УСТАНОВКА ДЛЯ ВСКРЫТИЯ СВЕРЛЕНИЕМ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR DRILLING-IN OF WELL CASING

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для вторичного вскрытия пласта (перфорации) сверлением.
Известна установка, содержащая колонну труб с отклонителем в виде изогнутого канала в корпусе, в которую спущена вторая колонна труб с гидравлическим двигателем, к которому присоединен гибкий вал со сверлом (патент US №5413184, Е21В 7/08, опубл. 09.05.1995 г.).
Недостатками установки являются низкие надежность и работоспособность из-за отсутствия фиксации отклонителя, что приводит к вибрациям и смещениям относительно участка вскрытия, отсутствия контроля нагрузки на сверло возможность заклинивания при выходе сверла наружу обсадной трубы; невозможность контроля точного размещения гидравлического двигателя относительно отклонителя, а также невозможность использования спуска на гибкой тяге (например, кабель, канат), что увеличивает затраты времени на спуско-подъемные операции и, как следствие, увеличивает материальные затраты.
Наиболее близка по технической сущности к предлагаемой «Установка для перфорации обсадной колонны в скважине» (патент RU №2339793, Е21В 43/112, опубликовано 27.11.2008 г. Бюл. №33), включающая отклоняющее устройство с изогнутым каналом, спущенное в обсадную колонну на трубах, внутрь которых спущен двигатель с выходным валом, соединенным гибким валом с режущим инструментом, снабженным ограничителем хода, при этом двигатель снабжен якорем, фиксирующим его относительно труб, а между выходным и гибким валами установлен промежуточный вал с грузом, соединенный с выходным валом с возможностью ограниченного осевого перемещения, причем изогнутый канал дополнительно оснащен сверху - входной, а снизу - выходной направляющими втулками, гибкий вал снабжен верхним и нижним центраторами, выполненными с возможностью скользящего взаимодействия соответственно с входной и выходной направляющими втулками, причем режущий инструмент может быть выполнен в виде ступенчатого сверла, сужающегося от гибкого вала, а ограничитель хода - в виде подшипника, установленного на конце нижнего центратора.
Недостатками установки являются низкие надежность и работоспособность из-за отсутствия фиксации отклонителя, что приводит к вибрациям и смещениям относительно участка вскрытия, невозможности контроля точного размещения гидравлического двигателя относительно отклонителя, у гидравлического двигателя отсутствует возможность работы на низких оборотах, так как для фиксации якорем необходимо прокачивать жидкость в количествах, достаточных для создания перепада давлений снаружи и внутри якоря, а также невозможность использования спуска на гибкой тяге (например, кабель, канат), что увеличивает затраты времени на спуско-подъемные операции и, как следствие, увеличивает материальные затраты.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание надежной и технологичной установки благодаря контролю за размещением и фиксацией двигателя относительно труб и, как следствие, отклонителя, фиксации последнего относительно стенок скважины и осуществлению возможности спуско-подъемных операций с гидравлическим двигателем на гибкой тяге.
Эта задача решается установкой для вскрытия сверлением обсадной колонны в скважине, включающей отклоняющее устройство с изогнутым каналом, спущенное в обсадную колонну на трубах, внутрь которых на тяге спущен двигатель с якорем и выходным валом, соединенным с возможностью ограниченного осевого перемещения с промежуточным валом с грузом, который соединен с гибким валом, оснащенным режущим инструментом, который снабжен ограничителем хода.
Новым является то, что отклоняющее устройство снабжено якорным узлом, фиксирующим его относительно обсадной колонны в требуемом интервале, якорь на двигателе выполнен в виде наружных ограничителей, выше которых установлена самоуплотняющаяся манжета, а трубы выше отклоняющего устройства снабжены внутренними стопорами, взаимодействующими при спуске двигателя с его соответствующими наружными ограничителями с фиксацией двигателя относительно труб от вращения и спуска вниз, при этом тяга выполнена в виде гибкой тяги и соединена с гидравлическим двигателем полой заглушенной сверху втулкой с боковыми каналами, расположенными выше самоуплотняющейся манжеты, причем полость втулки сообщена с входом гидравлического двигателя.
Новым является также то, что стопор в трубах выполнен в виде внутреннего выступа, а ограничитель двигателя - в виде наружной проточки на корпусе, снабженной снизу фасками, оснащенной сверху упором и взаимодействующей при спуске с соответствующим внутренним выступом.
