СПОСОБ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСШИРЯЕМОГО ХВОСТОВИКА И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ЕГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR WELL FINISHING WITH APPLICATION OF EXPANDABLE TAIL AND ITS FURTHER CEMENTING (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к заканчиванию скважин, а более конкретно к способу спуска трубчатого элемента внутри обсадной трубы и закрепления его на ней и, в частности, к технологиям защиты места установки хвостовика на обсадной трубе при ее цементировании и технологиям последующего цементирования хвостовика обсадной колонны после его расширения в месте установки.
Предпосылки создания изобретения
Фиг.1 иллюстрирует предшествующие технологии спуска обсадной колонны с башмаком 16, расположенным в ее нижней части. Если в дальнейшем потребуется перемещение хвостовика (трубчатого элемента) вниз и присоединение его к обсадной трубе при помощи расширения, присутствие остатков цемента в месте крепления на обсадной трубе, где хвостовик будет присоединяться к ней, может привести к невозможности получения герметичного соединения. Одним из методов предотвращения этого может быть подача цемента в направляющий башмак обсадной трубы, закрепленный ниже точки, где впоследствии будет крепиться хвостовик. Другим методом может быть применение щеток и скребков в месте установки после цементирования обсадной трубы, чтобы гарантировать, что это место будет чистым и может быть достигнуто хорошее герметичное соединение и обеспечена хорошая поддержка для хвостовика, который впоследствии будет закреплен в этом месте. Однако эти технологии требуют значительных затрат времени и приводят к сопутствующим расходам.
В настоящем изобретении предохраняют место установки на обсадной трубе во время цементирования при помощи трубчатого экрана (изолирующей муфты), который закрывает паз (углубление). Трубчатый экран определяет границы герметичного затрубного (кольцевого) пространства, которое содержит несжимаемый материал. Это позволяет трубчатому экрану быть податливым по отношению к изменению гидростатического давления, которое меняется по мере спуска обсадной трубы на место крепления. Цементирование осуществляется через трубчатый экран. Впоследствии трубчатый экран разбуривается, обнажая кольцевую выемку и установочный профиль, а также и золотниковый клапан с гильзовым затвором (скользящая муфта), если он имеется. После этого хвостовик может быть аккуратно размещен по месту установки при помощи установочного профиля и цангового зажима на расширяющем инструменте и может быть расширен до установления плотного контакта с обсадной трубой. Благодаря наличию выемки обсадной трубы проходной диаметр хвостовика после расширения в этом месте становится, по крайней мере, таким же большим, как и проходной диаметр обсадной трубы. Весь хвостовик может быть расширен к своему нижнему краю, а направляющий башмак, расположенный в нижнем крае хвостовика, может быть извлечен и убран из буровой скважины при помощи обжимного устройства и опускающейся колонны, которая доставила его на место установки. Скользящая муфта в башмаке обсадной трубы может быть избирательно открыта и закрыта при помощи переключающего инструмента, установленного на расширяющейся колонне над расширяющими инструментами, спускным инструментом и хвостовиком, подлежащим расширению. Другим вариантом размещения этой скользящей муфты является установка ее в подлежащем расширению хвостовике ниже его верхней части, которая закрепляется в вышеупомянутой обсадной трубе. Отверстие, открываемое и закрываемое этой скользящей муфтой, может быть использовано либо для закачивания цемента в затрубное пространство, либо для возвращения скважинного бурового раствора (скважинных флюидов), замещаемого цементом, из затрубного пространства в обсадную колонну. Когда скользящая муфта находится в башмаке обсадной трубы, это позволяет буровому раствору протекать от внешнего края этого отверстия в затрубное пространство под башмаком после того, как башмак будет зацементирован при помощи колонны, к которой он прикреплен, а сверху муфты в углублении опускается дополнительная наружная муфта. Эта наружная муфта своим нижним краем соединяется с внутренним трубчатым экраном при помощи направляющей головки (наконечника). Путь для протекания раствора между внешней частью отверстий и затрубным пространством открывается, когда направляющая головка разбуривается и расширяется. Средство для задержки цемента (цементировочная пробка) должно быть помещено на конце колонны, тем самым предотвращая попадание цемента, закачанного в затрубное пространство, в расширенный хвостовик благодаря различиям в плотности. Это средство для задержки цемента может находиться в точке, из которой цемент закачивается в затрубное пространство, либо в точке, где скважинный буровой раствор, замещаемый цементом, возвращается из затрубного пространства во внутрь колонны обсадных труб. Цементировочная пробка может быть выбурена в ходе последующего опускания колонны в скважину. Эти и другие преимущества настоящего изобретения будут понятны специалистам из ниже следующих описания предпочтительного варианта осуществления изобретения и формулы изобретения.
