола скважины, причем направление выбирают с целью максимальной добычи углеводородов. В данных установках в кольцевой области необходимо сформировать "окно" с заданным направлением относительно родительской обсадной колонны. Для фрезерования окна в нужном направлении необходимо, чтобы извлекаемый отклоняющий клин был установлен и ориентирован соответствующим образом, для этого узел фиксации, связанный с извлекаемым отклоняющим клином, расширяют и осуществляют крепление в муфте-защелке, установленной или иным образом зафиксированной в обсадной колонне. Как правило, узел фиксации содержит несколько подпружиненных защелок, каждая из которых имеет фиксатор и направляющий профиль, соответствующий сопряженному профилю, определяемому внутренней конфигурацией муфты-защелки. Таким образом, если узел фиксации находится в функциональном зацеплении с внутренним профилем муфты-защелки, то узел фиксации и оборудование, расположенное вверх по стволу скважины, связанное с ним, могут быть закреплены и ориентированы внутри обсадной колонны в нужном азимутальном направлении.

[0005] Благодаря тщательному проектированию скважины возможна оптимальная ориентация узла фиксации и извлекаемого отклоняющего клина перед спуском в скважину. Тем не менее, в некоторых случаях было обнаружено, что иногда функциональное зацепление узла фиксации с муфтой-защелкой не позволяет корректно установить извлекаемый отклоняющий клин в нужной азимутальной ориентации. В таких случаях извлекаемый отклоняющий клин фиксируется в неправильном положении и нет возможности развернуть его с целью самостоятельного устранения несоответствия. Вместо этого, в некоторых случаях, извлекаемый отклоняющий клин должен быть поднят на поверхность и ориентирован для дополнительного спуска в ствол скважины. Несложно понять, что для данных корректирующих действий требуется значительное количество времени и средств, и будет целесообразно отказаться от подобных действий.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Данное изобретение относится, в целом, к системам скважинных сборочных узлов и, в частности, к ориентируемому узлу извлекаемого отклоняющего клина, который используется для ориентирования извлекаемого отклоняющего клина в требуемом азимутальном положении.

[0007] В некоторых вариантах реализации изобретения описывается ориентируемый сборочный узел извлекаемого отклоняющего клина. Узел может содержать устройство извлекаемого отклоняющего клина, содержащее отклоняющую поверхность, которая выполнена с возможностью направлять режущий инструмент в сторону боковой стенки обсадной колонны для создания выхода из обсадной колонны, а также ориентирующий переводник, содержащий верхнюю муфту, функционально соединенную с устройством извлекаемого отклоняющего клина, и нижнюю муфту, по меньшей мере частично находящуюся в зацеплении с верхней муфтой, вращаемую в азимутальном направлении относительно верхней муфты и зафиксированную в азимутальном направлении относительно верхней муфты в свернутой конфигурации.

[0008] В других вариантах реализации изобретения описывается способ азимутального ориентирования в скважине устройства извлекаемого отклоняющего клина. Способ может включать подачу устройства извлекаемого отклоняющего клина в скважину, причем устройство извлекаемого отклоняющего клина функционально соединено с ориентирующим переводником, содержащим верхнюю и нижнюю муфты, подвижные между развернутой конфигурацией и свернутой конфигурацией, спуск устройства извлекаемого отклоняющего клина в скважину, причем устройство извлекаемого отклоняющего клина с ориентирующим переводником ориентируют путем вращения до необходимого азимутального направления относительно ствола скважины, и переход ориентирующего переводника в свернутую конфигурацию.

[0009] В других вариантах реализации изобретения описан ориентирующий переводник, который может содержать верхнюю муфту, содержащую первую и вторую внутренние поверхности, причем вторая внутренняя поверхность содержит первую совокупность выступов, а также нижнюю муфту, задвигаемую в верхнюю муфту, содержащую наружную поверхность, причем наружная поверхность содержит вторую совокупность выступов, выполненных с возможностью входить в зацепление с первой совокупностью выступов в случае, если верхняя и нижняя муфты переходят от развернутой конфигурации к свернутой конфигурации.

[0010] При ознакомлении с приведенным ниже описанием предпочтительных вариантов реализации изобретения специалистам в данной области техники будут очевидны отличительные признаки данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0011] Представленные ниже графические материалы приводятся с целью пояснения определенных аспектов данного изобретения и не должны рассматриваться в качестве исключительных вариантов реализации изобретения. Для специалистов в данной области техники, использующих преимущества данного изобретения, будет очевиден объект изобретения, содержащий множество модификаций, изменений, комбинаций, эквивалентов формы и функций.

[0012] На Фиг. 1 схематически проиллюстрирована шельфовая нефтегазовая платформа с использованием типового ориентируемого узла извлекаемого отклоняющего клина в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0013] На Фиг. 2 проиллюстрировано увеличенное изображение типового ориентируемого узла извлекаемого отклоняющего клина, проиллюстрированного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0014] На Фиг. 3 проиллюстрирован поперечный разрез фрагмента типового ориентирующего переводника в развернутой конфигурации в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0015] На Фиг. 4А и 4В проиллюстрированы изометрические проекции типовых верхней и нижней муфт, соответственно, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0016] На Фиг. 5 проиллюстрирован поперечный разрез типового ориентирующего переводника, проиллюстрированного на Фиг. 3 в свернутой конфигурации, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0017] На Фиг. 6 проиллюстрирована изометрическая проекция ориентирующего переводника, проиллюстрированного на Фиг. 5, с разрезом, выполненным вдоль линии А-А.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Данное изобретение относится, в целом, к системам скважинных сборочных узлов и, в частности, к ориентируемому узлу извлекаемого отклоняющего клина, который используется для ориентирования извлекаемого отклоняющего клина в требуемом азимутальном положении.

