УЗЛЫ СКВАЖИННОГО ОТКЛОНИТЕЛЯ С УБИРАЕМЫМ РЫЧАГОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСТЯЖЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК E21B7/04 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Углеводороды могут добывать из стволов скважин различной сложности, которые проходят через один или несколько углеводородсодержащих подземных пластов. Например, стволы многоствольных скважин содержат любое количество боковых стволов скважин, проходящих от основного ствола скважины. В приведенном в качестве примера варианте реализации в основном стволе скважины на каждом пересечении бокового ствола скважины предусмотрено выходное отверстие в обсадной колонне (именуемое в качестве альтернативного варианта «окном»), и каждое выходное отверстие в обсадной колонне позволяет бурить соответствующий боковой ствол скважины из основного ствола скважины. Выходное отверстие в обсадной колонне может быть образовано путем размещения скважинного отклонителя в основном стволе скважины и отклонения фрезы в боковом направлении во внутреннюю стенку обсадной колонны или потайной обсадной колонны, которой обсажен ствол скважины. Фреза проникает в обсадную колонну, образуя выходное отверстие в обсадной колонне, после чего через выходное отверстие в обсадной колонне может быть введено буровое долото для бурения бокового ствола скважины до требуемой глубины.

[0002] Некоторые скважинные отклонители предназначены для того, чтобы дать возможность оператору скважины спустить совместно скважинный отклонитель и одну или несколько фрез в забой скважины за одну операцию спуска-подъема, что значительно сокращает время и затраты на заканчивание ствола многоствольной скважины. Такие конструкции скважинного отклонителя обычно прикрепляют фрезы к скважинному отклонителю с помощью срезного болта, который предназначен для разрушения (среза) при применении нагрузки по направлению вниз, когда оператор скважины хочет отсоединить фрезы от скважинного отклонителя. Срезной болт, как правило, не предназначен для среза при приложении крутящего момента, и, если срезной болт преждевременно срезается при приложении крутящего момента, в то время как скважинный отклонитель спускают в скважину, следует вернуть скважинный отклонитель на поверхность скважины и заменить срезной болт.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0003] Следующие фигуры включены для иллюстрации определенных аспектов данного изобретения и не должны рассматриваться как исключительные варианты реализации изобретения. Раскрытый объект изобретения способен к значительным модификациям, изменениям, комбинациям и эквивалентам по форме и функциям без отступления от объема данного изобретения.

[0004] На фиг. 1 представлено схематическое изображение приведенной в качестве примера скважинной системы, которая может охватывать принципы данного изобретения.

[0005] На фиг. 2А и 2В проиллюстрированы изометрические виды приведенного в качестве примера узла скважинного отклонителя.

[0006] На фиг. 3А и 3В проиллюстрированы виды сбоку в поперечном сечении части узла скважинного отклонителя в соответствии с фиг. 2А и 2В.

[0007] На фиг. 4A и 4B проиллюстрированы изометрический вид в поперечном сечении и вид с торца, соответственно, узла скважинного отклонителя в соответствии с фиг. 2А и 2В, выполненные по линиям 4-4, проиллюстрированным на фиг. 3A.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Данное изобретение относится к многоствольным скважинам, применяемым в нефтегазовой промышленности, и, в частности, к узлам скважинного отклонителя, которые содержат рычаг регулирования растяжения, используемый для ослабления растягивающих нагрузок, принимаемых срезным болтом, который соединяет фрезу со скважинным отклонителем.

[0009] Варианты реализации изобретения, обсуждаемые в данном документе, описывают узел скважинного отклонителя, имеющий повышенный номинальный крутящий момент. Узел скважинного отклонителя содержит фрезу, соединенную с возможностью отсоединения со скважинным отклонителем с помощью срезного болта и обеспечивающую профиль фрезы. Рычаг регулирования растяжения шарнирно соединен со скважинным отклонителем и может перемещаться между убранным положением, при котором рычаг регулирования растяжения принимается внутри полости, определенной на наклонной поверхности, и положением зацепления, при котором зацепляющая головка рычага регулирования растяжения сопрягается с профилем фрезы. Опорный выступ поддерживает в радиальном направлении фрезу и таким образом уменьшает изгибающие нагрузки, испытываемые срезным болтом, а рычаг регулирования растяжения распределяет растягивающие нагрузки, принимаемые срезным болтом. Комбинация рычага регулирования растяжения и опорного выступа эффективным образом увеличивает площадь поперечного сечения срезного болта при растяжении, не влияя на его значение срезывающего усилия.

[0010] На фиг. 1 проиллюстрирована приведенная в качестве примера скважинная система 100, которая может охватывать принципы данного изобретения. Как проиллюстрировано, скважинная система 100 может содержать полупогружную платформу 102 с центром над подводным нефтегазоносным пластом 104, расположенным ниже морского дна 106. Подводный трубопровод 108 или разделительная колонна проходит от площадки платформы 102 до устьевой установки 112, которая содержит один или несколько противовыбросовых превенторов 114. Платформа 102 содержит подъемное устройство 116 и буровую вышку 118 для подъема и спуска рабочей колонны 120 внутри подводного трубопровода 108. Рабочая колонна 120 может содержать, например, колонну соединенных встык трубчатых элементов, такую как бурильная труба или эксплуатационная труба, но в качестве альтернативного варианта может содержать гибкие насосно-компрессорные трубы без отступления от объема данного изобретения.

[0011] Следует отметить, что, хотя на фиг. 1 проиллюстрирована скважинная система 100, содержащая морскую нефтегазовую платформу 102, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные варианты реализации данного изобретения одинаково хорошо подходят для использования в или на других типах нефтяных и газовых буровых установок. таких как любые наземные нефтяные и газовые буровые установки или буровые установки, расположенные в любом другом географическом месте.

[0012] Как проиллюстрировано, основной ствол 122 скважины пробурен через различные слои геологической среды, включая пласт 104. Обсадная колонна 124 зацементирована по меньшей мере в часть основного 122 ствола скважины. Используемый в данном документе термин «обсадная колонна» обозначает колонну трубчатых элементов или трубу, используемую для обсаживания ствола скважины. Обсадная колонна может фактически представлять собой тип колонны, известный специалистам в данной области техники как «потайная обсадная колонна», и может быть разделена на участки или быть непрерывной, например, как гибкие насосно-компрессорные трубы.

