Устройство для извлечения клина-отклонителя из горизонтального участка скважины Российский патент 2020 года по МПК E21B31/00 

Изобретение относится к области бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при строительстве многозабойных скважин (МЗС) и перевода существующих скважин в разряд многоствольных (МСС) методом зарезки и бурения боковых горизонтальных стволов (БГС) с извлекаемого клина-отклонителя с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.

Известно устройство для извлечения уипстока (клина-отклонителя) из скважины – ловильный колокол (Кресс Л.А., Миллер С.У. Использование съёмного уипстока для бурения скважины с двумя горизонтальными стволами // Нефтегазовые технологии. - 1994. - № 1–2. - С. 12–15), включающее полый корпус с внутренней резьбой, с винтовым заострённым нижним торцом и верхней резьбой для соединения с колонной труб.

Недостатками устройства являются:

- сложность получения надежного соединения устройства с клином-отклонителем, вследствие того, что прочность корпуса ловильного колокола связана с толщиной его стенок. Наружный диаметр ловильного колокола имеет определенную величину для прохождения в основной ствол скважины, которая неизменна. Уменьшение толщины стенки ловильного колокола и его направляющей воронки для увеличения внутреннего диаметра, упрощения процесса захвата и навинчивания на «голову» клина-отклонителя при его извлечении из скважины приведёт к смятию направляющей воронки и разрушению корпуса, так как при завинчивании конусной резьбы ловильного колокола на конусный клин-отклонитель в теле ловильного колокола возникают большие радиальные разрывающие силы. Увеличение толщины стенки ловильного колокола для повышения его прочности и грузоподъемности приведет к уменьшению внутреннего диаметра, невозможности захода в него клина-отклонителя и надежного его захвата;

- сложность отсоединения колокола от клина-отклонителя в случае, если его не удается извлечь из скважины, возникновение аварийной ситуации и, как следствие, большие материальные и временные затраты на ее ликвидацию и увеличение стоимости строительства МСС и МЗС.

Известно устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (патент RU № 2421598, МПК Е21В 31/20, опубл. 20.06.2011 г., бюл. № 17), включающее переводник, полый корпус с винтовым заострённым нижним торцом и ловильный механизм, расположенный внутри корпуса и выполненный в виде полого штока, соединенного жестко с муфтой и оснащенного радиальным каналом и наклонной поверхностью под желоб клина-отклонителя, снабженного технологическим отверстием для размещения нижней подвижной втулки, которая взаимодействует с технологическим отверстием – выборкой клина-отклонителя при его извлечении из скважины.

Недостатком данного устройства является:

- низкая надёжность устройства, связанная с недостаточной конструктивной прочностью полого штока, который воспринимает основную осевую нагрузку по страгиванию клина-отклонителя с места закрепления и извлечения его из скважины. Наиболее ослабленным местом полого штока является радиальный канал, в котором установлена нижняя подвижная втулка. При создании осевой нагрузки на устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины изгибающие силы вырвут нижнюю втулку из полого штока или произойдет её заклинивание в радиальном канале полого штока и его разрушение. Всё это приведёт к аварийной ситуации, дополнительным временным и материальным затратам, и увеличению стоимости строительства МСС и МЗС.

Известно устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (патент RU № 2464406, МПК Е21В 31/12, опубл. 20.10.2012 г., бюл. № 29), включающее ствол с резьбой вверху для соединения с колонной труб и ловильным крюком внизу для соединения с клином-отклонителем. При этом ствол выполнен полым, заглушенным снизу и оснащенным снизу калиброванным боковым отверстием, расположенным с противоположной стороны ствола относительно ловильного крюка. Сверху ствол оснащен кожухом, ниже которого установлен фиксатор с боковыми лысками вверху. Снаружи ствола размещен подпружиненный от кожуха вниз цилиндрический корпус с нижней проточкой со стороны ловильного крюка, оснащенный снизу подковообразной опорной втулкой, а выше выборки – опорной втулкой с прямоугольным внутренним продольным отверстием, которая размещена снаружи фиксатора с возможностью взаимодействия своим отверстием с его боковыми лысками, ограниченного перемещения вверх и радиального отклонения в противоположную сторону от ловильного крюка. Причем ствол вставлен в подковообразную втулку с возможностью ограниченного радиального перемещения в противоположную от ловильного крюка сторону. При этом опорная втулка выполнена с возможностью взаимодействия с верхним торцом клина-отклонителя, а подковообразная втулка – с боковыми проточками клина-отклонителя.

Недостатками данного устройства являются:

- трудоемкость спуска устройства в скважину, так как подковообразная опорная втулка постоянно попадает в зазор между концами обсадных труб в муфтовых соединениях, в особенности в наклонных и горизонтальных участках ствола скважины. Для прохождения муфт необходимо постоянно проворачивать устройство колонной труб, что увеличивает сроки и трудоемкость работ;

- сложность соединения устройства с клином-отклонителем, так как опорная втулка срабатывает только при взаимодействии с верхним торцом клина-отклонителя, а как показала практика при вырезании окна в стенке обсадной колонны компоновкой фрез и спуско-подъемных операциях (СПО) бурового инструмента в процессе бурения БС верхнюю часть и торец клина-отклонителя обрабатывают до полного устранения всех выступов, препятствующих спуску бурового инструмента;

- узкая область применения устройства, так как для его срабатывания необходимо изготавливать клин-отклонитель с боковыми проточками для взаимодействия с проточкой подковообразной опорной втулки, что приведет к удорожанию оборудования и увеличению стоимости строительства МСС и МЗС. Кроме этого, невозможность захвата устройством клиньев-отклонителей со значительным износом, так как это приводит к потере опорных поверхностей проточек, и устройство свободно скользит, не фиксируясь по желобу клина-отклонителя;