[0019] В системах и способах, описанных в данной заявке, представлен ориентирующий переводник, который может использоваться для ориентации в азимутальном направлении или установки иным образом в требуемом направлении извлекаемого отклоняющего клина или отклоняющего инструмента таким образом, что выход из обсадной колонны и соответствующий боковой ствол скважины могут быть фрезерованы/пробурены в требуемом азимутальном направлении относительно родительского ствола. Использование данного ориентирующего переводника может оказаться целесообразным в случае, если в результате зацепления между узлом фиксации и муфтой-защелкой, соответствующей узлу извлекаемого отклоняющего клина, не удается установить извлекаемый отклоняющий клин или отклонитель в требуемом азимутальном направлении. Как описано в данной заявке, в случае использования типового ориентирующего переводника исключают необходимость ориентирования муфты-защелки в требуемом положении в обсадной колонне, а также устраняют необходимость ориентирования должным образом извлекаемого отклоняющего клина относительно узла фиксации. Предпочтительно, типовой ориентирующий переводник может быть выполнен с возможностью или иным образом сконструирован с целью азимутальной ориентации извлекаемого отклоняющего клина в процессе работы в то время, как извлекаемый отклоняющий клин опущен в скважину на требуемую глубину (т.е. после того, как узел фиксации и муфта-защелка вошли в зацепление).

[0020] Специалистам в данной области техники будет несложно оценить ряд преимуществ, включающих, но не ограничиваясь этим, уменьшение времени бурения, а также снижение затрат при многоствольном бурении. Это также снижает необходимость в точном планировании ориентации муфт-защелок в обсадной колонне во время спуска в скважину. Это может также оказаться целесообразным в случае, если была изменена информация о том, где должен выполняться боковой ствол скважины после того, как муфта-защелка и соединение обсадных труб были окончательно зацементированы в скважине.

[0021] На Фиг. 1 проиллюстрирована шельфовая нефтегазовая платформа 100, на которой может использоваться типовой ориентируемый сборочный узел извлекаемого отклоняющего клина 130, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Несмотря на то, что на Фиг. 1 проиллюстрирована морская нефтегазовая платформа 100, специалистам в данной области техники ясно, что описанные в данной заявке различные варианты реализации ориентируемого сборочного узла извлекаемого отклоняющего клина 130 с тем же успехом подходят для использования в или на других типах нефтяных и газовых буровых установок, например, наземных нефтяных и газовых буровых установках или буровых вышках, находящихся в любом другом географическом расположении.

[0022] Платформа 100 может быть полупогружной плавучей морской платформой 102, центрированной над подводным газоносным или нефтеносным пластом 104, расположенным ниже морского дна 106. Подводный трубопровод 108 или водоотделяющая колонна простирается от палубы платформы 102 до оборудования устья скважины 112, содержащего один или более противовыбросовых превенторов 114. Платформа 102 содержит подъемный механизм 116 и вышку 118 для подъема и опускания колонны труб или рабочих колонн, например, бурильной колонны 120 в подводный трубопровод 108.

[0023] Как проиллюстрировано, основной ствол скважины 122 был пробурен сквозь различные пласты земли, в том числе пласт 104. Термины "родительский" и "основной" ствол скважины используются в данной заявке для описания ствола, из которого пробуривают еще один ствол. Тем не менее, следует отметить, что родительский или основной ствол скважины не обязательно выходит непосредственно на поверхность земли, но вместо этого может быть ответвлением другого ствола скважины. Обсадная колонна 124 является по меньшей мере частично зацементированной внутри основного ствола скважины 122. Термин "обсадная колонна" используется в настоящем документе для обозначения колонны, состоящей из труб и используемой для укрепления ствола скважины. Фактически, обсадная колонна может быть типа, известного специалистам в данной области техники как колонна труб, не доходящая до устья скважины, и может быть сегментированной или непрерывной, например, колтюбинг.

[0024] Соединение обсадных труб 126 может быть установлено между протяженными фрагментами или отрезками обсадной колонны 124 и расположено в требуемом месте в стволе скважины 122, где будут пробуривать ответвление или боковой ствол скважины 128. Термины "ответвление" и "боковой ствол" скважины используются в данной заявке для описания скважины, которую пробуривают наружу из ее пересечения с другим стволом скважины, например, родительским или основным стволом скважины. Кроме того, ответвление или боковой ствол скважины могут иметь другое ответвление или боковой ствол скважины, пробуренные наружу.

[0025] Ориентируемый сборочный узел извлекаемого отклоняющего клина 130 может располагаться внутри обсадной колонны 124 и/или соединения обсадных труб 126, и, как будет описано ниже, их части могут быть составной частью обсадной колонны 124 и/или соединения обсадных труб 126. Во время обычного рабочего процесса ориентируемый узел извлекаемого отклоняющего клина 130 может быть выполнен с возможностью отклонять один или более режущих инструментов (например, фрезы) к внутренней стенке соединения обсадных труб 126 таким образом, что в требуемой кольцевой области в стенке может быть сформирован выход из обсадной колонны 132. Выход из обсадной колонны 132 предоставляет собой "окно" в соединении обсадных труб 126, через которое могут проходить один или более других режущих инструментов (например, буровые долота) для бурения бокового ствола скважины 128.

