Способ формирования окна в обсадной трубе
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к способу формирования окна. При осуществлении способа используют дистанционно управляемый электроприводной режущий инструмент, содержащий корпус, режущую головку с режущим средством, установленную с возможностью ее шарнирного поворота на корпусе, электроприводное средство шарнирного поворота режущей головки, смещающее средство. Способ включает прохождение режущего инструмента в выбранное местоположение в стволе скважины, при этом продольная ось режущей головки находится на одной прямой с продольной осью корпуса, приведение в действие средства шарнирного поворота, осуществляющего поворот режущей головки по отношению к корпусу в положение, в котором режущее средство прилегает к стенке трубчатого элемента, приведение в действие смещающего средства для смещения режущего средства режущей головки в упор к стенке трубчатого элемента, приведение в действие режущего средства для прорезания трубчатого элемента. Смещающее средство является удлиненной штангой, которая является продолжением режущей головки и выполнена с возможностью перемещения между отведенным положением, в котором штанга находится в продольном углублении корпуса, и выдвинутым положением. Повышается эффективность и универсальность способа. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящее изобретение относится к способу формирования окна в трубчатом элементе ствола скважины, в частности в обсадной трубе ствола скважины, с помощью дистанционно управляемого электроприводного режущего инструмента.
Если необходимо пробурить ответвленный ствол скважины в выбранном местоположении в обсаженном стволе скважины, то для этого необходимо сформировать окно в обсадной трубе до начала бурения ответвленного ствола. Окно обычно формируют в обсадной трубе ствола скважины с помощью отклонителя, чтобы отклонить инструмент для фрезеровочных работ на некоторый угол относительно продольной оси ствола скважины, чтобы инструмент для фрезеровочных работ задействовал обсадную трубу ствола скважины.
Патент США 2,859,943 относится к раздвижному фрезеровочному инструменту для обсадной трубы ствола скважины, имеющему фрезы, перемещаемые между отведенным нерабочим положением в корпусе инструмента и выдвинутым фрезерующим положением, при этом циркуляция бурового раствора используется для сохранения созданного гидравлического усилия, чтобы удерживать фрезы в их выдвинутом положении. Фрезеровочный инструмент для обсадной трубы ствола скважины содержит трубчатый верхний элемент, имеющий внутреннюю винтовую резьбу на его верхнем конце для соединения с бурильной колонной. Очевидно, что выдвинутые фрезы вращаются вокруг центра оси трубчатого верхнего элемента, и таким образом, когда центр оси трубчатого верхнего элемента находится на одной линии с центром оси ствола скважины, то фрезы будут перемещать секцию обсадной трубы. Приводимые в действие гидравлическими средствами режущие и фрезеровочные инструменты описываются в патентах США 3,195,636, 3,331,439 и Европейском патенте 02466864. Принцип действия этих фрезеровочных и режущих инструментов также основан на перемещении наружу режущих штанг из отведенного положения в выдвинутое фрезерующее или режущее положение.
Соответственно существует необходимость создать усовершенствованный способ и усовершенствованный инструмент для формирования окна в обсадной трубе ствола скважины.
Поэтому согласно первому осуществлению настоящего изобретения создан способ прорезания трубчатого элемента ствола скважины в выбранном местоположении в стволе скважины с помощью дистанционно управляемого электроприводного режущего инструмента, содержащего корпус инструмента, режущую головку, имеющую режущее средство, и шарнирно установленную на корпусе инструмента на его нижнем конце или вблизи него, и электроприводное средство шарнирного поворота режущей головки, причем способ включает следующие этапы: прохождение режущего инструмента в выбранное местоположение в стволе скважины, при этом продольная ось режущей головки находится на одной прямой с продольной осью корпуса инструмента; приведение в действие средства шарнирного поворота для осуществления шарнирного поворота режущей головки по отношению к корпусу инструмента в положение, в котором режущее средство режущей головки прилегает к стенке трубчатого элемента; и приведение в действие режущего средства для прорезания трубчатого элемента ствола скважины.
Согласно второму осуществлению настоящего изобретения создан дистанционно управляемый электроприводной режущий инструмент для сквозной резки трубчатого элемента в выбранном местоположении в стволе скважины, содержащий корпус инструмента и режущую головку с режущим средством, в котором согласно изобретению режущая головка установлена с возможностью ее шарнирного поворота на корпусе инструмента на его нижнем конце или вблизи него, и имеется электроприводное средство шарнирного поворота режущей головки по отношению к корпусу инструмента из первого положения, в котором продольная ось режущей головки находится на одной прямой с продольной осью корпуса инструмента, во второе положение, в котором режущее средство режущей головки прилегает к стенке трубчатого элемента.
Поэтому шарнирный поворот режущей головки обеспечивает режущему средству возможность перемещаться в поперечном направлении (например, радиально наружу) по отношению к продольной оси корпуса инструмента в положение, в котором режущее средство прилегает к стенке трубчатого элемента.
Преимущество режущего инструмента согласно настоящему изобретению заключается в том, что он действует от электропривода. Еще одно преимущество режущего инструмента заключается в том, что его можно установить на тросе, а не на бурильной колонне.
