СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОХОДА СКВОЗЬ ПОДЗЕМНЫЕ ПЛАСТЫ
SYSTEMS AND METHODS FOR USING PASSAGE THROUGH UNDERGROUND FORMATIONS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Объекты настоящего изобретения относятся в целом к системам и способам, используемым для выполнения операций внутри прохода сквозь подземные пласты, включая ограничение возникновения и распространения трещин внутри подземных пластов, размещение и цементирование хвостовика, бурение, бурение обсадной колонной, бурение хвостовиком, заканчивание и их комбинации.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления изобретения первого объекта настоящего изобретения касаются подземного создания материала для борьбы с поглощением из запаса обломков горных пород внутри пробуренного прохода, используемого для сдерживания возникновения или распространения трещин в стенке прохода сквозь подземные пласты. Устройства для использования этого первого объекта могут взаимодействовать с бурильными колоннами для создания материала для борьбы с поглощением в непосредственной близости к вновь обнаженным стенкам пластов пробуренной части прохода сквозь подземные пласты для своевременного нанесения указанного генерированного под землей материала для борьбы с поглощением на указанные стенки.
Варианты выполнения породоразрушающих инструментов, включающие этот первый объект, могут включать в себя: инструменты для расширения прохода (63 на фиг. 5-7), эксцентриковые фрезы (56 на фиг. 8-9), втулочные фрезы (57 на фиг. 10-12) и инструменты для получения суспензии горной породы (65 на фиг. 15-39). Пригодные варианты инструментов для расширения прохода и эксцентриковых фрез зависят от вариантов осуществления изобретения гнездовых колонных инструментов (49 на фиг. 145-166), выбранных для использования. Варианты осуществления изобретения указанных втулочных фрез представляют существенные усовершенствования подобных обычных инструментов, описанных в патенте США №3982594, который включен сюда во всей полноте в качестве ссылочного материала. Варианты осуществления изобретения, относящиеся к инструментам для получения суспензии горной породы (65 на фиг. 15-39), представляют существенные усовершенствования обычной наземной технологии, описанной в патенте США №4090673, который включен сюда во всей полноте в качестве ссылочного материала, и их помещают внутри бурильной колонны для генерирования материала для борьбы с поглощением из обломков горных пород в подземной окружающей среде. Варианты осуществления изобретения, касающиеся указанных инструментов для получения суспензии горной породы, измельчают обломки горных пород или другие хрупкие материалы, содержащиеся в шламе, посредством столкновения с вращающимся рабочим колесом или посредством центробежного ускорения указанных обломков горных пород или добавленного материала для столкновения с относительно неподвижной или противоположной вращательной поверхностью.
В вариантах осуществления породоразрушающих инструментов также используют получение суспензии горной породы и фрезерование запаса обломков горных пород, создаваемых буровым долотом или буровым расширителем для создания материала для борьбы с поглощением, в то время как обычные способы основаны на добавлении на поверхности материала для борьбы с поглощением с присущим ему запаздыванием между обнаружением подземных трещин на основе поглощения циркулирующего жидкого бурового раствора и последующим добавлением материала для борьбы с поглощением. Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают возникновение или распространение трещин в пластах, создавая материал для борьбы с поглощением из запаса обломков горных пород, увлекаемых через пробуренный проход циркулирующим буровым раствором, покрывающим стенку пластов указанного прохода до возникновения или существенного распространения трещин.
Вследствие ее относительно жесткой природы горная порода имеет тенденцию образовывать трещины при бурении и циркуляции бурового раствора под давлением. Со своевременным нанесением материала для борьбы с поглощением варианты осуществления настоящего изобретения могут использоваться для более глубоких подземных пластов до облицовки прохода в пластах защитной обсадной колонной, улучшая барьер для перепада давления, известный как фильтрационная корка, между подземными пластами и циркулирующим буровым раствором, приводя в действие материал для борьбы с поглощением в пространства пор, разрывов или малых трещин в указанной стенке, покрытой циркулирующим буровым раствором своевременно для снижения тенденции образования и распространения трещин. Закладка материала для борьбы с поглощением внутрь фильтрационной корки, покрывающей поровое пространство всей горной породы, сдерживает возникновение трещин посредством улучшения природы удерживания перепада давления указанной фильтрационной корки. Различные способы ограничения возникновения и распространения трещин внутри пластов существуют и описаны в патенте США №5207282, который включен сюда во всей полноте в качестве ссылочного материала.
Варианты осуществления настоящего изобретения, включая породоразрушающие инструменты (56, 57, 63, 65), инструменты для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124) и вставные колонные инструменты (49 на фиг. 145-166), используют механическое и под давлением нанесение созданного под землей материала для борьбы с поглощением для дополнения и/или замещения добавляемого на поверхности материала для борьбы с поглощением в поры пластов и пространства трещин, дополнительно усиливая способность сдерживания перепада давления указанной фильтрационной корки для дополнительного сдерживания возникновения или распространения трещин со своевременным нанесением и уплотнением указанного материала для борьбы с поглощением, называемым специалистами в данной области техники также усилением зоны кольцевых сжимающих напряжений ствола скважины. Обычные способы в целом требуют остановки бурения для выполнения усиления зоны кольцевых сжимающих напряжений ствола скважины, в то время как варианты осуществления настоящего изобретения могут использоваться для непрерывного изменения давления, прилагаемого к стволу скважины, укрепления ствола скважины при бурении, циркуляции и/или вращения колонны обсадных труб, несущей указанные варианты осуществления изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения согласно его второму объекту касаются способности имитации бурения обсадной колонной и бурения хвостовиком с размещением защитной облицовки внутри подземных пластов без необходимости извлечения бурильной колонны. Дополнительно этот второй объект может использоваться для размещения фильтровых труб, пулевых перфораторов, внутриколонных пакеров и другого оборудования для заканчивания скважины внутри подземных пластов. Как только желательная глубина скважины в подземных пластах достигнута, инструмент для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124) или гнездовой колонный инструмент (49 на фиг. 145-166) отделяют одну или более внешних концентрических колонн труб и зацепляются с указанными колоннами в проходе сквозь подземные пласты. Этот второй объект настоящего изобретения может быть скомбинирован с вариантами осуществления породоразрушающих инструментов (56, 57, 63, 65) с использованием первого объекта настоящего изобретения для снижения тенденции образования и распространения трещин, пока второй объект настоящего изобретения не изолирует подземные пласты защитной облицовкой. Это предприятие устраняет риски сначала извлечения бурильной колонны и впоследствии направления хвостовика, обсадной колонны, заканчивающей или другой защитной колонны крепления в осевом направлении вниз внутри прохода сквозь подземные пласты, в ходе чего способность противодействовать опасным явлениям под землей ограничена.
Варианты согласно третьему объекту настоящего изобретения касаются способности нагнетания цементного раствора в осевом направлении вниз или в осевом направлении вверх через первый кольцевой проход между подземными пластами и защитной облицовкой, сцепления указанной облицовки со стенками прохода сквозь подземные пласты, с использованием вариантов инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124).
Обычные способы цементирования основаны на нагнетании цементного раствора в осевом направлении вверх через первый кольцевой проход, в то время как третий объект настоящего изобретения может использовать более высокий удельный вес указанного цементного раствора для содействия его нагнетанию в осевом направлении вниз через указанный первый кольцевой проход, эффективно позволяя буровому раствору падать на место с минимальным прилагаемым давлением. Поскольку цементирование на верхнем конце указанной защитной облицовки является наиболее критическим для создания барьера для перепада давления, изолирующего более слабые неглубокие пласты горных пород, размещение с содействием силы тяжести согласно третьему объекту настоящего изобретения существенно увеличивает вероятность размещения цементного бурового раствора на верхнем конце, не вызывая поглощение в пласты по сравнению с обычными способами.
Варианты осуществления указанного инструмента для прохождения бурового раствора также могут быть снабжены гибкой мембраной (76 на фиг. 58-59 и 88-93), функционирующей как забуриваемая обсадная колонна или башмак обсадной колонны, предотвращающей эффект сообщающихся сосудов размещаемого в осевом направлении вверх или вниз цемента без извлечения внутренней бурильной колонны или нагнетания цемента через чувствительное устройство, такое как электродвигатели и каротажные приборы или бурильное оборудование в указанной внутренней бурильной колонне.
После того как цементация осуществлена и указанная надувная мембрана предотвращает эффект сообщающихся сосудов, внутренняя бурильная колонна двухтрубной колонны (49 на фиг. 145-166) может использоваться для продолжения бурения подземного прохода, в то время как размещенный цемент затвердевает.
Хотя цементирование является превалирующим для третьего объекта настоящего изобретения, любой буровой раствор, включая буровой раствор или раствор для заканчивания скважины, может отводиться в осевом направлении вниз или вверх через первый кольцевой проход с вариантами осуществления инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124). В случаях с высоким сопротивлением флюиду в кольцевом пространстве циркуляция бурового раствора или раствора для заканчивания скважины, включая размещение гравийных фильтров или возобновление бурения с поглощением бурового раствора, трение в ограниченном пространстве первого кольцевого прохода, может использоваться для замедления потери бурового раствора, сохраняя гидростатический напор и/или поток с содействием силы тяжести при циркуляции любого флюида.
Варианты согласно четвертому объекту настоящего изобретения устраняют потребность в выборе между скоростями бурового раствора в кольцевом пространстве и связанными режимами давления в кольцевом пространстве обычных способов бурения, бурения хвостовиком и бурения обсадной колонной. С использованием этого четвертого объекта, преимущество более существенной скорости в кольцевом пространстве и связанного давления в кольцевом пространстве могут имитировать с колонной труб большого диаметра (49 на фиг. 145-166), используемых для несения защитной облицовки с буровым снарядом.
Обычные способы для выполнения операций внутри прохода сквозь подземные пласты требуют исключительного выбора высоких скоростей в кольцевом пространстве и связанных с ними давлений в кольцевом пространстве для бурения хвостовиком или бурения обсадной колонной, если защитная облицовка должна использоваться как бурильная колонна. Варианты осуществления настоящего изобретения (49 на фиг. 145-166) несут защитную облицовку с бурильной колонной, допуская выбор нижней скорости в кольцевом пространстве и давления в кольцевом пространстве традиционной бурильной колонны, пока указанная облицовка не войдет в сцепление со стенкой пластов, после чего бурильная колонна может продолжать бурение и не будет извлекаться из прохода сквозь подземные пласты, как описано согласно третьему объекту настоящего изобретения. Если множество защитных облицовок несет внутренняя бурильная колонна, последовательность защитных облицовок может быть размещена без извлечения внутренней бурильной колонны, как описано в варианте осуществления изобретения с бурением хвостовиком, показанном на фиг. 159.
Бурение с хвостовиком подобно бурению с обсадной колонной с различием, состоящим в наличии узла перекрестного потока в бурильной колонне на ее верхнем конце. Поскольку указанный узел перекрестного потока в целом не расположен внутри подземных пластов и не оказывает большого влияния на скорости и давления в кольцевом пространстве, испытываемые скважиной в пластах, бурение хвостовиком и бурение обсадной колонной в дальнейшем описании упоминаются синонимично.
Дополнительно, где большой диаметр буровой установки для бурения обсадной колонной предшествующего уровня техники обеспечивает преимущество эффекта смазки буровым раствором, в целом неприменимого с бурильными колоннами меньшего диаметра, варианты выполнения вставного колонного инструмента согласно изобретению (49 на фиг. 145-166) также имитируют указанный эффект смазки, не требуя более высоких скоростей в кольцевом пространстве и фрикционных потерь, связанных с ними с обычным бурением обсадной колонной, посредством направления потока во внутреннем кольцевом проходе в том же осевом направлении, в котором циркулирует флюид в кольцевом проходе между пластами и бурильной колонной, таким образом увеличивая пропускную способность и уменьшая скорость и связанную потерю давления в направлении кольцевого потока.
Варианты осуществления изобретения, включающие четвертый объект настоящего изобретения, могут имитировать эффект смазки, скорость в кольцевом пространстве и давление бурения или бурения обсадной колонной. В противоположность обычным способам бурения обсадной колонной, варианты выполнения вставного колонного инструмента (49 на фиг. 145-166) согласно изобретению имеют множество внутренних циркуляционных каналов, которые могут быть ориентированы во множестве направлений инструментом для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124) для имитирования скорости в кольцевом пространстве и фрикционных потерь бурильной установки или установки для бурения обсадной колонной в первом кольцевом проходе между инструментальной колонной и проходом сквозь подземные пласты.
Варианты осуществления изобретения согласно пятому объекту настоящего изобретения касаются способности неоднократно выбирать и повторно задавать параметры имитации скорости циркуляции жидкого бурового раствора и связанного давления во множестве направлений посредством использования третьего и четвертого объектов настоящего изобретения, описанных выше, с вариантами осуществления многофункционального инструмента (фиг. 73-87 и 125-131), используемого для управления соединением прохода вариантами инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124).
Варианты осуществления изобретения согласно шестому объекту настоящего изобретения касаются способности включать различные выбранные варианты осуществления настоящего изобретения в единый инструмент (49 на фиг. 145-166), имеющий множество колонн обсадных труб с инструментами для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124), многофункциональными инструментами (фиг. 73-87 и 125-131), управляющими указанными инструментами для прохождения бурового раствора, и подземными инструментами для генерирования материала для борьбы с поглощением (56, 57, 63, 65 на фиг. 5-39) для получения преимуществ первых пяти объектов и целевых подземных глубин, которые больше возможных в настоящее время с использованием обычной технологии.
Существует потребность в системах и способах для увеличения доступного количества материала для борьбы с поглощением для своевременного нанесения на подземные слои для последующего снижения тенденции возникновения и распространения трещин в пластах.
Существует потребность в системах и способах для сцепления защитных хвостовиков, обсадных труб и оборудования для заканчивания скважины с подземными пластами без потребности извлечения бурильной колонны.
Существует потребность в системах и способах содействия силой тяжести циркуляции бурового раствора и цементного раствора в осевом направлении вниз или в осевом направлении вверх между хвостовиками, обсадными трубами, средствами заканчивания, другими защитными облицовками и подземными пластами, не воздействуя на чувствительное к буровому раствору внутреннее оборудование для бурения и заканчивания, такое как гидравлические забойные двигатели, оборудование для каротажа при бурении, пулевые перфораторы и фильтровые трубы.
Существует потребность в забуривании чувствительных компонентов заканчивания, после чего бурильная колонна может использоваться как эксплуатационная колонна или колонна для закачивания.
Существует потребность в способах и системах, имитирующих скорости в кольцевом пространстве и связанные давления бурильных или заканчивающих колонн предшествующего уровня техники в чувствительных пластах горных пород, восприимчивых к образованию трещин, без потери эффектов смазывания, несения защитных облицовок или неблагоприятного воздействия на чувствительное оборудование внутри указанных бурильных колонн.
Существует другая потребность в системах и способах, в которых выбор указанных скоростей в кольцевом пространстве, связанных с ними давлений и эффектов смазывания не исключителен, но повторяется во время повторяющегося направления прохождения сквозь подземные пласты и сцепления защитной облицовки с указанным проходом без потребности извлечения внутренней бурильной колонны, подвергающей эксплуатацию скважины рискам при выходе и повторном входе в указанный проход.
Существенные опасности и затраты существуют для исключительного выбора преимуществ, связанных с существующей технологией, которые при умножении на количество проходов и размещенных защитных облицовок составляют существенную стоимость операций.
Также существует потребность в системах и способах, в целом применимых в подземных пластах, восприимчивых к образованию трещин, для достижения больших глубин, чем в настоящее время практически или реально достижимо с существующей технологией до размещения защитных облицовок при бурении и заканчивании.
Настоящее изобретение направлено на эти потребности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В подробном описании различных вариантов осуществления настоящего изобретения, представленного ниже, сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
Фиг. 1-4 иллюстрируют способы предшествующего уровня техники для определения глубины, на которой должна быть размещена техническая обсадная колонна в подземных пластах, выраженной величиной градиента гидравлического давления трещин подземных пластов и требуемой плотностью бурового раствора для предотвращения возникновения и распространения трещин, включая способы предшествующего уровня техники, которыми указанные возникновение и распространение трещин могут объясняться и контролироваться.
Фиг. 5-7 - вариант выполнения инструмента для расширения скважины для расширения подземной скважины с двумя или больше ступенями выдвигаемых и задвигаемых режущих инструментов.
Фиг. 8-9 - вариант выполнения инструмента для фрезерования горных пород, имеющего фиксированную конструкцию для фрезерования выступов стенки прохода в пластах и дробления частиц горной породы, переносимых жидким буровым раствором, при взаимодействии со стенкой прохода в пластах.
Фиг. 10-12 - вариант выполнения втулочной фрезы, имеющей множество эксцентриковых вращающихся конструкций для фрезерования выступов стенки прохода в пластах с захватом и дроблением частиц горных пород, переносимых жидким буровым раствором, при взаимодействии со стенкой указанного прохода в пластах.
Фиг. 13-14 - устройство предшествующего уровня техники для центробежного дробления частиц горных пород.
Фиг. 15 и фиг. 18-22 - вариант выполнения инструмента для получения суспензии горной породы, в котором стенка прохода сквозь подземные пласты сцепляется со стенкой указанного инструмента, имеющего различные варианты его выполнения, в которых внутренняя дополнительная стенка, расположенная внутри указанной стенки, сцепляющейся с пластами, вращается относительно внутреннего рабочего колеса, прикрепленного к внутренней вращающейся колонне обсадных труб, и предназначена при использовании для ускорения, соударения и дробления обломков горных пород, прокачиваемых через внутреннюю полость указанного инструмента, после чего раздробленные обломки горных пород откачиваются из указанной внутренней полости.
Фиг. 16-17 - два примера ударных поверхностей, которые могут взаимодействовать с ударной поверхностью для содействия дроблению или резанию горной породы.
Фиг. 23-25 - два варианта выполнения инструментов для получения суспензии горной породы, которые могут быть сцеплены с одностенной колонной обсадных труб или двустенной колонной обсадных труб, соответственно, для создания материала для борьбы с поглощением посредством прокачивания обломков горных пород, содержащихся в жидком буровом растворе, через центральную полость указанных инструментов, которые соударяются и создают центробежное ускорение более плотных обломков горных пород через рабочее колесо для содействия дроблению указанных обломков горных пород.
Фиг. 26-31 - составные части варианта выполнения инструмента для получения суспензии горной породы по этапам сцепления указанных составных частей указанного инструмента, причем части сцепляются последовательно от фиг. 26 до фиг. 30, при этом полученный узел показан на фиг. 30 как имеющий размеры для сцепления изнутри ударной стенки, показанной на фиг. 31.
Фиг. 32 - вариант выполнения инструмента для получения суспензии горной породы согласно настоящему изобретению, состоящего из составных частей, показанных на фиг. 26-31, в котором ударная стенка, показанная на фиг. 31, расположена вокруг внутренних составных частей, показанных на фиг. 30, с вращательными соединениями колонны и поверхностями упорного подшипника, взаимодействующими с обоими концами для сцепления с бурильной колонной обсадных труб, расположенных внутри подземных пластов.
Фиг. 33-34 - варианты выполнения составных частей инструмента для получения суспензии горной породы, который может быть скомбинирован с инструментом для получения суспензии горной породы, показанным на фиг. 32, в котором инструмент, показанный на фиг. 33, может быть сцеплен с одностенной бурильной колонной обсадных труб, и инструмент, показанный на фиг. 34, может быть сцеплен с двустенной колонной обсадных труб, имеющей внешнюю колонну обсадных труб, сцепленную с концами элемента, показанного на фиг. 34, и в котором инструмент, показанный на фиг. 32, может быть извлечен с внутренней обсадной колонной.
Фиг. 35-39 - инструмент, показанный на фиг. 32, сцепленный с составной частью, показанной на фиг. 34, для создания инструмента для получения суспензии горной породы для вращательной одностенной колонны обсадных труб.
Фиг. 40-41 - одностенные бурильная колонна и бурильная обсадная колонна, соответственно, показывающие обычное нагнетание бурового раствора в осевом направлении вниз и в осевом направлении вверх.
Фиг. 42 - вариант выполнения двух инструментов для прохождения бурового раствора, сцепленных на дистальных концах двустенной колонны обсадных труб, имеющей позиции А и В, обозначающие верхний и нижний инструменты для прохождения бурового раствора, соответственно.
Фиг. 43-48 - увеличенные виды А и В верхнего и нижнего инструментов для прохождения бурового раствора, показанных на фиг. 42, соответственно, где нагнетание бурового раствора в осевом направлении вниз и в осевом направлении вверх показано на фиг. 43 и 44, изображающих имитацию потока бурового раствора обычной бурильной колонны, фиг. 45 и 46, изображающих имитацию потока бурильной обсадной колонны, и фиг. 47 и 48, изображающих циркуляцию в осевом направлении вниз между инструментами и проходом, внутри которого он расположен, с потоком в осевом направлении вверх через внутренний проход.
Фиг. 49-53 - составные части варианта выполнения узла инструмента для прохождения бурового раствора, показывающие ступени сцепления указанных составных частей, где элементы сцепляются последовательно от фиг. 49 до фиг. 53 с получением узла, показанного на фиг. 53, используемого как забуриваемое подвесное устройство защитного хвостовика или забуриваемый внутриколонный пакер для заканчивания, расположенный внутри и сцепляющийся со стенкой прохода сквозь подземные пласты.
Фиг. 54-55 - составные части инструмента, показанного на фиг. 52-53, используемого для сцепления и уплотнения перепада давления защитной облицовкой фиг. 52 к стенкам прохода сквозь подземные пласты.
