Отклоняющее устройство для бурения

 

Изобретение относится к области бурения искривленных ответвлений стволов скважин от одного ствола и представляет собой отклоняющее устройство, используемое при бурении пары противолежащих искривленных ответвлений ствола скважины в подземном пласте от одного ствола скважины, содержащее трубу с открытыми концами, снабженную на своем верхнем конце соединительным средством для присоединения трубы с открытыми концами к колонне обсадных труб, и направляющий элемент, расположенный в трубе с открытыми концами у ее нижнего конца, причем этот направляющий элемент включает две полые наклонные направляющие, расположенные на его противоположных сторонах, причем стенка трубы с открытыми концами имеет удлиненные отверстия, обращенные к наклонным направляющим. Изобретение также включает устройство для повторного ввода, которое применяется совместно с отклоняющим устройством и представляет собой гильзу, имеющую отклоняющую поверхность, которая стыкуется с одной из двух наклонных направляющих отклоняющего устройства, изобретение позволяет повысить эффективность бурения пары противолежащих искривленных ответвлений ствола скважины. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство относится к бурению искривленных ответвлений стволов скважин в подземных пластах от одного ствола скважины. Единичный ствол скважины представляет собой в целом вертикальный ствол скважины и для достижения широко распределенных мест от единичного ствола скважины бурят одно или более искривленных ответвлений ствола.

При одном способе бурения искривленной скважины используется отклоняющее устройство в виде стального клина или скважинного отклонения (отклоняющего клина), расположенного на дне единичного ствола. При непрерывном бурении буровое долото смещается вдоль поверхности клина, и происходит бурение искривленного ответвления ствола скважины. После того, как пробурен короткий отрезок искривленного ответвления ствола скважины, скважинный отклонитель удаляют и продолжают бурение в искривленном ответвлении. Описание данного способа см. в работе The Retroleum Handbook, 6-th Edition, 1983, стр. 135-136.

Когда требуется пробурить два противолежащих ответвления ствола скважины, второе ответвление ствола скважины можно бурить, используя скважинный отклонитель, сориентированный в направлении, противоположном направлению первого ответвления ствола скважины.

Отклоняющее устройство, используемое для бурения более чем одного искривленного ответвления ствола скважины, раскрыто в описании патента США N 4573541. Это устройство содержит трубчатый корпус и три направляющие трубы, расположенные в корпусе, из которых две искривлены в сторону от центральной продольной оси корпуса. Бурение искривленного ответвления ствола скважины включает размещение данного устройства в нижнем конце обсадного единичного ствола скважины, направление бурового долота в одну из двух искривленных труб и продолжение бурения.

Недостатком данного отклоняющего устройства является то, что диаметр направляющих труб меньше половины диаметра корпуса, и, следовательно, искривленные ответвления ствола скважины имеют диаметр, который значительно меньше диаметра исходного ствола скважины, от которого пробурены ответвления.

В патенте США N 2693342 раскрывается отклоняющее устройство, расположенное в корпусе инструмента, присоединенном к вращающемуся верхнему трубчатому элементу, тем самым вращательное движение верхнего трубчатого элемента передается паре боковых бурильных труб через зубчатую передачу.

Целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного отклоняющего устройства, которое обеспечивает возможность бурения пары противоположных искривленных ответвлений ствола скважины.

С этой целью отклоняющее устройство, используемое при бурении пары противоположных искривленных ответвлений ствола скважины в подземном пласте от одного ствола скважины содержит трубу с открытыми концами, оснащенную у своего верхнего конца соединительным средством, направляющий элемент, расположенный в трубе с открытыми концами у ее нижнего конца, причем этот направляющий элемент включает две наклонные направляющие, расположенные на противоположных сторонах направляющего элемента, и отличается тем, что при этом, согласно изобретению, соединительное средство соединяет трубу с открытыми концами с колонной обсадных труб.

Предпочтительно, чтобы наклонные направляющие были выполнены вогнутыми.

Чтобы избежать бурения сквозь металлическую стенку, в стенке трубы с открытыми концами имеются удлиненные отверстия, обращенные к наклонным направляющим.

На нижнем конце трубы с открытыми концами также может быть предусмотрено соединительное средство для присоединения одного или более соединений обсадной колонны к нижнему концу трубы с открытыми концами с целью центрирования трубы с открытыми концами в единичном стволе скважины.

Изобретение также относится к устройству для повторного ввода, которое может быть размещено с возможностью съема в отклоняющем устройстве по настоящему изобретению, причем это устройство для повторного ввода содержит гильзу с открытыми концами, имеющую в своей стенке удлиненное отверстие, причем наклонная отклоняющая поверхность, имеющаяся в гильзе с отрытыми концами, обращена к удлиненному отверстию, тем самым устройство для повторного ввода может быть размещено в отклоняющем устройстве таким образом, что наклонная отклоняющая поверхность стыкуется с одной из двух наклонных направляющих.