Способ и инструмент согласно настоящему изобретению используются для прорезания трубчатого элемента, находящегося в стволе скважины. Соответствующие трубчатые элементы являются насосно-компрессорной колонной и обсадной трубой или нижней трубой обсадной колонны ствола скважины. Обычно обсадная труба может проходить от поверхности к забою ствола скважин. Либо обсадная труба может проходить от поверхности к верхней секции ствола скважины. Нижняя секция ствола скважины может быть законченной бурением скважиной с необсаженным стволом у забоя или скважиной с необсаженным забоем, или может иметь нижнюю трубу обсадной колонны, свисающую с обсадной трубы, проходящей в верхнюю секцию ствола скважины. Обсадная труба может также проходить от поверхности в ранее обсаженный ствол скважины, и при этом по меньшей мере одна секция ствола скважины имеет первую и вторую концентрически расположенные обсадные трубы (далее - «двойная» обсадная труба). Либо дополнительная обсадная труба(ы) может проходить от поверхности в «вдвойне» обсаженный ствол скважины. Уточнение: режущий инструмент может прорезать эти «двойные» или «множественные» обсадные трубы.
Насосно-компрессорные колонны для добычи углеводородов предпочтительно расположены в стволе скважины и установлены плотно по отношению к стенке обсадной трубы. Внутренний диаметр обсадной трубы ствола скважины предпочтительно составляет 5-15 дюймов. Насосно-компрессорная колонна предпочтительно имеет внутренний диаметр 2,5-8 дюймов и более предпочтительно 3,5-6 дюймов.
Корпус инструмента предпочтительно является трубчатым. Режущая головка также предпочтительно трубчатая. Обычно наружный диаметр корпуса инструмента и наружный диаметр режущей головки меньше внутреннего диаметра эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, в результате чего режущий инструмент может проходить через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну к выбранному местоположению в стволе скважины. Наружный диаметр корпуса инструмента и режущей головки предпочтительно составляет 2-5 дюймов.
Режущий инструмент выполнен с возможностью обеспечения его прохождения в заданное местоположение в стволе скважины, будучи подвешенным на тросе, предпочтительно на армированном стальном тросе. Либо режущий инструмент можно подвесить на спирально свернутой насосно-компрессорной трубе, например на насосно-компрессорной трубе, приспособленной для бурения, или на электроприводной бурильной колонне. Целесообразная электроприводная бурильная колонна для применения со способом согласно настоящему изобретению описывается в патентной заявке Великобритании №0115524.1, включенной в данный документ в качестве ссылки.
Если режущий инструмент подвешен на тросе, то предпочтительно, чтобы трос имел один провод или несколько проводов, и/или провода в виде сегмента для передачи электричества или электрических сигналов на режущий инструмент. Трос может иметь несколько проводов или многожильный провод. Трос может также целесообразно содержать одно или более оптических волокон для передачи сигналов, например, отображающих сигналов, таких как оптические, инфракрасные, ультрафиолетовые или ультразвуковые сигналы, по меньшей мере от одного датчика, находящегося на режущем инструменте. Либо режущий инструмент может иметь отдельный электрический кабель, содержащий один или более проводов и/или провода в виде сегмента для передачи электричества или электрических сигналов, и дополнительно одно или более оптических волокон.
Если режущий инструмент подвешен на спирально свернутой насосно-компрессорной трубе, то режущий инструмент может иметь электрический кабель, проходящий от поверхности к режущему инструменту внутри спирально свернутой насосно-компрессорной трубы. Кабель целесообразно может содержать один или более проводов для передачи электричества или электрических сигналов и дополнительно одно или более оптических волокон.
Если режущий инструмент подвешен на электроприводной бурильной колонне, то путь тока обеспечивается между режущим инструментом и поверхностью согласно патентной заявке Великобритании №0115524.1. Также предусматривается, что электроприводная бурильная колонна может иметь оптические волокна для передачи данных на поверхность от датчиков, находящихся на режущем инструменте.
На верхнем конце корпуса инструмента предпочтительно установлен соединитель для троса спиральной насосно-компрессорной колонны или электроприводной бурильной колонны. Соединитель предпочтительно выполнен с возможностью отсоединения от троса спиральной насосно-компрессорной колонны или электроприводной бурильной колонны.
Режущий инструмент предпочтительно имеет анкеровочное средство для фиксирования режущего инструмента на месте в стволе скважины. Анкеровочное средство целесообразно установить на верхнем конце режущего инструмента или вблизи него, например, на корпусе инструмента или на соединителе. Шаговый электродвигатель предпочтительно расположен на верхнем конце корпуса инструмента или вблизи него под анкеровочным средством. После установки анкеровочного средства шаговый электродвигатель может вращать корпус инструмента вокруг его продольной оси, и при этом трос, спиральная насосно-компрессорная колонна или электроприводная бурильная колонна остается неподвижной, тем самым позволяя режущей головке ориентироваться в стволе скважины. Также предусматривается, что шаговый электродвигатель можно использовать для перемещения шарнирно-поворотной режущей головки по окружности трубчатого элемента, в результате чего режущее средство будет удалять поперечную секцию трубчатого элемента (например, поперечную секцию обсадной трубы).