Фиг. 56-59 - виды составных частей варианта выполнения узла инструмента для прохождения бурового раствора, показывающие ступени сцепления указанных составных частей, в котором элементы сцепляются последовательно от фиг. 56 до фиг. 59 с получением узла, показанного на фиг. 59, используемого как башмак забуриваемой технической обсадной колонны, предотвращающий эффект сообщающихся сосудов для цемента и облегчающий освобождение элемента, показанного на фиг. 57, для извлечения или продолжения бурения прохода сквозь подземные пласты.
Фиг. 60-64 - вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора, показанного как внутренняя составная часть на фиг. 50, причем на фиг. 60 и 63 показаны виды в плане по линиям сечений для изометрических видов в сечении, показанных на фиг. 61, 62 и 64, которые иллюстрируют различные расположения внутренних вращающихся проходящих радиально проходов и стенок с отверстиями, используемыми для отведения потока бурового раствора.
Фиг. 65-70 - вращающиеся составные части, показанные на фиг. 60-64, изображающие проходящие в радиальном направлении проходы и стенки с отверстиями, используемыми для нагнетания бурового раствора.
Фиг. 71-72 - варианты выполнения сцеплений, альтернативных показанным на фиг. 67-70, для вращения нижних частей составных элементов, показанных на фиг. 68 и 70, в которых подвижные в осевом направлении оправки, сцепленные со связанными с ними гнездами, вращают нижние составные части, показанные на фиг. 68 и 70, а не храповые зубцы, показанные на верхней части указанных составных частей. Фиг. 73-78 - составные части, показанные на фиг. 60-64, используемые как внутренний многофункциональный инструмент для неоднократного выбора внутренней конфигурации прохода, показанного на фиг. 60-64, когда приводной инструмент зацепляется с выступами оправки внутри указанных составных частей, перемещая их в осевом направлении вниз до выхода из указанных составных частей.
Фиг. 79-87 - составные части многофункционального инструмента, показанного на фиг. 73-78, причем фиг. 87 является видом в плане указанных собранных составных частей с пунктирами, показывающими скрытые поверхности.
Фиг. 88-93 - инструмент, показанный на фиг. 59, расположенный внутри прохода сквозь подземные пласты, с видами поперечных сечений, изображающими рабочее взаимодействие между составными частями.
Фиг. 94-103 - инструмент, показанный на фиг. 49-53 и фиг. 60-87, расположенный внутри прохода сквозь подземные пласты, с видами поперечных сечений, показывающими рабочее взаимодействие между составными частями.
Фиг. 104 - приводной инструмент для приведения в действие варианта выполнения многофункционального инструмента и/или уплотнения внутреннего прохода вариантов выполнения инструмента для прохождения бурового раствора для отклонения потока.
Фиг. 105-107 - вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора, в котором осевая длина инструмента может быть различна, и защитная облицовка может быть отделена и сцеплена со стенкой прохода сквозь подземные пласты при помощи приводного инструмента, отклоняющего поток в ориентированные в радиальном направлении проходы.
Фиг. 108 - вид в плане варианта выполнения проходящих наклонно по вертикали и радиально наружу каналов через инструмент для прохождения бурового раствора, имеющего шлицевую конфигурацию между инструментом и внешней трубой большого диаметра, в котором может происходить перекрестный поток бурового раствора в осевом направлении вниз и в осевом направлении вверх выше и ниже указанного инструмента для прохождения бурового раствора.
Фиг. 109-117 - вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора, в котором вращающиеся стенки с отверстиями и гибкой мембраной для закупоривания первого кольцевого прохода могут использоваться для регулирования потока бурового раствора, скоростей в кольцевом пространстве и связанных с ними давлений, имитирующих обычные бурильные колонны или бурильные обсадные колонны.
Фиг. 118 - вариант выполнения составляющих частей инструмента для прохождения бурового раствора, где две скользящие стенки, имеющие отверстия, подвижны в осевом направлении, для совмещения или блокирования указанных отверстий для нагнетания или блокирования потока бурового раствора между внутренним проходом и внешним проходом указанных скользящих стенок.
Фиг. 119-120 - различные варианты выполнения инструментов, используемых для устранения функции блокирования приводного устройства, размещенного внутри внутреннего прохода, позволяя захватывать множество устройств ловильным инструментом. Фиг. 121-124 - вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора, в котором скользящие в осевом направлении стенки с отверстиями сообщаются с первым кольцевым проходом и дополнительным кольцевым проходом между самым внутренним проходом и первым кольцевым проходом, в котором скользящие стенки с отверстиями перемещаются в осевом направлении для имитации давлений и скоростей в кольцевом пространстве бурильных колонн и бурильных обсадных колонн.
Фиг. 125-131 - вариант выполнения многофункционального инструмента, используемого для многократного и выборочного вращения колонны и передвижения в осевом направлении скользящих стенок с отверстиями или сцепления и расцепления скользящих оправок внутри связанных с ними гнезд двустенной колонны с использованием гидравлического насоса, сцепленного и приведенного в действие перемещающейся в осевом направлении и вращающейся внутренней колонной обсадных труб.
Фиг. 132 - приводное устройство предшествующего уровня техники, показанное как ловильный инструмент буровой трубы.
Фиг. 133-135 - вариант выполнения ловильного инструмента буровой трубы, имеющей внутреннюю мембрану перепада давления, пробитую прокалывающим ловильным инструментом для удаления указанной мембраны перепада давления и освобождения указанного ловильного инструмента для продолжения прохождения через внутренний проход.
Фиг. 136-139 - вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора для соединения двух внутренних колонн, расположенных внутри большей внешней колонны. Фиг. 140-144 - примеры бурения и бурения обсадной колонной предшествующего уровня техники.
Фиг. 145-147 - два варианта выполнения вставной колонны обсадных труб, в котором нижняя часть колонны, показанной на фиг. 145, может быть скомбинирована с любой из двух верхних частей колонны, показанной на фиг. 146 и 147.
Фиг. 148-155 - варианты выполнения сцепления и разъединения элементов, используемых для достижения множества объектов в рамках настоящего изобретения, согласно которым указанные сцепление и разъединение происходят внутри прохода сквозь подземные пласты.
Фиг. 156-161 - варианты выполнения инструментов и/или элементов сцепления с использованием множества объектов в рамках настоящего изобретения во время бурения прохода и размещения защитных облицовок внутри подземных пластов.
Фиг. А-Е - варианты выполнения верхнего конца вставного колонного инструмента, используемого во время размещения защитных облицовок или оборудования для заканчивания.
Фиг. 162-166 - варианты выполнения нижнего конца вставного колонного инструмента для сцепления с верхними концами, показанными на фиг. А-Е.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Перед ознакомлением с подробным описанием избранных вариантов осуществления настоящего изобретения следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено описанными здесь конкретными вариантами его осуществления и что настоящее изобретение может быть осуществлено или выполнено различными способами.
Первый объект настоящего изобретения относится, в целом, к своевременному созданию материала для борьбы с поглощением из обломков горных пород для осаждения внутри барьера, известного как фильтрационная корка, сцепленного со стенкой пластов для уплотнения перепада давлений относительно поровых пространств и трещин, таким образом сдерживая возникновения или распространения трещин внутри пластов.
На фиг. 1 показан изометрический вид общепринятых диаграмм предшествующего уровня техники, наложенных на разрез подземных пластов с двумя скважинами, связывающих подземные глубины с консистенциями шлама и эквивалентными градиентами давления пор и трещин подземных пластов. Диаграммы показывают, что плотность эффективно циркулирующего бурового раствора сверхдавления (1) пор подземных пластов должна поддерживаться для предотвращения притока нежелательных подземных веществ в указанный циркулирующий буровой раствор или обрушающихся под давлением горных пород со стенок прохода в пластах.
На фиг. 1 также показано, что плотность (3) бурового раствора должна быть между давлением (2) трещин подземных пластов и подземным поровым давлением (1) для предотвращения возникновения трещин и поглощения циркулирующего жидкого бурового раствора, притока пластовых флюидов или газов и/или обрушения горных пород со стенок пластов.
Во многих применениях предшествующего уровня техники плотность (3) бурового раствора должна поддерживаться внутри приемлемых границ (1 и 2) до установки защитной облицовки (3А), позволяющей увеличить плотность (3) шлама и предотвращать возникновения или распространения трещин в пластах, после чего процесс повторяется, и дополнительные защитные облицовки (3В и 3С) могут быть установлены до достижения конечной глубины.
Первый объект настоящего изобретения использует варианты выполнения породоразрушающих инструментов (56, 57, 63, 65 на фиг. 5-39) для увеличения градиента (2) давления гидравлического трещин до более высокого градиента (6) посредством введения материала для борьбы с поглощением в фильтрационную корку, известного также как усиление зоны кольцевых сжимающих напряжений для уплотнения перепада давления относительно пространств пор и трещин внутри пластов, позволяющего изменять плотность эффективной циркуляции между новыми границами (1 и 6) до установки защитных облицовок (4В) для предотвращения возникновения и распространения трещин в пластах.
Поскольку способность содержания материала для борьбы с поглощением в жидких буровых растворах ограничена, подземное генерирование материала для борьбы с поглощением может заместить или дополнить добавки на поверхности материала для борьбы с поглощением, позволяя добавлять дополнительно материал для борьбы с поглощением с меньшим размером частиц на поверхности и увеличивать общее количество материала для борьбы с поглощением, доступного для усиления скважинной зоны кольцевых сжимающих напряжений.
Увеличивая градиент давления гидравлического трещин от 2 до 6 с усилением скважинной зоны кольцевых сжимающих напряжений, можно задавать новую целевую глубину, увеличивая плотность (4) бурового раствора внутри подземных пластов без возникновения или распространения трещин до размещения более глубокой защитной облицовки (4В), потенциально экономя время и расходы. В примере, показанном на фиг. 1, при увеличенном градиенте давления (6) гидравлического трещин использовали на одну защитную облицовку или обсадную колонну (4А, 4В) меньше для достижения конечной глубины, чем с использованием облицовки или обсадных колонн (3А, 3В, 3С) при нижнем градиенте давления гидравлического трещин (2), таким образом экономя время и расходы.
Если бы новая целевая глубина была достигнута с использованием обычных способов и устройств бурения, то жидкий буровой раствор мог бы создавать трещины в пластах и был бы поглощен указанными трещинами, когда плотность (4) эффективной циркуляции бурового раствора превышает градиент (2) давления гидравлического трещин с различными комбинациями плотности и глубины, содержащими зону (5) потери циркуляции, на фиг. 1.
На фиг. 2 показан изометрический вид куба подземных пластов, иллюстрирующий модель зависимости, согласно предшествующему уровню техники, между подземными трещинами более прочного подземного пласта (7), расположенного на более слабом и раздробленном подземном формировании (9); перекрывающего более прочное подземное формирование (8), при этом существует проход (17) сквозь подземные пласты горных пород.
На фиг. 2 и 3 силы, действующие на модель, показанную на фиг. 2, и более слабый разрушенный пласт (9), показанный как изометрический вид на фиг. 3, включают в себя существенное давление покрывающих пластов (10 на фиг. 2), созданное весом верхней горной породы с силами, действующими в плоскости максимального горизонтального напряжения (11, 12 и 13 на фиг. 2 и 20 на фиг. 3), и силами, действующими в плоскости минимального горизонтального напряжения (14, 15 и 16 на фиг. 2 и 21 на фиг. 3).
Сопротивление образованию трещин в плоскости максимального горизонтального напряжения увеличивается с глубиной (11), но уменьшается более слабыми пластами (12). В этом примере плотность (13) эффективной циркуляции бурового раствора, показанная как противодействующая сила, превышает способность более слабых пластов горных пород противостоять указанной силе, и в результате возникает и/или распространяется разрыв (18).
Сопротивление образованию трещин в плоскости минимального горизонтального напряжения также увеличивается с глубиной (14), но уменьшается более слабыми пластами (15) с плотностью (16) эффективной циркуляции, показанной как противодействующая сила, превышающая сопротивление более слабых пластов горных пород, и в результате возникает и/или распространяется разрыв (18).
На фиг. 3, вследствие относительно жесткой природы большинства подземных горных пород, малые подземные горизонтальные трещины (23) в целом формируются в плоскости максимального горизонтального напряжения. Это можно наблюдать как кольцевые напряжения (22), распространяющиеся от плоскости максимального (20) до плоскости минимального (21) горизонтального напряжения, создающие малый разрыв (23) в стенке скважины (17).
Если силы горизонтального напряжения, противостоящие распространению трещин (12 и 15 на фиг. 2), меньше давления (13 и 16 на фиг. 2), прилагаемого плотностью эффективной циркуляции циркулирующего жидкого бурового раствора или статическим гидростатическим давлением статического жидкого бурового раствора, трещина (23) будет распространяться (24) с максимальными кольцевыми напряжениями в плоскости горизонтального напряжения (20), содействуя указанному распространению (24), поскольку они стремятся в плоскость (21) минимального горизонтального напряжения, показанные как заштрихованные выпуклые стрелки, воздействующие на кромки указанной трещины и точку распространения (25) трещин.
На фиг. 4 показан изометрический вид двух горизонтальных трещин через проход (17) сквозь подземные пласты, покрытые фильтрационной коркой (26). Обломки (27) горных пород размеров, превышающих размеры распределения частиц материала для борьбы с поглощением, могут быть набиты внутрь трещины и создавать большие поровые пространства, через которые давление может пройти (28) к точке распространения (25) трещин, допуская дальнейшее распространение трещин. Распространение трещин может сдерживаться посредством закладки частиц (29) с размером материала для борьбы с поглощением внутрь трещин, позволяя фильтрационной корке создавать перекрытие и уплотнение между частицами материала для борьбы с поглощением от уплотнения перепада давления точки распространения (25) трещин от эквивалентной плотности циркуляции и дальнейшего распространения.
Варианты выполнения породоразрушающих инструментов (56, 57, 63, 65 на фиг. 5-39) могут использоваться для генерирования материала для борьбы с поглощением вблизи поровых пространств и трещин (18) пластов для замещения или дополнения добавленного на поверхности материала для борьбы с поглощением, в то время как варианты выполнения инструментов для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118 и 121-124) могут использоваться для уменьшения эквивалентной плотности циркуляции и связанных потерь жидкого бурового раствора, пока достаточно материала для борьбы с поглощением не будет размещено в разрыве, и/или для нагнетания под давлением или уплотнения под давлением указанного материала для борьбы с поглощением с более высокой эквивалентной плотностью циркуляции посредством выборочного переключения между меньшими и более высокими давлениями с использованием указанного инструмента для прохождения бурового раствора, который может быть выполнен с использованием вариантов выполнения многофункциональных инструментов (112 на фиг. 73-87 и фиг. 125-131). Варианты выполнения вставного колонного инструмента согласно изобретению (49 на фиг. 145-166) могут также использоваться для механического смазывания и/или уплотнения фильтрационной корки и материала для борьбы с поглощением против поровых пространств и разрывов пластов для сдерживания возникновения или распространения трещин в пластах.
Варианты осуществления настоящего изобретения обрабатывают трещины в горизонтальной плоскости (18 на фиг. 2-4) и трещины не в горизонтальной плоскости (19 на фиг. 2) одинаково, заполняя материалом для борьбы с поглощением, генерированным внутри скважины, добавленным на поверхности материалом для борьбы с поглощением или их комбинациями, с избирательным манипулированием эффективной плотностью циркуляции для контроля возникновения горизонтальных трещин и своевременного уплотнения поровых пространств и трещин пластов фильтрационной коркой и материалом для борьбы с поглощением для предотвращения дальнейшего возникновения или распространения.
На фиг. 5-39 показаны варианты выполнения породоразрушающих инструментов, используемых для генерирования внутри скважины материала для борьбы с поглощением, которые включают в себя: инструменты для расширения скважины (63 на фиг. 5-7), эксцентриковые фрезы (56 на фиг. 8-9), эксцентриковые втулочные фрезы (57 на фиг. 10-12) и инструменты для получения суспензии горной породы (65 на фиг. 15-39).
Превалирующая практика определяет материал для борьбы с поглощением, как включающий частицы, имеющие размеры в диапазоне от 250 микронов до 600 микронов, или визуально между размерами мелкого и крупного песка, подаваемые в достаточном количестве для сдерживания возникновения и распространения трещин. Например, если технология с режущим инструментом с поликристаллическим алмазным резцом будет использоваться для получения относительно однородного размера частиц для большинства типов горных пород, и вероятность дробления частиц горных пород соотносится с размером обломков горных пород, генерируемых указанной технологией с поликристаллическим алмазным резцом, то приблизительно 4-5 дроблений обломков горных пород будут приводить к тому, что больше половины запаса частиц обломков горных пород, увлеченных из пробуренного прохода в пластах циркулирующим жидким буровым раствором, будет преобразована в частицы размера материала для борьбы с поглощением. Тяжесть и скорости проскальзывания через циркулирующий буровой раствор в вертикальных и наклонных скважинах в комбинации с вращающимися извилистыми проходами и увеличенной трудностью прохождения больших частиц через породоразрушающие варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают достаточное время пребывания для больших частиц внутри запаса обломков горных пород, которые будут раздроблены 4-5 раз, прежде чем они будут эффективно доведены до требуемого размера для легкого извлечения циркулирующим буровым раствором.
Породоразрушающие инструменты (56, 57, 63 или 65), используемые для подземного создания материала для борьбы с поглощением, могут также улучшать фрикционную природу стенки прохода сквозь подземные пласты шлифующим действием, снижая сопротивление трения, вращающий момент и гидродинамическое сопротивление, при вбивании фильтрационной корки и материала для борьбы с поглощением в поровое пространство и трещины пластов.
Когда обломки горных пород от бурения раздроблены на частицы размера материала для борьбы с поглощением и нанесены на фильтрационную корку, не только сдерживается возникновение трещин в поровых пространствах пластов и распространение трещин в проходах в пластах, но также и количество обломков горных пород, которые должны быть извлечены из скважины, уменьшается, и такие обломки легче переносятся вследствие уменьшенных размеров их частиц и уменьшения связанной с этим плотности.
В то время как обычные способы включают добавление на поверхности больших частиц материала для борьбы с поглощением, таких как дробленая скорлупа орехов и другие твердые частицы, эти частицы обычно теряются во время обработки, когда возвратный жидкий буровой раствор проходит вибрационное сито. Наоборот, варианты осуществления настоящего изобретения непрерывно замещают указанные большие частицы, позволяя легче переносить более малые частицы, которые менее вероятно будут потеряны во время обработки, оставаясь в жидком буровом растворе, что снижает затраты на непрерывное поверхностное добавление больших частиц.
Комбинация разных размеров частиц полезна для уплотнения подземных трещин для создания эффективного уплотнения перепада давлений в комбинации с фильтрационной коркой. Когда большие частицы теряются во время обработки бурового раствора, более малые частицы обычно остаются, если буровые центробежные сепараторы исключены. Комбинация материала для борьбы с поглощением с меньшим размером частиц, добавленного на поверхности, с материалом для борьбы с поглощением с большим размером частиц, генерируемым внутри скважины, может использоваться для увеличения уровней доступного материала для борьбы с поглощением и сокращения числа дроблений и/или породоразрушающих инструментов, необходимых для генерирования достаточных уровней материала для борьбы с поглощением.
Варианты осуществления настоящего изобретения, таким образом, уменьшают потребность непрерывно добавлять частицы материала для борьбы с поглощением и уменьшают время между распространением трещины и обработкой благодаря непрерывному созданию внутри скважины материала для борьбы с поглощением около трещин при нагнетании вдоль прохода сквозь подземные пласты в осевом направлении вниз. Комбинация фильтрационной корки и материала для борьбы с поглощением усиливает ствол скважины, уплотняя точку распространения трещин. Обычные буровые установки не обращаются к проблеме создания или своевременного нанесения материала для борьбы с поглощением, или только случайно, по существу после точки распространения трещин, когда большая фракция обломков горных пород меньшего размера, наблюдаемая на вибрационном сите, генерируется внутри технической обсадной колонны, где она больше не требуется.
В целом, породоразрушающие инструменты (56, 57, 63 или 65) могут иметь верхний конец, сцепляемый с нижним концом прохода от выпуска одного или более шламовых насосов, и нижний конец, сцепляемый с верхним концом одного или более проходов для выпуска накачанного бурового раствора через одну или более вращательных буровых установок.
Изображенные варианты выполнения породоразрушающих инструментов показаны как имеющие одну или более окружающих стенок (51, 51А, 51В), окружающих первую стенку (50) с верхним и нижним концами, зацепленными с трубами бурильной колонны обсадных труб, имеющей внутренний проход (53), который нагнетает буровой раствор в осевом направлении вниз к указанной буровой установке. Указанные одна или более окружающих стенок зацепляют обломки горных пород и/или стенку пробуренного прохода, при этом фреза (56А, 111), выступ или подобный элемент породоразрушающего инструмента дробит обломки горных пород между ударной стенкой и стенкой пластов для шлифовки указанной стенки пластов и вбивания частиц с размером материала для борьбы с поглощением в пространства пор и трещин пластов.
Окружающая стенка указанных породоразрушающих инструментов будет направлять буровой раствор при взаимодействии со стенкой и/или через меньший проход вверх, создавая извилистый проход и падение давления на уровне указанного инструмента, сдерживая прохождение больших обломков горных пород для дальнейшего дробления или фрезерования.
Варианты выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы могут включать внутреннюю полость между стенками (50, 51, 51А, 51В), в которой используются рабочее колесо или лопасть для накачивания бурового раствора от кольцевого прохода между указанным инструментом и стенкой скважины в пластах во внутреннюю полость, где большие частицы сталкиваются и дробятся центробежным способом и затем откачиваются из внутренней полости в кольцевой проход.
