Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины Российский патент 2023 года по МПК E21B7/20 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин с одновременной изоляцией зон осыпаний и обвалов при бурении колонной труб.

Известен «Способ бурения скважин с одновременной обсадкой и устройство для его осуществления» (патент RU № 2338051, МПК Е21В 7/20, опубл. 10.11.2008, бюл. № 31), причем устройство включает обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, погружную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, содержащим местную циркуляционную систему энергоносителя, кольцевую коронку с головной и хвостовой ступенями, последняя из которых размещена свободно в обсадной трубе, и центральное долото, установленное в погружной ударной машине с возможностью взаимодействия с кольцевой коронкой при передаче ей ударных импульсов и крутящего момента, причем центральное долото установлено на торце хвостовой ступени кольцевой коронки, которая снабжена муфтой, взаимодействующей с внутренним выступом обсадной трубы и соединенной с центральным долотом посредством подвижного шлицевого соединения. Кроме того, местная циркуляционная система энергоносителя в обсадно-буровом инструменте выполнена в виде продувочных и шламоотводных каналов в центральном долоте, продольных продувочных пазов на внутренней поверхности выступа обсадной трубы и торцевых радиальных пазов на головной ступени кольцевой коронки.

Недостатками данного устройства являются:

– высокая вероятность аварийных ситуаций, связанная с передачей крутящего момента на обсадно-буровой инструмент через погружную ударную машину, находящуюся внутри обсадной колонны, что может привести к повреждению обсадной колонны, особенно в наклонно-направленных и горизонтальных стволах скважин;

– конструкция устройства не предусматривает подъема на поверхность породоразрушающей коронки, что делает невозможным дальнейшее бурение в случае ее износа или поломки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для проводки скважины через осложняющийся пласт (патент RU № 2439276, МПК Е21В 7/20, опубл. 10.01.2012, бюл. № 1), включающее обсадную колонну, буровой инструмент с погружным забойным двигателем и циркуляционной системой энергоносителя, выполненной в виде полой нагнетательной трубы, шлицевое соединение, причем обсадная колонна выполнена длиной, достаточной для перекрытия осложняющегося пласта, в виде соединенных участков многолучевых продольно-гофрированных труб, оснащена снизу нижним переводником, в который герметично вставлена нагнетательная труба, а сверху – верхним переводником, герметично соединенным с верхним концом колонны с возможностью отсоединения, и изнутри - с нагнетательной трубой, при этом верхний переводник оснащен продольными выборками под шлицы, которые выполнены на наружной поверхности технологической втулки, вставленной сверху с возможностью продольного перемещения в обсадную колонну снаружи нагнетательной трубы, и размещены в соответствующих гофрах верхнего участка многолучевых труб, при этом забойный двигатель жестко соединен с нижним переводником, который сверху оснащен ловителем под ловильную головку и выполнен с возможностью отсоединения от обсадной колонны после взаимодействия ловителя и ловильной головки, причем полость нагнетательной трубы снабжена каналами, сообщенными с внутренней полостью обсадной колонны, которые изнутри перекрыты герметично втулкой, зафиксированной в транспортном положении, оснащенной седлом под бросовый шар и выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз с открытием каналов.

Недостатки устройства:

– высокие временные и материальные затраты из-за необходимости дополнительного спуска развальцевателя для калибровки обсадной колонны и извлечения бурильной компоновки;

– возможность аварийной ситуации при извлечении бурильной компоновки ввиду «закусывания» (нарушения целостности) стыковочной резьбы из-за воздействия крутящего момента от забойного двигателя на резьбовое соединение;

– бурильная компоновка при бурении передает крутящий момент от забойного двигателя непосредственно на профильные трубы, что может привести к нарушению целостности труб или сварных швов, как следствие, потеря герметичности при их расширении и невозможность извлечения бурильной компоновки.

