БУРЕНИЕ ХВОСТОВИКОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИЗВЛЕКАЕМОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ КОМПОНОВКИ НИЗА
DRILLING WITH LINER USING A WITHDRAWABLE GUIDE ASSEMBLY OF THE BOTTOM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты реализации изобретения, раскрытые в данном документе, в целом относятся к способам и системам направленного бурения нефтяных месторождений. В частности, варианты реализации изобретения относятся к способу направленного бурения хвостовиком и способу его цементирования с использованием извлекаемой компоновки низа бурильной колонны.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
Хвостовик является, как правило, обсадной колонной, которая не пролегает до верха ствола скважины, а, вместо этого, подвешена изнутри к нижней части предыдущей обсадной колонны. При направленном бурении хвостовиком буровую скважину пробуривают хвостовиком, расположенным выше бурильной компоновки низа бурильной колонны. Хвостовик, по существу, становится частью колонны бурильных труб. При бурении через тысячи футов подземного пласта может износиться буровое долото, из-за чего требуется возвращение бурильной компоновки низа бурильной колонны на поверхность для замены бурового долота или выполнения другого профилактического ремонта. В случае, если компоновку низа бурильной колонны поднимают из буровой скважины для извлечения бурового долота, то хвостовик, как правило, вынимают вместе с компоновкой низа бурильной колонны. Соответственно, необходимы системы и способы извлечения компоновки низа бурильной колонны на поверхность, в то же время оставляя хвостовик в скважине.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0003]
На Фиг. 1 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0004]
На Фиг. 2 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0005]
На Фиг. 3 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0006]
На Фиг. 4 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0007]
На Фиг. 5 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0008]
На Фиг. 6 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0009]
На Фиг. 7 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0010]
На Фиг. 8 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0011]
На Фиг. 9 схематически проиллюстрирована операция направленного бурения хвостовиком согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0012]
На Фиг. 10 схематически проиллюстрирована операция цементирования хвостовика направленного бурения, согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0013]
На Фиг. 11 схематически проиллюстрирована операция цементирования хвостовика направленного бурения, согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0014]
На Фиг. 12 схематически проиллюстрирована операция цементирования хвостовика направленного бурения, согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0015]
На Фиг. 13 схематически проиллюстрирована операция цементирования хвостовика направленного бурения, согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0016]
На Фиг. 14 схематически проиллюстрирована операция цементирования хвостовика направленного бурения, согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0017]
На Фиг. 15 схематически проиллюстрирована операция цементирования хвостовика направленного бурения, согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0018]
На Фиг. 16A-16E проиллюстрирован вид в разрезе системы подвески хвостовика согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0019]
На Фиг. 17 изображен перспективный вид, иллюстрирующий затворное соединение согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0020]
На Фиг. 18 изображен перспективный вид, иллюстрирующий затворное соединение согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0021]
На Фиг. 19 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе расположения выступа, используемого в системе подвески хвостовика согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[0022]
На Фиг. 20A-20E изображены блок-схемы, иллюстрирующие способ направленного бурения хвостовиком и его цементирования согласно одному или более вариантам реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0023]
Прежде всего, следует понимать, что разработка актуального приложения реальной коммерческой ценности, включающего аспекты раскрытых вариантов реализации изобретения, потребует принятия многих решений, связанных с конкретной реализацией, для достижения конечной цели разработчика по коммерческому внедрению. Такие решения, связанные с конкретной реализацией, могут включать в себя (вероятно, среди прочих) решения о соответствии ограничениям в отношении системы, в отношении ведения бизнеса, правительственным и другим ограничениям, которые могут изменяться в зависимости от конкретной реализации, места внедрения и с течением времени. Хотя, в общем, деятельность разработчика может быть сложной и занимать значительное время, тем не менее, такая работа является повседневной деятельностью для специалистов в данной области техники, которые могут использовать преимущества настоящего изобретения.
[0024]
Следует понимать также, что варианты реализации изобретения, раскрытые и изложенные в настоящем документе, допускают многочисленные и разнообразные модификации и альтернативные формы. Использование термина в единственном числе может предполагать наличие нескольких элементов, если контекст явно не указывает иное. Аналогично, любые термины относительного расположения, включая, среди прочего, "верх", "низ", "левый", "правый", "верхний", "нижний", "вниз", "вверх", "сбоку" и т.п. использованы в настоящем описании для ясности в конкретной ссылке на графические материалы и не подразумевают ограничение объема настоящего изобретения.
[0025]
Как упоминалось выше, варианты реализации изобретения, раскрытые в данном документе, относятся к направленному бурению хвостовиком и его цементированию с использованием извлекаемой компоновки низа бурильной колонны. Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения предлагается способ, который обеспечивает возможность спуска хвостовика в скважину в процессе направленного бурения новой скважины. Хвостовик могут разместить в стволе скважины и оставить на месте, тогда как компоновку низа бурильной колонны направленного бурения извлекают на поверхность для замены бурового долота или выполнения другого профилактического ремонта. В дальнейшем оператор может повторно войти в хвостовик компоновкой низа бурильной колонны, а затем повторно прикрепить компоновку низа бурильной колонны к хвостовику и продолжать бурение скважины. Остающийся на месте в забое в скважине хвостовик помогает защитить часть скважины от обрушения или же заполнения выбуренной породой или пластовым материалом, что может препятствовать или затруднять обсаживание этой части скважины надлежащим образом.
