Способ ориентированной прорезки бокового "окна" в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента с использованием винтового забойного двигателя и устройство стопорения выходного вала винтового забойного двигателя для осуществления способа
Изобретение относится к области бурения скважин, а именно - к прорезке боковых «окон» в обсадной колонне скважины для дальнейшего бурения вторых стволов. При осуществлении способа в состав компоновки низа бурильной колонны вводят отклоняющее устройство, его верхним концом крепят к нижней части комплекта фрезер-райберов, верхний конец комплекта соединяют с валом удлинителем, последний верхним концом жестко соединяют с выходным валом винтового забойного двигателя, в верхнем переводнике двигателя крепят устройство стопорения выходного вала. Устройство содержит пустотелый корпус, на нижнем конце корпуса выполнена наружная резьба для соединения с верхним переводником винтового забойного двигателя, внутри корпуса неподвижно закреплена втулка ее верхней частью. Между корпусом и втулкой выполнена кольцевая полость, которая через пустотелую нижнюю часть корпуса сообщена с приемной кольцевой полостью двигателя. В верхней части втулки на ее внутренней поверхности выполнены шлицы, ниже которых в стенках втулки выполнены сквозные каналы, на нижнем конце втулки выполнен внутренний буртик. Внутрь втулки коаксиально заведена с возможностью осевого перемещения втулка-поршень, на наружной поверхности которой выполнены шлицы, адекватные шлицам на внутренней поверхности втулки. Втулка-поршень на шпонке насажена на вал. Нижняя часть вала выполнена конусной с плоской лапкой на конце. Конусную часть вала устройства стопорения крепят в конусном гнезде верхней полумуфты ротора забойного двигателя, плоскую лапку на конце вала вводят в ее плоское отверстие. Втулку-поршень устанавливают на валу в крайнее верхнее положение, чем производят стопорение выходного вала. Затем устройство стопорения верхним концом его корпуса крепят к нижнему концу бурильной колонны, компоновку спускают в скважину в интервал прорезки окна, с устья скважины производят азимутальное ориентирование, устанавливают отклоняющее устройство в заданном интервале, отсоединяют отклоняющее устройство, освобождают выходной вал двигателя путем подачи с устья скважины рабочей жидкости под давлением. Под ее действием втулку-поршень переводят в крайнее нижнее положение. Одновременно открывают сквозные каналы во втулке устройства стопорения для прохода рабочей жидкости в приемную кольцевую полость винтового забойного двигателя. Далее продолжают подавать через колонну жидкость под давлением, чем приводят во вращение выходной вал двигателя и обеспечивают ориентированную прорезку окна. Снижается износ труб, сокращаются материальные и временные затраты. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области бурения скважин, а именно - к прорезке боковых «окон» в обсадной колонне скважины для дальнейшего бурения вторых стволов.
По патенту США №5109924 от 5 мая 1992 г., МПК5 Е21В 7/08; Е21В 29/06 известно устройство для прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины, которое представляет собой соединяемый с колонной бурильных труб комплект фрезер-райберов, на котором производят подвеску и спуск отклоняющего клина, его ориентированную установку в стволе скважины, прорезку и формирование полноразмерного бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента. Комплект включает в себя зарезной, проходной и калибрующий фрезер-райберы.
Указанный комплект на колонне бурильных труб спускают в скважину в заданный интервал прорезки бокового «окна», после азимутальной ориентировки отсоединяют отклоняющий клин и с устья скважины ротором приводят во вращение колонну бурильных труб с одновременной подачей через нее на фрезер-райберы промывочной жидкости в процессе прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины.
Недостатками известного технического решения являются:
- большой износ бурильных труб, подвергаемых при вращении трению о стенки обсадной колонны по всей длине колонны бурильных труб;
- дополнительные затраты материальных средств и времени на проведение ремонтно-восстановительных работ, возникающих от осложнений при вращении колонны бурильных труб в стволе скважины при выполнении работ по прорезке бокового «окна»;
- необходимость использовать мобильные установки достаточной грузоподъемности с приводом ротора для создания повышенного крутящего момента и требуемых скоростей вращения;
- повышенная аварийность.
