ОБОРУДОВАНИЕ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ КОЛЬЦЕВЫМ БАРЬЕРОМ И МУФТОЙ С ОТВЕРСТИЕМ, СПОСОБ И СИСТЕМА Российский патент 2018 года по МПК E21B7/20 E21B33/14 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Целостность ствола скважины почти всегда принимается во внимание при перемещении обсадной колонны или хвостовика во время бурения забойной области скважины. Целостность ствола скважины может быть затронута истощением пласта, сложной траекторией бурения, тектоникой, разломами или реакционно-способными пластами.

Во время буровых работ в бедном геологическом пласте буровое долото может быть объединено с обсадной колонной или хвостовиком. Таким образом, при бурении ствола скважины ствол скважины со слабыми стенками будет облицован. Однако это может привести к проблемам с цементированием обсадной колонны или хвостовика в стволе скважины из-за слабых пластов, неспособных противостоять более тяжелой цементной колонне, приводя к потерям циркуляции цементного раствора и ставя под угрозу целостность цементного покрытия и буровой скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг. 1 иллюстрирует схему буровой системы, содержащую оборудование бурильной колонны в буровой скважине, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует более подробный вид оборудования бурильной колонны, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения.

Фиг. 3 иллюстрирует обсадную колонну после того, как буровое устройство было извлечено, и обсадная колонна находится в месте для цементирования, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения.

Фиг. 4 иллюстрирует схему нижней секции обсадной колонны, изображающую использование затворной пробки 400 для герметизации обсадной колонны, а затем открытие и наполнение пакера, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения.

Фиг. 5 иллюстрирует схему нижней секции обсадной колонны, изображающую процесс открытия отверстия и прокачки цементного раствора над пакером обсадной колонны, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения.

Фиг. 6 иллюстрирует блок-схему, изображающую способ бурения и цементирования, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Чтобы решить некоторые из описанных выше проблем, таких как необходимость поддержания целостности ствола скважины и вращения обсадной колонны/хвостовика во время бурения, а также других устройств, систем и способов, описаных в данном документе, которые могут действовать для улучшения цементирования обсадных колонн или хвостовиков в скважине, которые были помещены в ствол скважины в соединении с буровым долотом. Примеры таких вариантов реализации изобретения теперь будут описаны подробно.

Фиг. 1 иллюстрирует схему бурильной системы, содержащую оборудование бурильной колонны 100 в буровой скважине, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения. Оборудование бурильной колонны проиллюстрировано более подробно на Фиг. 2 и рассмотрено ниже.

Способы, системы и устройства раскрыты для осуществления направленного (т.е. наклонного) бурения. Наклонное бурение может включать операции установки обсадных труб во время бурения и/или операции установки хвостовика во время бурения .

В операциях установки обсадных труб во время бурения обсадная колонна используется в качестве бурильной колонны (т.е. вместо бурильной трубы, сама обсадная колонна вращается и передает вращение буровому долоту, расположенному в забойной области скважины или в нижнем конце обсадной колонны так, что в процессе бурения обсадную колонну спускают в ствол скважины). "Хвостовик" является отдельным видом обсадной колонны, которая не достигает верхней части буровой скважины. Таким образом, в операциях установки хвостовика во время бурения бурильная колонна может содержать бурильную трубу, присоединенную к хвостовику, который в свою очередь присоединен к роторной управляемой системе (РУС) (которая аналогично может быть частью или иным образом содержаться в компоновке низа бурильной колонны (КНБК)).

В интересах краткости, последующие рассуждения относятся только к обсадным колоннам и установке обсадной колонны во время бурения. Благодаря сходству обсадных колонн и хвостовиков, будет подразумеваться, что все ссылки на обсадные колонны и установку обсадной колонны во время бурения являются также ссылками на хвостовики и установку хвостовика во время бурения.

