УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ БОКОВОГО КАНАЛА ИЗ СТВОЛА СКВАЖИНЫ Российский патент 2018 года по МПК E21B23/08 E21B21/08 E21B7/08 

Предложены усовершенствованный способ и устройство для выполнения бокового канала из ствола скважины. Более конкретно, предложен усовершенствованный способ выполнения боковых каналов, выходящих из ствола скважины в пласт породы, в соответствии с которым по меньшей мере одна направленная вбок буровая штанга может перемещаться в осевом направлении в основном стволе, при этом ведущий концевой участок буровой штанги снабжен буровым долотом, которое приводится в действие вращательной буровой штангой. Предметом изобретения является также устройство для выполнения бокового канала из ствола скважины.

Основной ствол образует собой главный канал, идущий по меньшей мере через часть скважины. Получение более узких каналов, проходящих в пласт породы, окружающий ствол скважины, может оказать большую пользу для повышения производительности скважины в случаях, когда необходимо точно определить состояние скважины и когда предстоит произвести техобслуживание скважины.

Широко известна технология обработки карбонатных пластов породы кислотой с целью возбуждения скважины. В системах, известных из предшествующего уровня техники, приходится закачивать в скважину относительно большие объемы соляной кислоты. Результаты обработки часто оказываются довольно скромными. Если кислота не поступает в целевые участки скважины, обработка может даже привести к нежелательному повышению водо- и газопритока.

Причинами отсутствия нужных результатов могут быть разрушение скелета породы пласта или растекание кислоты по его природным трещинам.

Для повышения производительности скважины было предложено несколько способов. Так, известен способ установки отклоняющего башмака в боковом ответвлении основного ствола. Затем с поверхности спускают прикрепленный к колонне гибких непрерывных труб шланг для размыва, который отклоняется через ответвление основного ствола и далее в пласт по мере того, как он растворяется кислотой. Хотя благодаря этому способу гарантируется поступление кислоты в нужную часть пласта, имеют место образование в пласте ненужных ходов и последовательное размывание боковых каналов.

В документе ЕР 2098679 раскрыт основной ствол с узкими трубами, направленными в сторону пласта породы. Узкие трубы телескопически входят в пласт породы.

В документе WO 2012105850 предложено направлять в сторону пласта узкую трубу. На основной ствол или внутрь него можно поместить несколько узких труб, которые выполнены так, чтобы они заходили в пласт породы. К узким трубам могут быть прикреплены датчики. На ведущем конце узкой трубы установлено буровое долото. Однако, если не считать двигателя, расположенного рядом с буровым долотом, не предложено никакого иного способа передачи энергии на это долото.

Целью настоящего изобретения является устранение или сведение к минимуму по меньшей мере одного из недостатков известных систем.

Указанная цель достигается согласно изобретению благодаря признакам, раскрытым в нижеследующем описании и в прилагаемых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложен способ выполнения боковых каналов из ствола скважины в пласт породы, в соответствии с которым по меньшей мере одна направленная вбок буровая штанга может перемещаться в осевом направлении в трубчатом элементе основного ствола, при этом ведущий концевой участок буровой штанги снабжен буровым долотом, которое приводится в действие вращательной буровой штангой, причем данный способ включает в себя следующее:

- присоединяют к вращательной буровой штанге в трубчатом элементе основного ствола аксиально подвижный двигатель, приводимый в действие текучей средой, для приведения во вращение буровой штанги в трубчатом элементе основного ствола; и

- направляют поток в трубчатом элементе основного ствола через двигатель, приводимый в действие текучей средой, для создания вращения бурового долота посредством буровой штанги.

Способ может включать в себя следующее: вставляют буровую штангу через направленную вбок невращающуюся трубу, выполненную с возможностью ее осевого перемещения в трубчатом элементе основного ствола.

Способ может включать в себя следующее: пропускают, по меньшей мере, невращающуюся трубу или буровую штангу через отверстие в стенке трубчатого элемента основного ствола, предпочтительно - в месте, отстоящем от концевого участка основного ствола.