[0026]
В одном из вариантов реализации изобретения рабочую колонну бурильных труб прикрепляют к подвеске хвостовика и инструменту для спуска подвески хвостовика. Подвеска хвостовика может быть расширяемой подвеской хвостовика в некоторых вариантах реализации изобретения, а также может содержать пакер в некоторых вариантах реализации изобретения, тогда как инструмент для спуска подвески хвостовика может быть инструментом для спуска расширяемой подвески хвостовика в некоторых вариантах реализации изобретения, не отступая от объема раскрытых вариантов реализации изобретения. Подпакерная труба, внутренняя колона под инструментом для спуска подвески хвостовика, может быть прикреплена под или ниже по стволу скважины от инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика и пакера. Рабочая колонна бурильных труб также может содержать толкательный инструмент и компоновку направленного бурения. Хвостовик прикреплен к расширяемой подвеске хвостовика и пакеру. В одном из вариантов реализации изобретения хвостовик или любой подходящий трубчатый хвостовик или трубчатая система может быть непрерывной и изготовленной из любых подходящих материалов, например, металлов, пластиков, композитов и т.п. В различных вариантах реализации изобретения хвостовик может быть сегментированным или содержать скользящие муфты в качестве элементов буровой установки и/или пакеры. Расширяемая подвеска хвостовика и пакер прикреплены к инструменту для спуска расширяемой подвески хвостовика и пакера посредством затвора. Компоновку направленного бурения размещают в нижней части хвостовика посредством непроходного буртика и прикрепляют к нижней части хвостовика посредством затвора.
[0027]
Обратимся теперь к Фиг. 1-10, на которых изображен вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий рабочую бурильную колонну или колонну бурильных труб, имеющую компоновку низа бурильной колонны ("КНБК") 100 в секции обсадной колонны 101 и хвостовик 110 в том порядке, в котором они появляются в начале направленного бурения хвостовиком согласно одному из вариантов реализации изобретения по данному раскрытию изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, КНБК 100 может содержать скважинный расширитель 106, буровое долото 108 и другие компоненты КНБК 121, например, гидравлические забойные двигатели, приборы для измерения в процессе бурения (MWD) или каротажа в процессе бурения (LWD) или другие аналогичные приборы, известные специалистам в данной области техники. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, рабочая бурильная колонна дополнительно содержит буровую трубу 129, которую разместили над инструментом для спуска 114 подвески хвостовика и секциями внутренней рабочей колонны 107. Толкатель 112 установлен на внутренней рабочей колонне 107, которая является частью компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика (проиллюстрирована на Фиг. 16A, 16B), содержащей комбинацию из инструмента для спуска 114 подвески хвостовика и расширяемой подвески хвостовика и пакера 128.
[0028]
В процессе основной работы оператор изначально использует рабочую бурильную колонну для направленного разбуривания хвостовиком башмака 102 обсадной колонны, создавая скважину 104. Скважину 104, как правило, заполняют буровой жидкостью 105. После того, как бурение продвинулось достаточно далеко от башмака 102 обсадной колонны, скважинный расширитель 106 открывают для расширения скважины 104, как проиллюстрировано на Фиг. 2. Скважину 104 следует расширить до диаметра большего, чем диаметр бурового долота 108 и хвостовика 110. После этого оператор может продолжить направленное бурение скважины через хвостовик 110, как проиллюстрировано на Фиг. 3.
[0029]
Тем не менее, со временем потребности бурения через породную формацию, вероятно, приведут к изношенности бурового долота 108 или приведут к необходимости выполнения другого профилактического ремонта на рабочей колонне бурильных труб. Для некоторых работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту может потребоваться извлечение рабочей колонны бурильных труб или ее "подъем" из скважины.
[0030]
В случае необходимости извлечения рабочей колонны бурильных труб, согласно одному из вариантов реализации изобретения, то хвостовик 110 могут установить на забое скважины 104, как проиллюстрировано на Фиг. 4. После установки хвостовика 110 на забое, освобождающие штифты можно срезать, чтобы позволить инструменту для спуска 114 подвески хвостовика расцепиться с расширяемой подвеской хвостовика и пакером. Помимо освобождающих штифтов, можно использовать другой расцепляющий механизм без отступления от объема раскрытых вариантов реализации изобретения. Как упоминалось выше, инструмент для спуска 114 подвески хвостовика может быть частью компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика, которая подробно описана на Фиг. 16A-16E. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 1-10, между толкателем 112 и КНБК 100 предусмотрено гидравлическое уплотнение 127 для предотвращения попадания скважинного флюида и выбуренной породы формации внутрь хвостовика 110. Вместо этого скважинный флюид или буровая жидкость 105 должны вытекать обратно из бурового долота 108 через ствол скважины 104. В другом варианте реализации изобретения, в частности, используемого в случае длинной компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика, гидравлическое уплотнение 127 также может содержать один или несколько затворов, которые работают аналогичным образом, как затворы, описанные ниже для Фиг. 16A-16E и 17.
[0031]
На Фиг. 16A-16E проиллюстрирован вид в разрезе компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика. На Фиг. 16A-16E верхний конец компоновки, наиболее близкий к поверхности, проиллюстрирован с левой стороны фигуры, тогда как нижний конец компоновки проиллюстрирован справа. Компоновка 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика содержит внутреннюю рабочую колонну 107, упомянутую выше, и наружную рабочую колонну 109. Как внутренняя колонна 107, так и наружная колонна 109 компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика может содержать различные компоненты, которые будут описаны далее для Фиг. 16A-16E. На Фиг. 16C проиллюстрирован вид в разрезе нижней секции компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика, имеющей расширительный конус 140 и разжимную втулку 141. В некоторых вариантах реализации изобретения эта секция расположена ниже по стволу скважины от секции, проиллюстрированной на Фиг. 16A. На Фиг. 16B проиллюстрирована другая секция компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика, содержащая затвор 136 для сцепления с наружной колонной 109 компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика. Секция, проиллюстрированная на Фиг. 16B, может быть расположена ниже по стволу скважины от секции, проиллюстрированной на Фиг. 16C.
