СКВАЖИННЫЕ ЗВЕНЬЯ ОЧИСТКИ СТВОЛА И СПОСОБ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
DOWNHOLE HOLE CLEANING JOINTS AND METHOD OF USING SAME

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Данное изобретение относится в общем к методикам для выполнения работ на буровой площадке. Более конкретно, настоящее изобретение относится к трубным изделиям, например, компонентам бурильных колонн и ударной штанги, применяемых в работах на забое скважины.
[0002] Нефтепромысловые работы можно выполнять для разведки и добычи ценных текучих сред на забое скважин. Нефтяные буровые установки устанавливают на буровых площадках и скважинное оборудование, например, бурильный инструмент развертывают в подземной среде с помощью бурильной колонны для достижения подземных коллекторов. На поверхности устанавливают буровую установку для спуска свечей бурильных труб в ствол скважины для создания бурильной колонны. Буровое долото устанавливают на нижнем конце бурильной колонны и продвигают в подземную среду от поверхности для образования ствола скважины.
[0003] Разнообразное наземное оборудование, например трубные ключи, верхний привод, ведущая бурильная труба и буровой ротор, можно применять для свинчивания свечей труб (например, бурильных трубка) вместе, и приложения крутящего момента к свечам бурильных труб и буровому долоту. На поверхности может располагаться емкость бурового раствора для пропуска бурового раствора через бурильную колонну для охлаждении бурового долота и удаления выбуренной породы.
[0004] Бурильную колонну можно оборудовать различными скважинными компонентами, например компоновкой низа бурильной колонны (КНБК), инструментами измерения во время бурения, каротажа во время бурения, телеметрическими и другими скважинными инструментами для выполнения различных работ на забое скважины, например, подачи энергии на буровое долото для бурения ствола скважины и выполнения скважинных измерений.
[0005] Бурильную колонну оборудуют различными скважинными устройствами, например стабилизаторами. Примеры скважинных устройств даны в материалах US Patent/ Application Nos. 4610316, 4000549, и RE37167.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] По меньшей мере в одном аспекте изобретение относится к звену очистки ствола для бурильной колонны, спускаемому в ствол скважины, проходящей подземный пласт. Звено очистки ствола включает в себя тело трубы, соединяющееся с бурильной колонной, и секцию очистки ствола. Секция очистки ствола установлена вокруг тела трубы, и имеет наружную поверхность, которая может входить в контактное взаимодействие со стенкой ствола скважины. Наружная поверхность имеет спиральные канавки, проходящие в ней, образующие лопасти между ними. Спиральные канавки могут иметь конец со стороны устья скважины и конец со стороны забоя скважины со спиральной выемкой, проходящей между ними. По меньшей мере участок спиральной выемки может иметь ширину, уменьшающуюся к концу со стороны устья скважины спиральной выемки для образования сужающегося канала потока для приема выбуренной породы, проходящей через него, что содействует перемещению к устью скважины выбуренной породы во время бурения.
[0007] Звено очистки ствола может также включать в себя соединительную часть по меньшей мере на одном конце тела трубы. Соединительная часть может являться по меньшей мере одним из следующего: втулка, соединительная муфта, внутренняя резьба, резьбовой конец, кольцо, ниппельный конец и/или муфтовый конец. Сечение секции очистки ствола имеет форму цевочного колеса, образованную множеством лопастей с множеством спиральных канавок между ними.
[0008] Спиральные канавки имеют скошенный участок и наклонный участок с локализованной площадью перемешивания на них. Спиральные канавки могут включать в себя пару выполненных зеркально канавок, и/или участок со стороны устья скважины, промежуточный участок и участок со стороны забоя скважины с периферийными углублениями между ними. Спиральные канавки имеют несколько значений шага. Несколько значений шага могут включать в себя первый шаг и второй шаг, где первый шаг больше второго шага.
[0009] Звено очистки ствола может также включать в себя по меньшей мере одно кольцо. По меньшей мере один конец секции очистки ствола может заканчиваться по меньшей мере на одном кольце. Диаметр секции очистки ствола может уменьшаться по меньшей мере до одного кольца. Спиральные канавки могут иметь винтообразную форму и/или ориентироваться в направлении вращения.
[0010] На участке между концами спиральных канавок со стороны устья скважины и со стороны забоя скважины их ширина может увеличиваться. Спиральная канавка может сужаться на площадке между своим концом со стороны устья скважины и концом со стороны забоя скважины. Секция очистки ствола может иметь конец, функционально соединяющийся с соединительной частью. Секция очистки ствола может иметь тело трубы на одном своем конце и соединительную часть на противоположном своем конце.
[0011] Секция очистки ствола может иметь наружный диаметр, который уменьшается или увеличивается от ее конца со стороны устья скважины и до конца со стороны забоя скважины. Наружный диаметр секции очистки ствола может быть больше или равен наружному диаметру тела трубы. Секция очистки ствола может являться интегральной или модульной по отношению к телу трубы. Секция очистки ствола может привариваться по меньшей мере к одному телу трубы и/или по меньшей мере к одной соединительной части. Секция очистки ствола может включать в себя множество секций очистки ствола по меньшей мере с одним из тел труб между ними.
[0012] Спиральные канавки могут иметь угол, ширину, глубину, шаг, и ориентацию для содействия прохождению потока выбуренной породы к устью скважины через канал потока. Секция очистки ствола может иметь определенный наружный диаметр, форму, длину и ориентацию для содействия прохождению потока выбуренной породы к устью скважины через канал потока.
[0013] В другом аспекте изобретение относится к системе очистки ствола для бурения скважины, проходящей подземный пласт. Система включает в себя бурильную колонну, развертываемую с буровой установки, компоновку низа бурильной колонны которую несет бурильная колонна, и звено очистки ствола. Звено очистки ствола включает в себя тело трубы, соединяющееся с бурильной колонной, и секцию очистки ствола, устанавливаемую вокруг тела трубы. Секция очистки ствола имеет наружную поверхность, которая может входить в контактное взаимодействие со стенкой ствола скважины и спиральные канавки, проходящие в ней, образующие лопасти между ними. Спиральные канавки имеют конец со стороны устья скважины и конец со стороны забоя скважины со спиральной выемкой, проходящей между ними. По меньшей мере участок спиральной выемки имеет ширину, уменьшающуюся к концу со стороны устья скважины спиральной выемки для образования сужающегося канала потока для приема выбуренной породы, проходящей через него, что содействует перемещению к устью скважины выбуренной породы во время бурения.