Краткое изложение сущности изобретения
В изобретении обеспечивается устройство для защиты зоны монтажа обсадной трубы и установочного профиля и, при наличии, золотникового клапана и пути протекания жидкости от внешней части этого клапана к затрубному пространству в момент планируемого последующего присоединения расширенного хвостовика и цементирования расширенного хвостовика по месту крепления. Защитный трубчатый экран, направляющая головка и внешняя муфта определяют границы загерметизированной полости, в которой в свободном состоянии находится несжимаемый материал, закрывающий место установки на обсадной трубе. Может быть предусмотрено наличие установочного профиля, а также, по желанию, золотникового клапана и пути протекания жидкости от внешней части клапана к затрубному пространству. Цементирование обсадной трубы осуществляется через трубчатый экран. После цементирования муфта и направляющая головка разбуриваются, а несжимаемый материал убирается на поверхность вместе с буровым шламом. В обсадную трубу помещается хвостовик и предпочтительно расширяется до образования плотного контакта с местом установки на обсадной трубе. После расширения цементировочная пробка, помещенная внизу расширенного хвостовика, и клапан, помещенный либо над местом установки хвостовика в башмаке обсадной колонны, либо в хвостовике под его закрепленной верхней секцией, позволяют цементу быть доставленным наружу расширенного хвостовика, а замещенному скважинному буровому раствору возвратиться в обсадную трубу, так чтобы можно было бы зацементировать хвостовик. Цементировочная пробка может быть доставлена на место установки либо вместе с хвостовиком, либо вместе с инструментами для расширения, чтобы осуществить расширение и цементирование хвостовика за одно перемещение вниз. На расширяемой колонне в скважину может быть опущен переключающий инструмент, чтобы привести в действие золотниковый клапан и, если это будет необходимо, позволить цементу быть закачанным из колонны бурильных труб в затрубное пространство через этот клапан. Цементировочная пробка может быть вырезана в ходе отдельного перемещения вниз.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает эксплуатационную обсадную колонну (трубу) согласно уровню техники и стандартный башмак обсадной трубы, расположенный в ее нижней части;
фиг.2 изображает трубу эксплуатационной обсадной колонны с направляющим приспособлением для башмака (башмачной трубой) по настоящему изобретению;
фиг.3 изображает эксплуатационную обсадную трубу с направляющим приспособлением для башмака по настоящему изобретению, спущенную в ствол скважины;
фиг.4 представляет изображение по фиг.3 после цементирования;
фиг.5 представляет изображение по фиг.4, показывающее направляющее приспособление для башмака после выбуривания, а также ствол скважины, проходящий ниже эксплуатационной обсадной трубы;
фиг.6 представляет изображение по фиг.5, показывающее расширение только что пробуренного ствола скважины;
фиг.7 представляет окончательный вид пробуренного (обнаженного) башмака;
фиг.8 представляет опускающийся хвостовик на спускном инструменте перед расширением;
фиг.9 представляет изображение по фиг.8, показывающее начальный ход калибрующей оправки, в результате чего хвостовик отходит от спускного инструмента;
фиг.10 представляет собой изображение по фиг.9, показывающее расцепленным приспособление, закрепляющее обсадные трубы в скважине (якорь), в результате чего вес хвостовика направляется вниз, позиционируя его вновь для следующего удара (рабочего хода) оправки;
фиг.11 представляет собой изображение по фиг.10, показывающее следующий удар оправки;
фиг.12 представляет собой изображение по фиг.11, показывающее оправку в момент ее перемещения к нижнему краю хвостовика;
фиг.13 представляет собой изображение по фиг.12, на котором показана оправка, входящая в башмак хвостовика на его нижнем конце;
фиг.14 представляет собой изображение по фиг.13, показывающее полностью расширенный хвостовик, где оправка вместе с башмаком вынимается из полностью расширенного хвостовика при помощи спускного инструмента;
фиг.15 изображает увеличенный вид трубчатого экрана, защищающего утопленный башмак во время цементирования;
фиг.16а-16б показан захват направляющей головки (наконечника);
фиг.17а-17б изображают освобождение узла направляющей головки из трубчатого элемента или хвостовика обсадной колонны;
фиг.18а-18б изображают полностью освобожденный и захваченный узел направляющей головки;
фиг.19а-19б изображают вариант экстренного освобождения узла направляющей головки;
фиг.20 изображает опускаемый башмак обсадной трубы вместе с установочным профилем с закрытым золотниковым клапаном, углублением для монтажа расширенного хвостовика, трубчатым экраном, направляющей головкой и внешней муфтой;