- низкая надежность работы устройства, так как диаметр кожуха больше габаритного размера ловильного крюка, а нижняя проточка выполнена в самом кожухе, устройство будет свободно вращаться в желобе клина-отклонителя, не взаимодействуя с его боковыми проточками и не захватывая клин-отклонитель;

- низкая надежность работы устройства, так как в конструкции устройства отсутствует узел фиксации клина-отклонителя с ловильным крюком, в связи с этим высока вероятность отсоединения клина-отклонителя и его потеря в процессе извлечения из скважины, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб на устье скважины, когда клин-отклонитель установлен в наклонном или горизонтальном участке ствола, так как при разборке колонны труб на устье происходит её движение вверх-вниз, при этом клин-отклонитель, опираясь на нижнюю стенку ствола за счет сил трения остается на месте;

- низкая надежность работы устройства, так как отсутствует устройство для очистки выборки в теле клина-отклонителя от уплотненного бурового шлама, металлической стружки и застывшего цемента, что затрудняет захват и извлечение клина-отклонителя из скважины, особенно установленного в наклонных и горизонтальных участках ствола.

Известно устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (патент RU № 2415250, МПК Е21В 31/20, опубл. 27.03.2011 г., бюл. № 9), включающее ствол с ловильным крюком внизу и верхнюю резьбу для соединения с колонной бурильных труб. При этом ствол выполнен полым, заглушенным снизу, а ловильный крюк выполнен со сдвоенной бородкой. При этом ширина ловильного крюка превышает зазор между желобом клина-отклонителя и стенкой обсадной колонны, а на верхнюю резьбу для соединения с колонной бурильных труб, установлен переводник с углом перекоса, позволяющим отклонить ловильный крюк тыльной стороной от оси скважины. В стволе выполнены разнонаправленные радиальные каналы, сообщенные с его внутренней полостью, нижний из которых выполнен с обратной сдвоенной бородке стороны, а верхний перекрыт изнутри втулкой с седлом под шар, закрепленной относительно ствола срезными элементами и выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз с открытием верхнего радиального канала.

Недостатками данного устройства являются:

- сложность соединения устройства с клином-отклонителем и необходимость привлечения геофизической партии для ориентирования ловильного крюка устройства по прорезям в теле клина-отклонителя, так как конструкция ловильного крюка не позволяет определять местоположение клина-отклонителя в скважине. Как показала практика, при вырезании окна в стенке обсадной колонны компоновкой фрез верхний край окна находится выше торца клина-отклонителя, и предположение, что ловильным крюком за счет его ширины возможно определить интервал расположения торца клина-отклонителя, не подтвердилось. Кроме того, верхнюю часть клина-отклонителя и торец в том числе, обрабатывают до полного устранения всех выступов, препятствующих спуску бурового инструмента во избежание осложнений при бурении БС;

- низкая функциональность, так как отсутствует устройство, сигнализирующее о захвате ловильным крюком клина-отклонителя, а не верхнего края окна обсадной колонны. Зацепление ловильным крюком верхнего края окна приведет к аварийной ситуации с поломкой устройства или бурового инструмента, деформации обсадной колонны и невозможности продолжения дальнейших работ;

- низкая надежность работы устройства, так как отсутствует устройство для очистки боковых прорезей в теле клина-отклонителя от уплотненного бурового шлама, металлической стружки и застывшего цемента, что затрудняет захват клина-отклонителя, особенно установленного с упором на нижнюю стенку скважины в наклонных и горизонтальных участках ствола;

- низкая надежность работы устройства, так как отсутствует узел фиксации клина-отклонителя с ловильным крюком, что может привести к самопроизвольному отсоединению клина-отклонителя в процессе извлечения его из скважины, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб на устье скважины, когда клин-отклонитель установлен в наклонном или горизонтальном участке ствола, так как при разборке колонны труб на устье происходит её движение вверх-вниз, при этом клин-отклонитель, опираясь на нижнюю стенку ствола за счет сил трения остается на месте, таким образом, велика вероятность возникновения аварийных ситуаций с оставлением клина-отклонителя в скважине и проведением работ по повторному захвату и извлечения клина-отклонителя из скважины, которые приведут к увеличению сроков и стоимости строительства МСС и МЗС.

Известно устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (Кресс Л.Ф., Миллер С.У. Использование съемного уипстока для бурения скважины с двумя горизонтальными стволами // Нефтегазовые технологии. - 1994. - № 1–2. - С. 12–15), включающее ствол с ловильным крюком под ответную выборку клина-отклонителя и с возможностью соединения с колонной труб. Ловильный крюк выполнен в виде бородки. Бородка ловильного крюка входит с лицевой стороны клина-отклонителя в выборку, выполненную в виде сквозной прорези в его теле со стороны жёлоба, осуществляя тем самым его захват и извлечение из скважины.