Наклонное бурение может быть выполнено посредством РУС, которая может содержать механизм для отклонения бурового долота радиально от оси бурильной колонны способом "позиционирования долота". РУС расположена в корпусе РУС, который присоединен к обсадной колонне или хвостовику таким образом, что РУС расположена внутри обсадной колонны или хвостовика. РУС, в некоторых вариантах реализации изобретения, может быть частью или иным образом содержаться в КНБК. РУС может быть присоединена к раздвижному расширителю и/или буровому долоту, расположенным в забойной области скважины или в нижнем конце обсадной колонны. Как описано ниже со ссылкой на Фиг. 2, РУС является вращательно неподвижной относительно нижней секции 153 обсадной колонны 150. В то же время, нижняя секция 153 анкеруется и сцепляется с буровой скважиной, таким образом сохраняя РУС и электронные устройства неподвижными для отслеживания положения торца бурового инструмента.

Обращаясь к Фиг. 1, оборудование бурильной колонны 100 расположено в нижнем или скважинном конце обсадной колонны 150, используемой в качестве бурильной колонны. Оборудование бурильной колонны 100 может содержать раздвижной расширитель 110 и буровое долото 111, расположенные в нижнем или скважинном конце обсадной колонны.

Фиг. 1 иллюстрирует буровое долото 111 и раздвижной расширитель 110 в виде отдельных элементов, с раздвижным расширителем 110 смонтированным на внутреннем валу РУС позади бурового долота. Однако буровое долото 111 может само содержать расширитель, и/или буровое долото 111 может содержать любое подходящее устройство для бурения или расширения ствола скважины так, чтобы сделать его существенно шире, чем наружный диаметр обсадной колонны 150 (например, бицентричное долото).

Оборудование бурильной колонны 100 дополнительно содержит РУС 105, расположенную внутри обсадной колонны 150. Некоторая часть или части РУС 105 могут быть функционально соединены с обсадной колонной 150 таким образом, что вращательные усилия от обсадной колонны 150 передаются лишь к функционально присоединенным частям РУС 105 и, в свою очередь, к раздвижному расширителю 110 и/или буровому долоту 111. В таких вариантах реализации изобретения некоторые части РУС 105 (например, ее корпус и компоненты, расположенные на нем), могут функционировать как по существу не вращающиеся части.

В некоторых вариантах реализации изобретения КНБК 100 может содержать забойный двигатель (не показан ссылкой на Фиг. 1, показан ссылкой на Фиг. 2 (201)), который может быть приведен в действие или иным образом активирован, чтобы передавать вращательные усилия на буровое долото, как будет очевидно для специалиста в данной области техники с преимуществом данного раскрытия. В таких вариантах реализации изобретения вращение от забойного двигателя может быть либо в дополнение, либо в замену вращению, сообщаемому буровому долоту посредством вращения обсадной колонны 150. Забойный двигатель содержит ротор и статор, которые совместно используют принцип Муано для вращения бурильной колонны в результате нагнетания флюида (например, бурового раствора) через забойный двигатель.

Обсадная колонна 150 может дополнительно содержать множество соединений 151 обсадных труб. Каждое соединение 151 обсадных труб может быть сегментом обсадной трубы, соединенным последовательно с одним или большим количеством других соединений 151 обсадных труб. Соединения 151 обсадных труб могут в некоторых случаях иметь ориентировочно равную длину и содержать механизмы для соединения с другими соединениями обсадных труб на каждом конце (например, резьбу для резьбового соединения либо непосредственно к другому соединению обсадных труб, либо для соединения с коннектором соединения обсадных труб, способным принимать концы с резьбой двух соединений обсадных труб).

Обсадная колонна 150 может проходить от вершины буровой скважины 160 (например, точки 161) до одной из внутрискважинных точек 163 буровой скважины 160. Некоторые скважины, пробуренные согласно определенным вариантам реализации изобретения согласно данному раскрытию, могут предусматривать использование множества обсадных колонн, в таком случае каждая обсадная колонна будет проходит от вершины 160 буровой скважины до одной из внутрискважинных точек, причем такая внутрискважинная точка может быть другой для каждой обсадной колонны.

