Устройство низа обсадной колонны Российский патент 2023 года по МПК E21B7/20 E21B17/14 E21B37/00 

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин с горизонтальными участками, в частности к оборудованию для оснастки нижней части обсадной колонны.

Известно, что при бурении скважин с горизонтальным окончанием в нижней части пробуренного горизонтального участка ствола происходит накопление пробуренного шлама, который не полностью вымывается в процессе бурения, с образованием так называемых дюн. При спуске в горизонтальный участок ствола скважины обсадной колонны со стандартными башмаками, имеющими относительно небольшие центральные и боковые промывочные отверстия, колонна практически скользит по нижней стенке скважины и встречает на своем пути остатки шлама, который забивает имеющиеся промывочные отверстия башмаков, тем самым затрудняя процесс промывки в процессе спуска, а в конечном итоге на самом башмаке образуются сальники из-за большого накопления шлама.

Известен колонный башмак (Патент RU № 97764, МПК Е21В 17/14, опубл. 20.09.2010, бюл. № 26), включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части последовательно сверху вниз выполнены кольцевые канавки, радиальные отверстия и сформированная из литьевого полимера направляющая насадка.

Недостатком этого устройства являются ограниченные возможности его применения. В наклонно-направленных скважинах, особенно в скважинах с интенсивным набором кривизны, перед башмаком непременно образуется «сальник», требующий значительного времени для его удаления, например, размыва, которое допустимо не для всех геологических условий, в которых пробурена скважина.

Также известен башмак обсадной колонны (SU №1673725, МПК Е21В 17/14, опубл. 30.08.1991), содержащий металлический цилиндрический корпус с осевым каналом и жестко связанную с нижней частью корпуса бетонную направляющую насадку со сферической наружной поверхностью и осевым каналом, при этом с целью повышения надежности работы за счет улучшения проходимости и предотвращения забивания канала при спуске башмака он снабжен установленным перед бетонной направляющей насадкой и связанным с ним упругими штырями обтекателем, образующим с наружной поверхностью бетонной направляющей насадки кольцевую щель.

Недостатки данной конструкции:

- недостаточная промывка ствола скважины от шлама, находящегося непосредственно перед башмаком в процессе спуска обсадной колонны;

- вибрации, которые возникают при промывке, могут дополнительно уплотнить находящийся перед башмаком шлам, что увеличит вероятность непрохождения колонны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является башмак обсадной колонны (SU №1803534, МПК Е21В 33/14, опубл. 23.03.1993), включающий полый цилиндрический корпус, соединенный в верхней части с полым переводником на обсадную колонну, а в нижней части направляющей насадкой, и генератор гидравлических импульсов, с целью упрощения конструкции, ускорения ее разбуривания и улучшения условий распространения колебаний, генератор гидравлических импульсов выполнен в виде цилиндрического патрубка с тангенциальным щелевым отверстием для входа жидкости в средней части и конусными расширениями по концам, выходящими на внешнюю поверхность переводника, причем ось патрубка размещена перпендикулярно оси переводника, а корпус выполнен с центрирующими планками, часть из которых расположена по одним образующим с конусными расширениями патрубка, причем центрирующие планки имеют полукруглое поперечное сечение и их торцы выполнены в виде части сферы.

Недостатками данной конструкции являются:

- малое количество промывочных отверстий, имеющих относительно небольшой диаметр, что приводит к недостаточной промывке участка скважины перед башмаком;

- существует большая вероятность забивки шламом относительно малых промывочных отверстий при движении колонны в горизонтальном участке ствола скважины.

Техническими задачами являются повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в горизонтальном стволе скважины, в том числе и при наличии остатков шлама, образующих дюны на протяжении всего горизонтального участка.

Технические задачи решаются устройством низа обсадной колонны, включающим полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и присоединительной резьбой в нижней части для соединения с конусной направляющей насадкой. Новым является то, что в нижней части конусной направляющей насадки выполнены четыре сквозные треугольные прорези, общая площадь которых составляет не менее 90% всей площади нижней части конусной направляющей насадки, оснащенные планками, сходящимися в центре конусной направляющей насадки, при этом над конусной направляющей насадкой внутри цилиндрического корпуса установлен накопитель шлама с расположенными по всей площади накопителя продольными прорезями длиной не менее 100 мм, и выступами в нижней части накопителя, а над цилиндрическим корпусом установлен обратный клапан.

Новым является также то, что на наружной стороне планок размещены твердосплавные зубки.

На фиг.1 показан общий вид устройства низа обсадной колонны в сборе.

На фиг.2 – трехмерное изображение конусной направляющей насадки.