Способ может включать в себя следующее: направляют часть потока текучей среды, протекающего в трубчатом элементе основного ствола через двигатель, приводимый в действие текучей средой, возможно - с ограниченным перепуском текучей среды в обход двигателя, приводимого в действие текучей средой.

Способ может включать в себя подвергание, по меньшей мере, невращающейся трубы или буровой штанги действию перепада давлений между давлением в основном стволе и в кольцевом пространстве ствола скважины, вследствие чего она перемещается под действием гидравлических сил в сторону пласта породы.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложено трубное устройство для выполнения боковых каналов из ствола скважины в пласт породы, в котором по меньшей мере одна направленная вбок буровая штанга может перемещаться в осевом направлении в трубчатом элементе основного ствола, и при этом ведущий концевой участок буровой штанги снабжен буровым долотом, который приводится в действие вращательной буровой штангой, причем предусмотрен двигатель, приводимый в действие текучей средой, выполненный с возможностью его осевого перемещения в трубчатом элементе основного ствола, соединенный с вращательной буровой штангой в трубчатом элементе основного ствола и выполненный с возможностью его приведения в действие потоком текучей среды в трубчатом элементе основного ствола.

Буровая штанга может быть заключена в невращающуюся трубу. По меньшей мере, невращающаяся труба или буровая штанга проходит через отверстие в стенке трубчатого элемента основного ствола, предпочтительно - в месте, отстоящем от концевого участка трубчатого элемента основного ствола.

По меньшей мере, невращающаяся труба или буровая штанга может подвергаться перепаду давлений между давлением в трубчатом элементе основного ствола и в кольцевом пространстве ствола скважины, вследствие чего она перемещается под действием гидравлических сил в сторону пласта породы.

По меньшей мере, невращающаяся труба или буровая штанга может подвергаться перепаду давлений на двигателе, приводимом в действие текучей средой, в трубчатом элементе основного ствола, вследствие чего она перемещается под действием гидравлических сил в сторону пласта породы.

Двигатель, приводимый в действие текучей средой, может быть выполнен с возможностью перемещения по направляющим в трубчатом элементе основного ствола. Может быть предусмотрен перепускной канал. Благодаря этому гидравлическое сопротивление через дроссель в виде кольца поддерживается постоянным в процессе перемещения двигателя, приводимого в действие текучей средой, вдоль по трубчатому элементу основного ствола.

Перепускной канал может иметь дроссель, который можно регулировать с целью получения требуемого перепада давления на двигателях, приводимых в действие текучей средой. Это легко достигается посредством надлежащего выбора длины корпуса двигателя, приводимого в действие текучей средой, в сочетании с фактическим поперечным сечением кольцевого пространства. Можно также применить клапанные системы для получения нужного перепада давления в текучей среде, проходящей мимо каждого двигателя, приводимого в действие текучей средой.

Невращающаяся труба может быть соединена с корпусом двигателя, приводимого в действие текучей средой. Благодаря этому удается предотвратить поворот невращающейся трубы, если предотвращается вращение корпуса, например, посредством направляющих в трубчатом элементе основного ствола.

Может быть предусмотрена невращающаяся труба или бурильная труба, соединенная с другим двигателем, приводимым в действие текучей средой, может проходить двигатель, приводимый в действие текучей средой, в трубчатом элементе основного ствола.

Текучая среда в трубчатом элементе основного ствола может проходить через более чем один двигатель, приводимый в действие текучей средой.

Двигатель, приводимый в действие текучей средой, может представлять собой использовать турбину, лопастной двигатель, поршневой двигатель, винтовой двигатель или шнековый двигатель.

Благодаря способу и устройству согласно изобретению найдено простое и надежное решение проблемы подачи крутящего момента на буровое долото невращающейся трубы, отходящей от основного ствола. Эти способ и устройство особенно пригодны в случаях, когда предстоит введение в пласт породы более чем одной невращающейся трубы.