Техническими задачами предлагаемого устройства являются снижение материальных и временных затрат за счет уменьшения количества спускоподъемных операций при креплении скважины, а также безаварийное извлечение устройства из скважины за счет исключения стыковочных резьб, путем стыковки бурильной колонны непосредственно с нагнетательной трубой.

Техническая задача решается устройством для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважин, включающим обсадную колонну, выполненную длиной, достаточной для перекрытия зоны осыпаний и обвалов, в виде соединенных многолучевых продольно гофрированных труб, при этом обсадная колонна оснащена снизу нижним переводником, а сверху - верхним переводником, герметично соединенным с верхним концом колонны с возможностью отсоединения, а изнутри - нагнетательной трубой, технологическую втулку с выполненными на ее наружной поверхности шлицами, вставленную с возможностью продольного перемещения в обсадную колонну в гофрах верхней многолучевой трубы, забойный двигатель с долотом, клапан, выполненный с возможностью сообщения центрального канала устройства с внутренней полостью многолучевых труб посредством каналов, перекрываемых герметично втулкой, оснащенной седлом под бросовый шар, и выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз с открытием каналов и фиксации в транспортном положении

Новым является то, что верхний переводник выполнен заодно с технологической втулкой и герметично вставлен с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке верхней многолучевой трубы, а нижний переводник соединен сверху с клапаном резьбой и оснащен шлицами на наружной поверхности под гофры нижнего участка нижней многолучевой трубы и герметично вставлен с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке нижней многолучевой трубы, причем нагнетательная труба верхней частью соединена с верхним переводником, а нижней частью – с верхней частью клапана, при этом клапан выполнен с возможностью повторного закрытия каналов, сообщающих центральный канал устройства с внутренней полостью многолучевых труб, и открытия центрального канала устройства, а между нижним переводником и забойным двигателем с буровым долотом установлен развальцеватель с возможностью развальцовывания многолучевых труб снизу-вверх за счет вращения нагнетательной трубы с одновременной ее подачей вверх.

На фиг. 1 показано устройство с частичным осевым продольным разрезом при бурении скважины.

На фиг. 2 показан выносной элемент А.

Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважин включает обсадную колонну 1 (фиг. 1), состоящую из многолучевых продольно гофрированных труб 2 с возможностью их выправления избыточным давлением с фиксацией относительно стенок скважины и длиной, превосходящей длину зоны осыпаний и обвалов (на фиг. 1, 2 не показаны).

Обсадная колонна 1 оснащена снизу нижним переводником 3 с нагнетательной трубой 4, а сверху – верхним переводником 5, герметично (например, благодаря уплотнительным манжетам 6) соединенным с верхним концом колонны 1 с возможностью отсоединения. Нагнетательная труба 4 внутри обсадной колонны 1 сверху соединена резьбой с технологической втулкой 7, шлицы 8 которой выполнены вдоль на ее наружной поверхности и вставлены с возможностью продольного перемещения в обсадную колонну 1 в гофрах верхней многолучевой трубы 2.

При этом нижний переводник 3 соединен снизу с забойным двигателем 9, а нагнетательная труба 4 внутри обсадной колонны 1 снабжена клапаном 10 (фиг. 1, 2) с радиальными каналами 11 (фиг. 2), сообщенными с внутренней полостью обсадной колонны 1. Причем каналы 11 клапана 10 перекрыты герметично втулкой 12, зафиксированной в транспортном положении, оснащенной седлом 13 под бросовый шар 14 и выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз с открытием каналов 11.

Верхний переводник 5 (фиг. 1) выполнен заодно с технологической втулкой 7 с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке 15 верхней многолучевой трубы 2. Нижний переводник 3 соединен сверху с клапаном 10 резьбой и оснащен продольными шлицами 16 на наружной поверхности под гофры нижней многолучевой трубы 2 и герметично (например, благодаря уплотнительным манжетам 17) вставлен с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке 18 нижней многолучевой трубы 2.