Целесообразно, чтобы корпус режущего инструмента имел поперечную ось поворота, на которую опирается режущая головка с возможностью ее шарнирного поворота. Поперечной осью поворота корпуса инструмента предпочтительно является шарнирная ось, вилочный шарнир или универсальный шарнир. Шарнирная ось, вилочный шарнир или универсальный шарнир обеспечивают режущей головке возможность поворота вокруг оси, поперечной продольной оси корпуса инструмента, чтобы режущее средство режущей головки перемещалось в положение, прилегающее к стенке трубчатого элемента. Приводимое в действие электричеством осуществляющее шарнирный поворот средство осуществляет шарнирный поворот режущей головки вокруг поперечной оси поворота. Это осуществляющее шарнирный поворот средство предпочтительно расположено в корпусе инструмента.
Используемый здесь термин «прорезание» означает фрезерование, абляционную обработку или эрозионную обработку. Режущее средство на режущей головке предпочтительно является фрезой, абляционным средством или средством эрозионной обработки. Режущее средство является либо электроприводным либо действующим от электрических средств. Если в качестве режущего средства применяется фреза, то вращение шарнирно-поворотной фрезерной головки обусловливает фрезерование трубчатого элемента фрезой. Корпус инструмента имеет электродвигатель для приведения в действие средства, вращающего фрезерную головку. Если режущим средством является средство абляционной обработки и трубчатый элемент выполнен из металла, то абляционным средством может быть лазер, средство создания электрической дуги или электрической искры, или другое средство для плавления или испарения металла. Если режущим средством является средство эрозионной обработки, то эрозионным средством может быть коррозионный химикат, содержащий в емкости, выполненной в режущем инструменте (например, в корпусе инструмента и/или в режущей головке); причем емкость посредством текучей среды сообщается с выпускным отверстием в режущей головке, и выпускное отверстие имеет электроприводной клапан. Когда этот клапан приводится в действие, то коррозионный химикат может выдавливаться из емкости или направляться струей на трубчатый элемент. Поэтому выпускное отверстие емкости может иметь насадку для распыления коррозионного химиката таким образом, чтобы распыляемая струя коррозионного химиката направлялась на трубчатый элемент. Либо режущая головка может иметь заряд взрывчатого вещества и предпочтительно несколько зарядов взрывчатого вещества. Заряд взрывчатого вещества содержится в емкости, выполненной из металла. Срабатывание заряда взрывчатого вещества создает импульс давления и/или испаряет металл (из емкости), который направляется на трубчатый элемент и тем самым прорезает трубчатый элемент.
Если режущим средством является фреза или эрозионное средство, то режущий инструмент предпочтительно имеет смещающее средство, которое принудительно перемещает режущее средство к стенке трубчатого элемента. Смещающим средством предпочтительно является удлиненная штанга, проходящая от верхнего конца режущей головки, при этом продольная ось штанги расположена на одной прямой с продольной осью режущей головки. Удлиненная штанга может жестко крепиться к режущей головке, предпочтительно на нижнем конце режущей головки или вблизи него. Удлиненная штанга может включать часть самой режущей головки. Если режущая головка расположена на одной прямой с корпусом инструмента, то удлиненная штанга предпочтительно отводится в продольное углубление в корпусе инструмента. При шарнирном повороте режущей головки вокруг поперечной оси поворота корпуса инструмента режущее средство контактирует со стенкой трубчатого элемента, и свободный конец штанги одновременно шарнирно поворачивается наружу от продольного углубления в корпусе инструмента, чтобы контактировать со стенкой трубчатого элемента в положении, противоположном режущему средству. Тяговое средство, являющееся предпочтительно колесом или роликом, установлено на свободном конце удлиненной штанги, чтобы штанга могла перемещаться по стенке трубчатого элемента.
Если режущее средство действует расплавлением или испарением металла (например, лазер или средство создания электрической искры или дуги), то режущая головка шарнирно поворачивается вокруг поперечной оси поворота корпуса инструмента, пока режущее средство не переместится в непосредственную близость к стенке трубчатого элемента. При этом смещающее средство в режущем инструменте не предусмотрено, т.к. принудительное перемещение режущего средства к стенке трубчатого элемента не требуется.
Ниже приводится описание действия режущего инструмента на примере прорезания обсадной трубы ствола скважины. Но описываемый выше режущий инструмент можно также использовать для сквозной резки нижней трубы обсадной колонны в стволе скважины, эксплуатационной насосно-компрессорной колонны для добычи углеводородов или других трубчатых элементов, установленных в стволе скважины.
Режущий инструмент предпочтительно имеет тяговое средство для перемещения режущего инструмента в продольном направлении через ствол скважины и для формирования окна в обсадной трубе. Формируемое в обсадной трубе ствола скважины окно предпочтительно имеет ширину от 3 до 9 дюймов и длину 10-20 футов. Если продольная ось ствола скважины является, по существу, вертикальной, то тяговое средство может обеспечивать режущему инструменту возможность его перемещения вверх или вниз в стволе скважины, предпочтительно вверх.