Ниже в качестве примера приводится описание предпочтительных способа и устройства со ссылками на приложенные чертежи, где:

- фиг. 1 иллюстрирует разрез ствола скважины с трубчатым элементом основного ствола, причем в трубчатом элементе основного ствола имеется невращающаяся труба для выполнения боковых каналов в пласте породы, а также двигатель, приводимый в действие текучей средой, согласно изобретению;

- фиг. 2 иллюстрирует в увеличенном масштабе разрез I-I по фиг. 1;

- фиг. 3 иллюстрирует в еще большем масштабе буровое долото и невращающуюся трубу в исходном положении;

- фиг. 4 иллюстрирует в увеличенном масштабе компоненты, показанные на фиг. 1.

На чертежах позицией 1 обозначен ствол скважины в пласте 2 породы. В стволе 1 скважины находится трубчатый элемент 4 основного ствола.

Имеется первая невращающаяся труба 6, проходящая через втулку 8 в отверстии 10, выполненном в трубчатом элементе 4, и далее входящая в боковой канал 11 в пласте 2 породы. На фиг. 1 показаны также вторая невращающаяся труба 12 и третья невращающаяся труба 14, которые проходят через соответствующие втулки 8, при этом в разрезе показаны только пласт 2 породы и трубчатый элемент 4 основного ствола.

Ниже по тексту в ситуациях, когда описание относится ко всем трем невращающимся трубам - первой 6, второй 12 и третьей 14, - употребляется термин «невращающиеся трубы».

На своих ведущих концевых участках 16 невращающиеся трубы 6, 12, 14 снабжены буровым долотом 18, а на противоположных концах эти невращающиеся трубы 6, 12, 14 соединены с корпусами 20 соответственно первого 22, второго 24 и третьего 26 двигателей, приводимых в действие текучей средой. Как видно на фиг. 4, предусмотрена буровая штанга 28, проходящая через первую невращающуюся трубу 6, соединяя установленное на ведущем концевом участке 16 буровое долото 18 с ротором 30 первого двигателя 22, приводимого в действие текучей средой.

Как показано в увеличенном масштабе на фиг. 4, втулка 8 расположена под углом 32 относительно центральной линии 34 трубчатого элемента 4 основного ствола. Благодаря этому втулка 8 обеспечивает направление первой невращающейся трубы 6 в пласт 2 породы. Угол 32 может быть как фиксированным, так и изменяемым.

В исходном убранном положении буровое долото 18 располагается внутри втулки 8 (см. фиг. 3).

Опционально, направляющие 36 могут располагаться в кольцевом пространстве 38 между двигателями 22, 24, 26, приводимыми в действие текучей средой, и трубчатым элементом 4 основного ствола. Направляющие 36 удерживают корпусы 20 двигателей 22, 24, 26, приводимых в действие текучей средой, в положении по центру трубчатого элемента 4 основного ствола при их перемещении по этому стволу.

Как видно на чертежах, вторая и третья невращающиеся трубы 12, 14 проходят через кольцевое пространство 38, окружающее первый двигатель 22, приводимый в действие текучей средой. Благодаря этому становится возможным размещать несколько двигателей 22, 24, 26, приводимых в действие текучей средой, в разных положениях вдоль трубчатого элемента 4 основного ствола.

Сопротивление потоку через каждое кольцевое пространство 38, которое может образовывать дроссель относительно каждого из двигателей 22, 24, 26, приводимых в действие текучей средой, можно регулировать с целью получения нужного перепада давления на двигателях 22, 24, 26, приводимых в действие текучей средой. Это легко достигается посредством надлежащего выбора длины корпуса 20, а также фактического поперечного сечения кольцевого пространства 38. Можно также применить клапанные системы (не показаны).

В этом предпочтительном варианте осуществления двигатели 22, 24, 26, приводимые в действие текучей средой, выполнены в виде турбинных двигателей. В других вариантах осуществления, которые не проиллюстрированы, возможно использование любых пригодных для этого двигателей, приводимых в действие текучей средой, и в частности, лопастных двигателей, поршневых двигателей, винтовых двигателей или шнековых двигателей.

