Устройство уплотнения места пересечения главной буровой скважины и скважины ответвления

 

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам для уплотнения места пересечения главной буровой скважины и скважины ответвления. Сущность изобретения: устройство уплотнения места пересечения главной буровой скважины и буровой скважины ответвления включает в себя секцию главной обсадной трубы, которая имеет трубчатую форму и предназначена для размещения в главной буровой скважине в зоне места ответвления, и секцию обсадной трубы ответвления, предназначенную для размещения в буровой скважине ответвления и скрепленную с секцией главной обсадной трубы, и клинообразный элемент со скошенной поверхностью, выполненный с возможностью взаимодействия со скошенной поверхностью секции главной обсадной трубы. Изобретение позволяет обеспечить эффективное уплотнение места пересечения главной буровой скважины и скважины ответвления. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройству уплотнения места пересечения главной буровой скважины и скважины ответвления.

Известны многочисленные устройства для обеспечение такого уплотнения.

Патент США 2379070 раскрывает устройство, которое включает цилиндрическую секцию главной обсадной трубы, располагаемую в главной буровой скважине в области ответвления, и секцию обсадной трубы ответвления, которую приваривают к секции главной обсадной трубы и которую при использовании располагают в буровой скважине ответвления.

В этом известном устройстве секция главной обсадной трубы является цилиндром, имеющим изогнутый нижний конец в форме губы, которую можно перемещать относительно существующей обсадной трубы внутри главной буровой скважины, перемещая или помещая секцию обсадной трубы ответвления в скважину ответвления. В результате цилиндрическую стенку секции главной обсадной трубы перемещают относительно стенки существующей обсадной трубы, чтобы обеспечить уплотнение, которое закрывает окно, вырезанное в существующей обсадной трубе в месте, где скважина ответвления пересекает главную буровую скважину.

Документ SU 663825 A раскрывает другое устройство уплотнения, где обсадную трубу ответвления приваривают к секции главной обсадной трубы, которая образована гофрированным рукавом, расширяемым к нижнему концу при помощи раздвижной оправки.

Опубликованная международная заявка WO 9403699 раскрывает использование секции главной обсадной трубы, выполненной из запоминающего сплава, который расширяется при нагревании, обеспечивая герметичное соединение.

Устройство уплотнения места пересечения главной буровой скважины и буровой скважины ответвления, раскрытое в SU 829882 A , включает в себя секцию главной обсадной трубы, которая имеет трубчатую форму и предназначена для размещения в главной буровой скважине в зоне места ответвления, и секцию обсадной трубы ответвления, предназначенную для размещения в буровой скважине ответвления и скрепленную с секцией главной обсадной трубы, а также клинообразный элемент.

Недостаток известных устройств уплотнения состоит в том, что они требуют использования секции главной обсадной трубы, а также сложных установочных процедур, что усложняет и повышает стоимость этих устройств, при этом получаемое соединительное уплотнение характеризуется опасностью появления утечек.

В основу настоящего изобретения поставлена задача разработать устройство уплотнения места пересечения главной буровой скважины со скважиной ответвления, которое могло бы быть осуществлено и установлено эффективным способом по стоимости и которое обеспечивало бы эффективное уплотнение.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве уплотнения места пересечения главной буровой скважины и буровой скважины ответвления, включающем в себя секцию главной обсадной трубы, которая имеет трубчатую форму и предназначена для размещения в главной буровой скважине в зоне места ответвления, и секцию обсадной трубы ответвления, предназначенную для размещения в буровой скважине ответвления и скрепленную с секцией главной обсадной трубы, клинообразный элемент, согласно изобретению секция главной обсадной трубы имеет скошенную поверхность, приспособленную для взаимодействия со скошенной поверхностью клинообразного элемента.

Целесообразно, чтобы клинообразный элемент был выполнен с возможностью расположения в главной скважине, примыкающим к секции главной обсадной трубы так, чтобы скошенная поверхность на одном конце клинообразного элемента находилась перед скошенной поверхностью секции главной обсадной трубы.