На фиг. 5 и фиг. 6 показан изометрический вид варианта породоразрушающего инструмента и инструмента (63) расширения буровой скважины для расширения скважин внутри подземных горных пород двумя или более этапами. На фиг. 5 изображен телескопически удлиняемый сборочный узел с втянутыми режущими инструментами, в то время как на фиг. 6 показаны телескопически развернутые (68) ступени режущего инструмента, выдвинутые (70 на фиг. 6) в результате указанного развертывания. Режущие инструменты (63А) первой ступени, режущие инструменты (61) второй ступени и режущие инструменты (61) третьей ступени с ударными поверхностями (123), которые могут включать средства технологии с поликристаллическим алмазным резцом, показаны телескопически выдвинутыми (68) наружу (71 на фиг. 6). Первая колонна (50) обсадных труб перемещает буровой раствор внутри ее внутреннего прохода (53) и приводит в действие указанные режущие инструменты, сцепленные с дополнительной стенкой (51). Вращение вокруг центральной оси (67) инструмента вводит в зацепление указанные режущие инструменты первой и последующих ступеней со стенкой пластов для резания горной породы и расширения прохода сквозь подземные пласты. Наличие двух или больше ступеней режущих инструментов уменьшает размеры частиц обломков горных пород и создает ступенчатый извилистый проход, увеличивая тенденцию генерирования материала для борьбы с поглощением и сокращая количество дополнительных дроблений, требуемых для генерирования материала для борьбы с поглощением внутри прохода сквозь подземные пласты.
На фиг. 7 показан изометрический вид варианта выполнения дополнительной стенки (51) инструмента для расширения скважины с отверстиями (59) и гнездами (89), через которые ступенчатые режущие инструменты (61, 63А на фиг. 5 и 6) могут быть выдвинуты и задвинуты. Отверстия или гнезда создают боковую поддержку для ступенчатых режущих инструментов, когда они вращаются. Верхний конец дополнительной стенки (51) может быть сцеплен с дополнительной стенкой инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-70, 88-118, 121-124 и 136-139) или вставного колонного инструмента (49 на фиг. 145-166) для расширения скважины для прохождения дополнительных инструментов.
На фиг. 8 показан изометрический вид варианта выполнения эксцентрикового инструмента для фрезерования горных пород (56), имеющего эксцентриковую фрезу (56А) и ударные поверхности (123), такие как вкладыши из твердого сплава или режущие инструменты с поликристаллическим алмазным резцом, формирующие неотъемлемую часть дополнительной колонны (51) обсадных труб, расположенной вокруг первой колонны (50) обсадных труб. Верхний и нижний концы инструмента для фрезерования горных пород могут быть размещены между обсадными трубами двустенной колонны или вставного колонного инструмента (49 на фиг. 145-166) для нагнетания раздробленного запаса горной породы посредством захвата и дробления горной породы при взаимодействии со стенкой прохода, или зацепления с выступами горных пород от стенок пластов, вызывая создание частиц с размером материала для борьбы с поглощением из обломков горных пород.
На фиг. 9 показан вид сечения в плане породоразрушающего инструмента, показанного на фиг. 8, иллюстрирующий эксцентриковую фрезу (56А), имеющую радиус (R2) и смещение (D) от центральной оси инструмента и относительно внутреннего диаметра (ID) и радиус (R1) вставленной дополнительной стенки (51) с ударными поверхностями (123), такими как режущие инструменты с поликристаллическим алмазным резцом или вкладыши из твердого сплава, соединенные с указанной фрезой (56А). При использовании инструмент может быть расположен между обсадными трубами двустенной колонны или вставляемого колонного варианта выполнения инструмента (49 на фиг. 145-166).
На фиг. 10 показан изометрический вид варианта выполнения втулочной фрезы (57), имеющей множество расположенных стопой дополнительных вращательных стенок или втулок, имеющих эксцентриковые поверхности (124), сцепленных с твердыми ударными поверхностями (123) и промежуточными упорными подшипниками (125). Изображенная втулочная фреза имеет эксцентриковые фрезерные втулки (124), расположенные вокруг вставленной дополнительной стенки (51), и первую колонну (50) обсадных труб для использования со вставленным колонным инструментом (49 на фиг. 145-166). Множество вращающихся втулок, имеющих эксцентриковые поверхности (124), могут свободно вращаться и расположены вокруг двустенной колонны, имеющей соединения (72) с колонной обсадных труб, расположенной внутри прохода для содействия дроблению обломков горных пород на частицы с размером материала для борьбы с поглощением.
На фиг. 11 показан вид в плане варианта выполнения втулочной фрезы (57), расположенной внутри прохода сквозь подземные пласты (52). Свободно вращающиеся эксцентриковые фрезерные втулки (124) создают извилистый канал для бурового раствора внутри прохода сквозь подземные пласты (52) таким образом, что обломки горных пород в первом кольцевом проходе (55) захватываются и дробятся между указанной втулочной фрезой (57) и стенкой прохода сквозь подземные пласты (52), вызывая вращение индивидуальных втулок и также вызывая дробление породы на частицы с размером материала для борьбы с поглощением.
На фиг. 12 показан вид вертикального сечения втулочной фрезы, по линии АА-АА на фиг. 11, при удалении прохода сквозь подземные пласты для показа извилистого канала для бурового раствора, созданного инструментом. Фрикционное вращение колонны по обломкам горных пород, захваченных рядом с неэксцентриковой поверхностью втулки, заставляет эксцентриковую поверхность вращаться, и обломки горных пород могут далее захватываться выше в осевом направлении эксцентриковыми втулками, которые захватывают и дробят большие частицы, в то время как более малые частицы движутся по указанному извилистому проходу втулок, будучи увлекаемыми циркулирующим буровым раствором.
На фиг. 13 показан вид в плане центробежной камнедробилки предшествующего уровня техники для метания обломков (126) горной породы на ударную поверхность посредством подачи указанных обломков через центральный проход (127) и захвата указанных обломков вращающимся рабочим колесом.
На фиг. 14 показан изометрический вид сечения центробежной камнедробилки предшествующего уровня техники, показанной на фиг. 13, выполненного по линии АВ-АВ. На фиг. 14 изображен центральный проход (127), подающий обломки горной породы (126) к рабочему колесу (111), которое вращается в изображенном направлении (70). Рабочее колесо (111) мечет обломки горных пород на ударную поверхность (128) таким образом, что взаимодействие с рабочим колесом (111) и/или поверхностью (128) дробит обломки горной породы, которые затем удаляются через выходной проход (129).
На фиг. 15-39 показаны различные варианты выполнения инструментов (65) для получения суспензии горной породы, которые приводят в действие одну или более лопастей (111) рабочего колеса и/или эксцентриковых лопастей (56А), прикрепленных к дополнительным стенкам (51А), расположенным вокруг первой стенки (50), и взаимодействующих со стенкой (52) пластов. Первая стенка (50) вращается, приводя в действие одну или более дополнительных лопастей (111) рабочего колеса и/или эксцентриковых лопастей (56А), прикрепленных или к указанной первой стенке (50) или к дополнительной стенке (51В), расположенной вокруг указанной первой стенки, и приводится зубчатой передачей между указанной первой стенкой (50) и дополнительной стенкой (51А), взаимодействующей со стенкой пластов. Дополнительная стенка (51В), расположенная между первой стенкой (50) и дополнительной стенкой (51А), сцепляющейся со стенкой пластов, может вращаться при помощи зубчатой передачи в одном или противоположном направлении вращения и может иметь прикрепленные лопасти (56А, 111) для продвижения обломков горных пород или для действия как ударная поверхность для продвигаемых обломков горных пород. Сцепление частиц обломков горных пород более высокой плотности с лопастями (111) рабочего колеса или эксцентриковыми лопастями (56А) вызывает соударения и дробление и/или центробежное ускорение указанных элементов более высокой плотности к ударным стенкам и ножам рабочего колеса.
Относительные угловые скорости и направления вращения между лопастями (111) рабочего колеса, эксцентриковыми лопастями (56)и/или ударными стенками (50, 51, 51А, 51В, 52) могут быть различны для увеличения производительности дробления и/или предотвращения загрязнения инструментов уплотненными обломками горных пород.
На фиг. 15 показан вид сечения в плане со штриховыми линиями, показывающими скрытые поверхности, варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показывающий буровой раствор, накачиваемый в осевом направлении вниз через внутренний проход (53) и возвращающийся через первый кольцевой проход (55) между инструментом (65) для получения суспензии горной породы и проходом сквозь подземные пласты (52). Инструмент (65) для получения суспензии горной породы действует как центробежный насос, забирающий буровой раствор из указанного первого кольцевого прохода через вход (127) в дополнительный кольцевой проход (54), где лопасть (111) рабочего колеса соударяется и вызывает дробление и/или ускорение плотных частиц (126) обломков горных пород к ударной стенке (51), имеющей ударные поверхности (123) для дробления указанных ускоренных плотных частиц (126) обломков горных пород. Сцепления между лопастями (111) рабочего колеса, частицами (126) обломков горных пород и ударными стенками (51) продолжаются, пока указанный буровой раствор не будет удален через выходной канал (129). Ударная стенка (51) имеет шлицевое средство (91) для вращения стенки с эксцентриковыми лопастями (56А) и может быть удалена, если эксцентриковая стенка является частью защитной облицовки.
В различных вариантах осуществления изобретения дополнительная стенка (51В) с прикрепленными лопастями (111) рабочего колеса может вращаться при помощи соединения с вращаемой первой колонной (50) обсадных труб, объемного гидродвигателя, расположенного в осевом направлении выше или ниже указанной дополнительной стенки и прикрепленного к ней, зубчатой передачи между стенкой (51А), взаимодействующей со стенкой пластов, и указанной вращаемой стенкой (50) первой колонны обсадных труб или их комбинаций. Ударная поверхность (123) может быть сцеплена с дополнительной стенкой (51А), показанной на фиг. 15, или может вращаться зубчатой передачей, показанной на фиг. 18-25, в том же или противоположном направлении относительно первой колонны (50) обсадных труб.
На фиг. 16 и 17 показаны изометрические изображения вариантов выполнения форм используемых ударных поверхностей (123), которые могут быть сцеплены с различными вариантами выполнения ударной стенки (51), такими как вариант, показанный на фиг. 15, или режущими инструментами, показанными на фиг. 5-12. Ударные поверхности могут быть выполнены из любого обычно твердого материала, используемого внутри окружающей среды внутри скважины, такого как закаленная сталь, или с использованием технологии с поликристаллическим алмазным резцом. На фиг. 16 показана ударная поверхность (123), имеющая округленную форму, в то время как на фиг. 17 показана ударная поверхность (123), имеющая пирамидальную форму, однако следует отметить, что ударные поверхности, имеющие любую форму, могут использоваться в зависимости от природы пробуриваемых или разрушаемых пластов.
На фиг. 18 показан изометрический вид с удалением четверти стенки пластов, показывающий срез составной части варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 21, при сцеплении вертикальных лопасти (111) рабочего колеса, имеющих ударные поверхности (123), со стенкой прохода сквозь подземные пласты (52). Изображенное сцепление служит для увлечения зубчатой передачи (130), прикрепленной к дополнительной стенке (51А), в почти неподвижное состояние, в то время как буровой раствор нагнетается через первый кольцевой проход (54) между частью инструмента для получения суспензии горной породы и стенкой (52) пластов.
На фиг. 19 показан изометрический вид составной части варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 21, в котором первая стенка (50) с внутренним проходом (53), используемым для нагнетания бурового раствора, вращается (67), и в котором зафиксированное зубчатое колесо (132) и сцепленная лопасть (111) рабочего колеса также вращаются (67) против дополнительной стенки (51В на фиг. 20).
На фиг. 20 показан изометрический вид составной части варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 21, изображающий дополнительную стенку (51В) с ударной поверхностью (123) и зубчатой передачей (131), имеющую вход (127) на ее нижнем конце и выпускные отверстия (129) в ее стенке. Дополнительная стенка (51В) может вращаться (70) для предотвращения загрязнения и улучшения относительной скорости соударения между лопастью рабочего колеса, обломками горных пород и дополнительной стенкой (51В), дополнительно вызывая дробление породы и увеличение тенденции создания частиц с размером материала для борьбы с поглощением.
На фиг. 21 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, составленного сцепленными составными частями, показанными на фиг. 18-20, с половинным сечением зубчатой передачи (130), показанной на фиг. 18, и сечением на три четверти дополнительной стенки (51В на фиг. 20), показывающий, что относительная угловая скорость между лопастью (111) рабочего колеса и ударной стенкой (51В) может быть увеличена при помощи зубчатой передачи (130, 131 и 132) для вызова противоположного вращения (67 и 70) лопасти (111) рабочего колеса и дополнительной стенки (51В), таким образом увеличивая относительную скорость соударения обломков горных пород, взаимодействующих с лопастью (111) рабочего колеса и ударной поверхностью (123) дополнительной стенки (51В), дополнительно содействуя дроблению горной породы и увеличению тенденции создания частиц с размером материала для борьбы с поглощением.
На фиг. 22 показан частичный вид в плане вращательной зубчатой передачи варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показывающий зубчатые передачи (130, 131 и 132) для привода зубчатого колеса (132) с первой стенкой (50), вращающей (67) другое зубчатое колесо (130), прикрепленное к дополнительной стенке (51А), сцепленной со стенкой прохода сквозь подземные пласты. Вращение (70) второго зубчатого колеса (130) вращает третье зубчатое колесо (131), прикрепленное к дополнительной стенке (51 В), вращаемой в другом направлении (70) относительно вращения (67) первой стенки.
На фиг. 23 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы со связанной линией АС-АС показанного выше изометрического вида сечения варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы. Показаны соединители (72) для сцепления труб одностенной бурильной колонны на ее верхнем и нижнем концах. Лопасть (111А) рабочего колеса регулируемого диаметра может быть выдвинута или задвинута посредством осевого перемещения заклинивающей втулки (133), таким образом вызывая сцепление и отделение лопасти (111А) рабочего колеса от стен пластов, когда прилагается и устраняется нажим, соответственно. При использовании буровой раствор, содержащий обломки горных пород, принимается (127А) из первого кольцевого прохода между инструментом для получения суспензии горной породы и пластами через входной проход (127) и выпускается (129А) из выпускного прохода (129) назад к первому кольцевому проходу после дробления внутри него указанных обломков горных пород на частицы размера материала для борьбы с поглощением. Также показано телескопическое шлицевое устройство (125) с упорным подшипником внутри инструмента для получения суспензии горной породы для обеспечения сцепления заклинивающей втулки (133) с первой стенкой (50). Дополнительное вытесняющее рабочее колесо включено для содействия прохождению и предотвращению загрязнения выпускного прохода.
Кроме того, на фиг. 23 показан изометрический вид с вырезом передней четверти варианта выполнения вставного колонного инструмента, на концах которого должны располагаться инструменты (58) для прохождения бурового раствора, с промежуточной двустенной колонной, содержащий промежуточный кольцевой проход (54) между внешней колонной (51) и окружаемой ей внутренней колонной (50) с внутренним проходом (53). Внутренняя колонна или первая колонна (50). Внутренняя колонна содержит канал и может проходить в продольном направлении через проксимальный район прохода (52) через подземные пласты для образования внутреннего прохода (53) через канал. Внешняя колонна или дополнительная колонна (51) большего диаметра может проходить в продольном направлении через проксимальный район упомянутого прохода и выступать в продольном направлении вниз от самой внешней защитной колонны, облицовывающей проксимальный район, с тем, чтобы образовать первый кольцевой проход (55, фиг. 15) между ее стенкой и окружающей стенкой (52) подземного прохода.
На фиг. 24 показан вид в плане варианта выполнения инструмента для получения суспензии горной породы со связанной линией AD-AD показанного выше изометрического вида сечения. Изображены соединители (72) для сцепления с обсадными трубами двустенной бурильной колонны на ее верхнем и нижнем концах. Эксцентриковая фреза (56А) с ударными поверхностями (123) может сцепляться со стенками внутри пластов. При использовании буровой раствор, содержащий обломки горных пород, отбирается (127А) из первого кольцевого прохода между инструментом для получения суспензии горной породы и пластами через входной проход (127) и выпускается (129А) из выпускного прохода (129) назад к первому кольцевому проходу после дробления внутри него указанных обломков горных пород на частицы размера материала для борьбы с поглощением. Изображенный вариант осуществления изобретения также имеет входной проход (127) и выпускной проход (129) с эксцентриковой фрезой (56А), изолированный от бурового раствора, проходящего в осевом направлении (69) вверх через указанную фрезу между дополнительными кольцевыми проходами выше и ниже инструмента. Внутренняя составная часть для получения суспензии горной породы также может быть удалена, оставляя эксцентриковую фрезу (56А) и окружающую стенку как часть дополнительной стенки (51).
На фиг. 25 показан увеличенный вид части инструмента для получения суспензии горной породы в пределах линии АЕ на фиг. 24, показывающий входной проход (127) и устройство для потока вокруг указанного впускного прохода потока (69) вверх в осевом направлении в промежуточном проходе (54) через проход в эксцентриковой фрезе (56А). Дополнительная стенка (51С) также может быть перемещена в осевом направлении вверх во время извлечения внутренней составной части для получения суспензии горной породы, оставляя стенку эксцентриковой фрезы (56А) прикрепленной к дополнительной стенке (51) облицовки, таким образом покрывая и закрывая входной проход (127) и выпускной проход (129) внутри указанной эксцентриковой фрезы (56А).
На фиг. 26 показан изометрический вид составной части первой стенки (50) инструмента для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 35-39, в котором зубчатое колесо (132) сцеплено с первой колонной (50) обсадных труб.
На фиг. 27 показан изометрический вид дополнительной стенки (51В), имеющей лопасть (111) рабочего колеса и зубчатую передачу (131), расположенную вокруг первой колонны (50) обсадных труб, показанной на фиг. 26. Изображенные стенки (50, 51В) являются составными частями инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 35-39. Дополнительная стенка (51) и зубчатая передача (131) могут вращаться независимо от первой стенки (50) и зубчатого колеса (132).
На фиг. 28 показан изометрический вид зубчатой передачи (130), сцепленной с дополнительной стенкой (51В) и первой колонной (50) обсадных труб, показанных на фиг. 27, причем указанные сборочные узлы являются составными частями варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 35-39. Зубчатое колесо (132), сцепленное с первой колонной (50) обсадных труб, сцеплено и вращает зубчатую передачу (130), которая, в свою очередь, сцеплена и вращает зубчатое колесо (131), прикрепленное к дополнительной стенке (51В), расположенной вокруг первой колонны (50) обсадных труб, для увеличения скорости, с которой вращаются указанная дополнительная стенка и лопасть рабочего колеса.
На фиг. 29 показан изометрический вид корпуса (134) зубчатой передачи, сцепленного с зубчатой передачей (130), дополнительной стенки (51В) и первой колонны (50) обсадных труб, показанных на фиг. 28, где указанные сборочные узлы являются составными частями варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 35-39, и где корпус зубчатой передачи удерживает зубчатую передачу (130).
На фиг. 30 показан изометрический вид составных частей входного прохода (127) и выпускного прохода (129), сцепленных с корпусом зубчатой передачи (134), зубчатой передачей (130), дополнительной стенкой (51) и первой колонной (50) обсадных труб, показанной на фиг. 29, причем указанные сборочные узлы являются составными частями варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 35-39. Входной проход (127) используется для увлечения бурового раствора, содержащего обломки горных пород, для столкновения с лопастью (111) рабочего колеса, после чего буровой раствор и раздробленные обломки горных пород удаляются через выпускной проход (129) и возвращаются к проходу, из которого они были получены.
На фиг. 31 показан изометрический вид варианта выполнения дополнительной стенки (51), имеющей ударные поверхности (123) для взаимодействия со сборочным узлом, показанным на фиг. 30, в которой указанные ударные поверхности (123) используются для зацепления с плотными частицами обломков горных пород, продвигающихся внутри бурового раствора.
На фиг. 32 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы без внешних центробежных или эксцентриковых лопастей. Изображенный вариант осуществления изобретения включает составную часть, показанную на фиг. 31, расположенную вокруг составных частей, показанных на фиг. 30 с соединителями (72) трубы на дистальных концах первой колонны (50). Прибавление внешнего рабочего колеса с лопастями, показанного на фиг. 33, к изображенному варианту осуществления изобретения создает инструмент (65) для получения суспензии горной породы, показанный на фиг. 35-39. Инструмент (65) для получения суспензии горной породы также может включать упорные подшипники (125) и дополнительные лопасти (111) рабочего колеса для дополнительного увлечения бурового раствора из канала (129) для вытеснения и предотвращения загрязнения указанного канала.
На фиг. 33 показан изометрический вид дополнительной стенки (51А) с входным проходом (127) для всасывающего и выпускающего средства (129), имеющей внешние лопасти (111) рабочего колеса, расположенные на нем, и связанные с ним упорные подшипники (125). После сборки с составной частью, показанной на фиг. 32, получают инструмент (65) для получения суспензии горной породы, показанный на фиг. 35-39.
На фиг. 34 показан изометрический вид альтернативного варианта выполнения дополнительной стенки (51А), имеющей входные отверстия (127) для всасывания и выпускные отверстия (129), которая может взаимодействовать со связанными с ней упорными подшипниками (125), как изображено на фиг. 32 для использования с двустенными бурильными колоннами. Дистальные концы указанной дополнительной стенки (51А) могут взаимодействовать со стенками двустенной колонны, такой как показанная в варианте выполнения вставного колонного инструмента (49 на фиг. 145-166), с первыми стенками (50), показанными на фиг. 32, сцепленными со стенками первой колонны обсадных труб изображенного вставного колонного инструмента. Если требуется промежуточный проход, могут присутствовать перепускные проходы через отверстия (59) в лопасти (111) рабочего колеса для направления внутреннего кольцевого прохода в обход средства получения (58) суспензии горной породы, показанного на фиг. 32.