Недостатками устройства являются:

- трудоемкость операции захвата клина-отклонителя ловильным крюком устройства, так как необходимо очень точно сориентировать ловильный крюк относительно выборки в теле клина-отклонителя как по глубине, так и по азимуту при помощи геофизических приборов, что требует вызова геофизической партии и ведет к увеличению сроков и стоимости строительства МСС и МЗС;

- низкая функциональность, так как отсутствует устройство, сигнализирующее о захвате ловильным крюком клина-отклонителя, а не верхнего края окна обсадной колонны. При создании осевой нагрузки вниз (спуске колонны труб в скважину) бородка ловильного крюка свободно выскальзывает из выборки клина-отклонителя, тем самым, не сигнализируя на поверхность, что был захвачен клин-отклонитель. При зацеплении верхнего края окна обсадной колонны повышается вес колонны труб, что фиксируется на поверхности прибором контроля веса бурового инструмента так же, как и при захвате клина-отклонителя, и при спуске колонны труб в скважину ловильный крюк свободно проходит в БС и на поверхности не фиксируется снижение веса колонны труб, вводя в заблуждение бурильщика. Бурильщик, думая, что захватил клин-отклонитель, будет увеличивать осевую нагрузку вверх, чтобы стронуть клин-отклонитель с места установки и перевести его в транспортное положение, фактически будет прикладывать осевую нагрузку к верхнему краю окна, что приведет к аварийной ситуации с поломкой устройства или бурового инструмента, деформации обсадной колонны и невозможности продолжения дальнейших работ;

- низкая надежность работы устройства, так как при извлечении клин-отклонитель не прижимается к стволу устройства и его верхняя часть может перекоситься и отклониться в стенке скважины, что приведет к его заклиниванию в муфтовых соединениях обсадной колонны или плашках превентора и оставлению в скважине, особенно в скважинах со сложным профилем ствола;

- низкая функциональность, так как отсутствует устройство для создания усилия для принудительного ввода ловильного крюка в выборку клина-отклонителя при его захвате;

- низкая функциональность, так как отсутствует устройство для очистки выборки в теле клина-отклонителя от уплотненного бурового шлама, металлической стружки и затвердевшего цемента, что препятствует заходу ловильного крюка в выборку клина-отклонителя, захвату и извлечению его из скважины, несмотря на то, что бородка крюка имеет заостренный кончик;

- низкая надежность работы устройства, так как в конструкции отсутствует узел фиксации клина-отклонителя с ловильным крюком, что может привести к самопроизвольному отсоединению клина-отклонителя при извлечении его из скважины, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб на устье скважины, когда клин-отклонитель установлен в наклонном или горизонтальном участке ствола, так как при разборке колонны труб на устье происходит её движение вверх-вниз, при этом клин-отклонитель, опираясь на нижнюю стенку ствола за счет сил трения остается на месте. В связи с этим велика вероятность возникновения аварийных ситуаций с оставлением клина-отклонителя в скважине и проведением работ по повторному захвату и извлечения клина-отклонителя из скважины, которые приведут к увеличению сроков и стоимости строительства МСС и МЗС;

- низкая технологичность изготовления устройства, так как бородка приваривается к стволу ловильного крюка электросваркой, что приводит к рекристаллизации металла в зоне сварного шва, снижению его прочности и увеличению вероятности поломки при извлечении клина-отклонителя из скважины, что приведет к аварийной ситуации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (патент RU № 2713276, МПК Е21В 31/20, опубл. 04.02.2020 г., бюл. № 4), включающее ствол c ловильным крюком под ответную выборку клина-отклонителя и с возможностью соединения с колонной труб. При этом ствол выполнен полым с радиальным каналом, расположенным в нижней части ствола выше ловильного крюка и выполненным перпендикулярно оси устройства с противоположной стороны относительно ловильного крюка. Ловильный крюк содержит корпус и бородку, выполненные заодно, верхняя и нижняя поверхности корпуса выполнены под углом 10–15° к поперечной оси устройства, причем верхняя поверхность корпуса снабжена промывочным каналом, соединённым с полым стволом, бородка выполнена с выступами, расположенными параллельно оси устройства и сужающимися под углом 20–25° к кончику бородки, выполненные с возможностью взаимодействия с ответными полками в выборке клина-отклонителя, при этом устройство снабжено гидровибратором. Ствол устройства выполнен из верхней и нижней частей, соединенных резьбой или горячей посадкой, или байонетным соединением, причем нижняя часть ствола выполнена заодно с ловильным крюком. При этом корпус ловильного крюка выполнен в виде овала или прямоугольника, или цилиндра в продольном сечении в зависимости от формы выборки клина-отклонителя, а бородка ловильного крюка выполнена в виде трехгранной призмы, расположенной параллельно продольной оси устройства, одна грань которой выполнена перпендикулярно поперечной оси устройства, образуя выступы, взаимодействующие с полками в выборке клина-отклонителя, а две другие сходятся под углом 90–105°, образуя с верхним основанием, выполненным под углом 20–25° к продольной оси устройства, заостренный кончик бородки, ребро призмы, направленное в сторону выборки клина-отклонителя, скошено к нижней части устройства под углом на 1,5–2°, превышающим угол желоба клина-отклонителя.

Недостатками устройства являются:

- низкая надежность устройства из-за отсутствия в конструкции узла фиксации клина-отклонителя с ловильным крюком, в процессе извлечения клина-отклонителя из наклонного или горизонтального участка скважины, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб на устье скважины, так как при захвате и фиксации колонны труб клиньями спайдера происходит её движение вниз на 0,5-0,8 м до полной остановки, а так как клин-отклонитель находится в наклонном или горизонтальном участке скважины, то опираясь на нижнюю стенку ствола за счет сил трения остается на месте, при этом силы трения между выступами бородки ловильного крюка и полками в выборке клина-отклонителя недостаточно для удерживания клина-отклонителя и ловильного крюка в зафиксированном положении и продвижения клина-отклонителя совместно с устройством вниз по стволу скважины под действием веса колонны труб, поэтому вес и расстояние движения колонны труб являются достаточными, чтобы произошло отсоединение бородки ловильного крюка от выборки клина-отклонителя и оставление его в скважине. Работы по повторному захвату и извлечению клина-отклонителя из скважины относятся к разряду аварийных и ведут к увеличению сроков и стоимости строительства МСС и МЗС.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются создание простой в изготовлении и надежной в эксплуатации конструкции устройства для извлечения клина-отклонителя из наклонного или горизонтального участка ствола скважины, позволяющего исключить вызов геофизической партии для его ориентирования по выборке в желобе клина, производить очистку выборки в желобе клина направленной струёй жидкости и радиально направленными колебаниями кончика бородки ловильного крюка, облегчить операцию захвата клина-отклонителя и сигнализировать на поверхность о его захвате, а также удерживании его в прижатом зафиксированном положении к корпусу устройства в процессе извлечения из наклонного или горизонтального участка скважины, максимально исключив случаи перекашивания и неизвлечения клина-отклонителя из скважины или его потери в процессе подъёма на поверхность, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб на устье скважины, исключив проведение аварийных работ по повторному захвату и извлечению клина-отклонителя из скважины, произвести отсоединение устройства от клина-отклонителя в случае возникновения непредвиденных обстоятельств, исключив необходимость производства аварийных работ по отсоединению устройства при невозможности извлечения клина-отклонителя из скважины, что в совокупности приведёт к значительному сокращению сроков и средств и при строительстве МСС и МЗС методом зарезки и бурения БГС с извлекаемого клина-отклонителя с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.