При протекании текучей среды по трубчатому элементу 4 основного ствола по меньшей мере часть текучей среды протекает через двигатели 20, 24, 26, приводимые в действие текучей средой. Ротор 30 первого двигателя 20, приводимого в действие текучей средой, начинает вращаться и передает вращение на буровое долото 18 через вращательную буровую штангу 26 в первой невращающейся трубе 6. В исходном положении буровое долото находится в своей втулке 8, см. фиг. 3.

Общая гидравлическая сила, создаваемая перепадом давлений на первом двигателе 20, приводимом в действие текучей средой, и разностью давлений между пространствами внутри и снаружи трубчатого элемента 4 основного ствола, приводит к смещению первой невращающейся трубы 6 за пределы трубчатого элемента 4 основного ствола и далее в пласт 2 породы, как показано на фиг. 1.

Поскольку поперечное сечение бурового долота 18 пренебрежимо мало по сравнению с поперечным сечением трубчатого элемента 4 основного ствола, ротор 30 может иметь относительно большой диаметр. Необходимый перепад давления на двигателях 20, 22, 24, приводимых в действие текучей средой, незначителен. Как показано в этом варианте осуществления, одним и тем же потоком текучей среды в основном стволе 4 могут приводиться в действие, по существу, более трех двигателей 20, 22, 24, приводимых в действие текучей средой.

В альтернативном, более простом варианте осуществления одна или более невращающихся труб 6, 12, 14 могут отсутствовать. Буровая штанга 28 проходит через отверстие 10 в трубном элементе 2 основного ствола.

Группа изобретений относится к области обработки удаленной от скважины зоны пласта за счет выполнения боковых каналов из ствола скважины. Получение более узких каналов, проходящих в пласт породы, окружающий ствол скважины, может оказать большую пользу для повышения производительности скважины в случаях, когда необходимо точно определить состояние скважины и когда предстоит произвести техобслуживание скважины. Технический результат – повышение эффективности выполнения боковых каналов. По способу выполнения боковых каналов из ствола скважины в пласт по меньшей мере одну направленную вбок буровую штангу выполняют с возможностью ее перемещения в осевом направлении в трубчатом элементе основного ствола. При этом ведущий концевой участок буровой штанги снабжают буровым долотом, приводимым в действие вращательной буровой штангой. Присоединяют к вращательной буровой штанге в трубчатом элементе основного ствола аксиально подвижный двигатель, приводимый в действие текучей средой, для приведения во вращение буровой штанги в трубчатом элементе основного ствола. Направляют поток в трубчатом элементе основного ствола через двигатель, приводимый в действие текучей средой, для создания вращения бурового долота посредством буровой штанги. Ограничивают перепуск текучей среды в обход двигателя, приводимого в действие текучей средой. За счет этого подвергают буровую штангу воздействию перепада давлений между давлением в трубчатом элементе основного ствола и в кольцевом пространстве ствола, обеспечивающему перемещение буровой штанги под действием гидравлических сил в сторону пласта. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ выполнения боковых каналов (11) из ствола (1) скважины в пласт (2) породы, в соответствии с которым по меньшей мере одна направленная вбок буровая штанга (28) выполнена с возможностью ее перемещения в осевом направлении в трубчатом элементе (4) основного ствола, при этом ведущий концевой участок (16) буровой штанги (28) снабжен буровым долотом (18), приводимым в действие вращательной буровой штангой (28),

отличающийся тем, что данный способ включает в себя следующее:

- присоединяют к вращательной буровой штанге (28) в трубчатом элементе (4) основного ствола аксиально подвижный двигатель (22, 24, 26), приводимый в действие текучей средой, для приведения во вращение буровой штанги (28) в трубчатом элементе (4) основного ствола; и

