КОЛОННЫЙ БАШМАК
STRING SHOE

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и, в частности, к оборудованию для оснастки нижней части обсадной колонны.
Известен колонный башмак, включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части - внутренние кольцевые канавки и неразъемную направляющую насадку с осевыми отверстиями, сформированную из бетона (Булатов А.И. и др., Справочник инженера по бурению, т. 3, Москва, Недра, 1995, с. 128-129).
Недостатком известного устройства является то, что при спуске колонны, особенно в наклонно-направленные и горизонтальные участки скважин, такой башмак от периодических жестких ударов о стенки ствола скважины, открытого или обсаженного, осевых или радиальных нагрузок быстро разрушается, что приводит к серьезным осложнениям и дополнительным затратам по их устранению. При этом устройство имеет ограниченные резервы по обеспечению спуска колонны до проектной глубины.
Известен колонный башмак, включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части последовательно сверху вниз выполнены кольцевые канавки, радиальные отверстия и сформированная из литьевого полимера направляющая насадка (RU 97764 U1, 20.09.2010).
Недостатком этого устройства являются также ограниченные его возможности. В наклонно-направленных скважинах, особенно в скважинах с интенсивным набором кривизны, перед башмаком непременно образуется «сальник», требующий значительного времени для его удаления, например, размыва, которое допустимо не для всех геологических условий, в которых пробурена скважина. При этом известное устройство для этого не приспособлено.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности спуска обсадной колонны до заданной глубины за счет возможности проработки ствола скважины на разных режимах с учетом конкретных геологических условий.
Необходимый технический результат достигается тем, что колонный башмак включает корпус, один конец которого предназначен для соединения с колонной труб, втулку, связанную с другим концом корпуса, направляющую насадку с центральным каналом, выполненную из легко разбуриваемого материала и помещенную в нижней части полости втулки, свободный - нижний торец которой с направляющей насадкой выполнены скошенными, при этом втулка перед направляющей насадкой имеет боковые отверстия, выполненные по касательной относительно ее наружной поверхности, и имеет возможность проворота относительно корпуса при осевом взаимодействии устройства с препятствием в стволе скважины, или вращения относительно корпуса при промывке скважины.
Кроме того:
боковые отверстия втулки имеют одинаковый наклон; боковые отверстия втулки имеют разный наклон;
смежные боковые отверстия втулки имеют противоположный наклон - одно из них наклонено вверх, а другое наклонено вниз;
боковые отверстия втулки имеют гидромониторные насадки;
скошенный торец втулки выполнен ступенчатым по длине втулки;
направляющая насадка по внутренней боковой поверхности имеет спиральные бороздки и/или каналы.
Выполнение устройства с признаками, характеризующими те или иные варианты боковых отверстий втулки, определяется условиями скважины и направлено на сужение (для более прочных пород) или расширение (для более мягких пород) зоны обработки скважины в районе колонного башмака и оптимизацию проработки скважины. Ступенчатое выполнение скошенного торца втулки снижает усилие, необходимое для проворота втулки относительно корпуса. Выполнение направляющей насадки по внутренней боковой поверхности со спиральными бороздками и/или каналами создает зону более активного гидравлического воздействия непосредственно на препятствие скважины и в совокупности с гидравлическим струйным воздействием из боковых каналов создает еще более активную зону гидравлического воздействия в зоне препятствия.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство по изобретению обеспечивает возможность повышения надежности спуска обсадной колонны до проектной глубины за счет значительного расширения функций по проработке ствола скважины с помощью собственной оснастки спускаемой обсадной колонны - без извлечения обсадной колонны из скважины. Конструкция предложенного устройства обеспечивает возможность проработки ствола скважины как без его промывки («всухую») путем многократных проворотов нижней оснастки обсадной колонны - ее башмака в процессе спуска обсадной колонны, так и с промывкой. Обеспечена возможность использования одного из упомянутых режимов или чередования этих режимов в зависимости от успешности собственно спуска обсадной колонны или геологических условий, допускающих тот или иной режим работы устройства с позиций сохранения устойчивости стенок скважины. Более того, при слабой устойчивости стенок скважины, проявляющейся на любом из упомянутых режимов проработки ствола скважины или при неожиданном вскрытии зоны поглощений промывочного раствора, не исключается возможность перехода с промывочного раствора на кольматирующий раствор для обработки им стенок скважины в режиме струйного воздействия на стенки скважины и локализации зоны осложнения.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства. На фиг. 2 показано его сечение.