Технические задачи решаются устройством для извлечения клина-отклонителя из скважины, включающим полый ствол с радиальным каналом и ловильным крюком под ответную выборку клина-отклонителя с возможностью соединения с колонной труб и гидровибратор, при этом ловильный крюк содержит корпус с промывочным каналом и бородку с выступами.

Новым является то, что центральный канал нижней части ствола выполнен сквозным и в нём размещена фиксирующая втулка с возможностью ограниченного осевого перемещения, заглушенная снизу крышкой, соединенной с нижней частью корпуса ловильного крюка, при этом фиксирующая втулка в верхнем и нижнем положении стопорится подпружиненным фиксатором, являющимся одновременно направляющим штифтом и взаимодействующим с продольным пазом, выполненным на наружной поверхности фиксирующей втулки, при этом во фиксирующей втулке выполнено радиальное отверстие, соединяющее внутреннюю полость ствола с промывочным каналом, выходящим на верхнюю поверхность корпуса ловильного крюка, причем сопрягаемые поверхности нижней части ствола и фиксирующей втулки герметизируются уплотнительными элементами.

Новым также является то, что сопрягаемые поверхности нижней части ствола и фиксирующей втулки выполнены некруглой формы в поперечном сечении.

Новым также является то, что фиксирующая втулка соединена с крышкой любым видом соединения или выполнена единой деталью с крышкой, причем крышка выполнена заодно с нижней частью корпуса ловильного крюка.

Новым также является то, что корпус ловильного крюка выполнен разделенным на верхнюю и нижнюю части, причем нижняя часть снабжена ребрами жесткости.

На фиг. 1 показано устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины, спущенное в интервал установки клина-отклонителя в процессе захвата его ловильным крюком устройства (продольный разрез).

На фиг. 2 показано устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины с частичным продольным разрезом.

На фиг. 3 показан поперечный разрез А-А фиг. 2.

На фиг. 4 показан вид Б фиг. 1, желоб клина-отклонителя в зоне выборки.

На фиг. 5 показан продольный разрез корпуса ловильного крюка В-В фиг. 2.

На фиг. 6 показана фиксация клина-отклонителя выдвижной втулкой устройства после перевода якоря клина-отклонителя в транспортное положение.

На фиг. 7 показан вид Г фиг. 6.

На фиг. 8 показан вид Д фиг. 7, корпус ловильного крюка в транспортном положении.

Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины включает полый ствол 1 (фиг. 1) c радиальным каналом 2 и ловильным крюком 3 под ответную выборку 4 клина-отклонителя 5 с возможностью соединения с колонной труб 6 и гидровибратор 7. При этом ловильный крюк 3 (фиг. 2) содержит корпус 8 с промывочным каналом 9 и бородку 10 с выступами 11 (фиг. 2, 3). Центральный канал 12 нижней части ствола 1 выполнен сквозным, и в нем размещена фиксирующая втулка 13 с возможностью ограниченного осевого перемещения, заглушенная снизу крышкой 14, которая соединена с нижней частью 15 корпуса 8 ловильного крюка 3. Выполнение центрального канала 12 и фиксирующей втулки 13 круглой формы в поперечном сечении позволяет изготавливать их более технологичными способами на обычных металлообрабатывающих станках из более прочных материалов, выполнить центральный канал 12 соответствующего класса точности и чистоты, что повышает прочность всего устройства в целом, улучшает условия работы герметизирующих элементов, способствуя повышению функциональности и надежности устройства, особенно в скважинах малого диаметра, уменьшая стоимость устройства и вероятность аварийных ситуаций с его поломками (разрушением).

При этом фиксирующая втулка 13 (фиг. 2 и 7) в верхнем и нижнем положении стопорится подпружиненным фиксатором 16, являющимся одновременно направляющим штифтом и взаимодействующим с продольным пазом 17, выполненным на наружной поверхности фиксирующей втулки 13 при её осевом перемещении. Конструкция фиксатора 16 может быть самой различной и размещаться в различных местах нижней части ствола 1 устройства или на самой фиксирующей втулке 13, что не меняет сущности изобретения. Например, в виде подпружиненной призмы или разрезного пружинного стопорного кольца и т.п. В представленном варианте фиксатор 16 выполнен в виде подпружиненного шарика, установленного в стенке нижней части ствола 1. В случае выполнения сопрягаемых поверхностей нижней части ствола 1 и фиксирующей втулки 13 в виде цилиндрических поверхностей, на наружной поверхности фиксирующей втулки 13 выполняют продольный паз 17, предназначенный для предотвращения проворота фиксирующей втулки 13 при её выдвижении в транспортное положение для фиксации клина-отклонителя 5 (фиг. 7) и переводе в рабочее (сложенное) положение при необходимости произвести отсоединение устройства от клина-отклонителя 5 в случае возникновения непредвиденных обстоятельств, исключив необходимость производства аварийных работ по отсоединению устройства при невозможности извлечения клина-отклонителя 5 из скважины 18 (фиг. 1). При этом во фиксирующей втулке 13 (фиг. 2) выполнено радиальное отверстие 19, соединяющее внутреннюю полость ствола 1 с промывочным каналом 9, выходящим на верхнюю поверхность 20 корпуса 8 ловильного крюка 3, причем сопрягаемые поверхности нижней части ствола 1 и фиксирующей втулки 13 герметизируются уплотнительными элементами 21, которые могут устанавливаться как на фиксирующей втулке 13, так и на внутренней поверхности нижней части полого ствола 1 и т.п. способами.