Новым является также то, что стопоры в трубах выполнены в виде кольцевого сужения с внутренними проточками, снабженными снизу упорами и оснащенными сверху фасками, а ограничители двигателя выполнены в виде внутренних выступов на корпусе, взаимодействующих при спуске с соответствующими внутренними проточками с упорами.
Новым является также то, что отклоняющее устройство соединено с якорным узлом с возможностью поворота.
Суть изобретения заключается в том, что фиксация отклоняющего устройства исключает «рыскание» сверла по стенке колонны и обеспечивает быстрое гарантированное начало сверления. Груз и возможность ограниченного осевого перемещения исключают давление внутренней колонны труб на сверло и обеспечивают постоянную нагрузку на сверло. Наличие в трубах выше отклоняющего устройства внутренних стопоров, а в двигателе - наружных ограничителей (якоря), взаимодействующих при спуске с соответствующими стопорами с фиксацией двигателя относительно труб от вращения и спуска вниз, позволяет точно устанавливать двигатель с гибким валом и сверлом относительно отклоняющего устройства благодаря снижению веса труб на устьевом индикаторе веса, что позволяет добиться оптимальной работы сверла для вскрытия обсадной трубы. Так как очень трудно добиться точной установки элементов установки регулировкой с устья без этих приспособлений, при разгрузке на сверло возможен выход его из строя. Использование для спуско-подъемных операций гибкой тяги позволяет снизить затраты времени на них и уменьшить из-за этого время работы обслуживающей бригады, приводя к экономии материальных ресурсов.
На чертеже изображена схема предлагаемой установки.
Установка для вскрытия сверлением обсадной колонны в скважине включает отклоняющее устройство 1 с изогнутым каналом 2, оснащенным входной 3 и выходной 4 направляющими втулками, спущенное в обсадную колонну 5 на трубах 6. Внутрь труб 6 на гибкой тяге 7 спущен гидравлический двигатель 8 с выходным валом 9, соединенным гибким валом 10 с режущим инструментом 11, снабженным ограничителем хода 12. При этом отклоняющее устройство 1 снабжено якорным узлом 13 (на чертеже показано условно) с плашками 14, фиксирующим его относительно обсадной колонны 5 в требуемом интервале. Трубы 6 выше отклоняющего устройства 1 снабжены внутренними стопорами 15, а двигатель 8 - наружными ограничителями 16, взаимодействующими при спуске с соответствующими стопорами 15 с фиксацией двигателя 8 относительно труб 6 от вращения и спуска вниз, и самоуплотняющейся манжетой 17. Между выходным 9 и гибким 10 валами установлен промежуточный вал 18 с грузом 19, соединенный с выходным валом 9 с возможностью ограниченного осевого перемещения, например в виде штифтов 20 выходного вала 9, взаимодействующих с верхними продольными выборками 21 промежуточного вала 18. Тяга 7 соединена с двигателем 8 полой заглушенной сверху втулкой 22 с боковыми каналами 23, расположенными выше самоуплотняющейся манжеты 17, причем полость втулки 22 сообщена с входом гидравлического двигателя 8.
Стопор 15 в трубах 6 может быть выполнен в виде внутреннего выступа или выступов, а ограничитель 16 двигателя 8 - в виде наружной проточки 24 на корпусе, снабженной снизу фасками 25, оснащенной сверху упором 26 и взаимодействующей при спуске с соответствующим внутренним выступом 15 или выступами.
Стопоры 15 в трубах 6 также могут быть выполнены в виде кольцевого сужения с внутренними проточками (на чертеже не показаны), снабженными снизу упорами и оснащенными сверху фасками (на чертеже не показаны), а ограничители 16 двигателя 8 выполнены в виде внутренних выступов на корпусе (на чертеже не показаны), взаимодействующих при спуске с соответствующими внутренними проточками и упорами.
Такая конструкция стопоров 15 труб 6 и ограничителей 16 двигателя 8 при их взаимодействии исключает вращение и спуск двигателя 8 относительно труб 6 и, как следствие, отклоняющего устройства 1.
Устройство работает следующим образом.
Сначала подбирают сверло 11 по диаметру вскрытия. При применении ступенчатого сверла 11 подбирают количество ступеней: чем толще стенки вскрываемой обсадной колонны 5, тем больше количество ступеней. Оптимальное количество ступеней сверла 11 2-4 было подобрано на практических испытаниях. Потом при стендовых испытаниях подбирают массу груза 19 (исходя из режимов резания: оборотов двигателя 8 и материала обсадной колонны 5), необходимого и достаточного для вскрытия сверлом 11 обсадной колонны 5. Затем на трубах 6 в скважину спускают отклоняющее устройство 1 с якорным узлом 13.
