УЗЕЛ ОДНОПРОХОДНОГО ФРЕЗЕРА
SINGLE-PASS MILL UNIT

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение в целом относится к операциям бурения скважин и, более конкретно, к узлу однопроходного фрезера для многоствольных скважинных систем.
Во время операций бурения скважин может потребоваться пробурить боковой ствол скважины от существующего обсаженного ствола скважины или изменить траекторию ствола скважины после того, как была установлена обсадная колонна. Часто в таких случаях, перед бурением бокового ствола, операторы на буровой площадке используют первый фрезер, чтобы создать направляющее окно в обсадной колонне, а затем второй фрезер, чтобы создать небольшое ответвление ствола скважины, которое начинает боковой путь. Как правило, это требует многократных спускоподъемных рейсов колонны бурильных труб через ствол скважины, что может быть затратным и занять много времени.
ЧЕРТЕЖИ
Далее приведено описание некоторых конкретных типовых вариантов реализации изобретения, которые будут более понятны благодаря ссылкам на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 - диаграмма, иллюстрирующая морскую нефтегазодобывающую платформу, которая может использовать типовую систему однопроходного фрезера согласно аспектам данного изобретения.
Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая пример способа однопроходного фрезерования согласно аспектам данного изобретения.
Фиг. 3A-3D - диаграммы, иллюстрирующие последовательность этапов для использования типового узла однопроходного фрезера согласно аспектам данного изобретения.
Фиг. 4A и 4B - диаграммы, иллюстрирующие первый режим работы узла однопроходного фрезера согласно аспектам данного изобретения.
Фиг. 5A-5C - диаграммы, иллюстрирующие движение кольцевого фрезера и смещаемой колонны во время первого режима работы узла однопроходного фрезера согласно одному или более вариантам реализации изобретения.
В то время как варианты реализации данного изобретения проиллюстрированы, описаны и определены посредством ссылки на типовые варианты реализации изобретения, такие ссылки не подразумевают ограничение изобретения, и никакое такое ограничение не должно предполагаться. Объект описанного изобретения может подвергаться значительным модификациям, изменениям и эквивалентам по форме и функции, которые могут быть выполнены специалистом в данной области техники благодаря этому описанию. Проиллюстрированные и описанные варианты реализации данного изобретения являются только примерами и не дают исчерпывающую информацию об объеме изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение в целом относится к операциям бурения скважин и, более конкретно, к узлу однопроходного фрезера для многоствольных скважинных систем.
В данном документе подробно описаны иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения. Для ясности, в данном документе могут быть описаны не все особенности фактической реализации. Конечно, следует понимать, что в разработке любого такого фактического варианта реализации изобретения должны быть выполнены многочисленные реализации конкретных решений, чтобы достичь конкретных целей реализации, которые будут отличаться от одной реализации к другой. Кроме того, следует иметь в виду, что такая разработка может быть сложной и трудоемкой, но, тем не менее, благодаря описанию настоящего изобретения, понятной для специалиста в данной области техники.
Термины «соединяет» или «соединяется», используемые в данном документе, означают либо косвенное, либо непосредственное соединение. Таким образом, если первое устройство присоединяется ко второму устройству, то такое соединение может быть выполнено путем непосредственного соединения или путем косвенного электрического или механического соединения через другие устройства и соединения. Термин «выше по потоку», используемый в данном документе, означает вдоль траектории потока по направлению к источнику потока, а термин «ниже по потоку», используемый в данном документе, означает вдоль траектории потока по направлению от источника потока. Термин «вверх по стволу скважины», используемый в данном документе, означает вдоль колонны бурильных труб или скважины от дальнего конца по направлению к поверхности, и «вниз по стволу скважины», используемый в данном документе, означает вдоль колонны бурильных труб или скважины от поверхности по направлению к дальнему концу.
Следует понимать, что термины «буровое оборудование нефтяной скважины» или «буровая система нефтяной скважины» не предназначены для ограничения использования оборудования и процессов, описанных с помощью этих терминов, для бурения нефтяной скважины. В целом, термины также включают бурение скважин природного газа или углеводородных скважин. Кроме того, такие скважины могут использоваться для добычи, контроля или нагнетания в отношении извлечения углеводородов или других материалов из нижних горизонтов. Они могут также включать геотермальные скважины, предназначенные для получения источника тепловой энергии, вместо углеводородных.
