УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ СПУСКА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СТВОЛ СКВАЖИНЫ
DEVICE AND METHOD FOR LOWERING CASING STRING INTO WELLBORE

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет и преимущество перед предварительной заявкой на патент США № 62/724,229, озаглавленной «Устройство и способ для спуска обсадной колонны в ствол скважины» и зарегистрированной 29 августа 2018 г., содержание которой в полном объеме включено сюда посредством ссылки.
Уровень техники
Нефтегазовые скважины обычно бурят в земной поверхности или на океанском дне для разработки природных месторождений нефти, газа и других природных ресурсов, которые залегают в подземных геологических пластах. Стволы скважин для достижения природных месторождений могут формироваться с помощью бурильной техники, содержащей различное поверхностное и подземное оборудование, работающее скоординированным образом. После формирования ствола скважины внутрь указанного ствола скважины может быть вставлена металлическая обсадная колонна для защиты боковой стенки ствола скважины, изоляции различных геологических формаций и способствования поддержанию регулирования пластовых флюидов и давления в скважине во время различных последующих операций в нижнем направлении скважины. Обсадная колонна может быть закреплена внутри стола скважины цементом, нагнетаемым в кольцевой зазор между наружной поверхностью обсадной колонны и боковой стенкой ствола скважины.
Доступ к нефтегазовым коллекторам, расположенным в геологических пластах, обычно обеспечивается с помощью вертикальных и практически вертикальных стволов скважин. Обсадные колонны можно вставлять в вертикальные и практически вертикальные стволы скважин, используя действующую на них силу тяжести для способствования перемещению или перемещению обсадных колонн. Однако во все возрастающей степени доступ к нефтегазовым коллекторам обеспечивается с помощью невертикальных стволов скважин. При вставлении обсадных колонн в невертикальные стволы скважин могут возникать проблемы в случае использования обсадных колонн, вставляемых обычным образом в вертикальные и практически вертикальные стволы скважин. Например, в невертикальных стволах скважин сила тяжести может сводиться к нулю за счет сил трения между обсадной колонной и боковой стенкой ствола скважины, которая может противодействовать движению обсадной колонны по стволу скважины. Несмотря на то, что обсадная колонна может проталкиваться по стволу скважины, трение, создаваемое у боковой стенки ствола скважины, может быть больше, чем существующая осевая сила для проталкивания обсадной колонны в нижнем направлении.
Кроме того, наружная поверхность обсадной колонны может приставать к боковой стенке ствола скважины, или передний край обсадной колонны или передние края муфт обсадной колонны могут врезаться или в боковую стенку ствола скважины или зажиматься возле указанной боковой стенки, препятствуя движению обсадной колонны в нижнем направлении. Движению обсадной колонны по невертикальному стволу скважины также может мешать присутствие различных препятствий по длине ствола скважины. Например, буровые отходы, вымоины и различные неоднородности (например, выпуклости, неровности) в боковой стенке ствола скважины могут дополнительно препятствовать или увеличивать противодействие движению обсадной колонны по стволу скважины.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет более понятным из приведенного ниже подобного описания со ссылкой на приложенные чертежи. Следует отметить, что согласно общепринятой промышленной практике различные компоненты показаны не в масштабе. Фактически, размеры различных компонентов могут быть произвольно увеличены или уменьшены для ясности описания.
На фиг. 1 показан схематический вид известного устройства, перемещаемого вдоль по существу вертикального и невертикального участков ствола скважины;
на фиг. 2 – схематический вид по меньшей мере участка примера выполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 3 – перспективный вид по меньшей мере участка примера выполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 4 – вид сбоку показанного на фиг. 3 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 5 – вид в разрезе показанного на фиг. 4 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 6 – вид с торца показанного на фиг. 4 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 7 – увеличенный вид участка показанного на фиг. 5 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 8 – перспективный вид по меньшей мере участка примера выполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 9 – вид сбоку показанного на фиг. 8 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 10 – вид в разрезе показанного на фиг. 9 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 11 – вид с торца показанного на фиг. 9 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 12 – увеличенный вид участка показанного на фиг. 10 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 13 – перспективный вид по меньшей мере участка примера выполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 14 – вид сбоку показанного на фиг. 13 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 15 – вид в разрезе показанного на фиг. 14 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 16 – вид с торца показанного на фиг. 14 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 17 – перспективный вид по меньшей мере участка примера выполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 18 – вид сбоку показанного на фиг. 17 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 19 – вид в разрезе показанного на фиг. 18 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 20 – вид с торца в разрезе показанного на фиг. 18 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 21 – другой вид с торца в разрезе показанного на фиг. 18 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 22 – вид сбоку по меньшей мере участка примера выполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения;
на фиг. 23 – вид в разрезе показанного на фиг. 22 устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Следует понимать, что в приведенном ниже описании предлагается много различных вариантов осуществления изобретения или примеров выполнения различных признаков ряда вариантов осуществления изобретения. Частные примеры компонентов и компоновок описаны ниже для упрощения понимания настоящего изобретения. Разумеется, эти примеры не предназначены для ограничения изобретения. Кроме того, в настоящем изобретении в различных примерах могут повторно использоваться номера позиций и/или буквенные символы. Такое повторное использование служит для упрощения и ясности понимания и само по себе не обусловливает взаимосвязь между описанными различными вариантами осуществления изобретения и/или компоновками. Кроме того, формирование первого признака с помощью или на основе второго признака в приведенном описании может включать в себя варианты осуществления изобретения, в которых первый и второй признаки сформированы в прямом контакте, а также может включать в себя варианты осуществления изобретения, в которых между первым и вторым признаками могут быть образованы дополнительные признаки, так что первый и второй признаки могут находиться не в прямом контакте.
Такие термины, как верхний, вверх, выше, нижний, вниз и/или ниже, используются для обозначения описанных здесь относительных положений и/или направлений устройств, инструментов, компонентов, частей, участков, конструктивных элементов и/или других элементов, показанных на соответствующих фигурах. Такие термины необязательно должны обозначать фактические относительные положения и/или направления. Однако такие термины могут указывать на относительные положения и/или направления относительно ствола скважины, когда устройство согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения используется или иным образом установлено в стволе скважины. Например, термин верхний может означать в верхнем направлении, а термин нижний может означать в нижнем направлении.
На фиг. 1 показан схематический вид по меньшей мере части примера выполнения системы 100 для строительства скважины, которая представляет собой пример среды, в которой могут быть реализованы один или несколько аспектов настоящего изобретения, описанных ниже. Система 100 для строительства скважины показана относительно ствола 102 скважины, образованного посредством вращательного и наклонно-направленного бурения от поверхности 104 буровой площадки и продолжающегося в подземный пласт 106. Несмотря на то, что система 100 для строительства скважины показана как наземное сооружение, нижеописанные аспекты также применимы для морских сооружений.
Система 100 для строительства скважины содержит поверхностное оборудование 110, расположенное на поверхности 104 буровой площадки, и обсадную колонну 130, содержащую множество обсадных труб 132, подвешенных внутри ствола 102 скважины. Поверхностное оборудование 110 может совместно приводиться в действие для выполнения операций спуска обсадной колонны (например, сборки обсадной колонны и операций спуска), которые могут включать в себя прием и позиционирование обсадных труб 132 поочередно над стволом 102 скважины, соединение обсадных труб 132 для последовательной сборки обсадной колонны 130 и опускание обсадной колонны 130 внутри ствола 102 скважины каждый раз в случае присоединения новой обсадной трубы 132. Смежные обсадные трубы 132 обсадной колонны 130 могут быть соединены с помощью соответствующих муфт 134 обсадной колонны.
Поверхностное оборудование 110 может содержать буровую мачту, деррик, и/или другие конструкции 112 буровой площадки. Обсадная колонна 130 может быть подвешена внутри ствола 102 скважины от конструкции 112 буровой площадки с помощью спуско-подъемного оборудования, которое может содержать кронблок 116, соединенный с конструкцией 112 буровой площадки или иным образом поддерживаемый указанной конструкцией, талевый блок 118, функционально соединенный с кронблоком с помощью поддерживающего каната или троса 121, и элеватор 122, соединенный с талевым блоком 118 и поддерживаемый указанным блоком. Кронблок 116 и талевый блок 118 могут быть шкивами или колесами с желобами, вокруг которых пропущен поддерживающий трос 121 для функционального соединения кронблока 116, талевого блока 118 и буровой лебедки 120. Таким образом, буровая лебедка 120 может выборочно передавать натяжение поддерживающему тросу 121 для подъема и опускания элеватора 122, обусловливая вертикальное перемещение 124 элеватора 122. Буровая лебедка 120 может содержать барабан, раму и первичный привод (например, двигатель или электродвигатель), пригодный для приведения в движение барабана и его вращения и наматывания поддерживающего троса 121, что обусловливает перемещение вверх талевого блока 118 и элеватора 122. Буровая лебедка 120 может быть выполнена с возможностью освобождения троса 121 посредством регулируемого вращения барабана, обусловливая перемещение вниз талевого блока 118 и элеватора 122. Поверхностное оборудование 110 также может содержать устройство 126 для затяжки (например, ключ, устройство для механизированной подвески и развинчивания труб) на полу буровой площадки (не показан). Устройство 126 для затяжки может перемещаться к обсадной трубе 132, от указанной обсадной трубы и по меньшей мере частично вокруг указанной обсадной трубы, что позволяет устройству 126 для затяжки свинчивать и развинчивать соединения обсадных труб для сборки и разборки обсадной колонны 130.