Конструкция якорного узла 13 и плашек 14 может быть любая известная конструкция (например, аналогичная применяемым в устройствах, защищенных патентами RU №2208128, 2194148, 2255200 и 52909). Причем якорный узел 13 может быть установлен предварительно в требуемом интервале обсадной колонны 5 с последующим взаимодействием с отклоняющим устройством 1 или спущен в составе отклоняющего устройства 1 (например, с возможностью поворота) с фиксацией плашками 14 в требуемом интервале. При этом соединение якорного узла 13 и отклоняющего устройства 1 может быть с возможностью поворота для обеспечения возможности множественного вскрытия по периметру обсадной колонны 5 в одном интервале.
Стопор 15 труб 6 размещают на расстоянии от входной направляющей втулки 3 изогнутого канала 2 отклоняющего устройства 1, равном длине от вершины сверла 11 до упоров 26 ограничителей 16 при сдвинутых валах 10, 18 и 9 за вычетом длины изогнутого канала 2 и расстояния от выходной направляющей втулки 4 до стенок обсадной колоны 5
Далее внутрь труб 6 на гибкой тяге 7 (канат, кабель) спускают двигатель 8 с валами 9, 10 и 18, грузом 19, самоуплотняющейся манжетой 17 и сверлом 11 до взаимодействия его ограничителя 16 со стопором 15 труб 6, например, фаски 24 ориентируют выборки 24 для взаимодействия с выступами 15, которые при дальнейшем спуске опираются на упоры 26 выборок 24. При этом сверло 11, пройдя по изогнутому каналу 12, упирается в обсадную колонну 5, приподнимая валы 10 и 18 с грузом 19 относительно выходного вала 9 с перемещением вверх продольных выборок 21 относительно штифтов 20. Так как двигатель 8 опирается ограничителем 16 на стопоры 15 трубы 6 на устьевом индикаторе веса (на чертеже не показан), будет отмечено снижение веса на гибкой тяге 7.
После этого двигатель 8 запускают в работу подачей жидкости по трубам 6. Самоуплотняющаяся манжета 17 направляет потоки жидкости через боковые каналы 23 и внутреннюю полость втулки 22 на вход гидравлического двигателя 8, вращая его выходной вал 9. Жидкость, проходя через двигатель 8, выходит через изогнутый канал 2, охлаждая сверло 11 во время работы, и технологические каналы 27 трубы 6 для уменьшения сопротивления потоку жидкости после прохождения двигателя 8, увеличивая его коэффициент полезного действия (КПД). В результате вращение от выходного вала 9 двигателя 8 через штифты 20 и продольные выборки 21 передается на промежуточный вал 18 с гибким валом 10 и сверлом 11. Сверло 11 постепенно ступенями вскрывает обсадную колонну 5 до ограничителя хода 12, при этом груз 19 создает необходимое и достаточное для сверления давление на обсадную колонну 5. При достижении ограничителем хода 12 обсадной колонны 5, давление на устьевом насосе (на чертеже не показан), подающем жидкость в трубы 6, резко снижаются, что и является показателем вскрытия обсадной колонны 5 сверлом 11. Втулки 3 и 4 исключают повышенный износ соответственно входа и выхода изогнутого канала 2 отклоняющего устройства 1. Для длительной работы (вскрытие толстостенной обсадной колонны 5) в качестве втулок 3 и 4 могут быть применены радиальные подшипники (на чертеже не показаны).
Для сверления дополнительных отверстий, предварительно извлекая двигатель 8 с валами 9, 10 и 18 на гибкой тяге 7 из скважины, отклоняющий узел 1 поворачивают трубами 6 с устья (на чертеже не показан) скважины или, отсоединив якорный узел 13 с плашками 14 от обсадной колонны 5, переносят и устанавливают его с отклоняющим узлом 1, новом интервале перфорации. Затем вскрытие сверлением производят по описанной выше технологии.
Конструкция предлагаемой установки позволяет использовать гибкую тягу для подъема и спуска двигателя с оборудованием, экономя трудовые и материальные ресурсы, при этом она надежна и технологична за счет контроля размещения двигателя относительно отклоняющего узла, который также фиксируется якорным узлом относительно стенок скважины.