СПОСОБ ШАБЛОНИРОВАНИЯ И ПРОРАБОТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ ВО ВРЕМЯ ГЕОЛОГО-ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОТКРЫТОМ СТВОЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E21B7/28 

Предлагаемая группа изобретений относится к геофизическим исследованиям наклонно-направленных и горизонтальных скважин в процессе строительства скважин.

Известен аппаратурно-методический автономный комплекс для каротажа горизонтальных скважин на бурильных трубах по патенту № 2130627 (E21B23/00, оп. 20.05.1999). Скважинный прибор содержит автономные геофизические модули, соединенные между собой шарнирными соединениями в сборку, к верхней части которой присоединяется устройство для соединения сборки с колонной буровых труб.

Известен аппаратурно-методический комплекс "Горизонт" (Научно-технический вестник АИС "Каротажник" - вып. 36, Тверь, 1997, с. 85), предназначенный для исследования горизонтальных скважин приборами, спускаемыми на бурильных трубах. Конструктивно скважинный прибор состоит из семи унифицированных модулей, имеющих общие шины питания, управления и передачи данных. Модули помещены в стеклопластиковый корпус, который с использованием стального переходника прикреплен к буровому инструменту с возможностью доставки на заданную глубину исследований горизонтальной скважины без применения каротажного кабеля. Предусмотрена возможность промывки при спуске бурового инструмента на забой. Все измерения производят за один спуск-подъем, что дает жесткую увязку точек записи методов ГИС между собой. Используемое наземное оборудование включает в себя глубиномер, датчик веса, персональный компьютер, устройство сопряжения с объектом (УСО) и матричный принтер.

Совокупным недостатком известных аналогов является необходимость шаблонирования и проработки необсаженного ствола скважины до и после проведения исследований. Шаблонирование и проработка скважины после проведения ГИС может проходить в течение 2-3 суток и более. Комплекс ГИС не допускается вращать, т.к. это приведёт к выходу из строя аппаратуры и повлияет на качество полученных результатов исследований.

Известны способ и узел заканчивания, имеющий продольную ось вдоль направления с горизонтальной составляющей скважин (патент GB2546996A,

E21B17/05, оп. 2017-08-09), включающий вращение первой колонны и перемещение первой колонны в скважину вдоль продольной оси скважины, обеспечивающий шарнирное соединение, соединяющее с возможностью вращения первую колонну со второй колонной, перемещающую вторую колонну вдоль продольной оси скважины в скважину, при этом вторая колонна содержит оборудование для заканчивания, перемещающее оборудование для заканчивания в скважину вдоль продольной оси скважины. Компоновка содержит первую вращающуюся колонну для продвижения через скважину и вторую колонну, содержащую оборудование для заканчивания, соединенное с первой колонной шарнирным соединением. Вторая колонна может при вращении первой быть в состоянии покоя во время движения. Циркуляция жидкости может регулироваться шариковой втулкой на вертлюге, которая также может иметь запирающие средства. Вертлюг может дополнительно содержать шариковый подшипник или упорную шайбу.

Известен вертлюг (патент US2015330156A1, E21B17/02, оп. 19.11.2015), выполненный с возможностью поворотного отделения верхней секции рабочей колонны от нижней секции рабочей колонны. Вертлюг включает в себя верхнюю часть корпуса, соединенную с нижней частью кольцевым элементом, и множеством срезаемых элементов. Нижний корпус имеет множество зубчатых элементов, которые входят в зацепление с множеством зубчатых элементов кольцевого элемента. Вращение верхнего корпуса передается нижнему корпусу с помощью кольцевого элемента. Верхний корпус выполнен с возможностью вращения относительно нижнего корпуса, когда срезаемые элементы срезаются.

Совокупным недостатком данных способов и устройств является отсутствие прорабатывающего элемента для проработки необсаженного ствола скважины во время геофизических исследований на бурильных трубах. У данных устройств отсутствует индикатор нагрузки, который сигнализирует о разгрузках на геофизические приборы и снижает вероятность выхода из строя геофизического комплекса, а также центрирующий элемент, который центрирует комплекс автономных геофизических приборов, например АГС, и прорабатывающий вертлюг, а также снижает риск проворота комплекса автономных геофизических приборов во время одновременной проработки.

Задачами предлагаемой группы изобретений является сокращение времени строительства скважин за счёт проведения автономных ГИС, получение достоверной информации о посадках на комплексе геофизических приборов или на вышерасположенных элементах.

Техническим результатом группы изобретений является одновременное шаблонирование и проработка необсаженного ствола скважины во время геофизических исследований на бурильных трубах.

