СИСТЕМА БУРЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ СРАБАТЫВАНИЕМ ПЛОЩАДКИ УПРАВЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2019 года по МПК E21B7/06 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Область техники

[0001] Это изобретение в целом относится к нефтепромысловым скважинным инструментам и, в частности, к буровым компоновкам, используемым для бурения отклоненных буровых скважин.

2. Уровень техники

[0002] Для получения углеводородов, таких как нефть и газ, буровые скважины или стволы скважин бурят путем вращения бурового долота, прикрепленного к низу буровой компоновки (также именуемой как "компоновка низа бурильной колонны" или ("КНБК") в настоящем документе). Буровая компоновка прикреплена к низу трубы, которая обычно является составной жесткой трубой или относительно гибкой наматываемой трубой, обычно именуемой как "колонна гибких труб". Колонну, содержащую трубу и буровую компоновку, также обычно называют "бурильной колонной". При использовании составной трубы в качестве трубы, буровое долото вращают путем вращения составной трубы с поверхности и/или посредством забойного двигателя, содержащегося в буровой компоновке. В случае использования колонны гибких труб, буровое долото вращают посредством забойного двигателя. Во время бурения буровой раствор (также именуемый "буровой грязью") подают под давлением в трубу. Буровой раствор проходит через буровую компоновку и затем его выбрасывают внизу бурового долота. Буровой раствор обеспечивает смазывание бурового долота и переносит частицы породы, размельченной буровым долотом при бурении ствола скважины, на поверхность. Забойный двигатель вращают посредством бурового раствора, проходящего через буровую компоновку. Ведущий вал, соединенный с двигателем и буровым долотом, вращает буровое долото.

[0003] Значительная часть современных бурильных работ включает в себя бурение отклоненных стволов скважин для более полного разрабатывания углеводородных пластов. Отклоненный ствол скважины представляет собой ствол скважины, не являющийся вертикальным (например, горизонтальная буровая скважина). Во многих случаях сперва пробуривают вертикальную скважину, а затем производят "зарезку" отклоненного ствола от вертикальной скважины. Чем острее “радиус набора кривизны” на точке зарезки отклоненного ствола, тем быстрее отклоненный ствол может достичь горизонтальной ориентации. В настоящем изобретении предложены устройства, системы и способы для достижения высокой “скорости набора кривизны”, обеспечения "низкого радиуса набора кривизны", а также для удовлетворения другим необходимостей, существующих в уровне техники.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В аспектах настоящего изобретения предложено устройство для образования ствола скважины в подземном пласте. Устройство может включать в себя компоновку низа бурильной колонны, содержащую первую секцию и вторую секцию; гибкий элемент, обеспечивающий возможность осевого несовпадения первой секции компоновки низа бурильной колонны и второй секции компоновки низа бурильной колонны; буровой двигатель, расположенный вдоль второй секции компоновки низа бурильной колонны; и узел управления направлением, расположенный вдоль компоновки низа бурильной колонны. Узел управления направлением может включать в себя первый блок управления направлением и второй блок управления направлением, расположенный на расстоянии в осевом направлении. Каждый блок содержит по меньшей мере одну площадку, создающую усилие. Первый блок управления направлением создает усилие в первом направлении, а второй блок управления направлением создает усилие во втором направлении, отличающемся от первого направления. Первый и второй блоки управления направлением взаимодействуют для обеспечения осевого несовпадения первой секции компоновки низа бурильной колонны и второй секции компоновки низа бурильной колонны на гибком элементе.

[0005] В аспектах настоящего изобретения предложен способ образования ствола скважины в подземном пласте. Способ может использовать компоновку низа бурильной колонны (КНБК), содержащую первую секцию, вторую секцию и буровой двигатель, расположенный вдоль второй секции компоновки низа бурильной колонны. Способ может включать в себя этапы соединения первой секции компоновки низа бурильной колонны со второй секцией компоновки низа бурильной колонны посредством гибкого элемента; расположения узла управления направлением вдоль компоновки низа бурильной колонны, причем узел управления направлением включает в себя первый блок управления направлением, содержащий по меньшей мере одну площадку, и второй блок управления направлением, содержащий по меньшей мере одну площадку и расположенный на расстоянии от первого блока управления направлением в осевом направлении; создания усилия в первом направлении с использованием первого блока управления направлением; и создания усилия во втором направлении с использованием второго блока управления направлением, причем второе направление отличается от первого направления, первый и второй блоки управления направлением таким образом взаимодействуют для обеспечения осевого несовпадения первой секции компоновки низа бурильной колонны и второй секции компоновки низа бурильной колонны на гибком элементе.