[0026] Специалистам в данной области техники ясно, что хотя на Фиг. 1 проиллюстрировано вертикальное сечение основного ствола скважины 122, описанные в данной заявке варианты реализации изобретения в равной степени применимы для использования в скважинах, имеющих другие конфигурации, в том числе горизонтальные скважины, наклонно-направленные скважины, наклонные скважины, диагональные скважины, их комбинации, и тому подобное. Кроме того, термины, указывающие направление, например, выше, ниже, верхний, нижний, вверх, вниз, вверх по стволу скважины, нисходящая скважина и подобные им используются для пояснения вариантов реализации изобретения так, как они изображены на чертежах, направление выше означает к верхней части соответствующего чертежа, а направление ниже означает к нижней части соответствующего чертежа, направление вверх означает к поверхности скважины, а направление вниз означает в сторону основания скважины.

[0027] Как проиллюстрировано на Фиг. 2 с прежней ссылкой на Фиг. 1, проиллюстрировано увеличенное изображение типового ориентируемого узла извлекаемого отклоняющего клина 130 в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Ориентируемый узел извлекаемого отклоняющего клина 130 может содержать различные инструменты и отрезки труб, выполненные с возможностью быть взаимосвязанными в скважине таким образом, что устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 будет ориентировано в скважине 122 в требуемом положении для бурения бокового ствола 128 (Фиг. 1) в заданном направлении. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения ориентируемый узел извлекаемого отклоняющего клина 130 может содержать муфту-защелку 202 и один или более переводников обсадной колонны 204, соединенных или иным образом формирующих неотъемлемую часть обсадной колонны 124. Муфта-защелка 202 может содержать профиль и совокупность цилиндрических направляющих элементов, выполненных с возможностью соединения с узлом фиксации 206 и расположения узла фиксации 206 в определенном азимутальном направлении.

[0028] Используемый в данной заявке термин "муфта-защелка" относится к любому типу якорных устройств, выполненных с возможностью надежной фиксации внутри обсадной колонны 124, а также выполненные с возможностью взаимодействовать с узлом фиксации 206 иным образом. Например, муфта-защелка может содержать, но не ограничиваясь этим, устройство скважинного пакера, устройство скважинного моста, устройство скважинной пробки, скважинное изолирующее устройство любого другого типа, и тому подобное. Соответственно, узел фиксации 206, без отхода от объема изобретения, может быть выполнен с возможностью определения местонахождения и соединения с любым из вышеупомянутых типов якорных устройств.

[0029] Переводник обсадной колонны 204 может содержать или иным образом охватывать несколько скважинных инструментов или узлов, известных специалистам в данной области техники. Например, переводник обсадной колонны 204 может содержать центрирующую втулку, имеющую продольный паз, расположенный по окружности в соответствии с цилиндрическими направляющими элементами муфты-защелки 202. Переводник обсадной колонны 204 также может содержать узел центрирования обсадной колонны, используемый для обеспечения надлежащего выравнивания муфты-защелки 202 относительно центрирующей втулки. Специалистам в данной области техники будет понятно, что ориентируемый узел извлекаемого отклоняющего клина 130 может содержать большее или меньшее число элементов или другой набор элементов, выполненных с возможностью изменения угла смещения между положением цилиндрического опорного элемента и требуемым направлением выхода из обсадной колонны 132 в азимутальном направлении (Фиг. 1).

[0030] Как проиллюстрировано на фигуре, обсадная колонна 124 содержит соединение обсадных труб 126, которое может быть штампованным или изготовлено иным способом из легко фрезеруемого или пробуриваемого материала, например, алюминия. В других вариантах реализации изобретения соединение обсадных труб 126 может быть штамповано или изготовлено иным способом из стандартных обсадных труб, или обсадные трубы могут содержать предварительно профрезерованные в них "окна". В других вариантах реализации изобретения соединение обсадных труб 126 может быть изготовлено из различных композитных материалов, таких как, но не ограничиваясь этим, стеклоткань, углеродные волокна, их комбинации или тому подобное. Использование композитных материалов для соединения обсадных труб 126 может оказаться эффективным, поскольку стружка, образуемая в результате фрезерования выхода из обсадной колонны 132 через соединение обсадных труб 126, не приводит к образованию намагниченных фрагментов мусора, которые из-за магнитных свойств могут притягиваться к металлическим скважинным компонентам или иным образом будут затруднять вымывание из скважины. Следует отметить, что, хотя муфта-защелка 202 и соединение обсадных труб 126 проиллюстрированы как соединенные с обсадной колонной 124 в непосредственной близости друг к другу, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что другие скважинные инструменты или трубные изделия могут быть альтернативно соединены между собой в обсадной колонне 124 между муфтой-защелкой 202 и соединением обсадных труб 126.

[0031] Устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 может перемещаться в обсадной колонне 124 с помощью подъемника 210, например, сочлененного трубопровода, насосно-компрессорных труб или тому подобного. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 содержит узел отклонителя 212, содержащий отклоняющую поверхность, причем отклоняющая поверхность выполнена с возможностью входить в зацепление и направлять фрезерный или буровой инструмент (не показан) в сторону боковой стенки обсадной колонны, например, в сторону соединения обсадных труб 126 для формирования выхода из обсадной колонны 132 (Фиг. 1). Муфта-защелка 206 может быть функционально соединена или иным образом является неотъемлемой частью устройства извлекаемого отклоняющего клина 208. Используемый в данной заявке термин "функционально соединенный" означает, что узел фиксации 206 может быть прямо или косвенно соединен с устройством извлекаемого отклоняющего клина 208. Как проиллюстрировано, узел фиксации 206 может располагаться вниз по скважине от устройства извлекаемого отклоняющего клина 208.