Колонный башмак включает корпус 1. Один конец корпуса 1 предназначен для соединения с колонной труб (условно не показана). Для обеспечения вышеупомянутого соединения на конце корпуса может быть выполнена муфтовая резьба 2 или другая резьба. Не исключен вариант сварного соединения. Другой конец корпуса - его свободный конец связан со втулкой 3 с возможностью вращения последней относительно корпуса 1. В нижней части полости втулки 3 помещена направляющая насадка 4 с центральным каналом 5, выполненная из легко разбуриваемого материала. Свободный - нижний торец втулки 3 с направляющей насадкой 4 выполнены скошенными - со скосом 6. При этом втулка 3 перед направляющей насадкой 4 имеет боковые отверстия 7, выполненные по касательной относительно ее наружной поверхности (фиг. 2). В результате необходимой степени свободы соединения нижней части корпуса 1 со втулкой 3 и выполнения нижней части башмака (втулки 3 с направляющей насадкой 4) скошенным при посадке его, например, на уступ стенки скважины он находится каждый раз, при каждой посадке, в неустойчивом начальном положении. Для обеспечения устойчивого положения он сам автоматически проворачивается в том или ином направлении до занятия им устойчивого положения. Угол скоса нижней части башмака может быть выбран с учетом кривизны скважины. В качестве дополнительной меры по обеспечению надежного спуска обсадной колонны предусмотрена возможность принудительного вращения втулки 3 относительно корпуса 1. Это обеспечено за счет особого, ранее отмеченного, выполнения боковых отверстий 7. При таком выполнении боковых отверстий (по касательной) вращение втулки 3 обеспечено реактивным действием струй жидкости, истекающих из боковых отверстий 7 втулки 3 во время промывки скважины. Использование автоматического проворота втулки 3 (без промывки) или ее принудительного вращения (с промывкой) определяются состоянием ствола скважины и степенью серьезности осложнения при спуске обсадной колонны в скважину. Принудительное вращение более радикально для устранения осложнения - посадки обсадной колонны. Однако промывка может быть избыточной с позиций сохранения устойчивости ствола скважины и потому не всегда целесообразен режим бесперебойной промывки. Данное устройство как раз и предусматривает возможность повышения эффективности спуска обсадной колонны в скважину, например, в режиме циклической промывки, с возможностью механической проработки ствола скважины «всухую» (автоматическим проворотом колонного башмака) между циклами промывки скважины.
Кроме того, корпус 1 выполнен с кольцевыми проточками 8 и 9. Втулка 3 выполнена с наружными кольцевыми проточками 10 и 11 и внутренними кольцевыми проточками 12. Против последних размещена направляющая насадка 4. Она может быть выполнена из легко разбуриваемого литейного полимера, например, из полиацеталя или капролона. Втулка 3 с направляющей насадкой 4 установлены в корпусе 1 посредством разрезного пружинного фиксатора 13, помещенного в кольцевых проточках 9 и 10. Он обеспечивает возможность вращения втулки 3 относительно корпуса 1. Для обеспечения необходимой свободы вращения втулки 3 относительно корпуса 1 предусмотрено антифрикционное кольцо 14.
Колонный башмак должен быть установлен на первой трубе обсадной колонны (на фиг. 1, 2 не показано) и предназначен для направления обсадной колонны по стволу скважины и защиты ее от повреждений при спуске:
Требования, предъявляемые к башмаку:
- башмак должен быть устойчив к абразивному воздействию бурового и цементного растворов и обеспечивать промывку и цементирование обсадной колонны;
- башмак должен быть устойчив к осевым сжимающим нагрузкам;
- башмак должен быть устойчив к изгибающим нагрузкам;
- при обязательном соблюдении всех вышеуказанных требований башмак не должен осложнять восстановление сечения скважины, при необходимости, до номинального. Он должен предусматривать решение по восстановлению сечения, например, бурением - должен легко разбуриваться.
Устройство работает следующим образом.
В процессе спуска обсадной колонны с колонным башмаком в скважину, в случае возникновения препятствий, втулка 3, проворачиваясь, обеспечивает возможность механической проработки ствола скважины за счет проворота башмака «всухую» и дальнейший спуск колонны на необходимую глубину. В случае недостаточности сухой механической проработки скважины - образования мощных «сальников» и возникновения серьезной опасности прихвата колонны производят промывку скважины в циклическом режиме. Буровой раствор, проходя через центральный канал 5 и боковые отверстия 7, обеспечивает интенсивную циркуляцию (размыв «сальника») и принудительное вращение втулки 3 с проработкой ствола скважины с режимной промывкой. Далее такой режим, например, ограничивают, для чего промывку отключают до дальнейшего серьезного осложнения и спуск колонны осуществляют в режиме проработки ствола скважины с автоматическим проворотом башмака колонны. Не исключена иная последовательность или любое другое чередование операций при спуске обсадной колонны.
Кроме того, предлагаемая конструкция башмака может обеспечить «кольматацию» любого осложненного интервала скважины. Для этого может быть приготовлен отдельный буровой раствор, например, широко известный вязкоупругий состав (ВУС) с кольматирующими добавками твердой фазы в виде дисперсных глины или резины, или доломита, или сажи. Под действием давления истекающих струй жидкости через боковые каналы 7 и кольматантов в обрабатывающей жидкости производят ликвидацию осложнения, например, восстанавливают устойчивость ствола скважины и/или снижают или исключают поглощение в зоне крепления скважины для создания условий последующего цементирования скважины.
После спуска колонны обсадных труб с предлагаемым башмаком производят промывку ствола скважины и последующее ее цементирование через центральный канал 5 направляющей насадки 4 и боковые отверстия 7 втулки 3. После цементирования направляющую насадку 4 при необходимости разбуривают буровым долотом.