[0006] Примеры некоторых особенностей изобретения были описаны в достаточно широком значении для обеспечения лучшего понимания их следующего подробного описания, и для обеспечения понимания их преимуществ в данной области техники. Разумеется, существуют дополнительные особенности изобретения, которые будут описаны далее в настоящем документе, и которые являются предметом прилагаемой к нему формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Для подробного понимания настоящего изобретения делается ссылка на следующее подробное описание вариантов реализации в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми цифровыми обозначениями, и на которых:

на фиг. 1 изображена система бурения, выполненная в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 2 показан схематический вид компоновки низа бурильной колонны (КНБК), содержащей узел управления направлением, выполненный в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 3 показан изометрический вид блоков управления направлением для варианта реализации по фиг. 2, выполненных в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 4 изображены направляющие усилия, созданные блоками управления направлением, выполненными в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 5 показан схематический вид компоновки низа бурильной колонны, содержащей узел управления направлением, выполненный в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 6 показан схематический вид компоновки низа бурильной колонны, содержащий другой узел управления направлением, выполненный в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 7 показан схематический вид узла управления направлением с двойными площадками, выполненными в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 8 показан схематический вид узла управления направлением, используемого в сочетании с изогнутым элементом, выполненного в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения; и

на фиг. 9 показан схематический вид компоновки низа бурильной колонны, содержащей множество узлов управления направлением, выполненных в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Как будет понятно из следующего описания, аспекты настоящего изобретения предоставляют буровую компоновку, обеспечивающую высокую скорость набора кривизны во время бурения отклоненного ствола от основного вертикального ствола. Высокая скорость набора кривизны, например, 25 градусов или более на сто футов (30,48 м), может обеспечивать стволы, имеющие большую длину в продуктивной зоне, что увеличивает присутствие эксплуатационного ствола в углеводородном пласте. В целом, в конфигурациях настоящего изобретения использованы два или более блоков управления направлением для направления компоновки низа бурильной колонны (КНБК). Каждый блок управления направлением содержит одну или более площадок управления направлением. Площадка (площадки) управлением направления одного блока управления направлением смещены под углом от площадки (площадок) управления направлением другого блока управления направлением. Следовательно, блоки управления направлением выполнены с возможностью создания противоположных направляющих усилий. Так как направляющие усилия смещены в осевом направлении, их преимущественное действие увеличивает направляющее усилие на буровое долото. Для приспособления компоновки низа бурильной колонны к этому преимущественному действию может быть использована гибкая секция. Далее более подробно описаны иллюстративные неограничивающие варианты реализации.

[0009] Со ссылкой на фиг. 1 изображен один иллюстративный вариант реализации системы 10 бурения, в которой использована направляемая буровая компоновка для направления компоновки 12 низа бурильной колонны (КНБК) для направленного бурения ствола 14 скважины. Ствол 14 скважины содержит вертикальную секцию 16 и отклоненную секцию 17. Хотя она изображена горизонтально, отклоненная секция 17 может иметь любой угол наклона или углы наклона относительно вертикали. Также, несмотря на то, что изображена наземная буровая установка, эти идеи и способы являются одинаково применимыми к морским системам бурения. Система 10 может включать в себя бурильную колонну 18, подвешенную от бурильной установки 20. Бурильная колонна 18, которая может являться соединенными трубными элементами или колонной гибких труб, может включать в себя кабели питания и/или данных, такие как провода, для предоставления двусторонней связи и передачи электропитания. В одной конфигурации компоновка 12 низа бурильной колонны включает в себя буровое долото 100, узел 110 управления направлением, направляющий буровое долото 100, и буровой двигатель 120 для вращения бурового долота 100. Вращение бурового долота 100 может быть обеспечено посредством использования бурового двигателя 120 и / или путем вращения бурильной колонны 18.

[0010] Со ссылкой на фиг. 2 изображена компоновка 12 низа бурильной колонны, включающая в себя один вариант реализации узла 110 управления направлением для направления бурового долота 100. Компоновка 12 низа бурильной колонны содержит нижнюю секцию 30 и верхнюю секцию 32 Буровое долото соединено с забойным концом нижней секции 30, а буровой двигатель соединен с устьевым концом нижней секции 30. Согласно одному варианту реализации узел 110 управления направлением включает в себя первый блок 150 управления направлением, второй блок 170 управления направлением и гибкий элемент 190. Узел 100 управления направлением обеспечивает высокую скорость набора кривизны путем использования первого и второго направляющих усилий 150, 170 для приложения противоположных и отдаленных друг от друга в осевом направлении усилий к стенке 15 буровой скважины. Эти противоположные усилия взаимодействуют для направления бурового долота 100 в требуемом направлении бурения.

