Устройство для установки клина-отклонителя и способ установки клина-отклонителя в скважине

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройству и способу, предназначенным для установки клина-отклонителя в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах. Устройство включает посадочный и направляющий узлы. Посадочный узел выполнен с гидравлическим якорем и направляющей поверхностью для взаимодействия с ответными поверхностями направляющего узла, выполненного со смещенным центром тяжести и соединенного с колонной через шпиндель с возможностью вращения относительно колонны. Узлы выполнены с возможностью разъединения, причем направляющий узел включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей, расположенных на его валу и связанного с ним вала со смещенным центром тяжести в заданном направлении, с последующим отсоединением этого вала и шпинделя и установкой на их место клина-отклонителя. При осуществлении способа производят установку посадочного узла, сориентированного за счет направляющего устройства с последующим его отсоединением и подъемом на поверхность, затем задают направление вала со смещенным центром тяжести относительно ответной поверхности направляющего узла, на место которого устанавливают клин-отклонитель, опускают и фиксируют направляющий узел на посадочный узел. Снижает затраты при установке клина-отклонителя и упрощает технологию ориентирования механизмов, за счет уменьшения количества спускоподъемных операций и снижения металлоемкости устройства для ориентирования. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам и устройствам для реконструкции скважин методом зарезки бокового ствола и строительства многозабойных скважин, а именно касается способа и устройства для установки клина-отклонителя при зарезке боковых стволов в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, в том числе скважинах старого фонда и многоствольных скважинах.

Известны способы установки механизмов на заданный угол с применением измерительных устройств, например установка клина-отклонителя в скважине с применением инклинометров или телеметрических систем. Их недостатком является необходимость проведения измерений для определения угла установки клина-отклонителя.

Известна компоновка для зарезки боковых стволов из обсаженных скважин, которая выполнена в виде продольно-гофрированной трубы, средства азимутальной ориентации клина в стволе скважины, а также средства соединения перечисленных элементов в единое устройство (по патенту RU 2291268). Недостатком является большая погрешность установки клина-отклонителя по апсидальному углу, а также невозможность доступа в основной ствол.

Известен отклонитель-ориентатор по патенту RU 2145658, включающий корпус с клиновой поверхностью, верхняя из которых представляет собой желоб, установочный клин, установленный в нижней части корпуса, и транспортировочный патрубок. Отклонитель выполнен эксцентричным с нижним расположением центра тяжести, желоб верхней клиновой поверхности корпуса выполнен из материала, сопротивление резанию которого выше сопротивления вырезаемой части колонны труб скважины. Способ установки известного отклонителя-ориентатора включает предварительное определение азимута зарезаемого ствола, спуск и ориентирование отклонителя под действием силы тяжести. После достижения отклонителя заранее установленного на требуемой отметке цементного моста жестко закрепляют его к стенкам скважины при помощи клина. Недостатком способа и устройства является необходимость установки опорного цементного моста.

Известно устройство для многозабойного вскрытия продуктивных пластов одной скважиной (по патенту RU 2197593), включающее корпус, выполненный в виде продольно-гофрированной трубы, заглушенной с нижней стороны с патрубком с наклонной поверхностью, переходящей в продольный паз под шпонку, установленную в ориентирующем фиксаторе, извлекаемый клин. Поворачивая направляющую шпонку и упорную втулку фиксатора, согласуется направление рабочей поверхности клина и направляющей шпонки фиксатора относительно необходимого направления бокового ствола с запланированной глубины. Его недостатком является необходимость использования телесистемы или инклинометра для ориентации клина отклонителя.

Известны способ и устройство для установки клина-отклонителя по патенту US 6968903 (выбраны в качестве прототипов способа и устройства). Устройство включает вал со смещенным центром тяжести, противовес, компенсатор, клин-отклонитель, разъединитель клина-отклонителя. Компенсатор может быть возвращен на поверхность после отделения от установленного в скважине клина. Недостатками данного способа и устройства являются необходимость устанавливать цементный мост для заякоривания устройства, ориентация клина производится при вращении всей бурильной колонны через вертлюг, в связи с чем необходимо противовес изготавливать массивным.

Технической задачей изобретения является снижение затрат при установке клина-отклонителя и упрощение ориентирования механизмов, за счет уменьшения количества спускоподъемных операций, а также за счет повышения технологичности таких операций. Кроме того, технической задачей является упрощение и снижение металлоемкости устройства для ориентирования.

