Устройство для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой Российский патент 2024 года по МПК E21B7/20 E21B33/14 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам для бурения на хвостовике и цементирования в открытом и обсаженном стволе скважины.

Известен способ бурения на обсадной колонне с извлекаемой компоновкой низа бурильной колонны (КНБК) (патент RU № 2796156, МПК Е21В 7/04, опубл. 17.05.2023 г., Бюл. №14), включающий определение зон неустойчивых пород, бурение ствола скважины на бурильной колонне с телеметрией и долотом с винтовым забойным двигателем (ВЗД) до кровли неустойчивых пород, затем компоновку с телесистемой и долотом с ВЗД извлекают, после чего скважину до проектного забоя бурят на бурильной колонне с обсадным хвостовиком, состоящим из стандартных обсадных труб, оснащенных сверху подвесным устройством с автоотцепом, соединяющим обсадной хвостовик с бурильной колонной, передающим осевую нагрузку и крутящий момент для бурения, после чего производят отцеп бурильной колонны от обсадного хвостовика за счет сброса шара с устья в седло при повышении давления в хвостовике и срезе штифта. Бурение осуществляют с помощью КНБК, состоящей из раздвижного долота, ВЗД и телесистемы, установленной снизу хвостовика с помощью узла соединения, при этом после бурения до проектного забоя и извлечения КНБК для цементирования спускают подвесное устройство, снабжённое узлом автозацепа, включающим кольцевую коническую проточку седла, подпружиненного вниз относительно корпуса автоотцепа с ограниченным перемещением вниз до упора в срезной элемент, и втулку, установленную снаружи корпуса автоотцепа и подпружиненную вниз с возможностью перемещения вниз до стопорного кольца и перекрывающую отверстия автоотцепа с установленными шариками с возможностью зацепления бурильной колонны, спускаемой для цементирования за внутреннюю канавку подвесного устройства за счет перемещения втулки вверх и выталкивания шариков во внутреннюю канавку подвесного устройства конической проточкой седла при посадке корпуса автоотцепа на торец подвесного устройства

Недостатками этого устройства являются:

- при извлечении бурильной компоновки возможно и извлечение хвостовика, так как отсутствует его фиксация относительно предыдущей обсадной колонны, как следствие дополнительные спускоподъемные операции по спуску и цементированию хвостовика;

- сложность изготовления из-за большого количества сопрягаемых деталей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для спуска и цементирования хвостовика с вращением, (патент RU № 2809392, МПК Е21В 33/14, опубл. 11.12.2023 г., Бюл. № 35), содержащее муфту с проточкой в её верхней части, расширяющим конусом и резьбой для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, выполненный в виде расширяемого патрубка, снабженного сужением в верхней части и герметизирующим элементом снаружи сужения расширяемого патрубка, хвостовик, башмак с клапанным узлом, при этом муфта присоединена к корпусу таким образом, что при повышении давления выше давления «стоп» происходит выталкивание муфты из расширяемого патрубка с одновременным расширением его конусом, при этом муфта снизу в центральном канале снабжена проточкой, в которую на срезных элементах установлена подвесная цементировочная пробка с центральным проходным каналом, посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку, посадочным конусом, выполненным на нижнем конце для посадки в седло стоп-кольца, при этом на верхнем торце расширяемого патрубка выполнены пазы, отличающееся тем, что проточка в верхней части муфты выполнена таким образом, что между муфтой и расширяемым патрубком с герметизирующим элементом образована полость, в которой размещен расширяющий конус с центральным отверстием с возможностью движения по проточке муфты с одновременным расширением патрубка с уплотнительным элементом при перепаде давления, воздействующего на расширяющий конус через радиальное отверстие в проточке муфты, нижняя часть муфты соединена с верхней частью резьбой в месте их упора в переводник, соединяющий расширяемый патрубок и хвостовик, и снабжена выступами под пазы переводника, обеспечивающими её синхронное вращение с хвостовиком, подвесная цементировочная пробка установлена таким образом, что она перекрывает радиальные отверстия, сообщающие центральный канал муфты с цилиндрической выборкой, выполненной внутри переводника, при этом в нижней части муфты выполнено седло под сбрасываемый шар, а в пазы на верхнем торце расширяемого патрубка вставлены выступы втулки, которая крепится к верхней части муфты съёмно.

Недостатками это устройства являются:

- невозможно применять устройство с извлекаемыми компоновками, так как после установки хвостовика и извлечения компоновки невозможно зацементировать хвостовик по всей длине из-за герметизации головы хвостовика;

- недостаточная фиксация относительно предыдущей обсадной колонны;

- при отсутствии давления «стоп» малое усилие посадочного конуса для расширения патрубка.

Технической задачей является создание устройства для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой, позволяющего надежно фиксировать хвостовик относительно предыдущей обсадной колонны при извлечении бурильной компоновки и гарантированно отстыковывать бурильную колонну от устройства и цементировать хвостовик по всей длине.