Для целей данного описания система обработки информации может содержать любые технические средства или совокупность технических средств, выполненных с возможностью вычисления, классификации, переработки, передачи, получения, извлечения, создания, коммутирования, хранения, отображения, воплощения, обнаружения, записи, воспроизведения, обработки или использования любого вида информации, искусственного интеллекта или данных для коммерческих, научных, контрольных или других целей. Например, системой обработки информации может быть персональный компьютер, сетевое устройство хранения или любое другое подходящее устройство, которое может отличаться по размеру, форме, производительности, функциональности и цене. Система обработки информации может содержать оперативное запоминающее устройство («ОЗУ»), один или более вычислительных ресурсов, таких как центральный процессор («ЦП») или аппаратно или программно управляемая логика, ПЗУ и/или другие типы энергонезависимой памяти. Система обработки информации может дополнительно содержать микроконтроллер, который может быть миникомпьютером на одной интегральной микросхеме, содержащей процессорное ядро, память и программируемые периферийные устройства ввода/вывода. Дополнительные компоненты системы обработки информации могут содержать один или более дисковых накопителей, один или более сетевых портов для связи с внешними устройствами, а также различные устройства ввода и вывода («ввод/вывод»), такие как клавиатура, мышь и видеодисплей. Система обработки информации может также содержать одну или более шин, выполненных с возможностью реализации связи между различными аппаратными компонентами.
Для целей данного описания, машиночитаемые носители могут содержать любые технические средства или совокупность технических средств, которые могут хранить данные и/или команды в течение определенного периода времени. Машиночитаемые носители могут содержать, например, без ограничения, носители данных, такие как запоминающее устройство прямого доступа (например, жесткий диск или гибкий диск), запоминающее устройство последовательного доступа (например, накопитель на магнитной ленте), компакт-диск, CD-ROM, DVD, ОЗУ, ПЗУ, электрически стираемое программируемое ПЗУ («ЭСППЗУ») и/или флэш-память; а также средства связи, такие как провода.
Для лучшего понимания данного описания ниже приведены примеры конкретных вариантов реализации изобретения. Никоим образом приведенные ниже примеры не следует рассматривать как ограничивающие или определяющие объем изобретения. Варианты реализации настоящего изобретения могут быть применимы к горизонтальным, вертикальным, наклонным, многоствольным, с U-образным соединением, с пересечением, с байпасом (пробуренным вокруг прихваченного в скважине на средней глубине инструмента и обратно в скважину ниже) или иным нелинейным стволам скважин в подземном пласте любого типа. Варианты реализации изобретения могут быть применимы к нагнетательным скважинам и эксплуатационным скважинам, включая эксплуатационные скважины по добыче природных ресурсов, таких как сероводород, углеводороды или геотермальные скважины; а также в строительстве буровой скважины для прокладки туннелей через реки и других подобных туннельных буровых скважин для целей строительства приповерхностных или скважинных U-образных трубопроводов, используемых для транспортировки флюидов, таких как углеводороды. Варианты реализации изобретения, описанные ниже касательно одной реализации, не являются ограничивающими.
Фиг. 1 иллюстрирует морскую нефтегазодобывающую платформу 100, которая может использовать типовую систему однопроходного фрезера, как описано в данном документе, согласно одному или более вариантам реализации изобретения. Несмотря на то, что Фиг. 1 иллюстрирует морскую нефтегазодобывающую платформу 100, специалисту в данной области техники будет понятно, что различные варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, одинаково хорошо подходят для использования вместе с другими типами нефтяных и газовых буровых установок, таких как наземные нефтяные и газовые буровые установки или буровые установки, расположенные в любом другом географическом месте. Тем не менее, в проиллюстрированном варианте реализации изобретения, платформа 100 может быть полупогружной платформой 102, установленной над подводным нефтяным и газовым пластом 104, расположенным ниже морского дна 106. Подводный стояк или канал 108 проходит от палубы 110 платформы 102 для установки в устье скважины 112, расположенном на морском дне 106 и содержащем один или более противовыбросовых превенторов 114. Платформа 102 имеет подъемное устройство 116 и буровую вышку 118 для подъема и спуска колонны труб, такой как колонна бурильных труб 120, расположенная внутри подводного канала 108.