В скважинах большого диаметра, когда габаритные размеры устройства увеличиваются, тангенциальные нагрузки могут превышать конструктивную прочность фиксатора, что приведет к поломке устройства и аварийной ситуации в скважине, соответственно к увеличению сроков и стоимости строительства МСС и МЗС. Для таких скважин сопрягаемые поверхности нижней части ствола 1 и фиксирующей втулки 13 выполняют некруглой формы в поперечном сечении, например, в виде шлицевого соединения, многогранника (не показано) и т.п., выдерживающие большие крутящие моменты и предотвращающие проворот фиксирующей втулки 13 вокруг оси устройства при её выдвижении в транспортное положение для фиксации клина-отклонителя 5 (фиг. 6) в процессе его извлечения из скважины 18, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб 6 на устье скважины (не показано), когда клин-отклонитель 5 установлен в наклонном или горизонтальном участке скважины 18 и переводе её в рабочее положение при необходимости отсоединение устройства от клина-отклонителя 5.

Фиксирующая втулка 13 (фиг. 2 и 7) устройства соединена с крышкой 14 любым видом соединения, например, внутренней или наружной резьбой, горячей посадкой, штифтами, сваркой и т.п. способами, обеспечивающими работоспособность и неразборность соединения в скважинных условиях, а также технологичность и экономичность изготовления устройства. В приведенном варианте показана фиксирующая втулка 13 с крышкой 14 и нижней частью 15 корпуса 8 ловильного крюка 3, выполненные единой деталью, изготовленные, например, точным литьем с незначительной механообработкой и т.п. способами.

Корпус 8 ловильного крюка 3 (фиг. 2, 5-8) выполнен разделённым на две части, верхнюю для захвата и извлечения клина-отклонителя 5 из скважины 18 (фиг. 6) и нижнюю часть 15 (фиг. 2, 7), соединённую с крышкой 14 фиксирующей втулки 13 для удерживания клина-отклонителя 5 (фиг. 6) и ловильного крюка 3 устройства в зафиксированном положении в процессе извлечения клина-отклонителя 5 из наклонного или горизонтального участка скважины 18, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб 6 на устье скважины (на фиг. не показано). При этом нижняя часть 15 (фиг. 7 и 8) корпуса 8 ловильного крюка 3 снабжена ребрами жесткости 22, которые позволяют увеличить продольные размеры верхней части корпуса 8, испытывающей нагрузки на срез при извлечении клина-отклонителя 5 из скважины 18 (рис. 6) и придания большей жесткости на изгиб нижней части 15, при фиксации и удерживании клина-отклонителя 5 без увеличения поперечных размеров всего устройства. Ребра жесткости могут изготавливаться различной конструкции и различного количества, входящие друг в друга как шип в паз, например, прямоугольные, скошенные под различными углами, двойные по краям нижней части 15 корпуса 8 и т.п., что не изменяет сущности изобретения и обеспечивает конструктивную прочность, технологичность и экономичность изготовления устройства. При этом верхняя 20 и нижняя 23 поверхности корпуса 8 выполнены под углами α и β (фиг. 2 и 7) к поперечной оси устройства соответственно и равны 10–15°.

Технические соединительные элементы рабочих поверхностей, не влияющие на работоспособность устройства, для упрощения чертежей и описания на фиг. 1-8 не показаны или показаны условно.

Устройство для извлечения клина-отклонителя 5 (фиг. 1) из скважины 18 работает следующим образом.

Устройство на колонне труб 6 спускают в скважину 18 в интервал установки клина-отклонителя 5, контролируя глубину спуска устройства по длине колонны труб 6. При этом радиальный 2 (фиг. 1 и 2) и промывочный 9 каналы устройства через полый ствол 1 позволяют заполнять внутреннюю полость колонны труб 6 в процессе спуска устройства в скважину 18 (фиг. 1), исключив тем самым операции по периодическому доливу промывочной жидкости в полость колонны труб 6, и производить технологическую промывку скважины 18 для выравнивания параметров бурового раствора и исключения осложнений в открытой части БС 24.

В интервале нахождения верхней части клина-отклонителя 5 подсоединяют ведущую трубу и включают насос (на фиг. не показаны), установленный на поверхности. Продолжают спуск устройства с вращением и промывкой скважины 18. При этом жидкость, направленно вытекающая из промывочных каналов 2 и 9 (фиг. 1-3), производит очистку верхней части клина-отклонителя 5 и выборки 4 от загрязнений. Затем производят захват клина-отклонителя 5 ловильным крюком 3 устройства, который находится в рабочем (сложенном) положении.

Операции по совмещению ловильного крюка 3 устройства с выборкой 4 клина-отклонителя 5 применяются и в других аналогичных устройствах, поэтому авторы не претендуют на новизну.