Техническая задача решается устройством для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой, содержащим муфту с расширяющим конусом и резьбой для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, выполненный в виде расширяемого патрубка, снабженного сужением, хвостовик, бурильную компоновку, включающую в себя долото, винтовой забойный двигатель, расширитель и соединительное устройство, для соединения бурильной компоновки с низом хвостовика, переводник, соединяющий патрубок и хвостовик, отцепное устройство, состоящее из выполненных на муфте проточки и расширяющего конуса, размещенных в расширяемом патрубке с возможностью выталкивания муфты из патрубка за счет расширения его конусом муфты, при этом муфта в нижней части снабжена выступами под пазы переводника, обеспечивающими её синхронное вращение с хвостовиком при бурении, цилиндрической выборкой и радиальным отверстием, сообщающим центральный канал муфты с цилиндрической выборкой.

Новым является то, что расширяемый патрубок на наружной поверхности в месте сужения снабжен жестко закрепленными плашками с зубчатой поверхностью снаружи с возможностью фиксации во внутренней части предыдущей обсадной колонны при расширении расширяемого патрубка с плашками, а сверху муфта снабжена поршнем с гидрокамерой, соединенной с верхней частью расширяемого патрубка с возможностью отсоединения и радиальным отверстием ниже поршня, перекрытым седлом со срезным элементом под сбрасываемый шар, а радиальное отверстие нижней части муфты, сообщающее центральный канал муфты с цилиндрической выборкой, перекрыто втулкой, при этом внутренняя поверхность переводника выполнена длиной и диаметром под цилиндрический патрубок c подвесной цементировочной пробкой, устанавливаемый в переводник при цементировании.

На фиг.1 изображено устройство в сборе, спущенное в скважину с частичным разрезом.

На фиг. 2 изображено устройство после активации гидравлическим давлением и фиксации хвостовика.

На фиг. 3 изображено устройство во время цементирования.

Устройство для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой содержит муфту 1 (фиг. 1) с расширяющим конусом 2 и резьбой 3 для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб (на фиг. 1-3 не показана), корпус, выполненный в виде расширяемого патрубка 4, снабженного сужением 5, хвостовик 6, бурильную компоновку (на фиг. 1-3 не показана), переводник 7, соединяющий патрубок 4 и хвостовик 6, отцепное устройство 8, состоящее из выполненных на муфте проточки 9 и расширяющего конуса 2, размещенных в расширяемом патрубке 4 с возможностью выталкивания муфты 1 из патрубка 4 за счет расширения его конусом 2 муфты 1, при этом муфта 1 в нижней части снабжена выступами 10 под пазы 11 переводника 7, обеспечивающие её синхронное вращение с хвостовиком 6 при бурении, радиальное отверстие 12, сообщающее центральный канал 13 муфты 1 и цилиндрической выборки 14 нижней части муфты 1.

Расширяемый патрубок 4 на наружной поверхности в месте сужения снабжен жестко закрепленными плашками 15 с зубчатой поверхностью 16 снаружи с возможностью фиксации во внутренней части предыдущей обсадной колонны 17 (фиг. 2) при расширении расширяемого патрубка 4 (фиг. 1) с плашками 15. Сверху муфта 1 снабжена поршнем 18 с гидрокамерой 19, соединенной с верхней частью расширяемого патрубка 4 с возможностью отсоединения и радиальным отверстием 20 ниже поршня 18, перекрытым седлом 21 со срезным элементом 22 под сбрасываемый шар 23, а радиальное отверстие 12 нижней части муфты 1, сообщающее центральный канал 13 муфты 1 и цилиндрической выборки 14 перекрыто втулкой 24, при этом внутренняя поверхность 25 (фиг. 2) переводника 7 (фиг. 1) выполнена длиной и диаметром под цилиндрический патрубок 26 (фиг. 3) c подвесной цементировочной пробкой 27, устанавливаемый в переводник 7 при цементировании.

Устройство работает следующим образом.

Устройство для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой (включает в себя долото, винтовой забойный двигатель, расширитель и соединительное устройство с обсадной трубой на фиг. 1-3 не показано) на транспортировочной колонне спускают в скважину до заданного интервала. Устройство, содержащее муфту 1 (фиг. 1), через резьбу 3 присоединяется к транспортировочной колонне (на фиг. 1-3 не показана). Обсадная колонна 6 соединена с муфтой 1 через переводник 7. При вращении компоновки ротором, крутящий момент на хвостовик 6 передается через выступы 10 муфты 1 вставленные в пазы 11 переводника 7. Созданием перепада давления промывочной жидкости запускают двигатель и производят бурение согласно плану.

После завершения операции бурения компоновку приподнимают от забоя на 2 - 3 м. Затем с устья скважины в транспортировочную колонну бросают шар 23, который доходит до седла 21 и при повышении гидравлического давления происходит разрушение срезного элемента 22. Далее седло 21 с шаром 23 движется вниз и, дойдя до втулки 24, сдвигает ее до ограничителя. При этом открывается отверстие 20 ниже поршня 18 открывая при этом сообщение центрального канала 13 с гидрокамерой 19, и также открывается отверстие 12, сообщая центральный канал 13 с цилиндрической выборкой 14. В результате повышения гидравлического давления муфта 1 сдвигается вниз, надвигая при этом расширяемый патрубок 4 на конус 2. Патрубок 2 увеличивается в диаметре, а плашки 15 своей зубчатой поверхностью 16 плотно прижимаются к внутренней поверхности предыдущей обсадной колонне 17 (фиг. 2), жестко фиксируя хвостовик 6 (фиг. 1) в предыдущей обсадной колонне 17 (фиг. 2). После этого транспортировочная колонна освобождается и извлекается на устье. В скважине остается патрубок 4, зафиксированный во внутренней поверхности предыдущей колонны 17 и переводник 7, соединяющий патрубок 4 с хвостовиком 6 с бурильной компоновкой.

