Способ бурения наклонно-направленной скважины и устройство для его осуществления
METHOD FOR DRILLING INCLINED-DIRECTIONAL WELL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к особым способам и устройствам направленного бурения для изменения направления буровой скважины.
Известен способ бурения наклонно направленной скважины и используемое для этого устройство - роторно управляемая система, (патент RU 2540761 С2, МПК Е21И 7/08 (2006.01), опубл. 2015 г.), включающий ориентацию в процессе бурения режущей части буровой колонны приложением бокового усилия к буровой колонне при управляемой подаче бурового раствора к выдвижному элементу для его контакта со стенкой скважины в направлении, противоположном отклонению режущей части относительно ствола скважины. Эта система используется для отклонения буровой колонны в желаемом направлении от вертикали или другой желаемой ориентации ствола скважины, посредством подачи бурового раствора в радиальный канал, сообщенный с центральным каналом в, по меньшей мере, один выполненный с возможностью радиального выдвижения поршень, размещенный в управляющей секции, которые прикладывают поперечные усилия к стенке ствола скважины для отклонения бурового долота относительно осевой линии ствола скважины.
Для работы таких конструкций требуются большие перепады давления на инструменте. Кроме того, недостаточное качество получаемого канала скважины, что объясняется нарушением геометрии канала из-за разрушения стенок в местах контакта с выдвижными элементами.
Наиболее близкими к заявляемому способу и устройству является гибридная поворотная управляемая система (WO 03/052237, МПК Е21В 7/06, опубл. 2003 г.), реализуемая способ бурения наклонно направленной скважины, включающий формирование участков канала скважины со смещением оси, бурение основным долотом с направлением нижнего стабилизатора долота по сформированному участку канала. Устройство - гибридная поворотная управляемая система содержит невращающийся корпус с нижним стабилизатором, основное долото, узел управления смещением оси канала скважины в виде узла управления радиальным смещением задней опоры вращения вала долота в невращающемся корпусе, что приводит к угловому отклонению оси вращения основного долота.
Таким способом и при использовании такого устройства получают более качественный канал, т.к. нет разрушения стенок выдвижными элементами.
Однако все нагрузки при бурении воспринимаются валом основного долота, и для управления требуются большие затраты энергии, в следствии чего таким способом и при использовании такого устройства нельзя отклонять ось вращения долота в процессе бурения, т.е. для отклонения оси скважины необходимо остановить процесс бурения, отклонить ось вращения долота и возобновить бурение. При этом в канале скважины могут формироваться уступы.
Задачей предлагаемой группы изобретений является снижение энергетических затрат, обеспечение непрерывного управляемого бурения при рабочей скорости проходки и повышение качества канала ствола.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является обеспечение возможности снижения энергетических затрат и обеспечение непрерывного управляемого бурения при рабочей скорости проходки и повышения качества канала скважины за счет отклонения оси скважины смещением оси вращения разбуривающего долота, которое воспринимает меньшие (порядка 10%) нагрузки по отношению к нагрузкам основного долота.
Поставленная задача решается за счет усовершенствования способа бурения наклонно направленной скважины, включающего формирование участков канала скважины со смещением оси, бурение основным долотом с направлением нижнего стабилизатора долота по сформированному участку канала.
Это усовершенствование состоит в том, что участки канала скважины со смещением оси формируют разбуривающим долотом, установленным с возможностью радиального смещения оси его вращения, выше основного долота с диаметром режущей части, меньшим диаметра режущей части разбуривающего долота.
Такое выполнение операций способа позволяет сформировать траекторию канала скважины радиальным смещением разбуривающего долота, воспринимающего значительно меньшие нагрузки, чем основное долото, что необходимо для снижения энергетических затрат и обеспечения непрерывного управления смещением оси канала непосредственно в процессе бурения и повышения качества канала скважины.