[0013] Соединение 126 обсадной колонны может представлять собой взаимное соединение между удлиненными частями или участками обсадной колонны 124 и может располагаться в требуемом месте внутри основного ствола 122 скважины, где должна быть пробурена боковая скважина 128. Узел 130 скважинного отклонителя может быть расположен внутри обсадной колонны 124 и/или соединения 126 обсадной колонны и закреплен в нем иным образом с использованием зажимного приспособления 132 в сборе, расположенного в месте или возле соединения 126 обсадной колонны. После закрепления внутри основного ствола 122 скважины узел 130 скважинного отклонителя может быть выполнен с возможностью отклонения одного или несколько режущих инструментов (то есть фрез) во внутреннюю стенку соединения 126 обсадной колонны, так что в ней образуется выходное отверстие 134 в обсадной колонне в требуемом месте в окружном (азимутальном) направлении. Выходное отверстие 134 в обсадной колонне обеспечивает «окно» в месте соединения 126 обсадной колонны, через которое могут быть введены один или несколько дополнительных режущих инструментов (то есть буровых долот) для бурения бокового ствола 128 скважины. Однако в некоторых вариантах реализации изобретения соединение 126 обсадной колонны может быть опущено в скважинной системе 100, и выходное отверстие 134 в обсадной колонне, в качестве альтернативного варианта, может быть образован на соответствующем участке обсадной колонны 124 без отступления от объема данного изобретения.

[0014] В то время как основной ствол 122 скважины проиллюстрирован как имеющий единственный проходящий от него боковой ствол 128 скважины, узел 130 скважинного отклонителя могут использовать в стволах скважин, имеющих несколько боковых стволов скважин. К тому же, хотя на фиг. 1 проиллюстрировано, что основной ствол 122 скважины проходит, по существу, вертикально, варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, в равной степени применимы для использования в стволах скважин, имеющих другие направленные конфигурации, такие как горизонтальная, отклоненная, наклонная, диагональная, их комбинации и тому подобное. Кроме того, такие термины направления, как «выше», «ниже», «верхний», «нижний», «вверх», «вниз», «вверх по стволу скважины», «вниз по стволу скважины» и тому подобное, используются в отношении иллюстративных вариантов реализации изобретения, когда они изображены на фигурах, причем направление вверх направлено к верхней части соответствующей фигуры, направление вниз направлено к нижней части соответствующей фигуры, направление вверх по стволу скважины направлено к поверхности скважины, а направление вниз по стволу скважины направлено к забою скважины.

[0015] На фиг. 2A и 2B проиллюстрированы изометрические виды приведенного в качестве примера узла 200 скважинного отклонителя в соответствии с одним или несколькими вариантами реализации изобретения. Узел скважинного отклонителя 200 может быть подобным или идентичным узлу 130 скважинного отклонителя в соответствии с фиг. 1 и, следовательно, может быть выполнен с возможностью спуска в ствол 122 скважины и закрепления в нем, чтобы содействовать образованию выходного отверстия 134 в обсадной колонне. Как проиллюстрировано, узел 200 скважинного отклонителя может содержать скважинный отклонитель 202 (именуемый в качестве альтернативного варианта «дефлектором») и по меньшей мере одну фрезу 204 (проиллюстрирована одна), соединенную с возможностью отсоединения со скважинным отклонителем 202. Как более подробно описано ниже, фреза 204 может быть прикреплена к скважинному отклонителю 202 с помощью срезного болта 206, выполненного с возможностью разрушения (среза) при принятии осевой нагрузки заранее определенного значения, оказываемой на фрезу 204 и передаваемой на срезной болт 206.

[0016] На осевом конце фрезы 204 предусмотрена головка 208 фрезы, и множество лезвий 210 фрезы (проиллюстрированы четыре) проходят в осевом и радиальном направлении от головки 208 фрезы. Один или несколько режущих элементов 212 прикреплены к каждому лезвию фрезы 210 и используются для сквозной резки или фрезеровки обсадной колонны 124 (фиг. 1) для образования выходного отверстия 134 в обсадной колонне (фиг. 1). Фреза 204 также может содержать множество проходящих в осевом направлении лезвий 214 корпуса фрезы, выступающих в радиальном направлении наружу из корпуса 204 фрезы. Каждое лезвие 214 корпуса фрезы также может содержать один или несколько режущих элементов 212, которые предназначены для увеличения размера выходного отверстия 134 в обсадной колонне при прохождении через него фрезы 204.

[0017] Узел 200 скважинного отклонителя дополнительно содержит рычаг 216 регулирования растяжения, шарнирно соединенный со скважинным отклонителем 202 и перемещаемый между убранным положением, как проиллюстрировано на фиг. 2А, и положением зацепления, как проиллюстрировано на фиг. 2B. В убранном положении рычаг 216 регулирования растяжения принимается и иным образом размещается внутри полости 218, определенной на наклонной поверхности 220 скважинного отклонителя 202. Полость 218 может быть достаточно большой (глубокой), чтобы рычаг 216 регулирования растяжения находился на одном уровне с наклонной поверхностью 220 в убранном положении или под ней. Следовательно, после расцепления фрезы 204 со скважинным отклонителем 202 и продвижения вниз по стволу скважины вдоль наклонной поверхности 220 рычаг 216 регулирования растяжения будет располагаться ниже наклонной поверхности внутри полости 218, чтобы не препятствовать работе фрезы 204. Однако в некоторых вариантах реализации изобретения рычаг 216 регулирования растяжения может быть изготовлен из пригодного для фрезерования материала, и фреза 204 может быть выполнена с возможностью фрезерования по меньшей мере части рычага 216 регулирования растяжения при продвижении вдоль наклонной поверхности 220.