Оборудование бурильной колонны 100 содержит вертлюг, проиллюстрированный стилизованным представлением вертлюга 170 показанным на Фиг. 1. Вертлюг 170 может содержать любой подходящий механизм для присоединения двух соединений 151 обсадных труб способом, при котором вращательные усилия от соединений 151 обсадных труб выше вертлюга 170 не передаются соединению или соединениям 151 обсадных труб ниже вертлюга (например, соединения 151 обсадных труб ниже вертлюга 170 могут рассматривать как свободно подвешенные на части обсадной колонны 150 выше вертлюга 170). Таким образом, в вариантах реализации изобретения, в которых обсадная колонна 150 содержит вертлюг 170, обсадная колонна 150 может характеризоваться как содержащая верхнюю секцию (например, верхнюю секцию 152 обсадной колонны) и нижнюю секцию (например, нижнюю секцию 153 обсадной колонны), при этом верхняя секция содержит соединение обсадных труб или присоединения выше вертлюга 170, а нижняя секция содержит соединение обсадных труб или присоединения ниже вертлюга 170. В таких вариантах реализации изобретения, РУС 105 может быть расположена меньшей мере частично внутри и/или присоединена к нижней секции 153 обсадной колонны 150.

В некоторых вариантах реализации изобретения, содержащих вертлюг, обсадная колонна 150 может дополнительно содержать один или несколько центраторов 125, расположенных вдоль участка обсадной колонны 150, внутри которой расположена РУС 105. Эти центраторы могут помочь поддерживать ориентировочно центрированное положение обсадной колонны 150 в буровой скважине 160.

Как отмечено, вертлюг 170 может содержать один или несколько механизмов, которые обеспечивают присоединение двух соединений 151 обсадных труб способом, при котором вращательные усилия от соединений 151 обсадных труб выше вертлюга 170 не передаются присоединению обсадных труб или соединениям 151 ниже вертлюга. Например, вертлюг 170 может содержать один или несколько блоков радиальных подшипников, один или несколько блоков осевых подшипников и механизм уплотнения.

Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей более детализированный вид устройства бурильной колонны 100, согласно различным аспектам данного раскрытия изобретения. Как рассмотрено ранее со ссылкой на Фиг. 1, оборудование бурильной колонны 100 содержит раздвижной расширитель 110 и буровое долото 111, расположенные в нижнем, или скважинном конце обсадной колонны, которая содержит верхнюю секцию 152 выше вертлюга 170 и нижнюю секцию 153 ниже вертлюга 170. Оборудование бурильной колонны 100 дополнительно содержит РУС 105, расположенную внутри обсадной колонны 150. Корпус РУС 105 может быть присоединен к обсадной колонне 150, например, одним или несколькими комплектами фиксаторов 101.

Оборудование бурильной колонны, в одном варианте реализации изобретения, может дополнительно содержать забойный двигатель 201, функционально присоединенный к приводному валу 214 и к верхней секции 152 обсадной колонны (например, фиксаторами 101). Забойный двигатель 201 может быть расположен выше вертлюга 170, как показано на Фиг. 2. В других вариантах реализации изобретения забойный двигатель 201 может быть расположен ниже вертлюга 170, присоединен к трубному элементу поперек вертлюга и присоединен к верхней части обсадной колонны фиксаторами 101. Забойный двигатель 201 может быть выполнен с возможностью приведения в действие (например, посредством пропускания бурового раствора через двигатель, посредством подачи электрического сигнала или посредством любого другого механизма), для передачи вращения приводному валу 214 и, в свою очередь, раздвижному расширителю 110 и долоту 111. Забойный двигатель 201 обеспечивает вращательные усилия приводному валу 214 и, в свою очередь, внутренний вал РУС обеспечивает вращательные усилия раздвижному расширителю 110 и/или буровому долоту 111).

Фиг. 2 дополнительно иллюстрирует по существу невращающуюся (относительно нижней секции 153 обсадной колонны и верхней секции 152 обсадной колонны) РУС 105, присоединенную к обсадной колонне (здесь, нижней секции 153 обсадной колонны), с применением первого комплекта фиксаторов 210 РУС и второго комплекта фиксаторов 215 РУС. Таким образом, комплекты фиксаторов 210, 215 РУС прикрепляют без возможности вращения РУС 105 к нижней секции 153 обсадной колонны.

Приводной вал 214 присоединен к внутреннему валу РУС 105. Внутренний вал РУС 105 функционально соединен с раздвижным расширителем 110 и/или буровым долотом 111, чтобы позволить радиальное отклонение раздвижного расширителя 110 и/или бурового долота 111 относительно продольной оси 250 колонны обсадных труб.