фиг.21а изображает башмак обсадной колонны по фиг.20 в момент выбуривания и расширения при закрытом клапане;
фиг.21б изображает башмак обсадной трубы по фиг.20 после выбуривания и расширения при закрытом клапане;
фиг.22 изображает хвостовик после расширения;
фиг.23 изображает расширение хвостовика при помощи оправки;
фиг.24 представляет собой изображение по фиг.23, показывающее вынимание оправки и направляющей головки;
фиг.25 изображает отдельное погружение колонны с целью ввода цементировочной пробки для последующего цементирования;
фиг.26 представляет собой изображение по фиг.25, показывающее установленную цементировочную пробку, от которой отсоединился спускной инструмент, в то время как переключающий инструмент открывает золотниковый клапан;
фиг.27 изображает, как цемент закачивается в затрубное пространство через колонну бурильных труб и цементировочную пробку, а замещаемый скважинный буровой раствор возвращается через золотниковый клапан в обсадную трубу;
фиг.28 изображает золотниковый клапан, закрытый переключающим инструментом, в то время как колонна бурильных труб вынимается из буровой скважины;
фиг.29 изображает процесс измельчения цементировочной пробки колонной бурильных труб, прежде чем она начнет бурение следующей секции скважины;
фиг.30 изображает закрываемую щель, используемую для цементирования и находящуюся в части хвостовика, подлежащей расширению;
фиг.31 изображает башмачную насадку для цементирования скважины, доставленную вместе с хвостовиком перед стадией его расширения, в то время как оправка начинает процесс расширения;
фиг.32 изображает завершенный процесс расширения с фиг.31 и башмачную насадку для цементирования скважины, в которую вошел забойный блок (компоновка низа бурильной колонны);
фиг.33 представляет собой изображение по фиг.32, показывающее закачанный цемент вниз вдоль колонны через башмачную насадку;
фиг.34 представляет собой изображение по фиг.33 после цементирования и выемки забойного блока при оставлении башмачной насадки на своем месте;
фиг.35 представляет собой изображение по фиг.34, показывающее вырезание башмачной насадки;
фиг.36 изображает альтернативу фиг.31, показывающую доставку цементировочной пробки, закрепленной в нижней части узла оправки, использующегося для расширения;
фиг.37 изображает альтернативный вариант фиг.36, где башмачная насадка доставляется вместе с узлом оправки;
фиг.38 изображает процесс цементирования путем закачивания цемента в верхнюю часть затрубного пространства расширенного хвостовика и выход скважинного бурового раствора через башмачную насадку;
фиг.39 изображает вынимание оправки из башмачной насадки после закачки цемента, что позволяет ему оставаться в должном месте;
фиг.40 изображает башмачную насадку в момент выбуривания или вырезания после завершения процесса цементирования;
фиг.41 изображает опускание расширяемого хвостовика при наличии устройства для изолирования цемента, расположенного около нижней части колонны и внутри ее;
фиг.42 представляет собой изображение по фиг.41, показывающее устройство для изолирования цемента снаружи хвостовика;
фиг.43 изображает практически завершенный цикл расширения;
фиг.44 изображает захват расширительной системой устройства для изолирования и перемещение его вниз для завершения цикла расширения;
фиг.45 изображает устройство для цементирования, помещенное на новое место внутри хвостовика готовым для цементирования;
фиг.46 изображает процесс цементирования через узел расширения и устройство для цементирования; и
фиг.47 изображает вырезанное устройство для цементирования после завершения цикла цементирования.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг.1 изображена обсадная колонна 10, в которой установлена известная муфта 12 с упором (для задерживания цементировочной пробки) и стандартная муфта 14 обсадной трубы с обратным клапаном, а также башмак 16 обсадной трубы, примыкающий к ее нижнему краю 18. Обычно цементный раствор закачивают через башмак 16, а затем использовалась цементировочная пробка для перемещения цемента из обсадной колонны 10 наружу через башмак 16 в окружающее затрубное пространство. Когда требовалось дальнейшее углубление буровой скважины, башмак 16 разбуривался, но остаточный цемент, тем не менее, мог не удалиться полностью. Присутствие такого цемента или осколков башмака обсадной трубы после окончания бурения могли вредить уплотнению, которое впоследствии требовалось после ввода хвостовика и крепления его к колонне 10. Это представляет собой особую проблему, когда крепление хвостовика к обсадной колонне 10 выполняется расширением хвостовика.