[0032] Во время типового рабочего процесса устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 вращается в обсадной колонне 124 до тех пор, пока узел фиксации 206 не входит в зацепление с муфтой-защелкой 202, зацементированной в скважине 122 в требуемом направлении. Узел фиксации 206 может содержать уникальный внешний профиль, выполненный с возможностью входить в зацепление с соответствующим уникальным внутренним профилем и избирательными цилиндрическими направляющими элементами муфты-защелки 202. В случае, если узел фиксации 206 должным образом соединен с муфтой-защелкой 202, устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 будет расположено таким образом, что узел отклонителя 212 в осевом направлении и по окружности будет идеально ориентирован в обсадной колонне 124 таким образом, что фрезерные и буровые инструменты (не показаны) будут соответствующим образом направлены к внутренней стенке соединения обсадных труб 126 для формирования выхода из обсадной колонны 132 и последующего бурения бокового ствола скважины 128 (Фиг. 1).

[0033] При этом, если по какой-то причине устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 не было установлено в обсадной колонне 124 должным образом в требуемом азимутальном направлении, то для выравнивания устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 в азимутальном направлении или ориентирования иным образом может использоваться ориентирующий переводник 214 с целью задания соответствующего углового положения в процессе работы, причем устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 находится на глубине. Как проиллюстрировано, ориентирующий переводник 214 может быть соединен или иным образом являться неотъемлемой частью устройства извлекаемого отклоняющего клина 208. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения ориентирующий переводник 214 может быть установлен между устройством извлекаемого отклоняющего клина 208 и узлом фиксации 206. В результате узел фиксации 206 может быть функционально соединен с устройством извлекаемого отклоняющего клина 208 посредством ориентирующего переводника 214. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения ориентирующий переводник 214 может быть расположен на ориентируемом сборочном узле извлекаемого отклоняющего клина 130 в любом подходящем месте, причем ориентирующий переводник выполнен с возможностью ориентирования устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 в азимутальном направлении.

[0034] Как проиллюстрировано на Фиг. 3 с прежней ссылкой на Фиг. 2, проиллюстрирован поперечный разрез фрагмента ориентирующего переводника 214, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, ориентирующий переводник 214 может содержать по меньшей мере верхнюю муфту 302, которая находится в зацеплении с нижней муфтой 304. В некоторых вариантах реализации изобретения верхний конец верхней муфты 302 (т.е. слева на Фиг. 3) может быть соединен или иным образом прикреплен к скважинному концу (не показан) устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 (Фиг. 2). По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, без отхода от объема изобретения, верхняя муфта 302 может быть соединена с скважинным концом устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 с помощью резьбового соединения, но может быть аналогичным образом механически закреплена или приварена к устройству извлекаемого отклоняющего клина 208, или с помощью их комбинации.

[0035] В некоторых вариантах реализации изобретения скважинный конец 306 нижней муфты может быть соединен или иным образом прикреплен к верхнему концу 308 узла фиксации 206. Как и в случае с верхней муфтой 302 скважинный конец 306 нижней муфты 304 может быть соединен с помощью резьбового соединения, механически закреплен или приварен к верхнему концу 308 узла фиксации 206, или с помощью их комбинации. Впрочем, следует отметить, что верхняя и нижняя муфты 302, 304 могут в равной степени быть соединены или прикреплены к другим известным скважинным компонентам или инструментам, выполняя при этом функцию ориентирования устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 соответствующим образом, как описано в данной заявке.

[0036] Ориентирующий переводник 214 может быть выполнен с возможностью перехода из развернутой конфигурации, как проиллюстрировано на Фиг. 3, в свернутую конфигурацию, как проиллюстрировано на Фиг. 5. В частности, на Фиг. 3 проиллюстрированы верхняя и нижняя муфты 302, 304 в развернутой конфигурации или положении "спуска", когда нижняя муфта 304 по меньшей мере частично вставлена или иным образом входит в верхнюю муфту 302. Во время спуска верхняя и нижняя муфты 302, 304 могут быть соединены с помощью одного или более срезных устройств 310, например, срезных штифтов, срезных винтов, срезных колец, их комбинации или тому подобного. Срезные устройства 310 могут охватывать по меньшей мере частично, фрагменты верхней и нижней муфт 302, 304. При том, что на Фиг. 3 проиллюстрировано только одно срезное устройство 310, специалистам в данной области техники будет понятно, что для соединения верхней и нижней муфт 302, 304 может использоваться любое количество срезных устройств 310.

[0037] Срезные устройства 310 могут быть выполнены с возможностью фиксации нижней муфты 304 и верхней муфты 302 таким образом, что осевое и вращательное движение между двумя муфтами 302, 304 существенно ограничено во время спуска устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 в ствол скважины 122 в развернутой конфигурации (Фиг. 2). Как следствие, посредством срезных устройств 310 между верхней и нижней муфтами 302, 304 может передаваться крутящий момент и/или осевая нагрузка. Однако, как более подробно описано ниже, срезные устройства 310 могут быть выполнены с возможностью среза или разрушения иным образом при заданной осевой или скручивающей нагрузке, тем самым позволяя верхней и нижней муфтам свободно вращаться относительно друг друга после того, как срезаны срезные устройства 310.