Оборудование бурильной колонны 100 содержит интегрированный кольцевой барьер (например, внешний пакер обсадной колонны) 257 и прокладки 255 обсадной колонны, внешние относительно нижней секции и расположенные на нижней секции 153 обсадной колонны. В одном варианте реализации изобретения внешний пакер 257 обсадной колонны расположен ниже вкладышей 255 обсадной колонны на нижней секции 153 обсадной колонны. Пакер обсадной колонны 257 может использоваться позже во время процесса цементирования для противостояния гидростатическому давлению цементного столба.

Пакер 257 может быть наполнен флюидом (например, буровым раствором), который нагнетают внутрь пакера 257 перед цементированием по способу цементирования обсадной колонны, как рассмотрено ниже.

Прокладки 255 обсадной колонны обеспечивают трение со стенкой ствола скважины для удерживания нижней секции 153 обсадной колонны по существу вращательно неподвижной в стволе скважины. С этой целью помимо прокладок 255 обсадной колонны могут использоваться другие механизмы.

Муфта с отверстиями 260 включена в устройство бурильной колонны 100 выше вертлюга 170. Муфта с отверстиями 260 расположена в верхней секции 152 обсадной колонны и может содержать регулируемый зазор между внутренней частью верхней секции 152 обсадной колонны и кольцевым пространством вокруг верхней секции 152 обсадной колонны. Отверстие 260 может быть открыто для способа цементирования, как рассмотрено ниже со ссылкой на блок-схему Фиг. 6. Оборудование бурильной колонны 100 также способствует более традиционному способу цементирования, если геологический пласт в состоянии поддерживать гидростатическое давление цементного столба при удерживании отверстия 260 закрытым. Таким образом, во время цементирования по способу на Фиг. 6, отверстие 260 является открытым, позволяя цементу проходить через отверстия в верхнюю секцию 152 обсадной колонны и, во время традиционного способа цементирования, отверстия закрыты так, чтобы цемент выходил через торец нижней секции 153 обсадной колонны. Эти идеи показаны и рассмотрены более подробно позже со ссылкой на Фиг. 3-5 в сочетании со способом, проиллюстрированным на Фиг. 6.

Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей обсадную колонну после того, как буровое оборудование было удалено, и обсадная колонна находится на месте для цементирования, согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг. 4 является схемой нижней секции обсадной колонны, иллюстрирующей затворную пробку 400, которая применяется для герметизации обсадной колонны, последующего открытия и расширения пакера, согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг. 5 является схемой нижней секции обсадной колонны, иллюстрирующая процесс открытия отверстия и прокачки цемента выше пакера обсадной колонны, согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг. 6 является блок-схемой, иллюстрирующей способ бурения и цементирования, согласно различным аспектам данного изобретения. Способ нагнетания цемента будет описан ниже, со ссылкой на оборудование бурильной колонны 100 на Фиг. 1-5 .

В блоке 601 выполняется операция установки обсадных труб во время бурения (например, установка обсадных труб во время направленного бурения). Например, эта операция может быть выполнена, как проиллюстрировано на Фиг. 1. В блоке 603, как только скважина пробурена, КНБК будет расцеплена и извлечена посредством ловильных работ в скважине с использованием тросса или бурильной трубы. В случаях применения хвостовика при направленном бурении, КНБК может быть извлечена посредством временного подвешивания хвостовика в исходной обсадной колонне и расцепления внутренней колонны для извлечения КНБК из скважины. Фиг. 3 иллюстрирует извлеченную КНБК, верхнюю и нижнюю секции 152, 153 обсадной колонны в буровой скважине 300, и внешний пакер 257 в сжатом состоянии (т.е. не расширенном).

В блоке 605 определяют, должен ли процесс цементирования обсадной колонны быть закончен традиционным способом (например, отверстие 260 закрыто) или в соответствии с данным раскрытым способом с открытым отверстием 260. Это решение зависит от целостности ствола скважины 300. Если геологический пласт определен как достаточно прочный для противостояния столбу цемента, может быть выполнен традиционный процесс цементирования (например, отверстие 260 закрыто). Если геологический пласт слаб и может быть разрушен столбом цемента, выполняется настоящий способ цементирования с открытым отверстием 260.