Соединитель для режущего инструмента предпочтительно содержит удлиненную телескопическую часть, имеющую по меньшей мере одну секцию трубы, выполненную с возможностью скользящего перемещения внутрь другой секции трубы. Целесообразно, чтобы телескопическое перемещение секций трубы осуществлялось от электрического привода. Верхнее и нижнее анкеровочные средства предпочтительно выполнены на соединителе над и под телескопической частью соответственно. Каждое анкеровочное средство предпочтительно содержит группу радиально-выдвижных прижимов, например гидравлических прижимов или электроприводных прижимов. Каждая группа прижимов предпочтительно содержит от 2 до 4, предпочтительно 3 радиально выдвижных прижима, расположенных через интервал вокруг соединителя.
Режущий инструмент выполнен с возможностью его введения в ствол скважины с выдвинутым положением телескопической части соединителя. После того, как режущий инструмент достигнет выбранного местоположения в стволе скважины, можно установить верхнее анкеровочное средство на соединителе и с помощью шагового электродвигателя ориентировать режущую головку в стволе скважины. Затем режущую головку шарнирно поворачивают относительно корпуса инструмента, и при этом режущее средство режущей головки перемещается в положение примыкания к стенке обсадной трубы. Затем режущую головку можно перемещать вверх в стволе скважины за счет постепенного вхождения телескопических секций соединителя друг в друга, установить нижнее анкеровочное средство, высвободить верхнее анкеровочное средство, выдвинуть телескопическую часть, снова установить верхнюю телескопическую часть и высвободить нижнее анкеровочное средство. Эту процедуру можно повторить несколько раз, чтобы окно в обсадной трубе достигло нужной длины, например 10-20 футов.
Режущий инструмент можно опустить в ствол скважины с телескопической частью соединителя в ее сложенном положении. После того, как режущий инструмент достигнет выбранного местоположения в стволе скважины, тогда нижнее анкеровочное средство можно установить и использовать шаговый электродвигатель для вращения режущего инструмента таким образом, чтобы режущее средство на режущей головке было верно ориентировано в стволе скважины. Затем режущую головку шарнирно поворачивают по отношению к корпусу инструмента таким образом, чтобы режущее средство режущей головки переместилось в положение прилегания к стенке обсадной трубы. Затем режущую головку можно переместить вверх в стволе скважины за счет выдвижения телескопических секций соединителя, установить верхнее анкеровочное средство, высвободить нижнее анкеровочное средство и постепенно вдвигать друг в друга телескопические секции соединителя. Затем нижнее анкеровочное средство можно снова установить, и этот порядок действий можно повторить несколько раз, чтобы окно в обсадной трубе достигло нужной длины, например 10-20 футов.
На режущую головку целесообразно установить датчик(и) для контроля, помимо прочих параметров, параметров резки и/или параметров, связанных с перемещением тягового средства (далее - «параметры тяги»). Темп сквозной резки обсадной трубы и темп перемещения инструмента вдоль ствола скважины можно регулировать сообразно изменениям параметров резки и параметров тяги соответственно. Темп резки и темп перемещения режущего инструмента в стволе скважины предпочтительно регулируются автоматически сообразно изменениям этих параметров.
Направляющее средство предпочтительно подвешено на режущем инструменте, например, с помощью размыкаемого фиксирующего средства. Направляющим средством предпочтительно является отклонитель. Отклонителем является инструмент, плоская поверхность которого наклонена под углом относительно продольной оси ствола скважины. Направляющее средство можно зафиксировать на месте в стволе скважины с помощью по меньшей мере одного радиально выдвигаемого захватывающего элемента, например, с помощью выдвижных штанг, выполненных с возможностью контактирования со стенками обсадной трубы. Максимальный диаметр направляющего средства, когда его захватывающий элемент(ы) находится в невыдвинутом положении, меньше внутреннего диаметра эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, чтобы режущий инструмент и прикрепленное направляющее средство смогли проходить через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну в выбранное местоположение в стволе скважины. После того, как направляющее средство появится из башмака эксплуатационной насосно-компрессорной колонны и будет установлено непосредственно под выбранным местоположением в стволе скважины, где нужно сформировать окно для нового ствола из скважины или каротажный градиент-зонд, направляющее средство ориентируют в стволе скважины с помощью шагового электродвигателя и фиксируют на месте в обсадной трубе с помощью радиально выдвигаемого захватного элемента(ов). Направляющее средство затем отсоединяют от режущего инструмента.