[0032]
На Фиг. 16D проиллюстрирован вид в разрезе расширяемой подвески хвостовика и пакера 128, упомянутых выше. Расширяемая подвеска хвостовика и пакер 128 расположены в виде муфты поверх шпинделя 113 внутренней колонны, служащего для передачи растягивающих усилий и проиллюстрированного на Фиг. 16C таким образом, что верхний конец расширяемой подвески хвостовика и пакер 128 находятся сразу же ниже по стволу скважины от расширительного конуса 140.
[0033]
На Фиг. 16E проиллюстрирован вид в разрезе секции наружной муфты 117 компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика. Секция наружной муфты 117 является частью наружной колонны компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика и содержит затворные соединения 130, 132 и 134, расположенные с заданным интервалом друг от друга, которые сцепляются с затвором 136 на внутренней колонне компоновки 103 инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика, проиллюстрированной на Фиг. 16B. Секция наружной муфты 117 расположена сразу же ниже по стволу скважины от расширяемой подвески хвостовика и пакера 128, проиллюстрированных на Фиг. 16D. Хвостовик 110 прикреплен к наружной муфте 117 и может содержать дополнительные компоненты, например, центратор 119, скользящие муфты в качестве элементов буровой установки, пакеры и т.п.
[0034]
На Фиг. 16A и 19 проиллюстрирован принцип действия освобождающих штифтов согласно одному из вариантов реализации изобретения по данному раскрытию изобретения. В этом варианте реализации изобретения освобождающие штифты 126 предусмотрены в инструменте для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика для его сцепления с расширяемой подвеской хвостовика и пакером. Освобождающие штифты 126 могут быть срезаны в инструменте для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика, позволяя ему расцепиться с расширяемой подвеской хвостовика и пакером 128, как проиллюстрировано на Фиг. 16A. Как проиллюстрировано на Фиг. 19, выступ 144 расположен в Н-образном контактном гнезде 146, находится в положении 152 при растяжении, и перемещается вниз в положение 154 при сжатии. Выступ 144 является частью корпуса выступов 148, как проиллюстрировано на Фиг. 16A, который соединен с бурильной колонной. Н-образное контактное гнездо 146 является частью шпинделя 150 с Н-образным контактным гнездом. Выступ 144 может перемещаться между положением 152 и положением 154 без срезных штифтов 126. Для того, чтобы срезать штифты 126, бурильную колонну вводят в рястягивающее напряжение для переведения выступа 144 в положение 152, затем бурильную колонну поворачивают влево против часовой стрелки, а затем устанавливают при сжимающем напряжении, благодаря чему выступ 144 перемещается в положение 156. Корпус выступов 148 перемещается вниз по скважине и контактирует с разрывным соединением 158, и после этого срезные штифты 126 срезаются. Дополнительное перемещение по направлению к низу проталкивает затвор 136 вниз и выталкивает из самого нижнего затворного соединения 134, как проиллюстрировано на Фиг. 16A-16B. Это освобождает рабочую колонну направленного бурения хвостовиком и позволяет поднять или извлечь ее из скважины.
[0035]
После этого рабочую колонну бурильных труб можно поднимать из скважины 104, оставляя хвостовик 110 на месте, как проиллюстрировано на Фиг. 5. Хвостовик 110 прикреплен к расширяемой подвеске хвостовика и пакеру 128, содержащим множество затворных соединений 130, 132 и 134, расположенных с заданным интервалом друг от друга. На поверхности можно заменить буровое долото или выполнять другие работы на рабочей колонне бурильных труб.
[0036]
Следует признать, что одним из недостатков извлечения рабочей колонны бурильных труб из буровой скважины является то, что часть скважины ниже хвостовика может обрушиться или вырубленная порода формации может осесть в забой скважины 104. На Фиг. 5 проиллюстрирован поперечный разрез скважины с хвостовиком 110, установленным на забое скважины 104. Хотя это специально не проиллюстрировано, часть недавно пробуренной, но не расширенной скважины 104 может быть заполнена вырубленной породой.
[0037]
На Фиг. 6 в случае, если рабочую колонну бурильных труб возвращают обратно в буровую скважину, то инструмент для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика сперва сцепляется с первым или верхним затворным соединением 130 расширяемой подвески хвостовика и пакера 128.
[0038]
Впоследствии, после сцепления хвостовик 110 можно поднять из забоя скважины 104 и повернуть. После этого в рабочую колонну бурильных труб закачивают буровой раствор, чтобы активировать толкатель 112. Толкатель активируют и деактивируют посредствм гидравлического давления через отверстия в гидросистеме. В различных вариантах реализации изобретения отверстия в гидросистеме всегда открыты или селективно открываются и закрываются по гидроимпульсным сигналам, посредством вмешательства тросса для работ в скважине, вспомогательного каната и т.п. Толкатель 112 прикладывает усилие к буровому долоту 108, в то время как забойный двигатель вращается, чтобы просверлить часть скважины ниже хвостовика 110, которая может или не может обрушиться. Бурение могут продолжать до тех пор, пока толкатель 112 не достигнет полной длины хода, как видно на Фиг. 7.