[0014] Бурильная колонна может включать в себя по меньшей мере одно трубное изделие и по меньшей мере одно из звеньев очистки ствола. Трубное изделие может включать в себя по меньшей мере одно из следующего: бурильная труба, утяжеленные бурильные трубы, толстостенная бурильная труба, втулка, и/или муфта. Бурильная колонна может включать в себя пары бурильных труб и множество звеньев очистки ствола. Одно из множества звеньев очистки ствола можно функционально соединять с каждой парой бурильных труб бурильной колонны. Звено очистки ствола может включать в себя множество секций очистки ствола, соединенных по меньшей мере с одним из тел труб. Звено очистки ствола может включать в себя соединительные части на каждом своем конце, соединяющиеся в замках с соединительными частями смежного звена очистки ствола для образования по меньшей мере участка бурильной колонны.
[0015] В еще одном аспекте изобретение относится к способу бурения ствола скважины, проходящей подземный пласт. Способ включает в себя развертывание скважинного инструмента с буровой установки с помощью бурильной колонны и функциональное соединение по меньшей мере одного звена очистки ствола с бурильной колонной. Звено очистки ствола имеет секцию очистки ствола со спиральными канавками, проходящими в его наружной поверхности. Спиральные канавки имеют ширину, уменьшающуюся в направлении к их концу со стороны устья скважины для образования сужающегося канала потока, проходящего через них. Способ дополнительно включает в себя вырабатывание выбуренной породы при продвижении скважинного инструмента в подземный пласт с помощью бурильной колонны, содействие проходу потока выбуренной породы к поверхности с помощью пропуска бурового раствора через бурильную колонну и вверх по кольцевому пространству между бурильной колонной и стенкой ствола скважины так, что по меньшей мере часть выбуренной породы проходит через сужающийся канал потока спиральных канавок.
[0016] Способ может также включать в себя перемешивание выбуренной породы в канале потока. Функциональное соединение может включать в себя функциональное соединение по меньшей мере одного звена очистки ствола и по меньшей мере одного трубного изделия с бурильной колонной. Способ может также включать в себя контактное взаимодействие стенки ствола скважины по меньшей мере с участком звена очистки ствола.
[0017] Наконец, в другом аспекте изобретение относится к звену очистки ствола для бурильной колонны, спускающейся в ствол скважины, проходящей подземный пласт. Звено очистки ствола включает в себя тело трубы, соединяющееся с бурильной колонной, и секцию очистки ствола, установленную вокруг тела трубы. Секция очистки ствола имеет наружную поверхность, которая может входить в контактное взаимодействие со стенкой ствола скважины, и спиральные канавки, проходящие в ней, образующие лопасти между ними. Спиральные канавки имеют конец со стороны устья скважины и конец со стороны забоя скважины со спиральной выемкой, проходящей между ними. Спираль выемки имеет скошенный участок и наклонный участок с тупым углом между ними, образующий локализованную площадь перемешивания в ней, что содействует перемещению к устью скважины выбуренной породы во время бурения.
[0018] Сечение секции очистки ствола может иметь форму цевочного колеса. Форму цевочного колеса могут образовывать множество лопастей с множеством спиральных канавок между ними. Глубина спиральных канавок может увеличиваться между скошенным участком и наклонным участком. Спиральные канавки могут иметь закругленный угол между скошенным участком и наклонным участком. Спиральные канавки могут иметь винтообразную форму. Спиральные канавки можно ориентировать в направлении вращения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0019] Для лучшего понимания кратко описанных выше признаков и преимуществ настоящего изобретения ниже приведено более конкретное описание изобретения, со ссылками на его варианты осуществления, проиллюстрированные в прилагаемых чертежах. Следует отметить, однако, что прилагаемые чертежи иллюстрируют являющиеся примером варианты осуществления и не ограничивают его объем. Фигуры не обязательно выполнены с соблюдением масштаба, и некоторые элементы, и некоторые виды на фигурах показаны в искаженном масштабе или схематично для ясности и наглядности.
[0020] На фиг. 1 показан схематичный вид, частично в сечении, скважинной площадки с буровой установкой и с бурильной колонной, спущенной в ствол скважины, бурильная колонна включает в себя звенья очистки ствола.
[0021] На фиг. 2A показан другой схематичный вид, частично в сечении, скважинной площадки с буровой установкой и с бурильной колонной, спущенной в ствол скважины, бурильная колонна включает в себя звенья очистки ствола. На фиг. 2B показан участок 2B бурильной колонны фиг. 2A.
[0022] На фиг. 3A-3B показаны план и сечения, соответственно, части звена очистки ствола, включающей в себя накладку очистки ствола со спиральной секцией очистки ствола.
[0023] На фиг. 4A-4B показана горизонтальная проекция и вид в изометрии, соответственно, участка звена очистки ствола, включающего в себя накладку очистки ствола с сегментированной спиральной секцией очистки ствола.
[0024] На фиг. 5A-5B показана горизонтальная проекция и вид в изометрии, соответственно, участка звена очистки ствола, включающего в себя накладку очистки ствола с двойной спиральной секцией очистки ствола.
[0025] На фиг. 6A-6B показана горизонтальная проекция и вид в изометрии, соответственно, участков смежных звеньев очистки ствола, включающих в себя накладку очистки ствола с изменяющейся спиральной секцией очистки ствола.
[0026] На фиг. 7A-7B показана горизонтальная проекция и вид в изометрии, соответственно, участка звена очистки ствола, включающего в себя накладку очистки ствола со спиральной секцией очистки ствола смешанного шага.
