ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВНУТРИСКВАЖИННЫХ РАБОТ ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВОЗЬ ПРЕПЯТСТВИЯ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ
BOREHOLE TOOL FOR DRIVING THROUGH OBSTACLES IN WELL SHAFT

ОБЛАСТЬ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к устройству для проходки сквозь препятствия в стволе скважины. Такими препятствиями могут являться, например, обрушенная часть ствола скважины, пробка в стволе скважины, вышедшая из строя дроссельная заслонка в скважинном предохранительном клапане и т.п. Изобретение также относится к удалению части скважинной трубы ("трубного изделия") или проходке сквозь несколько вставленных в ствол скважины трубчатых элементов для обеспечения доступа в ствол скважины снаружи или за пределами таких трубчатых элементов.
[0002] В нефтегазовой промышленности, часто возникает необходимость проходки сквозь препятствие в стволе скважины, где такие препятствия могут представлять собой часть обрушенного ствола скважины и смятых трубчатых элементов, посторонние предметы в стволе скважины, которые не могут быть удалены традиционными скважинными фрезерующими инструментами и т.п. Такие посторонние предметы могут являться барьером, установленным, например, в виде пробки из каната, отказавшей дроссельной заслонки в глубинном предохранительном клапане, упущенными в скважину колонной инструмента, каротажным инструментом, и так далее. Проходка сквозь такие препятствия может потребоваться для возвращения скважины к нормальной эксплуатации или для получения доступа в ствол скважины ниже препятствия для глушения и консервации скважины.
[0003] Удаление таких препятствий или проходка сквозь них в стволе скважины с различными шансами на успех является обычной с применением легких скважинных фрезерующих инструментов, развертываемых на канате или длинномерной трубе. В некоторых случаях могут выполнять попытки удаления или проходки сквозь препятствие с помощью более тяжелого устройства внутреннего воздействия, развертываемого на составной трубе; вместе с тем, такие способы не гарантируют успеха.
[0004] Таким образом, требуется создание способов и устройств, которые можно применять для механического расфрезеровывания или размельчения препятствия в достаточной степени для падения данного препятствия в ствол скважины ниже необходимого интервала или для его извлечения на поверхность.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В одном иллюстративном варианте осуществления инструмент для внутрискважинных работ для применения в проходке сквозь препятствие в стволе скважины включает в себя режущий инструмент, имеющий по меньшей мере один вращающийся режущий элемент для проходки сквозь препятствие. Инструмент для внутрискважинных работ включает в себя механизм смещения, который соединен с режущим инструментом и выполнен с возможностью установки и регулирования положения при резании режущего инструмента относительно оси инструмента. Инструмент для внутрискважинных работ включает в себя поворотный элемент (sweeper), соединенный с механизмом смещения, поворотный элемент выполнен с возможностью отклонения механизма смещения относительно оси инструмента, при этом режущий инструмент отклоняется с механизмом смещения.
[0006] В другом иллюстративном варианте осуществления способ проходки сквозь препятствие в стволе скважины включает в себя спуск инструмента для внутрискважинных работ в ствол скважины. Инструмент для внутрискважинных работ включает в себя режущий инструмент, имеющий по меньшей мере один вращающийся режущий элемент, механизм смещения, соединенный с режущим инструментом, и поворотный элемент, соединенный с механизмом смещения. Способ включает в себя расположение по меньшей мере одного вращающегося режущего элемента на препятствии и вращение вращающегося режущего элемента. Способ дополнительно включает в себя управление работой поворотного элемента для отклонения механизма смещения вокруг оси инструмента во время по меньшей мере части вращения вращающегося режущего элемента, при этом отклоняется вращающийся режущий элемент относительно оси инструмента.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Ниже приведено описание фигур на прилагаемых чертежах. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе, и некоторые элементы и некоторые виды на фигурах могут быть показаны с искажением масштаба или схематично в интересах ясности и лаконизма.
[0008] На фиг. 1 показан инструмент для внутрискважинных работ для проходки сквозь препятствие в стволе скважины согласно одному варианту осуществления.
[0009] На фиг. 2 показан режущий инструмент, повернутый относительно оси инструмента согласно одному варианту осуществления.
[0010] На фиг. 2А показан режущий инструмент смещенный вбок относительно оси инструмента согласно одному варианту осуществления.
