Расширяемая трубная система для крепления зон осложнений при бурении скважин
EXPANDABLE PIPING SYSTEM FOR FIXING TROUBLE ZONES WHILE DRILLING WELLS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин с одновременной изоляцией зон осыпаний и обвалов при бурении колонной расширяемых обсадных труб.
Известен способ, осуществляемый устройством для бурения скважин в неустойчивых и разрушенных горных породах с одновременной обсадкой (патент RU № 2262578, МПК Е21В7/20, опубл. 20.10.2005 г., Бюл. № 29), состоящим из бурильной и обсадной колонн, башмака с центратором, породоразрушающего элемента, направляющего элемента и отклонителя с подводящими каналами, причем направляющий элемент выполнен с эксцентричным поперечным пазом прямоугольной формы, нижняя часть которого на величину эксцентриситета, определяемого разностью Rскв . -Rп.и. ,где Rскв. и Rп.и. - радиусы скважины и породоразрушающего инструмента, соответственно, выполнена с конусностью, равной конусности хвостовика отклонителя, который размещен в эксцентричном поперечном пазу направляющего элемента с возможностью осевого и горизонтального смещений, при этом ось подводящего канала отклонителя для подачи очистного агента на забой скважины расположена под углом к его оси и оси скважины, причем хвостовик отклонителя имеет продольное отверстие некруглой формы, большая часть которого параллельна его оси и оси скважины и расположена на расстоянии от оси отклонителя, равном не менее 1,5 величинам эксцентриситета со смещением в сторону эксцентриситета, в котором размещена горизонтальная ось, жестко соединенная с направляющим элементом, причем в подводящие каналы направляющего элемента и отклонителя вмонтирована эластичная втулка с возможностью осевого перемещения в канале направляющего элемента.
Недостатками этого устройства являются:
- невозможность осуществлять процесс бурения с промывкой скважины, так как для работы устройства необходима посадка обсадной колонны в скважину без зазора, необходимого для промывки скважины, как следствие, отсутствует вынос шлама, и охлаждение породоразрушающего элемента, что сильно сокращает ресурс устройства;
- сложность изготовления из-за большого количества сопрягаемых деталей, как следствие, зашламомывание центратора, направляющего элемента, отклонителя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины (патент RU № 2753428, МПК Е21В7/20, опубл. 16.08.2021 г., Бюл. № 23), включающее бурильную и обсадную колонны, породоразрушающий элемент, выполненный 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. 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 этого устройства являются:
- значительное уменьшение проходного диаметра после установки этого устройства, так как устройство является нерасширяемым;
- высокая вероятность заклинивания переводника при выходе из обсадной колонны, так как сужение обсадной колонны снабжено эластичным элементом, который необходимо прижать для фиксации устройства в скважине, как следствие, необходимо высокое давление и осевая нагрузка, которые могут привести к разгерметизации устройства;
- высокая вероятность заклинивания переводника с долотом при разрушении разбуриваемого долота, так как отсутствует зазор необходимый для выноса шлама между наружной частью переводника и внутренней стенкой обсадной колонны.
Техническими задачами являются создание расширяемой трубной системы для крепления зон осложнений при бурении скважин надежной в работе, с минимальным сужением проходного диаметра после установки устройства в скважине, позволяющего исключить аварийные ситуации, связанные с разъединением бурильной колонны с переводником при установке устройства, осуществить бурение разбуриваемого долота с промывкой для выноса шлама.
Технические задачи решаются расширяемой трубной системой для крепления зон осложнений при бурении скважин, включающей бурильную и обсадную колонны, породоразрушающий элемент выполненный в виде разбуриваемого долота, завинченного на упорной конической резьбе, а в верхней части в обсадной колонне 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, переводник сверху снабжен резьбой для соединения с бурильной колонной.
Новым является то, что нижняя часть обсадной колонны снабжена расширяемым якорным патрубком с фиксирующими элементами, состоящим из присоединенного при помощи сварки к нижнему концу обсадной колонны патрубка с раструбами по концам, при этом нижний раструб снабжен упорной конической резьбой под разбуриваемое долото, снабженное многогранным отверстием, а в верхнем раструбе герметично установлен расширяющийся пуансон из полимерного материала,  снабженный седлом под шар и многогранным выступом под многогранное отверстие разбуриваемого долота, также фиксирующие элементы выполнены в виде полос треугольного сечения таким образом, что диаметр окружности, описанной вокруг фиксирующих элементов, на 1,5-3% меньше диаметра разбуриваемого долота, и  присоединены при помощи сварки на наружной поверхности якорного патрубка между верхним и нижним раструбами.
На фиг. 1 показано устройство с осевым продольным разрезом;
на фиг. 2 – сечение А-А;
на фиг. 3 – сечение Б-Б;
на фиг. 4 – развальцеватель.
.