По завершении резки режущий инструмент опускают вниз в ствол скважин, чтобы снова прикрепить к нему направляющее средство. Радиально выдвигаемый захватный элемент(ы) на направляющем средстве затем отводят, и трос, спирально свернутую насосно-компрессорную трубу или электроприводную бурильную колонну можно подтягивать в стволе скважины, пока направляющее средство не будет выравнено с окном в обсадной трубе. Либо можно действовать тяговым средством режущего инструмента, чтобы установить направляющее средство вровень с окном в обсадной трубе. Затем направляющее средство фиксируют на месте в стволе скважины с помощью радиально выдвигаемого захватного элемента(ов), например, с помощью радиально выдвигаемых штанг, до отсоединения от режущего инструмента. Режущий инструмент затем можно вывести из ствола скважины подтягиванием троса, спирально свернутой насосно-компрессорной трубы или электроприводной бурильной колонны. Также предусматривается возможность выведения режущего инструмента из ствола скважины с помощью тягового средства.
После выведения режущего инструмента из ствола скважины в него по эксплуатационной насосно-компрессорной колонне можно опускать буровой инструмент, предпочтительно электроприводной буровой инструмент, подвешенный на тросе, на спирально свернутой насосно-компрессорной трубе или на электроприводной бурильной колонне, пока буровой инструмент не достигнет направляющего средства. Направляющее средство затем отклоняет буровой инструмент от первоначальной траектории ствола скважины в окно, сформированное в обсадной трубе, и в результате этого действия бурового инструмента осуществляется бурение нового ствола из скважины или каротажного градиента-зонда. Если направляющее средство имеет обводную трубу для текучей среды, то направляющее средство может остаться в стволе скважины после завершения бурения нового ствола из скважины или каротажного градиента-зонда. Обводная труба для текучей среды обеспечивает следование добываемой текучей среды из первоначального ствола скважины к поверхности по эксплуатационной насосно-компрессорной колонне. Направляющее средство предпочтительно складное, например имеет отводимые детали, и выполнено с возможностью его выведения через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну добычи углеводородов в своем сложенном положении, например путем опускания троса, с фиксирующим средством на его нижнем конце, в ствол скважины по эксплуатационной насосно-компрессорной колонне, путем соединения направляющего средства с тросом с помощью фиксирующего средства и путем вытягивания троса из ствола скважины.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения создан способ сквозного фрезерования обсадной трубы ствола скважины в выбранном местоположении в стволе скважины с помощью дистанционно управляемого электроприводного фрезеровочного инструмента, содержащего корпус инструмента, выполненную с возможностью вращения фрезерную головку, имеющую фрезу и установленную с возможностью ее шарнирного поворота на корпусе инструмента на его нижнем конце или вблизи него, электроприводное средство шарнирного поворота фрезерной головки, и смещающее средство, причем этот способ включает следующие этапы:
обеспечение прохождения режущего инструмента в выбранное местоположение в стволе скважины, при этом продольная ось фрезерной головки находится на одной прямой с продольной осью корпуса инструмента;
приведение в действие средства шарнирного поворота, которое осуществляет шарнирный поворот фрезерной головки по отношению к корпусу инструмента в положение, в котором фреза на фрезерной головке контактирует со стенкой обсадной трубы;
приведение в действие смещающего средства для принудительного перемещения фрезы в упор к стенке обсадной трубы, и вращение фрезерной головки, в результате чего фреза фрезерует насквозь обсадную трубу.
Согласно еще одному предпочтительному осуществлению настоящего изобретения создан дистанционно управляемый электроприводной фрезеровочный инструмент для сквозного фрезерования обсадной трубы в выбранном местоположении в стволе скважины, содержащий корпус инструмента и выполненную с возможностью вращения фрезерную головку, имеющую фрезу, и отличающийся тем, что фрезерная головка установлена с возможностью ее шарнирного поворота на корпусе инструмента на его нижнем конце или вблизи него, и имеется электроприводное средство шарнирного поворота фрезерной головки по отношению к корпусу инструмента из первого положения, в котором продольная ось фрезерной головки находится на одной прямой с продольной осью корпуса инструмента, во второе положение, в котором фреза контактирует со стенкой обсадной трубы, и смещающее средство для принудительного перемещения фрезы в упор к стенке обсадной трубы.
При этом фрезерная головка перемещает фрезу в поперечном направлении (например, радиально наружу) по отношению к продольной оси корпуса инструмента в положение, в котором фреза прилегает к стенке трубчатого элемента.
Корпус инструмента предпочтительно имеет поперечную ось поворота, на которой с возможностью ее шарнирного поворота установлена фрезерная головка, в результате чего фрезерная головка шарнирно поворачивается вокруг оси, которая поперечна продольной оси корпуса инструмента, в положение, в котором фреза контактирует со стенкой обсадной трубы.
Преимущество этих предпочтительных вариантов настоящего изобретения заключается в том, что фреза вращается вокруг центра шарнирно поворачиваемой головки, чтобы вырезать окно в обсадной трубе, в противоположность известным инструментам, в которых фреза вращается вокруг центра оси корпуса инструмента.
Фрезеровочный инструмент предпочтительно имеет тяговое средство для перемещения фрезеровочного инструмента в продольном направлении в стволе скважины. Предпочтительным тяговым средством является телескопический соединитель, имеющий верхнее и нижнее анкеровочные средства согласно вышеизложенному. Еще одно преимущество тягового средства заключается в том, что оно воспринимает реактивный момент фрезерной головки.