При использовании традиционного способа цементирования, в блоке 607 отверстия оставляют закрытыми. В блоке 608, верхний поплавковый клапан спускают в скважину. В блоке 609 цементный раствор нагнетают в скважину с продавочной пробкой, которая может быть размещена на верхнем поплавковом клапане в обсадной колонне. Результат традиционного способа цементирования не проиллюстрирован на Фиг. 3-5.

В блоке 611, при выполнении данного раскрытого способа цементирования, внешний пакер 257 расширен вплотную к стенке ствола скважины 300, а отверстие 260 открыто. Результаты этой операции проиллюстрированы на Фиг. 4 и Фиг. 5. Можно заметить, что внешний пакер 257 теперь большей частью блокирует (например, герметизирует) кольцевое пространство вокруг нижней секции 153 обсадной колонны.

Прокладки 255 обсадной колонны большей частью уменьшают или исключают вращение нижней секции 153 обсадной колонны с РУС таким образом, что нижней секция 153 обсадной колонны по существу вращательно неподвижна относительно верхней секции 152 обсадной колонны.

В блоке 612, после открытия отверстия, пробка для цементирования может быть запущена в скважину, которая подлежит цементированию, с внутренней колонной или путем нагнетания пробки поплавкового клапана до размещения на одном из фиксаторов 101 в верхней секции обсадной колонны. Поплавковый клапан будет препятствовать тому, чтобы цемент выполнил эффект сообщающихся сосудов внутри обсадной колонны. Пробка 400 используется для открытия отверстия внешней пробки обсадной колонны.

В блоке 613, цементирование начинается нагнетанием цементного раствора в скважину посредством обсадной колонны с цементной продавочной пробкой, которая расположена в верхнем поплавковом клапане. Поток цемента проиллюстрирован на Фиг. 5, перемещающийся к низу верхней секции 152 обсадной колонны и выходящий из отверстия 260. Продавочная пробка и поплавковый клапан 500 проиллюстрированы на Фиг. 5. Во время цементирования верхняя секция 152 обсадной колонны может вращаться для улучшения цементного покрытия и сцепления. Продавочная пробка и поплавковый клапан 500 могут избежать возникновения эффекта сообщающихся сосудов. Эффект сообщающихся сосудов разъяснен ниже. Фиг. 5 теперь иллюстрирует законченный способ цементирования с цементным столбом на месте 500 в верхней секции 152 обсадной колонны. Последующее бурение может использовать буровое долото для удаления цемента внутри обсадной колонны.

Возникновение эффекта сообщающихся сосудов может быть объяснено при допущении, что столб Y трубы представляет кольцевое пространство, а столб X представляет трубу (бурильная колонна) в скважине. Нижняя часть сообщающихся сосудов представляет нижнюю часть скважины. В большинстве случаев флюиды создают гидростатические давления как в трубе, так и в кольцевом пространстве. Атмосферным давлением можно пренебречь, так как оно действует одинаково на оба столба. Если флюид и в трубе, и в кольцевом пространстве будет иметь одинаковую плотность, то гидростатические давления будут равны, и флюид останется в статическом равновесии по обе стороны смежных сосудов. Если флюид в кольцевом пространстве более тяжелый, он окажет давление вниз и будет перетекать в бурильную колонну, вытесняя часть более легкого флюида из колонны и вызывая поток на поверхность. Уровень флюида в кольцевом пространстве будет падать до тех пор, пока давления не уравняются. Это происходит потому, что разность гидростатических давлениях вынуждает жидкость двигаться, пока не будет достигнута точка равновесия. Это явление, как правило, упоминается как эффект сообщающихся сосудов, и это объясняет, почему возможно вытекание из трубы при создании соединений.

Способ по Фиг. 6 может использоваться для размещения управляемого хвостовика. В таком вариант реализации изобретения РУС фиксируют или присоединяют к нижней части хвостовика.

Пример 1 представляет собой оборудование направленной бурильной колонны, содержащее:

верхнюю секцию обсадной колонны, содержащую муфту с отверстием, которая обеспечивает зазор между верхней секцией обсадной колонны и кольцевым пространством вокруг верхней секции обсадной колонны; и нижнюю секцию обсадной колонны, присоединенную к верхней секции обсадной колонны посредством вертлюга, причем нижняя секция обсадной колонны содержит: кольцевой барьер, присоединенный к внешней части нижней секции обсадной колонны; и прокладку обсадной колонны, присоединенной к внешней части нижней секции обсадной колонны; при этом внешний пакер обсадной колонны является расширяемым в направлении кольцевого пространства вокруг нижней секции обсадной колонны перед цементированием.