В настоящем изобретении эта проблема решается при помощи трубчатого экрана 20, изображенного на фиг.2 и 15. Как показано на фиг.15, обсадная колонна 22 имеет нижнюю секцию (углубленную муфту) 24. Внутри секции 24 и устанавливается трубчатый экран 20, который определяет границы затрубного (кольцевого) пространства 28, содержащего несжимаемый материал 30. Является предпочтительным, чтобы несжимаемый материал 30 представлял собой свободно насыпанный песок, но также могут использоваться и иные материалы. Целью использования материала 30 является контроль за разрывом трубчатого экрана 20 и обрушением удаленного места установки секции 24 в результате увеличения гидростатического давления, оказываемого на обсадную колонну 22 при ее опускании вниз в исходное положение. Трубчатый экран 20 предпочтительно герметизируется при помощи стекловолокна на своих концах 32 и 34. Трубчатый экран 20 сначала закрывает установочный профиль (выемку) 36 и углубленное место установки 38, которое впоследствии будет служить местом крепления трубчатого элемента, такого как хвостовик, при помощи различных методов крепежа. Предпочтительный метод расширения будет описан более подробно ниже. Трубчатый экран 20 предпочтительно изготавливается из материала, который легко просверлить, такого как, к примеру, пластмасса, или композитные материалы, или многие другие виды материалов. При цементировании обсадной колонны 22 внутренняя поверхность 40 трубчатого экрана 20 контактирует с цементом. В итоге цементировочная пробка 42 проходит через обсадную колонну 22 и ложится на муфту 12 с упором (см. фиг.3 и 4), выдавливая большую часть цемента из обсадной колонны 22 в окружающее затрубное пространство. Трубчатый экран 20 впоследствии разбуривается, позволяя несжимаемому материалу 30 выйти наружу, в результате чего обнажается чистый установочный профиль 36 и углубленное место установки 38 для последующего присоединения хвостовика, как будет объяснено ниже. Выбуривание удаляет все уплотнительные кольца 42 и 46, не нанося повреждений обсадной колонне 22 или углубленной муфте 24.
Рассмотрение предлагаемого в изобретении способа следует начать с фиг.3, где обсадная колонна 22 установлена в заданном положении и готова к цементированию в скважине 26. В конструкцию обсадной колонны входят муфта 12 с упором и муфта 14 с обратным клапаном. Показанный на фиг.15 узел находится на нижнем конце обсадной колонны, однако для упрощения вида на данной схеме показан только трубчатый экран 20.
На фиг.4 показано, что цемент 48 выдавлен цементировочной пробкой 42 севшей на муфту 12 с упором. В результате цемент 48 продавливается через муфту 20, через отверстие в башмаке 50 в затрубное пространство 52.
На фиг.5 в обсадную колонну 22 введена бурильная колонна 54 с сборным узлом долота 56, которая разбурила цементировочную пробку 42 и трубчатый экран 20, обнажив при этом установочный профиль 36 и удлиненную выемку 38. Несжимаемый материал 30 высвобождается и выносится на поверхность циркулирующим буровым раствором вместе с буровым шламом, образующимся в результате работы породоразрушающего инструмента 56.
На фиг.6 показано расширение нового участка 58 ствола скважины на новый размер 60 с использованием раздвижного расширителя или долота 62 типа RWD. В зависимости от типа породоразрушающего инструмента 56 ствол скважины 60 можно сформировать за одну или несколько спускоподъемных операций. На фиг.7 показан ствол скважины 60 после завершения бурения, при этом бурильная колонна 54 с породоразрушающим инструментом 56 извлечены из скважины 60 и оставлены на поверхности.
На фиг.8 показана спусковая колонна 64, удерживающая хвостовик или иной трубчатый элемент 66 на замковых защелках 68. Эта конструкция содержит также якорь 70 со шлипсами 72, которые в предпочтительном варианте приводятся в действие давлением, при подаче которого они выдвигаются, а при стравливании - убираются. В эту конструкцию также входит гидроцилиндр 74, который при подаче в него давления проталкивает оправку 76 вниз. Сначала, как показано на фиг.9, для выдвижения шлипсов 72 и проталкивания оправки 76, схематически показанной стрелками 78, в цилиндр подается давление. Верхний конец 80 трубчатого элемента 66 расширяется, садясь в удлиненную выемку 38, для его крепления в обсадной колонне 22. После того как оправка 76 переместится на расстояние, достаточное для подвески трубчатого элемента 66 на обсадной колонне 22, замковые защелки 68 выводятся из зацепления и освобождают трубчатый элемент 66. На фиг.10 замковые защелки 68 и шлипсы 72 якоря находятся в раскрепленном состоянии. После стравливания внутреннего давления и переноса веса колонны на поверхность поршень гидроцилиндра 74 отводится в исходное положение для совершения оправкой 76 еще одного рабочего хода. На фиг.11 показан последующий рабочий ход оправки с дальнейшим расширением трубчатого элемента 66. Дополнительно после расширения трубчатого элемента для достижения в конце герметичного контакта со стенкой ствола скважины 60 можно использовать один или несколько ствольных пакеров 82.