[0011] На фиг. 3 показано сечение анкерного крепления инструмента согласно одному варианту осуществления.
[0012] На фиг. 4 показано сечение регулятора хода согласно одному варианту осуществления.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] На фиг. 1 показан инструмент 10 для внутрискважинных работ, установленный в стволе 12 скважины для проходки сквозь препятствие 11 в стволе 12 скважины. В данном документе термин «препятствие» может в общем означать нежелательное сужение ствола скважины любого вида. Как рассмотрено в разделе «Уровень техники» в данном документе, примеры препятствия включают в себя, без ограничения этим, часть обрушенного ствола скважины, часть смятых трубных изделий и посторонние предметы («fish»), например, спускаемая на тросовом канате пробка, вышедшая из строя дроссельная заслонка в скважинном предохранительном клапане, упущенная колонна инструмента, и т.п. Для настоящего изобретения, препятствие показано в общем виде ссылочной позицией 11 на фиг. 1.
[0014] В одном варианте осуществления инструмент 10 для внутрискважинных работ может быть развернут в стволе 12 скважины с помощью скважинной системы развертывания с возможностями передачи электропитания и управляющих сигналов на инструмент 10 для внутрискважинных работ с поверхности и возвращения данных с инструмента 10 для внутрискважинных работ на поверхность. Например, инструмент 10 для внутрискважинных работ может быть развернут на конце бронированного электрического кабеля («кабеля») или длинномерной трубы, имеющей электрический кабель, установленный в ней. Как пример, на фиг. 1 показан инструмент 10 для внутрискважинных работ, развертываемый на конце каротажного кабеля 13, подвешенного на кране или мачте (не показано) над оборудованием устья скважины (не показано). Может также применяться другое средство передачи данных и команд, такое как волоконно-оптический кабель.
[0015] В одном варианте осуществления, инструмент 10 для внутрискважинных работ включает в себя анкерное крепление 14 для удержания инструмента 10 для внутрискважинных работ на месте во время проходки сквозь препятствие. Анкерное крепление 14 может входить в зацепление со стенкой ствола 12 скважины, обсадной колонной или хвостовиком, установленным в стволе 12 скважины или длинномерной трубой в стволе 12 скважины. Показанный на фиг. 3 пример варианта осуществления анкерного крепления 14 включает в себя корпус 16 анкерного крепления, на котором установлен радиально расширяющийся анкер 18. Корпус 16 анкерного крепления может иметь аксиальный канал 17 для прохода инструментов, текучих сред и т.п. Анкерное крепление 14 может включать в себя приводной механизм 20 для поступательного перемещения радиально расширяющегося анкера 18 на корпусе 16 анкерного крепления для перемещения радиально расширяющегося анкера 18 между сложенным положением и раздвинутым положением. Приводной механизм 20 может включать в себя, например, пустотелый двигатель 22, систему 24 зубчатого редуктора и винтовую передачу 26, установленные на корпусе 16 анкерного крепления. Двигатель 22 может быть, например, электрическим, пневматическим, или гидравлическим двигателем.
[0016] Как показано на фиг. 1, инструмент 10 для внутрискважинных работ включает в себя режущий инструмент 30 для проходки сквозь препятствие 11 в стволе 12 скважины. Режущий инструмент 30 имеет один или больше режущих элементов, которые могут быть установлены на препятствие 11 и применяться для истирания, перемалывания и/или другого режущего воздействия на препятствие 11. Режущие элементы могут быть лезвиями, буровыми долотами и т.п.
[0017] В одном варианте осуществления режущий инструмент 30 может быть снабженным двумя лезвиями встречного вращения режущим устройством. Такие варианты осуществления включают в себя режущий инструмент 30, имеющий два лезвия 31 (только одно лезвие видно на чертеже), установленных смежно друг с другом, с таким зазором между лезвиями 31, что лезвия 31 не контактируют друг с другом, когда вращаются, и приводной механизм (не показано) для вращения двух лезвий 31 в противоположных направлениях, обычно вокруг общей оси вращения (показана позицией 31А). Приводным механизмом может управлять двигатель 42, такой как электрический двигатель, пневматический двигатель или гидравлический двигатель, включенный в состав инструмента 10 для внутрискважинных работ. Введение режущего элемента встречного вращения в режущий инструмент 30 должно улучшать скорость проходки и эффективность режущего инструмента 30, снижать величину осевой нагрузки (веса), требуемого для прижатия режущего инструмента 30 к препятствию, и значительно уменьшать риск «отбрасывания назад» вследствие прихвата лезвия режущего инструмента 30, которое может повреждать развертываемый на каротажном кабеле инструмент.