[0018] Рычаг 216 регулирования растяжения имеет удлиненный, обычно цилиндрический корпус 222, содержащий первый конец 224а и второй конец 224b, противоположный первому концу 224а. Первый конец 224а обеспечивает зацепляющую головку 226, которая определяет профиль зацепления, выполненный с возможностью сопряжения с соответствующим профилем 228 фрезы, определенным на части головки 208 фрезы. Второй конец 224b может быть шарнирно соединен со скважинным отклонителем 202. В частности, один или несколько выступающих в поперечном направлении выступов 230 могут быть предусмотрены на втором конце 224b и приняты в соответствующих отверстиях 232 (проиллюстрировано одно), определенных в противоположных боковых стенках полости 218. Рычаг 216 регулирования растяжения может быть выполнен с возможностью перемещения между убранным положением и положением зацепления посредством поворачивания вокруг второго конца 224b и, в частности, вокруг продольной оси выступа (выступов) 230, который принимается в отверстии (отверстиях) 232.

[0019] В положении зацепления, как проиллюстрировано на фиг. 2В и как более подробно описано ниже, зацепляющая головка 226 сопрягается с профилем 228 фрезы и, таким образом, позволяет рычагу 216 регулирования растяжения распределять растягивающие нагрузки, принимаемые срезным болтом 206, при спуске и установке узла скважинного отклонителя 200 внутри ствола 122 скважины (фиг. 1). Когда необходимо отсоединить фрезу 204 от скважинного отклонителя 202, осевая нагрузка прикладывается к фрезе 204 в направлении вниз по стволу скважины (т. е. вправо на фиг. 2А и 2В) и передается на срезной болт 206, который прикрепляет фрезу 204 к скважинному отклонителю 202. Принимая на себя заранее определенную осевую нагрузку, срезной болт 206 разрушается при сдвиге и тем самым отсоединяет фрезу 204 от скважинного отклонителя 202.

[0020] Срезание срезного болта 206 позволяет фрезе 204 перемещаться относительно скважинного отклонителя 202, что может содействовать расцеплению рычага 216 регулирования растяжения с фрезой 204 и позволять рычагу 216 регулирования растяжения поворачиваться обратно в убранное положение внутри полости 218. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения рычаг 216 регулирования растяжения может быть подпружиненным, например, одной или несколькими торсионными пружинами, функционально соединенными с выступами 230. В таких вариантах реализации изобретения рычаг 216 регулирования растяжения может естественным образом смещаться в убранное положение, и после того, как срезной болт 206 срезан, нарушается зацепление между зацепляющей головкой 226 и профилем 228 фрезы, и подпружиненные выступы 230 могут служить для поворачивания рычага 216 регулирования растяжения обратно в убранное положение.

[0021] Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения рычаг 216 регулирования растяжения может поворачиваться обратно в убранное положение под действием гидравлического усилия или давления. В частности и как лучше всего видно на фиг. 2A, одно или несколько отверстий 234 для потока могут быть определены в головке 208 фрезы, и по меньшей мере одно из отверстий 234 для потока может пересекать или перекрывать профиль 228 фрезы. Когда рычаг 216 регулирования растяжения находится в положении зацепления, как проиллюстрировано на фиг. 2B, отверстие 234 для потока, пересекающее профиль 228 фрезы, закрыто зацепляющей головкой 226. Во время работы фрезы 204 жидкость циркулирует через отверстия 234 для потока, чтобы охлаждать фрезу 204 и очищать ее от выбуренной породы и шлама. Протекание жидкости через отверстие 234 для потока, пересекающее профиль 228 фрезы, отодвигает зацепляющую головку 226 от профиля 228 фрезы и заставляет рычаг 216 регулирования растяжения повернуться обратно в убранное положение.

[0022] На фиг. 3А и 3В проиллюстрированы виды сбоку в поперечном сечении части узла 200 скважинного отклонителя в соответствии с фиг. 2А и 2В. В частности, на фиг. 3А проиллюстрирован рычаг 216 регулирования растяжения в убранном положении, а на фиг. 3B проиллюстрирован рычаг 216 регулирования растяжения в положении зацепления. Узел 200 скважинного отклонителя может быть собран путем прохождения срезного болта 206 через резьбовое отверстие 302, определенное на нижней стороне скважинного отклонителя 202. Затем фрезу 204 можно расположить так, чтобы срезной болт 206 проходил дальше в отверстие 304 срезного болта, определенное в фрезе 204 и, в частности, в головке 208 фрезы. Резьбовое отверстие 302 и отверстие 304 срезного болта могут быть выполнены с возможностью осевого выравнивания для совместного принятия срезного болта 206. Срезной болт 206 проходит внутри отверстия 304 срезного болта до зацепления в осевом направлении с внутренней торцевой стенкой 305, определенной внутри отверстия 304 срезного болта.

[0023] Затем рычаг 216 регулирования растяжения может поворачиваться и иным образом вращаться для зацепления с фрезой 204, как проиллюстрировано на фиг. 2B. В частности, рычаг 216 регулирования растяжения может быть выполнен с возможностью поворачивания вокруг продольной оси 306 выступа(ов) 230 и, таким образом, вращения из полости 218. Рычаг 216 регулирования растяжения поворачивается до тех пор, пока зацепляющая головка 226 не войдет в зацепление с профилем 228 фрезы, определенным на головке 208 фрезы.

[0024] Как проиллюстрировано, зацепляющая головка 226 может обеспечивать профиль 308 зацепления, выполненный с возможностью сопряжения с профилем 228 фрезы. В некоторых вариантах реализации изобретения профиль 308 зацепления может определять один или несколько элементов 310 профиля рычага, которые могут сопрягаться с одним или несколькими соответствующими элементами 312 профиля фрезы, определенными профилем 228 фрезы. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения сопрягаемые элементы 310, 312 профиля рычага и профиля фрезы имеют ступенчатые поверхности, которые встречаются и сопрягаются на противоположных и находящихся под углом 90° друг к другу упорных уступах, хотя упорные уступы могут быть расположены под углом более или менее 90° без отступления от объема изобретения. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения, сопрягаемые элементы 310, 312 профиля рычага и профиля фрезы могут иметь другие конструкции или конфигурации, не отступая от объема изобретения.