[0027] На фиг. 8 показана горизонтальная проекция звена очистки ствола, включающего в себя многочисленные секции очистки ствола со спиральными секциями очистки ствола смешанного шага.
[0028] На фиг. 9A-9B, 10-10B, 11A-11B, 12A-12B показаны виды в изометрии различных конфигураций звеньев очистки ствола, включающих в себя многочисленные секции очистки ствола с конусообразными, смешанного шага, спиральными секциями очистки ствола.
[0029] На фиг. 13 показана блок схема последовательности операций способа бурения ствола скважины.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] Следующее описание включает в себя являющиеся примером устройства, способы, методики, и/или последовательности инструкций, которые реализуют методики представленного объекта изобретения. Вместе с тем, понятно, что описанные варианты осуществления можно реализовать на практике без данных конкретных деталей.
[0031] Настоящее изобретение относится к звеньям очистки ствола, устанавливаемым на всем протяжении бурильной колонны для содействия удалению выбуренной породы во время бурения. Звенья очистки ствола могут соединяться (или являться интегральными) с различными трубными изделиями, таким как бурильная труба, утяжеленные бурильные трубы, толстостенная бурильная труба (ТБТ), другие звенья, втулки, муфты и бурильные компоненты для приведения в действие бурового долота и образования бурильной колонны со сквозным проходом текучей среды (например, бурового раствора) через нее. Звенья очистки ствола могут являться бурильной трубой или другими звеньями и/или трубными изделиями, включающими в себя накладки очистки ствола (или износная накладка) имеющими секции очистки ствола со спиральными канавками с различными геометрическими параметрами (например, параметрами глубины, ширины, углов, шага и/или ориентации).
[0032] Различные конфигурации одной или нескольких накладок очистки ствола, секций очистки ствола и/или других звеньев (или компонентов) можно комбинировать для образования звеньев очистки ствола на всем протяжении бурильной колонны. Различные формы и конфигурации звеньев очистки ствола, накладок очистки ствола и/или секций очистки ствола с канавками в них можно применять, например, для содействия перемещения к устью скважины выбуренной породы, оптимизации удаления выбуренной породы, выполнения очистки ствола, минимизации различных тенденций прихвата, уменьшения трения ствола скважины и/или улучшения кпд бурения.
[0033] На фиг. 1 схематично показан пример оборудования, в составе которого можно применять звенья с функциональными возможностями очистки ствола. Хотя показана сухопутная буровая установка с конкретной конфигурацией, звенья очистки ствола, предложенные в данном документе, можно применять в бурении всех типов (например, при работе на суше или в море). Звенья очистки ствола, предложенные в данном документе, можно применять в бурении всех типов, в том числе наклонно-направленном бурении под большим углом, горизонтальном бурении, бурении с большим отходом и/или в других ответственный буровых работах, среди прочего.
[0034] На фиг. 1 показана скважинная площадка 100, включающая в себя буровую установку 101 для выполнения различных скважинных работ, например, бурения. Бурильная колонна 103 с долотом 104 на своем забойном конце продвигается в пласт 105 для создания ствола 106 скважины. Различное оборудование 107 буровой установки, например, ведущая бурильная труба, ротор, верхний привод, элеватор, и т.д., можно применять на буровой установке 101 для несения и/или приведения в действие бурильной колонны 103.
[0035] Компоновка 108 низа бурильной колонны (КНБК) расположена на нижнем конце бурильной колонны 103 и содержит различные забойные компоненты для выполнения работ на забое скважины. Компоненты могут включать в себя, например, инструменты измерения во время бурения, каротажа во время бурения, телеметрии, процессоры и/или другие скважинные инструменты. Приводное устройство, например забойный двигатель или роторную управляемую систему 109 можно также оборудовать со стороны устья скважины от долота 104 для вращения долота 104. Бурильная колонна 103 включает в себя множество звеньев 115 бурильной трубы и звеньев 111 очистки ствола.
[0036] На поверхности можно оборудовать емкость 110 бурового раствора для пропуска бурового раствора через бурильную колонну 103, КНБК 108 и на выход из долота 104, как указано стрелками. Выбуренную породу можно возвращать на поверхность через кольцевое пространство 114 между бурильной колонной 103 и стенкой ствола 106 скважины, как также указано стрелками. Наземный контроллер 112 также оборудован на поверхности для управления работой скважинной площадки 100. Как показано, КНБК 108 может, если необходимо, включать в себя забойный контроллер 112 для поддержания связи между КНБК 108 и наземным контроллером 112. Можно предусматривать один или несколько контроллеров 112.
[0037] На фиг. 2A показан другой схематичный вид буровой площадки 200, включающей в себя буровую установку 201, с буровым долотом 204, продвигающимся в пласт 205 с помощью бурильной колонны 203 (подробно показано на фиг. 2B) для создания ствола 206 скважины. Бурильная колонна 203 включает в себя многочисленные звенья 215 бурильной трубы и многочисленные звенья 211 очистки ствола, соединенные торец к торцу для образования бурильной колонны 203. Как показано более подробно на фрагменте 2B, бурильная колонна 203 включает в себя многочисленные звенья 215 бурильной трубы, за которыми следует одно звено 211 очистки ствола. Одно или несколько звеньев 211 очистки ствола можно создавать вокруг одного или нескольких звеньев 215 бурильной трубы в бурильной колонне 203. В данном примере показано, что одно из каждых трех звеньев является звеном 211 очистки ствола.
[0038] Звенья 211 очистки ствола, описанные в данном документе, можно применять автономно или соединенными со смежными трубными изделиями, например звеньями 215 бурильной трубы, применяя различные соединения для создания бурильной колонны 203. Концы (или соединения) 212a,b звена 211 очистки ствола можно выполнить свинчивающимися со смежными трубными изделиями, например звеном 215 бурильной трубы. В некоторых случаях звенья 211 очистки ствола могут включать в себя соединительные части (или соединительное средство), выполненные интегрaльными с ними и/или функционально соединенными с ними для создания требуемых соединений со смежными трубными изделиями. Примеры соединительных частей могут включать в себя втулки, муфты, внутренние резьбы, резьбовые концы, ниппельные концы и/или муфтовые концы, среди прочего.