На фиг. 35 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (65) для получения суспензии горной породы, построенного из составных частей, показанных на фиг. 32 и 33, в котором линия Х-Х сечения включена для образования видов, изображенных на фиг. 36-39.
На фиг. 36 показан вид вертикального сечения по линии Х-Х инструмента для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 35, в котором первая стенка (50), имеющая упорные подшипники (125), сцепляется с самой внешней вставленной дополнительной стенкой (51А), имеющей всасывающие отверстия (127) и выпускные каналы (129) для приема и выпуска бурового раствора и обломков горных пород, соответственно, с зубчатой передачей (130), сцепленной с корпусом (134) зубчатой передачи, прикрепленным к указанной самой внешней дополнительной стенке (51А), имеющей лопасти (111) рабочего колеса в сцеплении со стенкой пластов. Изображенные верхний и нижний соединители (72) могут сцепляться с одностенной бурильной колонной для накачивания бурового раствора через ее внутренний проход для возвращения между инструментом для получения суспензии горной породы и стенкой пластов, неся обломки горных пород, которые доводятся до размера частиц материала для борьбы с поглощением соударением лопастей (111) рабочего колеса и дополнительной стенки (51А), после чего они выталкиваются через выпускной канал (129) для нанесения на стенку пластов для снижения тенденции образования или распространения трещин.
На фиг. 37 показан изометрический вид инструмента для получения суспензии горной породы, показанного на фиг. 36, с включением линий Y и Z. Фиг. 37 изображает внутренние элементы инструмента для получения суспензии горной породы, включая зубчатую передачу (130), прикрепленную к дополнительной стенке (51А) и используемую для вращения внутренних лопастей (111) рабочего колеса вокруг первой стенки (50).
На фиг. 38 показан увеличенный изометрический вид области инструмента, показанного на фиг. 37, изнутри от линии Y, изображающий верхнюю зубчатую передачу, содержащую зубчатое колесо (132), прикрепленное к вращаемой первой стенке (50), которая передает вращение зубчатой передаче (130) внутри корпуса (134), прикрепленного к самой внешней дополнительной стенке (51А), сцепленной с пластами через внешние лопасти (111) рабочего колеса. Используются зубчатые колеса свободного хода, расположенные вокруг стенки (50) первой колонны обсадных труб, и передаточные числа для увеличения скорости вращения указанной зубчатой передачи (130) для передачи существенно увеличенной угловой скорости зубчатому колесу (131), прикрепленному к внутренней лопасти (111) рабочего колеса, и дополнительной стенке (51В), расположенной и вращающейся вокруг указанной внутренней стенки (50). Существенно увеличенная угловая скорость внутренней лопасти рабочего колеса и последующий контакт с обломками горных пород во взаимодействии с ударными поверхностями (123) существенно увеличивает создание частиц с размером материала для борьбы с поглощением, выпускаемых из выпускного канала (129) для сцепления со стенкой пластов.
На фиг. 39 показан увеличенный изометрический вид области инструмента, показанного на фиг. 37, изнутри от линии Z, показывающий корпус (134) нижней зубчатой передачи и всасывающее отверстие (127), приспособленное для увлечения бурового раствора к централизованному начальному сцеплению с лопастью (111) рабочего колеса для увеличения эффективности центробежного ускорения обломков горных пород к ударным поверхностям (123).
На фиг. 40 показан изометрический вид сечения на три четверти бурильной колонны (33) предшествующего уровня техники с оборудованием (34) низа бурильной колонны и буровым долотом (35) на его дистальном конце, показывающий его внутренний проход с удалением сечения четверти и нормальную циркуляцию бурового раствора в осевом направлении (68) вниз и в осевом направлении (69) вверх.
На фиг. 41 показан изометрический вид сечения на три четверти бурильной колонны (36) обсадных труб предшествующего уровня техники с оборудованием (37) низа бурильной колонны и буровым расширителем (47) с буровым долотом (35) на его дистальном конце. Внутренний проход бурильной колонны обсадных труб показан с удаленной секцией на четверть таким образом, что можно видеть нормальную циркуляцию бурового раствора в осевом направлении (68) вниз и в осевом направлении (69) вверх.
На фиг. 42-72, фиг. 88-118 и фиг. 121-124 показаны варианты выполнения инструментов (58) для прохождения бурового раствора, которые могут использоваться для регулирования соединений между обсадными трубами и проходами одностенной или двустенной колонн.
На фиг. 42 показан изометрический вид сечения на три четверти, которое включает линии А и В, показывающий вариант выполнения вставного колонного инструмента (49), включающий верхний инструмент (58) для прохождения бурового раствора и нижний инструмент (58) для прохождения бурового раствора на дистальных концах с промежуточной двустенной колонной.
На фиг. 43 и 44 показаны увеличенные подробные виды областей фиг. 42, окруженных линиями А и В, соответственно, изображающие инструменты (58) для прохождения бурового раствора, показанные на фиг. 42, и поток бурового раствора в осевом направлении (68) вниз с возвращением бурового раствора в осевом направлении (69) вверх. Двустенная колонна или вставленный колонный инструмент (49) может использоваться для имитации скорости в кольцевом пространстве и связанного с ней давления обычной бурильной колонны.
На фиг. 45 и 46 показаны увеличенные подробные виды областей на фиг. 42, окруженных линиями А и В, соответственно, изображающие инструменты (58) для прохождения бурового раствора, показанные на фиг. 42, и поток бурового раствора в осевом направлении (68) вниз с возвращением бурового раствора в осевом направлении (69) вверх. Изображенная двустенная колонна или вставленный колонный инструмент (49) может использоваться для имитации скорости в кольцевом пространстве и связанного с ней давления обычной бурильной колонны обсадных труб.
На фиг. 47 и 48 показаны увеличенные подробные виды областей на фиг. 42, ограниченных линиями А и В, соответственно, изображающие инструменты (58) для прохождения бурового раствора, показанные на фиг. 42, и поток бурового раствора в осевом направлении (68) вниз с возвращением бурового раствора в осевом направлении (69) вверх. Единственная стенка с внутренним каналом (50A) удалена между инструментами для прохождения бурового раствора, внутри которых двустенная колонна или вставленный колонный инструмент (49) могут использоваться для пересечения направления потока циркулирующего бурового раствора в инструменте для прохождения бурового раствора.
На фиг. 49-55 показаны изометрические виды составных частей вариантов выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора. Изображенные варианты осуществления изобретения могут использоваться на верхнем конце колонны подобно показанному на фиг. 42. В изображенных вариантах осуществления изобретения обе колонны обсадных труб могут использоваться в двустенных вариантах колонн, или нижнее вращательное соединение (72) может быть прерывистой внутренней обсадной колонной с непрерывной большей внешней колонной, используемой в одностенном варианте колонны.
На фиг. 49 показан изометрический вид верхней и нижней составных частей варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, имеющего верхний и нижний соединители (72), гнезда (114) сцепления и шлицевую поверхность (91) сцепления.
На фиг. 50 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, также показанного на фиг. 60-64, имеющего нижнее удлинение с устройством (120) со срезным штифтом, отверстия (59), сцепленные с вращаемыми дополнительными стенками (51D, также показанными на фиг. 68 и 70), имеющими храповые зубцы (113 на фиг. 67-70) и гнезда (114 на фиг. 67 и 69), сцепленные с оправками многофункционального инструмента (112 на фиг. 73-87).
На фиг. 51 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, имеющего составные части, показанные на фиг. 49, сцепленные с внутренним инструментом (58) для прохождения бурового раствора, показанным на фиг. 50, для создания инструмента (58) для прохождения бурового раствора, имеющего отверстия (59), вращательные соединения (72) для одностенной бурильной колонны, шлицевую поверхность (91) сцепления для сцепления с другой стенкой колонны, показанной на фиг. 52, и гнезда (114) сцепления, также используемые для сцепления со стенкой колонны.
На фиг. 52 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, имеющего дополнительную стенку (51) нижнего конца для сцепления с хвостовиком, обсадной колонной или защитной облицовкой, размещаемыми в подземном проходе. Изображенный инструмент (58) для прохождения бурового раствора имеет отверстия (59) для прохождения бурового раствора, гибкую мембрану (76) для закупоривания первого кольцевого прохода и крепежное устройство (88) для сцепления с подземным проходом. Связанная шлицевая поверхность (91) может быть сцеплена со шлицевой поверхностью (91 на фиг. 51) другого инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 51) для создания узла инструмента для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 53.
На фиг. 53 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, построенного посредством расположения шлицевой поверхности инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 51) в шлицевой поверхности другого инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 52). Полученный инструмент (58) может использоваться с одностенной колонной, если нижний соединитель (72 на фиг. 51) не требуется для соединения с внутренней колонной обсадных труб, или внутренняя колонна не непрерывна, или инструмент может использоваться с двустенной колонной, если нижние концы указанного инструмента (58) сцепляются со связанными внутренней и внешней стенками двустенной колонны. Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 53, также может использоваться или может быть приспособлен для работы в качестве внутриколонного пакера заканчивания, когда внутренние проходы приспособлены для данного варианта применения.
На фиг. 54 показан изометрический вид ряда крепежных устройств (88) инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 52 и 53. Изображенный вариант осуществления изобретения используется для сцепления с проходом сквозь подземные пласты инструмента (58) для прохождения бурового раствора, имеющего оправки (117А) для сцепления со связанными с ними гнездами (114 на фиг. 51) для прикрепления одного инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 52) ко второму инструменту для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 53). Внутренний инструмент для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 51) может быть освобожден от внешнего инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 52) с использованием оправки скользящего сцепления (117 на фиг. 55) для сцепления крепежного устройства (88) с проходом сквозь подземные пласты, которое втягивает оправки (117А) из связанных с ними гнезд (114 на фиг. 51).
На фиг. 55 показан изометрический вид комплекта скользящих оправок (117) для приведения в действие крепежного устройства (88 на фиг. 54), в котором давление, прилагаемое к кольцу на нижнем конце указанных скользящих оправок (117), вызывает зацепление со связанным с ними крепежным устройством (88 на фиг. 54), что вызывает сцепление крепежного устройства с проходом сквозь подземные пласты и отсоединение вторичных скользящих оправок (117А на фиг. 54).
На фиг. 56-59 показаны изометрические изображения составных частей вариантов выполнения инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 59). Изображенные варианты осуществления изобретения могут использоваться на нижнем конце одностенных или двустенных колонн подобно показанному на фиг. 42. Обе колонны обсадных труб могут использоваться в двустенных вариантах колонн, или, в альтернативном варианте, только внешняя колонна может использоваться в одностенных вариантах колонн. Вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора, показанный на фиг. 59, также может использоваться как забуриваемый башмак обсадной колонны, в котором гибкий элемент накачивают для предотвращения эффекта сообщающихся сосудов для цемента.
На фиг. 56 показан изометрический вид составных частей варианта выполнения инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 57), имеющего верхний и нижний вращательные соединители (72) с промежуточным инструментом (58) для прохождения бурового раствора, в котором телескопическая шлицевая поверхность (91) позволяет устройству (63) для расширения скважины первой ступени перемещаться в осевом направлении. Это перемещение выдвигает устройство (61) для расширения скважины второй ступени с инструментом (58) для прохождения бурового раствора, имеющим отверстия (59) и скользящую оправку (117) для сцепления с другим инструментом для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 58), причем устройство (61) для расширения скважины второй ступени сцепляется с возможностью выдвижения и втягивания с устройством (63) для расширения скважины первой ступени.
На фиг. 57 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, изображающий собранные левую и правую составные части, показанные на фиг. 56, в котором шлицевая поверхность (91) выдвинута, и устройство (61) для расширения скважины второй ступени втянуто, допуская прохождение через проход сквозь подземные пласты.
На фиг. 58 показан изометрический вид сечения на 3/4 варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора с удалением части по линии Т-Т сечения на фиг. 88, имеющего гнезда для оправок, которые включают установочное гнездо (114) для приема связанных с ним оправок (117 на фиг. 56 и 57) и отверстия (59) для подачи жидкости к запорному клапану (121), используемому для раздувания гибкой мембраны (76) и предотвращения спуска указанной мембраны. Гнезда (89) показаны на нижнем конце для сцепления со связанным устройством для расширения скважины второй ступени (61 на фиг. 56 и 57).
На фиг. 59 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента для прохождения бурового раствора, созданного посредством сцепления инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 57, со связанным с ним инструментом (58) для прохождения бурового раствора, показанным на фиг. 58, в котором нижняя шлицевая поверхность (91 на фиг. 56) задвинута для удлинения устройства (61) для расширения скважины второй ступени.
На фиг. 60-64 показаны виды в плане и изометрические виды варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 50, причем изображенный инструмент может использоваться для направления бурового раствора, как описано и показано на фиг. 43, 45 и 47. Вариант выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, такой как показанный на фиг. 56, используется для направления бурового раствора, как описано и показано на фиг. 44, 46 и 48, посредством направления дополнительного прохода (75) вверх вместо ориентации вниз, показанной на фиг. 61, 62 и 64. Внутренние составные части, показанные на фиг. 60-64, показаны на фиг. 65-70 и фиг. 73-87.
На фиг. 60 показан вид в плане прохода (58) для бурового раствора, показанного на фиг. 50, с сечением по линии L-L.
На фиг. 61 показан изометрический вид инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 60, с удалением части по линии L-L сечения, в котором внутренние вращающиеся дополнительные стенки и ориентированные в радиальном направлении проходы (75) инструмента приспособлены для облегчения потока бурового раствора через внутренний проход в осевом направлении вниз и в осевом направлении вверх через вертикальный проход, соединяющий связанные с ним дополнительные кольцевые проходы. Изображенный вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора, таким образом, используется для имитации скорости в кольцевом пространстве и связанного с ней давления в кольцевом пространстве обычной бурильной колонны, подобной показанной на фиг. 43.
На фиг. 62 показан изометрический вид инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 60, с удалением части по линии L-L сечения, в котором внутренние вращающиеся дополнительные стенки и ориентированные в радиальном направлении проходы (75) повернуты относительно вида, показанного на фиг. 61, и приспособлены для облегчения потока бурового раствора через внутренние и дополнительные кольцевые проходы в осевом направлении вниз, которые используются для имитации обычной бурильной колонны обсадных труб, как показано на фиг. 45.
На фиг. 63 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 50, включающего линию М-М сечения, в котором внутренние вращающиеся стенки повернуты относительно видов, показанных на фиг. 60-62.
На фиг. 64 показан изометрический вид инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 63, с удалением части по линии М-М сечения, в котором внутренние вращающиеся дополнительные стенки и ориентированные в радиальном направлении проходы (75) приспособлены для облегчения выхода потока из внутреннего прохода к проходу, окружающему инструмент, для имитации устройства обратной циркуляции, подобного показанному на фиг. 47, в котором может использоваться устройство (94) блокирования для предотвращения потока во внутреннем проходе ниже изображенного устройства.
На фиг. 65-70 показаны вид в плане и изометрический вид в сечении внутренних составных частей инструмента для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 60-64, содержащего стенки, отверстия и ориентированные в радиальном направлении проходы, используемые для соединения проходов колонны обсадных труб и первого кольцевого пространства для увлечения бурового раствора в желательном направлении.
На фиг. 65 и 66 показаны виды в плане большей дополнительной стенки (51D на фиг. 65), используемой для охвата меньшей дополнительной стенки (51D на фиг. 66), имеющие линии F-F и G-G сечения, соответственно. Отверстия (59 на фиг. 68 и 70) и ориентированные в радиальном направлении проходы (75 на фиг. 70) внутри дополнительных стенок могут совпадать или могут не совпадать для прохождения через них жидкости в зависимости от вращательного положения меньшей дополнительной стенки (51D фиг. 66) относительно большей дополнительной стенки (51D фиг. 65).
На фиг. 67 показан изометрический вид варианта выполнения дополнительной стенки (51D), имеющей спиральное гнездо (114) для приема связанной с ней оправки. Изображенная дополнительная стенка также включает храповые зубцы (113) на ее нижнем конце, сцепляемом со связанными с ним храповыми зубцами (113 на фиг. 68) другой дополнительной стенки.
На фиг. 68 показан изометрический вид большей дополнительной стенки (51D), показанной на фиг. 65, окружающей меньшую связанную с ней дополнительную стенку (51D на фиг. 70), с удалением части по линии F-F сечения. Дополнительная стенка показана как имеющая храповые зубцы (113) на ее верхнем конце для сцепления со связанными с ней храповыми зубцами (113 на фиг. 67) другой дополнительной стенки и отверстия (59) для сообщения между внутренним пространством и окружающим внешним пространством через связанную меньшую внутреннюю дополнительную стенку (51D на фиг. 70), когда изображенные составные части собраны.
На фиг. 69 показан изометрический вид меньшей дополнительной стенки (51D), имеющей спиральные гнезда (114), используемые для приема связанной с ними оправки. Изображенная дополнительная стенка также показана как имеющая храповые зубцы (113) на ее нижнем конце, сцепляемом со связанными с ней храповыми зубцами (113 на фиг. 70) для введения внутрь связанной большей дополнительной стенки (51D на фиг. 67), когда изображенные составные части собраны.
На фиг. 70 показан изометрический вид меньшей дополнительной стенки (51D), показанной на фиг. 66, с удаленной секцией, заданной линией G-G сечения. Изображенная дополнительная стенка показана как имеющая храповые зубцы (113) на ее верхнем конце для сцепления со связанными с ней храповыми зубцами (113 на фиг. 69), ориентированными в радиальном направлении проходами (75) и отверстиями (59). После сборки изображенная дополнительная стенка может быть окружена связанной с ней большей дополнительной стенкой (51D на фиг. 68)
На фиг. 71 и 72 показаны изометрические изображения двух вариантов выполнения вращающихся дополнительных стенок (51D), имеющих гнезда (114), в которых верхние дополнительные стенки (51С), имеющие зафиксированные оправки (115), могут быть перемещены вниз в осевом направлении и затем вверх для зацепления указанных оправок с указанными гнездами (114) для вращения дополнительных стенок (51D), связанных с указанными гнездами, вокруг их центральной оси во время указанного движения вверх. Эти изображенные варианты осуществления изобретения могут быть прикреплены к верхним концам дополнительных стенок (51D), показанных на фиг. 68 и 70, вместо показанного храпового устройства.
На фиг. 73-87 показан вариант выполнения многофункционального инструмента (112) и связанных составных частей, в котором собранный многофункциональный инструмент (112), показанный на фиг. 73-78 и фиг. 87, может быть сформирован из составных частей, показанных на фиг. 79-86. Варианты осуществления изобретения, показанные на фиг. 73-78 и фиг. 87, также показаны внутри инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 61, 62 и 64, в котором сцепление приводного инструмента со скользящими оправками (117) указанного многофункционального инструмента (112) может перемещать прикрепленные оправки (115) многофункционального инструмента (112) в осевом направлении вниз и посредством сцепления со связанными гнездами (114 на фиг. 67 и 69) и вращать внутренние дополнительные стенки (51D на фиг. 68 и 70) посредством сцепления храповых зубцов (113 на фиг. 67-70) с указанными дополнительными стенками (51D на фиг. 68 и 70).
На фиг. 73-76, фиг. 73 и 75 показаны виды в плане варианта выполнения многофункционального инструмента (112) в исходном состоянии с удалением частей по линиям I-I и J-J сечения, соответственно, и на фиг. 74 и 76 показаны виды в вертикальном сечении многофункционального инструмента с удалением частей по линиям I-I и J-J, соответственно. Первая дополнительная стенка (51С) и вторая дополнительная стенка (51С) показаны с прикрепленными выступающими оправками (115), выдвинутыми через гнезда в окружающей стенке (116), расположенной вокруг указанных первой и второй дополнительных стенок. Скользящие оправки (117) проходят сквозь гнезда в первой дополнительной стенке (51С) и второй дополнительной стенке (51С) для сцепления со связанными с ними гнездами (114) в окружающей стенке (116) и пружинами (118) между поверхностью указанной окружающей стенки (116) и поверхностью (119) сцепления пружины на указанных первой и второй дополнительных стенках (51С), при этом скользящие оправки (117) смещаются в осевом направлении вверх, если они не сцеплены.
На фиг. 77 показан вид в плане многофункционального инструмента (112), показанного на фиг. 73-76, в приведенном в действие состоянии, включая линию K-K сечения.
На фиг. 78 показан вид вертикального сечения многофункционального инструмента (112), показанного на фиг. 77, с удалением части по линии K-K сечения. Первая дополнительная стенка (51С) показана в осевом направлении выше второй дополнительной стенки (51С), с обеими дополнительными стенками, перемещенными вниз в осевом направлении посредством сцепления со скользящими оправками (117), которые сжимают пружины (118) ниже поверхности (119) сцепления, пока скользящие оправки (117) не уйдут из положения выдвижения во внутренний диаметр гнезд (114 на фиг. 76) внутри окружающей стенки (116), перемещая выступающие оправки (115) в осевом направлении вниз. Оправки (115), выступающие от окружающей стенки (116), сцепляются со связанными с ними спиральными гнездами (114 на фиг. 67 и 69) таким образом, что перемещение вниз в осевом направлении вращает дополнительную стенку (51D на фиг. 67 и 69) с храповыми зубцами (113 на фиг. 67 и 69), сцепленную со связанными с ней храповыми зубцами (113 на фиг. 68 и 70) для вращения других дополнительных стенок (51D на фиг. 68 и 70), имеющих отверстия (59 на фиг. 68 и 70) и ориентированные в радиальном направлении проходы (75 на фиг. 70), для выборочного выравнивания указанных отверстий и ориентированных в радиальном направлении проходов инструмента для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 61, 62 и 64. Неоднократное применение многофункционального инструмента в приведенном в действие состоянии, позволяющем многофункциональному инструменту возвращаться в неприведенное в действие состояние силой включенных пружин (118), допускает многократное избирательное выравнивание желательных отверстий и/или проходящих радиально проходов.