При этом желательно, чтобы клинообразный элемент являлся полым отклонителем, имеющим скошенную поверхность, которая пересекает центральную ось цилиндрической поверхности отклонителя, по существу, под тем же самым углом, что и угол пересечения между скошенной поверхностью секции главной обсадной трубы и центральной осью секции главной обсадной трубы.

При этом предпочтительно, чтобы отклонитель был расположен под секцией главной обсадной трубы и имел меньшую внутреннюю ширину, чем внешняя ширина носовой части секции обсадной трубы ответвления, и отклонитель был бы размещен в главной буровой скважине, по крайней мере, частично под пересечением с буровой скважиной ответвления и ориентирован так, что когда секцию обсадной трубы ответвления опускают через главную скважину, носовая часть ее будет отклоняться скошенной поверхностью отклонителя в буровую скважину ответвления.

В предпочтительном варианте скошенная поверхность секции главной обсадной трубы и клинообразный элемент являются храповой парой, что помогает в процессе блокировки.

В другом предпочтительном варианте секция главной обсадной трубы и клинообразный элемент установлены внутри колонны обсадных труб в главной буровой скважине, и стенка указанной колонны обсадных труб имеет окно в месте пересечения с буровой скважинной ответвления.

Целесообразно, чтобы внешне поверхности секции главной обсадной трубы и клинообразного элемента были снабжены уплотняющим веществом.

В еще одном предпочтительном варианте секция главной обсадной трубы и клинообразный элемент установлены внутри главной буровой скважины и поджаты друг к другу во время установки при выбранной осевой силе или продвижении. Направляя скошенные поверхности секции главной обсадной трубы и отклонителя при относительно небольшом остром угле по отношению к центральной оси, посредством чего создается клин, поддерживают непрерывную радиальную силу к указанной секции и отклонителю также после того, как применение осевой силы прекратилось.

Эти и другие особенности и преимущества устройства в соответствии с изобретением будут описаны в нижеследующем подробном описании и чертежах.

Фиг. 1 изображает схематически продольный разрез главной буровой скважины в месте пересечения с буровой скважиной ответвления; фиг. 2 - схематически разнесенное устройство уплотнения согласно изобретению; фиг. 3 - продольный разрез альтернативного варианта воплощения устройства уплотнения согласно изобретению в подземной буровой скважине.

На фиг. 1 показаны контуры, по существу, вертикальной главной буровой скважины 1 и наклонной буровой скважины 2 ответвления, которые пробурены через подземную формацию 3.

Колонна обсадных труб 4 установлена внутри главной буровой скважины 1 и закреплена на место кольцеобразным телом 5 цемента.

Полый отклонитель 6 в виде клинообразного элемента установлен внутри колонны обсадных труб 4 на паккере 7.

Окно 8 отфрезеровано в стенке колонны обсадных труб 4 возможно фрезерным устройством (не показано), которое отклоняется полым отклонителем 8. После фрезерования отверстия 8 бурят буровую скважину 2 ответвления в формации 3 с использованием устройства бурения (не показано), которое отклоняется отклонителем 6 в сторону от главной буровой скважины 1 так, чтобы устройство бурения бурило буровую скважину 2 ответвления.

После извлечения устройства бурения из главной буровой скважины через главную буровую скважину 1 опускают секцию 9 главной обсадной трубы, к которой приварена секция 10 обсадной трубы ответвления, как это показано на фиг. 2.

Как только носовую часть (не показана) секции 10 обсадной трубы ответвления отжимает полый отклонитель 6, он отклоняет носовую часть секции 10 в буровую скважину 2 ответвления. Чтобы гарантировать, что носовая часть отклонена плавно в буровую скважину 2 ответвления, носовая часть может иметь большую ширину, чем остальная часть секции 10 обсадной трубы ответвления. Носовая часть может быть оборудована винтовым внешним ребром, что заставит секцию 10 обсадной трубы ответвления поворачивать секцию 9 главной обсадной трубы, когда носовую часть отклоняет полый отклонитель 6 таким образом, чтобы секция 9 главной обсадной трубы получила желательную ориентацию относительно отклонителя 6, что проиллюстрировано на фиг. 2.