Указанный технический результат достигается с помощью устройства для шаблонирования и проработки ствола скважины, включающего прорабатывающий вертлюг, состоящий из корпуса и вала, образующих гидравлическую камеру, поршень, размещенный на валу вертлюга, прорабатывающий нос, установленный на корпусе вертлюга и выполненный, по меньшей мере, с одной армированной лопастью с режущими элементами, центрирующий элемент, размещенный на валу вертлюга и состоящий из корпуса, рессоры и пружины, размещенный под центрирующим элементом индикатор нагрузки, состоящий из корпуса с промывочными отверстиями и вала, и упругий элемент, размещенный между валом и корпусом индикатора нагрузки, при этом на калибрующей части армированной лопасти установлены калибрующие вставки.

Указанный технический результат также достигается с помощью способа шаблонирования и проработки ствола скважины, в котором устройство для шаблонирования и проработки ствола скважины устанавливают между бурильной трубой и комплексом автономных геофизических приборов, при этом комплекс автономных геофизических приборов монтируют к валу индикатора нагрузки при помощи резьбового соединения, затем к корпусу индикатора нагрузки прикрепляют центрирующий элемент, далее монтируют прорабатывающий вертлюг и присоединяют бурильную трубу, спускают устройство в скважину и одновременно шаблонируют ствол скважины, в случае возникновения посадки при спуске приподнимают устройство не менее чем на 5 м, запускают циркуляцию и определяют место посадки, если посадка происходит на комплексе автономных геофизических приборов, то поднимают устройство с комплексом автономных геофизических приборов на устье, производят переподготовку скважины и повторно спускают устройство до достижения требуемого интервала, если посадка происходит на прорабатывающем носу или выше по бурильной колонне, то прорабатывают ствол скважины осевыми перемещениями с одновременным вращением бурильной колонны, при этом контролируют возникающий момент на бурильном инструменте и перепад давления, после проработки спускают устройство до достижения требуемого интервала.

В настоящее время в известных способах комплекс геолого-физических исследований (ГИС) спускается самостоятельно в скважину. И при наличии посадки, превышающей 5 т, принимают решение о подъеме автономных геофизических приборов, и если увеличивать нагрузку, то комплекс может быть выведен из строя.

Предлагаемое изобретение позволяет определить место посадки и проработать данный интервал.

На прилагаемой фигуре 1 показан общий вид устройства, на фиг.2 – армированная лопасть.

Устройство устанавливается между транспортной колонной (бурильной трубой) и комплексом автономных геофизических приборов, и включает прорабатывающий вертлюг 1, состоящий из вращающегося корпуса вертлюга 2, установленного на невращаемый вал вертлюга 3. Для обеспечения свободного вращения в конструкции предусмотрены радиальный 4 и опорный 5 подшипники, размещенные на валу вертлюга 3. Пространство между корпусом вертлюга 2 и валом вертлюга 3 образует гидравлическую камеру, которая может быть как герметично изолирована и заполнена маслом для повышения ресурса работы и исключения попадания скважинной жидкости, так и не изолирована. Для уравновешивания давления гидравлической камеры в конструкции предусмотрен поршень 6, размещенный на валу вертлюга 3. Прорабатывающий нос 7 размещается на корпусе вертлюга 2 либо выше на бурильной колонне, который оснащен, по меньшей мере, одной армированной лопастью 8 с режущими элементами 9, например, PDC резцами, фрезерованным вооружением и т.д. На калибрующей части лопасти 8 дополнительно устанавливаются калибрующие вставки 10. Прорабатывающий нос 7 предназначен для проработки нестабильных участков необсаженного ствола скважины. На вал вертлюга 3 устанавливается центрирующий элемент 11, состоящий из корпуса 12, рессоры 13 и пружины 14, который предназначен для центрирования устройства в скважине и создания дополнительных сопротивлений кручению для снижения рисков передачи вращения на комплекс автономных геофизических приборов. Индикатор нагрузки 15, состоящий из корпуса 16 и вала 17, размещен под центрирующим элементом 11 и предназначен для определения места посадки при спуске геофизических приборов для исключения разгрузки на геофизические приборы, снижения вероятности выхода из строя геофизического комплекса. Определение места посадки осуществляется по росту давления, отображающегося на манометре или датчике давления на стояке (на роторной площадке буровой установки). Корпус индикатора нагрузки 16 имеет промывочные отверстия 18, размещается под центрирующим элементом 11 и соединяется с валом индикатора нагрузки 17. Во внутренней полости между валом индикатора нагрузки 17 и корпусом индикатора нагрузки 16 устанавливается упругий элемент 19, например пружина, цанга, разрезные кольца и т.п., который настроен на определенное усилие срабатывания. В конструкции предусмотрены опорные подшипники 20, которые размещаются на валу индикатора нагрузки 17 для снижения вероятности проворачивания корпуса индикатора нагрузки 16. Пространство между валом индикатора нагрузки 17 и корпусом индикатора нагрузки 16, в которое устанавливается упругий элемент 19, может быть герметично изолировано и заполнено маслом для повышения ресурса работы и исключения попадания скважинной жидкости, так и не изолировано.