Получив сигнал на пульте бурильщика (на фиг. не показан) о захвате клина-отклонителя 5 увеличивают осевую нагрузку на колонну труб 6 (фиг. 6). Клин-отклонитель 5 верхней поверхностью 25 (фиг. 4 и 7) выборки 4 скользит по верхней наклонной поверхности 20 (фиг. 2, 5 и 6) корпуса 8 ловильного крюка 3, выполненной под углом α (фиг. 2) в сторону ствола 1 (фиг. 7) устройства под действием прижимающей силы, которая возникает по правилу параллелограмма сил при воздействии осевой силы на наклонную поверхность, отклоняясь от стенки обсадной колонны 26 (фиг. 6), очищаясь от остатков бурового шлама или застывшего цемента и плотно прижимается к стволу 1 устройства, уменьшая плечо крутящего момента сил, воздействующих с максимальной величиной на устройство в момент страгивания (срыва) клина-отклонителя 5 с места установки. При этом вибрационные нагрузки, создаваемые гидровибратором 7, способствуют дополнительному уменьшению коэффициента трения между верхней поверхностью 20 (фиг. 2, 5) корпуса 8 ловильного крюка 3 и верхней поверхностью 25 (фиг. 4, 7) выборки 4 клина-отклонителя 5, а также уменьшению сил трения между стенкой обсадной колонны 26 (фиг. 6) и клином-отклонителем 5, тем самым уменьшая осевые нагрузки при страгивании (срыве) клина-отклонителя 5 с места установки в скважине 18 и переводе его в транспортное положение. Освобождение клина-отклонителя 5 производят созданием осевой нагрузки расчетной величины на срезные штифты камеры разряжения (не показаны), определённой эмпирически перед спуском устройства в скважину 18. Снижение осевой нагрузки сигнализирует об освобождении клина-отклонителя 5, что фиксируется на поверхности динамометром на пульте бурильщика (на фиг. не показаны). Освобожденный клин-отклонитель 5 извлекается из скважины 18 при значительно меньших осевых нагрузках, так как его диаметральные размеры становятся равными транспортным размерам, что доказано практикой.

В процессе страгивания (срыве) клина-отклонителя 5 с места установки в скважине 18 и переводе его в транспортное положение возникают самые большие осевые нагрузки на устройство и клин-отклонитель 5, под действием которых происходит закрепление и прижатие клина-отклонителя 5 к полому стволу 1 устройства. Фиксация клина-отклонителя 5 с устройством осуществляется защемлением с натягом полок 27 (фиг. 4 и 7) выборки 4 между выступами 11 (фиг. 3 и 7) бородки 10 ловильного крюка 3 и нижней частью ствола 1 устройства, чему способствуют вибрационные нагрузки, создаваемые гидровибратором 7, уменьшая коэффициент трения между этими поверхностями. После отключения насоса и прекращения вибрации устройства силы трения между поверхностями полок 27 выборки 4 клина-отклонителя 5 и выступами 11 бородки 10 ловильного крюка 3 и нижней частью ствола 1 устройства надежно удерживают клин-отклонитель 5 в зафиксированном положении к стволу 1 устройства в процессе его извлечения из вертикального участка скважины 18 (фиг. 6), исключив случаи перекашивания и зацепления за муфты обсадной колонны 26 или плашки превентора (на фиг. 6 не показаны) и неизвлечения клина-отклонителя 5 из скважины 18 или его потери в процессе подъёма на поверхность. При этом в процессе разборки и сборки колонны труб 6 на устье скважины (на фиг. не показано), когда при захвате и фиксации колонны труб 6 клиньями спайдера (на фиг. не показаны) происходит её движение вниз на 0,5-0,8 м до полной остановки, клин-отклонитель 5, находясь в подвешенном состоянии в обсадной колонне 26, движется вместе с колонной труб 6 вниз под действием силы тяжести и сил трения между поверхностями полок 27 (фиг. 7) выборки 4 и выступами 11 бородки 10 ловильного крюка 3. В редких случаях, когда клин-отклонитель 5 касается стенки обсадной колонны 26 (фиг. 6) на незначительных перегибах скважины 18 силы трения, возникающие при этом меньше, чем силы трения между заклиненными поверхностями полок 27 (фиг. 7) выборки 4 и выступами 11 бородки 10 ловильного крюка 3 и клин-отклонитель 5 проскальзывает вниз под действием веса колонны труб 6 не выходя из зацепления с ловильного крюком 3 устройства.

При извлечении клина-отклонителя 5 из наклонного или горизонтального участка скважины 18 (фиг. 6), когда он движется по нижней стенке скважины 18, силы трения за счет большого веса и длины клина-отклонителя 5 возрастают и превосходят силы трения между заклиненными поверхностями полок 27 (фиг. 7) выборки 4 и выступами 11 бородки 10 ловильного крюка 3. Вследствие этого при воздействии веса колонны труб 6 на клин-отклонитель 5 при фиксации труб 6 на клиньях спайдера и их продвижений вниз, клин-отклонитель 5 остается на месте, при этом происходит отсоединение бородки 10 ловильного крюка 3 от выборки 4 клина-отклонителя 5 и оставление его в скважине 18 (фиг. 6).