[0011] Со ссылкой на фиг. 3 первый блок 150 управления направлением, включающий в себя три площадки 152 приложения усилия, изображен в разрезе. Так как площадки 152, одна или более на блоках 150 или 170, расположены на наружной периферийной поверхности 154 равномерно, например, через интервалы, составляющие сто двадцать градусов, или неравномерно, видна только одна из площадок 152. Площадки 152 могут быть идентичными в каждом блоке 150, 170 управления направлением. Альтернативно, один из блоков 150, 150 управления направлением или оба из них могут содержать площадки разных форм. Площадки 152 выполнены с возможностью перемещения по направлении радиально наружу и внутрь. Гидравлический поршень в сборе (не показан) может быть использован для смещения площадки 152 по направлению наружу во взаимодействие со стенкой 15 буровой скважины, которое создает направляющее усилие. Каждая площадка 152 может быть управляема отдельно для управления количеством усилия, прикладываемого к смежной стенке буровой скважины, или управляема для регулирования определенного расстояния удлинения площадки с целью регулирования желаемого угла набора кривизны.

[0012] Второй блок 170 управления направлением имеет структуру, подобную первому блоку 150 управления направлением, и также включает в себя три площадки 172, распределенные на наружной периферийной поверхности 174 через интервалы, составляющие сто двадцать градусов. Однако угловое расположение площадок 152 смещено относительно углового расположения площадок 172. Угловое смещение выбирают таким образом, чтобы вектор усилия площадок 152 первого блока 150 управления направлением и вектор усилия, созданного площадками 172 второго блока 170 управления направлением, были разнонаправленными. Согласно одному неограничивающему варианту реализации угловое смещение выбирают для обеспечения противоположности направлений направляющих усилий, созданных блоками 150, 170 управления направлением.

[0013] Гибкий элемент 190 обеспечивает гибкое соединение нижней секции 30 компоновки 12 низа бурильной колонны, содержащей блоки 150, 170 управления направлением, с верхней секцией 32 компоновки 12 низа бурильной колонны, содержащей буровой двигатель 120 (фиг. 2). Гибкий элемент 190 обеспечивает возможность несовпадения продольной оси 34 нижней секции 30 и продольной оси 36 верхней секции 32. Таким образом, несовпадение возникает на гибком элементе 190. В одной конфигурации гибкий элемент 190 может являться гибким соединением (например, трубчатым элементом), выполненным с меньшей жесткостью, чем нижняя и верхняя секции 30, 32. Например, гибкий элемент 190 может быть образован из материала, менее жесткого, чем материал нижней и верхней секций 30, 32. Например, гибкий элемент 190 может быть образован из титана, а нижняя и верхняя секции 30, 32 могут быть образованы из стали. Альтернативно или дополнительно гибкий элемент 190 может быть выполнен более гибким, чем нижняя и верхняя секции 30, 32. Например, гибкий элемент 190 может быть образован из материалов, подобных материалам, используемым для нижней и верхней секций 30, 32. Однако гибкий элемент 190 может включать в себя трубчатый элемент или другую конструкцию, имеющую диаметр, толщину стенок или другой структурный размер, обеспечивающий возможность большей гибкости или эластичности гибкого элемента 190 по сравнению с нижней и верхней секциями 30, 32. Путем эластичной деформации гибкий элемент 190 обеспечивает возможность сгибания компоновки 12 низа бурильной колонны блоками 150, 170 управления направлением с уменьшенным сопротивлением и меньшим риском повреждения.

[0014] Хотя на фиг. 3 изображены блоки 150, 170 управления направлением, содержащие три площадки, может быть использовано больше или меньшее количество площадок. Действительно, направленные в противоположные стороны усилия, созданные блоками 150, 170 управления направлением, могут быть созданы с использованием только одной площадки на каждом блоке управления направлением. Например, на фиг. 4 схематически изображены блоки 150, 170 управления направлением (фиг. 3), каждый из которых содержит одну площадку 152, 172, соответственно. Площадки 152, 172 смещены на 180 градусов.