[0018] Пример режущего устройства с двумя лезвиями встречного вращения раскрыт в публикации патентной заявки U.S. No. 2013/0048329, поданной Qian (далее, публикация 329). Режущее устройство с двумя лезвиями встречного вращения, такое, как раскрытое в публикации 329, или другое аналогичное устройство можно применять, как режущий инструмент 30 в одном варианте осуществления.
[0019] В другом варианте осуществления режущий инструмент 30 может быть режущим устройством с одним вращающимся лезвием. В другом варианте осуществления режущий инструмент 30 может иметь больше двух вращающихся лезвий. В другом варианте осуществления режущий инструмент 30 может быть буровым долотом.
[0020] В одном варианте осуществления поворотный механизм 40 соединен с режущим инструментом 30 и может применяться для регулирования положения при резании режущего инструмента 30. В качестве примера, поворотный механизм 40 может включать в себя шарнирный палец 35 вокруг которого режущий инструмент 30 может поворачиваться. Режущий инструмент 30 может быть соединен с шарнирным пальцем 35 так, что угол смещения режущего инструмента 30 относительно оси 33 инструмента может быть установлен с помощью регулирования угла поворота режущего инструмента 30 вокруг шарнирного пальца 35. Данным перемещением может независимо управлять подходящий приводной механизм вращения в поворотном механизме 40, такой как электрический двигатель и червячная передача.
[0021] В одном варианте осуществления поворотный механизм 40 соединен с поворотным элементом 45, который выполнен с возможностью вращения поворотного механизма 40 вокруг оси 33 инструмента. Поворотный элемент 45 может вращать поворотный механизм 40 на 360 градусов вокруг оси 33 инструмента. Поворотный элемент 45 может включать в себя, например, электрический или гидравлический двигатель и зубчатый механизм или редуктор. Режущий инструмент 30 соединен с поворотным механизмом 40 и должен вращаться с поворотным механизмом 40.
[0022] На фиг. 1, режущий инструмент 30 выставлен по оси 33 инструмента. Здесь угол смещения режущего инструмента 30 относительно оси 33 инструмента составляет 0 градусов. В данном положении ось вращения (показана позицией 31А) лезвия (лезвий) 31 режущего инструмента 30 по существу перпендикулярна оси 33 инструмента. Указанное должно приводить к фрезерованию с проходкой сквозь препятствие 11 с диаметром, по существу, одинаковым с диаметром режущего лезвия (лезвий) 31.
[0023] На фиг. 2, режущий инструмент 30 не выставлен по оси 33 инструмента, и угол θ смещения режущего инструмента 30 относительно оси 33 инструмента, поэтому больше 0 градусов. Данное должно приводить к фрезерованию с проходом через препятствие 11 с диаметром больше диаметра режущего лезвия 31. Диаметр фрезерования можно, поэтому, определять величиной углового смещения оси режущего инструмента. Функцию поворота можно применять, например, для регулирования местоположения и размера "окна", фрезеруемого в трубном изделии.
[0024] Поворотный механизм 40 является примером механизма углового смещения. В другом варианте осуществления, поворотный механизм 40 может быть заменен механизмом линейного смещения, таким, который проиллюстрирован позицией 40А на фиг. 2А. Механизм 40А линейного смещения можно применять для регулирования расстояния d смещения режущего инструмента 30 относительно оси 33 инструмента. В качестве примера, механизм 40А линейного смещения может включать в себя палец 35А, который скользит в пазу 37. Режущий инструмент 30 может быть соединен с пальцем 35А так, что расстояние d смещения между режущим инструментом 30 и осью 33 инструмента может быть отрегулировано поступательным перемещением пальца 35А в пазу 37. Когда режущий инструмент 30 выставлен по оси 33 инструмента, расстояние d смещения должно равняться нулю. Подходящий приводной механизм в механизме 40А линейного смещения можно применять для перемещения пальца 35А в пазу 37. Также, механизм 40А линейного смещения не ограничен устройством с пальцем и пазом и может, в общем, включать в себя любое устройство, которое можно применять для смещения режущего инструмента 30 относительно оси 33 инструмента. Как и в варианте поворотного механизма 40, механизм 40А линейного смещения может быть соединен с поворотным элементом 45 и вращаться вокруг или отклоняться относительно оси 33 инструмента поворотным элементом 45.