Известны винтовые забойные двигатели, например, по авт. свид. СССР №926208, М.Кл.3 Е21В 4/02, заявлено 16.03.79, опубликовано 07.05.82 БИ №17, которые используют для бурения вертикальных нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин.
Известны винтовые забойные двигатели для наклонно направленного бурения, например, по патенту РФ №2081986, МПК6 Е21В 4/02, заявлено 19.08.93, опубликовано 20.06.97 БИ №17.
Винтовой забойный двигатель любой из указанных конструкций верхним переводником крепят к нижнему концу колонны бурильных труб, по которым подают рабочую жидкость для обеспечения крутящего момента на выходном валу двигателя с долотом на конце.
Однако неизвестно использование винтового забойного двигателя в компоновке низа бурильной колонны для ориентированной прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении предлагаемой группы изобретений, является:
- обеспечение ориентированной прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента с использованием винтового забойного двигателя, при которой одновременно и дополнительно достигается еще:
- снижение износа бурильных труб;
- возможность проведения работ с буровых станков с малой грузоподъемностью;
- сокращение материальных затрат и времени на проведение работ.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе ориентированной прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента с использованием винтового забойного двигателя вначале формируют компоновку низа бурильной колонны, в состав которой вводят отклоняющее устройство, верхним концом которое крепят к нижней части комплекта фрезер-райберов, верхний конец комплекта фрезер-райберов соединяют с валом-удлиннителем, последний верхним концом жестко соединяют с выходным валом винтового забойного двигателя, в верхнем переводнике винтового забойного двигателя на резьбе крепят устройство стопорения выходного вала винтового забойного двигателя, в котором корпус выполнен пустотелым с наружной резьбой на нижнем конце и внутренней резьбой на верхнем конце, внутри корпуса устройства стопорения неподвижно закреплена втулка ее верхней частью, между корпусом и втулкой ниже участка ее крепления с корпусом выполнена кольцевая полость, которая через пустотелую нижнюю часть корпуса сообщена с приемной кольцевой полостью винтового забойного двигателя, в верхней части втулки на ее внутренней поверхности выполнены шлицы, ниже которых в стенках втулки выполнены сквозные каналы, сообщающие внутреннее пространство втулки с кольцевой полостью, на нижнем конце втулки выполнен внутренний буртик, внутрь втулки коаксиально заведена с возможностью осевого перемещения втулка-поршень, на наружной поверхности которой выполнены шлицы, адекватные шлицам на внутренней поверхности втулки, при этом втулка-поршень на шпонке насажена на вал, нижняя часть вала выполнена конусной с плоской лапкой на конце, расстояние от нижней кромки сквозных каналов до внутреннего буртика на нижнем конце во втулке выполнено не менее длины втулки-поршня, а в верхнем конце втулки-поршня установлено уплотнительное срезное, например, резиновое кольцо, при соединении корпуса устройства стопорения с верхним переводником винтового забойного двигателя конусную часть вала устройства стопорения крепят в конусном гнезде верхней полумуфты ротора винтового забойного двигателя, а плоскую лапку на конце вала вводят соответственно в ее плоское отверстие, при этом втулку-поршень устанавливают на валу в крайнее верхнее положение до полного взаимодействия шлицов втулки со шлицами втулки-поршня, чем производят стопорение выходного вала винтового забойного двигателя от произвольного вращения при спуске компоновки в скважину, затем устройство стопорения верхним концом его корпуса через переводник крепят к нижнему концу бурильной колонны, после чего указанную компоновку на бурильной колонне спускают в скважину в интервал прорезки бокового «окна», с устья скважины бурильной колонной производят азимутальное ориентирование компоновки, устанавливают отклоняющее устройство в заданном интервале, отсоединяют отклоняющее устройство, затем освобождают выходной вал винтового забойного двигателя от стопорения путем подачи с устья скважины в бурильную колонну рабочей жидкости под давлением, под действием которой втулку-поршень переводят на валу в стопорном устройстве в крайнее нижнее положение, чем разъединяют шлицевое соединение втулки корпуса и втулки-поршня и одновременно открывают сквозные каналы во втулке устройства стопорения для прохода рабочей жидкости через пустотелую нижнюю часть корпуса стопорного устройства в приемную кольцевую полость винтового забойного двигателя, после чего продолжают подавать через бурильную колонну рабочую жидкость под давлением, чем приводят во вращение выходной вал винтового забойного двигателя с закрепленной с ним компоновкой низа бурильной колонны, благодаря чему обеспечивают ориентированную прорезку бокового «окна» в обсадной колонне скважины.