[0039]
На Фиг. 17 проиллюстрировано затворное соединение согласно одному из вариантов реализации изобретения по данному раскрытию изобретения. Затвор 1701 содержит несколько поверхностей зацепления, которые выполнены на затворном шпинделе 1702. Затвор 1701 и затворный шпиндель 1702 установлены внутри затворного соединения 1703. Предусмотрено затворное соединение 1703 с несколькими канавками зацепления, соответствующими поверхностям зацепления на затворе 1701. В случае, если затвор 1701 входит в зацепление, то затворные поверхности зацепления перемещаются радиально наружу для зацепления с соответствующими затворными канавками на затворном соединении 1703. На Фиг. 18 проиллюстрировано затворное соединение согласно другому варианту реализации изобретения по данному раскрытию изобретения. Хотя расположение поверхностей зацепления отличается, аналогичным образом выполнен затвор 1801 на затворном шпинделе 1802 и сцепляется с канавками, предусмотренными на затворном соединении 1803. Конечно, помимо показанного в данном документе затворного соединения можно использовать другие механизмы сцепления без отступления от объема раскрытых вариантов реализации изобретения.
[0040]
Как проиллюстрировано на Фиг. 6 и 7, после того, как толкатель 112 достигает полной длины хода, войдя в зацепление с первым затворным соединением 130, рабочую колонну бурильных труб опускают в скважину до тех пор, пока второй затвор инструмента для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика не войдет в зацепление со вторым затворным соединением 132. Затем, после зацепления второго затворного соединения, направленное бурение хвостовиком возобновляется с использованием толкателя 112 до тех пор, пока он снова не будет на полной длине хода, как проиллюстрировано на Фиг. 8. Этот процесс можно повторять до тех пор, пока инструмент для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика не войдет в зацепление с самым нижним затворным соединением 134, и непроходной расширительный конус не будет напротив расширяемой подвески хвостовика и пакера 128.
[0041]
На Фиг. 16C-16D проиллюстрирован принцип действия расширительного конуса более подробно. Расширительный конус 140 можно перемещать вниз, по направлению к долоту, через расширяемую подвеску хвостовика и пакер 128 до контактирования с непроходным буртиком 142 внутри расширяемой подвески хвостовика и пакера 128. Участок расширяемой подвески хвостовика и пакера 128 выше непроходного буртика 142 расширяется радиально наружу посредством усилия расширительного конуса 140. Расширительный конус 140 и непроходной буртик 142 конически блокируются из-за совместного использования радиального и углового профиля.
[0042]
На Фиг. 9 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе рабочей колонны бурильных труб, расположенной в стволе скважины 104, после сцепления самого нижнего затворного соединения с инструментом для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика и непроходной расширительный конус напротив подвески хвостовика. Хотя проиллюстрировано три затворных соединения в продемонстрированном варианте реализации изобретения, количество затворных соединений и расстояние между ними можно регулировать, основываясь на длине хода толкателя и длине торца бурильной компоновки низа бурильной колонны снаружи нижней части хвостовика.
[0043]
Инструмент для спуска подвески хвостовика теперь является торсионно заблокированным для хвостовика в контактой поверхности затвора и затворного соединения и будет передавать усилия растяжения от хвостовика на бурильную колонну через эту же контактую поверхность затвора и затворного соединения, а также будет передавать усилия сжатия от бурильной колонны на хвостовик через контактую поверхность расширительного конуса и непроходного буртика. На данном этапе инструмент для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика будет полностью сцеплен с расширяемой подвеской хвостовика и пакером и можно продолжать направленное бурение до полной глубины скважины.
[0044]
После достижения полной глубины скважины хвостовик будет находиться в правильном положении для окончательной установки в скважине. Варианты реализации изобретения по кончательной установке в скважине могут быть применимы к нагнетательным скважинам, а также эксплуатационным скважинам, включая углеводородные скважины. В различных вариантах реализации изобретения хвостовик может содержать скользящие муфты в качестве элементов буровой установки и/или пакеры. Пакеры можно устанавливать механически, электронными средствами или после прокачки активирующего флюида, позволяющего пакерам набухнуть. В различных вариантах реализации изобретения цементирование хвостовика, который может или не может содержать скользящие муфты в качестве элементов буровой установки, можно выполнять непосредственно после достижения полной глубины скважины посредством той же компоновки низа бурильной колонны направленного бурения еще в стволе скважины. В других вариантах реализации изобретения цементирование хвостовика можно выполнять с использованием другой колонны инструмента для цементирования. В дальнейшем, инструмент для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика можно посадить на забой скважины и освобождающие штифты 126 в инструменте для спуска расширяющегося хвостовика могут быть срезаны.
[0045]
На Фиг. 10-12, после извлечения из скважины рабочей колоны 104, подцепляют рабочую колонну для цементирования и затем спускают ее в скважину. На фигурах 11-14 в поперечном разрезе проиллюстрирован вид скважины с рабочей колонной для цементирования 116, расположенной в скважине 104. В одном из вариантов реализации изобретения по данному раскрытию изобретения рабочая колонна для цементирования 116 содержит инструмент для спуска расширяемой подвески хвостовика и пакера, верхнюю скребковую пробку 118 хвостовика и подвижный поплавковый клапан 120. В другом варианте реализации изобретения по данному раскрытию изобретения рабочая колонна для цементирования 116 содержит инструмент для спуска расширяемой подвески хвостовика и пакера, верхнюю скребковую пробку 118 хвостовика, нижнюю скребковую пробку (не показана) и подвижный поплавковый клапан 120. Затвор инструмента для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика входит в зацепление с затворным соединением в расширяемой подвеске хвостовика и пакера и вынимает хвостовик из забоя ствола скважины, как проиллюстрировано на Фиг. 11. Теперь в процессе цементировочных работ хвостовик может вращаться и перемещаться возвратно-поступательно. Затем на поверхности высвобождают шар или скребковую пробку и прокачивают вниз по буровой трубе, пока она не войдет в контакт с подвижным поплавковым клапаном 120. Это освобождает подвижный поплавковый клапан 120 от нижней части скребковой пробки хвостовика 118. Затем поплавковый клапан можно перекачать до нижней части хвостовика, где он входит в зацепление с затвором непроходного буртика 122. Лучше всего это видно на виде скважины 104 в поперечном разрезе, проиллюстрированном на Фиг. 12. После этого гидравлическое давление в обсадной колонне увеличивают, чтобы прочно посадить на место поплавковый клапан.