Технический результат достигается в устройстве для установки клина-отклонителя (далее - устройство), включающем посадочное устройство с гидравлическим якорем и с направляющей поверхностью и направляющее устройство с ответными поверхностями для взаимодействия с направляющей поверхностью посадочного устройства. Направляющее устройство выполнено со смещенным центром тяжести и соединено с колонной через шпиндель с возможностью вращения относительно колонны. Посадочное и направляющее устройства выполнены с возможностью разъединения после фиксации посадочного устройства в скважине и извлечения на поверхность направляющего устройства, которое включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей, расположенных на валу направляющего устройства и связанного с ним вала со смещенным центром тяжести в заданном направлении. Направляющее устройство выполнено с возможностью отсоединения от него вала со смещенным центром тяжести и шпинделя для установки на их место вала-отклонителя. Соединение посадочного и направляющего устройства выполнено при помощи срезных средств крепления. Гидравлический якорь выполнен в виде профильной трубы, соединенной с клапаном. Направляющая поверхность выполнена в виде наклонной поверхности, переходящей в продольный паз. Направляющее устройство имеет ответные поверхности, соответствующие наклонной поверхности и продольному пазу посадочного устройства.

Технический результат достигается в способе установки клина-отклонителя в скважине, характеризующемся тем, что производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, соориентированного за счет использования направляющего устройства со смещенным центром тяжести, отсоединяют направляющее устройство и поднимают его на поверхность, задают направление вала со смещенным центром тяжести относительно ответной поверхности направляющего устройства, отсоединяют вал со смещенным центром тяжести и шпиндель, на их место устанавливают клин-отклонитель, опускают направляющее устройство в скважину и осуществляют его посадку на посадочное устройство.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - устройство для установки клина-отклонителя; фиг.2 - направляющее устройство с клином-отклонителем.

Устройство для установки клина-отклонителя (фиг.1) состоит из посадочного устройства 1 с гидравлическим якорем 2 и с направляющей поверхностью 3, а также из направляющего устройства 4, которое выполнено со смещенным центром тяжести. Гидравлический якорь 2 выполнен в виде профильной (например, продольно-гофрированной) трубы, соединенной с клапаном 5. Направляющая поверхность 3 выполнена в виде наклонной поверхности, переходящей в продольный паз 13 под шпонку 10 направляющего устройства 4. Направляющее устройство, кроме того, содержит зажим 8, зацепы со срезными винтами, вал 9 со шпонкой 10. Направляющее устройство 4 имеет ответные поверхности, образованные направляющей втулкой 14 и шпонкой 10, соответствующие наклонной поверхности 3 и продольному пазу 13 посадочного устройства.

Направляющее устройство содержит вал 15 со смещенным центром тяжести, соединенный с бурильной колонной (не показана, находится выше) через шпиндель 7 таким образом, что устройство с валом 15 может вращаться относительно колонны 6. Осевая опора 12 шпинделя 7, которая выполнена герметично, принимает осевую нагрузку и позволяет вращаться бурильной колонне и устройству (компоновка по фиг.1) относительно друг друга.

Шпиндель 7, с выполненным в нем осевым каналом, предназначен для предотвращения передачи вращения бурильной колонны на устройство (компоновку), не препятствуя при этом передаче осевого усилия к элементам компоновки, находящимся ниже шпинделя, а также позволяет прокачивать буровой раствор через элементы устройства для гидравлического заякоривания посадочного устройства 1.

Направляющее устройство 4 включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала 15 со смещенным центром тяжести: одна из поверхностей втулки 14 соответствует наклонной поверхности 3, а другая снабжена чередующимися выступами и пазами 16, взаимодействующими с чередующимися выступами и пазами поворотной втулки 11, жестко закрепленной на вале 9; втулка 14 выполнена с возможностью поворота на вале 9 и фиксации в зубчатом соединении с поворотной втулкой 11, посредством зажима 8, имеющей резьбовое соединение с валом 9.

Соединение посадочного и направляющего устройства выполнено таким образом, что, после фиксации посадочного устройства, направляющее устройство может быть поднято на поверхность. Это может быть достигнуто, например, при использовании срезных средств крепления, а именно зацепов, зафиксированных с помощью срезных винтов (не показаны), обеспечивающих жесткое соединение посадочного устройства 1 и зажима 8 направляющего устройства 4.

На фиг.2 показана компоновка клина-отклонителя 6 и направляющего устройства 4 со шпонкой 10, соориентированных относительно друг друга требуемым образом.

Способ реализуют следующим образом.

Устройство спускают в скважину, где оно ориентируется под действием силы тяжести за счет вала 15 со смещенным центром тяжести. Внутри колонны для раздутия профильной трубы гидравлического якоря 2 создают необходимое давление жидкости, например, повысив давление в бурильном инструменте от 0 МПа до 10-14 МПа и выдержав в течение 5 минут, затем давление сбросить до 0 МПа. При этом профилированная труба 2 прижимается к стенкам скважины (не показаны). Надежность закрепления гидравлического якоря проверяется разгружая и натягивая бурильную колонну.