Каждая обсадная труба 132 может содержать муфту 134 обсадной колонны, закрепленную с помощью резьбы или иным образом на ее верхнем конце, который образует муфтовый (т.е. охватывающий) конец обсадной трубы 132. Во время операций спуска обсадной колонны обсадные трубы 132 могут последовательно свинчиваться и спускаться (т.е. опускаться) в ствол скважины до тех пор, пока обсадная колонна 130 не будет иметь заданную длину и/или не достигнет заданной глубины (например, измеренной глубины (ИГ)) внутри ствола 102 скважины. Например, новая обсадная труба 132 может перемещаться к полу буровой площадки до тех пор, пока муфта 134 обсадной колонны не будет выступать над полом буровой площадки. Затем элеватор 122 может захватывать новую обсадную трубу 132 за муфту 134 обсадной колонны, и буровая лебедка 120 может поднять новую обсадную трубу 132 над ранее присоединенной обсадной трубой 132, выступающей из ствола 102 скважины. Набор захватов (не показаны) может удерживать ранее присоединенную обсадную трубу 132 и, таким образом, обсадную колонну 130 в подвешенном положении внутри ствола 102 скважины. После того как ниппельный (т.е. охватываемый) конец новой обсадной трубы 132 будет расположен над муфтовым концом ранее присоединенной обсадной трубы 132 и выровнен с ним, буровая лебедка 120 может опускать новую обсадную трубу 132 до тех пор, пока ниппельный конец новой обсадной трубы 132 не будет по меньшей мере частично вставлен в муфтовый конец ранее присоединенной обсадной трубы 132.
В дальнейшем устройство 126 для затяжки может перемещаться к обсадной колонне 130, зажиматься вокруг новой обсадной трубы 132 и приводиться в действие для вращения новой обсадной трубы 132 с целью резьбового зацепления ниппельного конца новой обсадной трубы 132 с муфтовым концом ранее присоединенной обсадной трубы 132 для свинчивания соединения. Таким образом, новая обсадная труба 132 становится частью обсадной колонны 130. Затем устройство 126 затяжки может освобождаться и перемещаться на некоторое расстояние от обсадной колонны 130. Далее захваты могут приводиться в открытое состояние, и буровая лебедка 120 может опускать обсадную колонну 130 внутри ствола 102 скважины вперед в нижнем направлении (т.е. вниз по стволу скважины). Когда муфтовый конец вновь присоединяемой обсадной трубы 132 будет расположен рядом с захватами и/или полом буровой площадки, буровая лебедка 120 может прекратить опускание обсадной колонны 130, захваты могут закрыться для зажимания вновь присоединяемой обсадной трубы 132, а элеватор 122 может отсоединиться от вновь присоединенной обсадной трубы 132.
В дальнейшем к полу буровой площадки может перемещаться другая обсадная труба 132, захватываемая элеватором 122, которая поднимается над ранее присоединенной обсадной трубой 132, выступающей из ствола 102 скважины, и соединяется с указанной обсадной трубой. Захваты могут снова открываться, а спуско-подъемное оборудование может опускать обсадную колонну 130 внутри ствола 102 скважины вперед по стволу скважины. Такие операции спуска обсадной колонны могут повторяться до тех пор, пока обсадная колонна 130 не достигнет заданной длины и/или не достигнет заданной глубины внутри ствола 102 скважины.
Во время операций спуска обсадной колонны, когда обсадная колонна 130 опускается вдоль по существу вертикального участка 105 ствола 102 скважины, сила тяжести (т.е. вес обсадной колонны 130) обусловливает перемещение обсадной колонный 130 в нижнем направлении перпендикулярно боковой стенке ствола 102 скважины. Таким образом, во время опускания обсадной колонны 130 вдоль по существу вертикального участка 105 ствола 102 скважины боковая стенка 103 по существу не препятствует перемещению или движению обсадной колонны 130 внутри ствола 102 скважины.
Однако когда обсадная колонна 130 опускается вдоль невертикального участка 107 (например, горизонтального или отклоненного иным образом) ствола 102 скважины, то за счет силы тяжести вес обсадной колонны 130 направлен вниз к боковой стенке 103 ствола 102 скважины. В результате боковая стенка 103 невертикального участка 107 ствола 102 скважины создает трение об обсадную колонну 130 и/или иным образом препятствует предусмотренному перемещению или движению обсадной колонны 130 по стволу 102 скважины. Кроме того, ударное воздействие, трение, вибрации и другие усилия, возникающие в результате контакта с боковой стенкой 103, могут вызывать повреждение обсадной колонны 130 и/или боковой стенки 103, когда обсадная колонна 130 перемещается через по существу невертикальный участок 107 ствола 102 скважины.
Соответственно, настоящее изобретение также относится к приспособлению (например, устройству) для перемещения (например, качения), которое может способствовать перемещению или иному движению обсадной колонны по невертикальному участку ствола скважины, например невертикальному участку 107 ствола 102 скважины. На фиг. 2 представлен схематический вид системы 100 для строительства скважины, показанной на фиг. 1, но предусматривающей спускание (т.е. свинчивание и перемещение) внутри ствола 102 скважины обсадной колонны 140 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. В отличие от обсадной колонны 130, показанной на фиг. 1, обсадная колонна 140 содержит или используется совместно с множеством приспособлений 150 для перемещения согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
Каждое приспособление 150 для перемещения может образовывать часть обсадной колонны 140 или может быть соединено с ней и может содержать один или несколько вращающихся элементов 152 (например, сфер, колес, роликов и т.д.) или других уменьшающих трение элементов, продолжающихся сбоку (например, радиально наружу) от или после наружной поверхности обсадной колонны 140. Во время операций спускания обсадной колонны приспособления 150 для перемещения могут поднимать, поддерживать или иным образом смещать по меньшей мере часть обсадной колонны 140 в сторону от боковой стенки 103 ствола 102 скважины, чтобы уменьшать контакт или препятствовать контакту и, таким образом, трению между участками (например, обсадными трубами 132, муфтами 134 обсадной колонны) обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Например, вращающиеся элементы 152 могут контактировать с боковой стенкой 103 ствола 102 скважины, чтобы обсадная колонна 140 могла катиться по боковой стенке 103 ствола 102 скважины вдоль продольной оси ствола 102 скважины. Таким образом, приспособления 150 для перемещения могут способствовать или иным образом содействовать перемещению обсадной колонны 140 внутри невертикального участка 107 ствола 102 скважины до тех пор, пока обсадная колонна 140 не достигнет заданной длины и/или не достигнет заданной глубины внутри ствола 102 скважины. Приспособления 150 для перемещения могут поддерживать расстояние или зазор между наружной поверхностью обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и, таким образом, могут использоваться в дополнение к центраторам обсадной колонны (например, пружинным центраторам) или вместо них во время операций спуска обсадной колонны. Во время последующих операций цементирования приспособления 150 для перемещения могут оставаться соединенными с обсадной колонной 140 и, таким образом, могут цементироваться с обсадной колонной 140.
Каждое приспособление 150 для перемещения может быть муфтой обсадной колонны, может содержать муфту обсадной колонны или может действовать в качестве муфты обсадной колонны и, таким образом, может использоваться вместо обычной муфты обсадной колонны (например, вместо муфт 134 обсадной колонны, показанных на фиг. 1) для резьбового или иного соединения двух обсадных труб 132 друг с другом. Такие приспособления 150 для перемещения могут быть соединены с соответствующими обсадными трубами 132 для формирования муфтовых концов обсадных труб 132 и соединения друг с другом смежных обсадных труб 132 обсадной колонны 140. Вместе с тем приспособления 150 для перемещения могут использоваться в дополнение к обычным муфтам 134 обсадной колонны. Например, приспособления 150 для перемещения могут быть соединены с обсадной колонной 140 по окружности или иным образом совместно с выбранными обычными муфтами 134 обсадной колонны (например, с каждой или некоторыми) из обычных муфт 134 обсадной колонны. Такие приспособления 150 для перемещения могут быть соединены с обсадной колонной 140 по окружности обычных муфт 134 обсадной колонны во время операций спуска обсадной колонны, например, после резьбового зацепления каждого ниппельного конца новой обсадной трубы 132 с муфтовым концом (т.е. с муфтой 134 обсадной колонны) ранее присоединенной обсадной трубы 132, выступающим из ствола 102 скважины. Вместе с тем приспособления 150 для перемещения могут быть соединены с обсадной колонной 140 по окружности или иным образом совместно с выбранными обсадными трубами 132 (например, с каждой или некоторыми) из обсадных труб 132 между противоположными обычными муфтами 134 обсадной колонны. Приспособления 150 для перемещения в объеме настоящего изобретения могут быть соединены с каждой муфтой 134 обсадной колонны или обсадной трубой 132, каждой второй муфтой 134 обсадной колонны или обсадной трубой 132 или с другим(и) заданным(и) интервалом(ами) или показателем(ями).