[0015] При прижимании к стенке 15 буровой скважины площадки 152, 172 создают векторы 156, 176 усилия в противоположных направлениях. Со ссылкой на фиг. 2, так как векторы 156, 176 усилия прикладываются к отдаленным в осевом направлении участкам, к нижней секции 30 компоновки низа бурильной колонны прикладывается поворачивающее усилие, направляющее буровое долото 100 в требуемом направлении.

[0016] Со ссылкой на фиг. 3 согласно некоторым вариантам реализации блоки 150, 170 управления направлением могут быть выполнены с питанием рабочей текучей средой под давлением от подходящего гидравлического источника 200. В одной конфигурации одна гидравлическая линия 202 подает рабочую текучую среду к смещенным площадкам 152, 172. При использовании двух или более площадок для каждого блока управления направлением, для подачи рабочей текучей среды к каждой совокупности смещенных в осевом направлении площадок может быть использована отдельная гидравлическая линия. Во всех случаях, подача текучей среды под давлением в одной гидравлической линии обуславливает выдвигание двух отдаленных в осевом направлении площадок в противоположных направлениях.

[0017] Следует понимать, что другие варианты реализации могут использовать отдельные гидравлические линии для некоторых или всех площадок 152, 172. Согласно таким вариантам реализации площадки 152 первого блока 150 управления направлением могут быть управляемы независимо от площадок 172 второго блока 170 управления направлением.

[0018] Со ссылкой на фиг. 5 изображены дополнительные детали компоновки 12 низа бурильной колонны. Как описано ранее, компоновка низа бурильной колонны включает в себя буровое долото 100, узел 110 управления направлением, гибкий элемент 190 и буровой двигатель 120. Колонна 19 гибких труб может быть использована для перемещения компоновки 12 низа бурильной колонны в буровую скважину 14. Также, один или более стабилизаторов 122 могут быть использованы для поддержания компоновки 12 низа бурильной колонны и колонны 19 гибких труб. Например, стабилизаторы 122 могут представлять собой конструкции в форме неподвижных лопаток, выполненные с возможностью поддержания пространства или зазора между компоновкой 12 низа бурильной колонны и стенкой 15 буровой скважины.

[0019] Гидравлический источник 200, описанный ранее, может быть расположен в любом месте вдоль компоновки 12 низа бурильной колонны. Например, гидравлический источник 200 может быть расположен выше бурового двигателя 120. Согласно такому варианту реализации одна или более гидравлических линий 204 могут быть использованы для перемещения рабочей текучей среды под давлением к блокам 150, 170 управления направлением. Гидравлические линии 204 могут проходить через буровой двигатель 120, а также через гибкий элемент 190. Согласно другим вариантам реализации гидравлический источник 200 может быть расположен в нижней секции 30 компоновки низа бурильной колонны.

[0020] Компоновка 12 низа бурильной колонны может также включать в себя модуль 210 двусторонней связи и электропитания ("BCPM", bidirectional communication and power module) и соответствующую линию 212 подачи электропитания и/или данных. Аналогично гидравлической линии 204, линия 212 передачи электропитания и/или данных может проходить по всей длине компоновки 12 низа бурильной колонны. Таким образом, например, линия 212 выполнена с возможностью передачи электрической энергии от модуля 210 двусторонней связи и электропитания к блоку 110 управления направлением и предоставления двусторонней передачи данных между поверхностью или модулем 210 двусторонней связи и электропитания и датчиками (не показанными) на блоке 110 управления направлением. Согласно некоторым вариантам реализации блоки 150, 170 управления направлением могут быть выполнены с питанием электрической энергией. Например, электрические двигатели (не показаны) могут быть использованы вместо рабочей текучей среды для смещения площадок 152, 172. В таких конфигурациях модуль двусторонней связи и электропитания может подавать электрическую энергию и к блокам 150, 170 управления направлением с электроприводом.

[0021] Следует понимать, что узел 110 управления направлением может быть использован во множестве вариантов, каждый из которых будет обеспечивать улучшенные скорости набора кривизны. Далее описаны иллюстративные неограничивающие варианты реализации.