На фиг.12 показано продолжение движения оправки при подаче с поверхности давления на якорь 70 и гидроцилиндр 74. Понятно, что гидроцилиндр 74 может быть снабжен средствами повышения усилия на поршне, и в начале каждого рабочего хода к оправке 76 может прикладываться большее усилие по сравнению с остальной частью рабочего хода. Эти особенности были раскрыты в заявке US 60/265061 от 11.02.2002, содержание которой в полном объеме включено в настоящее описание, как если бы оно было в нем изложено. Однако при осуществлении изобретения могут использоваться и другие способы растяжения трубчатого элемента 66 или даже его крепления в удлиненной выемке 38 или в другом месте, которое исходно, во время цементирования обсадной колонны 22, было закрыто трубчатым экраном, например рассмотренным выше экраном 20.
В итоге, как показано на фиг.13, по мере приближения к направляющему башмаку 84, установленному на нижнем конце 86 трубчатого элемента 66, спусковая колонна 64 расширяет ствольные пакеры 82, плотно прижимая их к стенке ствола скважины 60. На нижнем конце спусковой колонны 64 схематически показан захватный механизм 88. При контакте с механизмом 88 направляющий башмак захватывается им. Оправка 76 расширяет нижний конец 86 трубчатого элемента 66 в достаточной степени для освобождения направляющего башмака. При подъеме колонны 64 из ствола скважины 60 на поверхность колонна забирает с собой якорь 70, гидроцилиндр 74, а также направляющий башмак 84, оставляя широкое отверстие 90 в нижнем конце трубчатого элемента 66, как показано на фиг.14. Известно, что направляющий башмак 84, представляя собой закругленный наконечник, облегчает спуск трубчатого элемента 66 в исходное положение, показанное на фиг.8. В нем может использоваться клапан, перепускающий жидкость для облегчения ввода трубчатого элемента 66. Как было указано выше, после извлечения направляющего башмака 84 в нижнем конце трубчатого элемента 66 остается широкое отверстие, позволяющее проводить последующие буровые работы или иные операции по заканчиванию скважины.
На фиг.16-19 захватный механизм 88 показан более подробно. Он имеет верхний переводник 100, установленный на резьбе 102 ниже замковых защелок 68. Резьбой 106 верхний переводник 100 соединен с сердечником 104. Направляющий башмак 84 крепится к трубчатому элементу 66 посредством разрезного кольца 108, зафиксированного от проворачивания штифтом 110, выступающим из башмака 84. Выполненная на кольце 108 резьба 112 находится в зацеплении с резьбой 114 трубчатого элемента 66. Кольцо 116 удерживает разрезное кольцо 108 на направляющем башмаке 84 в требуемом положении. Направляющий башмак 84 имеет проточку 118 и упорную поверхность 120. Верхний переводник 100 имеет поверхность 122, которая при продвижении захватного механизма 88 с оправкой 76 наталкивается на упорную поверхность 120. При встрече поверхности 122 верхнего переводника с упорной поверхностью 120 трубчатый элемент 66 еще не расширен. На сердечнике 104 имеется цанга 124, лепестки которой при стыковке поверхностей 120 и 122 заходят своими выступами в проточку 118. Когда это происходит, лепестки цанги оказываются над выемкой 126 сердечника 104, как показано на фиг.16А, что позволяет их выступам зайти в проточку 118 направляющего башмака 84. Сердечник 104 снабжен кольцом 128, удерживаемым срезными штифтами 130. Когда при соприкосновении поверхностей 120 и 122 направляющий башмак 84 нагружается направленным вниз усилием, резьба 112 и 114 срезается, направляющий башмак 84 падает и подхватывается кольцом 128. В этот момент, как показано на фиг.17А, поверхность 132 сердечника 104 подпирает выступы лепестков цанги 124 в проточке 118. Теперь направляющий башмак 84 захвачен сердечником 104. По мере движения сердечника 104 вниз вместе с оправкой 76 трубчатый элемент 66 расширяется донизу. После этого оправку 76 и захватный механизм 88 с прикрепленным к нему направляющим башмаком 84 можно поднять на поверхность, как показано на фиг.18А. Если по какой-либо причине направляющий башмак 84 не сможет освободиться от трубчатого элемента 66 либо застрянет по пути на поверхность, то приложение к спусковой колонне 64 усилия на выдергивание приведет к срезанию штифтов 130, что освободит лепестки 124, так как напротив проточки 118 окажется поверхность 134, как показано на фиг.19А. Понятно, что для улавливания направляющего башмака 84 по мере продвижения оправки 76 могут быть использованы и другие приспособления. Возможность извлечь направляющий башмак 84 выгодна тем, что исключает необходимость его разбуривания, а также уменьшает вероятность того, что при разбуривании направляющий башмак 84 просто провернется, так как расширенный трубчатый элемент 66 уже не будет препятствовать его вращению.