Как только приводной инструмент (94 на фиг. 104) проходит скользящие оправки (117), перемещая их вниз, пока они не втянутся в связанные с ними гнезда, и указанный приводной инструмент проходит, пружины (118) возвращают первую дополнительную стенку (51С) и/или вторую дополнительную стенку (51С) в неприведенное в действие состояние, показанное на фиг. 73-76, со скользящими оправками (117), выдвинутыми во внутренний канал окружающей стенки (116). Связанные храповые зубцы (113 на фиг. 67 и 69) передвигаются в обратном направлении, не вращая связанные дополнительные стенки (51D на фиг. 68 и 70) вследствие однонаправленной природы указанных храповых зубьев. У первой дополнительной стенки (51С) и второй дополнительной стенки (51С) могут быть эквивалентные или различные диаметры для приведения в действие другой или скольжения внутри другой, соответственно. Скользящие оправки (117) первой дополнительной стенки (51С) и второй дополнительной стенки (51С) могут иметь различные диаметры сцепления, позволяя приводным инструментам проходить один набор скользящих оправок и зацепляться с другим набором оправок, выборочно скользя или по первой дополнительной стенке (51С), или по второй дополнительной стенке (51С). Дополнительно могут использоваться больше двух наборов стенок, пружин и оправок различных диаметров сцепления для создания более двух функций при использовании с приводными инструментами (94 на фиг. 104), имеющими совпадающие диаметры сцепления.
На фиг. 79-86 показаны составные части многофункционального инструмента (112), показанного на фиг. 73-78. На фиг. 79 показан вид в плане многофункционального инструмента, включая линию Н-Н сечения, и на фиг. 80 показан вид вертикального сечения инструмента, имеющего сечение по линии Н-Н сечения с удалением частей, показанных штриховыми линиями, показывающими скрытые поверхности. Изображенный многофункциональный инструмент включает окружающую стенку (116), имеющею удлиненные вертикальные гнезда (114) для взаимодействия с прикрепленными выступающими оправками (115 на фиг. 81 и 82) и выемками (114) для взаимодействия со скользящими оправками (117 на фиг. 85 и 86). На фиг. 81 и 82 показаны изометрические изображения первой дополнительной стенки (51С) и второй дополнительной стенки (51С), соответственно, со штриховыми линиями, показывающими скрытые поверхности, прикрепленных выступающих оправок (115) для сцепления со связанными с ними гнездами (114 на фиг. 67 и 69), сквозных гнезд (114) для взаимодействия со скользящими оправками (117 на фиг. 85 и 86) и поверхностей (119) взаимодействия с пружиной для сцепления связанных с ними пружин (118 на фиг. 83 и 84). На фиг. 83 и 84 показаны изометрические изображения пружин (118), используемых для работы между поверхностями (119) первой дополнительной стенки (51С) и второй дополнительной стенки (51С), показанными на фиг. 81 и 82, и окружающей стенки (116), показанной на фиг. 79 и 80. На фиг. 85 и 86 показаны изометрические изображения с штриховыми линиями, показывающими скрытые поверхности скользящих оправок (117), имеющих различные диаметры сцепления, выводимых из сцепления, когда они вставлены сквозь гнезда (114 на фиг. 81 и 82) в связанные утопленные гнезда (114 на фиг. 79 и 80).
На фиг. 87 показан вид в плане многофункционального инструмента (112), показанного на фиг. 73-76, собранного из составных частей, показанных на фиг. 79-86, со штриховыми линиями, иллюстрирующими скрытые поверхности, показывающий диаметры сцепления скользящих оправок (117) и выступающих оправок (115) в исходном состоянии.
После показа внутренних составных частей вариантов осуществления изобретения на фиг. 49-59 будут описаны виды сечений собранных вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 88 показан вид в плане инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 59, включающий линию Т-Т сечения, и на фиг. 89 показан вид вертикального сечения инструмента с удалением части по линии Т-Т сечения. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора, показанный на фиг. 59, изображен со связанным с ним внутренним многофункциональным инструментом (112), показанным на фиг. 73-76, для поворота отверстий внутреннего инструмента для прохождения бурового раствора и радиальных проходов, когда оба инструмента расположены внутри прохода сквозь подземные пласты (52), и имеет вращающийся соединитель (72) верхнего конца и дополнительную стенку (51) верхнего конца для сцепления с двустенной колонной или, если вращающийся соединитель (72) верхнего конца используется только для размещения и извлечения, одностенной бурильной обсадной колонной.
Внутренние составные части инструмента (58) для прохождения бурового раствора сцепляются с внешним элементом (58 на фиг. 58) посредством сцепления скользящей оправки (117А) внутреннего элемента (58 на фиг. 57) с гнездом сборочного узла внешнего элемента (114 на фиг. 58), причем указанный сборочный узел внутреннего элемента имеет вращающиеся ориентированные в радиальном направлении проходы (75) для бурового раствора и захватывающий инструмент (95) для сцепления с приводными инструментами (97), выдвижной инструмент (61) для расширения скважины второй ступени и нижний вращательный соединитель (72) с одностенной колонной оборудования низа бурильной колонны. Также показан сборочный узел внешнего элемента, имеющий гибкую мембрану (76) и отверстия (59) в ее нижнем конце, имеющие размеры для предотвращения прохождения больших обломков горных пород во внутренние проходы инструмента. Могут также использоваться альтернативные приводные инструменты (94 на фиг. 104, 97 на фиг. 132, 98 на фиг. 133-135), сцепляющиеся с захватывающим инструментом (95) для извлечения указанных приводных инструментов для исключения блокирования внутреннего прохода.
На фиг. 90 показан увеличенный вид вертикального сечения, ограниченного линией U на фиг. 89, изображающий гнездо (114) для скользящей оправки и пружину (118) внутреннего многофункционального инструмента, и отверстие (59) для облегчения прохождения бурового раствора к запорному клапану (112), используемому для накачивания гибкой мембраны (76). При использовании гибкая мембрана может заглушить первый кольцевой проход между инструментом (58) для прохождения бурового раствора и проходом (52) сквозь подземные пласты, и после накачивания запорный клапан (112) предотвращает спуск мембраны. Если гибкая мембрана (76) и запорный клапан не используются, отверстия (59) инструмента для прохождения бурового раствора могут использоваться для направления бурового раствора из внутреннего прохода в первый кольцевой проход. В альтернативном варианте сборочный узел внутреннего элемента (58 на фиг. 57) может проходить ниже сборочного узла внешнего элемента (58 на фиг. 58), когда он расцеплен, для увлечения бурового раствора к первому кольцевому проходу с гибкой мембраной.
На фиг. 91 показан изометрический вид сечения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 88, с удалением части по линии Т-Т сечения. Фиг. 91 включает линии V и W. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора показан расположенным внутри прохода (52) сквозь подземные пласты, при этом его верхний конец (72, 51), расположенный на нижнем конце одностенной или двустенной бурильной колонны, имеет верхний конец одностенной бурильной колонны (72), соединенный с его нижним концом. Инструмент для прохождения бурового раствора используется для содействия расширению направляющего ствола скважины инструментами для расширения скважины первой ступени (63) и дополнительной ступени (61), содержащими варианты выполнения породоразрушающего инструмента, подобные инструменту (63), показанному на фиг. 5-7, когда указанная одностенная бурильная колонна пробуривает указанный направляющий ствол скважины в осевом направлении вниз сквозь подземные пласты с циркуляцией бурового раствора в осевом направлении вниз через его внутренний канал (53) ив осевом направлении вверх в первом кольцевом проходе между инструментом и окружающей стенкой (52).
Для двустенных бурильных колонн ориентированные в радиальном направлении проходы (75) инструмента (58) для прохождения бурового раствора могут использоваться для соединения потока бурового раствора из внутреннего прохода (53) или с дополнительным кольцевым проходом (54), или с первым кольцевым проходом (55). Изображенный выбранный внутренний инструмент для прохождения бурового раствора может работать подобно инструменту в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 60-64, за исключением того, что ориентированные в радиальном направлении проходы (75) ориентированы наружу и вверх, а не наружу и вниз, как показано на фиг. 60-64.
На фиг. 92 показан увеличенный изометрический вид части инструмента для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 91, ограниченной линией V, имеющего сборочный узел внутреннего элемента (58 на фиг. 57), сцепленный со сборочным узлом внешнего элемента (58 на фиг. 58) скользящими оправками (117А) внутри внешней стенки, имеющей отверстия (59) для прохождения бурового раствора, с внешней дополнительной стенкой, предохраняющей гибкую мембрану (76) от существенного контакта с проходом сквозь подземные пласты (52). Если сборочный узел внешнего элемента (58 на фиг. 58) сцеплен с защитной облицовкой или обсадной колонной на его верхнем конце, указанная внешняя часть может быть размещена с указанной обсадной колонной, и цементный буровой раствор может быть размещен позади указанной обсадной колонны и сборочного узла внешнего элемента, после чего гибкая мембрана может быть накачана для взаимодействия со стенкой прохода сквозь подземные пласты для предотвращения протекания вниз указанного плотного цементного бурового раствора или эффекта сообщающихся сосудов при помощи запорного клапана (121 на фиг. 90), предотвращающего спускание гибкой мембраны (76). Гибкая мембрана, таким образом, действует как забуриваемый башмак обсадной колонны.
Сборочный узел внутреннего элемента (58 на фиг. 57) может быть отцеплен от сборочного узла внешнего элемента (58 на фиг. 58) до цементирования или накачивания гибкой мембраны через щелевидные отверстия (59 на фиг. 58). Цементирование может быть выполнено в осевом направлении вниз с использованием другого инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 94-103), расположенного выше в осевом направлении, или указанный сборочный узел внутреннего элемента может быть опущен ниже указанного сборочного узла внешнего элемента для цементирования в осевом направлении вверх, после чего он может быть извлечен в сборочный узел внешнего элемента для накачивания гибкой мембраны (76) через связанные с ним отверстия (59 на фиг. 58).
На фиг. 93 показан увеличенный изометрический вид части инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 91, ограниченной линией W, иллюстрирующий ориентированные в радиальном направлении проходы (75), манипулируемые связанным с ним многофункциональным инструментом (112 на фиг. 92) с захватывающим инструментом (95) в осевом направлении ниже указанных радиальных проходов. Приводной инструмент (97) используется для приведения в действие указанного многофункционального инструмента и манипулирования указанными ориентированными в радиальном направлении проходами (75), и может быть удален для исключения помех потоку бурового раствора в осевом направлении вниз указанным захватывающим инструментом, при этом указанный буровой раствор может течь вокруг указанного захватывающего инструмента через щелевидные отверстия (59) внутри внутренней составной части.
Сборочный узел внешнего элемента (58 на фиг. 58) показан как имеющий окружающую стенку, имеющую отверстия (59) для прохождения бурового раствора, предохраняющие гибкую мембрану (76), и включает связанные пазы (89 на фиг. 58) для инструментов (61) для расширения скважины второй ступени, выдвигаемых наружу движением вверх инструментов (63А) для расширения скважины первой ступени. Окружающая и защитная стенка может вращаться сцеплением с устройством для расширения скважины в связанных пазах с использованием дополнительного упорного подшипника (125) для предотвращения вращения остальной части внешнего элемента и связанной обсадной колонны. Изображенный упорный подшипник (125) также может быть перемещен к верхней защитной стенке, показанной на фиг. 92, для предотвращения вращения внешней защитной облицовки или обсадных колонн. В варианте осуществления изобретения, если вращение обсадной колонны желательно, упорный подшипник (125) может быть исключен.
На фиг. 94 изображен вид в плане варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 53, включающего линию N-N сечения, и на фиг. 95 изображен вид в вертикальном сечении инструмента для прохождения бурового раствора с удалением части по линии N-N сечения. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора, показанный на фиг. 53, показан со связанным внутренним многофункциональным инструментом (112), показанным на фиг. 73-76, для вращения внутреннего инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 50) с отверстиями и проходами, и в котором оба инструмента расположены внутри прохода сквозь подземные пласты (52) и имеют вращающийся соединитель (72) верхнего конца для одностенной колонны и дополнительную стенку (51) нижнего конца для сцепления с хвостовиком, обсадной колонной или одностенной бурильной обсадной колонной или, если используются и дополнительная стенка (51), и нижнее соединение (72), двустенной колонной.
Сборочный узел внутреннего элемента (58 на фиг. 51) инструмента (58) для прохождения бурового раствора показан как сцепленный со сборочным узлом внешнего элемента (58 на фиг. 52) посредством сцепления связанной шлицевой поверхности (91 на фиг. 51 и 52) и оправок (117А на фиг. 54) сборочного узла внешнего элемента, сцепленных с гнездами (114 на фиг. 51) внутреннего элемента, в котором указанный сборочный узел внутреннего элемента имеет внутренний инструмент для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 60-64), имеющий вращающиеся радиальные проходы (75) для соединения между проходами и нагнетаемым буровым раствором.
Защитная стенка, имеющая отверстия (59) для потока бурового раствора между инструментом и проходом сквозь подземные пласты (52), защищает устройство (88) сцепления и гибкую мембрану (76), используемую для прикрепления и уплотнения перепада давления сборочного узла внешнего элемента и технической обсадной колонны, прикрепленной ее нижним концом (51) к указанной стенке (52) прохода.
На фиг. 96 показан изометрический вид инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 94, внутри прохода сквозь подземные пласты (52), с удалением сечения по линии N-N, изображающий шлицевое соединение между сборочным узлом внутреннего элемента (58 на фиг. 51) и сборочным узлом внешнего элемента (58 на фиг. 52). Буровой раствор может циркулировать в осевом направлении вниз внутри внутреннего прохода (53, 54А) и в осевом направлении вверх или вниз в первом кольцевом проходе (55) для одностенных или двустенных колонн, как показано на фиг. 61, 62 и 64. Для двустенных колонн промежуточный проход (54 на фиг. 147) также может быть выбран для осевого направленного вверх или вниз потока. Кроме того, если промежуточный проход (54 на фиг. 147) оставляют открытым у основания указанной двойной колонны, обычные бурильные колонны могут имитироваться с использованием простого невыбираемого инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136-139) или обычного центрирующего устройства. В случаях, где инструмент (58) для прохождения бурового раствора используется со связанным выбираемым инструментом для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 88-93) на нижнем конце указанных двустенных колонн, могут имитироваться обычное бурение или бурение бурильной обсадной колонной. С использованием многофункционального инструмента (112 на фиг. 73-78) может быть выборочно повторена имитация бурения или бурения обсадной колонной.
На фиг. 97 показан увеличенный вид в вертикальном сечении части инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 95, ограниченный линией О, иллюстрирующий оправку (117А) крепежного устройства (88), зацепленного в связанном гнезде (114 на фиг. 51). Также показан проход для бурового раствора, имеющий гибкую мембрану (76), в котором скользящие оправки, удерживаемые удерживающим кольцом (117 на фиг. 55), проходят внутри выемки в указанной мембране для сцепления с крепежным устройством (88), когда ориентированные в радиальном направлении проходы (75) совмещены, позволяя давлению от внутреннего прохода (53) достигать промежуточного прохода (54В) непосредственно под указанным удерживающим кольцом.
На фиг. 98 показан увеличенный вид части инструмента для прохождения бурового раствора, показанной на фиг. 96, ограниченной линией Р, изображающий отверстия (59) в верхнем конце инструмента для соединения первого кольцевого прохода (55) выше указанного инструмента с дополнительным кольцевым проходом (54 на фиг. 147) ниже указанного инструмента для двустенной колонны или с увеличенным внутренним проходом (54А) для одностенной колонны. Инструмент для прохождения бурового раствора также показан как имеющий ориентированные в радиальном направлении проходы (75), крепежное устройство (88) и гибкую мембрану (76), как описано ранее.
На фиг. 94-98 показано внутреннее расположение вращающихся рукавов внутреннего инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 63 и 64), выровненных для сцепления крепежного устройства (88) и гибкой мембраны (76) со стенкой (52) прохода. Приложение давления через внутренний проход (53) повышает давление в кольцевом пространстве (54В) и в осевом направлении перемещает скользящие оправки, прикрепленные к удерживающему кольцу (117 на фиг. 55), вверх, раздвигая крепежные оправки (88) наружу и нажимая на гибкую мембрану (76) для сцепления со стенкой прохода (52). Оправки (117А) крепежного устройства (88) впоследствии удаляются из связанных с ними гнезд (114 на фиг. 51), освобождая сборочный узел внутреннего элемента (58 на фиг. 51) от сборочного узла внешнего элемента (58 на фиг. 52).
Дополнительная стенка (51А) с устройством (120) со срезными штифтами, расположенным в осевом направлении ниже указанного удерживающего кольца, прикрепленного к скользящим оправкам, может срезаться давлением, прилагаемым к промежуточному проходу (54А), таким образом открывая проход между внутренним проходом (53) и первым кольцевым проходом (55), когда указанное удерживающее кольцо, прикрепленное к скользящим оправкам (117А), полностью перемещено в осевом направлении вверх для зацепления с указанным крепежным устройством (88) и освобождения его оправок (117А) из связанных с ними гнезд (114 на фиг. 51), допуская создание давления в указанном промежуточном проходе (54А).
На фиг. 99-103 показаны виды инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 94-98, в котором крепежное устройство (88) и гибкая мембрана (76) сцеплены со стенкой (52) прохода, и дополнительная стенка (51А) с устройством (120) со срезными штифтами срезана вниз, открывая проход, соединяющий внутренний проход (53) с первым кольцевым проходом (55), и приводное устройство (95 на фиг. 104) размещено внутри внутреннего прохода (53) для предотвращения прохождения вниз бурового раствора и наращивания давления внутри внутреннего прохода для движущегося и срезаемого устройства.
На фиг. 99 изображен вид в плане инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 94, включая линию Q-Q сечения, и на фиг. 100 изображен вид в вертикальном сечении инструмента (58) для прохождения бурового раствора с удалением части по линии Q-Q сечения, и включая линии R и S, когда инструмент (58) расположен внутри прохода сквозь подземные пласты (52).
На фиг. 101 и 102 показаны увеличенные виды в вертикальном сечении части инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 100, ограниченные линиями R и S, соответственно. Оправка (117А) крепежного устройства (88) изображена как сцепленная с проходом сквозь подземные пласты (52) и убранная из связанных с ней гнезд (114 на фиг. 51), освобождая внутренний элемент (58 на фиг. 51) с дополнительной стенкой (51А на фиг. 101), срезанной на фиг. 102 от ее устройства (120) со срезными штифтами, открывая отверстие (59) к первому кольцевому проходу (55), показанное на фиг. 102. С использованием изображенной конфигурации буровой раствор, прокачиваемый через внутренний проход (53), отклоняется к первому кольцевому проходу (55) приводного инструмента (94) для осевого нисходящего потока.
На фиг. 102 показан сборочный узел внутреннего элемента (58 на фиг. 51) и узел внешнего элемента (58 на фиг. 52) перед тем, как указанный внутренний элемент будет перемещен в осевом направлении вверх относительно указанного внешнего элемента, и на фиг. 103 показано осевое положение указанного внутреннего элемента, перемещенного в осевом направлении вверх относительно сборочного узла внешнего элемента, прикрепленного к указанному проходу (52), после направления цементного бурового раствора в осевом направлении вниз от внутреннего прохода (53) к первому кольцевому проходу (55). Перемещение в осевом направлении вверх внутреннего элемента (58 на фиг. 51) впоследствии перемещает нажимную втулку (51F), имеющую крепежную поверхность проскальзывания и устройство (120) со срезными штифтами, связанное с устройством со срезными штифтами (120 на фиг. 51) внутреннего элемента, для закрывания открытого прохода к первому кольцевому проходу (55), после чего указанное устройство со срезными штифтами срезается, полностью освобождая указанный сборочный узел внутреннего элемента от указанного сборочного узла внешнего элемента и закрывая проход для размещения цемента в осевом направлении вниз.
На фиг. 104 показан изометрический вид варианта выполнения приводного инструмента (94), имеющего пробиваемый внутренний барьер (99) перепада давления и внешние уплотнения (99) перепада давления для сцепления со стенкой внутреннего прохода (53 на фиг. 99-103). Изображенный вариант осуществления изобретения используется для приведения в действие инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 94-102, и может освобождаться с использованием ловильного инструмента (98 на фиг. 133-135), захватываемого захватывающим инструментом (95 на фиг. 89-93 и фиг. 119-120), или внутренний барьер (99) может быть срезан давлением для восстановления потока жидкости через внутренний канал (53 на фиг. 99-103).
На фиг. 105 показан вид в плане правой части и связанный изометрический вид левой части с удалением части по линии AF-AF сечения варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, иллюстрирующий отверстия (59) и радиальный проход (75) для облегчения получения множества вариантов циркуляции бурового раствора посредством вращения одностенной колонны или двустенной колонны с использованием телескопического (90) шлицевого устройства (91) с вращательным соединителем (72) одностенной колонны на верхнем конце. Дополнительная стенка (51) и вращательные соединения (72) на нижнем конце инструмента для прохождения бурового раствора могут быть соединены с одностенной колонной или двустенной колонной, и хвостовик с выдвижной подвеской (77) хвостовика может также прикрепляться к проходу сквозь подземные пласты с использованием указанной выдвижной подвески для создания барьера перепада давления. Дополнительно может использоваться штифтовое устройство (92) для прикрепления составных частей телескопического элемента с различными длинами выдвижения телескопических устройств. Вращательные соединители могут быть замещены невращательными соединениями, если используется невращающаяся колонна, такая как гибкие трубы.