Следующая операция – спуск на колонне бурильных труб специального устройства, отсоединение от низа хвостовика и извлечение бурильной компоновки по известной технологии (патент РФ № 2663856, МПК E21B 7/20, E21B 7/28, 10.08.2018 г., Бюл. № 22).

Затем на колонне бурильных труб спускается цилиндрический патрубок 26 (фиг. 3) с подвесной цементировочной пробкой 27 и герметично устанавливается в переводник 7, прижимаясь к внутренней поверхности 25 (фиг. 2) для цементирования. Проводится операция цементирования, цилиндрический патрубок 26 (фиг. 2) извлекается и хвостовик 6 остается на для затвердевания цемента.

Предлагаемое устройства для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой позволяет надежно фиксировать хвостовик относительно предыдущей обсадной колонны при извлечении бурильной компоновки и гарантированно отстыковать бурильную колонну от устройства и цементировать хвостовик по всей длине.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для бурения и цементирования в открытом и обсаженном стволе скважины. Техническим результатом является обеспечение надежно фиксировать хвостовик относительно предыдущей обсадной колонны при извлечении бурильной компоновки и гарантированно отстыковать бурильную колонну от устройства и цементировать хвостовик по всей длине. Заявлено устройство для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой, содержащее муфту с расширяющим конусом и резьбой для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, выполненный в виде расширяемого патрубка, снабженного сужением, хвостовик, бурильную компоновку, включающую в себя долото, винтовой забойный двигатель, расширитель и соединительное устройство, для соединения бурильной компоновки с низом хвостовика, переводник, соединяющий патрубок и хвостовик, отцепное устройство, состоящее из выполненных на муфте проточки и расширяющего конуса, размещенных в расширяемом патрубке с возможностью выталкивания муфты из патрубка за счет расширения его конусом муфты. При этом муфта в нижней части снабжена выступами под пазы переводника, обеспечивающими её синхронное вращение с хвостовиком при бурении, цилиндрической выборкой и радиальным отверстием, сообщающим центральный канал муфты с цилиндрической выборкой. Расширяемый патрубок на наружной поверхности в месте сужения снабжен жестко закрепленными плашками с зубчатой поверхностью снаружи с возможностью фиксации во внутренней части предыдущей обсадной колонны при расширении расширяемого патрубка с плашками. Сверху муфта снабжена поршнем с гидрокамерой, соединенной с верхней частью расширяемого патрубка с возможностью отсоединения и радиальным отверстием ниже поршня, перекрытым седлом со срезным элементом под сбрасываемый шар. Радиальное отверстие нижней части муфты, сообщающее центральный канал муфты с цилиндрической выборкой, перекрыто втулкой. Внутренняя поверхность переводника выполнена длиной и диаметром под цилиндрический патрубок c подвесной цементировочной пробкой, устанавливаемый в переводник при цементировании. 3 ил.

Устройство для бурения на обсадной колонне с извлекаемой бурильной компоновкой, содержащее муфту с расширяющим конусом и резьбой для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, выполненный в виде расширяемого патрубка, снабженного сужением, хвостовик, бурильную компоновку, включающую в себя долото, винтовой забойный двигатель, расширитель и соединительное устройство, для соединения бурильной компоновки с низом хвостовика, переводник, соединяющий патрубок и хвостовик, отцепное устройство, состоящее из выполненных на муфте проточки и расширяющего конуса, размещенных в расширяемом патрубке с возможностью выталкивания муфты из патрубка за счет расширения его конусом муфты, при этом муфта в нижней части снабжена выступами под пазы переводника, обеспечивающими её синхронное вращение с хвостовиком при бурении, цилиндрической выборкой и радиальным отверстием, сообщающим центральный канал муфты с цилиндрической выборкой, отличающееся тем, что расширяемый патрубок на наружной поверхности в месте сужения снабжен жестко закрепленными плашками с зубчатой поверхностью снаружи с возможностью фиксации во внутренней части предыдущей обсадной колонны при расширении расширяемого патрубка с плашками, а сверху муфта снабжена поршнем с гидрокамерой, соединенной с верхней частью расширяемого патрубка с возможностью отсоединения и радиальным отверстием ниже поршня, перекрытым седлом со срезным элементом под сбрасываемый шар, а радиальное отверстие нижней части муфты, сообщающее центральный канал муфты с цилиндрической выборкой, перекрыто втулкой, при этом внутренняя поверхность переводника выполнена длиной и диаметром под цилиндрический патрубок c подвесной цементировочной пробкой, устанавливаемый в переводник при цементировании.