После фиксации посадочного устройства, создав осевое усилие, разрушают срезные винты, и направляющее устройство поднимается на устье скважины.

Отсосединяют вал 15 со смещенным центром тяжести и шпиндель 7. На их место, к валу 9, присоединяют клин-отклонитель 6 с фрезами (оконной и расширяющей, не показаны), закрепленными с помощью срезного винта.

Выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя 6 относительно посадочного устройства 1 (относительно шпонки 10). Для этого откручивают зажим 8, зажимающий направляющую втулку 14, для создания зазора между ней и поворотной втулкой 11, после чего производят разъединение поворотной втулки 11 с направляющей втулкой 14 по выступам и пазам 16. Поворачивают направляющую втулку 14 вместе со шпонкой 10 на валу 9 относительно отклоняющей плоскости клина-отклонителя 6 на угол, составляющий разницу между проектным азимутом бурения бокового ствола и замеренного азимута, по которому направлен продольный паз 13. Закручивают зажим 8, тем самым фиксируя направляющую втулку 14 в соединении по выступам и пазам 16 с поворотной втулкой 11.

Клин-отклонитель присоединяют к колонне и спускают всю компоновку в скважину, где производят ее посадку на посадочное устройство 1.

Выполнение наклонной поверхности, переходящей в продольный паз под шпонку, позволяет при посадке на него направляющего устройства с ответной поверхностью, точно фиксировать шпонку, а значит устанавливать клин-отклонитель на заданное направление. Благодаря наклонной поверхности 3 шпонка 10, коснувшись пера (наклонная поверхность 3) направляющей втулки, скользит по ее поверхности, тем самым поворачивает всю компоновку и садится в шпоночный паз 13, при этом зацепы фиксируют направляющее устройство в посадочном. Посадку направляющего устройства в посадочное проверяют натяжением бурильного инструмента.

Компоновки низа бурильной колонны, элементы которых показаны на фиг.1, 2, предназначены для установки клина-отклонителя 6 и фрезерования (вырезания бокового) окна в обсадной колонне, в скважинах с зенитным углом, превышающим 5°, за два спуска без применения инклинометра или телеметрической системы. Ориентация клина-отклонителя в скважине под действием силы тяжести позволяет ориентировать всю комповновку (посадочное устройство) относительно апсидальной плоскости и устанавливать посадочное устройство с малой погрешностью.

Предлагаемое устройство позволяет бурить многоствольные скважины с выходом каждого ствола из колонны в заданном направлении, делать зарезки боковых стволов и, по окончании работ, оставлять проходное сечение в скважине до забоя основного ствола, достаточным для всех работ по эксплуатации скважины. При необходимости клин-отклонитель впоследствии может быть извлечен. Элементы устройства (компоновки) могут быть изготовлены из разбуриваемых материалов, а клин-отклонитель изготовлен полым для доступа в основной ствол или низлежащие боковые.

1. Устройство для установки клина-отклонителя, включающее посадочное устройство с гидравлическим якорем и с направляющей поверхностью и направляющее устройство с ответными поверхностями для взаимодействия с направляющей поверхностью посадочного устройства, причем направляющее устройство выполнено со смещенным центром тяжести и соединено с колонной через шпиндель с возможностью вращения относительно колонны, при этом посадочное и направляющее устройства выполнены с возможностью разъединения после фиксации посадочного устройства в скважине и извлечения на поверхность направляющего устройства, которое включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей, расположенных на валу направляющего устройства и связанного с ним вала со смещенным центром тяжести в заданном направлении, причем направляющее устройство выполнено с возможностью отсоединения от него вала со смещенным центром тяжести и шпинделя для установки на их место клина-отклонителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение посадочного и направляющего устройства выполнено при помощи срезных средств крепления.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлический якорь выполнен в виде профильной трубы, соединенной с клапаном.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющая поверхность выполнена в виде наклонной поверхности, переходящей в продольный паз.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что направляющее устройство имеет ответные поверхности, соответствующие наклонной поверхности и продольному пазу посадочного устройства.

6. Способ установки клина-отклонителя в скважине, характеризующийся тем, что производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, сориентированного за счет использования направляющего устройства со смещенным центром тяжести, отсоединяют направляющее устройство и поднимают его на поверхность, задают направление вала со смещенным центром тяжести относительно ответной поверхности направляющего устройства, отсоединяют вал со смещенным центром тяжести и шпиндель, на их место устанавливают клин-отклонитель, опускают направляющее устройство в скважину и осуществляют его посадку на посадочное устройство.