Для исключения аварийной ситуации с оставлением клина-отклонителя 5 в наклонном или горизонтальном участке скважины 18 производят его фиксацию в процессе извлечения при помощи нижней части 15 корпуса 8 ловильного крюка 3, соединенной с крышкой 14 фиксирующей втулки 13, размещенной в центральном канале 12 нижней части ствола 1 устройства следующим образом. Получив на пульте бурильщика (на фиг. не показан) сигнал о снижении осевой нагрузки при захвате и освобождении клина-отклонителя 5, останавливают подъем колонны труб 6. В полость труб 6 вводят шарик 28 (фиг. 6 и 7) или продавочную пробку и т.п. и потоком промывочной жидкости доводят до фиксирующей втулки 13. В момент перекрытия центрального канала 12 нижней части ствола 1 устройства получают резкий скачок давления в колонне труб 6, которое контролируется на устье скважины по манометру на пульте бурильщика. Продолжая закачивать жидкость увеличивают давление до расчетной величины, определенной эмпирически перед спуском устройства в скважину, позволяющего создать осевое усилие для сжатия пружины фиксатора 16 (фиг. 2 и 7) и сдвинуть фиксирующую втулку 13 вниз в транспортное положение. При этом уплотнительные элементы 21 герметизируют зазор между сопрягаемыми поверхностями нижней части ствола 1 и фиксирующей втулки 13, а фиксатор 16 взаимодействует с продольным пазом 17 фиксирующей втулки 13, предотвращая её проворот вокруг оси и исключая несанкционированный выход нижней части 15 корпуса 8 ловильного крюка 3, соединенной с крышкой 14 фиксирующей втулки 13 из выборки 4 клина-отклонителя 5. В момент выдвижения фиксирующей втулки 13 в транспортное положение произойдет кратковременное снижение давления в колонне труб 6, бурильщик, получив сигнал, останавливает насос. В таком положении клин-отклонитель 5 надежно фиксируется верхней 20 и нижней 23 поверхностями корпуса 8 ловильного крюка 3 устройства за верхнюю 25 (фиг. 4 и 7) и нижнюю 29 поверхности выборки 4, соответственно.

Усилие пружины фиксатора 16 (фиг. 2 и 7) рассчитано на меньшее усилие срабатывания, чем усилие, при котором происходит отсоединение ловильного крюка 3 устройства от выборки 4 клина-отклонителя 5. При этом для предотвращения отсоединения устройства от клина-отклонителя 5, когда он установлен в наклонном или горизонтальном участке скважины 18 (фиг. 1), угол β (фиг. 2) нижней поверхности 23, выполненный на нижней части 15 корпуса 8 ловильного крюка 3, уменьшают в указанных пределах в зависимости от угла наклона основного ствола скважины 18 (фиг. 6) в интервале установки клина-отклонителя 4, вида промывочной жидкости, применяемой для бурения БС 24, диаметра и длины клина-отклонителя 5 и устройства для его извлечения, строительства новой МЗС или перевода существующей скважины в разряд МСС и определяется для каждого конкретного региона в зависимости от технологии бурения МЗС и МСС.

В скважинах 18 с особо сложными условиями (с горизонтальным участком большой протяжённости, сложным профилем ствола), глубоких скважинах или с несколькими БС 24, когда осевую нагрузку невозможно довести до устройства, в компоновку колонны труб 6 могут быть включены яссы (на фиг. не показаны), которые применяются в случае необходимости для создания кратковременных осевых ударных нагрузок для срыва клина-отклонителя 5 с места установки и перевода его в транспортное положение с применением гидравлической силы давления жидкости. В этом случае доведение шарика 28 или продавочной пробки до фиксирующей втулки 13 (фиг. 6, 7) становится проблематичным. Учитывая это обстоятельство, выдвижение фиксирующей втулки 13 в транспортное положение может осуществляться давлением жидкости. Захватив и отсоединив клин-отлонитель 5 с места установки, останавливают подъем колонны труб 6. Для выдвижения фиксирующей втулки 13 с крышкой 14, соединенной с нижней частью 15 корпуса 8 ловильного крюка 3 вниз в транспортное положение подключают второй буровой насос (на фиг. 6, 7 не показан) и увеличивают расход жидкости, до получения расчетного давления в колонне труб 6, определенного эмпирически перед спуском устройства в скважину, позволяющего создать осевое усилие для сжатия пружины фиксатора 16 (фиг. 2 и 7) и сдвинуть фиксирующую втулку 13 с крышкой 14, соединенной с нижней частью 15 корпуса 8 вниз в транспортное положение, надежно зафиксировав клин-отклонитель 5 при помощи нижней поверхности 23 нижней части 15 корпуса 8 ловильного крюка 3 и фиксатора 16 с устройством. При этом усилие сжатия пружины фиксатора 16 на выдвижение фиксирующей втулки 13 в транспортное положение может быть выполнено меньшим, чем усилие перевода фиксирующей втулки 13 в рабочее (сложенное) положение. Тем самым гарантированно снижается число аварийных ситуаций, связанных с отсоединением клина-отклонителя 5 от устройства в процессе извлечения его из наклонного или горизонтального участка скважины 18 (фиг. 6).