Секция 9 главной обсадной трубы имеет форму цилиндра с, по существу, плоской скошенной поверхностью 11, которая лежит в плоскости (не показана), пересекающей центральную ось 12 этого цилиндра под острым углом А.

В показанном примере полый отклонитель 6 и секцию 9 главной обсадной трубы вырезают из единой секции трубы, которую разрезают на две части таким образом, чтобы скошенные поверхности 11 и 13 лежали в плоскости разделения. Полый отклонитель 6 также содержит скошенную поверхность 13, которая лежит в плоскости (не показана), пересекающей центральную ось 12 под тем же самым острым углом, что и скошенная поверхность 11 секции 9 главной обсадной трубы. Так как плоскость пересечения не может быть легко изображена в перспективном представлении фиг. 2, угол А изображен как угол между центральной осью 12 и скошенными поверхностями 11 и 13, что приводит к небольшой погрешности, которая будет понятна специалистам в технике.

Как только секция 9 главной обсадной трубы достигает полого отклонителя 6, она будет перемещена секцией 10 обсадной трубы ответвления в положение, показанное на фиг. 2, на которой скошенная поверхность 11 секции 9 главной обсадной трубы направлена и скользит вниз по скошенной поверхности 13 полого отклонителя 6 в направлении стрелки 14.

Как результат этого скользящего движения, секция 9 главной обсадной трубы продвигается в направлении стрелок 15 так, чтобы в ситуации, показанной на фиг. 1, секция главной обсадной трубы была помещена против внутренней поверхности колонны обсадных труб 4 и, таким образом, уплотняла окно 8, которое было проделано в месте ответвления.

Предпочтительно, чтобы угол А был достаточно мал, например меньше 10^o, что позволяло бы избежать возможного проскальзывания секции 9 главной обсадной трубы назад в восходящем направлении после процедуры установки. Во время установки осевая действующая вниз сила, действующая на секцию 9 главной обсадной трубы, должна превышать предварительно установленное минимальное значение, чтобы гарантировать, что секция 9 главной обсадной трубы твердо зажата в колонне обсадных труб 4 в зоне окна 8. Это может быть достигнуто с помощью ударов по секции 9 главной обсадной трубы вниз во время установки.

Предпочтительно, чтобы внешние поверхности полого отклонителя 6 и секций 9 и 10 главной и ответвляющейся обсадных труб были покрыты уплотняющим веществом, чтобы в дальнейшем улучшить уплотнение, обеспеченное устройством согласно изобретению. Если уплотняющее вещество также нанесено между колонной обсадных труб 4 и секцией 9 главной обсадной трубы, полый отклонитель 6 может быть удален после процедуры установки, например, фрезерным устройством. Однако для большинства случаев использования предпочтительно, если отклонитель 6 оставляют на месте.

Предпочтительно, чтобы отклонитель 6 и секции 9, 10 главной и ответвляющейся обсадных труб были выполнены из стали, но по желанию они также могут быть выполнены из других металлов или материалов. После установки центральная ось 12 секции 9 главной обсадной трубы и полого отклонителя 6 будет, по существу, соосна продольной оси главной буровой скважины 1.

Будет понятно, что устройство согласно изобретению можно использовать в главной буровой скважине 1, в которой не была установлена колонна обсадных труб. В таком случае полый отклонитель 6 и секция 9 главной обсадной трубы будут зажаты в буровой скважине, которая, таким образом, будет стабилизирована от обрушения.

На фиг. 3 показаны необсаженная главная буровая скважина 20 и буровая скважина 21 ответвления, которые были пробурены в подземной формации 22 горных пород. Полый отклонитель 23 установлен внутри главной буровой скважины 20 на поверхности эластичного блокировочного кольца 24, которое вдавлено в формацию 22.