Поставленная задача решается также усовершенствованием устройства для бурения наклонно направленной скважины, содержащего невращающийся корпус с нижним стабилизатором, основное долото, узел управления смещением оси канала скважины.
Это усовершенствование состоит в том, что устройство снабжено разбуривающим долотом с режущей частью на боковой поверхности, установленным с возможностью радиального смещения оси его вращения, выше основного долота с диаметром режущей части, меньшим диаметра режущей части разбуривающего долота, узел управления смещением оси канала выполнен в виде узла управления радиальным смещением оси вращения разбуривающего долота.
Такое конструктивное выполнение устройства позволяет сформировать траекторию канала скважины радиальным смещением разбуривающего долота, воспринимающего значительно меньшие нагрузки, чем основное долото, что необходимо для снижения энергетических затрат, обеспечения непрерывного управления смещением оси канала непосредственно в процессе бурения и повышения качества канала скважины.
Группа изобретений поясняется чертежами, на которых на фиг.1 изображено заявляемое устройство, на фиг 2 - схематично изображено устройство в положении бурения без отклонения канала скважины, на фиг.3 - устройство в положении формирования участка канала скважины со смещенной осью, на фиг.4 - устройство в положении отклонения канала скважины - направлением нижнего стабилизатора долота по сформированному участку канала, на фиг.5 - устройство в положении отклонения ствола скважины - переход нижнего стабилизатора на участок канала скважины со смещенной осью.
Устройство для бурения наклонно направленной скважины, содержит невращающийся корпус 1 с нижним стабилизатором 2, основное долото 3, узел 4 управления смещением оси канала скважины. Устройство снабжено разбуривающим долотом 5 с режущей частью 6 и установленным с возможностью радиального смещения оси его вращения, выше основного долота 3 с диаметром режущей части 7, меньшим диаметра режущей части разбуривающего долота 5, узел 4 управления смещением оси канала выполнен в виде узла управления радиальным смещением оси вращения разбуривающего долота 5, например содержащий клиновой механизм 8, соединенный с приводом 9. Передача вращения на разбуривающее долото происходит от вала 11 долота 3 через кулачково-дисковую муфту 10..Позицией 12 обозначен секция телеметрии, позицией 13 - секция аккумуляторных батарей, позицией 14 - верхний стабилизатор, позицией 15 - буровая колонна.
Способ осуществляется следующим образом.
При бурении без отклонения ось вращения разбуривающего долота 5 совпадает с осью вращения основного долота 3 и с осью канала скважины. Основное долото 3 воспринимает большие нагрузки, осуществляя бурение канала меньшего диаметра, чем диаметр канала скважины. Разбуривающее долото 5 обеспечивает бурение канала диаметром, соответствующим диаметру канала скважины.
При бурении с отклонением ось вращения разбуривающего долота 5 узлом 4 управления смещают в радиальном направлении на требуемую величину по отношению к исходному положению оси канала скважины. При работе разбуривающего долота 5, воспринимающего значительно меньшие нагрузки, чем основное долото 3, формируют участок канала скважины с заданным смещением оси. При дальнейшем бурении нижний стабилизатор 2 направляется по сформированному со смещенной осью участку канала, смещая в процессе бурения в нужном направлении ось вращения основного долота 3, воспринимающего основную нагрузку. Обработка следующего участка канала производится аналогично.
По выполненным расчетам, при использовании буровой компоновки 120-го габарита, основного долота диаметром 134 мм, разбуривающего долота диаметром 144 мм., при радиальном смещении разбуривающего долота 5 мм возможен набор интенсивности 8 градусов на 30 метров.
Таким образом, использование предлагаемых способа и устройства обеспечивает возможность сформировать траекторию канала скважины радиальным смещением разбуривающего долота, воспринимающего значительно меньшие нагрузки, чем основное долото, что необходимо для снижения энергетических затрат, обеспечения непрерывного управления смещением оси канала непосредственно в процессе бурения и повышения качества канала скважины.