В случае невозможности извлечения клина-отклонителя 5 из скважины 18 после использования всего оборудования, включённого в компоновку колонны труб 6, с целью исключения аварийных работ по отсоединению устройства от клина-отклонителя 5 и извлечения устройства из скважины 18 производят отсоединение устройства от клина-отклонителя 5 в следующей последовательности. Весом колонны труб 6 создают осевую нагрузку вниз, которая через ствол 1 устройства и фиксирующую втулку 13 (фиг. 2 и 7) воздействует на нижнюю поверхность 23 нижней части 15 корпуса 8 ловильного крюка 3, упирающуюся в нижнюю поверхность 29 (фиг. 4, 6) выборки 4 клина-отклонителя 5. При превышении расчетной (определённой) нагрузки, которая меньше нагрузки для отсоединения устройства от клина-отклонителя 5, фиксатор 16 (фиг. 2 и 7) сжимает пружину и, фиксирующая втулка 13 с крышкой 14 и нижней частью 15 корпуса 8 ловильного крюка 3, сдвигается вверх в рабочее (сложенное) положение. При этом нижняя часть 15 корпуса 8 возвращается точно на свое место, так как фиксирующая втулка 13 движется продольным пазом 17 по подпружиненному фиксатору 16, выполняющему роль направляющего штифта. Фиксирующая втулка 13 в верхнем положении стопорится фиксатором 16. На пульте бурильщика динамометр (не показан) покажет кратковременное снижение осевой нагрузки, сигнализирующее о переводе устройства в рабочее положение. Продолжают увеличивать осевую нагрузку до величины, определенной эмпирически для каждого типа размера клиньев-отклонителей 5, устройств для их извлечения и скважинных условий (смотри выше), при этом корпус 8 ловильного крюка 3 опираясь своей нижней наклонной поверхностью 23 нижней части 15 корпуса 8, имеющей угол β, на нижнюю поверхность 29 (фиг. 4 и 7) выборки 4 клина-отклонителя 5 соскользнёт вниз в БС 24 (фиг. 6), динамометр на устье скважины 18 покажет восстановление веса колонны труб 6. Устройство с колонной труб 6 поворачивают на 90° и извлекают устройство из скважины 18 без осложнений. Тем самым исключаются аварийные работы по освобождению устройства от клина-отклонителя 5 при невозможности извлечения его из скважины 18.

Повышается функциональность и надежность устройства для извлечения клина-отклонителя из наклонного или горизонтального участка МСС после бурения БГС. Устройство позволяет надежно удерживать клин-отклонитель в прижатом зафиксированном положении к корпусу устройства в процессе извлечения из скважины, максимально исключив случаи перекашивания клина-отклонителя и оставления в скважине, или его потери в процессе подъёма на поверхность, особенно в процессе разборки и сборки колонны труб на устье скважины, исключив проведение аварийных работ по повторному захвату и извлечению клина-отклонителя из скважины. Также облегчается ориентирование устройства по выборке в желобе клина, исключая вызов геофизической партии для осуществления этой операции, облегчается и упрощаются операции по захвату клина-отклонителя за счет гидравлической и механической очистки выборки в желобе клина, и возможности сигнализировать на поверхность о его захвате и произвести отсоединение устройства от клина-отклонителя в случае возникновения непредвиденных обстоятельств, исключив необходимость производства аварийных работ по отсоединению устройства при невозможности извлечения клина-отклонителя из скважины. А также повышается технологичность изготовления и надежность эксплуатации самого устройства, что в совокупности приведёт к значительному сокращению средств и сроков при строительстве МСС и МЗС методом зарезки и бурения БГС с извлекаемого клина-отклонителя с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.

Изобретение относится к области бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при строительстве многозабойных скважин и переводе существующих скважин в разряд многоствольных методом зарезки и бурения боковых горизонтальных стволов. Устройство включает полый ствол с радиальным каналом и ловильным крюком под ответную выборку клина-отклонителя с возможностью соединения с колонной труб, гидровибратор. Ловильный крюк содержит корпус с промывочным каналом и бородку с выступами. Центральный канал нижней части ствола выполнен сквозным, и в нём размещена фиксирующая втулка с возможностью ограниченного осевого перемещения, заглушенная снизу крышкой, соединенной с нижней частью корпуса ловильного крюка. Фиксирующая втулка в верхнем и нижнем положениях стопорится подпружиненным фиксатором, являющимся одновременно направляющим штифтом и взаимодействующим с продольным пазом, выполненным на наружной поверхности фиксирующей втулки. В фиксирующей втулке выполнено радиальное отверстие, соединяющее внутреннюю полость ствола с промывочным каналом, выходящим на верхнюю поверхность корпуса ловильного крюка. Сопрягаемые поверхности нижней части ствола и фиксирующей втулки герметизируются уплотнительными элементами. Повышается функциональность и надежность устройства, обеспечивается возможность надежного удерживания клина-отклонителя в зафиксированном положении в процессе извлечения, максимально исключив случаи перекашивания, оставления в скважине или потери в процессе подъёма на поверхность, исключив проведение аварийнных работ, облегчается ориентирование, упрощаются операции по захвату клина-отклонителя. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины, включающее полый ствол с радиальным каналом и ловильным крюком под ответную выборку клина-отклонителя с возможностью соединения с колонной труб и гидровибратор, при этом ловильный крюк содержит корпус с промывочным каналом и бородку с выступами, отличающееся тем, что центральный канал нижней части ствола выполнен сквозным и в нём размещена фиксирующая втулка с возможностью ограниченного осевого перемещения, заглушенная снизу крышкой, соединенной с нижней частью корпуса ловильного крюка, при этом фиксирующая втулка в верхнем и нижнем положениях стопорится подпружиненным фиксатором, являющимся одновременно направляющим штифтом и взаимодействующим с продольным пазом, выполненным на наружной поверхности фиксирующей втулки, при этом в фиксирующей втулке выполнено радиальное отверстие, соединяющее внутреннюю полость ствола с промывочным каналом, выходящим на верхнюю поверхность корпуса ловильного крюка, причем сопрягаемые поверхности нижней части ствола и фиксирующей втулки герметизируются уплотнительными элементами.

2. Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины, по п. 1, отличающееся тем, что сопрягаемые поверхности нижней части ствола и фиксирующей втулки выполнены некруглой формы в поперечном сечении.

3. Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины, по п. 1, отличающееся тем, что фиксирующая втулка соединена с крышкой любым видом соединения или выполнена единой деталью с крышкой, причем крышка выполнена заодно с нижней частью корпуса ловильного крюка.

4. Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины, по п. 1, отличающееся тем, что корпус ловильного крюка выполнен разделенным на верхнюю и нижнюю части, причем нижняя часть снабжена ребрами жесткости.