[0046]
На Фиг. 13 закачку цемента начинают и продолжают до тех пор, пока затрубное пространство вокруг обсадной колонны в скважине 104 не будет достаточно заполнено цементом 124. В это время хвостовик можно вращать и/или перемещать возвратно-поступательно. После этого продавочную цементировочную пробку, например, скребковую пробку 125, проиллюстрированную на Фиг. 16B, можно высвободить на поверхность и перекачать вниз по буровой трубе, пока она не войдет в контакт с верхней цементировочной пробкой 118 и не высвободит ее из нижней части инструмента для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика. На Фиг. 14 перекачивание продолжают до тех пор, пока верхняя скребковая пробка 118 хвостовика не войдет в контакт с верхней частью подвижного поплавкового клапана 120. На данном этапе цемент полностью вытесняют за пределы хвостовика. Далее, гидравлическое давление в колонне-хвостовике увеличивают, чтобы установить и расширить расширяемую подвеску хвостовика и пакер. На данном этапе часто бывает полезно провести тест-подъем, чтобы убедиться, что все этапы прошли правильно. Далее, можно посадить вес буровой трубы для освобождения инструмента для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика от расширяемой подвески хвостовика. Затем рабочую колонну для цементирования поднимают из ствола скважины, оставляя хвостовик на месте, как проиллюстрировано на Фиг. 15, и скважина готова к следующему операционному этапу. Этот вариант реализации изобретения по данному раскрытию изобретения обеспечивает возможность направленного бурения хвостовиком и замены буровых долот или проведения других процедур, не вытаскивая хвостовик полностью обратно на поверхность.
[0047]
В другом варианте реализации изобретения по данному раскрытию изобретения предлагается способ бурения хвостовиком в стволе скважины, который включает бурение новой скважины у основания башмака обсадной колонны с использованием рабочей колонны бурильных труб, имеющей хвостовик, присоединенный к расширяемой подвеске хвостовика и пакеру, прикрепленные к инструменту для спуска расширяемой подвески хвостовика и пакера. Он также может включать расширение по меньшей мере части новой скважины для увеличения диаметра скважины и установку хвостовика на забое расширенной части скважины. В инструменте для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика могут быть срезаны освобождающие штифты для отсоединения расширяемой подвески хвостовика и пакера от инструмента для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика. После этого рабочую колонну бурильных труб можно извлекать из скважины, оставляя хвостовик на месте. На поверхности буровое долото могут заменить, после чего рабочую колонну бурильных труб спускают обратно в скважину. В случае спуска рабочей колонны бурильных труб обратно в скважину, инструмент для спуска 114 расширяемой подвески хвостовика входит в зацепление с первым или верхним затворным соединением, чтобы присоединить инструмент для спуска расширяемой подвески хвостовика к расширяемой подвеске хвостовика, пакеру, и хвостовику.
[0048]
В другом варианте реализации изобретения, в раскрытии изобретения предлагается способ бурения хвостовиком в стволе скважины. Способ включает бурение новой скважины у основания башмака обсадной колонны с использованием бурового долота, прикрепленного к нижней части рабочей колонны бурильных труб, имеющей хвостовик, прикрепленный к расширяемой подвеске хвостовика и пакеру и присоединенный к инструменту для спуска, расширение по меньшей мере части новой скважины для увеличения диаметра скважины и установку хвостовика на забое расширенной части скважины. Способ также может включать срезание освобождающих штифтов в инструменте для спуска расширяемой подвески хвостовика для отсоединения расширяемой подвески хвостовика и пакера от инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика, затем извлечение рабочей колонны бурильных труб из скважины, причем хвостовик остается на месте. Далее, способ может включать возвращение рабочей колонны бурильных труб обратно в скважину, вхождение в зацепление с затворным соединением для присоединения инструмента для спуска расширяемой подвески хвостовика к хвостовику, поднятие хвостовика из забоя расширенной части скважины и использование толкателя для бурения в скважине до тех пор, пока толкатель не достигнет полной длины хода. После достижения толкателем полной длины хода, способ может включать насаживание бурильной колонны до тех пор, пока следующее затворное соединение не войдет в зацепление между инструментом для спуска расширяемой подвески хвостовика и расширяемой подвеской хвостовика и пакером и бурение до тех пор, пока толкатель не достигнет полной длины хода.
[0049]
Предыдущие этапы можно повторять до тех пор, пока самое нижнее затворное соединение не войдет в зацепление между инструментом для спуска расширяемой подвески хвостовика и расширяемой подвеской хвостовика и пакером и непроходной расширительный конус не окажется напротив подвески хвостовика. Бурение хвостовиком могут продолжать до тех пор, пока не будет достигнута проектная глубина скважины.