[0022] Со ссылкой на фиг. 6 изображена компоновка 12 низа бурильной колонны, включающая в себя другой вариант реализации узла 110 управления направлением для направления бурового долота 100. Компоновка 12 низа бурильной колонны может включать в себя буровой двигатель 120 и один или более центраторов 122. Узел 110 управления направлением включает в себя первый блок 150 управления направлением и второй блок 170 управления направлением, расположенные на противоположных концах гибкого элемента 190. Согласно этому варианту реализации первый блок 150 управления направлением расположен рядом с буровым долотом 100, а второй блок 170 управления направлением расположен на соединении между гибким элементом 190 и верхней секцией 32 компоновки низа бурильной колонны, или рядом с ним. Центратор 122 может быть расположен на противоположном конце верхней секции 32 компоновки низа бурильной колонны, или рядом с ним.

[0023] Согласно этому варианту реализации первый блок 150 управления направлением изменяет положение продольной оси 34 нижней секции 30, а второй блок 170 управления направлением изменяет положение продольной оси 36 верхней секции 32. Изменения этих положений происходят в противоположных направлениях. В соответствии с описанным ранее способом несовпадение продольных осей 34, 36 возникает на гибком элементе 190.

[0024] Также, согласно этому варианту реализации гибкий элемент 190 использует шарнирный механический соединитель 222 для гибкого соединения нижней секции 30 компоновки низа бурильной колонны с верхней секцией 32 компоновки низа бурильной колонны. Например, механический соединитель 222 может являться соединением в форме шара и седла, шарнирным соединением, универсальным соединением или любым другим соединением, обеспечивающим возможность несовпадения продольной оси 34 нижней секции 30 с продольной осью 36 верхней секции 32. Согласно некоторым вариантам реализации механическое соединение 222 выполнено с возможностью передачи крутящего момента между нижней и верхней секциями 30, 32.

[0025] Дополнительно, согласно этому варианту реализации первый блок 150 управления направлением содержит ряд 154 из двух площадок 152, ориентированных в осевом направлении. Как лучше всего видно на фиг. 7, ряды 154 из двух или более площадок 152 могут быть распределены в периферийном направлении вокруг корпуса 156 блока 150 управления направлением. Конфигурация с множеством площадок может быть также использована для второго блока 170 управления направлением этого варианта реализации и для блоков управления направлением других описанных вариантов реализации. Использование двух или более площадок 152, расположенных в осевом направлении, может увеличивать энергию, доступную для поворота и направления бурового долота 100 (фиг.6).

[0026] Со ссылкой на фиг. 8 согласно другим вариантам реализации узел 110 управления направлением может быть использован в сочетании с дополнительным устройством управления направлением, таким как изогнутый элемент 224. Изогнутый элемент 224 может иметь неизменное отклонение, направляющее буровое долото 100 в желаемом направлении. Управление первым блоком 150 управления направлением и вторым блоком 170 управления направлением может быть осуществлено для увеличения или нейтрализации неизменного отклонения. Например, отклонение вверх по фиг. 8 может быть нейтрализовано путем приведения первого блока 150 управления направлением в действия для перемещения передней части нижней секции 30 компоновки низа бурильной колонны по направлению вниз, и приведения второго блока 170 управления направлением в действие для перемещения задней части нижней секции 30 компоновки низа бурильной колонны по направлению вверх. Отклонение вверх может быть увеличено путем приведения первого блока 150 управления направлением в действие для перемещения передней части нижней секции 30 компоновки низа бурильной колонны по направлению вверх, и приведения второго блока 170 управления направлением в действие для перемещения задней части нижней секции 30 компоновки низа бурильной колонны по направлению вниз.

[0027] Снова со ссылкой на фиг. 5 согласно другим вариантам реализации два или более узлов управления направлением могут быть использованы для направления компоновки 12 низа бурильной колонны вдоль буровой скважины 14. Например, первый узел 110 управления направлением может включать в себя блоки 150 и 170 управления направлением, а второй узел 240 управления направлением может включать в себя блоки 242 и 244 управления направлением. Узлы 110, 240 управления направлением взаимодействуют для сгибания секций компоновки 12 низа бурильной колонны в зависимости от требований для прохождения секций буровой скважины 14. Например, узел 110 управления направлением может направлять буровое долото 100 для образования секции буровой скважины, имеющей сложную кривизну. Второй узел 240 управления направлением может сгибать секцию компоновки 12 низа бурильной колонны в зависимости от требований для прохождения через эту сложную кривизну с уменьшенным соприкосновением со стенкой 15 буровой скважины. В более широком смысле, множество узлов управления направлением могут быть управляемы независимо друг от друга. Каждый узел управления направлением может обуславливать сгибание соответствующей секции компоновки 12 низа бурильной колонны для приспособления к кривизне окружающей буровой скважины 14. Таким образом, одна секция компоновки 12 низа бурильной колонны может иметь кривизну, отличающуюся от смежной секции компоновки 12 низа бурильной колонны.