[0038] Как показано на Фиг. 4А и 4В с прежней ссылкой на Фиг. 3, проиллюстрированы изометрические проекции верхней и нижней муфт 302, 304, соответственно. Как проиллюстрировано на Фиг. 4А, верхняя муфта 302, как правило, может быть выполнена в виде цилиндра, содержащего первую концевую часть 402а и вторую концевую часть 402b, а также находящееся между ними удлиненное тело 404. Тело 404 может содержать по меньшей мере две внутренние поверхности, которые простираются вдоль соответствующих частей внутренней поверхности тела 404 в осевом направлении. В частности, тело 404 может содержать первую внутреннюю поверхность 406а с первым внутренним диаметром 408а (Фиг. 3) и вторую внутреннюю поверхность 406b со вторым внутренним диаметром 408b, причем первый внутренний диаметр 408а меньше второго внутреннего диаметра 408b. Первая внутренняя поверхность 406а может переходить во вторую внутреннюю поверхность 406b с помощью промежуточной поверхности вдоль внутренней поверхности тела 404, например, в уступ 410, расположенный в или на внутренней поверхности тела 404.

[0039] Как проиллюстрировано на Фиг. 4 В, нижняя муфта 304, как правило, может быть выполнена в виде цилиндра, содержащего первую концевую часть 412а и вторую концевую часть 412b, а также находящееся между ними удлиненное тело 414. Вторая концевая часть 412b нижней муфты 304, как правило, может соответствовать скважинному концу 306, описанному выше со ссылкой на Фиг. 3. Тело 414 может содержать наружную поверхность 416 с наружным диаметром 418. Наружный диаметр 418 может быть немного меньше первого внутреннего диаметра 408а верхней муфты 302 так, что в случае, если верхняя и нижняя муфты 302, 304 являются полностью взаимосвязанными или иным образом находятся в свернутой конфигурации (Фиг. 5), наружная поверхность 416 нижней муфты 304 входит в зацепление или по меньшей мере входит в тесный контакт с первой внутренней поверхностью 406а верхней муфты 302.

[0040] Как по-прежнему проиллюстрировано на Фиг. 4А, корпус 404 верхней муфты 302 может содержать совокупность выступов 420, расположенных на второй внутренней поверхности 406b и простирающихся в осевом направлении от уступа 410. В некоторых вариантах реализации изобретения выступы 420 могут быть расположены на одинаковом расстоянии вдоль окружности второй внутренней поверхности 406b. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения, без отхода от объема изобретения, выступы 420 могут быть расположены произвольно или иным образом расположены на заданном не одинаковом расстоянии друг от друга. Как проиллюстрировано на Фиг. 4В, корпус 414 нижней муфты 304 может также содержать совокупность выступов 422, расположенных на наружной поверхности 416. Подобно выступам 420 верхней муфты 302, выступы 422 нижней муфты 304, без отхода от объема изобретения, могут быть расположены на одинаковом расстоянии вдоль окружности наружной поверхности 416, но также могут в равной степени быть расположенными случайным образом или иным образом расположенными на заданном не одинаковом расстоянии друг от друга.

[0041] В случае, если ориентирующий переводник 214 находится в развернутой конфигурации, например, как проиллюстрировано на Фиг. 3, выступы 420, 422, как правило, не входят в зацепление друг с другом. Наоборот, в развернутой конфигурации выступы 420 верхней муфты 302 могут входить в зацепление или иным образом вступать в тесный контакт с наружной поверхностью 416 нижней муфты 304, а выступы 422 нижней муфты 304 могут входить в зацепление или иным образом вступать в тесный контакт со второй внутренней поверхностью 406b верхней муфты 302.

[0042] Как более подробно описано ниже, выступы 420 верхней муфты 302 могут быть выполнены с возможностью входить в зацепление или иным образом чередоваться с выступами 422 нижней муфты 304 в случае, если ориентирующий переводник 214 находится в свернутой конфигурации. С целью облегчить взаимодействие при данном зацеплении, концы некоторых или всех выступов 420, 422 могут быть закруглены, как проиллюстрировано на чертеже. Впрочем, в других вариантах реализации изобретения концы некоторых или всех выступов 420, 422 могут быть угловыми, скошенными, косыми или выполненными иным образом так, что при переходе ориентирующего переводника 214 в свернутую конфигурацию выступы 420, 422 могут соответственно выдвигаться относительно друг друга для формирования взаимодействия при зацеплении без фиксации друг с другом. С этой целью расстояние между выступами 420 верхней муфты 302 может соответствовать выступам 422 нижней муфты 304, при этом данное расстояние может быть одинаковым или выбираться случайным образом, как обычно, как описано выше в общих чертах.

[0043] Как проиллюстрировано на Фиг. 3 и 4А, вторая внутренняя поверхность 406b верхней муфты 302 может дополнительно содержать кольцеобразный паз или канавку 424, выполненную с возможностью установки стопорного кольца 426 или подобного ему стопорного устройства. Канавка 424 может располагаться по оси от выступов 420 в направлении второй концевой части 402b верхней муфты 302, причем стопорное кольцо 426 может быть, например, пружинным кольцом или подобным устройством, выполненным с возможностью сжатия в радиальном направлении, а также зацепления, предотвращающего смещение относительно смежного в радиальном направлении компонента или конструкции после разжатия. В случае, если верхняя и нижняя муфты 302, 304 находятся в развернутой конфигурации, как проиллюстрировано на Фиг. 3, стопорное кольцо 426 предотвращает смещение выступов 422 нижней муфты 304.