[0039] В показанном примере звенья 211 очистки ствола имеют одинаковые с обычными звеньями бурильной трубы концы 212a,b с ниппельной и муфтовой частями бурильного замка для соединений. Хотя звенья 211 очистки ствола фиг. 2A и 2B показаны соединенными со звеном 215 бурильной трубы, звенья 211 очистки ствола можно соединять со смежными трубными изделиями, которые могут являться одним или несколькими из других (одинаковых или отличающихся) звеньев очистки ствола (например, позиция, 211), звеном бурильной трубы (например, позиция, 215) и/или другими трубными изделиями.
[0040] Звенья 211 очистки ствола могут являться любым трубным изделием, например звеном бурильной трубы (например, позиция 215), ТБТ и/или другим трубным изделием. Звенья 211 очистки ствола могут включать в себя, например, ниппельный и муфтовый концы 212a,b с телом 222 трубы (или трубного изделия) между ними и накладкой 220 очистки ствола вдоль тела 222 трубы. Накладку 220 очистки ствола могут создавать интегральной или функционально соединенной (например, фрикционной сваркой) с телом 222 трубы. Секции 220 очистки ствола можно наваривать вокруг тела 222 трубы между концами 212a,b.
[0041] Накладка 220 очистки ствола может иметь секцию 216 очистки ствола, снабженную канавками 218, проходящими в ней. Секция 216 очистки ствола может иметь изготовленные по техническим условиям заказчика канавки 218, выполненные на накладке 220 очистки ствола между участками тела 222 трубы. Например, канавки 218 можно выполнять на металлорежущем станке в износной накладке 220 на теле 222 трубы, прорезая канавки 218 в накладке 220 очистки ствола. Другой возможностью является выполнение на металлорежущем станке по техническим условиям заказчика спиралей на удлиненном звене инструмента, при изготовлении тела 222 трубы и накладку 220 очистки ствола интегральными. Канавки 218 и/или звенья 211 очистки ствола могут иметь профили и геометрические характеристики для решения различных задач очистки ствола, с которыми сталкиваются на буровой площадке 200.
[0042] Звенья 211 очистки ствола можно изготавливать по техническим условиям заказчика для обеспечения очистки ствола в отличающийся условиях бурения скважины и/или для решения различных проблем очистки ствола, с которыми сталкиваются в скважине. Звенья 211 очистки ствола можно изготавливать по техническим условиям заказчика, например, изменяя геометрические параметры спиральных канавок 218 (например, угол, ширину, глубину, шаг, ориентацию, и/или другие размеры) и/или секции 220 очистки ствола (например,, диаметр, форму, длину, ориентацию и/или другие размеры). Геометрическую форму секции 216 очистки ствола можно изготавливать по техническим условиям заказчика для оптимизации очистки ствола посредством сбора выбуренной породы, ускорения перемещения выбуренной породы вверх по стволу 206 скважины, и/или улучшения дисперсии выбуренной породы на всем протяжении вверх по стволу 206 скважины, как указано стрелками.
[0043] Изменяющиеся, изготовленные по техническим условиям заказчика спиральные канавки 218, распределенные по всей бурильной колонне 203 можно применять, например, для обеспечения комплексного уменьшения в различных тенденциях прихвата для бурильной колонны 203. Например, угол (шаг) спиральных канавок 218 можно варьировать для обеспечения очистки ствола содействием подъему выбуренной породы из пласта в забойной зоне скважины. Угол можно также применять для увеличения в кольцевом пространстве скорости и дисперсии выбуренной породы в направлении к поверхности и для оптимизации напора согласно диаметру ствола и скорости текучей среды. Спиральные канавки можно ориентировать под углом в направлении вращения (например, располагая по часовой стрелке для вращения по часовой стрелке). В другом примере можно применять форму канавок 218 для содействия очистке ствола, благодаря содействию в удалении выбуренной породы и уменьшению тенденций дифференциального прихвата посредством уменьшения площади контакта между бурильной колонной 203 и стенкой ствола 206 скважины.
[0044] Накладка 220 очистки ствола может иметь выбранные наружные диаметры для дополнительного приспособления к техническим условиям и оптимизации свойств очистки ствола. Переходы между накладкой 220 очистки ствола и другими участками тела 222 трубы и/или смежными трубными изделиями (например, звеном 215 бурильной трубы), имеющими отличающиеся диаметры, можно также выполнять соответствующими техническим условиям. Можно обеспечить постепенный переход, например, на обращенном к забою (или переднем) конце секции 216 очистки ствола для оптимизации накопления или сбора выбуренной породы. Крутой переход от наружного диаметра накладки 220 очистки ствола к наружному диаметру тела 222 трубы на расположенном со стороны устья скважины (или заднем) участке секции очистки ствола 218 можно применять для обеспечения дисперсии выбуренной породы, проходящей вверх по стволу 203 скважины. Вариации и уникальные переходы, (например, углубления и/или поднятые участки) можно также включать в состав на различных участках звена 211 очистки ствола для изменения структуры потока бурового раствора и выбуренной породы для получения улучшенных функциональных возможностей очистки ствола.
[0045] В некоторых случаях бурильную колонну 203 можно развертывать с проходом через компонент скважинной площадки, такой как противовыбросовый превентор (например, универсальный противовыбросовый превентор), установленный на стволе 206 скважины. Лопасти между канавками 218 звена 211 очистки ствола могут являться, например, закругленными и/или сглаженными (например, вдоль кромок лопасти) для предотвращения повреждения противовыбросового превентора (например, лопастей противовыбросового превентора), которые можно зацепить при спуске бурильной колонны 203 в ствол 206 скважины и подъеме из ствола.