[0025] Как только рычаг 216 регулирования растяжения поворачивается в положение зацепления и зацепляющая головка 226 входит в зацепление с головкой 208 фрезы в профиле 228 фрезы, срезной болт 206 может вращаться вокруг своей центральной оси 314 для продвижения (нарезания резьбы) срезного болта 206 через резьбовое отверстие 302 и, таким образом, срезной болт 206 проходит глубже в отверстие 304 срезного болта. Как только срезной болт 206 входит в зацепление в осевом направлении с внутренней торцевой стенкой 305 внутри отверстия 304 срезного болта, продолжающееся вращение срезного болта 206 внутри резьбового отверстия 302 заставляет фрезу 204 подниматься или отходить от наклонной поверхности 220 вдоль центральной оси 314. Затем фреза 204 поддерживается в радиальном и осевом направлении с помощью срезного болта 206.

[0026] Когда фреза 204 поднимается от наклонной поверхности 220, элементы 310, 312 профиля рычага и фрезы сопрягаются и сопротивляются перемещению фрезы 204 вдоль центральной оси 314. В частности, профиль 228 фрезы может быть определен на головке 208 фрезы под углом 316 относительно центральной оси 314, и элементы 310, 322 профиля рычага и фрезы могут быть в общем определены перпендикулярно углу 316. Следовательно, когда фреза 204 поднимается от наклонной поверхности 220 вдоль центральной оси 314, к рычагу 216 регулирования растяжения прилагается растягивающее усилие, в то время как элементы 310, 322 профиля рычага и фрезы зацепляются и сопротивляются относительному перемещению. В некоторых вариантах реализации изобретения угол 316 может составлять около 45°, но может составлять более или менее 45° без отступления от объема изобретения.

[0027] С краткой ссылкой на фиг. 4A и 4B, по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, когда растягивающее усилие прилагается к рычагу 216 регулирования растяжения путем вращения срезного болта 206, опорный выступ 402 может использоваться для предварительной нагрузки фрезы 204 для противодействия крутящему моменту. В частности, на фиг. 4А и 4В представлены изометрические изображения в поперечном сечении и виды с торца узла 200 скважинного отклонителя, выполненные по линиям 4-4, проиллюстрированным на фиг. 3A. Опорный выступ 402 может иметь первый конец 404а и второй конец 404b напротив первого конца 404а. Второй конец 404b имеет контактную поверхность 406 крутящего момента, которая может быть использована для того, чтобы содействовать поворачиванию опорного выступа 402. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения контактная поверхность 406 крутящего момента содержит шестигранное отверстие, выполненное с возможностью приема торцевого гаечного ключа соответствующей формы (например, торцевого ключа с полым стержнем).

[0028] Опорный выступ 402 может быть с резьбой и выполнен с возможностью приема в отверстии 408 резьбового выступа, определенном через скважинный отклонитель 202. Вращение резьбового выступа 402 в отверстии 408 резьбового выступа приведет к тому, что первый конец 404а будет постепенно выдвигаться из отверстия 408 резьбового выступа мимо (в сторону от) наклонной поверхности 220. Дальнейшее выдвижение опорного выступа 402 из отверстия 408 резьбового выступа приводит первый конец 404а в зацепление с фрезой 204 и, в частности, в зацепление с одним из лезвий 210 фрезы, предусмотренных на головке 208 фрезы. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения лезвие 210 фрезы может быть расположено так, чтобы первый конец 404а входил в зацепление с режущим элементом 212, прикрепленным к лезвию 210 фрезы.

[0029] Как лучше всего видно на фиг. 4В, опорный выступ 402 может быть смещен в поперечном направлении или под углом от вертикального центра 410 наклонной поверхности 220, при этом срезной болт 206 проходит сквозь скважинный отклонитель 202. Подтягивание опорного выступа 402 к лезвию 210 фрезы эффективно заполняет или занимает зазор, образованный между наклонной поверхностью 220 и фрезой 204 в результате вращения срезного болта 206 для приложения растягивающего усилия к рычагу 216 регулирования растяжения, как описано выше. Поскольку опорный выступ 402 смещен под углом от срезного болта 206, фреза 204 будет поддерживаться радиально в двух местах, то есть вдоль вертикального центра 410 через срезной болт 206 и с угловым смещением от вертикального центра 410 через опорный выступ 402. В результате фрезе 204 будет трудно вращаться и создавать крутящие моменты, которые могут преждевременно разрушить срезной болт 206 при кручении. Вместо этого любой крутящий момент, принимаемый фрезой 204 во время работы в скважине, будет передаваться на срезной болт 206 (фиг. 4А) в виде растягивающей нагрузки, и такие растягивающие нагрузки будут частично приниматься рычагом 216 регулирования растяжения (фиг. 3A-3B) при зацеплении с головкой 208 фрезы. Следует понимать, что это существенно увеличит предел прочности срезного болта 206 и уменьшит вероятность того, что срезной болт 206 будет преждевременно испытывать усталость.

[0030] Снова со ссылкой на фиг. 3A-3B, когда опорный выступ 402 (фиг. 4A-4B) входит в зацепление с фрезой 204, как описано выше, срезной болт 206 может быть закреплен внутри фрезы 204 (то есть головки 208 фрезы) с помощью винта 324 с головкой под ключ, который может расширяться в отверстие 326 винта с головкой под ключ, определенное в верхней части головки 208 фрезы. Как проиллюстрировано, отверстие 326 винта с головкой под ключ может быть выровнено с или иным образом являться смежным осевым расширением или частью отверстия 304 срезного болта. Винт 324 с головкой под ключ может быть прикреплен с помощью резьбы к срезному болту 206 в резьбовой полости 328, определенной в конце срезного болта 206. После того как винт 324 с головкой под ключ привинчен к резьбовой полости 328, фреза 204 эффективным образом соединяется со скважинным отклонителем 202 посредством сцепленного зацепления между винтом 324 с головкой под ключ и срезным болтом 206.