[0044] Как по-прежнему проиллюстрировано на Фиг. 2 с прежней ссылкой на Фиг. 3 и 4А-4В, проиллюстрирован типовой принцип действия ориентирующего переводника 214. После того как узел фиксации 206 был правильно опущен или иным образом входит в зацепление с муфтой-защелкой 202, как описано выше в общих чертах, срезные устройства 310 могут быть срезаны путем приложения осевой и/или скручивающей нагрузки к срезным устройствам 310. В некоторых вариантах реализации изобретения осевая и/или скручивающая нагрузка может быть приложена с поверхности с помощью подъемника 210 и устройства извлекаемого отклоняющего клина 208. Например, осевая или скручивающая нагрузка может быть приложена к верхней муфте 302 с помощью вхождения в зацепление устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 и подъемника 210. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения осевая и/или скручивающая нагрузка может быть приложена к срезному устройству 310 с помощью одного или более локальных скважинных инструментов или устройств, таких как, но не ограничиваясь этим, электромеханический привод, гидравлический привод, гидроцилиндр, забойный двигатель, ударного молотка, их комбинации, и тому подобного. В любом случае срезные устройства 310 могут быть подвергнуты осевой и/или скручивающей нагрузке заранее заданной величины, при которой наступает срезание или разрушение срезного устройства 310.

[0045] После того, как срезные устройства 310 были срезаны, верхняя и нижняя муфты 302, 304 могут свободно вращаться относительно друг друга, причем нижняя муфта 304 находится по меньшей мере частично в верхней муфте 302. В этот момент устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 и узел отклонителя 212 соединены с верхней муфтой 302 и могут быть пошагово перемещены или иным образом повернуты в направлении, необходимом для точного бурения выхода из обсадной колонны 132 (Фиг. 1). В некоторых вариантах реализации изобретения устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 и узел отклонителя 212 могут пошагово перемещаться, например, с помощью спускового инструмента (не показан), такого как, гидравлический спусковой инструмент, или любого другого известного скважинного инструмента, установленного в ориентируемый узел извлекаемого отклоняющего клина 130 и выполненного с возможностью облегчить спуск устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 на глубину.

[0046] Один или более переводников датчика (не показаны), например, переводник для измерения в процессе бурения, может обмениваться данными с спусковым инструментом или аналогичным устройством для точной ориентации устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 на основании скважинных измерений. Например, в процессе разработки переводник(и) датчика могут быть выполнены с возможностью передачи спусковому инструменту или аналогичному устройству в режиме реального времени показаний зенитного и азимутального углов устройства извлекаемого отклоняющего клина 208. Данные показания или измерения помогут определить, в каком направлении нужно развернуть устройство извлекаемого отклоняющего клина 208 и проверить, была ли достигнута требуемая ориентация. Специалистам в данной области техники будет понятно, что может использоваться любое устройство, выполненное с возможностью подтверждения правильной ориентации устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 в скважине.

[0047] После достижения требуемой ориентации устройства извлекаемого отклоняющего клина 208 ориентирующий переводник 214 может быть переведен из развернутой конфигурации, как показано на Фиг. 3, в свернутую конфигурацию, как проиллюстрировано на Фиг. 5. В основном, свернутая конфигурация может быть достигнута путем сдвига верхней и нижней муфт 302, 304 вместе таким образом, чтобы выступы 420, 422 вошли в зацепление и взаимодействовали при зацеплении или чередовались иным образом. В некоторых вариантах реализации изобретения верхняя и нижняя муфты 302, 304 могут быть сдвинуты вместе с помощью осевой нагрузки с поверхности. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения, без отхода от объема изобретения, верхняя и нижняя муфты 302, 304 могут быть сдвинуты вместе с помощью одного или более скважинных устройств, таких как, но не ограничиваясь этим, электромеханический привод, гидравлический привод, гидроцилиндр, забойный двигатель, их комбинации, и тому подобное.

[0048] Как показано на Фиг. 5 с прежней ссылкой на Фиг. 3 и 4А-4В, проиллюстрирован ориентирующий переводник 214 в свернутой конфигурации в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. В частности, на Фиг. 5 проиллюстрирован ориентирующий переводник 214 после того, как верхняя и нижняя муфты 302, 304 были сдвинуты вместе, как описано выше в общих чертах, благодаря чему выступы 420 верхней муфты 302 и выступы 422 нижней муфты 304 входят в зацепление. При переходе ориентирующего переводника 214 в свернутую конфигурацию стопорное кольцо 426 может соскользнуть с выступов 422 нижней муфты 304, причем стопорное кольцо выходит из зацепления, предотвращающего смещение. Стопорное кольцо 426 может быть выполнено с возможностью сжатия в радиальном направлении и размещения, например, в канавке 502, находящейся на наружной поверхности фиксатора 206, после соскальзывания с выступов 422 нижней муфты 304. Стопорное кольцо 426 может быть выполнено с возможностью фиксации нижней муфты 304 в пределах верхней муфты 302 при сжатии в радиальном направлении, и предотвращения выхода верхней муфты 302 из нижней муфты 304. Будет понятно, что, без отхода от объема изобретения, канавка 502 может аналогично располагаться на части ориентирующего переводника 214.

[0049] На Фиг. 6 проиллюстрирована изометрическая проекция ориентирующего переводника 214 в свернутой конфигурации с разрезом, выполненным вдоль линии А-А на Фиг. 5. Как проиллюстрировано, выступы 420 верхней муфты 302 чередуются с выступами 422 нижней муфты 304 таким образом, что препятствуют вращательному движению верхней и нижней муфт 302, 304 относительно друг друга. В случае, если выступы 420, 422 входят в зацепление или чередуются иным образом, может выполняться фрезерование выхода из обсадной колонны 132 в требуемом азимутальном направлении и, впоследствии, может выполняться бурение бокового ствола скважины 128, как наглядно проиллюстрировано на Фиг. 1.