А также тем, что:
- в комплект фрезер-райберов компоновки низа бурильной колонны вводят, как минимум, зарезной, проходной и калибрующий фрезер-райберы;
- в качестве вала-удлиннителя используют трубу с меньшей толщиной стенки, но с более высокими упругими и прочностными свойствами, чем бурильная труба.
Указанный технический результат совокупно достигается также и тем, что устройство стопорения выходного вала винтового забойного двигателя при его использовании для ориентированной прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента содержит пустотелый корпус, в верхний конец которого ввернут переводник для соединения с нижним концом бурильной колонны, на нижнем конце корпуса выполнена наружная резьба для соединения с верхним переводником винтового забойного двигателя, внутри корпуса неподвижно закреплена втулка ее верхней частью, при этом между корпусом и втулкой ниже участка ее крепления с корпусом выполнена кольцевая полость, которая через пустотелую нижнюю часть корпуса сообщена с приемной кольцевой полостью винтового забойного двигателя, в верхней части втулки на ее внутренней поверхности выполнены шлицы, ниже которых в стенках втулки выполнены сквозные каналы, сообщающие внутреннее пространство втулки с кольцевой полостью, на нижнем конце втулки выполнен внутренний буртик, внутрь втулки коаксиально заведена с возможностью осевого перемещения втулка-поршень, на наружной поверхности которой выполнены шлицы, адекватные шлицам на внутренней поверхности втулки, при этом втулка-поршень на шпонке посажена на вал, нижняя часть вала выполнена конусной с плоской лапкой на конце под конусное гнездо и плоское отверстие в верхней полумуфте ротора винтового забойного двигателя, при этом расстояние от нижней кромки сквозных каналов до внутреннего буртика на нижнем конце во втулке выполнено не менее длины втулки-поршня, а в верхнем конце втулки-поршня установлено уплотнительное срезное, например, резиновое кольцо.
Из общедоступных источников патентной научно-технической информации нам не известны способы ориентированной прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента с использованием винтового забойного двигателя, для стопорения выходного вала которого от произвольного вращения при спуске в скважину в составе компоновки низа бурильной колонны для осуществления способа было бы использовано устройство стопорения выходного вала винтового забойного двигателя, аналогичное тому, которое предложено в заявляемой группе изобретений.
На фиг.1 изображен общий вид компоновки низа бурильной колонны для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 дан общий вид устройства стопорения выходного вала винтового забойного двигателя, используемого при реализации предлагаемого способа; на фиг.3 дано сечение по А-А на фиг.2.
В компоновку низа бурильной колонны для реализации предлагаемого способа вводят (см. фиг.1) отклоняющее устройство 1, которое верхним концом крепят к нижней части комплекта 2 фрезер-райберов. Верхний конец комплекта 2 фрезер-райберов соединяют с валом-удлинителем 3, верхний конец которого жестко соединяют с выходным валом 4 винтового забойного двигателя 5. В верхний переводник 6 винтового забойного двигателя 5 на резьбе крепят устройство стопорения 7 выходного вала 4 винтового забойного двигателя 5. Устройство стопорения 7 содержит (см. фиг.2) пустотелый корпус 8 с наружной резьбой на нижнем конце для соединения с верхним переводником 6 винтового забойного двигателя 5. Верхний конец корпуса 8 выполнен с внутренней резьбой под переводник 9 для соединения с нижним концом бурильной колонны 10. Внутри корпуса 8 неподвижно закреплена втулка 11 ее верхней частью. Между корпусом 8 и втулкой 11 выполнена кольцевая полость 12, которая через пустотелую нижнюю часть 13 корпуса 8 сообщена с приемной кольцевой полостью 14 винтового забойного двигателя 5. В верхней части втулки 11 на ее внутренней поверхности выполнены шлицы 15, ниже которых в стенках втулки 11 выполнены сквозные каналы 16, а на нижнем конце втулки 11 выполнен внутренний буртик 17. Внутрь втулки 11 коаксиально с возможностью осевого перемещения заведена втулка-поршень 18, на наружной поверхности которой выполнены шлицы 19, адекватные шлицам 15 втулки 11. Втулка-поршень 18 на шпонке 20 посажена на вал 21. Нижняя часть 22 вала 21 выполнена конусной с плоской лапкой 23 на конце под конусное гнездо и плоское отверстие (см. фиг.2 и 3) в верхней полумуфте 24 ротора 25 винтового забойного двигателя 5. Расстояние от нижней кромки сквозных каналов 16 до внутреннего буртика 17 во втулке 11 выполнено не менее длины втулки-поршня 18, в верхнем конце которой установлено уплотнительное срезное кольцо 26, например резиновое.