[0031] Далее предусмотрена приведенная в качестве примера работа собранного узла 200 скважинного отклонителя. Узел 200 скважинного отклонителя может быть спущен в забой внутри ствола 122 скважины (фиг. 1) с фрезой 204, прикрепленной к скважинному отклонителю 202, как в общем описано выше. По достижении местоположения в стволе 122 скважины, в котором должно быть образовано выходное отверстие 134 в обсадной колонне (фиг. 1), узел 200 скважинного отклонителя защелкивается в зажимном приспособлении 134 в сборе (фиг. 1), предварительно расположенном внутри ствола 122 скважины. Защелкивание в узле 200 скважинного отклонителя может включать прохождение узла 200 скважинного отклонителя в зажимное приспособление 134 в сборе и последующее вращение узла 200 скважинного отклонителя, в то время как узел 200 скважинного отклонителя возвращается обратно вверх по стволу скважины или к поверхности скважины.

[0032] По мере того как узел 200 отклоняющего устройства продвигается вниз по стволу скважины и затем фиксируется в зажимном приспособлении 134 в сборе (фиг. 1), фреза 204 воспринимает различные величины скручивающей нагрузки. Так как фреза 204 поддерживается в радиальном направлении срезным болтом 206 и смещающим опорным выступом 402 (фиг. 4A-4B), такие скручивающие нагрузки будут, как правило, поднимать фрезу 402 над наклонной поверхностью 220. Однако фреза 204 удерживается на месте относительно наклонной поверхности 220 с помощью срезного болта 206, который принимает растягивающую нагрузку, возникающую в результате прилагаемой скручивающей нагрузки. По мере того как увеличивается крутящий момент на фрезе 204, растягивающая нагрузка, принимаемая срезным болтом 206, соответственно увеличивается. Однако, когда рычаг 216 регулирования растяжения находится в зацеплении с головкой 208 фрезы, элементы 310, 312 профиля рычага и фрезы передают по меньшей мере часть растягивающей нагрузки на рычаг 216 регулирования растяжения. Соответственно, рычаг 216 регулирования растяжения эффективным образом увеличивает предел растяжения срезного болта 206 и соответственно увеличивает номинальный крутящий момент узла 200 скважинного отклонителя.

[0033] Как только узел 200 скважинного отклонителя надлежащим образом фиксируется в зажимном приспособлении 134 в сборе (фиг. 1), на узел 200 скважинного отклонителя прикладывается вес с местоположения на поверхности, что создает осевую нагрузку на фрезу 204, которая передается на срезной болт 206. Принимая на себя заранее определенную осевую нагрузку, срезной болт 206 разрушается при сдвиге и тем самым освобождает фрезу 204 от осевого зацепления со скважинным отклонителем 202. Срезной болт 206 может определять или иным образом обеспечивать срезную канавку 330, изображенную на фиг. 3А-3В, в качестве окружного углубления, определенного возле внешней периферии срезного болта 206. Срезная канавка 330 обеспечивает плоскость среза, выполненную с возможностью разрушения при принятии заранее определенной осевой нагрузки. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения срезная канавка 330 определена, как правило, перпендикулярно центральной оси 314 и находится на одной линии с наклонной поверхностью 220, что делает плоскость среза, как правило, параллельной наклонной поверхности 220. Это может оказаться предпочтительным для возможности продвижения вперед срезного болта 206 внутри резьбового отверстия 302 вдоль центральной оси 314 для создания нагрузки на рычаг 216 регулирования растяжения без изменения общей ориентации плоскости среза. Кроме того, поскольку плоскость среза, как правило, параллельна наклонной поверхности 220, остальная часть срезного болта 206 после среза, которая остается на наклонной поверхности 220, также параллельна наклонной поверхности 220 и, следовательно, не будет выступать из наклонной поверхности 220 и повреждать или останавливать фрезу 204 в процессе ее продвижения.

[0034] Поскольку профиль 308 зацепления сопрягается с профилем 228 фрезы под углом 316 относительно центральной оси 314, фреза 204 может быть в состоянии отсоединить зацепляющую головку 226 от профиля 228 фрезы при перемещении в направлении вниз по стволу скважины (то есть вправо на фиг. 3А-3В). Как упомянуто выше, когда фреза 204 перемещается относительно скважинного отклонителя 202 в направлении вниз по стволу скважины, рычаг 216 регулирования растяжения может поворачиваться обратно в убранное положение внутри полости 218. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения, как только рычаг 216 регулирования растяжения отсоединяется от головки 208 фрезы, подпружиненные выступы 230 могут содействовать поворачиванию рычага 216 регулирования растяжения обратно в убранное положение. В еще других вариантах реализации изобретения поток флюида, проходящий через фрезу 204 из отверстий 234 для потока (фиг. 2A-2B), определенных в головке 208 фрезы, может гидравлически выталкивать зацепляющую головку 226 из профиля 228 фрезы и заставлять рычаг 216 регулирования растяжения поворачиваться обратно в убранное положение.

[0035] Затем после отсоединения от скважинного отклонителя 202 и рычага 216 регулирования растяжения фреза 204 может вращаться вокруг центральной оси и одновременно продвигаться в направлении вниз по стволу скважины. По мере продвижения вниз по стволу скважины фреза 204 движется вверх по наклонной поверхности 220 скважинного отклонителя 202 до зацепления и фрезерования внутренней стенки обсадной колонны 124 (фиг. 1), чтобы образовать выходное отверстие 134 в обсадной колонне (фиг. 1).

[0036] Варианты реализации изобретения, раскрытые в данном документе, включают:

[0037] А. Узел скважинного отклонителя, который содержит скважинный отклонитель, обеспечивающий наклонную поверхность, фрезу, соединенную с возможностью отсоединения со скважинным отклонителем с помощью срезного болта и обеспечивающую профиль фрезы, и рычаг регулирования растяжения, шарнирно соединенный со скважинным отклонителем и перемещаемый между убранным положением, при котором рычаг регулирования растяжения принимается внутри полости, определенной на наклонной поверхности, и положением зацепления, при котором зацепляющая головка рычага регулирования растяжения сопрягается с профилем фрезы, чтобы распределять по меньшей мере часть растягивающей нагрузки, принимаемой срезным болтом.