Как проиллюстрировано, основной ствол скважины 122 пробурен через различные толщи земли, включая пласт 104. Термины «родительский» и «основной» ствол скважины взаимозаменяемо используются в данном документе для обозначения ствола скважины, из которого пробурен другой ствол скважины. Тем не менее, следует отметить, что родительский или основной ствол не обязательно проходит к поверхности земли, и, вместо этого, может быть ветвью другого ствола скважины. Обсадная колонна 124 по меньшей мере частично цементирована внутри основного ствола скважины 122. Термин «обсадная колонна» используется в данном документе для обозначения трубной колонны, используемой для выравнивания ствола скважины. В некоторых вариантах применения, обсадная колонна может быть типа, известного специалистам в данной области техники как «хвостовик», и может быть сегментированным хвостовиком или непрерывным хвостовиком, таким как колонна гибких труб.
Как проиллюстрировано, ветвь или боковой ствол скважины 128 может быть пробурен в соответствии с одним или более вариантами реализации системы и способа работы однопроходного фрезера, описанных ниже. Термины «ветвь» и «боковой» ствол скважины используются в данном документе для обозначения ствола скважины, который пробурен наружу от его пересечения или слияния с другим стволом скважины, таким как родительский или основной ствол скважины 122. Кроме того, не отступая от объема изобретения, ветвь или боковой ствол скважины может иметь другую ветвь или боковой ствол скважины, пробуренный из него наружу. Соединение обсадных труб 126 может соединять между собой удлиненные участки или секции обсадной колонны 124 и располагаться в нужном месте внутри ствола скважины 122, где пробурена ветвь или боковой ствол скважины 128. Соответственно, соединение обсадных труб 126 эффективно образует неотъемлемую часть обсадной колонны 124.
Узел извлекаемого отклоняющего клина 130 или фрезерующий направляющий башмак другого типа, известный специалисту в данной области техники, может располагаться внутри обсадной колонны 124 и/или соединений обсадных труб 126. Узел извлекаемого отклоняющего клина 130 может быть выполнен с возможностью содействия одному или более режущим инструментам (то есть, фрезерам) в создании выхода из обсадной колонны 132 на внутренней стенке соединения обсадных труб 126 в нужном месте по периферии. Выход из обсадной колонны 132 обеспечивает «окно» в соединении обсадных труб 126, через которое можно вставить один или более других режущих инструментов (то есть, буровых долот), чтобы пробурить боковой ствол скважины 128.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что, несмотря на то что Фиг. 1 иллюстрирует вертикальный участок основного ствола скважины 122, варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, в равной степени применимы для использования в стволах скважин, имеющих другие конфигурации направлений, включая горизонтальные стволы скважин, искривленные стволы скважин, наклонные стволы скважин, их комбинации и тому подобное. Кроме того, термины, касающиеся направления, такие как выше, ниже, верхний, нижний, вверх, вниз, вверх по стволу скважины, вниз по стволу скважины и тому подобное, используются в отношении иллюстративных вариантов реализации изобретения так, как они изображены на фигурах, т.е. направление вверх будет по направлению к верхней части соответствующей фигуры, и направление вниз будет по направлению к нижней части соответствующей фигуры, направление вверх по стволу скважины будет по направлению к поверхности скважины и направление вниз по стволу скважины будет по направлению к забою скважины.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа однопроходного фрезерования 200, как описано в данном документе, согласно одному или более вариантам реализации изобретения. На этапе 210 узел однопроходного фрезера может быть введен в ствол скважины (такой, как ствол скважины 122 в варианте реализации изобретения по Фиг. 1).
На этапе 220 узел однопроходного фрезера может быть закреплен внутри ствола скважины. Узел однопроходного фрезера может быть закреплен в осевом и в радиальном направлении в обсадной колонне (такой, как обсадная колонна 124 в варианте реализации изобретения по Фиг. 1), на подходящей и наиболее эффективной глубине и ориентации для желаемого места расположения направляющего окна в обсадной колонне. Внешняя колонна узла однопроходного фрезера может выступать в качестве платформы для создания направляющего окна. Для крепления узла однопроходного фрезера может использоваться якорь, который может содержать различные инструменты и соединенные между собой трубчатые секции, чтобы вращать и выравнивать фрезерный инструмент (как в радиальном, так и в осевом направлении) относительно ориентации угла выхода и осевой глубины скважины нужного направляющего окна. В некоторых вариантах реализации изобретения якорем может служить многоствольная система крепления или соединения Сперри, доступная в компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас, США. В других вариантах реализации изобретения якорем может служить ориентирующая башмак направляющая с комбинацией блокировки движения и сдвига, или любые другие механические средства, известные специалисту в данной области техники, предназначенные для установки узла однопроходного фрезера как на определенной глубине внутри основного ствола скважины, так и в нужной ориентации угла выхода.
