Устройство для крепления скважины хвостовиком обсадной колонны

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, предусматривающих их крепление хвостовиками обсадных колонн с возможностью забуривания из этих скважин дополнительных стволов, в том числе ориентируемых. Сущность изобретения: устройство включает хвостовик обсадной колонны с обратным клапаном в его нижней части, клин для забуривания дополнительного ствола скважины, транспортировочную колонну для спуска хвостовика обсадной колонны и клина в скважину и узел сцепления хвостовика обсадной колонны и клина с транспортировочной колонной. Этот узел выполнен с возможностью заякоривания клина в стволе скважины в рабочем положении устройства, отсоединения клина от транспортировочной колонны для ее извлечения из ствола скважины и зацепления клина с верхней частью хвостовика обсадной колонны. При этом упомянутый узел сцепления - гидравлического действия с возможностью реализации им упомянутых функций от разной величины давления в канале транспортировочной колонны с алгоритмом ее последовательного роста на 10-30% от функции к функции. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и, в частности, к креплению скважин хвостовиками обсадных колонн с возможностью технологичного забуривания из этих скважин дополнительных стволов с минимально возможными затратами времени и средств.

Известно устройство для крепления скважины хвостовиком обсадной колонны, включающее обсадную колонну, в частности, хвостовик обсадной колонны для крепления ствола скважины, клин для забуривания дополнительного ствола скважины, транспортировочную колонну для спуска клина в скважину и якорь клина (см., например, SU 1645428, 21.12.1988).

Недостатком известного устройства является то, что оно предусматривает отдельный спуск обсадной колонны, в частности хвостовика обсадной колонны, и клина, что требует значительных затрат времени и средств. Кроме того, известное устройство не обеспечивает заданного положения дополнительного ствола многозабойной скважины.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего возможность совмещения крепления скважины хвостовиком обсадной колонны с одновременной установкой направления - клина для забуривания дополнительного (бокового) ствола скважины.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для крепления скважины хвостовиком обсадной колонны включает собственно хвостовик обсадной колонны с обратным клапаном в его нижней части, клин для забуривания дополнительного ствола скважины, транспортировочную колонну для спуска хвостовика обсадной колонны и клина в скважину и узел сцепления хвостовика обсадной колонны и клина с транспортировочной колонной, выполненный с возможностью:

заякоривания клина в стволе скважины в рабочем положении устройства;

отсоединения клина от транспортировочной колонны для ее извлечения из

ствола скважины;

зацепления клина с верхней частью хвостовика обсадной колонны, при этом упомянутый узел сцепления - гидравлического действия с возможностью реализации им упомянутых функций от разной величины давления в канале транспортировочной колонны с алгоритмом ее последовательного роста на 10-30% от функции к функции.

Кроме того:

устройство выполнено с возможностью заякоривания клина в открытом стволе скважины;

устройство выполнено с возможностью заякоривания клина в предшествующей обсадной колонне скважины;

узел сцепления хвостовика и клина с транспортировочной колонной выполнен в виде кожуха с окнами, связанного с верхней частью хвостовика и помещенного в него корпуса, выполненного с радиальными отверстиями и ниже них - с окнами, дифференциальной втулки, помещенной в кольцевой камере между кожухом и корпусом против радиальных отверстий и выполненной с внутренней конической боковой поверхностью против окон, где помещены сухари с ответной наружной конической поверхностью, фиксирующие транспортировочную колонну, толкателя, помещенного между корпусом и кожухом над дифференциальной втулкой, плашек для заякоривания клина в стволе скважины, помещенных в окнах кожуха и связанных с толкателем, подпружиненной втулки, помещенной между кожухом и корпусом под дифференциальной втулкой, которая имеет возможность зацепления с подпружиненной втулкой в рабочем положении устройства и фиксации ее в этом положении, при этом толкатель, дифференциальная втулка и подпружиненная втулка имеют возможность осевого перемещения при передаче давления через канал транспортировочной колонны и радиальные отверстия корпуса в кольцевую камеру, а сухари имеют возможность выхода из окон;

устройство снабжено ориентатором клина, установленным на транспортировочной колонне с возможностью передачи крутящего момента клину.

Изобретение поясняется графическими изображениями.

На фиг.1 изображено устройство в транспортном положении, на фиг.2 и фиг.3 - устройство в рабочем положении.