[0038] Б. Способ, который включает транспортировку узла скважинного отклонителя вглубь ствола скважины, причем узел скважинного отклонителя содержит скважинный отклонитель, имеющий наклонную поверхность, фрезу, соединенную с возможностью отсоединения со скважинным отклонителем с помощью срезного болта и обеспечивающую профиль фрезы, и рычаг регулирования растяжения, шарнирно соединенный со скважинным отклонителем и содержащий зацепляющую головку, находящуюся в зацеплении с профилем фрезы. По меньшей мере часть растягивающей нагрузки, прикладываемой к срезному болту, принимается рычагом регулирования растяжения, в то время как узел скважинного отклонителя перемещается внутри ствола скважины.

[0039] В. Способ сборки узла скважинного отклонителя, включающий прохождение срезного болта через резьбовое отверстие, определенное через скважинный отклонитель, расположение фрезы на скважинном отклонителе таким образом, чтобы срезной болт проходил в отверстие срезного болта, определенное в фрезе, поворачивание рычага регулирования растяжения для зацепления с профилем фрезы, определенным на фрезе, причем рычаг регулирования растяжения шарнирно соединен со скважинным отклонителем, вращение срезного болта внутри резьбового отверстия и, таким образом, поднятие фрезы над наклонной поверхностью, сопряжение профиля зацепления рычага регулирования растяжения с профилем фрезы, в то время как фреза поднимается над наклонной поверхностью и, таким образом, оказание растягивающего усилия на рычаг регулирования растяжения, выдвижение опорного выступа из резьбового отверстия для его зацепления в радиальном направлении с фрезой, при этом резьбовое отверстие определено через скважинный отклонитель и смещено под углом от вертикального центра наклонной поверхности, причем срезной болт проникает в скважинный отклонитель, и прохождение винта с головкой под ключ в отверстие винта с головкой под ключ, определенное в фрезе, и привинчивание винта с головкой под ключ к срезному болту в резьбовой полости, определенной в срезном болте.

[0040] Каждый из вариантов реализации изобретения A, Б и В может включать один или более из следующих дополнительных элементов в любой комбинации: Элемент 1: отличающийся тем, что фреза содержит головку фрезы, предусмотренную на осевом конце фрезы, и множество фрез лезвия, расположенных на головке фрезы, при этом профиль фрезы определен между смежными под углом лезвиями фрезы из множества лезвий фрезы. Элемент 2: отличающийся тем, что рычаг регулирования растяжения содержит корпус, имеющий первый конец и второй конец, при этом зацепляющая головка предусмотрена на первом конце, и один или несколько выступов предусмотрены на втором конце и приняты внутри соответствующих одного или нескольких отверстий, определенных в полости, при этом рычаг регулирования растяжения поворачивается вокруг продольной оси одного или нескольких выступов для перемещения между убранным положением и положением зацепления. Элемент 3: отличающийся тем, что рычаг регулирования растяжения подпружинен и естественным образом смещен в направлении убранного положения. Элемент 4: отличающийся тем, что зацепляющая головка обеспечивает профиль зацепления, определяющий один или нескольких элементов профиля рычага и сопрягаемый с одним или несколькими элементами профиля фрезы, определенными на профиле фрезы. Элемент 5: отличающийся тем, что один или несколько элементов профиля рычага и один или несколько элементов профиля фрезы имеют сопрягаемые ступенчатые поверхности. Элемент 6: отличающийся тем, что профиль фрезы определен на фрезе с угловым смещением относительно центральной оси срезного болта. Элемент 7: дополнительно содержащий резьбовое отверстие выступа, определенное через скважинный отклонитель и смещенное под углом от вертикального центра наклонной поверхности, причем срезной болт проходит сквозь скважинный отклонитель, и опорный выступ, принятый внутри резьбового отверстия выступа и поворачиваемый для выдвижения из резьбового отверстия выступа для зацепления с фрезой. Элемент 8: отличающийся тем, что срезная канавка определена возле внешней периферии срезного болта и проходит перпендикулярно центральной оси срезного болта.

[0041] Элемент 9: отличающийся тем, что зацепляющая головка обеспечивает профиль зацепления, определяющий один или несколько элементов профиля рычага, и профиль фрезы определяет один или несколько элементов профиля фрезы, при этом принятие по меньшей мере части растягивающей нагрузки, прилагаемой к срезному болту рычагом регулирования растяжения включает сопряжение одного или нескольких элементов профиля рычага с одним или несколькими элементами профиля фрезы и, таким образом, предотвращение относительного перемещения между профилем зацепления и профилем фрезы. Элемент 10: дополнительно включающий оказание осевой нагрузки на срезной болт через фрезу и, таким образом, срезание срезного болта для высвобождения фрезы от зацепления со скважинным отклонителем, отсоединение зацепляющей головки от профиля фрезы и поворачивание рычага регулирования растяжения в убранное положение, при котором рычаг регулирования растяжения принимается внутри полости, определенной на наклонной поверхности. Элемент 11: отличающийся тем, что поворачивание рычага регулирования растяжения в убранное положение включает перемещение фрезы в направлении вниз по стволу скважины и зацепление рычага регулирования растяжения с фрезой, в то время как фреза перемещается в направлении вниз по стволу скважины. Элемент 12: отличающийся тем, что рычаг регулирования растяжения подпружинен и естественным образом смещен по направлению к убранному положению, при этом поворачивание рычага регулирования растяжения в убранное положение включает поворачивание рычага регулирования растяжения под действием усилия пружины в убранное положение. Элемент 13: отличающийся тем, что фреза определяет одно или несколько отверстий для потока, и поворачивание рычага регулирования растяжения в убранное положение включает циркуляцию жидкости через одно или несколько отверстий для потока, причем по меньшей мере одно из одного или нескольких отверстий для потока пересекает профиль фрезы и перекрывается зацепляющей головкой, и воздействие жидкости на зацепляющую головку и, таким образом, перемещение рычага регулирования растяжения в убранное положение.