На этапе 230 первый режим работы узла однопроходного фрезера может использоваться для прорезания направляющего окна в обсадной колонне (такой как обсадная колонна 124 в варианте реализации изобретения Фиг. 1). Направляющим окном может быть отверстие заданного размера, геометрии, расположения и ориентации (таким, как выход из обсадной колонны 132 в варианте реализации изобретения Фиг. 2). В некоторых вариантах реализации изобретения, направляющее окно может использоваться для изменения траектории существующего ствола скважины после того, как была установлена обсадная колонна. В других вариантах реализации изобретения, направляющее окно может использоваться в качестве точки ветвления для бурения нового бокового ствола скважины (такого, как боковой ствол скважины 128 в варианте реализации изобретения Фиг. 1) от родительского ствола скважины.
На этапе 240 стопорный механизм может быть освобожден, чтобы позволить наружной колонне узла однопроходного фрезера спуститься в скважину, а отклоняющий инструмент (такой, как извлекаемый отклоняющий клин 130 в варианте реализации изобретения Фиг. 1) может быть закреплен в стволе скважины таким образом, чтобы выровнять угол отклонения отклоняющего инструмента относительно направляющего окна. Отклоняющий инструмент может быть закреплен с помощью любого из средств, описанных по отношению к этапу 220, таких как многоствольная система крепления или соединения Сперри, чтобы вращать и выравнивать отклоняющий инструмент (как в радиальном, так и в осевом направлении) относительно направляющего окна.
На этапе 250 второй режим работы узла однопроходного фрезера может использоваться для начала бокового ствола скважины из направляющего окна, прорезанного на этапе 220. В некоторых вариантах реализации изобретения, начало создания бокового ствола скважины может включать прорезание ответвления ствола скважины (например, скважины 8-12 метров, которую можно использовать в качестве исходной и/или направляющей для последующего бурения). Необязательно, этот этап может включать расширение направляющего окна, прорезанного на этапе 230.
На этапе 260 узел однопроходного фрезера может быть извлечен на поверхность, при этом отклоняющий инструмент, установленный ранее на этапе 240, остается закрепленным (в осевом и радиальном направлении) в скважине. Закрепленный отклоняющий инструмент может обеспечить эффективно ориентированный выход для обычных буровых систем, чтобы завершить боковой ствол скважины (например, ответвление ствола скважины), начатый на этапе 250. В альтернативных вариантах реализации изобретения, продолжение бокового ствола скважины может быть достигнуто с использованием узла однопроходного фрезера. В некоторых вариантах реализации изобретения этого можно достигнуть путем дальнейшего использования второго режима работы узла однопроходного фрезера, который использовался, чтобы начать боковой ствол скважины (этап 250), или, в качестве альтернативы, с помощью третьего режима работы узла однопроходного фрезера.
Этапы способа варианта реализации изобретения Фиг. 2 могут выполняться в другом порядке, чем это проиллюстрировано на Фиг. 2. Например, закрепление отклоняющего инструмента в стволе скважины (этап 240) не обязательно происходит в интервале между использованием первого режима работы узла однопроходного фрезера (этап 230) и использованием второго режима работы узла однопроходного фрезера (этап 250). Таким образом, в некоторых альтернативных вариантах реализации изобретения, закрепление отклоняющего инструмента в стволе скважины может осуществляться до использования первого режима работы (этап 230) или после использования второго режима работы (этап 250).
Фиг. 3A-3D иллюстрируют последовательность этапов для использования типового узла однопроходного фрезера 300 согласно одному или более вариантам реализации изобретения. В типовых вариантах реализации изобретения по Фиг. 3A-3D проиллюстрирована колонна бурильных труб 320, размещенная в стволе скважины 322, который пробурен в пласт 304 и укреплен обсадной колонной 324. Обсадная колонна 324 может соединяться с пластом 304 посредством цементного слоя 323. В некоторых вариантах реализации изобретения, колонна бурильных труб 320 может содержать осевой фрезер 350 и, необязательно, бочкообразный фрезер 352. Узел однопроходного фрезера может также содержать отклоняющий инструмент, проиллюстрированный на Фиг. 3A-3D в виде извлекаемого отклоняющего клина 330.