На фиг. 106 показан увеличенный изометрический вид варианта выполнения части инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 105, ограниченной линией AG, в котором буровой раствор проходит в осевом направлении (68) вниз через внутренний проход (53) и в осевом направлении (69) вверх через вертикальный радиально смещенный проход (75), причем радиально смещенные наружу проходы (75) покрыты дополнительной стенкой (51С).
На фиг. 107 показан увеличенный изометрический вид варианта выполнения части инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 105, ограниченной линией AG, в котором приводной инструмент (94) переместил дополнительную стенку (51С) в осевом направлении вниз, открывая ориентированные в радиальном направлении проходы (75) и блокируя внутренний проход (53). Буровой раствор проходит в осевом направлении (68) вниз через внутренний проход (53) к первому кольцевому проходу (55) между указанными колоннами обсадных труб и проходом сквозь подземные пласты (52) с использованием указанного приводного инструмента (94), возвращая циркуляцию бурового раствора в осевом направлении (69) вверх через отверстия и связанные ориентированные в радиальном направлении проходы (75) внутри инструмента (58) для прохождения бурового раствора. Приводной инструмент (94) может быть захвачен захватывающим инструментом (95 на фиг. 105), как только приводной инструмент разблокирован. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора также имеет каналы (75D), ведущие к надувной гибкой мембране (76), используемые для закупоривания ориентированного в осевом направлении вверх прохода между инструментом и указанным проходом (52) для предотвращения осевого направленного вверх потока.
На фиг. 108 показан вид в плане со штриховыми линиями, показывающими скрытые поверхности, варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, имеющего отверстия (59), ведущие к вертикальным ориентированным в радиальном направлении проходам (75) для направления бурового раствора через проходы между первой колонной (50) обсадных труб и вставленной дополнительной колонной (51) обсадных труб с проходящими радиально снаружи каналами (75) для направления бурового раствора от внутреннего прохода (53) к первому кольцевому проходу, окружающему инструмент, демонстрируя зависимость между вертикальными и проходящими радиально наружу каналами (75).
На фиг. 109-114 показаны виды варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора с составными частями, которые включают промежуточные вращающиеся стенки (51D), имеющие отверстия (59) для совмещения с отверстиями (59), ведущими к ориентированным в радиальном направлении проходам внутреннего элемента для пропускания или блокирования потока жидкого бурового раствора между отверстиями и гибким мембранным элементом (76). Первая стенка (50) ее верхним концом может быть соединена с одностенной вращающейся или невращающейся колонной обсадных труб, в то время как нижний конец первой стенки (50) и вставленной дополнительной стенки (51), являющейся промежуточной относительно прохода (52), в котором содержится инструмент, могут быть соединены с одностенной колонной или двустенной колонной в зависимости от того, непрерывна ли первая стенка (50) на нижнем конце с дистальным концом колонны.
На фиг. 109 показан изометрический вид составных частей инструмента для прохождения бурового раствора, показанных на фиг. 112, иллюстрирующий указанные отделенные составные части, включая вращающиеся гильзы (51D), имеющие отверстия (59), и гибкую мембрану (76) для сцепления с внутренним элементом. Гильзы могут быть вращающимися для изменения конфигурации потока проходов от других проходов внутреннего элемента и прохода, в котором содержится инструмент.
На фиг. 110 показан вид вертикального сечения внутреннего элемента инструмента для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 112, показывающий указанный внутренний элемент со скрытыми поверхностями, изображенными штриховыми линиями.
На фиг. 111 показаны виды в плане составных частей, показанных на фиг. 109, со скрытыми поверхностями, показанными штриховыми линиями, изображающие отверстия (59) во вращающихся вставленных дополнительных стенках (51D) и гибкую мембрану (76) в спущенном состоянии в вертикальном сечении слева и накачанном состоянии (96) в вертикальном сечении справа.
На фиг. 112 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора внутри прохода сквозь подземные пласты (52), причем фиг. 112 включает линию D-D сечения.
На фиг. 113 показан изометрический вид инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 112, с удалением части по линии D-D сечения, иллюстрирующий вращательное соединение (72) с одностенной колонной на ее верхнем конце. Фиг. 113 также включает линию Е, которая ограничивает часть инструмента, показанного на фиг. 114.
На фиг. 114 показан увеличенный изометрический вид части инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 113, ограниченной линией Е, показывающий устройство радиальных проходов (75) и промежуточных вращающихся стенок (51D) с отверстиями (59) для потока через внутренний проход (53) и первый кольцевой проход (55) в осевом направлении вниз и потока через дополнительный кольцевой проход (54) в осевом направлении вверх. Изображенная конфигурация используется, когда происходит существенное поглощение бурового раствора пластами, или когда первый кольцевой проход закупорен обломками горных пород во время бурения вследствие большого диаметра колонны и малого первого кольцевого пространства. Если колонна (51) на нижнем конце прикреплена к колонне большого диаметра, имеющей открытый нижний конец с конфигурацией, подобной показанной на фиг. 136-139, с одностенной колонной, проходящей через ее внутренний проход, с использованием одного или более буровых долот и/или буровых расширителей для облегчения прохождения, буровой раствор может циркулировать в осевом направлении вниз во внутреннем проходе (53), в то время как выходящий из скважины буровой раствор проходит через промежуточный проход (54) и первый кольцевой проход (55) для уменьшения потери бурового раствора, пока обсадная колонна (51) большого диаметра не будет зацементирована на месте. Эта конфигурация для бурения с поглощением бурового раствора существенно уменьшает указанные потери при использовании сил трения в первом кольцевом проходе, снижая поток бурового раствора и связанного с ним поглощения бурового раствора в первом кольцевом проходе, сохраняя гидростатический напор, для обеспечения управления скважиной.
На фиг. 115-117 показаны изометрические изображения составных частей инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 112, с удалением части по линии D-D сечения, иллюстрирующие различные ориентации и выравнивания вращающихся стенок (51D), в которых внутренний элемент прорезан в самом малом диаметре, вокруг которого вращаются дополнительные стенки (51D) с отверстиями (59) для выравнивания относительно отверстий и проходов (75А, 75В) внутреннего элемента с двумя вставленными дополнительными стенками (51D) с отверстиями (59), расположенными между указанными разрезами.
На фиг. 115 показаны стенки (51D), отверстия (59) и проходы (75А, 75В) в ориентации (Р1), используемой для имитации скорости, пропускной способности и связанных с ними давлений обычной циркуляции при бурении в осевом направлении вверх через первый кольцевой проход, когда один из проходов (75В) и отверстие (59) заблокированы для циркуляции бурового раствора, в то время как другой проход (75А) открыт для циркуляции бурового раствора. Буровой раствор циркулирует в осевом направлении (68) вниз через внутренний проход и в осевом направлении (69) вверх через первый кольцевой проход и дополнительный кольцевой проход. Эту конфигурацию можно также назвать конфигурацией бурения с потерей циркуляции, где, в отличие от обычного бурения предшествующего уровня техники, используется трение в первом кольцевом проходе для ограничения поглощения бурового раствора трещинами или в связи со свойствами пластов внутри первого кольцевого прохода, поддерживая циркуляцию и гидростатический напор указанным трением.
На фиг. 116 показаны стенки (51D), отверстия (59) и проходы (75А, 75В) в ориентации (Р2), используемой для имитации скорости, пропускной способности и связанных давлений бурения обсадной колонной в осевом направлении (68) вниз и в осевом направлении (69) вверх, когда один из проходов (75А) и отверстие (59) заблокированы для циркуляции бурового раствора, в то время как другой проход (75В) открыт для циркуляции бурового раствора. Буровой раствор циркулирует в осевом направлении (68) вниз через внутренний проход и дополнительный кольцевой проход и в осевом направлении (69) вверх через первый кольцевой проход.
На фиг. 117 показаны стенки, отверстия (59) и проходы (75А, 75В) в ориентации (Р3), используемой для нисходящей циркуляции для размещения цемента в осевом направлении (68) вниз и приема выходящего из скважины бурового раствора в осевом направлении (69) вверх, когда один из проходов (75В) и внутренний проход (53) заблокированы для циркуляции бурового раствора, в то время как другой проход (75А) и отверстие (59) открыты для циркуляции бурового раствора. Буровой раствор циркулирует в осевом направлении (68) вниз через внутренний проход, пока он не достигает отверстия (59), где он выходит и продолжает движение в осевом направлении вниз в первом кольцевом проходе, возвращаясь в осевом направлении (69) вверх через дополнительный кольцевой проход. Хотя изображенную конфигурацию называют положением нисходящего цементирования, оно может использоваться для облегчения любого осевого нисходящего потока бурового раствора в первом кольцевом проходе.
Дополнительно может использоваться дополнительное устройство (Р4), если внутренний проход (53) не заблокирован приводным инструментом (94), при этом циркуляция и через внутренний проход (53), и через первый кольцевой проход может продолжаться в осевом направлении (68) вниз с потоком в осевом направлении (69) вверх через дополнительный кольцевой проход. Эту конфигурацию можно назвать конфигурацией бурения с жестким допуском, используемой для вскрытия первого кольцевого прохода буровым раствором под давлением из внутреннего прохода, когда существует малый допуск между первым кольцевым проходом и колонной обсадных труб, если гравитационная подача с конфигурацией ориентации (Р1) с потерей циркуляции недостаточна для предотвращения закупориваний внутри первого кольцевого прохода. Может использоваться устройство со струйной насадкой для управления буровым раствором под давлением из внутреннего прохода в первый кольцевой проход, и гибкая мембрана, показанная на фиг. 107, со связанным с ней радиальным проходом (75D) для накачивания может использоваться для нагнетания осевого нисходящего потока для поддержания открытого первого кольцевого прохода в ситуациях бурения с жестким допуском.
На фиг. 118 показан изометрический вид варианта выполнения альтернативного устройства с двумя вставленными дополнительными стенками (51D), причем дополнительные стенки имеют отверстия (59) со скрытыми поверхностями, представленными штриховыми линиями, в котором дополнительная стенка меньшего диаметра расположена внутри дополнительной стенки большего диаметра. Изображенные стенки могут быть подвижными в осевом направлении, а не вращаемыми для совмещения указанных отверстий (59).
На фиг. 121-124 показаны виды вертикальных сечений варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, имеющего другое расположение отверстий, в котором дополнительные стенки (51С, 51D) перемещаются в осевом направлении для выравнивания отверстий (59), как описано выше и изображено на фиг. 118. Изображенный вариант выполнения инструмента для прохождения бурового раствора может быть помещен в нижний конец двустенной колонны для соединения проходов.
На фиг. 121 показан изометрический вид сверху инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного выше связанного с ним промежуточного вида в плане дополнительной стенки (51), который включает линию АМ-АМ сечения, которая показана выше связанного с ним нижнего изометрического изображения дополнительной стенки (51) с удалением части по линии АМ-АМ сечения, изображающего связанные отверстия (59) во входящей в контакт окружности. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора может быть вставлен внутрь дополнительной стенки (51).
На фиг. 122 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора выше связанного с ним сечения по линии AN-AN сечения инструмента. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора показан вставленным в дополнительную стенку (51), показанную на фиг. 121, причем буровой раствор из дополнительного кольцевого прохода (54) между первой стенкой (50) и дополнительной стенкой (51) увлекает буровой раствор в осевом направлении (68) вниз для комбинирования с буровым раствором, движущимся вниз в осевом направлении внутри внутреннего прохода (53) первой стенки (50). Буровой раствор, находящийся снаружи от инструмента, перемещается в осевом направлении (69) вверх в первом кольцевом проходе.
На фиг. 123 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора выше связанного с ним сечения инструмента, выполненного по линии АО-АО. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора показан вставленным в дополнительную стенку (51), показанную на фиг. 121, причем инструмент приводится в действие с различным расположением отверстий, при этом приводное устройство (94) толкается буровым раствором для скольжения дополнительной стенки (51С) вниз для закрывания отверстий для комбинирования потока во внутреннем проходе в осевом направлении (68) вниз и открывания отверстий для комбинирования потока в дополнительном кольцевом проходе с потоком в первом кольцевом проходе в осевом направлении (69) вверх. После приведения в действие устройства с внутренними отверстиями мембрана (99) перепада давления внутри приводного инструмента (94) может быть разрушена, обеспечивая продолжение потока через внутренний проход.
На фиг. 124 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора выше вида вертикального сечения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, выполненного по линии АР-АР. Инструмент показан вставленным в дополнительную стенку (51), показанную на фиг. 121. Приводной инструмент (97) показан как шар, изображенный посаженным в гнездо (103) и переместивший в осевом направлении внутреннюю дополнительную стенку (51D) для совмещения внутреннего прохода с радиальным проходом (75) к окружающему первому кольцевому проходу. После выравнивания радиального прохода (75) другой приводной инструмент, подобный устройству (94) приведения в действие, показанному на фиг. 123, может быть размещен поперек радиального прохода (75) для остановки нагнетания через него бурового раствора, пока достаточное давление не будет прилагаться к гнезду (103) для срезания гнезда и перемещения приводного инструмента (97), посаженного в гнездо (103), в осевом направлении вниз, откуда он может быть удален для исключения помех потоку захватывающим инструментом.
На фиг. 125-131 показаны виды варианта выполнения многофункционального инструмента (112А), который включает гидравлический насос (106) внутри вращательного корпуса (105). Шлицевая поверхность (91) используется для привода указанного насоса и чтобы гидравлически двигать дополнительные стенки, содержащие отверстия, или перемещать скользящие оправки (117А) в осевом направлении, сцепленные с поршнем (109), таким образом выравнивая отверстия или вызывая сцепление с гнездом во вставленной дополнительной стенке. Шлицевая поверхность (91), сцепленная с первой стенкой (50), также может быть сцеплена со шлицевым гнездом (104) на дистальных концах для вращения бурильной колонны. Шлицевое гнездо (104) расположено на верхнем и нижнем концах для облегчения вращения при бурении скважины и расширении снизу вверх при сжатии и напряжении первой стенки (50), в то время как промежуточные шлицевые гнезда (91) облегчают приведение в действие насоса (106). Изображенный универсальный приводной инструмент может использоваться с одностенной колонной, которая пересекается между меньшими и большими диаметрами, например, при бурении обсадной колонной, или с двустенной колонной.
На фиг. 125 показан вид в плане варианта выполнения многофункционального инструмента (112А) выше вида вертикального сечения инструмента, выполненного по линии AQ-AQ. Многофункциональный инструмент (112А) может обеспечивать бурение при сцеплении шлицевой поверхности (91) со связанным нижним корпусом (104) или расширение скважины снизу вверх при сцеплении со связанным верхним корпусом (104). Сцепление с промежуточными шлицевыми средствами обеспечивает работу гидравлического насоса для приведения в действие функций, связанных с окружающей стенкой другого инструмента, при этом вращение шлицевой поверхности (91 на фиг. 126), прикрепленной к первой стенке (50), вращает насос (106 на фиг. 127), используемый для гидравлического приведения в действие.
На фиг. 126 показан изометрический вид составных частей многофункционального инструмента (112А), показанного на фиг. 125, содержащего первую стенку с вращательными соединениями (72) и промежуточное шлицевое средство (91) для сцепления внутри корпуса (105) или насоса (106 на фиг. 129), используемое для вращения колонны при сцеплении с верхним или нижним концами корпуса (105 на фиг. 128) или насоса, если оно размещено и вращается между указанными концами.
На фиг. 127 показан изометрический вид многофункционального инструмента (112А), показанного на фиг. 125, с удалением части корпуса (105 на фиг. 128) по линии AQ-AQ. Верхний и нижний гидравлические насосы (106) показаны как содержащие вращающуюся стенку с рабочими колесами (111) внутри указанного корпуса (105). Вращение шлицевого средства (91 на фиг. 126) приводит в действие указанный насос, внутри которого оно входит в зацепление.
На фиг. 128 показан изометрический вид сечения корпуса (105) многофункционального инструмента (112А), показанного на фиг. 125, выполненного по линии AQ-AQ, причем корпус (105) может быть расположен вокруг поршня (109 на фиг. 129) с центральным вращающимся и перемещающимся в осевом направлении шлицевым устройством (91 на фиг. 126) для вращения связанной шлицевой стенки, имеющей внешние рабочие колеса (111) и функционирующей при использовании в качестве гидравлического насоса (106 на фиг. 127) при вращении. Корпус (105) имеет шлицевые средства (104) на дистальных концах для сцепления с центральным вращающимся и перемещающимся в осевом направлении шлицевым устройством (91 на фиг. 126), в котором сцепление и вращение внутри шлицевого корпуса (104) вызывает вращение дополнительных стенок, прикрепленных к указанному корпусу. Корпус (105) также имеет гидравлические проходы (107А, 107В и 107С) для облегчения гидравлического перемещения поршня (109 на фиг. 129) внутри корпуса, когда насос (106 на фиг. 127) используется.
На фиг. 129 показан изометрический вид сечения поршня (109) многофункционального инструмента (112А), показанного на фиг. 125, выполненного по линии AQ-AQ, в котором поршень имеет внутренний гидравлический проход (107А) и приводную поверхность (109А) для сцепления со скользящими оправками (117А на фиг. 127 и 117А на фиг. 130). Также обозначены концы (110) поршня.
На фиг. 130 и 131 показаны увеличенные изображения частей многофункционального инструмента (112А), показанного на фиг. 125, ограниченные линиями AR и AS, соответственно. Показаны верхнее и нижнее сцепления насоса и рабочее взаимодействие составных частей, показанных на фиг. 126-129. Шлицевое устройство (91) используется для вращения насоса (106), нагнетающего буровой раствор через проход (107В) для движения поршня (109) внутри гидравлической камеры (108) для последующего сцепления скользящей оправки (117А) со связанным гнездом в дополнительной стенке, внутри которой расположен указанный многофункциональный инструмент, если указанная шлицевая поверхность сцеплена и вращается в указанном насосе (106) внутри корпуса (105). Рабочая жидкость ниже поршня (109) возвращается через второй гидравлический проход (107А) внутри поршня для питания указанного насоса через третий гидравлический проход (107С). Закрытое гидравлическое устройство передвигает поршни (109), возвращая рабочую жидкость через проходы (107А и 107С), пока конец (110) поршня (109) не будет открыт в поршневую камеру (108). Дальнейшее вращение вызывает циркуляцию жидкости между камерой (108) и проходом (107С) корпуса, предотвращая избыточное давление в системе. Как только противоположный насос перемещает и повторно сцепляется с концом (110) поршня, отделяя его полость от полости поршневой камеры (108), устройство рециркуляции извлекается.
Если шлицевая поверхность (91) сцеплена внутри нижнего насоса (106 на фиг. 131), вращение насоса может использоваться для вызова отцепления скользящей оправки (117А) посредством перемещения поршня в противоположном направлении. Для приведения в действие любой функции рабочую жидкость подают к верхнему концу или нижнему концу поршневой камеры (108) с поршнем (109) между указанными верхним и нижним концами указанной камеры.
Если дополнительная стенка (51D на фиг. 118) прикреплена к указанному поршню вместо скользящей оправки (117А), дополнительная стенка может быть перемещена в осевом направлении вверх или вниз при сцеплении со связанным поршнем и насосом внутри корпуса (105), соответственно, для совмещения или блокирования отверстий (59 на фиг. 118).
На фиг. 119-120 и фиг. 132-135 показаны варианты выполнения захватывающих инструментов и связанных с ними приводных инструментов, соответственно, для сцепления с одним или больше ранее описанных инструментов для прохождения бурового раствора.
На фиг. 119 показан вид в плане варианта выполнения захватывающего инструмента (95) выше изометрического вида сечения захватывающего инструмента (95), выполненного по линии AK-AK. Захватывающий инструмент (95) может использоваться для захвата приводных инструментов, таких как описанные выше и показанные на фиг. 132-135, для извлечения указанных инструментов из положения, которое могло бы заблокировать поток бурового раствора через внутренний проход инструмента. Отверстия (59) внутри стенки захватывающего инструмента позволяют буровому раствору проходить вокруг приводных инструментов, захваченных внутри указанного захватывающего инструмента.
На фиг. 120 слева показан вид в плане варианта выполнения захватывающего инструмента (95), имеющий линию AL-AL, и рядом справа показан изометрический вид инструмента с удалением части по линии AL-AL сечения. На фиг. 120 показан захватывающий инструмент (95), в котором ловильный инструмент, шары, пробки и/или другие приводные инструменты, описанные ранее и показанные на фиг. 132-135, могут быть отклонены к боковой корзине или проходу. Отверстия (59) внутри захватывающего инструмента (95) позволяют буровому раствору проходить за инструмент и любые сцепленные устройства в осевом направлении вниз.
На фиг. 132 показан вид в плане варианта выполнения ловильного инструмента (97) для бурильных труб, имеющий линию АТ-АТ, выше связанного вида вертикального сечения ловильного инструмента (79) для бурильных труб с удаленной частью по линии АТ-АТ сечения. Ловильный инструмент (79) для бурильных труб может использоваться как приводное устройство. Модификации ловильного инструмента с внутренним барьером (99 на фиг. 135) и скользящих оправок (117А на фиг. 135) позволяют ловильному инструменту выполнять функцию и затем извлекаться из положения блокирования внутреннего прохода.
На фиг. 133 показан вид в плане варианта выполнения ловильного инструмента (98), имеющий линию AU-AU. Фиг. 134 изображает связанный изометрический вид ловильного инструмента (98) с удалением части инструмента, ограниченной линией AU-AU, соответственно. Ловильный инструмент (98) используется для извлечения приводных инструментов (94) из положения блокирования потока бурового раствора через внутренний проход. Ловильный инструмент показан сцепленным с нижним отверстием ловильного инструмента или отверстием приводного инструмента, принимая конец ловильного инструмента (98) гибкими ребрами (76А) для сцепления накачанного бурового раствора и внутренних стенок прохода.