Фрезеровочный инструмент предпочтительно ориентируют в стволе скважины с помощью шагового электродвигателя, который находится в верхней части корпуса инструмента или вблизи нее. Шаговый двигатель также обеспечивает возможность удаления поперечной секции обсадной трубы с помощью фрезы.
Смещающим средством целесообразно является смещающая штанга согласно приводимому выше подробному описанию.
Корпус инструмента предпочтительно является трубчатым. Средство шарнирного поворота фрезерной головки предпочтительно находится в корпусе инструмента.
Фрезерная головка, по существу, трубчатая, и фреза расположена в основании фрезерной головки. Если фрезеровочный инструмент используется для фрезерования окна в металлической обсадной трубе, то фреза должна быть выполнена с возможностью сквозного фрезерования обсадной трубы путем стачивания или резки металла.
Предпочтительно обеспечивают прохождение фрезеровочного инструмента до выбранного местоположения в стволе скважины, при этом инструмент подвешен на тросе, спирально свернутой насосно-компрессорной трубе или электроприводной бурильной колонне согласно приводимому выше подробному описанию. Целесообразно, чтобы наружный диаметр головки фрезы был меньше внутреннего диаметра эксплуатационной насосно-компрессорной колонны. Но предусматривается, что фрезерная головка может иметь раздвигаемую фрезу, причем фреза в ее раздвинутом положении имеет диаметр, превышающий внутренний диаметр эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, но меньший, чем внутренний диаметр обсадной трубы, чтобы обеспечивался достаточный зазор для фрезерной головки в целях осуществления ее шарнирного поворота по отношению к корпусу инструмента.
Корпус фрезеровочного инструмента предпочтительно имеет дистанционно управляемый электродвигатель, осуществляющий вращение фрезерной головки. Электродвигатель для привода фрезерной головки имеет мощность 1-50 кВт, предпочтительно 1-10 кВт.
Фрезеровочный инструмент предпочтительно имеет датчики для контроля таких параметров фрезы, как воздействующие на фрезерную головку усилия, прилагаемый крутящий момент и температура режущих поверхностей фрезы. Датчики также могут быть предназначены для контроля параметров электродвигателя и параметров тягового средства. Данные от датчиков передают к поверхности по оптическим волокнам согласно приводимому выше описанию. Темп фрезерования и темп перемещения фрезеровочного инструмента по стволу скважины регулируются предпочтительно автоматически, сообразно изменениям этих параметров.
Изобретение далее поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.1а показано, что ствол скважины 1 имеет металлическую обсадную трубу 2, прикрепленную к стенке ствола скважины слоем цемента (не показан). Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 3 для добычи углеводородов установлена в стволе скважины 1, и пакер 4 расположен в нижнем его конце для уплотнения кольцевого пространства между насосно-компрессорной колонной 3 и обсадной трубой 2. Дистанционно управляемый электроприводной фрезеровочный инструмент 5, имеющий направляющее средство 6, например отклонитель, прикрепленный к его нижнему концу с помощью размыкаемого фиксирующего средства (не показано), проходит в ствол скважины 1 по эксплуатационной насосно-компрессорной колонне 3 для добычи углеводородов, будучи подвешенным на армированном стальном тросе 7, имеющем по меньшей мере один электропровод (не показан). Фрезеровочный инструмент 5 имеет соединитель 8 для троса 7, трубчатый корпус 9 инструмента, фрезерную головку 10 с фрезой (не показана) и удлиненную отклоняющую штангу 11, соединенную с верхним концом фрезерной головки 10. Соединитель 8 имеет группу прижимов 12 и нижнюю группу прижимов 13, которые расположены над и под телескопическими секциями 14 соединителя. Шаговый электродвигатель 15 расположен в верхней части трубчатого корпуса 9 инструмента или вблизи нее, что позволяет трубчатому корпусу 9 инструмента и фрезерной головке 10 вращаться вокруг продольной оси ствола скважины, и при этом соединитель 8 и трос остаются неподвижными. Трубчатый корпус 9 инструмента имеет электродвигатель 16, приводящий в действие фрезерную головку 10. Фрезерная головка 10 опирается на поперечную ось 17 поворота, являющуюся, например, шарнирной осью, вилочным шарниром или универсальным шарниром, расположенным на нижнем конце трубчатого корпуса 9 инструмента. Фрезеровочный инструмент 5 опускают в ствол скважины 1 по эксплуатационной насосно-компрессорной колонне 3, при этом продольная ось фрезерной головки 10 находится на одной прямой с продольной осью трубчатого корпуса 9 инструмента, и при этом удлиненная смещающая штанга 11 отведена в углубление трубчатого корпуса 9 инструмента. Штанга 11 имеет тяговое средство 8, являющееся, например, колесом или роликом.
Как показано на фиг.1b, фрезеровочный инструмент 5 зафиксирован на месте в стволе 1 скважины в выбранном местоположении с помощью верхней группы прижимов 12, при этом каждый прижим выдвигается радиально наружу, чтобы контактировать со стенкой обсадной трубы 2. Затем с помощью шагового электродвигателя 15 осуществляют надлежащую ориентацию фрезерной головки 10 и направляющего средства 6 в стволе 1 скважины.