Из выше представленного раскрытия специалистам будут понятны преимущества описанных аспектов настоящего изобретения. Трубчатый экран 20 защищает места предстоящей установки трубчатого элемента 66 на обсадную колонну 22 от загрязнения цементным раствором 48, используемым для крепления обсадной колонны 22. Поэтому независимо от способа герметичного соединения трубчатого элемента 66 с обсадной колонной 22 достигается большая уверенность в том, что будет получено соединение с надлежащей герметичностью без опасения, что место установки может оказаться забитым цементным раствором. Предлагаемая конструкция с трубчатым экраном 20 может деформироваться в соответствии с изменениями гидростатического давления при спуске обсадной колонны 22 в ствол скважины. После расширения трубчатого элемента 66 или его крепления к обсадной колонне 22 иным способом нижний конец трубчатого элемента 66 остается открытым, так как направляющий башмак 84 извлекают из скважины.
По некоторым нормативам или в случае с отдельными добывающими компаниями одна лишь попытка придания непроницаемости стенкам скважины вокруг расширенного хвостовика 66 при помощи наружных пакеров не является достаточной, и в данном случае нужно соответствовать местным нормативным актам и обеспечить одноствольное закачивание при наличии возможности цементирования расширенного хвостовика. Предпочтительный вариант осуществления данного изобретения позволяет осуществить такое цементирование, а процессы расширения и цементирования хвостовика осуществляются за один или два перемещения конструкции вниз. Сравнивая башмаки обсадной трубы на фиг.15 и 20 можно увидеть, что они являются одинаковыми, однако вариант на фиг.20 обладает дополнительным золотниковым клапаном (со скользящей муфтой) 200, изображенным в закрытом состоянии на фиг.20. Углубленное место установки 202 закрыто трубчатым экраном 204, чье положение поддерживается одним или несколькими центраторами 206. Несжимаемый наполняющий материал или жидкость 208 первоначально занимает пространство позади трубчатого экрана 204 и внутри углубленного места установки 202, пространство между внешней муфтой 210 и углубленной муфтой 209, равно как и пространство между направляющей головкой (наконечником) 207, внешней муфтой 210 и трубчатым экраном 204. Этот наполнитель 208, постоянно поддерживающий неизменным свой объем, подается самотеком без применения давления. По мере того как башмак опускается в ствол скважины, гидростатическое давление внутри трубчатого экрана 204, ниже направляющей головки 207 и снаружи внешней муфты 210 будет нарастать, как разрушающее давление, направленное на детали, определяющие объем. Разрывные мембраны 203 могут быть добавлены в конструкцию направляющей головки 207 для того, чтобы обеспечить связь между наполнителем 208 с неизменным объемом и стволом скважины, а башмак будет убираться по достижении определенной разницы в уровнях давления. Эта связь уравнивает давления, устраняя разрушающие силы. Во время выравнивания давления скважинный буровой раствор может влиться в наполнитель 208 и сосуществовать с ним. При движении вниз золотниковый клапан 200 предпочтительно находится в закрытом, а не в открытом положении, как изображено на фиг.20, однако может быть применено любое положение клапана, поскольку пространство, занятое наполнителем 208, является изолированным и утечка не может произойти при цементировании присоединенной в соединении 212 обсадной трубы. Цемент не должен пройти через разрывные мембраны 203, поскольку давление объема выравнивается, а сам объем изолирован от потока. После цементирования обсадной трубы в скважину вводится породоразрушающий инструмент для выбуривания защитного трубчатого экрана 204, центраторов 206, частей направляющей головки 207, как изображено на фиг.21 А. Наполнитель 208 выводится на поверхность циркуляцией. Направляющая головка и ствол скважины под ней расширяются раздвижным буровым расширителем ниже башмака обсадной трубы, в результате чего достигается состояние, изображенное на фиг.21 Б.
Бурение и расширение ствола скважины продолжаются до расширения ствола скважины до предела, позволяющего поместить в ствол скважины следующую секцию трубы 218. На фиг.21 Б золотниковый клапан 200 обнажен, как и углубленное место установки 202. Отверстие 214 закрыто, а стрелка 216 указывает, что через него невозможно протекание жидкости. На фиг.22 изображена следующая секция трубы 218, расширенная в углубленном месте установки 202 и позади него. Как изображено на фиг.23, узел для осуществления такого расширения может включать комбинацию якоря и регулятора хода поршня (схематически изображен под номером 220) и соединяется с оправкой 222, которая, в свою очередь, может иметь различную конструкцию. Как изображено на фиг.20, в золотниковом клапане 200 имеется выемка 224, в которую предпочтительно, до расширения верхней части расширяемого хвостовика или подвесного устройства хвостовика, введен узел цангового патрона, расположенный на механизме регулятора хода поршня 220 и который действует в обоих направлениях, так что при перемещении хвостовика 218 вниз механизм регулятора хода поршня 220 может предоставлять подтверждение затяжки инструмента либо что хвостовик находится в подходящем месте для расширения его верхней части внутри углубленного места установки 202. Колонна 218 предпочтительно не оборудована наружными ствольных пакерами для уплотнения затрубного пространства 228, которое простирается вне ее. Как изображено на фиг.24, возможно обеспечить, чтобы направляющая головка 230 опускалась вниз, находясь внизу расширяемого хвостовика, и извлекалась бы после расширения при помощи извлекающего инструмента 226, находящегося внизу увеличенной в объеме колонны.
