Башмак колонный для горизонтальных стволов Российский патент 2024 года по МПК E21B17/14 

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

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 Е21 В 17/14, опубл. 30.08.1991, бюл. № 32), 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 Е21 В 33/14, опубл. 23.03.1993, бюл. №11), включающий полый цилиндрический корпус, соединенный в верхней части с полым переводником на обсадную колонну, а в нижней части направляющей насадкой (конусным наконечником), 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 не большой, что приводит к недостаточной промывке участка скважины перед башмаком;

- существует большая вероятность забития 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 башмаком колонным для горизонтальных стволов, включающим корпус, состоящий из двух частей - верхней цилиндрической части и нижней части, при этом верхняя цилиндрическая часть корпуса выполнена с присоединительной резьбой в верхней ее части для соединения с обсадной колонной, а в нижней ее части - с соединительной метрической резьбой для соединения с нижней частью корпуса.

Новым является то, что в верхней цилиндрической части корпуса выполнен центральный проходной канал, образованный внутренним выступом верхней цилиндрической части корпуса, и установлена промывочная втулка, выполненная с основанием и выступом, при этом основание промывочной втулки выполнено с возможностью ограниченного хода промывочной втулки путем его упора во внутренний выступ центрального проходного канала верхней цилиндрической части корпуса, причем промывочная втулка оснащена центральным отверстием и как минимум четырьмя боковыми косыми каналами, суммарная площадь поперечного сечения которых больше или равна площади поперечного сечения центрального отверстия промывочной втулки, а наружный диаметр выступа промывочной втулки равен внутреннему диаметру центрального проходного канала верхней цилиндрической части корпуса, при этом промывочная втулка под основанием оснащена пружиной, а в нижней части - резьбой для соединения с глухим конусным наконечником.

Также новым является то, что на наружной части глухого конусного наконечника размещены твердосплавные зубки.

На фиг.1 показан общий вид башмака в транспортном положении.

На фиг.2 показан вид башмака в процессе промывки скважины.

На фиг.3 показано сечение А-А.

Башмак колонный для горизонтальных стволов (далее башмак) включает цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части 1 (фиг. 1) корпуса для соединения с обсадной колонной и с соединенной метрической резьбой c нижней частью 2 корпуса. В верхнем цилиндрическом корпусе выполнен центральный проходной канал 3, а внутри верхней цилиндрической части 1 корпуса выполнен внутренний выступ 4 (фиг. 2), и установлена промывочная втулка 5 с основанием (на фиг. 1-3 не отмечено) и выступом 6 (фиг. 1) с возможностью размещения основания промывочной втулки 5 во внутреннем выступе 4 (фиг. 2) верхней цилиндрической части 1 (фиг. 1) корпуса. Промывочная втулка 5 оснащена центральным отверстием 7 (фиг. 2) и как минимум четырьмя боковыми косыми каналами 8 (фиг. 1-3), суммарная площадь поперечного сечения четырех боковых косых каналов 8 больше или равна площади поперечного сечения центрального отверстия 7 (фиг. 2) промывочной втулки 5.

Наружный диаметр выступа 6 (фиг. 1) промывочной втулки 5 равен внутреннему диаметру центрального проходного канала 3 цилиндрического корпуса. Промывочная втулка 5 под основанием оснащена пружиной 9 (с возможностью размещения пружины 9 во внутреннем выступе 4 верхней части 1 корпуса), а в нижней части (ниже места расположения боковых косых каналов 8) оснащена резьбой для соединения с глухим конусным наконечником 10.

На наружной части конусного наконечника 10 размещены твердосплавные зубки (на фиг. 1-3 не показано).

Башмак колонный для горизонтальных стволов собирается в следующей последовательности. Промывочную втулку 5 (фиг. 2) с надетой на нее пружиной 9 устанавливают во внутренний выступ 4 верхней части 1 корпуса (фиг. 1). Далее нижнюю часть 2 корпуса наворачивают на верхнюю часть 1, при этом выступ 6 промывочной втулки 5 располагается внутри центрального промывочного канала 3 нижней части 2 корпуса. После этого на нижнюю часть выступа 6 промывочной втулки 5 наворачивают конусный наконечник 10.

Башмак колонный для горизонтальных стволов работает следующим образом.