На фиг. 3–7 показаны перспективный вид, вид сбоку, вид в разрезе, вид по оси и увеличенный местный вид в разрезе соответственно по меньшей мере части примера выполнения приспособления 200 для перемещения согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения Приспособление 200 для перемещения показано как соединяющее вместе противоположные верхнюю и нижнюю обсадные трубы 136, 138 или иным образом подсоединенное между ними. Нижеприведенное описание относится совместно к фиг. 2–7.
Приспособление 200 для перемещения может быть муфтой обсадной колонны, может содержать муфту обсадной колонны или может действовать в качестве муфты обсадной колонны и, таким образом, может использоваться вместо обычной муфты обсадной колонны (например, вместо муфт 134 обсадной колонны, показанных на фиг. 1) для резьбового или иного соединения двух обсадных труб друг с другом. В нефтегазовой промышленности противоположные концы обсадных труб могут быть ниппельными концами или могут содержать ниппельные концы (т.е. с наружной резьбой). Перед выполнением операций спуска обсадной трубы приспособление 200 для перемещения может быть соединено с каждой обсадной трубой для формирования муфтового конца обсадной трубы. После этого во время операций спуска обсадной трубы ниппельные концы новых обсадных труб могут быть соединены с муфтовыми концами (т.е. с приспособлениями 200 для перемещения) ранее соединенных обсадных труб, выступающими из ствола 102 скважины.
Приспособление 200 для перемещения может содержать корпус 202 (например, втулку, переходник, кожух), имеющий в целом трубчатую геометрию с внутренней поверхностью 203, ограничивающей осевое отверстие, продолжающееся через корпус и обеспечивающее прохождение флюидов между верхней и нижней обсадными трубами 136, 138, соединенными приспособлением 200 для перемещения. Корпус 202 может содержать верхнее соединительное средство 204 для механического соединения приспособления 200 для перемещения с соответствующим нижним соединительным средством 137 верхней обсадной трубы 136 и нижнее соединительное средство 206 для механического соединения приспособления 200 для перемещения с соответствующим верхним соединительным средством 139 нижней обсадной трубы 138. Средство 204 сопряжения может быть внутренней (т.е. охватывающей) резьбой или может содержать такую резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления с соответствующей наружной (т.е. охватываемой) резьбой нижнего соединительного средства 137, и средство 206 сопряжения может быть внутренней резьбой или может содержать такую резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления с соответствующей наружной резьбой верхнего соединительного средства 139.
Приспособление 200 для перемещения также может содержать множество катящихся или иным образом вращающихся элементов 210, соединенных с возможностью вращения с корпусом 202 и распределенных в окружном направлении вокруг указанного корпуса. По меньшей мере часть каждого вращающегося элемента 210 может продолжаться или выступать из наружной поверхности 208 корпуса 202 или за указанную поверхность на заданное расстояние 212 в боковом или ином радиальном наружном направлении относительно центральной оси 201 приспособления 200 для перемещения. Каждый вращающийся элемент 210 может быть сферой или содержать сферу, например шариковую опору, которая может быть расположена в соответствующей полости 216, выполненной внутри стенки корпуса 202. Каждый вращающийся элемент 210 может удерживаться внутри соответствующей полости 216 с помощью соответствующего удерживающего кольца 218, имеющего отверстие, которое позволяет части соответствующего вращающегося элемента 210 выступать или иным образом продолжаться через него на заданное расстояние 212. Каждое удерживающее кольцо 218 может удерживаться на месте у соответствующего вращающегося элемента 210 с помощью одного или нескольких винтов, соединяющих удерживающее кольцо 218 с корпусом 202.
Несмотря на то, что приспособление 200 для перемещения, как показано, содержит восемь вращающихся элементов 210, распределенных вокруг корпуса 202, следует понимать, что приспособление 200 для перемещения может содержать меньшее или большее количество вращающихся элементов 210. Кроме того, несмотря на то, что приспособление 200 для перемещения, как показано, содержит вращающиеся элементы 210, распределенные в окружном направлении вокруг корпуса 202 вдоль единственной окружной кривой 214, вращающиеся элементы 210 могут быть расположены в виде двух, трех, четырех и большего числа групп вращающихся элементов 210, причем каждая из них содержит множество вращающихся элементов 210, распределенных по окружности вокруг корпуса 202 вдоль отдельной окружной кривой 214, причем все окружные кривые расположены в различных положениях вдоль оси корпуса 202.
Во время операций спуска обсадной колонны приспособления 200 для перемещения могут совместно поднимать или поддерживать по меньшей мере участки обсадной колонны 140 на некотором расстоянии от боковой стенки 103 ствола 102 скважины и могут уменьшать или исключать контакт и, таким образом, уменьшать трение между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Например, вращающиеся элементы 210 каждого устройства 200 для перемещения могут контактировать с боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и поднимать корпус 202 и по меньшей мере участок обсадных труб 136, 138, соединенных с корпусом 202, в сторону от боковой стенки 103. Каждое приспособление 200 для перемещения может поддерживать расстояние или зазор между боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и корпусом 202 (и по меньшей мере участком обсадных труб 136, 138, соединенных корпусом 202), который приблизительно равен расстоянию 212. Вращающиеся элементы 210 также позволяют соответствующему участку обсадной колонны 140 катиться в осевом (т.е. продольном) направлении по боковой стенке 103 и уменьшают трение между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Вращающиеся элементы 210 также позволяют соответствующему участку обсадной колонны 140 вращаться (например, катиться, поворачиваться) внутри ствола 102 скважины и уменьшают или исключают напряжения при кручении вдоль обсадной колонны 140 и/или удерживают обсадную колонну 140 у нижней стороны ствола 102 скважины.
На фиг. 8–12 показаны перспективный вид, вид сбоку, вид в разрезе, вид по оси и увеличенный местный вид в разрезе соответственно по меньшей мере части примера выполнения приспособления 300 для перемещения согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения Приспособление 300 для перемещения показано как соединяющее вместе противоположные верхнюю и нижнюю обсадные трубы 136, 138 или иным образом подсоединенное между ними. Нижеприведенное описание относится совместно к фиг. 2 и 8–12.
Приспособление 300 для перемещения может быть муфтой обсадной колонны, может содержать муфту обсадной колонны или может действовать в качестве муфты обсадной колонны и, таким образом, может использоваться вместо обычной муфты обсадной колонны (например, вместо муфт 134 обсадной колонны, показанных на фиг. 1) для резьбового или иного соединения двух обсадных труб друг с другом. Перед выполнением операций спуска обсадной трубы приспособление 300 для перемещения может быть соединено с каждой обсадной трубой для формирования муфтового конца обсадных труб. После этого во время операций спуска обсадной трубы ниппельные концы новых обсадных труб могут быть соединены с муфтовыми концами (т.е. с приспособлениями 300 для перемещения) ранее соединенных обсадных труб, выступающими из ствола 102 скважины.
Приспособление 300 для перемещения может содержать корпус 302 (например, втулку, переходник, кожух), имеющий в целом трубчатую геометрию с внутренней поверхностью 303, ограничивающей осевое отверстие, продолжающееся через корпус и обеспечивающее прохождение флюидов между верхней и нижней обсадными трубами 136, 138, соединенными приспособлением 300 для перемещения. Корпус 202 может содержать верхнее соединительное средство 304 для механического соединения приспособления 300 для перемещения с соответствующим нижним соединительным средством 137 верхней обсадной трубы 136 и нижнее соединительное средство 306 для механического соединения приспособления 300 для перемещения с соответствующим верхним соединительным средством 139 нижней обсадной трубы 138. Средство 304 сопряжения может быть внутренней (т.е. охватывающей) резьбой или может содержать такую резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления с соответствующей наружной (т.е. охватываемой) резьбой нижнего соединительного средства 137, и средство 306 сопряжения может быть внутренней резьбой или может содержать такую резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления с соответствующей наружной резьбой верхнего соединительного средства 139.