На фиг.25-29 изображен 2-х шаговый метод цементирования расширенного хвостовика. Цементировочная пробка 234 опускается вниз на спускной колонне 236, находясь ниже переключающего инструмента 232. Вначале цементировочная пробка 234 должна быть помещена у основания хвостовика 218. В данной точке могут быть произведены любые гидравлические испытания на герметичность, чтобы подтвердить, что цементировочная пробка 234 установлена должным образом, в то время как золотниковый клапан 200 находится в закрытом положении. Далее, как изображено на фиг.26, спускное приспособление 235 цементировочной пробки 234 отпускается и спускная колонна 236 поднимается вверх по стволу скважины. Как только переключающий инструмент 232 проходит мимо клапана, аналогичный узел цангового зажима входит в выемку 224. При этом вес направлен вниз, а сама колонна бурильных труб поворачивается направо. Подпружиненные защелки переключающего инструмента 232 входят в пазы задвижки золотникового клапана 200, заставляя клапан с гильзовым затвором вывинчиваться, открывая его. Как только золотниковый клапан 200 открывается, спускная колонна 236 начинает перемещаться вниз по стволу скважины, вновь помещая спускное приспособление 235 в цементировочную пробку 234. Как изображено на фиг.27, цемент 237 поступает по спускной колонне 236, через переключающий инструмент 232, спускное приспособление 235 и цементировочную пробку 234 в затрубное пространство 228, окружающее нижнюю трубу обсадной колонны 218. Скважинный буровой раствор 239, замещаемый закачиваемым цементом из затрубного пространства 228, проходит через золотниковый клапан 200. На фиг.28 переключающий инструмент 232 расположен в золотниковом клапане 200 и приводит к его закрытию при выходе из него, запирая тем самым цемент 237 в затрубном пространстве 228. На фиг.29 изображен отдельный рабочий ход, при котором цементировочная пробка 234 измельчается буровым долотом 244, прежде чем оно продолжит выбуривание следующей секции скважины.
В другом варианте золотниковый клапан 200 расположен сверху расширенного хвостовика 218, как раз под его местом (секцией) установки 231. Такое расположение изображено на фиг.30. Золотниковый клапан 200 будет увеличиваться в размерах параллельно расширению хвостовика 218, что обеспечивает, по крайней мере, такое же его смещение, как и смещение соответствующей обсадной трубы. После того как он будет увеличен в размере, он будет использован также, как было описано выше, и все методы цементирования, описанные в данной заявке, могут быть использованы в данном случае.
Способ ввода расширяемого хвостовика 218, крепления верхней секции хвостовика 218 к углубленному месту монтажа 202 при помощи расширения, продолжение расширения всего хвостовика 218, установка цементировочной пробки 234 снизу хвостовика 218, открытие золотникового клапана 200 для возврата замещенного скважинного бурового раствора 239 из затрубного пространства 228, закачка цемента 237 в затрубное пространство и закрытие золотникового клапана 200 во время одного рабочего хода изображено на фиг.31-35. Основное различие между этим методом и тем, что был детально объяснен выше и изображен на фиг.25-29, состоит в том, что цементировочная пробка 234 устанавливается во время того же рабочего хода, совершаемого хвостовиком 218 и инструментами 220 для осуществления расширения. На фиг.31 изображен хвостовик 218, который был доставлен и прикреплен к углубленному месту монтажа 202 при помощи направляющего башмака 230 и цементировочной пробки 234, уже установленных в должном месте в виде комбинированного узла 246. Как только расширяемый хвостовик 218 устанавливается в должном месте и достигает достаточной длины расширения, золотниковый клапан 200 может быть открыт, как обсуждалось выше, при помощи переключающего инструмента 232. Инструмент 220 для осуществления расширения затем возвращается к расширяемому хвостовику 218. Когда этот инструмент 220 входит в узел 246, как изображено на фиг.32, цемент 237 может быть закачан насосом с поверхности через спускную колонну 236, которая выходит на поверхность. Как было объяснено ранее, замещенный в ходе цементирования скважинный буровой раствор 239 проходит теперь через открытый золотниковый клапан 200 на поверхность через затрубное пространство 240. На фиг.33 изображено закачивание цемента 237 в затрубное пространство 228. На фиг.34 изображена вынутая спускная колонна 236, что вызвало закрытие золотникового клапана 200. Узел 246 оставлен в стволе скважины для последующего хода с использованием фрезы или бурового долота 244, как изображено на фиг.35.