Как показано на фиг.1с, направляющее средство 6 фиксируют на месте в стволе 1 скважины с помощью раздвигаемых штанг 19 и затем выпускают направляющее средство 6 из фрезеровочного инструмента 5.
Как показано на фиг.1d, фрезерная головка 10 шарнирно поворачивается вокруг поперечной оси поворота 17 трубчатого корпуса 9 инструмента, в результате чего фреза фрезерной головки 10 контактирует со стенкой обсадной трубы 2 в положении, в котором нужно фрезерованием выполнить окно. За счет шарнирного поворота фрезерной головки фреза перемещается в поперечном направлении по отношению к продольной оси корпуса инструмента. Одновременно удлиненная смещающая штанга 11 шарнирно поворачивается наружу из своего продольного углубления, в результате чего тяговое средство 18 на удлиненной смещающей штанге 11 контактирует со стенкой обсадной трубы 2 в местоположении, противоположном фрезерной головке 10. Средство шарнирного поворота фрезерной головки 10 и соответствующей смещающей штанги 11 вокруг поперечной оси 17 поворота приводится в действие электричеством. Фрезерная головка 10 затем вращается, в результате чего фреза выполняет сквозное фрезерование обсадной трубы 2 и цемента ствола скважины.
Как показано на фиг.1е, окно 20 нужного размера можно выполнить фрезерованием в обсадной трубе путем постепенного втягивания друг в друга телескопических секций 14, в результате чего смещающая штанга 11 будет перемещаться вверх по стенке обсадной трубы (с помощью тягового средства 18), и фреза фрезерной головки 10 будет продлевать окно в направлении вверх. При необходимости размер окна 20 можно увеличить следующим способом: приводят в действие нижнюю группу прижимов 13 на соединителе 8 высвобождают верхнюю группу прижимов 12, выдвигают телескопические секции 14 соединителя 8, приводят в действие верхнюю группу прижимов 12 и высвобождают нижнюю группу прижимов 13. Этот порядок действий можно повторить несколько раз, пока окно 20 не будет иметь нужный размер.
Как показано на фиг.1f, по завершении этапа фрезерования фрезерную головку 10 шарнирно поворачивают вокруг поперечной оси 17 поворота, чтобы продольные оси фрезерной головки 10 были выравнены с продольной осью трубчатого корпуса 9 инструмента; и соответствующую удлиненную смещающую штангу 11 одновременно шарнирно поворачивают внутрь, чтобы она вернулась в ее отведенное положение в продольном углублении в трубчатом корпусе инструмента. Нижнюю группу прижимов 13 затем высвобождают, и фрезеровочный инструмент опускают по стволу 1 скважин, чтобы снова прикрепить направляющее средство 6 к фрезеровочному инструменту. Штанги 19 на направляющем средстве 6 затем отводят, и фрезеровочный инструмент перемещают вверх в стволе скважины, пока направляющее средство 6 не поравняется с окном 20, выполненным фрезерованием в обсадной трубе 2.
Как показано на фиг.1g, направляющее средство 6 фиксируется на месте в стволе 1 скважины в прилегании к окну 20 с помощью выдвигаемых штанг 19, до их открепления от фрезеровочного инструмента.
Как показано на фиг.1h, фрезеровочный инструмент удаляют из ствола 1 скважины за счет подтягивания троса. Буровой инструмент затем можно ввести в ствол 1 скважины через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 3. Направляющее средство 6 отклоняет буровой инструмент через окно 20, чтобы пробурить ответвленный ствол из скважины.
1. Способ прорезания трубчатого элемента ствола скважины в выбранном местоположении в стволе скважины с помощью дистанционно управляемого электроприводного режущего инструмента, содержащего корпус инструмента, режущую головку, имеющую режущее средство и установленную с возможностью ее шарнирного поворота на корпусе инструмента на его нижнем конце или вблизи него, электроприводное средство шарнирного поворота режущей головки и смещающее средство, причем способ включает следующие этапы: обеспечение прохождения режущего инструмента в выбранное местоположение в стволе скважины, при этом продольная ось режущей головки находится на одной прямой с продольной осью корпуса инструмента;
приведение в действие средства шарнирного поворота, которое осуществляет шарнирный поворот режущей головки по отношению к корпусу инструмента в положение, в котором режущее средство режущей головки прилегает к стенке трубчатого элемента;
приведение в действие смещающего средства для принудительного смещения режущего средства режущей головки в упор к стенке трубчатого элемента;
приведение в действие режущего средства для прорезания трубчатого элемента ствола скважины, при этом смещающее средство является удлиненной штангой, которая является продолжением режущей головки и которая выполнена с возможностью перемещения между отведенным положением, в котором удлиненная штанга находится в продольном углублении корпуса инструмента, и выдвинутым положением.