[0046] На фиг. 3A-12B показаны различные конфигурации звеньев 311-1211 очистки ствола. Как показано на данных видах, можно создавать различные геометрические формы звеньев очистки ствола, накладок очистки ствола, секций очистки ствола и/или канавок.
[0047] На фиг. 3A и 3B показан участок звена 311 очистки ствола с секцией 316 очистки ствола, имеющей спиральную конфигурацию. На фиг. 3A показана горизонтальная проекция части звена 311 очистки ствола. На фиг. 3B показано сечение звена 311 очистки ствола по линии 3B-3B. Участок звена 311 очистки ствола может являться аналогичным звену 211 очистки ствола фиг. 2A и 2B, за исключением того, что концы не показаны и показана специфическая конфигурация секции 316 очистки ствола. Ниппельный и муфтовый концы (например, позиции 212a,b фиг. 2A,2B) можно предусматривать для соединения звена 311 очистки ствола со смежными трубными изделиями.
[0048] Звено 311 очистки ствола включает в себя тело 322 трубы (или высаженный корпус) и накладку 320 очистки ствола. Накладка 320 очистки ствола включает в себя конические концы 323a,b с секцией 316 очистки ствола между ними. Накладку 320 очистки ствола можно устанавливать между участками 322 тела трубы или выполнять интегрально с ней. Секция 316 очистки ствола имеет спиральные канавки 318 проходящие в ней. Накладка 320 очистки ствола имеет максимальный наружный диаметр OD1 на участке секции 316 очистки ствола. OD1 уменьшается вдоль конических концов 323a,b до соединения с телом трубы 322. Тело трубы имеет наружный диаметр OD2, который меньше наружного диаметра OD1.
[0049] Секция 316 очистки ствола также имеет наружную поверхность 324 со спиральными канавками 318, проходящими в ней. Многочисленные спиральные канавки 318 одинаковой формы показаны выполненными в наружной поверхности 324. Спиральные канавки 318 могут проходить винтообразно на всем протяжении секции 316 очистки ствола между сужающимися концами 323a,b. Многочисленные спиральные канавки 318 показаны имеющими идентичный размер (например, угол, ширину, глубину, шаг, ориентацию, и/или другие размеры). Канавки 318 имеют максимальную ширину Wmax и глубину D1, уменьшающиеся на каждой из секций 316 очистки ствола и заканчивающиеся на каждом коническом конце 323a,b в точке закругления на конусе.
[0050] Как показано в сечении на фиг. 3B, каждая канавка 318 может заглубляться на некоторое расстояние в наружную поверхность 324 для образования скошенного участка 326 и наклонного участка 328 с закругленным углом 330 между ними. В сечении по 3B-3B показаны канавки 318 с максимальной глубиной D1. Канавки 318 показаны с тупым углом, образованным углами А1, A2, как показано. Лопасти 332 образованы между канавками 318. Комбинация лопастей 332 и канавок 318 создает сечение в форме цевочного колеса. Данную форму цевочного колеса можно применять для содействия циркуляции для подъема выбуренной породы с помощью создания локализованного перемешивания, как указано искривленными стрелками в канавке 318.
[0051] На фиг. 4A и 4B показан участок звена 411 очистки ствола, включающий в себя накладку 420 очистки ствола с секцией 416 очистки ствола, имеющей сегментированную спиральную конфигурацию. Как показано на данном виде, секция 416 очистки ствола может являться аналогичной секции 316 очистки ствола, за исключением того, что накладка 420 очистки ствола имеет отличающиеся размер и форму, и канавки 418a-c имеют отличающуюся конфигурацию. Накладка 420 очистки ствола имеет конические концы 423a,b которые проходят от секции 416 очистки ствола до тела 422 трубы.
[0052] В данном варианте секция 416 очистки ствола имеет канавки 418a-c, расположенные на всем протяжении наружной поверхности 424 секции 416 очистки ствола. Как показано на данном виде, канавки 418a,b расположены в трехъярусной конфигурации с тремя рядами наклоненных канавок 418a-c, разделенных двумя периферийными углублениями 434. Ряды наклоненных канавок 418a,b,c включают в себя расположенный со стороны устья скважины ряд канавок 418a, промежуточный ряд канавок 418b, и расположенный со стороны забоя скважины ряд канавок 418c, разделенные периферийными углублениями 434.
[0053] Расположенные со стороны устья скважины и со стороны забоя скважины ряды канавок 418a,c имеют аналогичные конфигурации с искривленными канавками, проходящими в секцию 416 очистки ствола. Промежуточные ряды канавок 418b также проходят в секцию 416 очистки ствола, но имеют длину меньше длины канавок 418a,c. Наклоненные канавки 418a,b,c выставлены по спирали вокруг секции 416 очистки ствола для образования пар 436a,b двойных спиралей вокруг секции 416 очистки ствола, как указано пунктирными линиями. Пары двойных спиралей 436a,b включают в себя выполненные зеркально индивидуальные спирали 436a,b, соприкасающиеся на смежных сторонах.
[0054] На фиг. 5A и 5B показан участок звена 511 очистки ствола, включающий в себя накладку 520 очистки ствола с секцией 516 очистки ствола, имеющей конфигурацию двойной спирали. Как показано на данном виде, звено 511 очистки ствола может являться аналогичным звену 311 очистки ствола, за исключением того, что секция 516 очистки ствола и канавки 518a-d имеют отличающуюся конфигурацию. Как показано на фиг. 5A и 5B, секцию 516 очистки ствола можно снабжать спиральными канавками 518a-d, имеющими отличающиеся размеры, и можно создавать один или несколько комплектов 536a,b спиральных канавок 518a-d. Некоторые из канавок 518a-d могут иметь постоянную ширину и глубину, и некоторые могут иметь изменяющуюся ширину и глубину.