Способ с использованием устройства осуществляют следующим образом.

Комплекс автономных геофизических приборов монтируют к валу индикатора нагрузки 17 при помощи резьбового соединения. Затем к корпусу индикатора нагрузки 16 прикрепляют центрирующий элемент 11. Далее монтируют прорабатывающий вертлюг 1 и присоединяют бурильную трубу. Спускают устройство в скважину, одновременно шаблонируют ствол скважины.

В случае возникновения посадки при спуске приподнимают устройство не менее чем на 5 м, запускают циркуляцию и определяют место посадки, если посадка происходит на комплексе автономных геофизических приборов, то поднимают устройство с комплексом автономных геофизических приборов на устье, производят переподготовку скважины и повторно спускают устройство до достижения требуемого интервала.

Если посадка происходит на прорабатывающем носу 7 или выше по бурильной колонне, то прорабатывают ствол скважины осевыми перемещениями бурильной колонны, при этом контролируют возникающий момент на бурильном инструменте и перепад давления, после проработки спускают устройство до достижения требуемого интервала.

Примеры конкретного осуществления изобретения

Комплекс автономных геофизических приборов смонтировали к валу индикатора нагрузки 17 при помощи резьбового соединения. Затем к корпусу индикатора нагрузки 16 прикрепили центрирующий элемент 11. Далее смонтировали прорабатывающий вертлюг 1 и присоединили бурильную трубу. Приступили к спуску устройства в скважину.

Пример 1

При спуске производилось одновременное шаблонирование ствола скважины, и произошла посадка, приподняли устройство на 5 м, чтобы снять нагрузку с комплекса автономных геофизических приборов, запустили циркуляцию (промывку) для определения места посадок и спустили устройство обратно на 5 м вниз до интервала посадки.

Далее рост давления на манометре сигнализировал о сжатии индикатора нагрузки 15. При сжатии индикатора нагрузки 15, состоящего из вала индикатора нагрузки 17, упругого элемента 19, опорных подшипников 20 и корпуса индикатора нагрузки 16, также сжался упругий элемент 19, сместился вал индикатора нагрузки 17 к корпусу индикатора нагрузки 16 и перекрылись промывочные отверстия 18. Это означало посадку на комплексе автономных геофизических приборов или выше. В этом случае прорабатывать было интервал нельзя из-за риска выхода из строя комплекса автономных геофизических приборов, подняли устройство с комплексом автономных геофизических приборов на устье, осуществили переподготовку ствола скважины и вновь спустили устройство для повторного проведения работ без циркуляции. Спустили комплекс автономных геофизических приборов до интервала исследования и произвели ГИС.

Пример 2

При спуске производилось одновременное шаблонирование ствола скважины, и произошла посадка, приподняли устройство на 5 м, чтобы снять нагрузку с комплекса автономных геофизических приборов, запустили циркуляцию (промывку) для определения места посадок и спустили устройство обратно на 5 м вниз до интервала посадки.

Посадка произошла на прорабатывающем носу 7 прорабатывающего вертлюга 1 или выше по бурильной колонне, так как давление не росло. Приступили к проработке интервала посадки. Для этого активировали вращение бурильного инструмента (например, 10-80 об/мин) и осуществили проработку интервала посадки осевыми перемещениями бурильной колонны. При этом при помощи датчиков момента, установленных на устье, контролировали возникающий момент на бурильном инструменте и оценивали правильность процесса проработки.

После того, как интервал был проработан, продолжили спуск устройства без циркуляции (промывки) с целью проверки хождения бурильной трубы без посадки. Спустили комплекс автономных геофизических приборов до интервала исследования и произвели ГИС.

Пример 3

Спустили устройство в скважину с одновременным шаблонированием. Посадок не было, устройство с комплексом автономных геофизических приборов спускали без активации промывок, так как не было необходимости в проработке ствола скважины. Спустили комплекс автономных геофизических приборов до интервала исследования и произвели ГИС. Но само устройство за счёт геометрических размеров служило шаблоном.

В настоящее время после проведения ГИС осуществляется подъем комплекса ГИС и производится дополнительная спускоподъемная операция для шаблонировки и проработки ствола скважины отдельным рейсом. Благодаря предлагаемому изобретению эти операции совмещены.

Предлагаемое изобретение позволяет экономить от 2-3 суток и более перед и после проведения геофизических исследований.