[0042] Элемент 14: отличающийся тем, что рычаг регулирования растяжения имеет первый конец и второй конец, причем профиль зацепления определен на первом конце, и один или несколько выступов предусмотрены на втором конце, при этом поворачивание рычага регулирования растяжения для зацепления с профилем фрезы включает поворачивание рычага регулирования растяжения вокруг продольной оси одного или нескольких выступов, принимаемых в соответствующих одном или нескольких отверстиях, определенных в полости, определенной в отклоняющей головке. Элемент 15: отличающийся тем, что профиль зацепления определяет один или несколько элементов профиля рычага, и профиль фрезы определяет один или несколько элементов профиля фрезы, при этом сопряжение профиля зацепления с профилем фрезы включает сопряжение одного или нескольких элементов профиля рычага с одним или несколькими элементами профиля фрезы. Элемент 16: отличающийся тем, что выдвижение опорного выступа из резьбового отверстия выступа для зацепления с фрезой включает зацепление опорного выступа с режущим элементом, прикрепленным к лезвию фрезы, предусмотренному на фрезе.

[0043] В качестве неограничивающего примера приведенные в качестве примера комбинации, применимые к A, Б и В, включают: Элемент 4 с Элементом 5; Элемент 4 с Элементом 6; Элемент 10 с Элементом 11; Элемент 10 с Элементом 12 и Элемент 10 с Элементом 13.

[0044] Следовательно, раскрытые системы и способы хорошо приспособлены для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также целей и преимуществ, которые им присущи. Конкретные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку идеи данного изобретения могут быть модифицированы и применены на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, пользующихся преимуществами приведенных в данном документе идей. Кроме того, никакие ограничения не предназначены для элементов конструкции или устройства, проиллюстрированных в данном документе, кроме тех, что описаны ниже в формуле изобретения. Следовательно, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, могут быть изменены, объединены или модифицированы, и все такие варианты рассматриваются как подпадающие под объем данного изобретения. Системы и способы, раскрытые в качестве иллюстрации в данном документе, могут подходящим образом применяться на практике в отсутствие какого-либо элемента, который конкретно не раскрыт в данном документе, и/или любого необязательного элемента, раскрытого в данном документе. Хотя композиции и способы описаны как «содержащие» или «включающие» различные компоненты или этапы, композиции и способы, также могут «состоять, по существу, из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, раскрытые выше, могут отличаться на некоторую величину. Всякий раз, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, конкретно раскрывается любое число и любой включенный диапазон, попадающий в этот диапазон. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от около а до около b» или, эквивалентно, «от около а до b» или, эквивалентно, «от около a-b»), раскрытый в данном документе, подразумевает изложение каждого числа и диапазона, включенного в более широкий диапазон значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Кроме того, применяемая в формуле изобретения форма единственного числа предполагает наличие одного или нескольких выражаемых в ней элементов. Если есть какое-либо противоречие в использовании слова или термина в данном описании и одном или нескольких патентных или других документах, которые могут быть включены в данный документ посредством ссылки, должны быть приняты определения, которые согласуются с данным описанием.

[0045] Используемое в данном документе выражение «по меньшей мере один из», предшествующий серии элементов, с терминами «и» либо «или», чтобы отделить любой из элементов, модифицирует перечень в целом, а не каждый член перечня (т. е. каждый элемент). Выражение «по меньшей мере один из» допускает значение, которое включает по меньшей мере один из любого из элементов, и/или по меньшей мере одну из любой комбинации элементов, и/или по меньшей мере один из каждого из элементов. В качестве примера, каждое из выражений «по меньшей мере одно из A, Б и В» или «по меньшей мере одно из A, Б или В» относится только к A, только к Б или только к В; к любой комбинации A, Б и В; и/или по меньшей мере к одному из каждого из А, Б и В.

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения. Узел скважинного отклонителя содержит скважинный отклонитель с наклонной поверхностью, фрезу, соединенную с возможностью отсоединения со скважинным отклонителем с помощью срезного болта и обеспечивающую профиль фрезы, и рычаг регулирования растяжения, шарнирно соединенный со скважинным отклонителем и перемещаемый между убранным положением, при котором рычаг регулирования растяжения принимается внутри полости, образованной на наклонной поверхности, и положением зацепления, при котором зацепляющая головка рычага регулирования растяжения сопрягается с профилем фрезы для принятия по меньшей мере части растягивающей нагрузки, принимаемой срезным болтом. Обеспечивается ослабление растягивающих нагрузок, принимаемых срезным болтом, соединяющим фрезу со скважинным отклонителем. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Узел скважинного отклонителя, содержащий:

скважинный отклонитель, обеспечивающий наклонную поверхность;

фрезу, соединенную с возможностью отсоединения со скважинным отклонителем с помощью срезного болта и обеспечивающую профиль фрезы; и

рычаг регулирования растяжения, шарнирно соединенный со скважинным отклонителем и перемещаемый между убранным положением, при котором рычаг регулирования растяжения принимается внутри полости, определенной на наклонной поверхности, и положением зацепления, при котором зацепляющая головка рычага регулирования растяжения сопрягается с профилем фрезы для принятия по меньшей мере части растягивающей нагрузки, принимаемой срезным болтом.

2. Узел скважинного отклонителя по п. 1, отличающийся тем, что фреза содержит:

головку фрезы, предусмотренную на осевом конце фрезы; и

множество лезвий фрезы, расположенных на головке фрезы, при этом профиль фрезы определен между смежными под углом лезвиями фрезы из множества лезвий фрезы.

3. Узел скважинного отклонителя по п. 1 или 2, отличающийся тем, что рычаг регулирования растяжения содержит:

корпус, имеющий первый конец и второй конец, при этом на первом конце предусмотрена зацепляющая головка; и

один или несколько выступов, предусмотренных на втором конце и принятых внутри соответствующих одного или несколько отверстий, определенных в полости, при этом рычаг регулирования растяжения поворачивается вокруг продольной оси одного или нескольких выступов для перемещения между убранным положением и положением зацепления.

4. Узел скважинного отклонителя по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что рычаг регулирования растяжения подпружинен и естественным образом смещен по направлению к убранному положению.

5. Узел скважинного отклонителя по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что зацепляющая головка обеспечивает профиль зацепления, определяющий один или несколько элементов профиля рычага и сопрягаемый с одним или несколькими элементами профиля фрезы, определенными на профиле фрезы, при этом один или несколько элементов профиля рычага и один или несколько элементов профиля фрезы имеют сопрягаемые ступенчатые поверхности и/или при этом профиль фрезы определен с угловым смещением от центральной оси срезного болта.