На фиг.36 и 37 изображены альтернативные пути доставки башмачной насадки 268 для цементирования скважины к нижнему краю хвостовика 270. На фиг.36 башмачная насадка 268 доставляется при помощи хвостовика 270, будучи закрепленной на его окончании или рядом с ним во время расширения при помощи оправки 272. В конечном счете зажимное приспособление 274 захватывает башмачную насадку 268, позволяя ей пропустить скважинные флюиды в случае, когда цемент закачивается в затрубное пространство 276. После того как заранее отмеренное количество цемента будет закачано, зажимное приспособление поднимается с целью остановить поступление цемента из затрубного пространства 276 в хвостовик 270. Этот способ изображен на фиг.38-40. На фиг.38 стрелки 278 указывают на скважинные флюиды, замещенные закачанным через отверстия 262 цементом, обозначенным стрелкой 280. Цемент доставляется вниз по колонне 282, и при помощи известного согласно уровню техники отводящего устройства цемент 280 попадает ниже в затрубное пространство 270. После того как заранее отмеренное количество цемента будет закачано в затрубное пространство 270, оправка 272 подцепляется, закрывая проходы в башмачной насадке 268, как изображено на фиг.39. Башмачная насадка 268 позднее разбуривается или измельчается, как это изображено, при помощи бурового долота или фрезы 286. Буровая скважина далее может быть пробурена глубже и может быть расширена в диаметре при помощи раздвижного бурового расширителя 288. В то время как было описано помещение цемента сверху хвостовика, специалистам будет понятно, что цемент, в качестве альтернативного способа цементирования скважины, может быть закачан вниз через башмачную насадку 268, а скважинный раствор может быть замещен через отверстия, такие как 258 или 262.
На фиг.41 изображена расширяемая труба или хвостовик 300, доставляющий устройство 302 для изолирования цемента, расположенное около его нижнего края и внутри хвостовика 300. Изображение на фиг.42 является аналогичным за исключением того, что устройство для изолирования цемента выступает за нижний край хвостовика 300. На фиг.43 хвостовик 300 расширен при помощи узла оправки 304, а само расширение затронуло весь хвостовик вплоть до практически его окончания. На фиг.44 устройство для изолирования цемента изображено захваченным, в то время как узел оправки 304 заканчивает расширение, выступая через край хвостовика 300. На фиг.45 узел оправки 304 поднят вверх, помещая устройство 302 для изолирования цемента в плотный контакт с хвостовиком 300. На фиг.46 цемент 306 подается насосом через колонну 308, узел оправки 304 в затрубное пространство 310. После доставки цемента колонна и узел оправки 304 вынимаются, а фреза 312 вводится в хвостовик 300 для прорезания устройства 302 для изолирования цемента. Устройство для изолирования цемента может задействовать активизируемое уплотнение 314, которое может быть активировано под воздействием давления или путем механического воздействия либо иным другим способом для герметизации внутренней стенки хвостовика 300, будучи перемещаемым внутри его при вынимании наружу. Возможность доставания устройства 302 через хвостовик 300 позволяет узлу оправки 304 проходить через хвостовик 300 до его конца, расширяя его при этом. Активизируемое уплотнение 314 далее позволяет устройству 302 герметизировать увеличенный к настоящему моменту хвостовик 300. Устройство 302 может быть изготовлено из мягких металлов или из неметаллических материалов, что позволяет сократить время дробления, как изображено на фиг.47. Преимуществом доставки устройства 302 под хвостовик 300 является то, что оно может быть больше его, так что после расширения хвостовика 300 устройство 302, будучи вынимаемым обратно, будет находиться в плотном контакте с хвостовиком, а зазор между ними будет весьма малым. Устройству 302 может быть придана такая форма, которая позволит жидкости протекать через него в одном или обоих направлениях во время его использования, что позволяет облегчить процесс ввода. В то время как труба 300 считается лишь одной из нижних труб обсадной колонны, другие содержащие отверстия сборочные единицы, такие как перфорированные трубы или хвостовики с щелевидными продольными отверстиями могут также быть использованы в описанном методе. На фиг.41-47 изображена система доставки, расширения и цементирования за одно перемещение вниз.
Предшествующее раскрытие изобретения является иллюстративным и пояснительным, и различные изменения в размере, форме, применяемых материалах, равно как и в деталях изображенной конструкции, могут быть применены без отхода от сущности настоящего изобретения.