При соединении корпуса 8 устройства стопорения 7 с верхним переводником 6 винтового забойного двигателя 5 конусную нижнюю часть 22 вала 21 крепят в конусном гнезде верхней полумуфты 24 ротора 25, а плоскую лапку 23 на конце вала 21 вводят соответственно в ее плоское отверстие. Втулку-поршень 18 при монтаже компоновки устанавливают на валу 21 в крайнее верхнее положение до полного взаимодействия шлицов 15 во втулке 11 со шлицами 19 на втулке-поршне 18, чем обеспечивают стопорение выходного вала винтового забойного двигателя от произвольного вращения во время спуска компоновки в скважину.
После сборки устройства стопорения 7 и крепления его в верхнем переводнике 6 винтового забойного двигателя 5 всю сформированную компоновку низа бурильной колонны через переводник 9 крепят к нижнему концу бурильной колонны 10, на которой ее спускают в скважину в интервал прорезки бокового «окна».
Благодаря жесткой связи всех элементов компоновки при спуске в скважину обеспечивается возможность с устья скважины производить ее азимутальное ориентирование и устанавливать отклоняющее устройство 1 в заданном интервале.
После отсоединения отклоняющего устройства 1, например, путем срезания болтов-штифтов от нагружения весом бурильной колонны производят освобождение выходного вала 4 от стопорения путем подачи с устья скважины в бурильную колонну 10 рабочей жидкости под давлением, отчего уплотнительное кольцо 26 срезается и втулка-поршень 18 перемещается в крайнее нижнее положение до упора во внутренний буртик 17, разъединяя шлицы 15 от сцепления со шлицами 19 и открывая сквозные каналы 16. В результате рабочая жидкость поступает на винтовой забойный двигатель 5. Последний через вал-удлинитель 3 обеспечивает вращение комплекта 2 фрезер-райберов, которые отклоняющим устройством 1 сориентированы для прорезки бокового «окна» в заданном интервале обсадной колонны 27 скважины.
Благодаря предложенной компоновке низа бурильной колонны, в которой винтовой забойный двигатель введен непосредственно над комплектом фрезер-райберов, в сочетании с операциями предложенного способа, при прорезании бокового «окна» в обсадной колонне скважины вся бурильная колонна не вращается, вращается только часть низа бурильной колонны ниже винтового забойного двигателя. Это исключает трение бурильных труб о стенки обсадной колонны, что существенно снижает их износ, обеспечивает безаварийность работы, возможность проведения работ с буровых станков с малой грузоподъемностью, сокращая при этом материальные затраты и время проведения работ по прорезке боковых «окон» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента.