На фиг. 135 показан увеличенный вид части ловильного инструмента, показанного на фиг. 134, ограниченной линией AV. В ходе работы приводной инструмент (94) может быть нажат буровым раствором для приведения в действие функции инструмента для прохождения бурового раствора в предопределенном гнезде для приводного инструмента, после чего ловильный инструмент (98), имеющий гибкие ребра (76А), допускающие его перемещение с потоком бурового раствора через заблокированный внутренний проход, может применяться, пока его нижний конец не пробьет или не проникнет сквозь барьер (99) перепада давления нижнего приводного инструмента (94), позволяя скользящим оправкам (117А) втягиваться и, таким образом, отцепляться от заданных гнезд, после чего и ловильный инструмент, и приводной инструмент опускаются в осевом направлении для сцепления со связанным захватывающим инструментом (95 на фиг. 119 и 120).
На фиг. 136-139 показан вариант выполнения простого инструмента (58) для прохождения бурового раствора и его составных частей, в котором указанный инструмент для прохождения бурового раствора включает центрирующий элемент (87) для концентрического расположения первой колонны (50) обсадных труб внутри вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб. Проходы (75) расположены между первой колонной (50) обсадных труб и вставленной дополнительной колонной (51) обсадных труб для прохождения бурового раствора. Дополнительные оправки (117А) скользящего сцепления могут использоваться с центрирующим элементом (87) для зацепления в связанном гнезде (89) дополнительной стенки.
На фиг. 136 показан вид в плане варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, который включает линию С-С сечения, в то время как фиг. 137 изображает вид вертикального сечения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, показанного на фиг. 136, выполненного вдоль линии сечения С-С. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора показан как имеющий центрирующий элемент (87), показанный на фиг. 138, имеющий скользящие оправки (117А), сцепленные внутри связанных гнезд (89) и вставленные в дополнительную колонну (51) обсадных труб вставного колонного инструмента (49 на фиг. 145-166) или двустенную колонну, в котором его нижнее соединение показано как сцепленное с первой колонной указанного вставного колонного инструмента, и его верхний соединитель (72) используется для сцепления с верхней первой колонной обсадных труб.
На фиг. 138 показан изометрический вид варианта выполнения центрирующего элемента (87), используемого внутри инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136-137). Инструмент для прохождения бурового раствора может включать скользящие оправки (117А) для сцепления со связанными гнездами вставленной дополнительной колонны обсадных труб вставного колонного инструмента (49 на фиг. 145-166) или двустенной колонны с четырьмя дополнительными кольцевыми проходами (54) между первой стенкой (50) и дополнительной стенкой (51) указанного центрирующего элемента.
На фиг. 139 показан изометрический вид варианта выполнения инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136), сцепленного с первой колонной (50) обсадных труб вставного колонного инструмента с удалением его вставленной дополнительной колонной обсадных труб для обеспечения видимости центрирующего элемента (87) инструмента (58) для прохождения бурового раствора.
Описанные варианты выполнения породоразрушающего инструмента, инструмента для прохождения бурового раствора и многофункционального инструмента предусматривают различные варианты осуществления изобретения этих инструментов в комбинации с устройством двустенной колонны для облегчения бурения, облицовки и/или заканчивания подземных пластов без необходимости извлечения бурильной колонны.
На фиг. 140-144 показаны виды вертикальных сечений, показывающие бурение предшествующего уровня техники и бурение обсадной колонной предшествующего уровня техники подземных горных пород, когда используется буровая вышка (31) для подъема одностенной бурильной колонны (33, 36, 40), оборудования (34, 38, 42-48) низа бурильной колонны и бурового долота (35) через буровой ротор (32) для бурения пластов (30). Согласно превалирующим способам предшествующего уровня техники используют одностенное колонное устройство для бурения прохода в подземных пластах, в то время как описанные здесь различные варианты осуществления изобретения могут использоваться с двустенными колоннами, сформированными посредством размещения одностенных колонн внутри одностенной колонны для создания колонны, имеющей множество стенок и связанных с ними вариантов использования.
На фиг. 141 показан увеличенный вид части оборудования низа бурильной колонны, показанного на фиг. 140, ограниченной линией AQ. Фиг. 142 изображает изометрический вид конфигурации для бурения обсадной колонной. Фиг. 141 изображает оборудование низа бурильной колонны большого диаметра с бурильной колонной малого диаметра в осевом направлении выше, в то время как фиг. 142 изображает оборудование низа бурильной колонны для бурения обсадной колонной ниже бурильной обсадной колонны большего диаметра. Обе изображенные конфигурации включают одностенные колонны. Вследствие наличия меньшего кольцевого зазора между бурильной обсадной колонной и пластами по сравнению с обычной бурильной колонной скорость жидкости, циркулирующей в осевом направлении вверх, существенно более высока в бурильной обсадной колонне, чем при обычном бурении с эквивалентными расходами.
На фиг. 143 и 144 показаны вертикальные виды бурения наклонной скважины и прямой вертикальной скважины обсадной колонной, соответственно, где фиг. 143 изображает гибкое или изогнутое соединение (44) и оборудование (43) низа бурильной колонны, прикрепленные (42) к одностенной обсадной колонне (40) бурильной колонны до бурения наклонной скважины. Фиг. 144 изображает оборудование низа бурильной колонны, используемое для бурения прямого вертикального интервала. Оборудование (46) низа бурильной колонны, показанное на фиг. 143, ниже гибкого соединения или изогнутого соединения (44) включает двигатель, используемый для вращения бурового долота (35), для бурения наклонной скважины, в то время как фиг. 144 изображает момент, в котором обсадная колонна (40) вращается, и двигатель вращает буровое долото (35) в противоположном направлении ниже вертлюжного соединения (48).
На фиг. 145-166 показаны варианты выполнения вставного колонного инструмента (49) в вертикальном виде с сечением половины прохода сквозь подземные пласты (52), с использованием различных вариантов выполнения породоразрушающих инструментов (56, 57, 63, 65 на фиг. 5-39 и 63, показанных на фиг. 88-93) и различных вариантов выполнения инструментов для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-64, фиг. 88-118, фиг. 121-124 и фиг. 136-139), с различными связанными вариантами выполнения многофункциональных инструментов (112 на фиг. 73-78 и 112А, показанных на фиг. 125-131) и различных вариантов выполнения ловильных инструментов (95 на фиг. 88-93 и фиг. 119-120) для увлечения первых колонн обсадных труб (50) и вставленных дополнительных колонн (51) обсадных труб в осевом направлении вниз, при бурении указанного прохода сквозь подземные пласты (52). Скорость движения бурового раствора и связанная с ней эффективная плотность бурения в первом кольцевом проходе между инструментами и пластами могут регулироваться с использованием инструментов (58) для прохождения бурового раствора неоднократно при помощи многофункциональных инструментов (112 на фиг. 73-78 и 112А на фиг. 125-131) с использованием приводных инструментов и ловильных инструментов (98 на фиг. 133-135), также регулируя поглощение бурового раствора и вводя и уплотняя материал для борьбы с поглощением, созданный породоразрушающими инструментами (56, 57, 63, 65), для сдерживания возникновения или распространения трещин внутри подземных пластов. Дополнительно, породоразрушающие инструменты (56, 57, 61, 63, 65) и большой диаметр двустенной бурильной колонны механически шлифуют проход сквозь подземные пласты, снижая вращательное и осевое трение. Инструменты и большой диаметр двустенной колонны также механически наносят и уплотняют материал для борьбы с поглощением на покрытую фильтрационной коркой стенку пластов в поровые пространства и трещины для дополнительного сдерживания возникновения или распространения трещин внутри подземных пластов.
Для бурения прохода сквозь подземные пласты в осевом направлении вниз буровое долото (35) вращается первой колонной (50) и/или двигателем для создания направляющей скважины (66), внутри которой оборудование низа бурильной колонны, имеющее породоразрушающие инструмент (65) с противостоящим рабочим колесом (111) и/или эксцентриковыми лопастями (56А), дробит частицы обломков горных пород, генерируемые буровым долотом (35) внутри относительно указанного инструмента (65) или против стенок пластов указанными инструментами (56, 57, 63, 65), таким образом смазывая и шлифуя стенки прохода сквозь подземные пласты.
Противоположные лопасти (111) породоразрушающего инструмента (65) и эксцентриковые лопасти (56А) породоразрушающих инструментов (56)могут быть снабжены структурами для резания, дробления или измельчения, включенными в противоположные или эксцентриковые лопасти, для соударения или удаления выступов горных пород со стенки прохода сквозь подземные пласты или соударения обломков горных пород внутри и центробежным способом. Дополнительно, когда нежелательно использовать породоразрушающий инструмент (65) для дальнейшего разрушения или дробления обломков горных пород, или если породоразрушающий инструмент (65) становится неработоспособным, породоразрушающий инструмент (65) также функционирует как стабилизатор вдоль изображенных колонн.
Когда дополнительная колонна (51) обсадных труб вставного колонного инструмента (49) больше направляющей скважины (66), породоразрушающие инструменты (63) с инструментами (63А) для резания горных пород первой ступени могут использоваться для расширения нижней части прохода сквозь подземные пласты (64), и режущие инструменты (61) для разрушения горных пород второй и/или последующей ступени могут далее расширять указанный проход (62), пока дополнительная колонна (51) обсадных труб со сцепленным оборудованием не будет способна пройти через расширенный проход. Использование множества ступеней для расширения скважины создает более малые частицы горных пород, которые могут быть раздроблены или измельчены для формирования материала для борьбы с поглощением более легко, создавая извилистый проход, через который затруднено прохождение больших частиц обломков горных пород без разрушения в процессе прохождения. В зависимости от сил в подземных пластах и желательного уровня генерирования материала для борьбы с поглощением породоразрушающие инструменты могут быть расположены выше ступенчатых инструментов для расширения прохода и породоразрушающих инструментов.
Дополнительная колонна (51) обсадных труб вставного колонного инструмента (49) оборудования низа бурильной колонны увеличивает диаметр бурильной колонны, создавая более узкий внешний кольцевой зазор или допуск между колонной и окружностью подземного прохода, таким образом увеличивая скорость бурового раствора в кольцевом пространстве через проход с эквивалентными расходами, увеличивая трение в кольцевом пространстве и связанное с ним давление бурового раствора, подаваемого через проход, и увеличивая давление, прилагаемое к подземным пластам циркуляционной системой. Изображенный вставленный колонный инструмент (49) также образует дополнительный кольцевой проход (54), находящийся между первой колонной (50) обсадных труб и дополнительной колонной (51) обсадных труб со способностью удерживания перепада давления для отклонения циркулирующих буровых растворов и имитации технологий бурения или бурения обсадной колонной.
Если желательны меньшие силы трения и связанная с ними плотность эффективной циркуляции, воздействующие на подземным слои, для сдерживания возникновения или распространения трещин, инструменты (58) для прохождения бурового раствора могут использоваться для соединения дополнительного кольцевого прохода (54) и первого кольцевого прохода (55) подобно обычной технологии бурения.
Если желательно приложение более высоких сил трения и связанной с ними плотности эффективной циркуляции к подземным пластам, например, когда желательно нагнетать буровой раствор и материал для борьбы с поглощением в пространства трещин и поровые пространства для выполнения усиления скважинной зоны кольцевых сжимающих напряжений, может использоваться инструмент (58) для прохождения бурового раствора для соединения дополнительного кольцевого прохода (54) и внутреннего прохода (53), допускающего поток бурового раствора в осевом направлении вниз, увеличивая скорость бурового раствора, проходящего в осевом направлении вверх, и связанные фрикционные потери в первом кольцевом проходе (55) подобно обычной технологии бурения обсадной колонной.
На фиг. 145 показан вид в вертикальном сечении, иллюстрирующий вариант выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода в пластах (52), используемого для имитации скоростей в кольцевом пространстве и связанных с ними давлений обычного бурения или бурения обсадной колонной. Изображенный вставленный колонный инструмент (49) может включать инструменты для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 42-64, 88-118, 121-124 и 136-139) с простым отверстием, показанные для представления указанных инструментов и многофункциональных инструментов (112, 112А на фиг. 73-87 и 125-131 соответственно) и породоразрушающих инструментов (56, 57, 63, 65 на фиг. 5-39) для расширения скважины, продвигая проход в осевом направлении вниз сквозь подземные пласты и создавая материал для борьбы с поглощением.
Фиг. 145 изображает нижний конец вставного колонного инструмента (49), включающего дополнительную колонну (51) обсадных труб, расположенных вокруг первой колонны (50) обсадных труб, образуя дополнительный кольцевой проход (54) между внутренним проходом (53) первой колонны (50) обсадных труб и стенкой прохода сквозь подземные пласты (52). Также показаны породоразрушающие инструменты (56, 57, 63, 65) с инструментом (58) для прохождения бурового раствора, используемым для отвода бурового раствора между первым кольцевым проходом (55) между указанным вставленным колонным инструментом (49) и подземными пластами, дополнительным кольцевым проходом (54), внутренним проходом (53) или их комбинациями.
На фиг. 146 показан вид в вертикальном сечении верхней части варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь пласты (52), и дополнительной колонны (51) обсадных труб. Изображенная верхняя часть вставного колонного инструмента может быть сцеплена с нижней частью вставного колонного инструмента, изображенного на фиг. 145, в котором дополнительная колонна (51) обсадных труб используется для вращения (67) вставленного колонного инструмента (49) подобно обычному бурению обсадной колонной.
На фиг. 14 6 показан инструмент для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136-139), сцепленный с дополнительной колонной (51) обсадных труб и первой колонной (50) обсадных труб, в котором буровой раствор проходит в осевом направлении (68) вниз через внутренний проход (54А) дополнительной колонны (51) обсадных труб до достижения инструмента для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136-139), после чего буровой раствор проходит вниз по дополнительному кольцевому проходу (54) и внутри внутреннего прохода (53) первой колонны (50) обсадных труб.
Буровой раствор возвращается в осевом направлении (69) вверх внутри первого кольцевого прохода (55), который включает слияние первого кольцевого прохода сквозь подземные пласты, увлекаемый вставленной инструментальной колонной (49), первого кольцевого прохода сквозь подземные пласты, увлекаемый предыдущей бурильной колонной и кольцевым зазором между дополнительной колонной (51) обсадных труб и ранее размещенной защитной облицовкой, которая, по меньшей мере, частично формирует стенку прохода сквозь подземные пласты (52).
В изображенном варианте осуществления изобретения вставленный колонный инструмент (49) имитирует обычную бурильную колонну обсадных труб вследствие диаметра обсадной колонны или дополнительной колонны (51) обсадных труб, используемой как одностенная бурильная колонна на ее верхнем конце. Хотя обычные бурильные обсадные колонны могут случайно генерировать материал для борьбы с поглощением, когда колонна большого диаметра входит в контакт с окружностью прохода во время вращения, большая часть видимого генерируемого материала для борьбы с поглощением, наблюдаемого на вибрационном сите во время бурения обсадной колонной, будет генерироваться между указанной колонной обсадных труб большого диаметра и ранее размещенной защитной обсадной колонной, где указанный генерируемый материал для борьбы с поглощением бесполезен.
На фиг. 147 показан вид в вертикальном сечении верхней части варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты (52), и дополнительной колонны (51) обсадных труб ниже инструмента (58) для прохождения бурового раствора. Изображенная часть вставного колонного инструмента (49) может сцепляться с нижней частью вставного колонного инструмента, показанного на фиг. 145. Первая колонна (50) обсадных труб показана как сборная колонна бурильных труб, сцепленная с инструментом (58) для прохождения бурового раствора, используемым для вращения вставленного колонного инструмента (49) в выбранном направлении (67), в котором создается соединение с инструментом для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136-139), показанным на фиг. 146. Изображенный вариант выполнения вставного колонного инструмента внешне имитирует сценарий бурения хвостовиком, но способен имитировать скорости обычной бурильной колонны и связанные с ними давления вследствие того факта, что изображенный вставленный колонный инструмент представляет собой двустенную бурильную колонну с инструментами для прохождения бурового раствора.
Вставленный колонный инструмент (49), показанный на фиг. 147, иллюстрирует: первую колонну (50) обсадных труб с буровым раствором, текущим в осевом направлении (68) вниз через внутренний проход первой колонны (50) обсадных труб с инструментом (58) для прохождения бурового раствора, сцепленным с первой колонной (50) обсадных труб и вставленной дополнительной колонной (51) обсадных труб, и с буровым раствором, нагнетаемым в осевом направлении (69) вверх через первый кольцевой проход (55) и дополнительный кольцевой проход (54).
В этом варианте выполнения вставного колонного инструмента (49) пропускная способность дополнительного кольцевого прохода между первой колонной обсадных труб (50) и вставленной дополнительной колонной (51) обсадных труб может быть прибавлена к буровому раствору, нагнетаемому в осевом направлении (69) вверх, для выборочной имитации обычных скоростей и давлений в кольцевом пространстве, связанных с бурением.
Дополнительно, когда бурение обсадной колонной предшествующего уровня техники обычно основано на извлечении канатом и замене оборудования низа бурильной колонны с извлечением буровой трубы, используемых как возможность при нештатной ситуации, изображенный вариант осуществления изобретения позволяет использовать первую колонну (50) обсадных труб как основную возможность для извлечения, ремонта и замены внутренних составных частей вставного колонного инструмента (49), допуская возможность возобновления бурения после отцепления защитной обсадной колонны.
Хотя извлечение канатом в целом эффективно, размер канатных устройств, требуемых для извлечения тяжелого оборудования низа бурильной колонны, в целом недопустим для многих операций с ограниченным доступным пространством, таких как морские операции. Дополнительно, длина обсадной колонны предшествующего уровня техники для бурения ниже оборудования низа бурильной колонны часто ограничивается вследствие ограничений по массе, связанных с извлечением канатом, таким образом снижая полезность и эффективность извлечения канатом, например, в ситуациях, когда требуется длинное и тяжелое оборудование низа бурильной колонны, как показано на фиг. 160 и 161.
Поскольку трубопроводы вставного колонного инструмента (49) прочнее, чем канат, колонны обсадных труб внутреннего элемента могут использоваться для размещения одной или более внешних вставленных колонн обсадных труб, служащих защитными облицовками, без предварительного извлечения указанной бурильной колонны.
На фиг. 148-155 показаны подземная сборка и разборка варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), в котором колонны обсадных труб собирают последовательно для имитации или узла для бурения обсадной колонной, или обычного бурильного узла.
На фиг. 148 показан вид в вертикальном сечении первой ступени при монтаже вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, расположенной внутри сечения прохода сквозь подземные пласты (52). Вставленная дополнительная колонна обсадных труб (51) показана размещенной внутри прохода сквозь подземные пласты (52), имеющего защитную облицовку, цементированную и/или залитую раствором (74) внутри указанного прохода сквозь пласты. Дополнительная колонна (51), размещенная внутри прохода сквозь пласты (52), может включать верхний и нижний инструменты для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136-139 и 58, соответственно)).
На фиг. 149 и 150 показаны виды в вертикальном сечении первой колонны (50) обсадных труб и внутренних элементов для вставки и вид в вертикальном сечении указанной колонны и элементов, вставленных в скважинное устройство, показанное на фиг. 148, соответственно, и расположенное внутри сечения прохода сквозь подземные пласты (52), изображая второй этап при монтаже варианта выполнения вставного колонного инструмента (49). Первая колонна (50) обсадных труб вставлена и сцеплена внутри вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб с инструментами для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 148), расположенными в верхнем и нижнем концах двустенной части колонны при подготовке для продвижения подземного прохода в осевом направлении вниз. В других вариантах осуществления изобретения нижний инструмент (58) для прохождения бурового раствора с клапанами может быть опущен или замещен вторым нижним инструментом (58 на фиг. 136-139), оставляющим нижний конец двойной колонны открытым для потока, если верхний инструмент для прохождения бурового раствора добавлен выше узла для управления потоком.
На фиг. 151 показан слева вид в плане дополнительной колонны (51), имеющий линию AW-AW. Фиг. 152 изображает справа связанный вид в вертикальном сечении с удалением части, ограниченной линией AW-AW, расположенной внутри сечения прохода сквозь подземные пласты (52). Показан дополнительный третий этап при монтаже варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), в котором вставленная дополнительная колонна (51) обсадных труб используется для вращения вставленного колонного инструмента (49) в выбранном направлении (67), продвигая подземный проход в осевом направлении вниз буровым долотом (35) и инструментами (63) для расширения скважины.
На фиг. 153 изображен вид в вертикальном сечении внутренней составной части первой колонны (50) обсадных труб, которая формирует внутреннюю составную часть полученного вида в вертикальном сечении, показанного на фиг. 154, который изображает вариант выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения подземных пластов. Таким образом, показан дополнительный четвертый этап монтажа варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), в котором первая колонна (50) обсадных труб, показанная на фиг. 149, была удалена из вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб и замещена более длинной первой колонной обсадных труб, имеющей инструмент (58) для прохождения бурового раствора на его верхнем конце, после чего продолженное бурение подземного прохода может продолжаться в осевом направлении вниз. С прибавлением верхнего инструмента (58) для прохождения бурового раствора поглощение бурового раствора в подземные трещины (18) может быть ограничено в течение времени, требуемого для заполнения трещин материалом для борьбы с поглощением и улучшенной фильтрационной коркой (26), содержащей указанный материал для борьбы с поглощением, для сдерживания возникновения или распространения трещин, при циркуляции через дополнительный кольцевой проход колонны, как ранее описано.