[0028] Согласно еще одному варианту реализации блок управления направлением, такой как блок 150 управления направлением, может быть выполнен таким образом, чтобы содержать площадки, выполненные без возможности выдвигания в радиальном направлении для контакта со стенкой буровой скважины. Например, площадки только выполнены с возможностью выдвигания до радиуса буровой скважины, пробуренной буровым долотом 100. Таким образом, такой блок управления направлением может функционировать как активный стабилизатор. Со ссылкой на фиг. 5 блок 150 управления направлением может иметь ограниченный радиальный диапазон или выдвигание. При приведении в действие для выдвигания площадки, но без приложения ей усилия к стенке буровой скважины, первый блок 150 управления направлением может функционировать как точка опоры для направления усилия, прикладываемого вторым блоком 170 управления направлением.

[0029] Со ссылкой на фиг. 9 схематически изображена компоновка 12 низа бурильной колонны, включающая в себя другой вариант реализации узла 110 управления направлением для направления бурового долота 100. Компоновка 12 низа бурильной колонны может включать в себя нижнюю секцию 30, верхнюю секцию 32 и буровой двигатель 120. гибкий элемент 190 соединяет верхнюю секцию 32 с буровым двигателем 120. Гибкий элемент 190 может являться гибким соединением, как описано ранее, выполненным таким образом, чтобы иметь меньшую жесткость, чем нижняя и верхняя секции 30, 32. Согласно этому варианту реализации узел 110 управления направлением включает в себя несколько блоков управления направлением, распределенных вдоль компоновки 12 низа бурильной колонны.

[0030] Нижняя секция 30 включает в себя первый блок 150 управления направлением, расположенный рядом с буровым долотом 100, и второй блок 170 управления направлением, расположенный на соединении между гибким элементом 190 и нижней секцией 30 компоновки низа бурильной колонны, или рядом с ним. Первый блок 150 управления направлением содержит две площадки 152, ориентированные в осевом направлении, как лучше всего показано на фиг. 7. Верхняя секция 32 компоновки низа бурильной колонны включает в себя третий блок 250 управления направлением, расположенный рядом с соединением между гибким элементом 190 и верхней секцией 32 компоновки низа бурильной колонны, и четвертый блок 260 управления направлением, расположенный на противоположном конце верхней секции 32 компоновки низа бурильной колонны. Блоки 170, 250, 260 управления направлением используют одну площадку, прикладывающую усилие.

[0031] Следует понимать, что согласно этому варианту реализации сгибающие усилия для каждой секции компоновки 12 низа бурильной колонны изменяют для удовлетворения конкретным эксплуатационным требованиям. Например, нижняя секция 30 использует многопоршневой блок 150 управления направлением для создания усилия, необходимого для направления бурового долота 100.Блоки 250, 260 управления направлением для верхней секции 32 используют по одному поршню, так как созданные усилия направлены на ориентирование верхней секции 32, а не на направление бурового долота 100 в определенном направлении главным образом.

[0032] Хотя предшествующее описание направлено на один вид вариантов осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации. Предполагается, что все варианты, находящиеся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения, включены в предшествующее описание.

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения скважин. Устройство для образования ствола скважины в подземном пласте содержит компоновку низа бурильной колонны (КНБК), содержащую первую секцию и вторую секцию, гибкий элемент, соединяющий первую секцию КНБК со второй секцией КНБК, выполненный с возможностью сгибания для обеспечения возможности осевого несовпадения между первой секцией КНБК и второй секцией КНБК, буровое долото, присоединенное к первому концу первой секции КНБК, буровой двигатель, расположенный вдоль второй секции КНБК и соединенный с буровым долотом с возможностью его вращения, причем упомянутый гибкий элемент отделяет буровой двигатель от первой секции КНБК, к первому концу которой присоединено буровое долото, и узел управления направлением, расположенный вдоль КНБК, содержащий первый блок управления направлением, содержащий по меньшей мере одну площадку, создающую усилие в первом направлении, и второй блок управления направлением, расположенный на расстоянии в осевом направлении от первого блока управления направлением и содержащий по меньшей мере одну площадку, создающую усилие во втором направлении, отличающемся от первого направления, причем первый и второй блоки управления направлением выполнены с возможностью взаимодействия для обеспечения осевого несовпадения первой секции КНБК и второй секции КНБК на гибком элементе. Обеспечивается достижения высокой скорости набора кривизны при низком радиусе набора кривизны. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для образования ствола скважины в подземном пласте, содержащее:

- компоновку низа бурильной колонны (КНБК), содержащую первую секцию компоновки низа бурильной колонны и вторую секцию компоновки низа бурильной колонны;

- гибкий элемент, соединяющий первую секцию компоновки низа бурильной колонны со второй секцией компоновки низа бурильной колонны, выполненный с возможностью сгибания для обеспечения возможности осевого несовпадения между первой секцией компоновки низа бурильной колонны и второй секцией компоновки низа бурильной колонны;

- буровое долото, присоединенное к первому концу первой секции компоновки низа бурильной колонны;

- буровой двигатель, расположенный вдоль второй секции компоновки низа бурильной колонны и соединенный с буровым долотом с возможностью его вращения, причем упомянутый гибкий элемент отделяет буровой двигатель от первой секции компоновки низа бурильной колонны, к первому концу которой присоединено буровое долото; и

- узел управления направлением, расположенный вдоль компоновки низа бурильной колонны, содержащий:

- первый блок управления направлением, содержащий по меньшей мере одну площадку, создающую усилие в первом направлении, и

- второй блок управления направлением, расположенный на расстоянии в осевом направлении от первого блока управления направлением и содержащий по меньшей мере одну площадку, создающую усилие во втором направлении, отличающемся от первого направления, причем первый и второй блоки управления направлением выполнены с возможностью взаимодействия для обеспечения осевого несовпадения первой секции компоновки низа бурильной колонны и второй секции компоновки низа бурильной колонны на гибком элементе.

2. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере одна площадка первого блока управления направлением имеет осевое смещение относительно по меньшей мере одной площадки второго блока управления направлением, причем угловое смещение выбирают для обеспечения противоположности первого направления и второго направления, при этом площадки с угловым смещением первого и второго блока управления направлением образуют совокупность смещенных площадок.

3. Устройство по п. 2, в котором первый блок управления направлением и второй блок управления направлением приводят в действие с использованием рабочей текучей среды под давлением, и дополнительно содержащее одну гидравлическую линию, подающую рабочую текучую среду под давлением к совокупности смещенных площадок.

4. Устройство по п. 3, дополнительно содержащее гидравлический источник, расположенный во второй секции компоновки низа бурильной колонны, причем одна гидравлическая линия соединяет гидравлический источник с первым и вторым блоками управления направлением.

5. Устройство по п. 1, в котором первый блок управления направлением и второй блок управления направлением выполнены с возможностью приведения их в действие с использованием рабочей текучей среды под давлением, причем каждый из первого и второго блоков управления направлением содержит множество площадок, при этом каждая совокупность смещенных площадок из множества совокупностей смещенных площадок образована одной площадкой первого блока управления направлением и площадкой второго блока управления направлением с угловым смещением, и также содержащее множество гидравлических линий, каждая из которых подает рабочую текучую среду под давлением к отдельной совокупности смещенных площадок из множества совокупностей смещенных площадок.

6. Устройство по п. 1, в котором первый блок управления направлением расположен на первом конце и смежно с буровым долотом, при этом второй блок управления направлением расположен на втором конце первой секции компоновки низа бурильной колонны.

7. Устройство по п. 1, в котором первый блок управления направлением и второй блок управления направлением расположены на противоположных сторонах гибкого элемента.

8. Устройство по п. 1, в котором гибкий элемент содержит один из следующего: (i) трубчатый элемент, обладающий меньшей жесткостью, чем первая секция компоновки низа бурильной колонны и вторая секция компоновки низа бурильной колонны, и (ii) механический соединитель.

9. Устройство по п. 1, в котором компоновка низа бурильной колонны содержит третью и четвертую секцию, и дополнительно содержащее:

- второй узел управления направлением, расположенный вдоль компоновки низа бурильной колонны, содержащий:

- третий блок управления направлением, содержащий по меньшей мере одну площадку, создающую усилие в третьем направлении, и

- четвертый блок управления направлением, расположенный на расстоянии в осевом направлении от третьего блока управления направлением, содержащий по меньшей мере одну площадку, создающую усилие в четвертом направлении, отличающемся от третьего направления, причем третий и четвертый блоки управления направлением взаимодействуют для обеспечения осевого несовпадения третьей секции и четвертой секции, при этом первый узел управления направлением выполнен с возможностью функционирования независимо от второго узла управления направлением.