Приспособление 300 для перемещения также может содержать множество катящихся или иным образом вращающихся элементов 310, соединенных с возможностью вращения с корпусом 302 и распределенных в окружном направлении вокруг указанного корпуса. По меньшей мере часть каждого вращающегося элемента 310 может продолжаться или выступать из наружной поверхности 308 корпуса 302 или за указанную поверхность на заданное расстояние 312 в боковом или ином радиальном наружном направлении относительно центральной оси 301 приспособления 300 для перемещения. Каждый вращающийся элемент 310 может быть колесом или содержать колесо (например, имеющее в целом цилиндрическую геометрию), выполненное с возможностью вращения вокруг соответствующей оси 318, определяющей ось вращения, продолжающуюся по существу перпендикулярно относительно центральной оси 301. Каждый вращающийся элемент 310 может быть расположен в соответствующей полости 316, выполненной в стенке корпуса 302, и удерживаться в полости с помощью соответствующей оси 318, которая может продолжаться через полость 316 и в корпус 302 с противоположных сторон полости 316.
Вращающиеся элементы 310 могут быть расположены в одной или нескольких группах 314 вращающихся элементов 310, причем каждая группа 314 содержит множество вращающихся элементов 310, распределенных в окружном направлении вокруг корпуса 302 на отдельной кривой. Все группы 314 вращающихся элементов 310 могут быть расположены в разных местах вдоль оси корпуса 302. Вращающиеся элементы 310 одной или нескольких групп 314 вращающихся элементов 310 могут быть азимутально смещены от вращающихся элементов 310 одной или нескольких других групп 314 вращающихся элементов 310. Соответственно, несмотря на то, что каждая группа 314, как показано, содержит двенадцать вращающихся элементов 310, распределенных по окружности вокруг корпуса 302 через каждые тридцать градусов, азимутальное смещение обеспечивает распределение вращающихся элементов 310 по окружности вокруг корпуса 302 через каждые пятнадцать градусов, как показано на фиг. 11. Несмотря на то, что приспособление 300 для перемещения, как показано, содержит три группы 314 вращающихся элементов 310, следует понимать, что приспособление 300 для перемещения может содержать одну, две, четыре или больше групп 314 вращающихся элементов 310. Кроме того, несмотря на то, что каждая группа 314 вращающихся элементов 310, как показано, содержит двенадцать вращающихся элементов 310, следует понимать, что каждая группа 314 вращающихся элементов 310 может содержать меньшее или большее количество вращающихся элементов 310.
Во время операций спуска обсадной колонны приспособления 300 для перемещения могут совместно поднимать или поддерживать по меньшей мере участки обсадной колонны 140 на некотором расстоянии от боковой стенки 103 ствола 102 скважины и могут уменьшать или исключать контакт и, таким образом, уменьшать трение между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Например, вращающиеся элементы 310 каждого устройства 300 для перемещения могут контактировать с боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и поднимать корпус 302 и по меньшей мере участок обсадных труб 136, 138, соединенных с приспособлением 300 для перемещения, в сторону от боковой стенки 103. Каждое приспособление 300 для перемещения может поддерживать расстояние или зазор между боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и корпусом 302 (и по меньшей мере участком обсадных труб 136, 138, соединенных корпусом 302), который приблизительно равен расстоянию 312. Вращающиеся элементы 310 также позволяют соответствующему участку обсадной колонны 140 катиться в осевом (т.е. продольном) направлении по боковой стенке 103 и уменьшают трение между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103.
На фиг. 13–16 показаны перспективный вид, вид сбоку, вид в разрезе, вид по оси и увеличенный местный вид в разрезе соответственно по меньшей мере части примера выполнения приспособления 400 для перемещения согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения Приспособление 400 для перемещения показано как соединенное вместе с верхней и нижней обсадными трубами 136, 138 или иным образом подсоединенное между ними. Нижеприведенное описание относится совместно к фиг. 2 и 3–16.
Приспособление 400 для перемещения может быть муфтой обсадной колонны, может содержать муфту обсадной колонны или может действовать в качестве муфты обсадной колонны и, таким образом, может использоваться вместо обычной муфты обсадной колонны (например, вместо муфт 134 обсадной колонны, показанных на фиг. 1) для резьбового или иного соединения двух обсадных труб друг с другом. Перед выполнением операций спуска обсадной трубы приспособление 400 для перемещения может быть соединено с каждой обсадной трубой для формирования муфтового конца обсадных труб. После этого во время операций спуска обсадной трубы ниппельные концы новых обсадных труб могут быть соединены с муфтовыми концами (т.е. с приспособлениями 400 для перемещения) ранее соединенных обсадных труб, выступающими из ствола 102 скважины.
Приспособление 400 для перемещения может содержать корпус 402 (например, втулку, переходник, кожух), имеющий в целом трубчатую геометрию с внутренней поверхностью 403, ограничивающей осевое отверстие, продолжающееся через корпус и обеспечивающее прохождение флюидов между верхней и нижней обсадными трубами 136, 138, соединенными приспособлением 400 для перемещения. Корпус 402 может содержать верхнее соединительное средство 404 для механического соединения приспособления 400 для перемещения с соответствующим нижним соединительным средством 137 верхней обсадной трубы 136 и нижнее соединительное средство 406 для механического соединения приспособления 400 для перемещения с соответствующим верхним соединительным средством 139 нижней обсадной трубы 138. Средство 404 сопряжения может быть внутренней (т.е. охватывающей) резьбой или может содержать такую резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления с соответствующей наружной (т.е. охватываемой) резьбой нижнего соединительного средства 137, и средство 406 сопряжения может быть внутренней резьбой или может содержать такую резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления с соответствующей наружной резьбой верхнего соединительного средства 139.
Приспособление 400 для перемещения также может содержать множество катящихся или иным образом вращающихся элементов 410, соединенных с возможностью вращения с корпусом 402 и распределенных в окружном направлении вокруг указанного корпуса. Каждый вращающийся элемент 410 может быть роликовой опорой или может содержать роликовую опору, имеющую в целом цилиндрическую геометрию, выполненную с возможностью вращения вокруг соответствующей оси (не показана), определяющей ось вращения, продолжающуюся по существу перпендикулярно относительно центральной оси 401 приспособления 400 для перемещения. По меньшей мере часть каждого вращающегося элемента 410 может быть расположена за наружной поверхностью 408 корпуса 402 на заданном расстоянии 412 в боковом или ином радиальном наружном направлении относительно центральной оси 401.
Вращающиеся элементы 410 могут быть соединены с одним или несколькими кольцевыми элементами 420 (например, кольцами, обручами, втулками и т.д.) или иным образом поддерживаться указанными элементами, расположенными вокруг корпуса 402. Кольцевые элементы 420 могут быть соединены с возможностью вращения с корпусом 402, чтобы кольцевые элементы 420 могли вращаться вокруг (т.е. относительно) корпуса 402, а ось вращения каждого кольцевого элемента 420 совпадала с центральной осью 401. Каждый кольцевой элемент 420 может быть соединен с возможностью вращения с корпусом 402 с помощью опоры в сборе, например шариковой опоры, содержащей множество шариков 418, помещенных внутри противолежащих канавок или каналов, расположенных вдоль внутренней поверхности каждого кольцевого элемента 420 и наружной поверхности 408 корпуса 402. Другие средства для соединения с возможностью вращения кольцевых элементов 420 с корпусом 402 могут включать в себя роликовые опоры, гладкие опоры и гидравлические опоры помимо других примеров.
По меньшей мере часть каждого вращающегося элемента 410 может продолжаться или выступать из наружной поверхности соответствующего кольцевого элемента 420 или за указанную поверхность в боковом или ином радиальном наружном направлении относительно центральной оси 401. Каждый вращающийся элемент 410 может быть расположен в соответствующей полости 416, выполненной в наружной поверхности кольцевого элемента 420, и удерживаться в полости 416 с помощью соответствующей оси (не показана), которая может продолжаться через полость 416 и в кольцевой элемент 420 с противоположных сторон полости 416. Каждый кольцевой элемент 420 может содержать одну или несколько групп 414 вращающихся элементов 410, причем каждая группа 414 содержит множество вращающихся элементов 410, распределенных в окружном направлении вокруг корпуса 402 на отдельной кривой. Все группы 414 вращающихся элементов 410 могут быть расположены в разных местах вдоль кольцевого элемента 420 и относительно центральной оси 401. Вращающиеся элементы 410 одной или нескольких групп 414 вращающихся элементов 410 могут быть азимутально смещены от вращающихся элементов 410 одной или нескольких других групп 414 вращающихся элементов 410. Соответственно, несмотря на то, что каждая группа 414, как показано, содержит двенадцать вращающихся элементов 410, распределенных по окружности вокруг корпуса 402 через каждые тридцать градусов, азимутальное смещение обеспечивает распределение вращающихся элементов 410 приспособления 400 для перемещения по окружности корпуса 402 через каждые пятнадцать градусов, как показано на фиг. 16. Несмотря на то, что приспособление 400 для перемещения, как показано, содержит два кольцевых элемента 420, содержащие вращающиеся элементы 410, следует понимать, что приспособление 400 для перемещения может содержать один, три или больше кольцевых элементов 420, содержащих вращающиеся элементы 410. Кроме того, несмотря на то, что каждый кольцевой элемент 420, как показано, поддерживает две группы 414 вращающихся элементов 410, следует понимать, что каждый кольцевой элемент 420 может поддерживать одну, три или больше групп 414 вращающихся элементов 410. Кроме того, несмотря на то, что каждая группа 414 вращающихся элементов 410, как показано, содержит двенадцать вращающихся элементов 410, следует понимать, что каждая группа 414 вращающихся элементов 410 может содержать меньшее или большее количество вращающихся элементов 410.