В примере 2, объект изобретения из примера 1 может дополнительно содержать роторную управляемую систему (РУС) и корпус РУС, расположенные в нижней секции обсадной колонны.

В примере 3, объект изобретения из примеров 1-2 может дополнительно содержать корпус РУС, присоединенный к нижней части обсадной колонной по меньшей мере одним комплектом фиксаторов, таким образом, что корпус РУС является по существу вращательно неподвижным относительно верхней секции обсадной колонны.

В примере 4, объект изобретения из примеров 1-3 может дополнительно содержать нижнюю секцию обсадной колонны, выполненную с возможностью быть неподвижной, в то время как верхняя секция обсадной колонны выполнена с возможностью вращаться с муфтой с отверстиями, открытыми во время цементирования.

В примере 5, объект изобретения из примеров 1-4 может дополнительно содержать буровое долото, присоединенное к внутреннему валу РУС.

В примере 6, объект изобретения из примеров 1-5 может дополнительно содержать забойный двигатель, присоединенный к приводному валу, при этом приводной вал присоединен к внутреннему валу РУС.

В примере 7, объект изобретения из примеров 1-6 может дополнительно содержать раздвижной расширитель, присоединенный к внутреннему валу РУС между буровым долотом и РУС.

В примере 8, объект изобретения из примеров 1-7 может дополнительно содержать буровое долото, при этом буровое долото дополнительно содержит раздвижной расширитель.

В примере 9, объект изобретения из примеров 1-8 может дополнительно содержать кольцевой барьер, содержащий внешний пакер обсадной колонны, который выполнен с возможностью расширения флюидом.

В примере 10, объект изобретения из примеров 1-9 может дополнительно содержать верхнюю секцию обсадной колонны, при этом верхняя секция обсадной колонны содержит верхнюю секцию хвостовика, а нижняя секция обсадной колонны представляет собой нижнюю секцию хвостовика.

Примером 11 является способ бурения и цементирования, включающий:
выполнение операции бурения, с использованием компоновки низа бурильной колонны, для создания ствола скважины; открытие отверстий в верхней секции обсадной колонны; расширение внешнего пакера в нижней секции обсадной колонны, присоединенного к верхней секции обсадной колонны, вплотную к стенке ствола скважины; и нагнетание цементного раствора и цементной продавочной пробки в скважину через обсадную колонну, при этом открытые отверстия выполнены с возможностью обеспечить цементному раствору выход из верхней секции обсадной колонны в кольцевое пространство, а внешний пакер выполнен с возможностью останавливать продвижение цементного раствора в скважину за внешний пакер.

В примере 12, объект изобретения из примера 11 может дополнительно включать операцию бурения, которая включает установку обсадной колонны во время операции направленного бурения.

В примере 13, объект изобретения из примеров 11-12 может дополнительно включать операцию бурения, которая включает установку хвостовика во время операции направленного бурения.

В примере 14, объект изобретения из примеров 11-13 может дополнительно включать вращение верхней секции обсадной колонны при нагнетании цементного раствора.

В примере 15, объект изобретения из примеров 11-14 может дополнительно содержать поддержание нижней секции обсадной колонны, присоединенной к верхней секции обсадной колонны посредством вертлюга, по существу вращательно неподвижным способом относительно верхней секции обсадной колонны.

В примере 16, объект изобретения из примеров 11-15 может дополнительно включать операцию бурения, включающую операцию управляемого бурения.

В примере 17, объект изобретения из примеров 11-16 может дополнительно включать извлечение компоновки низа бурильной колонны перед нагнетанием цементного раствора.

Пример 18 представляет собой буровую систему, содержащую: оборудование бурильной колонны, содержащее: верхнюю секцию обсадной колонны, содержащую муфту с отверстиями, которая обеспечивает регулируемый зазор от внутренней части верхней секции обсадной колонны до кольцевого пространства, окружающего верхнюю секцию обсадной колонны; и нижнюю секцию обсадной колонны, присоединенную к верхней секции обсадной колонны посредством вертлюга, при этом нижняя секция обсадной колонны содержит: внешний пакер обсадной колонны, присоединенный к внешней части нижней секции обсадной колонны, причем внешний пакер обсадной колонны выполнен с возможностью расширения вплотную к стенке ствола скважины перед операцией цементирования; при этом верхняя секция обсадной колонны выполнена с возможностью вращения во время операции цементирования, в то время как нижняя секция обсадной колонны является по существу вращательно неподвижной, относительно верхней секции обсадной колонны.