Изображенный вариант выполнения вставного колонного инструмента (49) имитирует инструмент для спуска хвостовика и/или буровой инструмент. Как только полная глубина достигнута, цементный буровой раствор (74) циркулирует или через верхний, или через нижний инструмент для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 49-53 или 56-59 соответственно) в осевом направлении вниз или вверх, соответственно, через ориентированные в радиальном направлении проходы (75) к указанной вставленной дополнительной колонне, обсадной колонне или хвостовику (51) и к стенке прохода сквозь подземные пласты (52), после чего надувная мембрана (76 на фиг. 58), которая может функционировать как башмак обсадной колонны, может быть накачана для предотвращения эффекта сообщающихся сосудов для цементного бурового раствора.
На фиг. 155 показан вид в вертикальном сечении вставного колонного инструмента (49), показанного на фиг. 154, расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты, с внутренней колонной обсадных труб, показанной на фиг. 153, частично забранной после цементирования, с первой колонной (50) обсадных труб, отцепленной от вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб. Вставленная дополнительная колонна (51) обсадных труб может быть сцеплена с защитной обсадной колонной внутри подземных пластов с крепежным устройством (88), таким как подвеска хвостовика, и гибкой мембраной (76), такой как верхний пакер хвостовика, создающий барьер перепада давления. Буровой раствор циркулирует через первую колонну (50) обсадных труб для удаления избыточного цементного раствора из ствола скважины после цементирования и/или заливки цементным раствором вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, таким образом изолируя разрыв (18) и обсаженные или облицованные пласты от дальнейшего возникновения или распространения трещин.
На фиг. 156 показан вид в плане дополнительной колонны (51) обсадных труб, имеющий линию АХ-АХ. Фиг. 157 изображает частичный вид вертикального сечения дополнительной колонны (51) обсадных труб с удалением части по линии AX-AX сечения. Вариант выполнения вставного колонного инструмента (49) показан расположенным внутри сечения прохода сквозь подземные пласты с линиями трещин, используемыми для представления большой протяженности колонны. Вариант выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора изображен сцепленным с верхним концом вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, в которой прерывистая первая колонна (50) обсадных труб используется для вращения бурильной колонны в выбранном направлении (67). Частичное сечение проходит до точки немного выше первой линии трещин, показывая прерывистую первую колонну (50) обсадных труб. Изображенная конфигурация выгодна при морских буровых операциях, выполняемых с плавучей буровой установки, где желательна способность подвешивать колонну с противовыбросового превентора на морском дне, и в ситуациях, когда колонна обсадных труб диаметра одной буровой трубы используется между буровым ротором и уровнем морского дна. Разрывы в виде вертикального сечения указывают, что узлы могут иметь большую протяженность, и дополнительные породоразрушающие инструменты могут быть разнесены по указанным длинам для создания материала для борьбы с поглощением для сдерживания возникновения и распространения трещин.
На фиг. 157 показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), на котором показано бурение подземных пластов, вызывающее поглощение бурового раствора трещинами (18) в пластах, и точки (25) распространения трещин еще не уплотнены от давлений циркуляционной системы. Дополнительный кольцевой проход между первой колонной (50) обсадных труб и вставленной дополнительной колонной (51) обсадных труб используется для циркуляции бурового раствора в осевом направлении (69) вверх, входящего в отверстия (59) в нижнем конце колонны, для уменьшения давлений и связанного поглощения бурового раствора указанными трещинами, пока достаточно материала для борьбы с поглощением не может быть размещено для уплотнения перепада давления в точках (25) распространения трещин. Отверстия (59) в варианте выполнения телескопически выдвигаемого верхнего инструмента (58) для прохождения бурового раствора позволяют буровому раствору проходить в осевом направлении (69) вверх, затем позволяют буровому раствору спускаться в осевом направлении (68) вниз через первый кольцевой проход с использованием сопротивления трения потоку для замедления поглощения бурового раствора трещинами (18), сохраняя и циркуляцию, и гидростатическое давление с целью управления скважиной. Нижний инструмент (58) для прохождения бурового раствора может включать центрирующее устройство, подобное показанному на фиг. 139, для концентрического расположения первой колонны (50) обсадных труб с открытым проходом относительно указанного дополнительного кольцевого прохода из первого кольцевого прохода. В альтернативном варианте указанный нижний инструмент для прохождения бурового раствора может включать инструмент, такой как изображенный на фиг. 88-93, для обеспечения дополнительных функциональных возможностей.
На фиг. 158 показан вид в вертикальном сечении, изображающий вариант выполнения вставного колонного инструмента (49) с невращающейся первой колонной (50) обсадных труб, таких как гибкие трубы, расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты. Двигатель изображен на нижнем конце вставного колонного инструмента (49), который может занимать весь или часть его дополнительного кольцевого прохода для плавучести для уменьшения эффективного веса вставного колонного инструмента (49), компенсируя способность удерживания натяжения невращающейся колонны. Множество инструментов для прохождения бурового раствора с группами радиальных проходов могут использоваться для разделения и управления частями дополнительного кольцевого прохода, допуская циркуляцию и плавучесть внутри полученных дополнительных кольцевых проходов. Изображенный верхний инструмент (58) для прохождения бурового раствора показан как вводящий гибкую мембрану (76) в сцепление со стенкой прохода сквозь подземные пласты (52), при этом циркуляция происходит через ориентированные в радиальном направлении проходы (75) верхнего инструмента (58) для прохождения бурового раствора, допуская непрерывную циркуляцию в осевом направлении (68) вниз в первом кольцевом пространстве во время периодов прекращения плавучести, поглощения бурового раствора трещинами, жестких допусков, залипания внешней колонны, или временную циркуляцию для удаления обломков, блокирования или закупоривания в указанном первом кольцевом проходе запиранием противовыбросовых превенторов и/или использованием указанной гибкой мембраны (76). Иначе, внутри первого кольцевого прохода поток бурового раствора может быть создан в осевом направлении (69) вверх. После достижения желательной глубины для размещения дополнительной колонны (51) обсадных труб для использования как защитной облицовки с выдвижной подвеской (77) хвостовика цементирование может происходить в осевом направлении вниз, после чего плавучесть дополнительного кольцевого прохода, невращаемой первой колонны (50) обсадных труб и двигателя может быть устранена. Такие конфигурации допускают размещение колонн без необходимости использования буровой вышки вследствие опорной плавучести колонны и использования множества и неоднократно избираемых инструментов для прохождения бурового раствора для регулирования плавучести.
На фиг. 159 показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты, причем инструмент имеет жесткий допуск первого кольцевого прохода между пластами и колонной, в то время как первая колонна (50) обсадных труб используется для обеспечения потока в осевом направлении вниз ниже гибкой мембраны (76), выходных отверстий (59) в ее внутреннем проходе и первом кольцевом проходе. Вставленный колонный инструмент (49) используется для возвращения циркулирующего бурового раствора через дополнительный кольцевой проход в осевом направлении (69) вверх для уменьшения сил в первом кольцевом проходе или с гравитационной подачей вокруг инструмента, или с подачей под давлением из внутреннего прохода в осевом направлении вниз. Множество вставленных невращаемых защитных обсадных труб с менее жесткими гладкопроходными соединениями и жесткими допусками между каждой колонной могут использоваться для образования невращаемых вставленных дополнительных колонн (51) обсадных труб, пригодных для использования с вращаемой первой колонной (50) обсадных труб, принимая большую часть сил, вызываемых при продвижении подземного прохода в осевом направлении вниз. Множество вставленных невращаемых хвостовиков с гладкопроходным соединением с жестким допуском может быть последовательно размещено с выдвижными подвесками (77) хвостовика и может включать использование технологии телескопического выдвижения, позволяя размещать множество защитных облицовок без необходимости извлечения бурильной колонны из прохода сквозь подземные пласты (52).
На фиг. 160 показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты, посредством чего маятниковое оборудование низа бурильной колонны и долото (35), имеющее гибкую длину (84), могут использоваться для управления по направлению вставленным колонным инструментом (49).
На фиг. 161 показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения вставленного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты, посредством чего маятниковое оборудование низа бурильной колонны и эксцентричное долото (86) могут использоваться для управления по направлению вставленным колонным инструментом (49) и получения дополнительного изгибаемого отрезка (84) оборудования низа бурильной колонны, в то время как вставленная дополнительная колонна обсадных труб остается на месте. В варианте осуществления изобретения это может быть достигнуто посредством расцепления инструмента для прохождения бурового раствора внутреннего элемента (58 на фиг. 57) и продолжения бурения, после чего указанный инструмент может быть повторно сцеплен для направления дополнительной колонны (51) обсадных труб в наклонную скважину в пластах.Варианты выполнения вставного колонного инструмента согласно изобретению могут включать, по меньшей мере, один инструмент для прохождения бурового раствора, используемый для управления соединениями между обсадными трубами и проходами. В других вариантах выполнения вставного колонного инструмента второй инструмент для прохождения бурового раствора (58 на фиг. 136-139) и/или центрирующее устройство также может применяться для отцепления и повторного сцепления первой колонны (50) обсадных труб, если используется буровой расширитель (47).
На фиг. А, В, С, D и Е показаны виды вертикальных сечений верхних частей колонн обсадных труб, связанных с инструментами, изображенными на фиг. 162-166, расположенными внутри сечения прохода сквозь подземные пласты (52).
На фиг. А показан вид в вертикальном сечении верхнего конца вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь пласты, вращаемого в выбранном направлении (67), причем его нижний конец может быть связан с верхними концами колонн, показанных на фиг. С, D или Е.
На фиг. В показан вид в вертикальном сечении верхнего конца первой колонны обсадных труб, расположенной внутри сечения устья скважины и прохода сквозь пласты, имеющей подвеску (78) насосно-компрессорной колонны и скважинный предохранительный клапан (80) с промежуточной линией (79) управления, размещенный внутри устья скважины, имеющего кольцевой выход (81) для циркуляции. Нижний конец первой колонны обсадных труб может быть связан с верхним концом колонн, показанных на фиг. Б или Е. Конфигурация, изображенная на фиг. В, также может использоваться подобно конфигурации, показанной на фиг. А, если вращение больше не требуется.
На фиг. С показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора, расположенного на верхнем конце вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, внутри сечения устья скважины и прохода сквозь пласты. Изображенный инструмент (58) для прохождения бурового раствора используется для облегчения направления бурового раствора внутри проходов и может сцеплять вставленные дополнительные колонны (51) обсадных труб с проходом сквозь подземные пласты с использованием одного или более крепежных устройств (88) и/или уплотнительного устройства (76), после чего первая колонна (50) обсадных труб может быть удалена. Цементный буровой раствор (74) для сцепления вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб с проходом сквозь подземные пласты (52) может быть размещен в осевом направлении вниз или в осевом направлении вверх внутри первого кольцевого прохода между вставленной дополнительной колонной (51) обсадных труб и проходом сквозь подземные пласты (52).
На фиг. Б показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора внутри сечения устья скважины и прохода сквозь пласты, расположенного в верхнем конце вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, причем инструмент (58) для прохождения бурового раствора используется для облегчения направления бурового раствора внутри проходов и может действовать в качестве внутриколонного пакера для сцепления вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб с проходом сквозь подземные пласты, с крепежным устройством (88) и/или устройством (76) уплотнения перепада давления, после чего первая колонна (50) обсадных труб пригодна для употребления как эксплуатационная колонна или колонна для закачивания.
На фиг. Е показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения инструмента (58) для прохождения бурового раствора с удалением части вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб для видимости первой колонны обсадных труб и расположенного внутри сечения устья скважины и прохода сквозь пласты. Короткая первая колонна (50) обсадных труб может быть удалена или сохранена, как хвостовая труба для добычи или нагнетания, причем инструмент (58) для прохождения бурового раствора может действовать в качестве внутриколонного пакера или, в альтернативном варианте, может быть удален после сцепления крепежного устройства (88) с проходом сквозь подземные пласты.
На фиг. 162 показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты, с удалением части вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб для видимости первой колонны (50) обсадных труб. Изображенный вставленный колонный инструмент (49) используется в почти горизонтальном варианте с первой колонной (50) обсадных труб, включающей фильтровые трубы, вставленные внутрь второй вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, которая может включать хвостовик со щелевидными продольными отверстиями, который принимает силы, вызванные направлением вставленного колонного инструмента (49) в осевом направлении вниз расходным двигателем (83). Инструмент для прохождения бурового раствора может использоваться для прикрепления дополнительных колонн обсадных труб, как показано на фиг. С, или, в альтернативном варианте, инструмент для прохождения бурового раствора может использоваться в качестве внутриколонного пакера, как показано на фиг. Б или Е, зацепляя первую колонну (50) обсадных труб с подвеской колонны и устьем скважины, как показано на фиг. В. Гравийный пакер также может циркулировать в осевом направлении вниз, размещая фильтры с использованием силы тяжести для содействия размещению.
На фиг. 163 показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты. Изображенный вариант осуществления изобретения включает устройство генерирования материала для борьбы с поглощением, используемое как колонна для заканчивания скважины в почти горизонтальном варианте, после которой могут использоваться методы заканчивания цементированием, перфорированием и/или стимуляцией трещин для обхода повреждения поверхности ствола скважины с использованием инструмента для прохождения бурового раствора для прикрепления дополнительной колонны (51) обсадных труб, как показано на фиг. С. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора также может использоваться в качестве внутриколонного пакера, как показано на фиг-D или Е, сцепляющего первую колонну (50) обсадных труб с подвеской колонны и устьем скважины, как показано на фиг. В. Фиг. 163 также изображает часть вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, которая удалена для видимости первой колонны (50) обсадных труб и ее сцепления, как описано выше.
На фиг. 164 показан вид в вертикальном сечении варианта выполнения вставного колонного инструмента (49), сцепленного с двигателем (83) и расположенного внутри сечения прохода сквозь подземные пласты. Изображенный вариант осуществления изобретения используется в почти горизонтальном варианте с обсадными трубами с гладкопроходным соединением, произвольно, с использованием кольцевых проходов для обеспечения плавучести невращаемой первой колонны обсадных труб, таких как гибкие трубы. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора может использоваться для прикрепления дополнительной колонны (51) обсадных труб, как показано на фиг. С, или, в альтернативном варианте, инструмент (58) для прохождения бурового раствора может использоваться в качестве внутриколонного пакера, как показано на фиг. Б или Е, сцепленного с первой колонной (50) обсадных труб с подвеской колонны и устьем скважины, как показано на фиг. В. Фиг. 164 также изображает часть вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб, которая удалена для видимости первой колонны (50) обсадных труб и ее сцепления, как описано выше.
На фиг. 165 показан вертикальный вид варианта выполнения вставного колонного инструмента (49) с удалением части вставленной дополнительной колонны (51) обсадных труб для показа первой колонны обсадных труб, имеющей один или более пулевых перфораторов (82), расположенных внутри сечения прохода сквозь подземные пласты. Изображенный вариант осуществления изобретения используется в почти горизонтальном варианте. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора используется для размещения цемента в осевом направлении вниз и крепления дополнительной колонны (51) обсадных труб, показанной на фиг. С, или, в альтернативном варианте, инструмент (58) для прохождения бурового раствора может использоваться в качестве внутриколонного пакера, показанного на фиг. Б или Е, сцепленного с первой колонной обсадных труб с подвеской колонны и устьем скважины, как показано на фиг. В, после чего зажигание указанных пулевых перфораторов может допускать добычу из пластов или нагнетание в них.
На фиг. 166 показан вертикальный вид варианта выполнения вставного колонного инструмента (49) и расходуемого двигателя (83), расположенных внутри сечения прохода сквозь подземные пласты. Изображенный вариант осуществления изобретения показан при использовании в почти горизонтальном продуктивном пласте с короткой первой колонной (50) обсадных труб, имеющей ловильный инструмент или открытый конец колонны ниже инструмента (58) для прохождения бурового раствора. Вставленная дополнительная колонна (51) обсадных труб может использоваться для подачи бурового раствора двигателю и нагнетания цемента в осевом направлении вниз через первый кольцевой проход, после чего инструмент (58) для прохождения бурового раствора может использоваться для прикрепления дополнительной колонны обсадных труб, как показано на фиг. Е. Инструмент (58) для прохождения бурового раствора также может быть удален, как показано на фиг. Е. Инструмент для прохождения бурового раствора также используется в качестве внутриколонного пакера, сцепленного с подвеской колонны и устьем скважины, как показано на фиг. В.
Усовершенствования, представленные описанными и изображенными вариантами осуществления изобретения, обеспечивают существенное преимущество для бурения и заканчивания скважины, где давления формирования трещин являются проблемой, или при обстоятельствах, когда необходимо увлекать защитные облицовки глубже, чем согласно существующей практике с использованием обычной технологии.
Материал для борьбы с поглощением, создаваемый с использованием одного или более вариантов осуществления настоящего изобретения, может быть применен в подземных пластах относительно трещин и разрывов и/или может использоваться для дополнения добавок на поверхности материала для борьбы с поглощением, увеличивая полное доступное количество материала для борьбы с поглощением, доступного для сдерживания возникновения или распространения указанных трещин.
Подземное создание материала для борьбы с поглощением с использованием запаса обломков горных пород внутри прохода сквозь подземные пласты снижает количество и размер обломков, которые должны быть удалены из ствола скважины, таким образом облегчая извлечение и перенос неиспользованных обломков из подземной скважины. Поскольку формации подвергаются давлениям и силам бурения и системы циркуляции бурового раствора, материал для борьбы с поглощением, генерируемый вблизи только что вскрытых подземных пластов горных пород и структур, может быстро воздействовать на зону потери бурового раствора своевременно, поскольку обнаружение не требуется вследствие указанной близости и относительно короткого времени передачи, связанного с подземным генерированием материала для борьбы с поглощением.
Подземное создание материала для борьбы с поглощением также исключает потенциальные конфликты со скважинными инструментами, такими как гидравлические забойные двигатели и инструменты для каротажа при бурении, генерируя частицы большего размера после того, как буровой раствор прошел указанные инструменты.
Подземное создание больших частиц материала для борьбы с поглощением увеличивает доступную способность содержания буровым раствором более малых частиц материала для борьбы с поглощением и/или других материалов и химических продуктов, добавленных в буровой раствор на поверхности, увеличивая общее количество частиц с размером материала для борьбы с поглощением и потенциально улучшая свойства циркулирующего бурового раствора.
Варианты осуществления настоящего изобретения также обеспечивают получение средства для нанесения и уплотнения материала для борьбы с поглощением при помощи средств нагнетания под давлением и/или механических средств.
Варианты осуществления настоящего изобретения также обеспечивают способность управлять давлением в первом кольцевом проходе между устройством и проходом сквозь подземные пласты для сдерживания возникновения и распространения трещин и ограничения потерь бурового раствора, связанных с трещинами. Применение этих изменяющих давление инструментов и способов может изменяться и повторно избираться без извлечения колонны обсадных труб для бурения или заканчивания, используемой для продвижения прохода сквозь подземные пласты.
Варианты осуществления настоящего изобретения также обеспечивают способность реверсировать циркуляцию бурового раствора для нагнетания бурового раствора и цементного раствора в осевом направлении вниз в первый кольцевой проход между колонной обсадных труб и проходом сквозь подземные пласты, когда может использоваться сила тяжести для содействия указанному нагнетанию.
В обстоятельствах, когда нежелательные вещества из подземных пластов могут поступать в буровой раствор, в типичном случае, такие как жидкие углеводороды или газы, также может использоваться реверсивная циркуляция для осуществления динамического прекращения и/или уменьшения поглощения бурового раствора при бурении с поглощением бурового раствора, проводя проход сквозь подземные пласты в осевом направлении вниз, пока защитная облицовка не будет использоваться для изолирования указанных формаций, содержащих указанные нежелательные вещества, загрязняющие буровой раствор или раствор для заканчивания скважины, или шламы.
Варианты осуществления настоящего изобретения позволяют поддерживать гидростатический напор, когда дополнительный кольцевой проход может обеспечивать циркуляцию возвращающегося бурового раствора в осевом направлении вверх, удаляя засорения и/или ограничивая поглощение бурового раствора трещинами в пластах посредством циркуляции или в осевом направлении вверх, или вниз в условиях жесткого допуска и высоких фрикционных потерь в первом кольцевом проходе посредством потока под давлением или силой тяжести между колонной обсадных труб и проходом сквозь подземные пласты.
В вариантах осуществления настоящего изобретения может использоваться множество трубопроводов высокого или низкого давления для продвижения прохода сквозь подземные пласты и выполнения заканчивания внутри указанного прохода для добычи или нагнетания во время бурения или направления без извлечения внутренних колонн обсадных труб.
Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения сдерживают возникновение или распространение трещин внутри подземных пластов и несут защитные обсадные трубы, хвостовики и устройства заканчивания при бурении или колонну обсадных труб, используемую для продвижения указанных хвостовиков и оборудования для заканчивания скважины на место, без извлечения внутренней вращающейся, невращающейся и/или циркуляционной колонны, предназначенной для больших подземных глубин, чем практикуемые в настоящее время согласно предшествующему уровню техники.
Варианты осуществления настоящего изобретения, таким образом, обеспечивают получение систем и способов, которые допускают любую конфигурацию или ориентацию одностенных или двустенных колонн обсадных труб с использованием прохода сквозь подземные пласты для генерирования под землей материала для борьбы с поглощением, одновременно размещая защитные обсадные трубы и управляя давлениями циркуляции для достижения больших глубин, чем в настоящее время практикуется с существующей технологией.Хотя были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что в рамках прилагаемой формулы изобретения настоящее изобретение может быть осуществлено иначе, чем определенно здесь описано.