Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины
DEVICE FOR SIMULTANEOUS DRILLING AND FIXING OF SLOUGHING ZONES AND COLLAPSES WHEN DRILLING A WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин с одновременной изоляцией зон осыпаний и обвалов при бурении колонной труб.
Известно устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины (патент RU № 2753428, МПК Е21В 7/20, опубл. 16.08.2021г., бюл. № 23), включающее бурильную и обсадную колонны, породоразрушающий элемент. Породоразрушающий элемент выполнен в виде разбуриваемого долота, завинченного к нижнему концу обсадной колонны на упорной конической резьбе и снабженного седлом под шар. В верхней части обсадной колонны установлен герметично переводник со шпонками, вставленными в ответные пазы, выполненные на верхнем торце обсадной колонны. Переводник снабжен снизу долотом с отверстием для прохождения шара, а сверху проточкой, вставленной в сужение обсадной колонны, при этом угол конусности фаски проточки переводника выполнен обеспечивающим дополнительное расширение при выходе через сужение обсадной колонны, кроме того, переводник сверху снабжен резьбой для соединения с бурильной колонной. Снаружи сужение обсадной колонны снабжено эластичным элементом с наружным диаметром, равным диаметру обсадной колонны, при этом диаметр обсадной колонны на 10-15 % меньше диаметра разбуриваемого долота.
Недостатками устройства являются:
- высокая вероятность заклинивания переводника с долотом при выходе из верхнего конца обсадной колонны, так как в тоже время происходит сжатие эластичного элемента и, как следствие, значительно возрастает осевое усилие;
- большое сужение ствола скважины после установки этого устройства, так как диаметр обсадной колонны на 10-15% меньше диаметра скважины и, как следствие, для добуривания до проектного забоя необходимо применить уменьшенное долото.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, осуществляемый устройством для одновременного вскрытия и крепления неустойчивых пород при бурении скважин (патент RU № 2437997, МПК Е21В 7/20, опубл. 27.12.2011 г., бюл. № 36), которое включает колонну обсадных труб в виде многолучевой расширяемой трубы с возможностью ее выправления избыточным давлением с фиксацией ее относительно стенок скважины длиной, превосходящей длину зоны осыпаний и обвалов, извлекаемое раздвижное долото для бурения скважины, соединенное с колонной многолучевых расширяемых труб, спускаемой на колонне бурильных труб с последующим извлечением колонны бурильных труб, калибрующий инструмент с ловильным устройством на нижнем конце для захвата, отсоединения и извлечения раздвижного долота при взаимодействии с ним.
Недостатками устройства являются:
- переводник, установленный в посадочный патрубок, не передает крутящий момент для бурения скважины;
- соединение посадочного переводника с колонной труб резьбой не допускает перекоса, который возникает в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, и, как следствие происходит заклинивание резьбы и создание аварийной ситуации;
- при одновременном бурении и расширении из-за пульсаций расхода промывочной жидкости насоса не гарантировано раздвижение долота в рабочее положение и, как следствие, невозможно расширить профильные трубы в полной мере, что может привести к аварийной ситуации;
- из-за отсутствия стопорения при извлечении калибрующим инструментом извлекаемого раздвижного долота высокая вероятность отворота и падения извлекаемого раздвижного долота.
Технической задачей является создание устройства для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины надежного в работе, позволяющего передавать необходимый крутящий момент для бурения, производить бурение и установку устройства в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, исключить нерасширенные участки при бурении, а так же исключить аварийные ситуации, связанные с шламованием верхней части колонны профильных труб, отворотом и падением извлекаемого раздвижного долота.
Техническая задача решается устройством для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины, включающее извлекаемое раздвижное долото, соединенное с колонной обсадных многолучевых расширяемых труб с возможностью их выправления избыточным давлением с фиксацией относительно стенок скважины, спускаемых на посадочном переводнике, соединенным с возможностью отсоединения с колонной бурильных труб с последующим извлечением посадочного переводника с колонной бурильных труб.
Новым является то, что извлекаемое раздвижное долото зафиксировано в рабочем положении срезным элементом, фиксирующим шток с бурильной головкой относительно корпуса долота и выполнено таким, чтобы оно принимало транспортное положение при посадке шара в седло штока и создании избыточного давления, кроме того внутренняя резьба корпуса извлекаемого раздвижного долота снабжена канавками под стопорные кольца калибрующего инструмента, также посадочный переводник, оснащенный шипами, вставленными в профильную часть верхнего конца колонны обсадных многолучевых профильных труб, оснащен проточкой с конусом под сужение цилиндрического конца верхней многолучевой обсадной трубы, на котором выполнена направляющая воронка, герметизированная эластичным герметиком.
На фиг. 1 показано устройство с осевым продольным разрезом при бурении скважины.
На фиг. 2 показано устройство с осевым продольным разрезом после расширения многолучевых профильных труб гидравлическим давлением и извлечением посадочного переводника.