Устройство низа обсадной колонны включает полый цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) с присоединительной резьбой (на фиг. 1, 2 не показано) в верхней части для соединения с обсадной колонной и присоединительной резьбой (на фиг. 1, 2 не показано) в нижней части для соединения с конусной направляющей насадкой 2.

В нижней части конусной направляющей насадки 2 (непосредственно в конусной части) выполнены четыре сквозные треугольные прорези 3, общая площадь которых составляет не менее 90% всей площади нижней части конусной направляющей, и оснащены планками 4, сходящимися в центре конусной направляющей насадки 2 и соединенными между собой посредством сварки. Сквозные треугольные прорези 3 могут образовываться в результате фрезеровки цельного куска металла или в результате смыкания планок 4, сходящихся в центре конусной направляющей насадки 2.

Над конусной направляющей насадкой 2 внутри цилиндрического корпуса 1 установлен накопитель шлама 5 цилиндрической формы (обычно накопитель шлама 5 выбирают длиной не менее 90 % длины цилиндрического корпуса 1) с выполненными по всей площади (в том числе и на верхней торцевой части) накопителя продольными прорезями 6 длиной не менее 100 мм. В нижней части накопителя шлама 5 выполнены выступы 7, с помощью которых накопитель 5 шлама закрепляется между конусной направляющей насадкой 2 и цилиндрическим корпусом 1 в резьбовом соединении. В верхней части устройства над цилиндрическим корпусом 1 с установленным внутри накопителем 5 шлама, в муфтовом соединении (на фиг. 1, 2 не показано) с обсадной трубой 8 установлен обратный клапан 9.

На наружной стороне планок 4 размещены твердосплавные зубки (на фиг. 1, 2 не показано).

Устройство низа обсадной колонны работает следующим образом.

Заранее собранное устройство в комплекте с конусной направляющей насадкой 2, установленным внутри цилиндрического корпуса 1 устройства накопителем шлама 5 и установленной стандартной муфтой 10 на верхней части цилиндрического корпуса 1, завозится на скважину. В скважину сначала спускают устройство в сборе, потом в муфту 10 между цилиндрическим корпусом 1 и обсадной трубой 8 устанавливают обратный клапан 9. Далее собирают всю колонну обсадных труб и спускают в скважину. При прохождении устройства по горизонтальному участку скважины через каждые 30 м, производят промежуточную промывку подачей бурового раствора внутрь обсадной колонны. При этом шлам, имеющийся в скважине к тому времени, накапливается внутри накопителя шлама 5, не мешая свободному спуску всей колонны в горизонтальном участке скважины. При очередной промывке шлам вымывается из накопителя шлама 5 в затрубное пространство за счет движения бурового раствора внутри накопителя шлама 5 через продольные прорези 6, тем самым освобождая внутреннюю полость накопителя 5 шлама. За счет наличия продольных прорезей 6 забитие накопителя 5 шламом технически невозможно.

Применение устройства низа обсадной колонны позволяет повысить надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном осыпями горизонтальном стволе скважины, снизить трудозатраты за счет изготовления всего двух деталей: полого конусного башмака с соединительной резьбой, и накопителя шлама.

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин с горизонтальными участками, в частности к оборудованию для оснастки нижней части обсадной колонны. Устройство низа обсадной колонны включает полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и присоединительной резьбой в нижней части для соединения с конусной направляющей насадкой. В нижней части конусной направляющей насадки выполнены четыре сквозные треугольные прорези, общая площадь которых составляет не менее 90% всей площади нижней части конусной направляющей насадки, оснащенные планками, сходящимися в центре конусной направляющей насадки. При этом над конусной направляющей насадкой внутри цилиндрического корпуса установлен накопитель шлама с расположенными по всей площади накопителя продольными прорезями длиной не менее 100 мм и выступами в нижней части накопителя. Над цилиндрическим корпусом установлен обратный клапан. Обеспечивается повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в осложненном осыпями горизонтальном стволе скважины, снижение трудозатрат. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство низа обсадной колонны, включающее полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и присоединительной резьбой в нижней части для соединения с конусной направляющей насадкой, отличающееся тем, что в нижней части конусной направляющей насадки выполнены четыре сквозные треугольные прорези, общая площадь которых составляет не менее 90% всей площади нижней части конусной направляющей насадки, оснащенные планками, сходящимися в центре конусной направляющей насадки, при этом над конусной направляющей насадкой внутри цилиндрического корпуса установлен накопитель шлама с расположенными по всей площади накопителя продольными прорезями длиной не менее 100 мм и выступами в нижней части накопителя, а над цилиндрическим корпусом установлен обратный клапан.

2. Устройство низа обсадной колонны по п. 1, отличающееся тем, что на наружной стороне планок размещены твердосплавные зубки.