Расширяемая трубная система для крепления зон осложнений при бурении скважин, включающая бурильную 1 (фиг. 1, 2, 3) и обсадную 2 колонны, породоразрушающий элемент 3, выполненный в виде разбуриваемого долота 4, завинченного на упорной конической резьбе 5. В верхней части в обсадной колонне 2 установлен герметично переводник 6 со шпонками 7, вставленными в ответные пазы 8, выполненные на верхнем торце 9 обсадной колонны 2. Переводник 6 снабжен снизу долотом 10 с отверстием 11 для прохождения шара 12. Переводник 6 снабжен сверху проточкой 13, вставленной в сужение 14 обсадной колонны 2. Переводник 6 сверху снабжен резьбой 15 для соединения с бурильной колонной 1Обсадная колонна 2 выполнена с возможностью ее расширения, например, из стали 10. Нижняя часть обсадной колонны 2 снабжена расширяемым патрубком 16 с фиксирующими элементами 17, выполняющим роль якоря, состоящим из приваренного к нижнему концу обсадной колонны патрубка 16 с раструбами 18 и 19 по концам. Нижний раструб 18 снабжен упорной конической резьбой 5 под разбуриваемое долото 4, снабженное многогранным отверстием 20. В верхний раструб 19 герметично установлен расширяющийся пуансон 21 из полимерного материала, снабженный седлом 22 под шар 12 и многогранным выступом 23 под многогранное отверстие 20 разбуриваемого долота 4. На наружной поверхности 24 патрубка 16 между верхним 18 и нижним 19 раструбами присоединены при помощи сварки фиксирующие элементы 17, выполненные в виде полос 25 треугольного сечения таким образом, что диаметр окружности D, описанной вокруг фиксирующих элементов 17, на 1,5-3 % меньше диаметра разбуриваемого долота 4.
Устройство работает следующим образом.
Бурение до кровли зоны осыпаний и обвалов ведут на колонне бурильных труб по обычной технологии. Далее собирают на устье и спускают в скважину устройство в сборе на колонне бурильных труб 1. Бурение ведут с промывкой промывочной жидкостью c вращением устройства. Переводник 6 со шпонками 7, вставленными в ответные пазы 8 обсадной 2 колонны, передает вращение и необходимую осевую нагрузку через обсадную колонну долоту 4. Благодаря тому, что диаметр окружности D, описанной вокруг фиксирующих элементов 17, на 1,5-3 % меньше диаметра разбуриваемого долота 4, фиксирующие элементы 17 не касаются стенок скважины при бурении. После вскрытия всей зоны осыпаний и обвалов бурение останавливают. С устья в бурильную колонну бросают шар 12, который с промывкой жидкостью проходит через бурильную 1 колонну, переводник 6, долото 10, обсадную 2 колонну  и перекрывает седло 22 расширяющего пуансона 21. Далее создают перепад давления, при этом расширяющийся пуансон 21, перемещаясь, расширяет патрубок 16, а фиксирующие элементы 17, выполненные в виде присоединенных при помощи сварки полос 25 треугольного сечения внедряются в стенки скважины (на фиг. 1-4 не показаны), надежно фиксируя устройство относительно стенок скважины. Расширяющийся пуансон 21 перемещается до упора в разбуриваемое долото 4. После чего создают дополнительный перепад давления для выхода переводника 6 со шпонками 7 из сужения 14 обсадной колонны 2, расширяя его. При этом благодаря тому, что отсутствует эластичный элемент значительно уменьшен перепад давления и осевая нагрузка для выхода переводника 6 из обсадной колонны 2. После чего переводник 6 с долотом 10 пропускают через обсадную колонну 2 до посадки в расширяющийся пуансон 21, выполненный из полимерного материала. Созданием вращения осевой нагрузки вниз и промывки разбуривают расширяющийся пуансон 21 и разбуриваемое долото 4. Благодаря тому, что внутренний диаметр патрубка 16 увеличен расширяющимся пуансоном 21 создается необходимый зазор для удаления шлама при разбуривании. Благодаря наличию многогранного выступа 23 под многогранное отверстие 20 разбуриваемого долота 4 расширяющийся пуансон 21 надежно зафиксирован при его разбуривании. После разбуривания расширяющегося пуансона 21 и разбуриваемого долота 4 компоновку извлекают. После чего производят спуск развальцевателя 26 (фиг. 4) и расширяют обсадную колонну 2 с патрубком 16 по всей длине, прикатывая к стенкам скважины. Благодаря этому внутренний проходной диаметр скважины практически не уменьшается после установки устройства.
Предлагаемая расширяемая трубная система для крепления зон осложнений при бурении скважин надежна в работе, обеспечивает минимальное сужение проходного диаметра после установки в скважине, позволяет исключить аварийные ситуации, связанные с разъединением бурильной колонны с переводником при установке устройства, осуществить бурение разбуриваемого долота с промывкой для выноса шлама.