10. Способ образования ствола скважины в подземном пласте с использованием компоновки низа бурильной колонны (КНБК), содержащей первую секцию компоновки низа бурильной колонны, вторую секцию компоновки низа бурильной колонны и буровой двигатель, расположенный вдоль второй секции компоновки низа бурильной колонны, способ включает:

- соединение первой секции компоновки низа бурильной колонны со второй секцией компоновки низа бурильной колонны посредством гибкого элемента, так что буровой двигатель соединяется с буровым долотом для его вращения и при этом гибкий элемент отделяет буровой двигатель от первой секции компоновки низа бурильной колонны, к первому концу которой присоединено буровое долото, причем гибкий элемент выполнен с возможностью сгибания для обеспечения возможности осевого несовпадения между первой секцией компоновки низа бурильной колонны и второй секцией компоновки низа бурильной колонны;

- расположение узла управления направлением вдоль компоновки низа бурильной колонны, причем узел управления направлением содержит первый блок управления направлением и расположенный на расстоянии в осевом направлении второй блок управления направлением, причем каждый блок управления направлением содержит по меньшей мере одну площадку;

- создание усилия в первом направлении с использованием первого блока управления направлением; и

- создание усилия во втором направлении с использованием второго блока управления направлением, причем второе направление отличается от первого направления, первый и второй блоки управления направлением взаимодействуют таким образом для обеспечения осевого несовпадения первой секции компоновки низа бурильной колонны и второй секции компоновки низа бурильной колонны на гибком элементе.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий угловое смещение по меньшей мере одной площадки первого блока управления направлением относительно по меньшей мере одной площадки второго блока управления направлением, причем угловое смещение выбирают для обеспечения противоположности первого направления и второго направления, при этом площадки с угловым смещением первого и второго блока управления направлением образуют совокупность смещенных площадок.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий:

- приведение первого блока управления направлением и второго блока управления направлением в действие с использованием рабочей текучей среды под давлением; и

- подачу рабочей текучей среды под давлением к совокупности смещенных площадок с использованием одной гидравлической линии.

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий в себя:

- расположение гидравлического источника во второй секции компоновки низа бурильной колонны, при этом одна гидравлическая линия соединяет гидравлический источник с первым и вторым блоками управления направлением.

14. Способ по п. 10, в котором каждый из первого и второго блоков управления направлением содержит множество площадок, причем совокупность смещенных площадок образована одной площадкой первого блока управления направлением и площадкой второго блока управления направлением с угловым смещением, и дополнительно содержащий:

- приведение первого блока управления направлением и второго блока управления направлением в действие с использованием рабочей текучей среды под давлением; и

- подачу рабочей текучей среды под давлением к каждой совокупности смещенных площадок, при этом отдельная гидравлическая линия подает рабочую текучую среду под давлением к отдельной совокупности смещенных площадок.

15. Способ по п. 10, в котором первый блок управления направлением расположен на первом конце и смежно с буровым долотом, при этом второй блок управления направлением расположен на втором конце первой секции компоновки низа бурильной колонны.

16. Способ по п. 10, в котором первый блок управления направлением и второй блок управления направлением расположены на противоположных сторонах гибкого элемента.

17. Способ по п. 10, в котором гибкий элемент включает в себя один из следующего: (i) трубчатый элемент, обладающий меньшей жесткостью, чем первая секция компоновки низа бурильной колонны и вторая секция компоновки низа бурильной колонны, и (ii) механический соединитель.

18. Способ по п. 10, в котором компоновка низа бурильной колонны содержит третью и четвертую секцию, дополнительно включающий:

- расположение второго узла управления направлением вдоль компоновки низа бурильной колонны, причем второй узел управления направлением содержит третий блок управления направлением и расположенный на расстоянии в осевом направлении четвертый блок управления направлением, каждый из третьего и четвертого блоков управления направлением содержит по меньшей мере одну площадку;

- создание усилия в третьем направлении с использованием третьего блока управления направлением;

- создание усилия в четвертом направлении с использованием четвертого блока управления направлением, причем четвертое направление отличается от третьего направления, при этом третий и четвертый блоки управления направлением взаимодействуют для обеспечения осевого несовпадения третьей секции компоновки низа бурильной колонны и четвертой секции компоновки низа бурильной колонны; и

- управление первым узлом управления направлением независимо от второго узла управления направлением.