1. Способ ориентированной прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента с использованием винтового забойного двигателя, при котором в состав компоновки низа бурильной колонны вводят отклоняющее устройство, верхним концом которое крепят к нижней части комплекта фрезер-райберов, верхний конец комплекта фрезер-райберов соединяют с валом-удлинителем, последний верхним концом жестко соединяют с выходным валом винтового забойного двигателя, в верхнем переводнике винтового забойного двигателя на резьбе крепят устройство стопорения выходного вала винтового забойного двигателя, в котором корпус выполнен пустотелым с наружной резьбой на нижнем конце и внутренней резьбой на верхнем конце, внутри корпуса устройства стопорения неподвижно закреплена втулка ее верхней частью, между корпусом и втулкой ниже участка ее крепления с корпусом выполнена кольцевая полость, которая через пустотелую нижнюю часть корпуса сообщена с приемной кольцевой полостью винтового забойного двигателя, в верхней части втулки на ее внутренней поверхности выполнены шлицы, ниже которых в стенках втулки выполнены сквозные каналы, сообщающие внутреннее пространство втулки с кольцевой полостью, на нижнем конце втулки выполнен внутренний буртик, внутрь втулки коаксиально заведена с возможностью осевого перемещения втулка-поршень, на наружной поверхности которой выполнены шлицы, адекватные шлицам на внутренней поверхности втулки, при этом втулка-поршень на шпонке насажена на вал, нижняя часть вала выполнена конусной с плоской лапкой на конце, расстояние от нижней кромки сквозных каналов до внутреннего буртика на нижнем конце во втулке выполнено не менее длины втулки-поршня, а в верхнем конце втулки-поршня установлено уплотнительное срезное, например, резиновое кольцо, при соединении корпуса устройства стопорения с верхним переводником винтового забойного двигателя конусную часть вала устройства стопорения крепят в конусном гнезде верхней полумуфты ротора винтового забойного двигателя, а плоскую лапку на конце вала вводят, соответственно, в ее плоское отверстие, при этом втулку-поршень устанавливают на валу в крайнее верхнее положение до полного взаимодействия шлицов втулки со шлицами втулки-поршня, чем производят стопорение выходного вала винтового забойного двигателя от произвольного вращения при спуске компоновки в скважину, затем устройство стопорения верхним концом его корпуса через переводник крепят к нижнему концу бурильной колонны, после чего указанную компоновку на бурильной колонне спускают в скважину в интервал прорезки бокового «окна», с устья скважины бурильной колонной производят азимутальное ориентирование компоновки, устанавливают отклоняющее устройство в заданном интервале, отсоединяют отклоняющее устройство, затем освобождают выходной вал винтового забойного двигателя от стопорения путем подачи с устья скважины в бурильную колонну рабочей жидкости под давлением, под действием которой втулку-поршень переводят на валу в стопорном устройстве в крайнее нижнее положение, чем разъединяют шлицевое соединение втулки корпуса и втулки-поршня и одновременно открывают сквозные каналы во втулке устройства стопорения для прохода рабочей жидкости через пустотелую нижнюю часть корпуса стопорного устройства в приемную кольцевую полость винтового забойного двигателя, после чего продолжают подавать через бурильную колонну рабочую жидкость под давлением, чем приводят во вращение выходной вал винтового забойного двигателя с закрепленной с ним компоновкой низа бурильной колонны, благодаря чему обеспечивают ориентированную прорезку бокового «окна» в обсадной колонне скважины.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в комплект фрезер-райберов компоновки низа бурильной колонны вводят, как минимум, зарезной, проходной и калибрующий фрезер-райберы.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вала-удлинителя используют трубу с меньшей толщиной стенки, но с более высокими упругими и прочностными свойствами, чем бурильная труба.
4. Устройство стопорения выходного вала винтового забойного двигателя при его использовании для ориентированной прорезки бокового «окна» в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента, содержащее пустотелый корпус, в верхний конец которого ввернут переводник для соединения с нижним концом бурильной колонны, на нижнем конце корпуса выполнена наружная резьба для соединения с верхним переводником винтового забойного двигателя, внутри корпуса неподвижно закреплена втулка ее верхней частью, при этом между корпусом и втулкой ниже участка ее крепления с корпусом выполнена кольцевая полость, которая через пустотелую нижнюю часть корпуса сообщена с приемной кольцевой полостью винтового забойного двигателя, в верхней части втулки на ее внутренней поверхности выполнены шлицы, ниже которых в стенках втулки выполнены сквозные каналы, сообщающие внутреннее пространство втулки с кольцевой полостью, на нижнем конце втулки выполнен внутренний буртик, внутрь втулки коаксиально заведена с возможностью осевого перемещения втулка-поршень, на наружной поверхности которой выполнены шлицы, адекватные шлицам на внутренней поверхности втулки, при этом втулка-поршень на шпонке посажена на вал, нижняя часть вала выполнена конусной с плоской лапкой на конце под конусное гнездо и плоское отверстие в верхней полумуфте ротора винтового забойного двигателя, при этом расстояние от нижней кромки сквозных каналов до внутреннего буртика на нижнем конце во втулке выполнено не менее длины втулки-поршня, а в верхнем конце втулки-поршня установлено уплотнительное срезное, например, резиновое кольцо.
