КОМПОНОВКА НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО И ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Предложение относится к буровой технике и может быть использовано для составления компоновок низа бурильной колонны при бурении скважин с наклонно направленными и горизонтальными протяженными участками.
Известна компоновка низа бурильной колонны для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин винтовым забойным двигателем (патент RU №2280748, МПК E21B 7/04, опуб. 27.07.2006, бюл. №21), состоящая из бурильной колонны, долота, винтового забойного двигателя и установленной между нижней трубой бурильной колонны и винтовым забойным двигателем телескопической системы, включающей цилиндр, выполненный в нижней части с отверстиями и соединенный с бурильной колонной, и расположенный внутри него полый поршень, соединенный с корпусом двигателя, при этом она снабжена неподвижным золотником, выполненным в виде втулки с эластичным хвостовиком и установленным в цилиндре выше его отверстий, причем эластичный хвостовик для входа в него поршня выполнен с конической поверхностью и с кольцевыми канавками, в которых размещены кольцевые уплотнения из эластомерного материала.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции компоновки низа бурильной колонны, обусловленная большим количеством узлов и деталей (цилиндр, полый поршень подвижный золотник, хвостовик, т.д.);
- во-вторых, высокая вероятность прихвата компоновки бурильной колонны, вследствие скопления бурового шлама в наклонно-направленном или горизонтальном участке скважины;
- в-третьих, высокие потери на трение, возникающие в процессе скольжения бурильной колонны по стволу скважины в процессе бурения;
- в-четвертых, высокие непроизводительные затраты, направленные на устранение скопления бурового шлама в наклонно-направленном или горизонтальном участке скважины.
Также известна компоновка низа бурильной колонны (патент RU №79607, МПК E21B 7/08, опуб. 9, бюл. №1), содержащая гибкую трубу, соединенную с устройством для создания нагрузки на долото, винтовой забойный двигатель и долото, при этом устройство для создания нагрузки на долото содержит цилиндрический корпус с центральным каналом для прохода рабочей жидкости, на котором расположены две поршневые группы и устройство управления между ними, при этом каждая поршневая группа содержит подвижный цилиндр с захватами, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу, в корпусе подвижного цилиндра расположен поршень, жестко закрепленный на цилиндрическом корпусе и подвижный поршень, установленный на цилиндрическом корпусе с возможностью перемещения и имеющий со стороны захватов клиновидные выступы, при этом каждый захват выполнен в виде лопасти, с внутренней стороны которой установлены ролики, взаимодействующие с подвижным поршнем, при этом лопасть установлена на пружинах, шарнирно закрепленных с одной стороны на подвижном цилиндре, а с другой - на втулке с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу, а устройство управления содержит клапан включения, обратный клапан и распределители, управляющие положением захватов и подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции компоновки низа бурильной колонны, обусловленная большим количеством узлов и деталей (гибкая труба, две поршневые группы, ролики и т.д.);
- во-вторых, низкая надежность работы устройства, связанная с высокой вероятностью поломки пружины и, как следствие, выход из строя лопасти или отказом в работе устройства управления;
- в-третьих, высокие потери на трение, возникающие в процессе скольжения бурильной колонны;
- в-четвертых, высокая вероятность прихвата компоновки бурильной колонны, вследствие скопления бурового шлама в стволе скважины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является компоновка низа бурильной колонны для наклонно-направленного и горизонтального бурения (патент RU №58151, E21B 7/06 опуб. 10.11.2006, бюл. №31), которая содержит долото, забойный двигатель, опорно-центрирующие элементы, размещенные между долотом и забойным двигателем, бурильные трубы, соединенные между собой муфтами, при этом опорно-центрирующие элементы дополнительно установлены над двигателем между резьбовыми соединениями колонны бурильных труб, при этом опорно-центрирующие элементы в поперечном сечении имеют эксцентричную форму.
Недостатком данного устройства являются:
- во-первых, низкое качество очистки забоя и высокий фактор дюнообразования;
- во-вторых, неэффективный процесс транспортировки и выноса бурового шлама на поверхность, ведущий к скоплению бурового шлама в наклонно-направленном или горизонтальном участке скважины;
- в-третьих, высокие потери на трение в процессе бурения, возникающие в процессе скольжения бурильных труб, соединенных между собой муфтами по стволу скважины;
- в-четвертых, высокая вероятность прихвата компоновки бурильной колонны;
- в-пятых, высокие непроизводительные затраты, направленные на устранение скопления бурового шлама в наклонно-направленном или горизонтальном участке скважины.
Техническими задачами предложения являются повышение качества очистки забоя скважин с наклонно-направленными и горизонтальными протяженными участками и эффективности транспортировки и выноса бурового шлама из таких скважин на поверхность, а также снижения: потерь на трение скольжения бурильных труб по стволу скважины, вероятности прихвата бурильной колонны, непроизводительных затрат.