Устройство для повторного ввода рациональным образом содержит стыкующий элемент, расположенный в нижней концевой части гильзы с открытыми концами, причем этот элемент имеет основание, позволяющее стыкующему элементу опираться на направляющий элемент, и включает клинообразную часть, обеспечивающую возможность установки стыкующего элемента в заранее определенном положении по отношению к одной из наклонных направляющих.

Далее изобретение будет разъяснено более подробно с помощью примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 изображает схематично вид сбоку отклоняющего устройства по настоящему изобретению; фиг. 2 изображает поперечное сечение по линии II-II на фиг. 1; фиг. 3 изображает продольное сечение вдоль линии III-III по фиг. 1; фиг. 4 изображает схематично пару противолежащих искривленных ответвлений ствола скважины, пробуренных от одного ствола скважины; фиг. 5 изображает схематично вид сбоку обсадной колонны, снабженной отклоняющим устройством по настоящему изобретению; фиг. 6 изображает частичное сечение вдоль линии VI-VI по фиг. 4; фиг. 7 схематично изображает отклоняющее устройство, оснащенное устройством для повторного ввода по настоящему изобретению.

Теперь будут рассмотрены фиг. 1-3. Отклоняющее устройство 1 по настоящему изобретению содержит трубу 2 с открытыми концами, снабженную на своем верхнем конце соединительным средством (на фигуре), предназначенным для присоединения трубы 2 к колонне обсадных труб, и направляющий элемент 4, расположенный в трубе 2 у ее нижнего конца 5.

Направляющий элемент 4 включает две наклонные направляющие 6 и 7, расположенные на противоположных сторонах направляющего элемента 4. В показанном варианте исполнения направляющие 6 и 7 выполнены вогнутыми.

Стенка трубы 2 имеет удлиненные отверстия 9 и 10, обращенные к наклонным направляющим 6 и 7.

Теперь будут рассмотрены фиг. 4-6. Фиг. 4 показывает схематически и не в масштабе бурение пары противолежащих искривленных ответвлений 20 и 21 ствола скважины от одного ствола 22 скважины, пробуренного с помощью буровой установки 25 в подземном пласте 27. Единичный ствол 22 скважины обсажен с помощью обсадной колонны 28, которая снабжена отклоняющим устройством 1 по настоящему изобретению, расположенным у нижнего конца обсадной колонны 28. Обсадная колонна 28 зацементирована в единичном стволе 22 скважины обычным образом, и операция цементирования в данном материале рассматриваться не будет.

Нижний конец обсадной колонны 28 более подробно показан на фиг. 5 и 6. Отклоняющее устройство 1 расположено между последней секцией 30 обсадной колонны 28 и хвостовой секцией 31, и с этой целью труба 2 снабжена на обоих концах соединительными средствами. Хвостовая секция 31 содержит соединение обсадной колонны, и она служит для центрирования отклоняющего устройства 1 в единичном стволе 22 скважины. Соединения между секциями обозначены поз. 32. Кроме того, обсадная колонна 28 имеет центраторы 33 для центрирования обсадной колонны 28 в единичном стволе 22 скважины (см. фиг. 4).

Для бурения искривленного ответвления ствола скважины бурильную колонну (буровой став) 50, имеющую буровое долото 52 на своем нижнем конце, опускают в обсадную колонну 28. Направляющий элемент 4 отклоняет буровое долото 52, и при вращении бурового долота 52 начинается бурение искривленного ответвления ствола скважины. Вогнутая форма направляющих 6 и 7 облегчает регулирование направления бурового долота 52 и бурильной колонны 50 по мере продолжения бурения.

Это также показано на фиг. 4, на котором буровое долото 52 изображено в искривленном ответвлении 21 ствола скважины. Изображение на фиг. 4 дано в предложении, что ответвление 20 уже пробурено.

Для облегчения ввода в одно из искривленных ответвлений в отклоняющее устройство по изобретению может быть опущено устройство для повторного ввода, наружный диаметр которого меньше внутреннего диметра отклоняющего устройства. Устройство для повторного ввода, расположенное в отклоняющем устройстве, показано на фиг. 7. Устройство для повторного ввода обозначено поз. 60, и оно показано установленным в отклоняющее устройство 1 с возможностью извлечения. Устройство 60 для повторного ввода содержит гильзу 61 с открытыми концами, имеющую в своей стенке удлиненное отверстие 62, наклонную отклоняющую поверхность 64, расположенную в гильзе 61 с открытыми концами и обращенную к удлиненному отверстию 62. Устройство 60 для повторного ввода установлено в отклоняющем устройстве 1 таким образом, что наклонная отклоняющая поверхность 64 стыкуется с наклонной направляющей 6, которая представляет собой одну из двух наклонных направляющих 6 и 7.