В варианте реализации изобретения по Фиг. 3A-3D проиллюстрирован извлекаемый отклоняющий клин 330 со встроенной фрезерной системой, содержащей кольцевой фрезер 342 и фрезерный канал 344. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения фрезерной системой 340 может быть система First Pass MILLRITE, коммерчески доступная в компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас, США. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения, фрезерной системой 340 может служить любая многоствольная фрезерная система, известная специалисту в данной области техники. Например, фрезерной системой 340 может служить любая фрезерная система, которая способна прорезать выход из обсадной колонны 332 в обсадной колонне 324 (и, необязательно, цементном слое 323) и, таким образом, облегчать бурение в окружающий подземный пласт 304 для создания бокового ствола скважины.
Извлекаемый отклоняющий клин 330 может соединяться с колонной бурильных труб 320 так, что они вместе могут быть введены в скважину 322. В варианте реализации изобретения по Фиг. 3А-3С, колонна бурильных труб 320 соединяется с извлекаемым отклоняющим клином 330 посредством муфты 355 и срезного винта 325. Как подробнее будет описано ниже касательно варианта реализации по Фиг. 3D, колонна бурильных труб 320 может быть выполнена с возможностью отсоединения от извлекаемого отклоняющего клина 330. Извлекаемый отклоняющий клин может иметь стопор 360, предназначенный для взаимодействия с первой стопорной позицией 362 и второй стопорной позицией 364 обсадной колонны 324. Таким образом, колонна бурильных труб 320 может использоваться для введения извлекаемого отклоняющего клина 330 внутрь ствола скважины 322, установки извлекаемого отклоняющего клина 330 в нужное положение путем взаимодействия стопора 360 либо с первой стопорной позицией 362, либо со второй стопорной позицией 364, и последующего отвода из ствола скважины 322, оставляя извлекаемый отклоняющий клин 330 закрепленным на месте.
На Фиг. 3А проиллюстрирован типовой узел однопроходного фрезера 300, размещенный в стволе скважины 322 вместе с извлекаемым отклоняющим клином 330, установленным в первую стопорную позицию 362. Первая стопорная позиция 362 может располагаться в скважине таким образом, что, когда извлекаемый отклоняющий клин 330 стопорится в первой стопорной позиции 362, фрезерная система 340 (и, в частности, кольцевой фрезер 342) может совпадать с желаемым местом для прорезания направляющего окна в обсадной колонне 324.
На Фиг. 3B проиллюстрирован типовой узел однопроходного фрезера 300, который используется в первом режиме работы, чтобы принудить фрезерную систему 340 прорезать направляющее окно 332 в обсадной колонне 324 и, необязательно, цементном слое 323. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения, где фрезерная система 340 содержит кольцевой фрезер 342 и фрезерный канал 344, первый режим работы может принудить кольцевой фрезер 342 вращаться и прорезать обсадную колонну 324 и цементный слой 323 по всей длине фрезерного канала 344. Таким образом, направляющее окно 332 может иметь требуемые размеры, геометрию, расположение и ориентацию. И хотя различные способы, известные специалисту в данной области техники, могут использоваться для достижения первого режима работы узла однопроходного фрезера 300, ниже, со ссылкой на Фиг. 4, подробно описан вариант реализации изобретения, использующий поток флюида.
На Фиг. 3C проиллюстрирован типовой узел однопроходного фрезера 300, в котором извлекаемый отклоняющий клин 330 перемещен во вторую стопорную позицию 364. Это перемещение может быть выполнено оператором на поверхности, толкающим или тянущим бурильную колонну 324, чтобы освободить стопор 360 из первой стопорной позиции 362 и затем изменить положение бурильной колонны 324, чтобы совместить стопор 360 со второй стопорной позицией 364. Вторая стопорная позиция 364 может располагаться в скважине таким образом, что, когда извлекаемый отклоняющий клин 330 стопорится во второй стопорной позиции 364, угол отклонения от извлекаемого отклоняющего клина 330 совпадает с направляющим окном 332 в обсадной колонне 324.