При спуске колонны труб с скважину башмак колонный в собранном виде наворачивают на нижнюю обсадную трубу, далее по плану работ. Обсадную колонну с навернутым башмаком спускают в скважину. После прохождения башмака в горизонтальном участке ствола скважины не более 100 м либо раньше при вынужденном упоре колонны в скважинный шлам производят промежуточную промывку, при этом под давлением жидкости промывочная втулка 5 (фиг.2) с конусным наконечником 10 передвигается вперед, сжимая пружину 9 и освобождая боковые косые каналы 8, через которые и происходит дальнейшее движение жидкости при промывке. После проведения промежуточной промывки, подачу промывочной жидкости внутрь колонны прекращают, при этом пружина 9 разжимается, и промывочная втулка 5 с конусным наконечником 10 заходит внутрь нижней части 2 корпуса башмака, закрывая промывочные боковые косые каналы 8.

При этом в процессе движения обсадной колонны по горизонтальному участку башмак наглухо закрыт от попадания в него имеющегося в скважине шлама, а промывочные отверстия башмака открываются только при подаче жидкости внутрь колонны в момент, когда сама обсадная колонна находится в покое.

Применение башмака колонного для горизонтальных стволов позволяет повысить надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном осыпями горизонтальном стволе скважины, полностью исключить забитие промывочных отверстий скважинным шламом.

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин с горизонтальными участками, в частности к оборудованию для оснастки нижней части обсадной колонн, для ее беспрепятственного прохождения. Технический результат – повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в горизонтальном стволе скважины, в том числе при наличии остатков шлама, образующих дюны на протяжении всего горизонтального участка. Башмак колонный для горизонтальных стволов включает корпус, состоящий из двух частей - верхней цилиндрической части и нижней части. Верхняя цилиндрическая часть корпуса выполнена с присоединительной резьбой в верхней ее части для соединения с обсадной колонной, а в нижней ее части - с соединительной метрической резьбой для соединения с нижней частью корпуса. В верхней цилиндрической части корпуса выполнен центральный проходной канал, образованный внутренним выступом верхней цилиндрической части корпуса, и установлена промывочная втулка, выполненная с основанием и выступом. Основание промывочной втулки выполнено с возможностью ограниченного хода промывочной втулки путем его упора во внутренний выступ центрального проходного канала верхней цилиндрической части корпуса. Промывочная втулка оснащена центральным отверстием и как минимум четырьмя боковыми косыми каналами, суммарная площадь поперечного сечения которых больше или равна площади поперечного сечения центрального отверстия промывочной втулки, а наружный диаметр выступа промывочной втулки равен внутреннему диаметру центрального проходного канала верхней цилиндрической части корпуса. Промывочная втулка под основанием оснащена пружиной, а в нижней части - резьбой для соединения с глухим конусным наконечником. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Башмак колонный для горизонтальных стволов, включающий корпус, состоящий из двух частей - верхней цилиндрической части и нижней части, при этом верхняя цилиндрическая часть корпуса выполнена с присоединительной резьбой в верхней ее части для соединения с обсадной колонной, а в нижней ее части - с соединительной метрической резьбой для соединения с нижней частью корпуса, отличающийся тем, что в верхней цилиндрической части корпуса выполнен центральный проходной канал, образованный внутренним выступом верхней цилиндрической части корпуса, и установлена промывочная втулка, выполненная с основанием и выступом, при этом основание промывочной втулки выполнено с возможностью ограниченного хода промывочной втулки путем его упора во внутренний выступ центрального проходного канала верхней цилиндрической части корпуса, причем промывочная втулка оснащена центральным отверстием и как минимум четырьмя боковыми косыми каналами, суммарная площадь поперечного сечения которых больше или равна площади поперечного сечения центрального отверстия промывочной втулки, а наружный диаметр выступа промывочной втулки равен внутреннему диаметру центрального проходного канала верхней цилиндрической части корпуса, при этом промывочная втулка под основанием оснащена пружиной, а в нижней части - резьбой для соединения с глухим конусным наконечником.

2. Башмак колонный для горизонтальных стволов по п.1, отличающийся тем, что на наружной части глухого конусного наконечника размещены твердосплавные зубки.