[0055] В данном варианте секция 516 очистки ствола имеет множество канавок 518a-d, расположенных вокруг наружной поверхности 524 секции 516 очистки ствола. Каждый из комплектов канавок 536a,b является одинаковым, с каждой из индивидуальных канавок 518a-d, имеющей отличающиеся размеры. Каждая канавка 518a-c имеет изменяющиеся глубину и изменяющуюся ширину Wa-c с постоянными значениями шага P. Канавка 518d имеет первый участок 538с первой шириной Wd1 и второй участок 538b со второй шириной Wd2. Наружная поверхность 524 секции 516 очистки ствола имеет постоянный диаметр, заканчиваясь на концах 512a,b.
[0056] Как показано на данном виде, два комплекта 536a,b канавок 518a-d проходят на всем протяжении секции 516 очистки ствола, разделенные периферийным кольцом 537. Расположенный со стороны устья скважины комплект 536 спиральных канавок 518a-d проходит между расположенным со стороны устья скважины концом 512a и кольцом 537. Расположенный со стороны забоя скважины комплект 536b спиральных канавок 518a-d проходит между кольцом 537 и концом 512b со стороны забоя скважины. Кольцо (кольца) 537 могут образовывать опорный участок, контактирующий со стенкой ствола скважины. Секция 516 очистки ствола заканчивается на расположенном со стороны забоя скважины конце 512b и расположенном со стороны устья скважины конце 512a для соединения с другими устройствами (не показано), такими как конец (например, позиция 212a,b фиг. 2A,2B) или тело трубы (например, позиция 222 фиг. 2). Дополнительное кольцо (кольца) 537 можно также создавать на всем протяжении накладки 520 очистки ствола и/или соединять с другим устройством (не показано), таким как конец (например, позиция, 212a,b фиг. 2) или тело трубы (например, позиция, 222 фиг. 2A,2B).
[0057] На фиг. 6A и 6B показаны участки двух смежных звеньев 611a,b. Смежные звенья 611a,b могут оба являться звеньями очистки ствола. В некоторых случаях позиция 611 может относиться к звену бурильной трубы, например звену 215 бурильной трубы фиг. 2A,2B. Участок звена 611a показан соединенным с участком смежного звена 611b очистки ствола. Участок звена 611а очистки ствола включает в себя конец 612b (например, ниппельный конец 212b фиг. 2A, 2B), соединяющийся со звеном 611b очистки ствола. Звено 611b очистки ствола показано включающим в себя конец 612a (например, муфтовый конец 212a фиг. 2A,2B), соединяющийся с концом 612b. Секция 616 очистки ствола заканчивается на кольце 637 на конце звена 611b очистки ствола противоположном концу 612a. Звенья 611а,b очистки ствола можно соединять с участком трубы (не показано, например телом 222 трубы фиг. 2A, 2B).
[0058] Звено 611b очистки ствола также включает в себя накладку 620 очистки ствола с секцией 616 очистки ствола, имеющей конфигурацию с однозаходной спиралью. Секция 616 очистки ствола может являться аналогичной секции 536b очистки ствола фиг. 5, за исключением канавки отличающейся конфигурации. Как показано на фиг. 6A и 6B, секция 616 очистки ствола имеет множество канавок 618, расположенных по наружной поверхности 624 секции 616 очистки ствола. Каждая из канавок 618 имеет изменяющуюся ширину и глубину по длине. Канавка 618 имеет ширину W2 на каждом своем конце с уменьшенной шириной W1 между ними. Канавки 618 сужаются вдоль области N вдоль каждой канавки 618.
[0059] Как также показано на фиг. 6A и 6B, наружный поверхность 624 секции 616 очистки ствола может сходить на конус. В показанном примере наружный диаметр секции 616 очистки ствола уменьшается от конца со стороны забоя скважины в направлении к концу 612a, со стороны устья скважины.
[0060] На фиг. 7A и 7B показан участок звена 711 очистки ствола, включающий в себя накладку 720 очистки ствола, имеющую секцию 716 очистки ствола с конфигурацией спирали смешанного шага. Как показано на данном виде, секция 716 очистки ствола может являться аналогичной секции 516 очистки ствола (фиг. 5), за исключением того, что накладка 720 очистки ствола и канавки 718 имеют отличающуюся конфигурацию. Накладка 720 очистки ствола имеет канавки 718, проходящие в ней и заканчивающиеся на кольцах 737. Накладка 720 очистки ствола может, если необходимо, сходиться на конус от увеличенного, расположенного со стороны устья скважины конца, к уменьшенному, расположенному со стороны забоя скважины концу (или наоборот). Как также показано в данном варианте, кольца 737 выполнены интегральными с секцией 716 очистки ствола.
[0061] Как показано на фиг. 7A и 7B, звено 711 очистки ствола может включать в себя канавки 718 с изменяющейся шириной, глубиной и шагом P1 и P2, проходящие по всей длине секции 716 очистки ствола. В данном варианте секция 716 очистки ствола имеет множество канавок 718, расположенных на всем протяжении наружной поверхности 724 секции 716 очистки ствола. Как показано на данном виде, каждая из канавок 718 имеет первый шаг Р1 и первую ширину W1 вдоль первого участка А секции 716 очистки ствола, и второй шаг P2 и вторую ширину W2 вдоль второго участка B секции очистки ствола. Шаг Р1 меньше шага P2, и ширина W2 больше ширины W1. В некоторых случаях глубина и ширина канавок 718 может являться постоянной вдоль длины секции 716 очистки ствола.
[0062] Шаг Р1, P2 изменяющегося значения выполняют под углами, которые можно применять для создания более глубоких и широких спиральных канавок в направлении к расположенному со стороны забоя (или переднему) концу звена 711 очистки ствола. Профиль канавок 718 может становится мельче и уже с продвижением канавок 718 к устью скважины вдоль секции 716 очистки ствола. Данную конфигурацию можно применять для интенсификации сбора выбуренной породы, когда звено 711 очистки ствола входит в новую секцию ствола скважины, подлежащую очистке от выбуренной породы.
[0063] Размер и объем канавок 718 можно уменьшать в направлении к обращенному к устью скважины концу секции 716 очистки ствола. Когда выбуренная порода перемещается вверх вокруг секции 716 очистки ствола, скорость выбуренной породы можно увеличить, приводя в движение выбуренную породу вверх и на выход из ствола скважины с увеличенной интенсивностью. Канавки 718 могут постепенно становится мельче и уже для ускорeния перемещения выбуренной породы и/или потока бурового раствора.