[0050] Таким образом, описанные системы и способы наилучшим образом приспособлены для достижения целей и упомянутых преимуществ, а также заложенных в описанных системах и способах. Конкретные варианты реализации изобретения, описанные выше, приводятся в иллюстративных целях, поскольку принципы данного изобретения могут быть изменены и выполнены с помощью различных, но равноценных способов, очевидных для специалистов в данной области техники, извлекающих пользу из изложенных в данной заявке принципов изобретения. Кроме того, проиллюстрированные в данной заявке особенности конструкции или дизайна не предназначены для ограничения объема изобретения, за исключением случаев, описанных в приведенной ниже формуле изобретения. Поэтому очевидно, что описанные выше конкретные иллюстративные варианты реализации изобретения могут быть изменены, объединены или модифицированы, и все изменения рассматриваются в пределах объема и сущности данного изобретения. Системы и способы, раскрытые в данной заявке с целью иллюстрации, могут соответствующим образом быть реализованы при отсутствии любого из элементов, конкретно не описанного в данной заявке и/или любого дополнительного элемента, описанного в данной заявке. Хотя структура и способы описаны с помощью терминов "содержащий" или "включающий" различные компоненты или этапы, структура и способы могут также "состоять в основном из" или "состоять из" различных компонентов и этапов. Все описанные выше числа и диапазоны могут отличаться в пределах некоторой величины. Во всех случаях, когда описывается числовой диапазон с нижним и верхним пределом, любое число и любой диапазон, входящий в данный диапазон, описываются конкретным образом. В частности, каждый диапазон значений (в виде, "от около а до около b" или, эквивалентно, "от около а до b", или, эквивалентно, "от около а-b"), описанный в данной заявке, следует рассматривать так, что каждое приведенное число и диапазон охватывает широкий диапазон значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют очевидное, обычное значение в случае, если иным образом явно и четко не определены патентообладателем. Кроме того, термины, используемые в формуле изобретения в единственном числе, в данной заявке означают один или более элементов, которые они представляют. В случае, если возникнет какой-либо конфликт при использовании слова или термина из данного описания и одного или более патентов или других документов, которые могут быть включены в данную заявку посредством ссылки, следует использовать определения в соответствии с данным описанием.

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения. Ориентируемый сборочный узел извлекаемого отклоняющего клина содержит устройство извлекаемого отклоняющего клина, содержащее отклоняющую поверхность, которая выполнена с возможностью направлять режущий инструмент в сторону боковой стенки обсадной колонны для создания выхода из обсадной колонны; и ориентирующий переводник, содержащий верхнюю муфту, функционально соединенную с устройством извлекаемого отклоняющего клина, и нижнюю муфту, по меньшей мере частично находящуюся в зацеплении с верхней муфтой, подвижную в азимутальном направлении относительно верхней муфты при развернутой конфигурации и зафиксированную в азимутальном направлении относительно верхней муфты при свернутой конфигурации. Обеспечивается сокращение времени бурения. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Ориентируемый сборочный узел извлекаемого отклоняющего клина, содержащий:

устройство извлекаемого отклоняющего клина, содержащее отклоняющую поверхность, которая выполнена с возможностью направлять режущий инструмент в сторону боковой стенки обсадной колонны для создания выхода из обсадной колонны; и

ориентирующий переводник, содержащий верхнюю муфту, функционально соединенную с устройством извлекаемого отклоняющего клина, и нижнюю муфту, по меньшей мере частично находящуюся в зацеплении с верхней муфтой, подвижную в азимутальном направлении относительно верхней муфты при развернутой конфигурации и зафиксированную в азимутальном направлении относительно верхней муфты при свернутой конфигурации.

2. Сборочный узел по п. 1, дополнительно содержащий:

муфту-защелку, зафиксированную в обсадной колонне; и

узел фиксации, функционально соединенный с устройством извлекаемого отклоняющего клина и выполненный с возможностью входить в зацепление с муфтой-защелкой, для фиксации устройства извлекаемого отклоняющего клина в обсадной колонне.

3. Сборочный узел по п. 2, отличающийся тем, что между устройством извлекаемого отклоняющего клина и узлом фиксации установлен ориентирующий переводник.

4. Сборочный узел по п. 2, отличающийся тем, что ориентирующий переводник выполнен с возможностью ориентировать отклоняющую поверхность в требуемом азимутальном направлении относительно боковой стенки обсадной колонны после того, как устройство извлекаемого отклоняющего клина зафиксировано в обсадной колонне.

5. Сборочный узел по п. 1, отличающийся тем, что верхняя муфта на внутренней поверхности содержит первую совокупность выступов, а нижняя муфта по меньшей мере частично входит в верхнюю муфту и содержит на внешней поверхности вторую совокупность выступов.

6. Сборочный узел по п. 5, отличающийся тем, что в развернутой конфигурации первая и вторая совокупности выступов не находятся в зацеплении друг с другом, и тем, что в свернутой конфигурации первая и вторая совокупности выступов находятся в зацеплении друг с другом.

7. Сборочный узел по п. 5, отличающийся тем, что верхняя и нижняя муфты удерживаются в развернутой конфигурации с помощью одного или более срезных устройств, входящих по меньшей мере частично в верхнюю и нижнюю муфты, причем одно или более срезных устройств выполнены с возможностью предотвращения осевого и/или вращательного движения между верхней и нижней муфтами.