Причем клапан 10 сверху соединен резьбой с нагнетательной трубой 4 и выполнен с возможностью повторного закрытия каналов 11 (фиг. 2), сообщаемых с внутренней полостью многолучевых труб 2 (фиг. 1) колонны 1 и открытия центрального канала 19 (фиг. 2) за счет среза второго ряда штифтов 20 повышением гидравлического давления.

Между нижним переводником 3 (фиг. 1) и забойным двигателем 9 с буровым долотом 21 и расширителем 22 установлен развальцеватель 23 с возможностью развальцовывания обсадной колонны 1 снизу-вверх за счет вращения нагнетательной трубы 4 с одновременной подачей вверх.

Устройство работает следующим образом.

Бурение до кровли зоны осыпаний и обвалов ведут на колонне бурильных труб (на фиг. не показаны) по известной технологии. Далее собирают на устье и спускают в скважину устройство в сборе на колонне бурильных труб, которые навинчивают на верхний переводник 5 по резьбе 24. Бурение ведут с помощью забойного двигателя 9 с подачей промывочной жидкости внутри колонны бурильных труб на долото 21 и расширитель 22.

Благодаря шлицам 8 технологической втулки 7 верхнего переводника 5 и шлицам 16 нижнего переводника 3, которые размещены соответственно в продольных гофрах многолучевых труб 2 обсадной колонны 1, исключаются аварийные ситуации, связанные с отворотом обсадной колонны 1 от колонны бурильных труб.

После вскрытия всей зоны осыпаний и обвалов бурение останавливают. С устья скважины (на фиг. 1, 2 не показана) в бурильную колонну бросают шар 14 (фиг. 1, 2), который с промывочной жидкостью проходит через бурильные трубы, верхний переводник 5 (фиг. 1) с технологической втулкой 7, нагнетательную трубу 4 и перекрывает седло 13 (фиг. 2) втулки 12 клапана 10.

Создавшееся при этом избыточное давление (до 15 МПа) воздействует через шар 14 на втулку 12, которая, срезая штифты 25, сдвигается вниз до упорного кольца 26. При этом радиальные отверстия 27 подвижной втулки 12 совмещаются с радиальными отверстиями 11 клапана 10, обеспечивая тем самым переток жидкости во внутреннюю полость обсадной колонны 1 (фиг. 1) и выправление профильных труб 2 гидравлическим давлением до плотного их прижатия к стенкам скважины. При этом благодаря манжетным уплотнениям 6 и 17 соответственно верхнего 5 и нижнего 3 переводников обеспечивается герметичность обсадной колонны 1.

При дальнейшем повышении давления (до 18 МПа) втулка 12 (фиг. 2) воздействует на упорное кольцо 26, срезные штифты 20 которого разрушаются, и кольцо 26 вместе с втулкой 12 сдвигаются вниз, открывая продольные пазы 28 в верхней части внутренней полой втулки 29 клапана 10 для прохода жидкости. При этом шар 14 фиксируется на верхнем торце внутренней полой втулки 29, не препятствуя перетоку жидкости через пазы 28 втулки 29 и, далее по сквозному центральному каналу 19.

Далее производят натяжку бурильной колонны вверх, верхний 5 (фиг. 1) и нижний 3 переводники выходят соответственно из цилиндрических участков 15 и 18 колонны 1. При достижении вальцевателем 23 нижнего конца обсадной колонны 1 начинают вращение бурильной колонны вместе с нагнетательной трубой 4 вправо с одновременной подачей вверх, плотно прикатывая к стенкам скважины калибрующими роликами вальцевателя 23 многолучевые продольно гофрированные трубы 2.

После чего, всю бурильную компоновку извлекают. Далее бурят скважину до проектного забоя.