[0064] В направлении к обращенному к забою скважины концу секции 716 очистки ствола профиль канавок 718 может также расширяться и углубляться для обеспечения дисперсии выбуренной породы и/или для предотвращения ее накопления на забойной стороне ствола скважины, например, вдоль препятствий в стволе скважины (таких, например, как уступы, желоба, сужения и размытые секции ствола скважины).
[0065] На фиг. 8-12B показаны различные конфигурации звеньев 811-1211 очистки ствола, включающие в себя различные комбинации накладок 820-920 очистки ствола и тел 822-922 труб. Звенья очистки ствола могут включать в себя различные комбинации одной или нескольких секций очистки ствола с различными секциями 816-916 очистки ствола, имеющими различную геометрию канавок для решения отличающихся проблем очистки ствола, с которыми можно сталкиваться во время бурения.
[0066] На фиг. 8 показано звено 811 очистки ствола, включающее в себя многочисленные накладки 820 очистки ствола. Накладки 820 очистки ствола включают в себя секции 816 очистки ствола с конфигурацией спирали смешанного шага. Звено 811 очистки ствола включает в себя соединения с ниппельными и муфтовыми концами 812a,b на каждом своем конце с многочисленными секциями 816 очистки ствола и телами 822 труб между ними.
[0067] Муфтовый конец 812a и ниппельный конец 812b расположены на каждом конце звена 811 очистки ствола для соединения со смежным трубным изделием (например, звеном 215 бурильной трубы фиг. 2A, 2B). Муфтовый конец 812a и ниппельный конец 812b могут являться функционально соединяющимися или интегральными с телами 822 труб смежными с ними. Хотя показаны отличающийся концы 812a,b, аналогичные концы можно создавать, если необходимо.
[0068] Как показано, три идентичные секции 816 очистки ствола созданы между трубными соединениями 812a,b с телами 822 труб между ними. Звенья 811 очистки ствола могут включать в себя одну или несколько одинаковых или отличающихся накладок 820 очистки ствола и/или секций 816 очистки ствола. Каждая из секций 816 очистки ствола может иметь конфигурацию спирали смешанного шага, аналогичную секции 716 очистки ствола фиг. 7A или другую конфигурацию.
[0069] Звено 811 очистки ствола может иметь различные диаметры на всем протяжении своей наружной поверхности для содействия удалению выбуренной породы. Например, секции 816 очистки ствола могут иметь полный наружный диаметр OD8a. Секция 816 очистки ствола может иметь коническую наружную поверхность 824, которая сходится на конус от центрального участка секции 816 очистки ствола к телам 822 труб на каждой из своих сторон. Тела 822 труб могут иметь уменьшенный диаметр OD8b. Ниппельный и муфтовый концы 812a,b могут иметь наружный диаметр равный наружному диаметру OD8a.
[0070] На фиг. 9A-12B показаны конфигурации звеньев 911-1211 очистки ствола, имеющих многочисленные накладки 920 очистки ствола с коническими секциями 916 очистки ствола в конфигурации конической спирали смешанного шага. На фиг. 9A показано звено 911 очистки ствола, включающее в себя концы 912a,b с тремя коническими секциями 916 очистки ствола и двумя телами 922 труб между ними. Каждая из накладок 920 очистки ствола имеет идентичные конические секции 916 очистки ствола с канавками 918 в конфигурации конической спирали смешанного шага. На фиг. 9B показан альтернативный вид с уменьшенной длиной тел 922 труб.
[0071] Как показано на фиг. 9A, три секции 916 очистки ствола являются одинаковыми, но если необходимо могут отличаться. Секции 916 очистки ствола могут являться аналогичными секциям 816, показанным на фиг. 8, с канавкой 918 в конфигурации спирали смешанного шага. В данном варианте секция 916 очистки ствола имеет коническую наружную поверхность 924, которая проходит от максимального наружного диаметра OD9a на конце со стороны устья скважины до уменьшенного диаметра OD9b на теле 922 трубы на ее конце со стороны забоя скважины. Как показано линиями 919, звено 911 очистки ствола может включать в себя одну или несколько модульных секций 911 очистки ствола или других компонентов, которые можно, если необходимо, прикреплять, например сваркой.
[0072] Звено 911 очистки ствола может иметь различные диаметры на всем протяжении своей наружной поверхности 924 для содействия удалению выбуренной породы. Например, звено 911 очистки ствола может иметь полный наружный диаметр OD9a. Уменьшенный диаметр OD9b можно предусмотреть по участкам компоновки 914 очистки ствола, например вдоль тел 922 труб и/или концов 912a,b. Уменьшенный диаметр можно также предусмотреть на всем протяжении конической наружной поверхности 924 секции 916 очистки ствола.
[0073] На фиг. 10A и 10B показан альтернативный вариант звена 1011 очистки ствола. Как показано на фиг. 10A, данный вариант является аналогичной звену 911 очистки ствола, за исключением того, что концы 912a,b имеют две секции 916 очистки ствола и одно тело 922 трубы между ними, и наружный диаметр OD10 конца 912a больше наружного диаметра OD9b конической секции 916 инструмента очистки ствола. На фиг. 10B показано звено 1011 очистки ствола с уменьшенным телом 922 трубы.
[0074] На фиг. 11A и 11B показано другое альтернативное звено 1111 очистки ствола. Как показано на фиг. 11A, данный вариант является аналогичным звену 911 очистки ствола, за исключением того, что концы 912a,b имеют одну накладку 920 очистки ствола с одной секцией 916 очистки ствола и одно тело 922 трубы между ними. Секция 916 очистки ствола расположена со стороны устья скважины от одного тела 922 трубы. На фиг. 11B показано звено 1111 очистки ствола с уменьшенным телом 922 трубы и удаленным концом 912b.