Устройство включает в себя транспортировочную колонну 1, в нижней части которой неподвижно относительно этой колонны может быть установлено ориентирующее устройство (на фиг. не показано). Ориентирующее устройство может быть выполнено, например, по типу устройства, описанного в SU 134231, 1960. Устройство имеет также шпонку 2, жестко закрепленную на транспортировочной колонне, взаимодействующую с пазом 3 клина 4 для забуривания дополнительного ствола скважины. Это позволяет передавать крутящий момент от ориентирующего устройства клину 4, соединенного с корпусом 5. Корпус выполнен составным с радиальными отверстиями 6 и окнами 7, в которых помещены сухари 8. При этом внутренняя поверхность сухарей выполнена с профилированными упорами 9, которые взаимодействуют с аналогичными профилированными упорами 10, выполненными в нижней части транспортировочной колонны 1. Наружная боковая поверхность сухарей 8 выполнена конической и взаимодействует с конической поверхностью 11 дифференциальной втулки 12, установленной в нижней части составного корпуса 5.

В устройстве имеется кольцевая камера 13, образованная нижней частью составного корпуса 5 и дифференциальной втулкой 12. В шлицевых продольных пазах 14 корпуса 5 и 15 дифференциальной втулки 12 размещена шпонка 16. На наружной поверхности дифференциальной втулки 12 установлен фиксатор 17. В нижней части корпуса 5 установлена пружина 18, подвижная втулка 19 с пазом 20, в котором помещена шпонка 21, взаимодействующая с пазом 22 переводника 23. Установлен на корпусе и нижний кожух 24 с кольцевой канавкой 25 и срезными штифтами 26, фиксирующими дифференциальную втулку 12 в исходном положении.

В нижней конической части клина 4 выполнены пазы 27, в которых частично размещены плашки 28. Гидравлический привод плашек 28 состоит из толкателя 29, в радиальных отверстиях которого установлены упоры 30, верхнего кожуха 31 с радиальным отверстием 32 и срезными штифтами 33, фиксирующими защитную втулку 34 в исходном положении.

Необходимая герметичность устройства обеспечивается уплотнительными кольцами 35. Посредством переводника 23 устройство соединено с хвостовиком обсадной колонны 36 для крепления скважины. В упомянутом хвостовике установлен обратный клапан 37.

Непосредственно перед заявляемым устройством на транспортировочной колонне может быть установлено ориентирующее устройство - устройство для азимутального ориентирования клина 4, который служит для забуривания дополнительного (бокового) ствола скважины в заданном направлении. При этом клин 4 до приведения его в рабочее состояние имеет возможность совместного с ориентирующим устройством поворота относительно хвостовика обсадной колонны 36.

В ряде случаев бывает достаточной установка клина без его азимутального ориентирования.

Таким образом, упомянутая выше транспортировочная колонна 1 служит для спуска хвостовика обсадной колонны 36 и клина 4. Упомянутые корпус 5, кожух 24, дифференциальная втулка 12, сухари 8 представляют собой, по существу, узел сцепления хвостовика обсадной колонны и клина с транспортировочной колонной 1. При этом устройство обеспечивает возможность заякоривания клина 4 в стволе скважины в рабочем положении устройства за счет приведения в действие толкателя 29 с плашками 28 и последующего отсоединения клина 4 от транспортировочной колонны 1 для ее извлечения из ствола скважины. Последнее обеспечено за счет возможности вывода сухарей 8 из зацепления с транспортировочной колонной 1.

Вышеописанный узел сцепления - гидравлического действия с возможностью реализации им упомянутых функций от разной величины давления в канале транспортировочной колонны. Предусмотрен последовательный рост давления в канале транспортировочной колонны с алгоритмом этого роста на 10-30% от функции к функции.

Устройство выполнено с возможностью заякоривания клина 4 как в открытом стволе скважины, так и в предшествующей (ранее и выше спущенной) обсадной колонне скважины.