Предлагаемое устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины позволяет снизить затраты за счет уменьшения количества спускоподъемных операций при креплении скважины путем включения вальцующего инструмента в компоновку бурильной колонны, а также исключить аварийные ситуации, связанные с извлечением устройства из скважины за счет отсоединения бурильной компоновки натяжкой бурильных труб без дополнительной стыковочной операции, так как колонна бурильных труб стыкуется непосредственно с нагнетательной трубой.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин с одновременной изоляцией зон осыпаний и обвалов при бурении колонной труб. Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважин включает обсадную колонну, выполненную длиной, достаточной для перекрытия зоны осыпаний и обвалов, в виде соединенных многолучевых продольно гофрированных труб, при этом обсадная колонна оснащена снизу нижним переводником, а сверху - верхним переводником, герметично соединенным с верхним концом колонны с возможностью отсоединения, а изнутри - нагнетательной трубой, технологическую втулку с выполненными на ее наружной поверхности шлицами, вставленную с возможностью продольного перемещения в обсадную колонну в гофрах верхней многолучевой трубы, забойный двигатель с долотом, клапан, выполненный с возможностью сообщения центрального канала устройства с внутренней полостью многолучевых труб посредством каналов, перекрываемых герметично втулкой, оснащенной седлом под бросовый шар и выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз с открытием каналов и фиксации в транспортном положении. Верхний переводник выполнен заодно с технологической втулкой и герметично вставлен с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке верхней многолучевой трубы. Нижний переводник соединен сверху с клапаном резьбой и оснащен шлицами на наружной поверхности под гофры нижнего участка нижней многолучевой трубы и герметично вставлен с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке нижней многолучевой трубы. Нагнетательная труба верхней частью соединена с верхним переводником, а нижней частью – с верхней частью клапана. Клапан выполнен с возможностью повторного закрытия каналов, сообщающих центральный канал устройства с внутренней полостью многолучевых труб, и открытия центрального канала устройства. Между нижним переводником и забойным двигателем с буровым долотом установлен развальцеватель с возможностью развальцовывания многолучевых труб снизу вверх за счет вращения нагнетательной трубы с одновременной ее подачей вверх. Обеспечивается уменьшение количества спускоподъемных операций при креплении скважины, исключение аварийных ситуаций, связанных с извлечением устройства из скважины. 2 ил.

Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважин, включающее обсадную колонну, выполненную длиной, достаточной для перекрытия зоны осыпаний и обвалов, в виде соединенных многолучевых продольно гофрированных труб, при этом обсадная колонна оснащена снизу нижним переводником, а сверху - верхним переводником, герметично соединенным с верхним концом колонны с возможностью отсоединения, а изнутри - нагнетательной трубой, технологическую втулку с выполненными на ее наружной поверхности шлицами, вставленную с возможностью продольного перемещения в обсадную колонну в гофрах верхней многолучевой трубы, забойный двигатель с долотом, клапан, выполненный с возможностью сообщения центрального канала устройства с внутренней полостью многолучевых труб посредством каналов, перекрываемых герметично втулкой, оснащенной седлом под бросовый шар и выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз с открытием каналов и фиксации в транспортном положении, отличающееся тем, что верхний переводник выполнен заодно с технологической втулкой и герметично вставлен с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке верхней многолучевой трубы, а нижний переводник соединен сверху с клапаном резьбой и оснащен шлицами на наружной поверхности под гофры нижнего участка нижней многолучевой трубы и герметично вставлен с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом участке нижней многолучевой трубы, причем нагнетательная труба верхней частью соединена с верхним переводником, а нижней частью – с верхней частью клапана, при этом клапан выполнен с возможностью повторного закрытия каналов, сообщающих центральный канал устройства с внутренней полостью многолучевых труб, и открытия центрального канала устройства, а между нижним переводником и забойным двигателем с буровым долотом установлен развальцеватель с возможностью развальцовывания многолучевых труб снизу вверх за счет вращения нагнетательной трубы с одновременной ее подачей вверх.