- направляют поток в трубчатом элементе (4) основного ствола через двигатель (22, 24, 26), приводимый в действие текучей средой, для создания вращения бурового долота (18) посредством буровой штанги (28), ограничивают перепуск текучей среды в обход двигателя (22, 24, 26), приводимого в действие текучей средой, подвергая тем самым буровую штангу (28) воздействию перепада давлений между давлением в трубчатом элементе (4) основного ствола и в кольцевом пространстве ствола (1) скважины, обеспечивающему перемещение буровой штанги (28) под действием гидравлических сил в сторону пласта (2) породы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что данный способ включает в себя следующее: вставляют буровую штангу (28) через направленную вбок невращающуюся трубу (6, 12, 14), выполненную с возможностью ее осевого перемещения в трубчатом элементе (4) основного ствола.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что данный способ включает в себя следующее: пропускают, по меньшей мере, невращающуюся трубу (6, 12, 14) или буровую штангу (28) через отверстие (10) в стенке трубчатого элемента (4) основного ствола в месте, отстоящем от концевого участка трубчатого элемента (4) основного ствола.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что данный способ включает в себя следующее: направляют часть потока текучей среды, протекающего в трубчатом элементе (4) основного ствола, через двигатель (22, 24, 26), приводимый в действие текучей средой.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что данный способ включает в себя следующее: подвергают, по меньшей мере, невращающуюся трубу (6, 12, 14) воздействию перепада давлений между давлением в трубчатом элементе (4) основного ствола и в кольцевом пространстве ствола (1) скважины.

6. Трубное устройство для выполнения боковых каналов (11) из ствола (1) скважины в пласт (2) породы, в котором по меньшей мере одна направленная вбок вращательная буровая штанга (28) выполнена с возможностью ее осевого перемещения в трубчатом элементе (4) основного ствола, при этом ведущий концевой участок (16) буровой штанги (28) снабжен буровым долотом (18), приводимым в действие вращательной буровой штангой (28),

отличающееся тем, что предусмотрен двигатель (22, 24, 26), приводимый в действие текучей средой, выполненный с возможностью его осевого перемещения в трубчатом элементе (4) основного ствола, соединенный с вращательной буровой штангой (28) в трубчатом элементе (4) основного ствола и выполненный с возможностью его приведения в действие потоком текучей среды в трубчатом элементе (4) основного ствола, и

буровая штанга (28) подвергается воздействию перепада давлений на двигателе (22, 24, 26), приводимом в действие текучей средой, в трубчатом элементе (4) основного ствола, вследствие чего обеспечено ее перемещение под действием гидравлических сил в сторону пласта (2) породы.

7. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что буровая штанга (28) заключена в невращающуюся трубу (6, 12, 14).

8. Трубное устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, невращающаяся труба (6, 12, 14) или буровая штанга (28) проходит через отверстие (10) в стенке трубчатого элемента (4) основного ствола в месте, отстоящем от концевого участка трубчатого элемента (4) основного ствола.

9. Трубное устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, невращающаяся труба (6, 12, 14) или буровая штанга (28) подвергнуты воздействию перепада давлений между давлением в трубчатом элементе (4) основного ствола и в кольцевом пространстве ствола (1) скважины, вследствие чего обеспечено ее перемещение под действием гидравлических сил в сторону пласта (2) породы.

10. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что невращающаяся труба (6, 12, 14) подвергнута воздействию перепада давлений на двигателе (22, 24, 26), приводимом в действие текучей средой, в трубчатом элементе (4) основного ствола.

11. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что двигатель (22, 24, 26), приводимый в действие текучей средой, выполнен с возможностью осевого перемещения в трубчатом элементе (4) основного ствола.

12. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что двигатель (22, 24, 26), приводимый в действие текучей средой, выполнен с возможностью перемещения по направляющей (36) в трубчатом элементе (4) основного ствола.

13. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что в перепускном канале (38) предусмотрен дроссель.

14. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что невращающаяся труба (6, 12, 14) соединена с корпусом (20) двигателя (22, 24, 26), приводимого в действие текучей средой.

15. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что предусмотрена невращающаяся труба (6, 12, 14), соединенная с другим двигателем (22, 24, 26), приводимым в действие текучей средой, проходящая мимо двигателя (22, 24, 26), приводимого в действие текучей средой, в трубчатом элементе (4) основного ствола.

16. Трубное устройство по п. 6, отличающееся тем, что текучая среда в трубчатом элементе (4) основного ствола проходит через более чем один двигатель (22, 24, 26), приводимый в действие текучей средой.