В более детальном изложении узел сцепления хвостовика и клина с транспортировочной колонной выполнен в виде кожуха 31 с окнами (под плашки 28), связанного с верхней частью хвостовика 36 и помещенного в него корпуса 5, выполненного с радиальными отверстиями 6 и ниже них - с окнами 7, дифференциальной втулки 12. Эта втулка помещена в кольцевой камере 13 между кожухом 24 и корпусом 5 против радиальных отверстий 6 и выполнена с внутренней конической боковой поверхностью против окон 7. В этих окнах помещены сухари 8 с ответной наружной конической поверхностью, фиксирующие транспортировочную колонну 1. Между корпусом 5 и кожухом 24 над дифференциальной втулкой 12 помещен толкатель 29 и плашки 28. Последние служат для заякоривания клина 4 в стволе скважины (открытом или обсаженном). Плашки 28 связаны с толкателем 29. Между кожухом 24 и корпусом 5 под дифференциальной втулкой 12 помещена подпружиненная втулка 19. Дифференциальная втулка 12 имеет возможность зацепления с подпружиненной втулкой 19 в рабочем положении устройства и фиксации ее в этом положении. Толкатель 29, дифференциальная втулка 12 и подпружиненная втулка 19 имеют возможность осевого перемещения при передаче давления через канал транспортировочной колонны 1 и радиальные отверстия 6 корпуса 5 в кольцевую камеру 13. При этом сухари 8 имеют возможность выхода из окон 7.

Устройство работает следующим образом.

После спуска хвостовика обсадной колонны в скважину на заданную глубину и, например, ориентирования клина в заданном направлении (фиг.2) с помощью ориентирующего устройства создают избыточное давление в транспортировочной колонне 1, которое через радиальные отверстия 6 передается на торец защитной втулки 34. При этом срезаются штифты 33, втулка перемещается, освобождая упоры 30, что приводит к перемещению толкателя 29 с плашками 28. В результате происходит (фиг.3) прижатие клина 4 к стенке скважины 38 и его заякоривание, чем исключают возможность его проворота при забуривании дополнительного (бокового) ствола скважины.

При дальнейшем повышении давления (на 10÷30% выше первоначального давления) дифференциальная втулка 12, воспринимая избыточное давление через отверстия 6 и кольцевую камеру 13, срезая штифты 26, перемещается, сцепляясь с подвижной подпружиненной втулкой 19, и фиксируется в конечном рабочем положении в кольцевой канавке 25 фиксатором 17. При перемещении дифференциальной втулки 12 происходит освобождение сухарей 8 и разъединение с транспортировочной колонной 1. После этого транспортировочная колонна 1 со шпонкой 2 и ориентирующим устройством, в случае его применения, извлекают из скважины. Клин 4 остается сцепленным с верхней частью хвостовиков обсадной колонны 36.

1. Устройство для крепления скважины хвостовиком обсадной колонны, включающее собственно хвостовик обсадной колонны с обратным клапаном в его нижней части, клин для забуривания дополнительного ствола скважины, транспортировочную колонну для спуска хвостовика обсадной колонны и клина в скважину и узел сцепления хвостовика обсадной колонны и клина с транспортировочной колонной, выполненный с возможностью:
заякоривания клина в стволе скважины в рабочем положении устройства;
отсоединения клина от транспортировочной колонны для ее извлечения из ствола скважины;
зацепления клина с верхней частью хвостовика обсадной колонны, при этом упомянутый узел сцепления - гидравлического действия с возможностью реализации им упомянутых функций от разной величины давления в канале транспортировочной колонны с алгоритмом ее последовательного роста на 10-30% от функции к функции.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью заякоривания клина в открытом стволе скважины.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью заякоривания клина в предшествующей обсадной колонне скважины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел сцепления хвостовика и клина с транспортировочной колонной выполнен в виде кожуха с окнами, связанного с верхней частью хвостовика и помещенного в него корпуса, выполненного с радиальными отверстиями и ниже них - с окнами, дифференциальной втулки, помещенной в кольцевой камере между кожухом и корпусом напротив радиальных отверстий и выполненной с внутренней конической боковой поверхностью напротив окон, где помещены сухари с ответной наружной конической поверхностью, фиксирующие транспортировочную колонну, толкателя, помещенного между корпусом и кожухом над дифференциальной втулкой, плашек для заякоривания клина в стволе скважины, помещенных в окнах кожуха и связанных с толкателем, подпружиненной втулки, помещенной между кожухом и корпусом под дифференциальной втулкой, которая имеет возможность зацепления с подпружиненной втулкой в рабочем положении устройства и фиксации ее в этом положении, при этом толкатель, дифференциальная втулка и подпружиненная втулка имеют возможность осевого перемещения при передаче давления через канал транспортировочной колонны и радиальные отверстия корпуса в кольцевую камеру, а сухари имеют возможность выхода из окон.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено ориентатором клина, установленным на транспортировочной колонне с возможностью передачи крутящего момента клину.