[0025] Также можно иметь механизм смещения, который избирательно обеспечивает угловое или линейное смешение режущего инструмента 30.
[0026] Как показано на фиг. 1, в одном варианте осуществления инструмент 10 для внутрискважинных работ может включать в себя регулятор 50 хода для приложения аксиальной силы (и перемещения) вдоль оси 33 инструмента. Такая аксиальная сила может обеспечивать давление вниз/вперед на режущем инструменте 30 для содействия фрезерованию препятствия. Аксиальная сила может передаваться на режущий инструмент 30 через поворотный механизм 40 (или через механизм 40А линейного смещения фиг. 2А). Во время фрезерования окна лезвие (лезвия) 31 режущего устройства могут перемещаться радиально, по существу, от оси 33 инструмента. Регулятор 50 хода может также генерировать направленную вверх силу/перемещение режущего инструмента 30.
[0027] Регулятор 50 хода может иметь любую подходящую конфигурацию. Показанный на фиг. 4, пример регулятора 50 хода включает в себя корпус 51 регулятора хода, который может иметь аксиальный канал 53 для прохода текучих сред, инструментов и т.п. На корпусе 51 регулятора хода установлены двигатель 52, который может быть электрическим, пневматическим или гидравлическим, редуктор 54 и винтовая передача 56. Гайка 58, например, шариковая гайка, взаимодействует для совместной работы с винтовой передачей 56. Винтовая передача 56 имеет часть с наружной резьбой, проходящей от ее нижнего конца до обращенного вниз уступа на ее верхнем конце. Гайка 58 может иметь внутреннюю резьбу в своем верхнем конце, входящую в зацепление с наружной резьбой винтовой передачи 56. Гайка 58 может иметь наружные аксиальные шпоночные пазы, где шпонки, установленные на самом нижнем конце наружного кожуха 59, входят в зацепление и служат в качестве препятствующего вращению устройства 60. Двигатель 52, редуктор 54 и винтовая передача 56 могут быть помещены в камеру 61 уравновешенного давления для сохранения их чистыми и функциональными.
[0028] Другой пример регулятора хода, который можно применять в инструменте 10 подземного ремонта скважины, раскрыт в патентной заявке U.S. No. 2010/0126710 на имя Hallundbaek et al. (далее, публикация 710). В публикации 710 регулятор хода включает в себя поршень, установленный на валу и расположенный в цилиндре. Поршень делит цилиндр на две камеры, каждая из которых может быть избирательно заполнена текучей средой от насоса. Поршень перемещается вдоль цилиндра, реагируя на перепад давления текучей среды между данными двумя камерами. Когда поршень перемещается, вал перемещается вместе с поршнем и обеспечивает требуемую аксиальную силу.
[0029] Как показано на фиг. 1, в одном варианте осуществления инструмент 10 для внутрискважинных работ может включать в себя часть 64 со стабилизатором для центрировки инструмента 10 для внутрискважинных работ в стволе 12 скважины во время проходки сквозь препятствие. Может применяться любой подходящий стабилизатор для скважинных работ известный в технике. В общем, часть 64 со стабилизатором может включать в себя, например, радиальные гребни 66 и т.п., выполненные вокруг диаметра инструмента 10 для внутрискважинных работ. Радиальные гребни 66 могут быть складными, например, для обеспечения прохода инструмента 10 через суженные диаметры в стволе 12 скважины.
[0030] Выбуренная порода от инструмента 10 для внутрискважинных работ может быть оставлена на месте, или элемент уловителя обломков может быть встроен в инструмент 10 для внутрискважинных работ. В одном варианте осуществления, элемент уловителя может включать в себя циркуляцию текучих сред через режущий инструмент 30 в так называемый «шламометаллоуловитель», установленный снаружи или внутри на режущем инструменте 30 или в модуле, прикрепленном над режущим инструментом 30.
[0031] Хотя изобретение описано для ограниченного числа вариантов осуществления, специалисту в данной области техники, воспользовавшемуся данным описанием, должно быть понятно что можно разработать другие варианты осуществления, которые не отходят от объема изобретения, раскрытого в данном документе. Соответственно, объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.