В примере 19, объект изобретения из примера 18 может дополнительно содержать прокладку обсадной трубы, соединенную с нижней секцией обсадной колонны выше внешнего пакера обсадной колонны, и выполненный с возможностью удерживания нижней секции обсадной колонны вращательно неподвижной в скважине.

В примере 20, объект изобретения из примеров 18-19 может дополнительно содержать роторную управляемую систему (РУС) позиционирования долота, расположенную в нижней секции обсадной колонны, при этом корпус РУС соединен с нижней секцией обсадной колонны по меньшей мере одним комплектом фиксаторов.

[001] Независимо от того, что в данном документе описаны и показаны конкретные варианты реализации изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что любое приспособление, рассчитанное для достижения такой же цели, может быть подставлено вместо представленных конкретных вариантов реализации изобретения. В различных вариантах реализации изобретения используются перестановки и/или комбинации вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе. Следует понимать, что приведенное выше описание носит иллюстративный, а не ограничительный характер, и что фразеология или терминология в данном документе служат описательной цели. Комбинации описанных выше вариантов реализации изобретения и других вариантов реализации будут очевидны для специалистов в данной области техники после изучения приведенного выше описания.

Группа изобретений относится к области строительства скважин и, в частности, к обеспечению целостности ствола скважины в сложных геологических условиях с вращением обсадной колонны/хвостовика во время бурения, а также других устройств и приемов, обеспечивающих улучшения цементирования обсадных колонн или хвостовиков в скважине в соединении с буровым долотом. Технический результат – повышение эффективности крепления скважин. Для этого буровая система содержит верхнюю секцию обсадной колонны. Она имеет муфту с отверстиями, которая обеспечивает регулируемый зазор от внутренней части верхней секции обсадной колонны до кольцевого пространства, окружающего верхнюю секцию обсадной колонны. Буровая система содержит также нижнюю секцию обсадной колонны. Она присоединена к верхней секции обсадной колонны посредством вертлюга. Нижняя секция обсадной колонны содержит внешний пакер обсадной колонны. Он присоединен к внешней части нижней секции обсадной колонны. Внешний пакер обсадной колонны выполнен с возможностью расширения вплотную к стенке ствола скважины перед операцией цементирования. При этом верхняя секция обсадной колонны выполнена с возможностью вращения во время операции цементирования, в то время как нижняя секция обсадной колонны является, по существу, вращательно неподвижной относительно верхней секции обсадной колонны. Кроме того, буровая система дополнительно содержит прокладку обсадной трубы. Она присоединена к нижней секции обсадной колонны выше внешнего пакера обсадной колонны и выполнена с возможностью удерживания нижней секции обсадной колонны вращательно неподвижной в буровой скважине. Внутри нижней секции обсадной колонны расположена роторная управляемая система (РУС) позиционирования долота с корпусом. К внутреннему валу РУС присоединено буровое долото. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Оборудование бурильной колонны для направленного бурения, содержащее:

верхнюю секцию обсадной колонны, содержащую муфту с отверстиями, которая обеспечивает зазор от верхней секции обсадной колонны в кольцевое пространство вокруг верхней секции обсадной колонны;

нижнюю секцию обсадной колонны, присоединенную к верхней секции обсадной колонны посредством вертлюга, при этом нижняя секция обсадной колонны содержит:

внешний пакер обсадной колонны, присоединенный к внешней части нижней секции обсадной колонны; и

прокладку обсадной колонны, присоединенную к внешней части нижней секции обсадной колонны и выполненную с возможностью удерживания нижней секции обсадной колонны, по существу, вращательно неподвижной в стволе скважины;

роторную управляемую систему (РУС) с корпусом РУС, расположенные внутри нижней секции обсадной колонны; и

буровое долото, присоединенное к внутреннему валу РУС;

причем внешний пакер обсадной колонны является расширяемым к кольцевому пространству вокруг нижней секции обсадной колонны до цементирования.