6. Узел скважинного отклонителя по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий:

резьбовое отверстие выступа, определенное скважинным отклонителем и смещенное под углом от вертикального центра наклонной поверхности, причем срезной болт проникает в скважинный отклонитель; и

опорный выступ, принятый внутри резьбового отверстия выступа и выполненный с возможностью вращения для выдвижения из резьбового отверстия выступа для зацепления с фрезой.

7. Узел скважинного отклонителя по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что срезная канавка определена возле внешней периферии срезного болта и проходит перпендикулярно центральной оси срезного болта.

8. Способ, включающий:

транспортирование узла скважинного отклонителя вглубь ствола скважины, причем узел скважинного отклонителя содержит: скважинный отклонитель, имеющий наклонную поверхность, фрезу, соединенную с возможностью отсоединения со скважинным отклонителем с помощью срезного болта и обеспечивающую профиль фрезы, и рычаг регулирования растяжения, шарнирно соединенный со скважинным отклонителем и содержащий зацепляющую головку, находящуюся в зацеплении с профилем фрезы; и

принятие по меньшей мере части растягивающей нагрузки, оказываемой на срезной болт рычагом регулирования растяжения, в то время как узел скважинного отклонителя перемещается внутри ствола скважины.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что узел скважинного отклонителя дополнительно содержит резьбовое отверстие выступа, определенное через скважинный отклонитель и смещенное под углом от вертикального центра наклонной поверхности, причем срезной болт проходит сквозь скважинный отклонитель, причем способ дополнительно включает:

принятие скручивающей нагрузки фрезой, в то время как узел скважинного отклонителя перемещается внутри ствола скважины;

поддерживание фрезы в радиальном направлении срезным болтом и опорным выступом, принятым внутри резьбового отверстия выступа и, таким образом, преобразование скручивающей нагрузки в растягивающую нагрузку; и

совместное принятие растягивающей нагрузки срезным болтом и рычагом регулирования растяжения, когда рычаг регулирования растяжения входит в зацепление с профилем фрезы.

10. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что зацепляющая головка обеспечивает профиль зацепления, определяющий один или несколько элементов профиля рычага, а профиль фрезы определяет один или несколько элементов профиля фрезы, при этом принятие по меньшей мере части растягивающей нагрузки, оказываемой на срезной болт рычагом регулирования растяжения, включает:

сопряжение одного или нескольких элементов профиля рычага с одним или несколькими элементами профиля фрезы и, таким образом, предотвращение относительного перемещения между профилем зацепления и профилем фрезы.

11. Способ по любому из пп. 8-10, дополнительно включающий: оказание осевой нагрузки на срезной болт через фрезу и, таким образом, срезание срезного болта для высвобождения фрезы от зацепления со скважинным отклонителем;

отсоединение зацепляющей головки от профиля фрезы и

поворачивание рычага регулирования растяжения в убранное положение, при котором рычаг регулирования растяжения принимается внутри полости, определенной на наклонной поверхности, при этом рычаг регулирования растяжения подпружинен и естественным образом смещен по направлению к убранному положению, при этом фреза определяет одно или несколько отверстий для потока и, необязательно, при этом поворачивание рычага регулирования растяжения в убранное положение включает:

перемещение фрезы в направлении вниз по стволу скважины;

зацепление рычага регулирования растяжения с фрезой, в то время как фреза перемещается в направлении вниз по стволу скважины;

вращение рычага регулирования растяжения под действием усилия пружины в убранное положение;

циркуляцию жидкости через одно или несколько отверстий для потока, причем по меньшей мере одно из одного или нескольких отверстий для потока пересекает профиль фрезы и перекрывается зацепляющей головкой; и

воздействие жидкости на зацепляющую головку и, таким образом, перемещение рычага регулирования растяжения в убранное положение.

12. Способ сборки узла скважинного отклонителя, включающий:

прохождение срезного болта через резьбовое отверстие, определенное через скважинный отклонитель;

размещение фрезы на скважинном отклонителе таким образом, чтобы срезной болт проходил в отверстие срезного болта, определенное в фрезе;

поворачивание рычага регулирования растяжения для зацепления с профилем фрезы, определенным на фрезе, причем рычаг регулирования растяжения шарнирно соединен со скважинным отклонителем;

вращение срезного болта внутри резьбового отверстия и, таким образом, подъем фрезы над наклонной поверхностью;

сопряжение профиля зацепления рычага регулирования растяжения с профилем фрезы, когда фреза поднимается над наклонной поверхностью и, таким образом, оказание растягивающего усилия на рычаг регулирования растяжения;

выдвижение опорного выступа из резьбового отверстия выступа для зацепления в радиальном направлении с фрезой, при этом резьбовое отверстие выступа определено через скважинный отклонитель и смещено под углом от вертикального центра наклонной поверхности, причем срезной болт проходит сквозь скважинный отклонитель; и прохождение винта с головкой под ключ в отверстие винта с головкой под ключ, определенное в фрезе, и привинчивание винта с головкой под ключ к срезному болту в резьбовой полости, определенной в срезном болте.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что рычаг регулирования растяжения имеет первый конец и второй конец, причем профиль зацепления определен на первом конце, а один или несколько выступов предусмотрены на втором конце, при этом поворачивание рычага регулирования растяжения для зацепления с профилем фрезы включает:

поворачивание рычага регулирования растяжения вокруг продольной оси одного или нескольких выступов, принятых внутри соответствующих одного или нескольких отверстий, определенных в полости, определенной в скважинном отклонителе.

14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что профиль зацепления определяет один или несколько элементов профиля рычага, и профиль фрезы определяет один или несколько элементов профиля фрезы, при этом сопряжение профиля зацепления с профилем фрезы включает сопряжение одного или нескольких элементов профиля рычага с одним или несколькими элементами профиля фрезы.

15. Способ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что выдвижение опорного выступа из резьбового отверстия выступа для зацепления с фрезой включает зацепление опорного выступа с режущим элементом, прикрепленным к лезвию фрезы, предусмотренному на фрезе.