Во время операций спуска обсадной колонны приспособления 400 для перемещения могут совместно поднимать или поддерживать по меньшей мере участки обсадной колонны 140 на некотором расстоянии от боковой стенки 103 ствола 102 скважины и могут уменьшать или исключать контакт и, таким образом, уменьшать трение между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Например, вращающиеся элементы 410 каждого устройства 400 для перемещения могут контактировать с боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и поднимать корпус 402 и по меньшей мере участок обсадных труб 136, 138, соединенных с корпусом 402, в сторону от боковой стенки 103. Каждое приспособление 400 для перемещения может поддерживать расстояние или зазор между боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и корпусом 402 (и по меньшей мере участком обсадных труб 136, 138, соединенных корпусом 402), который приблизительно равен расстоянию 412. Вращающиеся элементы 410 также позволяют соответствующему участку обсадной колонны 140 катиться в осевом (т.е. продольном) направлении по боковой стенке 103 и уменьшают трение между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Способность кольцевых элементов 420 вращаться вокруг корпуса 402 позволяет обсадной колонне 140 вращаться (например, катиться, поворачиваться) внутри ствола 102 скважины, уменьшая или исключая напряжения при кручении вдоль обсадной колонны 140 и/или удерживая обсадную колонну 140 у нижней стороны ствола 102 скважины.
На фиг. 17–21 показаны перспективный вид, вид сбоку, вид сбоку в разрезе и два вида в поперечном разрезе соответственно по меньшей мере части примера выполнения приспособления 500 для перемещения согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения Приспособление 500 для перемещения показано как присоединенное между и частично вокруг противоположных верхней и нижней обсадных труб 136, 138. Приспособление 500 для перемещения может использоваться в дополнение к обычной муфте обсадной колонны (например, к муфтам 134 обсадной колонны, показанным на фиг. 1) для резьбового или иного соединения верхней и нижней обсадных труб 136, 138 друг с другом. Приспособление 500 для перемещения может быть соединено с обсадной колонной 140 вокруг муфты 134 обсадной колонны с использованием или в сочетании с указанной муфтой, образующей обсадную колонну 140. Нижеприведенное описание относится совместно к фиг. 1 и 17–21.
Приспособление 500 для перемещения может содержать корпус 502 (например, втулку, переходник, кожух), имеющий в целом трубчатую геометрию. Корпус 502 может иметь внутреннюю поверхность 503, ограничивающую осевое отверстие, продолжающееся через корпус для приема или вмещения муфты 134 обсадной колонны и обсадных труб 136, 138. Корпус 502 может быть выполнен с возможностью зацепления с муфтой 134 обсадной трубы и/или обсадными трубами 136, 138 таким образом, чтобы исключить осевое перемещение приспособления 500 для перемещения относительно муфты 134 обсадной колонны и обсадных труб 136, 138. Внутренняя поверхность 503 может содержать участок 520 большего внутреннего диаметра (например, канал, продолжающийся во внутреннюю поверхность 503 в радиально наружном направлении относительно центральной оси 501 приспособления 500 для перемещения и в окружном направлении по внутренней поверхности 503), выполненный с возможностью приема или вмещения муфты 134 обсадной колонны, когда приспособление 500 для перемещения присоединено вокруг муфты 134 обсадной колонны и верхней и нижней обсадных труб 136, 138. Внутренняя поверхность также может содержать участки 522, 524 меньшего внутреннего диаметра с противоположных сторон участка 520 большего внутреннего диаметра, выполненные с возможностью приема или вмещения участков верхней и нижней обсадных труб 136, 138 соответственно, когда приспособление 500 для перемещения присоединено вокруг муфты 134 обсадной колонны и верхней и нижней обсадных труб 136, 138. Между каждым участком 522, 524 меньшего внутреннего диаметра и участком 520 большего внутреннего диаметра может радиально продолжаться переходная поверхность или уступ 526. Соответственно, когда приспособление 500 для перемещения присоединено вокруг муфты 134 обсадной колонны и верхней и нижней обсадных труб 136, 138, каждый уступ 526 может контактировать с противолежащим краем или торцом муфты 134 обсадной колонны, продолжающимся сбоку от верхней и нижней обсадных труб 136, 138, для препятствования или иного ограничения осевого перемещения приспособления 500 для перемещения относительно муфты 134 обсадной колонны и, таким образом, для препятствования или иного ограничения продольного перемещения приспособления 500 для перемещения вдоль обсадной колонны 140.
Как показано на фиг. 20, приспособление 500 для перемещения также может содержать множество катящихся или иным образом вращающихся элементов 530, распределенных по внутренней поверхности 503 корпуса 502, что позволяет приспособлению 500 для перемещения вращаться относительно муфты 134 обсадной колонны и верхней и нижней обсадных труб 136, 138, как показано стрелками 534, когда приспособление 500 для перемещения присоединено вокруг муфты 134 обсадной колонны и верхней и нижней обсадных труб 136, 138. Вращающиеся элементы 530 могут быть расположены в одной или нескольких группах вращающихся элементов 530, причем каждая группа содержит множество вращающихся элементов 530, распределенных в окружном направлении по внутренней поверхности 503 корпуса 502. Все группы вращающихся элементов 530 могут быть расположены в различных местах вдоль оси корпуса 502. Каждый вращающийся элемент 530 может выступать в боковом направлении внутрь (т.е. радиально внутрь относительно центральной оси 501) от внутренней поверхности 503 корпуса 502 на заданное расстояние и образовывать кольцевое пространство или зазор между корпусом 502 и муфтой 134 обсадной колонны, верхней обсадной трубой 136 и нижней обсадной трубой 138 и, таким образом, предотвращать или исключать контакт между корпусом 502 и муфтой 134 обсадной колонны, верхней обсадной трубой 136 и нижней обсадной трубой 138. Каждый вращающийся элемент 530 может быть расположен в соответствующей полости 532, выполненной во внутренней поверхности 503 внутри стенки корпуса 502, и может удерживаться внутри полости 532 с помощью соответствующей оси (не показана), которая может продолжаться через полость 532 и в стенку корпуса 502 с противоположных сторон полости 532. Каждая ось может определять ось вращения, продолжающуюся по существу параллельно центральной оси 501 приспособления 500 для перемещения. Каждый вращающийся элемент 530 может быть роликовой опорой или может содержать такую опору, имеющую в целом цилиндрическую геометрию. Однако следует понимать, что вращающиеся элементы 530 могут быть другими вращающимися элементами, например шариковыми опорами или колесами.
Приспособление 500 для перемещения также может содержать множество катящихся или иным образом вращающихся элементов 510, соединенных с возможностью вращения с корпусом 502 и продолжающихся сбоку в наружном направлении (т.е. радиально наружу относительно центральной оси 501 приспособления 500 для перемещения) от наружной поверхности 508 корпуса 502. Вращающиеся элементы 510 совместно могут способствовать качению по боковой стенке 103 ствола 102 скважины и, тем самым, способствовать перемещению в осевом направлении по меньшей мере участка обсадных труб 136, 138 и муфты 134 обсадной колонны, соединенных с устройством 500 для перемещения. Множество приспособлений 500 для перемещения может образовывать участок обсадной колонны 140 или может быть соединено с указанной обсадной колонной и, таким образом, способствовать перемещению в осевом направлении обсадной колонны 140 внутри ствола 102 скважины. Каждое устройство 500 для перемещения может быть выполнено с возможностью поддержки соответствующих обсадных труб 136, 138 на заданном расстоянии смещения от боковой стенки 103. Вращающиеся элементы 510 могут продолжаться сбоку наружу от наружной поверхности 508 приспособления 500 для перемещения на заданное расстояние 512. Каждый вращающийся элемент 510 может быть колесом или может содержать колесо, выполненное с возможностью вращения относительно соответствующей оси 514, продолжающейся в сторону от наружной поверхности 508 корпуса 502 и определяющей соответствующую ось 516 вращения, по существу перпендикулярную центральной оси 501. Каждый вращающийся элемент 510 может иметь форму диска или чаши, имеющих криволинейные наружные поверхности или профили (например, если смотреть в перспективе вдоль центральной оси 501), каждый из которых представляет собой сегмент сфероида, имеющий радиус, который может быть меньше радиуса сечения боковой стенки 103 ствола 102 скважины. Шариковая опора 515 или другая опора могут уменьшать трение при вращении между каждой осью 514 и соответствующим вращающимся элементом 510.