Для ориентирования устройства 60 для повторного ввода оно содержит еще стыкующий элемент 66, расположенный в нижней концевой части гильзы 61 с открытыми концами, причем этот стыкующий элемент 66 имеет основание 67, позволяющее стыкующему элементу 66 опираться на направляющий элемент 4, и включает клинообразную часть 68, обеспечивающую возможность установки стыкующего элемента 66 в заранее определенное положение по отношению к одной из наклонных направляющих 6 или 7.

Устройство 60 для повторного ввода опущено в обсадную колонну 28, например, в конце бурильной колонны (на чертежах не показана), к которой оно присоединено с возможностью съема. После установки устройства 60 для повторного ввода бурильную колонну вытягивают из ствола скважины.

Когда необходимо опустить инструмент в ответвление 20 ствола скважины (фиг. 4), устройство 60 для повторного ввода устанавливают в отклоняющее устройство 1, как показано на фиг. 7. Затем инструмент ((на чертеже не показан) опускают через секцию обсадной колонны и направляют вдоль наклонной отклоняющей поверхности 64 в ответвление ствола скважины.

Для крепления устройства 60 для повторного ввода в отклоняющем устройстве 1 устройство 60 для повторного ввода может включать освобождаемое запорное устройство (на чертеже не показано).

Устройство 60 для повторного ввода также можно использовать для бурения одного из искривленных ответвлений ствола скважины. С этой целью бурение искривленного ответвления ствола скважины начинают, как описано со ссылкой на фиг. 4-6. Когда выполнено бурение на глубину примерно 1 м, бурильную колонну извлекают из ствола скважины, к отклоняющему устройству крепят устройство для повторного ввода и возобновляют бурение искривленного ответвления ствола скважины.

Для облегчения начала бурения одного из искривленных ответвлений ствола скважины может применяться буровой снаряд для направленного бурения, включающий скважинный двигатель и кривой переходник. При использовании бурового снаряда для направленного бурения, направленного заданным образом, кривой переходник подает буровое долото, приводимое скважинным двигателем, через выбранное одно отверстие из удлиненных отверстий трубы с открытыми концами. Цемент, который находится в указанном удлиненном отверстии вследствие цементирования обсадной колонны в стволе скважины, разбуривается первым, после чего происходит бурение указанного одного искривленного ответвления ствола скважины в подземном пласте. Начало бурения другого искривленного ответвления ствола скважины выполняется аналогичным образом, тем самым буровой снаряд выборочно ориентируют таким образом, что буровое долото подается через другое удлиненное отверстие трубы с открытыми концами. Инструмент с гироскопическим обзором может использоваться для ориентирования бурового снаряда в выбранном направлении.

Нежелательное изменение положения устройства для повторного ввода из-за смещения буровых или вспомогательных инструментов через ствол скважины может быть предотвращено путем приведения в действие соответствующего удерживающего приспособления в верхней части устройства для повторного ввода.

Формула изобретения

\\\1 1. Отклоняющее устройство, используемое при бурении пары противолежащих искривленных ответвлений (20, 21) ствола скважины в подземном пласте от одного ствола (22) скважины, содержащее трубу (2) с открытыми концами, снабженную на своем верхнем конце соединительным средством (32), и направляющий элемент (4), расположенный в трубе (2) с открытыми концами у ее нижнего конца, и включающий две наклонные направляющие (6, 7), расположенные на его противоположных сторонах (4), отличающееся тем, что соединительное средство (32) соединяет трубу (2) с открытыми концами с колонной обсадных труб (28). \ \\2 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наклонные направляющие (6, 7) выполнены вогнутыми. \\\2 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что стенка трубы (2) с открытыми концами имеет удлиненные отверстия (9, 10), обращенные к наклонным направляющим (6, 7). \\\2 4. Устройство (60) для повторного ввода, устанавливаемое в отклоняющем устройстве по любому из пп.1 - 3 с возможностью съема, содержащее гильзу (61) с открытыми концами, имеющую в своей стенке удлиненное отверстие (62), наклонную отклоняющую поверхность (64), расположенную в гильзе (61) с открытыми концами и обращенную к удлиненному отверстию (62), причем устройство (60) для повторного ввода может быть установлено в отклоняющем устройстве так, что наклонная отклоняющая поверхность (64) стыкуется с одной из двух наклонных направляющих (6, 7). \\\2 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно имеет стыкующий элемент (66), расположенный в нижней концевой части гильзы (61) с открытыми концами, имеющий основание (67), позволяющее стыкующему элементу (60) опираться на направляющий элемент (4), и клинообразную часть (68), обеспечивающую возможность установки стыкующего элемента (66) в заранее определенном положении по отношению к одной из наклонных направляющих (6, 7).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7