Поставленные технические задачи решаются компоновкой низа бурильной колонны для наклонно-направленного и горизонтального бурения, содержащей долото, забойный двигатель, опорно-центрирующие элементы, бурильные трубы, соединенные между собой муфтами.
Новым является то, что между бурильными трубами установлены лопастные элементы с наружным диаметром равным 0,9-1,0 наружного диаметра муфты бурильных труб. При наклонно-направленном бурении бурильные трубы, расположенные в интервале наклонного участка ствола скважины с углом наклона более 40° от вертикальной оси скважины, оснащают лопастными элементами на каждой четвертой бурильной трубе, а при горизонтальном бурении на горизонтальном участке ствола скважины бурильные трубы оснащают лопастными элементами на каждой свече бурильных труб (на каждой второй трубе).
Очистка ствола скважины от бурового шлама в горизонтальных участках большой протяженности является на сегодня существенной проблемой при строительстве скважин. Горизонтальный участок и/или наклонный участок с углом наклона более 40° являются зоной оседания бурового шлама, дюнообразования и возникновения шламовых пробок. Возникающие в стволе скважины сужения становятся потенциальными факторами затяжек и прихватов, что необходимость в многочисленных проработках ствола скважины.
На фигуре 1 изображена предлагаемая компоновка низа бурильной колонны для наклонно-направленного бурения.
На фигуре 2 изображена предлагаемая компоновка низа бурильной колонны для горизонтального бурения.
Компоновкой низа бурильной колонны для наклонно-направленного и горизонтального бурения содержит долото 1 (см. фиг. 1 и 2), забойный двигатель 2, опорно-центрирующие элементы 3, бурильные трубы 4, соединенные между собой муфтами 5.
С целью повышения качества очистки забоя и снижения дюнообразования между бурильными трубами 4 установлены лопастные элементы 6 (на фиг. 1 и 2 изображены условно) с наружным диаметром равным 0,9-1,0 диаметра муфты 5 бурильных труб 4.
м
Например, для бурильных труб с наружной высадкой с диаметром трубы 73 мм и диаметром замковой муфты 104,8 мм - наружный диметр лопастного элемента равен 0,9-1,0 наружного диаметра замковой муфты бурильных труб: D=(0,9-1,0)·d=(0,9-1,0)·104,8 мм=94,3-104,8 мм. Тогда между трубами 4 устанавливаются лопастные элементы с диаметром, соответствующим данному диапазону 94,3-104,8 мм.
Размещение лопастных элементов 6 определяется в зависимости от конфигурации (наклонно-направленная, горизонтальная) ствола будущей скважины.
При наклонно-направленном бурении бурильные трубы 4 на наклонном участке ствола скважины с отклонением от вертикали более 40° (см. фиг. 1) от вертикальной оси 7 оснащают лопастными элементами 6 на каждой четвертой бурильной трубе 4.
При горизонтальном бурении бурильные трубы 4 (см. фиг. 2) на горизонтальном участке ствола скважины оснащают лопастными элементами на каждой свече бурильных труб (на каждой второй трубе).
Благодаря такому размещению лопастных элементов 6 в составе компоновки низа бурильной колонны улучшается процесс транспортировки и выноса бурового шлама на поверхность. В зоне спиральной части лопастного элемента 6, выполненного в виде наклонных лопастей 7 с углом наклона = 30° (см. фиг. 1 и 2), а также сочетания частоты вращения бурильных труб 4 и расхода жидкости в бурильных трубах 4 создается ряд механических и гидромеханических эффектов, сокращающих непроизводительное время, связанное с устранением последствий скопления шлама в наклонном или горизонтальном участках ствола скважины. Кроме того, улучшается очистка ствола скважины за счет изменения конструкция низа бурильной колонны за счет включения в ее состав лопастных элементов, упрощается скольжение бурильной колонны по стволу скважины и улучшается передача нагрузки на долото.
Лопастные элементы не оказывают влияния на форму профиля ствола скважины, тем самым не увеличивают вероятности прихвата бурильных труб и износа обсадных труб и сопутствующего оборудования.
Сокращается время на очистку ствола скважины за счет сведения до минимума, либо полного исключения рейсов для очистки ствола скважины и снижения количества проработок, за счет снижения либо исключения количества затяжек и прихватов.
Предлагаемая компоновка низа бурильной колонны для наклонно-направленного и горизонтального бурения позволяет повысить:
- качество очистки забоя и снизить фактор дюнообразования;
- эффективность процесса транспортировки и выноса бурового шлама на поверхность, а значит снизить склонность к скоплению бурового шлама в наклонно-направленном или горизонтальном участке скважины;
- снизить потери на трение в процессе бурения, возникающие в процессе скольжения бурильных труб, соединенных между собой муфтами по стволу скважины;
- снизить вероятность прихвата компоновки бурильной колонны;
- снизить непроизводительные затраты, направленные на устранение скопления бурового шлама в наклонно-направленном или горизонтальном участке скважины.