[0075] На фиг. 12A и 12B показано другое альтернативное звено 1211 очистки ствола. Как показано на фиг. 12A, данный вариант является аналогичным звену 911 очистки ствола фиг. 11, за исключением того, что концы 912a,b имеют одну накладку 920 очистки ствола с одной секцией 916 очистки ствола и одно тело 922 трубы, расположенные в отличающемся порядке между ними. Секция 916 очистки ствола установлена со стороны забоя от одного тела 922 трубы. На фиг. 12B показано звено 1211 очистки ствола с уменьшенным телом 922 трубы и удаленным концом 912a.
[0076] При выполнении различных накладок очистки ствола и/или звеньев, описанных в данном документе, можно выполнять участки трубного изделия, например, с помощью сварки секции очистки ствола с концом со стороны забоя скважины звена очистки ствола сразу над обращенной к забою соединительной частью (например, ниппельным или муфтовым концом) как показано, например на фиг 12A. В другом примере секцию очистки ствола можно приварить на расстоянии (например, около 144" (3,66 м) от обращенного к устью скважины конца обращенной устью скважины соединительной части (например, ниппельного или муфтового конца) звена очистки ствола. Пример показан на фиг 9A линиями 919, указывающими соединение участков трубного изделия.
[0077] Секцию очистки ствола можно устанавливать в оптимальное положение на расстоянии, например достаточно далеком от обращенной к забою соединительной части для выполнения требуемой очистки ствола. Секцию очистки ствола можно располагать насколько возможно близко к концу, обращенному к забою скважины для уменьшения веса и размера звена очистки ствола и/или придания достаточной длины для создания гидравлического приведения в действие для высвобождения текучей среды на забойной стороне бурильной колонны. Спиральная форма канавок вдоль секции очистки ствола может располагаться под углом (например, до около 80 градусов) для выпуска текучей среды со скоростью для содействия перемещению выбуренной породы на скоростном потоке на расположенном со стороны устья скважины звене очистки ствола.
[0078] На фиг. 13 показана блок-схема последовательности операций способа 1300 бурения ствола скважины. Способ включает в себя в блоке 1350 развертывание скважинного инструмента с буровой установки с помощью бурильной колонны (см., например, фиг. 1). Способ дополнительно включает в себя в блоке 1352 функциональное соединение по меньшей мере одного звена очистки ствола с бурильной колонной. Звено очистки ствола имеет по меньшей мере одну секцию очистки ствола со спиральными канавками, проходящими в ее наружной поверхности. Спиральные канавки имеют ширину, уменьшающуюся в направлении к расположенному со стороны устья скважины их концу для образования сужающегося канала потока, проходящего через них.
[0079] Способ также включает в себя в блоке 1354 вырабатывание выбуренной породы при продвижении скважинного инструмента в подземный пласт с помощью бурильной колонны, и в блоке 1356 содействие проходу потока выбуренной породы к поверхности с помощью пропуска бурового раствора через бурильную колонну и вверх по кольцевому пространству между бурильной колонной и стенкой ствола скважины так, что по меньшей мере часть выбуренной породы проходит через сужающийся канал потока спиральных канавок. Способ можно выполнять в любом порядке и повторять по требованию.
[0080] Хотя предложены специфические конфигурации секции очистки ствола, звеньев и/или компоновок, различные комбинации секций очистки ствола, звеньев и/или компоновок можно создавать автономно или в комбинации с различными концами, звеньями, кольцами и/или другими элементами на всем протяжении бурильной колонны. Различные геометрические формы различных компонентов также можно создавать.
[0081] Специалисту в данной области техники понятно, что методики, раскрытые в данном документе можно реализовать для автоматизированных/автономных вариантов применения через программное обеспечение, конфигуруемое с алгоритмами для выполнения требуемых функций. Данные аспекты можно реализовать с помощью программирования одного или нескольких подходящих компьютеров общего назначения с подходящим агрегатным обеспечением. Программирование можно выполнять через применение одного или нескольких носителей программ, читаемых процессором (процессорами) и кодирование одной или нескольких прикладных программ, исполняемых компьютером для выполнения операций, описанных в данном документе. Носитель программы может иметь, например, форму одной или нескольких дискет; ПЗУ на компакт-дисках или других оптических дисках; постоянного запоминающего устройства; а также другие формы известные в технике или разработанные в будущем. Прикладная программа может являться "объектной программой" т.e., иметь бинарную форму, исполняемой некоторым образом напрямую компьютером; "исходной программой", требующей компиляции или интерпретации перед исполнением; или иметь некоторую промежуточную форму, например, являться частично скомпилированной программой. Конкретные формы носителя программы и кодирования инструкций здесь не важны. Аспекты изобретения можно также выполнять с возможностью выполнения описанных функций (через подходящее агрегатное обеспечение/программное обеспечение) только на площадке работ и/или с дистанционным управлением через подходящую сеть системы связи (например, беспроводную, интернет, спутниковую и т.д.).
[0082] Хотя варианты осуществления описаны для различных условий реализации и эксплуатации, понятно, что данные варианты осуществления являются иллюстративными и что объем патентоспособного объекта изобретения ими не ограничен. Возможны многочисленные вариации, модификации, дополнения и улучшения. Например, одно или несколько из следующего: инструменты очистки ствола, износные накладки, секции очистки ствола, тела труб, концевые соединения, трубные изделия и/или другие элементы, предложенные в данном документе, можно использовать на всем протяжении бурильной колонны. В качестве другого примера, можно применять разнообразные геометрические формы для износных накладок, секций очистки ствола и канавок проходящих в них.
[0083] Можно предусматривать множество компонентов, операций или структур, описанных в данном документе, как одна позиция. В общем структуры и функции, представленные, как отдельные компоненты в являющихся примером конфигурациях можно реализовать, как комбинированную структуру или компонент. Аналогично, структуры и функции, представленные, как один компонент можно реализовать, как отдельные компоненты. Данных и другие вариации, модификации, дополнения и улучшения можно относить к объему патентоспособного объекта изобретения.