8. Сборочный узел по п. 7, отличающийся тем, что одно или более срезных устройств выполнены с возможностью разрушения при заданной осевой и/или крутящей нагрузке, тем самым позволяя верхней и нижней муфтам свободно вращаться относительно друг друга и переходить в свернутую конфигурацию.

9. Сборочный узел по п. 5, дополнительно содержащий стопорное кольцо, расположенное внутри канавки на внутренней поверхности верхней муфты, отличающийся тем, что, в случае если верхняя и нижняя муфты переходят в свернутую конфигурацию, стопорное кольцо предотвращает выход нижней муфты из верхней муфты.

10. Способ ориентирования устройства извлекаемого отклоняющего клина в стволе скважины в азимутальном направлении, включающий:

подачу устройства извлекаемого отклоняющего клина в ствол скважины, причем устройство извлекаемого отклоняющего клина функционально соединено с ориентирующим переводником, содержащим верхнюю и нижнюю муфты, выполненные с возможностью перехода конфигурации из развернутой в свернутую;

спуск устройства извлекаемого отклоняющего клина в ствол скважины;

ориентирование устройства извлекаемого отклоняющего клина с ориентирующим переводником в требуемом азимутальном направлении относительно ствола скважины; и

переход ориентирующего переводника в свернутую конфигурацию, в которой указанные верхняя и нижняя муфта зафиксированы в азимутальном направлении относительно друг друга.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что спуск устройства извлекаемого отклоняющего клина в ствол скважины включает:

вхождение в зацепление узла фиксации, функционально соединенного с устройством извлекаемого отклоняющего клина с муфтой-защелкой, закрепленной в стволе скважины; и

крепление узла фиксации на муфте-защелке.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что после крепления узла фиксации на муфте-защелке выполняют ориентирование устройства извлекаемого отклоняющего клина в азимутальном направлении.

13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что подача устройства извлекаемого отклоняющего клина в ствол скважины включает:

подачу ориентирующего переводника в развернутой конфигурации в ствол скважины, причем верхняя и нижняя муфты удерживаются в развернутой конфигурации с помощью одного или более срезных устройств; и

предотвращение осевого и/или вращательного движения между верхней и нижней муфтами с помощью одного или более срезных устройств во время спуска ориентирующего переводника в ствол скважины.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что ориентирование устройства извлекаемого отклоняющего клина в азимутальном направлении включает:

срезание одного или более срезных устройств; и

пошаговое перемещение устройства извлекаемого отклоняющего клина на нужный угол поворота.

15. Способ по п. 10, отличающийся тем, что верхняя муфта содержит на внутренней поверхности первую совокупность выступов, а нижняя муфта по меньшей мере частично входит в верхнюю муфту и содержит на внешней поверхности вторую совокупность выступов, и тем, что перемещение ориентирующего переводника в свернутую конфигурацию включает:

одновременное смещение верхней и нижней муфт таким образом, что первая и вторая совокупности выступов будут чередоваться; и

предотвращение выхода нижней муфты из верхней муфты с помощью стопорного кольца, расположенного внутри канавки на внутренней поверхности верхней муфты.

16. Ориентирующий переводник, содержащий:

верхнюю муфту, содержащую первую внутреннюю поверхность, а также вторую внутреннюю поверхность, причем вторая внутренняя поверхность содержит первую совокупность выступов; и

нижнюю муфту, входящую в верхнюю муфту и ограничивающую наружную поверхность, содержащую вторую совокупность выступов, выполненных с возможностью зацепления с первой совокупностью выступов, в случае если верхняя и нижняя муфты переходят из развернутой конфигурации в свернутую конфигурацию, в которой указанные верхняя и нижняя муфта зафиксированы в азимутальном направлении относительно друг друга.

17. Ориентирующий переводник по п. 16, отличающийся тем, что верхняя и нижняя муфты удерживаются в развернутой конфигурации с помощью одного или более срезных устройств, входящих по меньшей мере частично в верхнюю и нижнюю муфты, причем одно или более срезных устройств выполнено, главным образом, с возможностью предотвращения осевого и/или вращательного движения между верхней и нижней муфтами.

18. Ориентирующий переводник по п. 17, отличающийся тем, что одно или более срезных устройств выполнены с возможностью разрушения при заданной осевой и/или крутящей нагрузке, тем самым позволяя верхней и нижней муфтам свободно вращаться относительно друг друга и переходить в свернутую конфигурацию.

19. Ориентирующий переводник по п. 16, дополнительно содержащий стопорное кольцо, расположенное внутри канавки на второй внутренней поверхности, отличающийся тем, что, в случае если верхняя и нижняя муфты переходят в свернутую конфигурацию, стопорное кольцо предотвращает выход нижней муфты из верхней муфты.

20. Ориентирующий переводник по п. 16, отличающийся тем, что первая внутренняя поверхность имеет первый внутренний диаметр, а вторая внутренняя поверхность имеет второй внутренний диаметр, который превышает первый внутренний диаметр.

21. Ориентирующий переводник по п. 16, отличающийся тем, что верхняя муфта соединена с устройством извлекаемого отклоняющего клина, а нижняя муфта соединена с узлом фиксации.

22. Ориентирующий переводник по п. 21, отличающийся тем, что узел фиксации выполнен с возможностью определения местонахождения якорного устройства, расположенного в стволе скважины, и соединения с ним.