2. Способ по п.1, в котором корпус инструмента имеет поперечную ось поворота, на которую с возможностью ее шарнирного поворота, опирается режущая головка, и средство осуществления шарнирного поворота шарнирно поворачивает режущую головку вокруг поперечной оси поворота в положение, в котором режущее средство режущей головки прилегает к стенке трубчатого элемента.
3. Способ по п.1, в котором трубчатый элемент является эксплуатационной насосно-компрессорной колонной для добычи углеводородов, обсадной трубой или нижней трубой обсадной колонны ствола скважины.
4. Способ по п.1, в котором обеспечивают прохождение режущего инструмента в выбранное местоположение в стволе скважины через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну.
5. Способ по п.1, в котором обеспечивают прохождение режущего инструмента в выбранное местоположение в стволе скважины, при этом удлиненная штанга находится в ее отведенном положении, и осуществляют действие средства шарнирного поворота режущей головки, которая шарнирно поворачивает удлиненную штангу наружу по отношению к корпусу инструмента в ее выдвинутое положение для контактирования со стенкой трубчатого элемента в положении, противоположном режущему средству.
6. Способ по п.1, в котором удлиненная штанга имеет тяговое средство в местоположении, в котором штанга контактирует со стенкой трубчатого элемента.
7. Способ по п.1, в котором режущая головка выполнена с возможностью вращения фрезерной головкой, имеющей фрезу, и осуществляют вращение фрезерной головки, в результате которого фреза прорезает трубчатый элемент.
8. Способ по п.1, в котором обеспечивают прохождение режущего инструмента в выбранное местоположение в стволе скважины, при этом режущий инструмент подвешен на тросе, спирально свернутой насосно-компрессорной трубе или на электроприводной бурильной колонне с помощью размыкаемого соединителя.
9. Способ по п.1, в котором режущий инструмент дополнительно содержит анкеровочное средство, и инструмент фиксируют на месте в выбранном местоположении в стволе скважины путем установки анкеровочного средства до приведения в действие средства шарнирного поворота.
10. Способ по п.9, в котором инструмент дополнительно содержит шаговый электродвигатель, расположенный под анкеровочным средством, и после установки анкеровочного средства шаговый электродвигатель вращает корпус инструмента вокруг его продольной оси, при этом трос, спирально свернутая насосно-компрессорная труба или электроприводная бурильная колонна остаются неподвижными, тем самым обеспечивая режущей головке возможность ее ориентирования в стволе скважины для приведения в действие осуществляющего шарнирный поворот средства.
11. Способ по п.1, в котором режущий инструмент дополнительно содержит тяговое средство для перемещения режущего инструмента в продольном направлении через ствол скважины, и приводят в действие тяговое средство для осуществления продления выполненного в трубчатом элементе разреза в продольном направлении.
12. Дистанционно управляемый электроприводной режущий инструмент для прорезания трубчатого элемента в выбранном местоположении в стволе скважины, содержащий корпус инструмента, режущую головку, имеющую режущее средство и установленную с возможностью ее шарнирного поворота на корпусе инструмента на его нижнем конце или вблизи него, электроприводное средство шарнирного поворота режущей головки и смещающее средство для смещения средства шарнирного поворота режущей головки в упор к стенке трубчатого элемента, причем смещающее средство является удлиненной штангой, которая является продолжением режущей головки и выполнена с возможностью перемещения между отведенным положением, в котором удлиненная штанга находится в продольном углублении корпуса инструмента, и выдвинутым положением.
13. Инструмент по п.12, в котором режущий инструмент имеет поперечную ось поворота, на которой с возможностью ее шарнирного поворота установлена режущая головка.
14. Инструмент по п.12, в котором корпус инструмента имеет размыкаемый соединитель для кабеля, спирально свернутой насосно-компрессорной трубы или электроприводной бурильной колонны.
15. Инструмент по п.12, который имеет анкеровочное средство для фиксирования инструмента на месте в стволе скважины.
16. Инструмент по п.15, в котором шаговый электродвигатель расположен на верхнем конце корпуса инструмента или вблизи него в положении под анкеровочным средством.
17. Инструмент по п.12, который дополнительно содержит тяговое средство для перемещения инструмента в продольном направлении через ствол скважины.
18. Инструмент по п.17, в котором тяговое средство содержит соединитель для кабеля, спирально свернутой насосно-компрессорной трубы или электроприводной бурильной колонны, имеющий по меньшей мере одну телескопическую часть, содержащую секцию трубы, выполненную с возможностью скользящего вхождения в другую секцию трубы, и автономно действующие верхнее и нижнее анкеровочные средства, выполненные на соединителе над и под телескопической частью, соответственно.
19. Инструмент по п.18, в котором и верхнее, и нижнее анкеровочные средства содержат группу радиально раздвигаемых прижимов.
20. Инструмент по п.12, в котором направляющее средство, имеющее радиально раздвигаемый захватный элемент, подвешено на инструменте с возможностью его отсоединения от инструмента.
21. Инструмент по п.12, в котором дистанционно управляемый электродвигатель расположен в корпусе инструмента и предназначен для вращения режущей головки.