Секция 25 главной обсадной трубы установлена поверх полого отклонителя 23. Секция 25 главной обсадной трубы и полый отклонитель содержат скошенные поверхности 26 и 27 соответственно, которые являются храповой парой так, что когда секция 25 главной обсадной трубы проходит вниз в направлении стрелок 28 от вершины полого отклонителя 23, она блокируется в ее позиции относительно стенок 29 буровой скважины.

Секция 25 главной обсадной трубы несет секцию 30 обсадной трубы ответвления. Внешние поверхности секций 25 и 30 главной и ответвляющейся обсадных труб и полого отклонителя 23 обеспечивают уплотняющим веществом 31, которое заполняет кольцевые пространства между этими цилиндрическими элементами и окружающей формацией 22.

На фиг. 3 секция 30 обсадной трубы ответвления является удлиненным хвостовиком, который простирается по существенной части буровой скважины 21 ответвления. Будет понятно, что в показанном примере секции 25 и 30 главной и ответвляющейся обсадных труб должны быть достаточно гибкими, чтобы можно было опустить их к месту ответвления. Во многих устройствах скважин, однако, угол, под которым центральная ось 32' буровой скважины 21 ответвления пересекает центральную ось 32 главной буровой скважины, а также угол, под которым скошенные поверхности 26 и 27 ориентируются относительно указанной центральной оси 32, существенно меньше, чем в показанном примере, в результате чего требования для зазора во время процедуры опускания менее жестки.

И в обсаженной, и в не обсаженной главной буровой скважине устройство согласно изобретению обеспечивает дешевое, легко устанавливаемое, эффективное и надежное уплотнение места ответвления, где буровая скважина ответвления пересекает главную буровую скважину.

Формула изобретения

1. Устройство уплотнения места пересечения главной буровой скважины и буровой скважины ответвления, включающее в себя секцию главной обсадной трубы, которая имеет трубчатую форму и предназначена для размещения в главной буровой скважине в зоне места ответвления, и секцию обсадной трубы ответвления, предназначенную для размещения в буровой скважине ответвления и скрепленную с секцией главной обсадной трубы, клинообразный элемент, отличающееся тем, что секция главной обсадной трубы имеет скошенную поверхность, приспособленную для взаимодействия со скошенной поверхностью клинообразного элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клинообразный элемент выполнен с возможностью расположения в главной скважине примыкающим к секции главной обсадной трубы так, что скошенная поверхность на одном конце клинообразного элемента находится перед скошенной поверхностью секции главной обсадной трубы.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что клинообразный элемент является полым отклонителем, имеющим скошенную поверхность, которая пересекает центральную ось цилиндрической поверхности отклонителя, по существу, под тем же самым углом, что и угол пересечения между скошенной поверхностью секции главной обсадной трубы и центральной осью секции главной обсадной трубы.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что отклонитель расположен под секцией главной обсадной трубы и имеет меньшую внутреннюю ширину, чем внешняя ширина носовой части секции обсадной трубы ответвления, и отклонитель размещен в главной буровой скважине по крайней мере частично под пересечением с буровой скважиной ответвления и ориентирован так, что когда секцию обсадной трубы ответвления опускают через главную скважину, носовая часть ее будет отклоняться скошенной поверхностью отклонителя в буровую скважину ответвления.

5. Устройство по п.2. отличающееся тем, что скошенная поверхность секции главной обсадной трубы и клинообразный элемент являются храповой парой.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что секция главной обсадной трубы и клинообразный элемент установлены внутри колонны обсадных труб в главной буровой скважине и стенка указанной колонны обсадных труб имеет окно в месте пересечения с буровой скважиной ответвления.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внешние поверхности секции главной обсадной трубы и клинообразного элемента снабжены уплотняющим веществом.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что секция главной обсадной трубы и клинообразный элемент установлены внутри главной буровой скважины и поджаты друг к другу во время установки при выбранной осевой силе или продвижении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3