Вращающиеся элементы 510 могут быть расположены парами 518 с каждым вращающимся элементом 510, присоединенным с противоположной стороны корпуса 502. Оси 516 вращения каждой пары 518 вращающихся элементов 510 могут совпадать (т.е. могут лежать на одной прямой), как показано на фиг. 19 и 21. Каждая пара 518 вращающихся элементов 510 может быть расположена в отличающемся положении вдоль оси корпуса 502. Несмотря на то, что приспособление 500 для перемещения показано как содержащее две пары 518 вращающихся элементов 518, следует понимать, что приспособление 500 для перемещения может содержать одну, три или более пар 518 вращающихся элементов 510. Кроме того, вращающиеся элементы 510 необязательно должны быть расположены парами 518. Соответственно, каждый вращающийся элемент 510, соответствующая ось 514 и соответствующая ось 516 вращения могут быть расположены в отличающемся положении вдоль оси корпуса 502, так что ось 516 вращения каждого вращающегося элемента 510 на одной стороне корпуса 502 не совпадает с осью 516 вращения другого вращающегося элемента 510 на противоположной стороне корпуса 502. Оси 516 вращения могут продолжаться по существу перпендикулярно центральной оси 501.
На фиг. 21 показано приспособление 500 для перемещения и участок обсадной колонны 140 (т.е. обсадная труба 138) во время операций спуска обсадной колонны, расположенные внутри невертикального участка 107 ствола 102 скважины, продолжающегося через подземный пласт 106. Оси 516 вращения вращающихся элементов 510 могут быть радиально смещены от центральной оси 501 приспособления 500 для перемещения на заданное расстояние 540. Центральная ось 501 приспособления 500 для перемещения может совпадать с центром масс обсадных труб 136, 138 и муфты 134 обсадной колонны. Соответственно, радиальное смещение 540 между центральной осью 501 и осями 516 вращения вращающихся элементов 510 может создавать механическую неустойчивость, когда центральная ось 501 не расположена ниже осей 516 вращения вращающихся элементов 510. В результате такой механической неустойчивости могут возникать гравитационные силы 511 (т.е. веса обсадных труб 136, 138 и муфты 134 обсадной колонны), обусловливающие создание крутящего момента 506, который вызывает вращение 534 приспособления 500 для перемещения относительно его геометрического центра 505 в направлении механически устойчивого и, таким образом, заданного вращательного положения (т.е. ориентации), в котором приспособление 500 для перемещения ориентируется с возможностью вращения таким образом, что центральная ось 501 оказывается ниже осей 516 вращения вращающихся элементов 510, а вращающиеся элементы 510 находятся в контакте с боковой стенкой 103 ствола 102 скважины. Механически устойчивое вращательное положение приспособления 500 для перемещения показано на фиг. 21. Крутящий момент 506 и, таким образом, тенденция приспособления 500 для перемещения к вращению могут быть прямо пропорциональны расстоянию 540 между центральной осью 501 и осями 516 вращения.
Во время операций спуска обсадной колонны приспособления 500 для перемещения могут совместно поднимать или поддерживать по меньшей мере участки обсадной колонны 140 на некотором расстоянии от боковой стенки 103 ствола 102 скважины и могут уменьшать или исключать контакт и, таким образом, уменьшать трение между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Например, вращающиеся элементы 510 каждого устройства 500 для перемещения могут контактировать с боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и поднимать корпус 502 и по меньшей мере участок обсадных труб 136, 138, соединенных с корпусом 502, в сторону от боковой стенки 103. Каждое приспособление 500 для перемещения может поддерживать расстояние или зазор между боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и корпусом 502 (и по меньшей мере участком обсадных труб 136, 138, соединенных корпусом 502), который приблизительно равен расстоянию 512. Вращающиеся элементы 510 позволяют по меньшей мере участкам обсадной колонны 140, поддерживаемым приспособлением 500 для перемещения, катиться в осевом (т.е. продольном) направлении по боковой стенке 103 и уменьшают или препятствуют трению между участками обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Вращающиеся элементы 530 позволяют соответствующему участку обсадной колонны 140 вращаться (например, катиться, поворачиваться) внутри ствола 102 скважины и уменьшают или исключают напряжения при кручении вдоль обсадной колонны 140 и/или удерживают обсадную колонну 140 у нижней стороны ствола 102 скважины.
Во время операций спуска обсадной колонны участок 504 нижней стороны корпуса 502 может быть расположен ниже точек 542 контакта между вращающимися элементами 510 и боковой стенкой 103 и, таким образом, на близком расстоянии от боковой стенки 103 у нижней стороны ствола 102 скважины. Когда диаметр ствола скважины увеличивается, зазор или расстояние между участком 504 нижней стороны корпуса 502 и боковой стенкой 103 может постепенно уменьшаться, и может иметь место контакт с боковой стенкой 103. Соответственно, участок 504 нижней стороны корпуса 502 может быть тоньше, чем показано на фиг. 21, например, как показано пунктирной линией 507. Кроме того, корпус 502 может продолжаться вокруг участка муфты 134 обсадной колонны и/или обсадных труб 136, 138, а не вокруг всей окружности участка муфты 134 обсадной колонны и/или обсадных труб 136, 138, как показано на фиг. 21. Например, участок 504 нижней стороны корпуса 502 может быть по меньшей мере частично вырезан или иным образом исключен, например, по пунктирным линиям 509.
Каждое приспособление 500 для перемещения может быть соединено с обсадной колонной 140 вокруг соответствующей муфты 134 обсадной колонны во время операций спуска обсадной колонны до того, как каждый ниппельный конец верхней (т.е. новой) обсадной трубы 136 входит в резьбовое зацепление с муфтовым концом (например, с муфтой 134 обсадной колонны) нижней (ранее присоединенной) обсадной трубы 138, выступающим из ствола 102 скважины. Например, каждое приспособление 500 для перемещения может быть разрезано по плоскости, продолжающейся радиально относительно центральной оси 501 и образующей противолежащие верхнюю и нижнюю половины приспособления 500 для перемещения, которые могут быть надеты на обсадные трубы 136, 138 перед соединением обсадных труб 136, 138 с помощью муфты 134 обсадной колонны. Затем верхняя и нижняя половины могут быть соединены вокруг муфты 134 обсадной колонны, например, с помощью болтов и/или соответствующей резьбы каждой половины приспособления 500 для перемещения. Каждое приспособление 500 для перемещения также или вместо этого может быть соединено с обсадной колонной 140 вокруг муфты 134 обсадной колонны во время операций спуска обсадной колонны после того, как каждый ниппельный конец верхней обсадной трубы 136 входит в резьбовое зацепление с муфтовым концом нижней обсадной трубы 138, выступающим из ствола 102 скважины. Например, каждое приспособление 500 для перемещения может быть разрезано по плоскости, продолжающейся вдоль центральной оси 501 (и совпадающей с центральной осью) и образующей противолежащие левую и правую половины приспособления 500 для перемещения, которые могут быть сведены друг с другом вокруг обсадных труб 136, 138 и муфты 134 обсадной трубы после соединения обсадных труб 136, 138 с помощью муфты 134 обсадной трубы. Затем левая и правая половины могут быть соединены друг с другом, например, с помощью болтов, продолжающихся через каждую половину приспособления 500 для перемещения.
На фиг. 22 и 23 показаны виды сбоку и в разрезе соответственно по меньшей мере части примера выполнения приспособления 600 для перемещения согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения Приспособление 600 для перемещения может использоваться в сочетании с обычной обсадной колонной 140, содержащей множество обсадных труб 132 (например, верхнюю и нижнюю обсадные трубы 136, 138), соединенных друг с другом с помощью множества муфт 134 обсадной колонны. Приспособление 600 для перемещения, как показано, расположено вокруг нижней обсадной трубы 138 и в контакте с муфтой 134 обсадной колонны. Нижеприведенное описание относится совместно к фиг. 2, 22 и 23.