[0050]
На Фиг. 20A-20E изображена блок-схема, иллюстрирующая способ направленного бурения хвостовиком и его цементирования согласно одному из вариантов реализации изобретения по данному раскрытию изобретения. На Фиг. 20A способ начинается с направленного бурения хвостовиком новой буровой скважины. На этапе 201 способ начинается с осуществления направленного разбуривания хвостовиком предыдущего башмака обсадной колонны. Далее, на этапе 202 открывают скважинный расширитель для того, чтобы расширить ствол скважины, и продолжают направленное бурение хвостовиком. Через некоторое время долото может износиться и его необходимо заменить. Следовательно, на этапе 203 оператор выполняет подъем долота, чтобы вытащить долото из ствола скважины для замены. На Фиг. 20B на этапе 204 оператор устанавливает хвостовик на забое ствола скважины, срезает освобождающие штифты в инструменте для спуска, например, инструменте для спуска расширяемой подвески хвостовика ("РПХ") VersaFlex, коммерчески доступном от Halliburton Energy Services Inc., и поднимает колонну из ствола скважины. Далее, на этапе 205 ствол скважины, возможно, перекрылся или буровой шлам, возможно, осел в забой ствола скважины. Их необходимо извлечь, прежде чем приступать к следующему этапу. Следовательно, на этапе 206 оператор сцепляет первое затворное соединение с инструментом для спуска РПХ, вынимает колонну из забоя ствола скважины и использует толкатель для разбуривания ствола скважины. Оператор может продолжать использовать толкатель для разбуривания ствола скважины до тех пор, пока толкатель не достигнет полной длины хода. На Фиг. 2°C на этапе 207 оператор может сажать бурильную колонну до тех пор, пока следующее затворное соединение не войдет в контакт с инструментом для спуска РПХ. На этапе 208 оператор может проводить бурение до тех пор, пока толкатель снова не достигнет полной длины хода. На этапе 209 оператор может сажать бурильную колонну до тех пор, пока самое нижнее затворное соединение не войдет в зацепление с инструментом для спуска РПХ и "непроходной" расширительный конус не окажется напротив подвески хвостовика. В этой компоновке оператор может продолжать направленное бурение хвостовиком, пока не будет достигнута полная глубина скважины.
[0051]
На Фиг. 20D изображена блок-схема, иллюстрирующая способ направленного бурения хвостовиком и его цементирования согласно одному из вариантов реализации изобретения по данному раскрытию изобретения. На этапе 210 компоновкой направленного бурения хвостовиком ("DLD") достигают полной глубины скважины. Затем компоновку сажают на самые нижние освобождающие штифты в инструменте для спуска РПХ и поднимают рабочую колонну DLD из ствола скважины. На этапе 211 оператор может спускать инструмент в скважину ("TIH" - trip-in-hole) посредством инструмента для спуска РПХ, верхней цементировочной пробки и подвижного поплавкового клапана. После этого оператор может зацеплять хвостовик и вынимать его из забоя. На этапе 212 оператор может сбрасывать шар или скребковую пробку для высвобождения подвижного поплавкового клапана. Затем поплавковый клапан входит в зацепление с непроходным затвором. После этого оператор может поднять давление, чтобы открыть седло шарового клапана или улавливатель скребков и позволить флюиду протекать через поплавковый клапан. На Фиг. 20E на этапе 213 оператор может приступить к закачке цемента, сбросить скребковую пробку, высвободить верхнюю цементировочную пробку и приступить к вытеснению цемента. Далее, на этапе 214 оператор может убрать верхнюю цементировочную пробку, установить и расширить РПХ подвеску хвостовика и выполнить тест-подъем и освобождение. В случае, когда испытание прошло успешно, оператор может поднять инструмент из скважины ("TOOH" - trip out of hole). После этого, на этапе 215 скважина готова к следующему операционному этапу.
[0052]
Еще в дополнительном варианте реализации изобретения устройство, согласно данному раскрытию изобретения, транспортируют на бурильной трубе в ствол скважины. Подвешивание из нижнего стыка буровой трубы начинает внутреннюю и наружную колонну. Внутренняя колонна является технической колонной, а другая колонна является колонной заканчивания скважины с необсаженным забоем, которую в данном документе называют хвостовик. Внутренняя техническая колонна может начинаться с инструмента для спуска и установки расширяемой подвески хвостовика с подвешиванием буровой трубы, ниже она примыкает к толкательному элементу, уплотнению поплавкового клапана и/или нижнему затвору, после чего идут продавочная цементировочная пробка и разрывная мембрана, в качестве элементов буровой установки, и компоновка направленного бурения. Наружная колонна-хвостовик может начинаться с расширяемой подвески хвостовика и пакера. Ниже на ней могут подвешиваться затворные соединения посредством нескольких скользящих муфт, в качестве компонентов, (в некоторых вариантах реализации изобретения может быть несколько пакеров для открытых скважин выше и ниже каждой из скользящих муфт в качестве компонентов), затем непроходная и/или замковая муфта и быстроходный запорный клапан в нижней части хвостовика. Для коротких хвостовиков в устройстве может потребоваться только уплотнение поплавкового клапана на внутренней колонне и непроходная муфта в нижней части наружной колонны для предотвращения прохода флюида в затрубное пространство между внутренним диаметром наружной колонны и OD (наружным диаметром) внутренней колонны. Для длинных хвостовиков, из-за различных крутящих характеристик внутренней колонны и наружной колонны, может потребоваться нижнее затворное соединение с уплотнением для предотвращения любого перехваченного крутящего момента от резьбовых соединений при поднятии над забоем внутренней или наружной колонны.
[0053]
В одном варианте реализации изобретения компоновку направленного бурения хвостовиком могут спускать в ствол скважины начиная с выбуривания предыдущего башмака обсадной колонны. После того, как бурильной компоновкой низа бурильной колонны пробурили достаточный ствол скважины, могут активировать находящийся ниже скважинный расширитель и пробурить траекторию направленной скважины с достижением полной глубины скважины. После этого находящийся ниже скважинный расширитель можно убрать. Перед началом операции цементирования в забое могут провести циркуляцию.