На фиг. 3 показано устройство с осевым продольным разрезом после калибрования многолучевых профильных труб калибрующим инструментом в процессе подъема извлекаемого раздвижного долота.
Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины включает извлекаемое раздвижное долото 1 (фиг. 1), соединенное с колонной обсадных многолучевых расширяемых труб 2 с возможностью их выправления избыточным давлением с фиксацией относительно стенок скважины, спускаемых на посадочном переводнике 3, соединенным с возможностью отсоединения с колонной бурильных труб (на фиг. 1, 2, 3 не показаны) с последующим извлечением посадочного переводника 3 с колонной бурильных труб.
Извлекаемое раздвижное долото 1 зафиксировано в рабочем положении срезным элементом 4 (фиг. 1), фиксирующим шток 5 с бурильной головкой 6 относительно корпуса долота 7. Извлекаемое раздвижное долото 1 выполнено таким образом, чтобы оно принимало транспортное положение при посадке шара 8 в седло 9 штока 5 и создании избыточного давления. Внутренняя резьба 10 (фиг. 3) корпуса 7 извлекаемого раздвижного долота 1 снабжена канавками 11 под стопорные кольца 12 калибрующего инструмента 13. Посадочный переводник 3, оснащенный шипами 14, вставленными в лучи профильной части 15 верхнего конца 16 верхней многолучевой обсадной трубы 17. Посадочный переводник 3 оснащен проточкой 18 с конусом 19 под сужение 20 цилиндрического конца 21 верхней многолучевой обсадной трубы 17, на котором выполнена направляющая воронка 22, герметизированная эластичным герметиком 23.
Устройство работает следующим образом.
Бурение до кровли зоны осыпаний и обвалов ведут на колонне бурильных труб по известной технологии. Далее собирают на устье и спускают в скважину устройство в сборе, свинченное по резьбе 24 с колонной бурильных труб (на фигуре не показаны). Бурение ведут с промывкой промывочной жидкостью. Благодаря тому, что извлекаемое раздвижное долото 1 зафиксировано в рабочем положении срезным элементом 4, фиксирующим шток 5 с бурильной головкой 6 относительно корпуса 7, исключаются нерасширенные участки ствола скважины. Благодаря тому, что посадочный переводник 3 оснащен шипами 14, вставленными в лучи профильной части 15 верхнего конца 16 верхней многолучевой обсадной трубы 17 передается необходимый крутящий момент для бурения скважины от колонны бурильных труб. После вскрытия всей зоны осыпаний и обвалов бурение останавливают. С устья в бурильную колонну бросают шар 8, который с промывочной жидкостью проходит через бурильные трубы, переводник 3, многолучевые расширяемые трубы 2 перекрывают седло 9 извлекаемого раздвижного долота 1. Далее создают перепад давления, например, 12 МПа, при этом происходит срез элементов 4 (фиг. 2), перемещение в транспортное положение штока 5 с бурильной головкой 6 и долото 1 занимает транспортное положение. После чего создают перепад давления, например, 18 МПа, при этом многолучевые расширяемые трубы 2 выправляются избыточным давлением и фиксируются относительно стенок скважины. При дальнейшем повышении давления, например, до 20 МПа, посадочный переводник 3 конусом 19 расширяет сужение 20 цилиндрического конца 21 и выходит из колонны многолучевых расширяемых труб 2, при этом, благодаря эластичному герметику 23, не происходит зашламовывания пространства между посадочным переводником 3 и цилиндрическим концом 21. В тоже время посадочный переводник 3 конусом 19 расширяет направляющую воронку 22, благодаря чему, исключается шламование между цилиндрическим концом 21 и стенкой скважины, после чего, калибрующий инструмент 13 беспрепятственно заходит в верхний цилиндрический конец 21 и с вращением и осевой нагрузкой расширяет его и расширяемые трубы 2 по всей длине. По достижении извлекаемого раздвижного долота 1 происходит наворот ловильного устройства 25 калибрующего инструмента 13 до упора. При этом стопорные кольца 12 калибрующего инструмента 13 фиксируются в канавках 11 корпуса 7 извлекаемого раздвижного долота 1, препятствуя отвороту и падению извлекаемого раздвижного долота 1. После чего с вращением калибрующего инструмента 13 происходит отворот извлекаемого раздвижного долота 1 по резьбе 26. С промывкой, вращением и необходимой осевой нагрузкой производят расширение до выхода калибрующего инструмента 13 из многолучевых расширяемых труб 2. После чего калибрующий инструмент 13 с извлекаемым раздвижным долотом 1 извлекают.
Предлагаемое устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины надежное в работе, позволяет производить бурение и установку устройства в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, передавать необходимый крутящий момент для бурения, исключить нерасширенные участки при бурении, а также исключить аварийные ситуации, связанные с шламованием верхней части колонны профильных труб, отворотом и падением извлекаемого раздвижного долота при его извлечении.