2. Оборудование бурильной колонны по п. 1, отличающееся тем, что корпус РУС присоединен к нижней части обсадной колонны по меньшей мере одним комплектом фиксаторов таким образом, что корпус РУС является, по существу, вращательно неподвижным относительно верхней секции обсадной колонны.

3. Оборудование бурильной колонны по п. 2, отличающееся тем, что верхняя секция обсадной колонны выполнена с возможностью вращаться с муфтой с отверстиями, открытыми во время цементирования.

4. Оборудование бурильной колонны по п. 1, дополнительно содержащее забойный двигатель, присоединенный к приводному валу, при этом приводной вал присоединен к внутреннему валу РУС.

5. Оборудование бурильной колонны по п. 1, дополнительно содержащее раздвижной расширитель, присоединенный к внутреннему валу РУС между буровым долотом и РУС.

6. Оборудование бурильной колонны по п. 1, отличающееся тем, что буровое долото дополнительно содержит раздвижной расширитель.

7. Оборудование бурильной колонны по п. 1, отличающееся тем, что внешний пакер обсадной колонны выполнен с возможностью расширения флюидом.

8. Оборудование бурильной колонны по п. 1, отличающееся тем, что верхняя секция обсадной колонны содержит верхнюю секцию хвостовика, а нижняя секция обсадной колонны является нижней секцией хвостовика.

9. Способ бурения и цементирования, включающий:

выполнение операции бурения компоновкой низа бурильной колонны для образования ствола скважины;

открытие отверстий в верхней секции обсадной колонны;

расширение внешнего пакера в нижней секции обсадной колонны, присоединенной к верхней секции обсадной колонны, вплотную к стенке ствола скважины и

нагнетание цементного раствора и скважинной цементной продавочной пробки через обсадную колонну, при этом открытые отверстия выполнены с возможностью выхода цементного раствора из верхней секции обсадной колонны в кольцевое пространство, а внешний пакер выполнен с возможностью останавливать цементный раствор от продвижения в скважине за внешний пакер;

причем способ дополнительно включает поддержание нижней секции обсадной колонны, присоединенной к верхней секции обсадной колонны посредством вертлюга, по существу, вращательно неподвижной в стволе скважины.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что операция бурения включает операцию установки обсадных труб во время направленного бурения.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что операция бурения включает операцию установки хвостовика во время направленного бурения.

12. Способ по п. 9, дополнительно включающий вращение верхней секции обсадной колонны при нагнетании цементного раствора.

13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что операция бурения включает операцию направленного бурения.

14. Способ по п. 9, дополнительно включающий извлечение компоновки низа бурильной колонны перед нагнетанием цементного раствора.

15. Буровая система, содержащая:

оборудование бурильной колонны, содержащее:

верхнюю секцию обсадной колонны, содержащую муфту с отверстиями, которая обеспечивает регулируемый зазор от внутренней части верхней секции обсадной колонны до кольцевого пространства, окружающего верхнюю секцию обсадной колонны; и

нижнюю секцию обсадной колонны, присоединенную к верхней секции обсадной колонны посредством вертлюга, при этом нижняя секция обсадной колонны содержит:

внешний пакер обсадной колонны, присоединенный к внешней части нижней секции обсадной колонны, причем внешний пакер обсадной колонны выполнен с возможностью расширения вплотную к стенке ствола скважины перед операцией цементирования;

при этом верхняя секция обсадной колонны выполнена с возможностью вращения во время операции цементирования, в то время как нижняя секция обсадной колонны является, по существу, вращательно неподвижной относительно верхней секции обсадной колонны,

причем буровая система дополнительно содержит:

прокладку обсадной трубы, присоединенную к нижней секции обсадной колонны выше внешнего пакера обсадной колонны и выполненную с возможностью удерживания нижней секции обсадной колонны вращательно неподвижной в буровой скважине;

роторную управляемую систему (РУС) позиционирования долота с корпусом РУС, расположенные внутри нижней секции обсадной колонны; и

буровое долото, присоединенное к внутреннему валу РУС.

16. Буровая система по п. 15, отличающаяся тем, что корпус РУС присоединен к нижней секции обсадной колонны по меньшей мере одним комплектом фиксаторов.