[0054]
Цемент можно смешивать на поверхности. Затем из контейнера на поверхности для сброса пробки могут высвободить нижнюю скребковую пробку для чистки бурильных труб, и нижнюю продавочную цементировочную пробку могут перекачать вниз по скважине вместе с цементом вслед за ней. После того, как весь цемент был перекачан, высвобождают вторую верхнюю скребковую пробку для чистки бурильных труб из контейнера на поверхности для сброса пробки, и цемент перекачивается и вытесняется вниз по скважине. Нижняя скребковая пробка для чистки бурильных труб приземляется в улавливателе скребков, в качестве элемента буровой установки, и разрывная мембрана разрывается, позволяя перекачивать и вытеснять цемент в затрубное пространство между ID (внутренним диаметром) открытого ствола скважины и наружной колонной-хвостовиком. Вытеснение цемента продолжают до тех пор, пока верхняя скребковая пробка для чистки бурильных труб не приземлится во втором улавливателе скребков, в качестве элемента буровой установки. На этом завершается вытеснение цемента. Затем к нижней части бурильной колонны могут приложить давление для установки и расширения расширяемой подвески хвостовика и пакера в верхней части колонны-хвостовика.
[0055]
Бурильную колонну вынимают, чтобы выполнить тест-подъем на установленном пакере расширяемой подвески хвостовика, а затем ослабляют вес, приложенный к буровой трубе, чтобы установить инструмент для спуска и установки расширяемой подвески хвостовика в сжатии для отсоединения внутренней колонны от наружной колонны в затворном соединении.
[0056]
Затем бурильную колонну вынимают, при этом вся внутренняя колонна вытягивается вверх. После втягивания бурового долота внутрь башмака хвостовика и над быстроходным запорным клапаном, быстроходный запорный клапан закрывают, чтобы удержать цемент на месте и предотвратить его затекание в хвостовик. Посредством закрытия быстроходного запорного клапана ко второй разрывной мембране в нижней части внутренней колонны может быть приложено давление. В это время может быть установлена прямая или обратная циркуляция и любой избыток цемента могут выкачать из ствола скважины или поменять на раствор для заканчивания скважины. Могут спустить инструмент для механического открывания и закрывания, открывающий скользящие муфты и позволяющий проводить операции гидроразрыва пласта или в случае, когда используют оборудование дистанционного открывания/закрывания (eRED), коммерчески доступное от Halliburton Energy Services Inc., муфты могут открываться без вмешательства.
[0057]
Соответственно, как указано выше, варианты реализации изобретения, раскрытые в данном документе, могут быть реализованы разными способами. В целом, в одном аспекте, раскрытые варианты реализации изобретения относятся к способу бурения хвостовиком в стволе скважины. Способ включает, помимо прочего, бурение скважины с использованием рабочей колонны бурильных труб, имеющей хвостовик, соединенный с подвеской хвостовика на рабочей колонне, причем подвеска хвостовика присоединена к инструменту для спуска подвески хвостовика на рабочей колонне, расширение по меньшей мере части скважины для увеличения диаметра скважины и установку хвостовика в расширенной чсти скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения подвеска хвостовика может быть расширяемой подвеской хвостовика, которая также может содержать пакер, а инструмент для спуска подвески хвостовика может быть инструментом для спуска расширяемой подвески хвостовика. Способ дополнительно включает отсоединение подвески хвостовика от инструмента для спуска подвески хвостовика, извлечение рабочей колонны бурильных труб из скважины, тогда как хвостовик остается на месте в расширенной части скважины. Впоследствии рабочую колонну бурильных труб возвращают обратно в скважину, а инструмент для спуска подвески хвостовика соединяют с хвостовиком.
[0058]
В одном или нескольких вариантах реализации изобретения способ бурения хвостовиком может дополнительно включать любую одну из этих особенностей по отдельности или комбинацию любых двух или более из этих особенностей: (a) поднятие хвостовика в расширенной части скважины, бурение в скважине заданного расстояния, насаживание бурильной колонны на заданном расстоянии и повторение предыдущих этапов до тех пор, пока не будет достигнут объект бурения в стволе скважины; (b) цементирование хвостовика по стволу в скважине, при этом цементирование хвостовика по стволу включает (i) установку расширяемой подвески хвостовика на забое скважины, (ii) отсоединение инструмента для спуска подвески хвостовика от подвески хвостовика, (iii) извлечение рабочей колонны бурильных труб из скважины, (iv) спуск в скважину рабочей колонны, содержащей инструмент для спуска подвески хвостовика, верхнюю пробку и/или нижнюю пробку и подвижный поплавковый клапан, (v) присоединение инструмента для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика и извлечение хвостовика из забоя скважины, (vi) освобождение подвижного поплавкового клапана, перекачку цемента через подвижный поплавковый клапан, а также (vii) расширение подвески хвостовика и подъем инструмента для спуска подвески хвостовика из скважины; и (c) присоединене подвески хвостовика к хвостовику с применением затворного соединениея, при этом скважину пробуривают с использованием толкателя до тех пор, пока толкатель не достигнет полной длины хода, насаживание бурильной колонны на заданном расстоянии посредством установки бурильной трубы до тех пор, пока следующее затворное соединение не войдет в зацепление между инструментом для спуска подвески хвостовика и подвеской хвостовика, и бурение до тех пор, пока толкатель не достигнет полной длины хода, причем этапы поднятия, бурения и установки повторяют до тех пор, пока самое нижнее затворное соединение не войдет в зацепление между инструментом для спуска подвески хвостовика и подвеской хвостовика и пока непроходной расширительный конус не окажется напротив подвески хвостовика.