Приспособление 600 для перемещения может содержать корпус 602 (например, втулку, переходник, кожух), имеющий в целом трубчатую геометрию. Корпус 602 может иметь внутреннюю поверхность 603, ограничивающую осевое отверстие, продолжающееся через корпус для приема или вмещения муфты обсадной трубы 132, например нижней обсадной трубы 138. Внутренняя поверхность 603 может иметь внутренний диаметр 620, который немного больше наружного диаметра 622 нижней обсадной трубы 138, что позволяет приспособлению 600 для перемещения скользить в осевом направлении (т.е. в продольном направлении) по наружной поверхности нижней обсадной трубы 138, как показано стрелками 605. Внутренний диаметр 620 может быть меньше наружного диаметра 624 муфты 134 обсадной колонны, препятствуя скольжению или иному перемещению приспособления 600 для перемещения по муфте 134 обсадной колонны или за нее. Корпус 602 может иметь верхний торец 604, выполненный с возможностью контакта с нижним торцом 135 муфты 134 обсадной колонны, препятствуя перемещению приспособления 600 для перемещения вверх в осевом направлении по нижней обсадной трубе 138 после создания такого контакта. Корпус 602 также может содержать нижний торец 606, выполненный с возможностью контакта с верхним торцом 137 другой муфты обсадной колонны (не показана) внизу нижней обсадной трубы 138, препятствуя перемещению приспособления 600 для перемещения вниз в осевом направлении по нижней обсадной трубе 138 после создания такого контакта. Соответственно, когда приспособление 600 для перемещения соединено с нижней обсадной трубой 138, установлено на ней или иным образом расположено вокруг нижней обсадной трубы, приспособление 600 для перемещения может скользить в осевом направлении по нижней обсадной трубе 138 между муфтами 134 обсадной колонны у противоположных концов нижней обсадной трубы 138.
Приспособление 600 для перемещения также может содержать множество катящихся или иным образом вращающихся элементов 610, соединенных с возможностью вращения с корпусом 602 и распределенных в окружном направлении вокруг указанного корпуса. По меньшей мере часть каждого вращающегося элемента 610 может продолжаться или выступать из наружной поверхности 608 корпуса 602 или за указанную поверхность на заданное расстояние 612 в боковом или ином радиальном наружном направлении относительно центральной оси 601 приспособления 600 для перемещения. Каждый вращающийся элемент 610 может быть колесом или содержать колесо (например, имеющее в целом цилиндрическую геометрию), выполненное с возможностью вращения вокруг соответствующей оси 618, определяющей ось вращения, продолжающуюся по существу перпендикулярно центральной оси 601. Каждый вращающийся элемент 610 может быть расположен в соответствующей полости 616, выполненной в корпусе 602, и удерживается в полости 616 с помощью соответствующей оси 618, которая может продолжаться через полость 616 и в корпус 602 с противоположных сторон полости 616.
Вращающиеся элементы 610 могут быть расположены в одной или нескольких группах 614 вращающихся элементов 610, причем каждая группа 614 содержит множество вращающихся элементов 610, распределенных в окружном направлении корпуса 602 на отдельной кривой. Все группы 614 вращающихся элементов 610 могут быть расположены в различных местах вдоль оси корпуса 602. Вращающиеся элементы 610 одной или нескольких групп 614 вращающихся элементов 610 могут быть азимутально смещены от вращающихся элементов 610 одной или нескольких других групп 614 вращающихся элементов 610. Соответственно, несмотря на то, что каждая группа 614 вращающихся элементов 610, как показано, содержит двенадцать вращающихся элементов 610, распределенных по окружности вокруг корпуса 602 через каждые тридцать градусов, азимутальное смещение обеспечивает распределение вращающихся элементов 610 по окружности вокруг корпуса 602 через каждые пятнадцать градусов (сходным образом с тем, как показано на фиг. 11). Несмотря на то, что приспособление 600 для перемещения, как показано, содержит три группы 614 вращающихся элементов 610, следует понимать, что приспособление 600 для перемещения может содержать одну, две, четыре или больше групп 614 вращающихся элементов 610. Кроме того, несмотря на то, что каждая группа 614 вращающихся элементов 610, как показано, содержит двенадцать вращающихся элементов 610, следует понимать, что каждая группа 614 вращающихся элементов 610 может содержать меньшее или большее количество вращающихся элементов 610.
Каждое приспособление 600 для перемещения может быть соединено с обсадной колонной 140 вокруг соответствующей обсадной трубы 132 во время операций спуска обсадной колонны до того, как каждый ниппельный конец новой обсадной трубы 132 (например, верхней обсадной трубы 136) входит в резьбовое зацепление с муфтовым концом 134 (например, с муфтой 134 обсадной колонны) ранее присоединенной обсадной трубы 132 (например, нижней обсадной трубы 138), выступающим из ствола 102 скважины. Например, после того, как ниппельный конец новой обсадной трубы 132 расположен над муфтовым концом 134 ранее присоединенной обсадной трубы 132 и выровнен с указанным муфтовым концом, приспособление 600 для перемещения может быть надето на новую обсадную трубу 132 с помощью ниппельного конца новой обсадной трубы 132. После этого буровая лебедка 120 может опускать новую обсадную трубу 132 до тех пор, пока ниппельный конец новой обсадной трубы 132 не будет по меньшей мере частично вставлен в муфтовый конец 134 ранее присоединенной обсадной трубы 132. Затем устройство 126 для затяжки может перемещаться к обсадной колонне 140, зажиматься вокруг новой обсадной трубы 132 и приводиться в действие для вращения новой обсадной трубы 132 с целью резьбового зацепления ниппельного конца новой обсадной трубы 132 с муфтовым концом 134 ранее присоединенной обсадной трубы 132 для свинчивания соединения. Таким образом, приспособление 600 для перемещения соединяется с обсадной колонной 140 вокруг новой обсадной трубы 132 между противолежащими муфтами 134 обсадной колонны. Затем буровая лебедка 120 может опускать обсадную колонну 140 внутри ствола 102 скважины вперед в нижнем направлении. Когда муфтовый конец 134 вновь присоединяемой обсадной трубы 132 расположен рядом с захватами и/или полом буровой площадки, буровая лебедка 120 может прекращать опускание обсадной колонны 140, захваты могут закрываться для зажимания вновь присоединяемой обсадной трубы 132, и элеватор 122 может отсоединяться от вновь присоединяемой обсадной трубы 132.
В дальнейшем на пол буровой площадки может перемещаться другая обсадная труба 132, захватываемая элеватором 122, которая поднимается над ранее присоединенной обсадной трубой 132, выступающей из ствола 102 скважины. Другое приспособление 600 для перемещения может быть надето на новую обсадную трубу 132 с помощью ниппельного конца новой обсадной трубы 132. Затем новая обсадная труба 132 может быть соединена с ранее присоединенной обсадной трубой 132. Захваты могут снова открываться, и буровая лебедка 120 может опускать обсадную колонну 140 внутри ствола 102 скважины вперед по стволу скважины. Приспособление 600 для перемещения может быть установлено вокруг каждой обсадной трубы 132, каждой второй обсадной трубы 132 или с заданным интервалом или периодичностью. Такие операции спуска обсадной трубы могут повторяться до тех пор, пока заданное количество приспособлений 600 для перемещения не будет соединено с обсадной колонной 140, и/или обсадная колонна 140 не достигнет заданной длины и/или не достигнет заданной глубины внутри ствола 102 скважины. По мере того, как обсадная колонна 140 собирается и опускается по направлению скважины, каждое приспособление 600 для перемещения может испытывать трение о боковую стенку 103 ствола 102 скважины, что служит причиной прекращения перемещения вниз каждого приспособления 600 для перемещения с обсадной колонной 140 или перемещения вниз с более низкой скоростью, чем у обсадной колонны 140, до тех пор, пока каждое приспособление 600 для перемещения не будет контактировать с муфтой 134 обсадной колонны у верхнего конца обсадной трубы 132, с которой соединено или на которой расположено приспособление 600 для перемещения.
Во время операций спуска обсадной колонны каждое приспособление 600 для перемещения может поднимать или поддерживать соответствующий участок обсадной колонны 140 на некотором расстоянии от боковой стенки 103 ствола 102 скважины и может уменьшать или исключать контакт и, таким образом, уменьшать трение между каждым участком обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103. Например, вращающиеся элементы 610 каждого устройства 600 для перемещения могут контактировать с боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и поднимать корпус 602 и по меньшей мере участок обсадной колонны 140, контактирующий с корпусом 602, в сторону от боковой стенки 103. Каждое приспособление 600 для перемещения может поддерживать расстояние или зазор между боковой стенкой 103 ствола 102 скважины и корпусом 602 (и по меньшей мере участком обсадной колонны 140, поддерживаемым приспособлением 600 для перемещения), который приблизительно равен расстоянию 612. Каждый вращающийся элемент 610 также позволяет по меньшей мере участку обсадной колонны 140, поддерживаемому приспособлением 600 для перемещения, катиться в осевом направлении по боковой стенке 103 и уменьшает трение между опорным участком обсадной колонны 140 и боковой стенкой 103.