Изобретение может быть использовано для одновременного проведения электрического и радиоактивного каротажа, инклинометрии и т.д. в наклонных и горизонтальных скважинах.

При проведении стандартного комплекса геофизических исследований предлагаемое изобретение позволяет проводить вращение транспортной (бурильной) колонны без передачи вращения на геофизический комплекс и исключит его выход из строя. Одновременно с геофизическими исследованиями обеспечивается шаблонирование необсаженного ствола скважины и, в случае наличия посадок или затяжек, после начала вращения транспортной колонны осуществляется проработка нестабильных участков ствола.

Предлагаемая группа изобретений относится к геофизическим исследованиям наклонно-направленных и горизонтальных скважин в процессе строительства скважин. Устройство для шаблонирования и проработки ствола скважин включает прорабатывающий вертлюг, поршень, прорабатывающий нос, центрирующий элемент, индикатор нагрузки и упругий элемент. Прорабатывающий вертлюг состоит из корпуса и вала, образующих гидравлическую камеру. Поршень расположен на валу вертлюга. Прорабатывающий нос установлен на корпусе вертлюга и выполнен по меньшей мере с одной армированной лопастью с режущими элементами. Центрирующий элемент размещен на валу и состоит из корпуса, рессоры и пружины. Индикатор нагрузки размещен под центрирующим элементом и состоит из корпуса с промывочными отверстиями и вала. Упругий элемент размещен между валом и корпусом индикатора нагрузки. На калибрующей части армированной лопасти установлены калибрующие вставки. В способе шаблонирования и проработки ствола скважины устройство для шаблонирования и проработки ствола скважины устанавливают между бурильной трубой и комплексом автономных геофизических приборов. Комплекс автономных геофизических приборов монтируют к валу индикатора нагрузки при помощи резьбового соединения, затем к корпусу индикатора нагрузки прикрепляют центрирующий элемент, далее монтируют прорабатывающий вертлюг и присоединяют бурильную трубу. Спускают устройство в скважину и одновременно шаблонируют ствол скважины. В случае возникновения посадки при спуске приподнимают устройство не менее чем на 5 м, запускают циркуляцию и определяют место посадки. Если посадка происходит на комплексе автономных геофизических приборов, то поднимают устройство с комплексом автономных геофизических приборов на устье, производят переподготовку скважины и повторно спускают устройство до достижения требуемого интервала. Если посадка происходит на прорабатывающем носу или выше по бурильной колонне, то прорабатывают ствол скважины осевыми перемещениями с одновременным вращением бурильной колонны, при этом контролируют возникающий момент на бурильном инструменте и перепад давления. После проработки спускают устройство до достижения требуемого интервала. Обеспечивается одновременное шаблонирование и проработка необсаженного ствола скважины во время геофизических исследований на бурильных трубах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для шаблонирования и проработки ствола скважины, включающее прорабатывающий вертлюг, состоящий из корпуса и вала, образующих гидравлическую камеру, поршень, размещенный на валу вертлюга, прорабатывающий нос, выполненный по меньшей мере с одной армированной лопастью с режущими элементами и установленный на корпусе вертлюга, центрирующий элемент, размещенный на валу вертлюга и состоящий из корпуса, рессоры и пружины, размещенный под центрирующим элементом индикатор нагрузки, состоящий из корпуса с промывочными отверстиями и вала, упругий элемент, размещенный между валом и корпусом индикатора нагрузки, при этом на калибрующей части армированной лопасти установлены калибрующие вставки.

2. Способ шаблонирования и проработки ствола скважины, в котором устройство для шаблонирования и проработки ствола скважины по п. 1 устанавливают между бурильной трубой и комплексом автономных геофизических приборов, при этом комплекс автономных геофизических приборов монтируют к валу индикатора нагрузки при помощи резьбового соединения, затем к корпусу индикатора нагрузки прикрепляют центрирующий элемент, далее монтируют прорабатывающий вертлюг и присоединяют бурильную трубу, спускают устройство в скважину и одновременно шаблонируют ствол скважины, в случае возникновения посадки при спуске приподнимают устройство не менее чем на 5 м, запускают циркуляцию и определяют место посадки, если посадка происходит на комплексе автономных геофизических приборов, то поднимают устройство с комплексом автономных геофизических приборов на устье, производят переподготовку скважины и повторно спускают устройство до достижения требуемого интервала, если посадка происходит на прорабатывающем носу или выше по бурильной колонне, то прорабатывают ствол скважины осевыми перемещениями с одновременным вращением бурильной колонны, при этом контролируют возникающий момент на бурильном инструменте и перепад давления, после проработки спускают устройство до достижения требуемого интервала.