[0059]
В целом, в другом аспекте, раскрытые варианты реализации изобретения относятся к системе бурения хвостовиком в стволе скважины. Система содержит, помимо прочего, рабочую колонну бурильных труб, содержащую хвостовик, подвеску хвостовика, присоединенную к инструменту для спуска подвески хвостовика, скважинный расширитель и толкатель. Как упоминалось выше, в некоторых вариантах реализации изобретения подвеска хвостовика может быть расширяемой подвеской хвостовика, которая также может содержать пакер, а инструмент для спуска подвески хвостовика может быть инструментом для спуска расширяемой подвески хвостовика. Система дополнительно содержит освобождающие штифты в инструменте для спуска подвески хвостовика, которые можно срезать для отсоединения подвески хвостовика и хвостовика от инструмента для спуска подвески хвостовика, при этом рабочую колонну бурильных труб извлекают из скважины, тогда как хвостовик остается на месте. Затворное соединение присоединяет инструмент для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика в случае, если рабочую колонну бурильных труб спускают обратно в скважину, таким образом, чтобы можно было выполнять бурение хвостовиком с использованием толкателя до тех пор, пока толкатель не достигнет полной длины хода.
[0060]
В одном или нескольких вариантах реализации изобретения система бурения хвостовиком в стволе скважины дополнительно может содержать любую одну из этих особенностей по отдельности или комбинацию любых двух или более из этих особенностей: (a) по меньшей мере одно дополнительное затворное соединение для присоединения инструмента для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика после насаживания бурильной колонны таким образом, чтобы бурение хвостовиком можно было выполнять с использованием толкателя до тех пор, пока толкатель снова не достигнет полной длины хода; (c) нижнее затворное соединение, которое присоединяет инструмент для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика, и непроходной расширительный конус напротив подвески хвостовика, обеспечивающий возможность направленного бурения хвостовиком; (c) буровое долото; (d) гидравлический забойный двигатель; (e) компоновку направленного бурения; и (f) компоновку низа бурильной колонны.
[0061]
В целом, еще в одном аспекте, раскрытые варианты реализации изобретения относятся к устройству, имеющему извлекаемую компоновку низа бурильной колонны. Устройство содержит, помимо прочего, подвеску хвостовика, присоединенную к инструменту для спуска подвески хвостовика, скважинный расширитель и толкатель. Как указано выше, в некоторых вариантах реализации изобретения подвеска хвостовика может быть расширяемой подвеской хвостовика, которая также может содержать пакер, а инструмент для спуска подвески хвостовика может быть инструментом для спуска расширяемой подвески хвостовика. Устройство дополнительно содержит срезаемый освобождающий штифт в инструменте для спуска подвески хвостовика, присоединяющий подвеску хвостовика и хвостовик к инструменту для спуска подвески хвостовика, позволяющий извлекать рабочую колонну бурильных труб из скважины, тогда как хвостовик остается на месте. Затворное соединение присоединяет инструмент для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика в случае, если рабочую колонну бурильных труб спускают обратно в скважину.
[0062]
В одном или нескольких вариантах реализации изобретения способ бурения хвостовиком может дополнительно включать любую одну из этих особенностей по отдельности или комбинацию любых двух или более из этих особенностей: (a) по меньшей мере одно дополнительное затворное соединение для присоединения инструмента для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика после насаживания бурильной колонны таким образом, чтобы бурение хвостовиком можно было выполнять с использованием толкателя до тех пор, пока толкатель снова не достигнет полной длины хода; (b) нижнее затворное соединение для присоединения инструмента для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика и непроходной расширительный конус напротив подвески хвостовика, обеспечивающий возможность направленного бурения хвостовиком; (c) рабочую колонну бурильных труб, автономно извлекаемую из скважины, когда срезаемый освобождающий штифт отсоединяет хвостовик; (d) толкатель, выполняющий бурение хвостовиком до тех пор, пока толкатель не достигнет полной длины хода; (e) компоновку направленного бурения; (f) шпиндель с Н-образным контактным гнездом; и (g) выступ, предусмотренный в Н-образном контактном гнезде.
[0063]
В целом, еще в одном аспекте, раскрытые варианты реализации изобретения относятся к способу цементирования хвостовика в скважине. Способ включает, помимо прочего, спуск рабочей колонны бурильных труб в скважину, причем рабочая колонна бурильных труб содержит инструмент для спуска подвески хвостовика, верхнюю пробку и/или нижнюю пробку и поплавковый клапан. Способ дополнительно включает присоединение инструмента для спуска подвески хвостовика к подвеске хвостовика, соединенной с хвостовиком, поднятие хвостовика в скважине на заданное расстояние, освобождение поплавкового клапана и перекачку цемента через поплавковый клапан.
[0064]
В одном или нескольких вариантах реализации изобретения способ цементирования хвостовика в скважине дополнительно может включать любую одну из этих особенностей по отдельности или комбинацию любых двух или более из этих особенностей: (a) расширение подвески хвостовика в скважине и подъем из скважины рабочей колонны бурильных труб, содержащей инструмент для спуска подвески хвостовика; (b) подвеска хвостовика присоединяется к хвостовику с применением затворного соединения, (c) подвеска хвостовика является расширяемой подвеской хвостовика, и (d) инструмент для спуска подвески хвостовика является инструментом для спуска расширяемой подвески хвостовика.
[0065]
Хотя варианты реализации изобретения были описаны со ссылкой на одно или большее количество конкретных вариантов реализации, специалистам в данной области техники будет очевидна возможность внесения различных изменений без отклонения от сущности и объема данного описания. Соответственно, каждый из этих вариантов реализации и очевидных их вариаций рассматривается как соответствующий сущности и объему заявленного изобретения, которые изложены в формуле изобретения.