Несмотря на то, что каждое приспособление для перемещения показано в объеме настоящего изобретения как имеющее отличительные признаки (например, типы вращающихся элементов, количество вращающихся элементов, группы вращающихся элементов, соединение между вращающимися элементами и корпусом, конструкция корпуса, средства крепления корпуса к обсадной трубе или муфте обсадной колонны и т.д.), следует понимать, что такие признаки являются взаимозаменяемыми и, таким образом, могут быть выполнены в любой комбинации как часть приспособления для перемещения в объеме настоящего изобретения. Таким образом, различные признаки различных приспособлений для перемещения в объеме настоящего изобретения могут комбинироваться как часть устройств для перемещения, не показанных на фиг. 1–23.
С учетом всего объема настоящего изобретения, включая фигуры и формулу изобретения, специалист средней квалификации в рассматриваемой области техники без труда поймет, что настоящее изобретение предлагает устройство, содержащее муфту обсадной колонны, выполненную с возможностью соединения первой обсадной трубы и второй обсадной трубы, причем муфта обсадной колонны имеет: (A) корпус, имеющий: (i) канал для флюидов, продолжающийся через корпус в осевом направлении; (ii) первый соединитель, выполненный с возможностью соединения муфты обсадной колонны с первой обсадной трубой; и (iii) второй соединитель, выполненный с возможностью соединения муфты обсадной колонны со второй обсадной трубой; и (B) множество вращающихся элементов, соединенных с корпусом, причем по меньшей мере часть каждого вращающегося элемента продолжается от корпуса в радиально наружном направлении.
Для выполнения операций спуска обсадной колонны вращающиеся элементы могут быть выполнены с возможностью: контакта с боковой стенкой ствола скважины и смещения от боковой стенки по меньшей мере на участке первой и второй обсадных труб, соединенных с муфтой обсадной колонны; и качения по боковой стенке и уменьшения трения между боковой стенкой и по меньшей мере участком первой и второй обсадных труб.
Первый соединитель может содержать первую внутреннюю резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления с первой наружной резьбой первой обсадной трубы, при этом второй соединитель может содержать вторую внутреннюю резьбу, выполненную с возможностью резьбового зацепления со второй наружной резьбой второй обсадной трубы.
Каждый вращающийся элемент может быть частично расположен внутри соответствующей полости, выполненной внутри стенки корпуса.
Вращающиеся элементы могут быть сферами, сферическими элементами и/или роликами или могут содержать сферы, сферические элементы и/или ролики.
Вращающиеся элементы могут быть распределены в окружном направлении вокруг корпуса, множество вращающихся элементов может быть множеством первых вращающихся элементов, муфта обсадной колонны также может содержать множество вторых вращающихся элементов, соединенных с корпусом и распределенных в его окружном направлении, при этом по меньшей мере часть каждого второго вращающегося элемента может продолжаться от корпуса в радиально наружном направлении, первые вращающиеся элементы могут быть расположены в первом положении вдоль оси корпуса, вторые вращающиеся элементы могут быть расположены во втором положении вдоль оси корпуса, причем первое и второе положения вдоль оси могут отличаться друг от друга.
Муфта обсадной колонны также может содержать кольцо, соединенное с корпусом, вращающиеся элементы могут быть соединены с кольцом, тем самым соединяя вращающиеся элементы с корпусом, при этом кольцо может вращаться вокруг корпуса.
Настоящее изобретение также относится к устройству, содержащему приспособление для перемещения для соединения с обсадной колонной во время операций сборки обсадной колонны на поверхности буровой площадки, причем приспособление для перемещения содержит: втулку, имеющую центральное отверстие, выполненное с возможностью вмещения обсадной колонны; и множество вращающихся элементов, соединенных с втулкой и продолжающихся от втулки в радиально наружном направлении.
Вращающиеся элементы могут быть сферами, сферическими элементами и/или роликами или могут содержать сферы, сферические элементы и/или ролики.
Обсадная колонна может содержать множество обсадных труб, соединенных друг с другом с помощью множества муфт обсадной колонны, при этом приспособление для перемещения может быть выполнено с возможностью установки вокруг обсадной трубы между противолежащими муфтами обсадной колонны так, чтобы обсадная труба продолжалась через центральное отверстие втулки. Приспособление для перемещения может перемещаться со скольжением по обсадной трубе между противолежащими муфтами обсадной колонны, при этом втулка может иметь противолежащие торцы, выполненные с возможностью контакта с соответствующими торцами противолежащих муфт обсадной колонны для препятствования перемещению приспособления для перемещения за противолежащие муфты обсадной колонны.
Обсадная колонна может содержать множество обсадных труб, соединенных друг с другом с помощью множества муфт обсадной колонны, при этом приспособление для перемещения может быть выполнено с возможностью установки вокруг муфты обсадной колонны так, чтобы муфта обсадной колонны была установлена внутри центрального отверстия втулки. Втулка может иметь противолежащие уступы, выполненные с возможностью контакта с соответствующими торцами муфты обсадной колонны для препятствования перемещению со скольжением приспособления для перемещения в продольном направлении обсадной колонны.
Приспособление для перемещения может вращаться относительно обсадной колонны, когда приспособление для перемещения соединено с обсадной колонной. В таких вариантах осуществления, помимо прочего, в пределах объема настоящего изобретения множество вращающихся элементов может быть множеством первых вращающихся элементов, при этом приспособление для перемещения также может содержать множество вторых вращающихся элементов, соединенных с втулкой и продолжающихся от втулки в радиально внутреннем направлении.
Настоящее изобретение также относится к способу, включающему: (A) сборку обсадной колонны на поверхности буровой площадки так, чтобы обсадная колонна продолжалась внутри ствола скважины, причем обсадная колонна содержит множество обсадных труб, соединенных друг с другом с помощью множества муфт обсадной колонны; (B) по мере сборки обсадной колонны присоединение множества приспособлений для перемещения вдоль обсадной колонны, причем каждое приспособление для перемещения содержит: (i) втулку, имеющую центральное отверстие, выполненное с возможностью вмещения обсадной колонны; (ii) множество вращающихся элементов, соединенных с втулкой и продолжающихся от втулки в радиально наружном направлении; и (C) по мере сборки обсадной колонны опускание обсадной колонны внутри ствола скважины так, чтобы вращающиеся элементы катились по боковой стенке для уменьшения трения между боковой стенкой и обсадной колонной.
Присоединение множества приспособлений для перемещения вдоль обсадной колонны может включать для каждого приспособления для перемещения установку приспособления для перемещения на нижний конец верхней обсадной трубы, подвешенной над муфтой обсадной колонны, соединенной с верхним концом нижней обсадной трубы, продолжающимся из ствола скважины, так что верхняя обсадная труба продолжается через центральное отверстие втулки. В таких вариантах осуществления изобретения, помимо прочего, в объеме настоящего изобретения сборка обсадной колонны на поверхности буровой площадки может включать для каждой обсадной трубы и муфты обсадной колонны резьбовое соединение нижнего конца верхней обсадной трубы с муфтой обсадной колонны, соединенной с верхним концом нижней обсадной трубы, так что приспособление для перемещения расположено вокруг верхней обсадной трубы между муфтой обсадной колонны, соединенной с верхним концом нижней обсадной трубы, и муфтой обсадной колонны, соединенной с верхним концом верхней обсадной трубы.
Сборка обсадной колонны на поверхности буровой площадки может включать для каждой обсадной трубы и муфты обсадной колонны резьбовое соединение верхней обсадной трубы с муфтой обсадной колонны, соединенной с нижней обсадной трубой, продолжающейся из ствола скважины. В таких вариантах осуществления изобретения, помимо прочего, в объеме настоящего изобретения присоединение множества приспособлений для перемещения вдоль обсадной колонны может включать для каждого приспособления для перемещения установку приспособления для перемещения вокруг муфты обсадной колонны так, чтобы муфта обсадной колонны была расположена внутри центрального отверстия втулки; при этом противолежащие уступы втулки контактируют с противолежащими торцами муфты обсадной колонны для препятствования перемещению со скольжением приспособления для перемещения в продольном направлении по обсадной колонне.
Изложенное выше в общих чертах описывает признаки нескольких вариантов осуществления изобретения, так чтобы специалист средней квалификации в рассматриваемой области техники мог лучше понять аспекты настоящего изобретения. Специалист средней квалификации в рассматриваемой области техники должен принять во внимание, что он может без каких-либо проблем использовать настоящее изобретение в качестве основы для проектирования или модификации других процессов и конструкций для решения тех же самых задач и/или достижения тех же самых преимуществ описанных здесь вариантов осуществления изобретения. Специалист средней квалификации в рассматриваемой области техники также должен понимать, что такие эквивалентные конструкции не отклоняются от объема настоящего изобретения и что он может осуществлять различные изменения, замены и периодические изменения без отклонения от объема настоящего изобретения.
Реферат в конце настоящего описания соответствует 37 C.F.R. §1.72(b) и позволяет быстро понять техническую сущность изобретения. Следует принять во внимание, что это не должно использоваться для интерпретации или ограничения объема или значения формулы изобретения.