На Фиг. 3D проиллюстрирован типовой узел однопроходного фрезера 300, который используется во втором режиме работы, чтобы принудить осевой фрезер 350 и бочкообразный фрезер 352 прорезать ответвление ствола скважины 334 через направляющее окно 332. И хотя различные способы, известные специалисту в данной области техники, могут использоваться для достижения второго режима работы узла однопроходного фрезера 300, вариант реализации изобретения, проиллюстрированный на Фиг. 3D, может использовать вращательное и направленное вниз усилие от колонны бурильных труб 320. В частности, оператор на поверхности может принудить колонну бурильных труб 320 вращаться и продвигаться вниз по стволу скважины с усилием, достаточным, чтобы принудить осевой фрезер 350 срезать срезной винт 325 и разрезать муфту 355. Таким образом, колонна бурильных труб 320 может быть отсоединена от извлекаемого отклоняющего клина 330. Чтобы облегчить отсоединение, муфта 355 может состоять из относительно мягкого материала, который может быть прорезан осевым фрезером 350 (например, алюминия), при этом извлекаемый отклоняющий клин 330 может состоять из относительно прочного материала, который не может быть прорезан осевым фрезером 350 (например, карбида).
После прорезания муфты 355 колонна бурильных труб 320 (вместе с осевым фрезером 350) может быть отклонена с помощью извлекаемого отклоняющего клина 330 внутрь направляющего окна 322. Продолжающее действовать направленное вниз усилие и вращение колонны бурильных труб 320 будет принуждать осевой фрезер 350 прорезать за пределы направляющего окна 332 в пласт 304 и создавать ответвление ствола скважины 334. В вариантах реализации изобретения, где колонна бурильных труб 320 дополнительно содержит бочкообразный фрезер 352, второй режим работы узла однопроходного фрезера может также расширять направляющее окно 332 и увеличивать диаметр ответвления ствола скважины 334.
В некоторых вариантах реализации изобретения, колонна бурильных труб 320 может подниматься из ствола скважины 322 после прорезания ответвления ствола скважины 334, оставляя в скважине извлекаемый отклоняющий клин 330. После этого в ствол скважины 322 можно ввести другую колонну бурильных труб, выполненную с возможностью бурения с использованием любого из различных средств, известных специалисту в данной области техники. Эта колонна бурильных труб может отклоняться извлекаемым отклоняющим клином 330 внутрь ответвления ствола скважины 334 и использоваться затем для бурения боковой скважины.
Необязательно, извлекаемый отклоняющий клин 330 также может содержать механизмы (не проиллюстрированы) для облегчения последующего извлечения с использованием промывки. В некоторых вариантах реализации изобретения, наружный край извлекаемого отклоняющего клина 330, в кольцевом пространстве между извлекаемым отклоняющим клином 330 и обсадной колонной 324, может содержать эластомер, такой как гидрогенизированный бутадиен-нитрильный каучук (ГБНК). ГБНК может иметь цветовую маркировку, чтобы во время операций промывки по цвету обратного потока бурового раствора можно было определить положение промывочного инструмента относительно извлекаемого отклоняющего клина 330. Например, окрашенный в желтый ГБНК может располагаться вблизи верхней части извлекаемого отклоняющего клина 330, в результате чего, когда промывочный инструмент вступает в начальный контакт с извлекаемым отклоняющим клином 330 и стирает этот слой ГБНК, обратный поток бурового раствора будет иметь желтый цвет. ГБНК, окрашенный в оранжевый, может располагаться еще ниже извлекаемого отклоняющего клина 330 и т.д. Таким образом, извлекаемый отклоняющий клин 330 может быть точно обнаружен и захвачен промывочным инструментом для удаления из ствола скважины 322.
Фиг. 4A и 4B иллюстрируют типовой первый режим работы узла однопроходного фрезера 400 согласно одному или более вариантам реализации изобретения. Вариант реализации изобретения по Фиг. 4A и 4B иллюстрирует пласт 404, колонну бурильных труб 420, ствол скважины 422, цементный слой 423, обсадную колонну 424, первую стопорную позицию 462, срезной винт 425, извлекаемый отклоняющий клин 430, фрезерную систему 440, кольцевой фрезер 442, фрезерный канал 444, осевой фрезер 450, бочкообразный фрезер 452, муфту 455 и стопор 460, один или более из которых могут быть аналогичны соответствующим элементам в вариантах реализации изобретения по Фиг. 3A-3D.
В варианте реализации изобретения по Фиг. 4A и 4B, фрезерная система 440 дополнительно содержит направляющую 446 (также известную как «направляющий блок», «подвижной направляющий блок» или «фрезерный блок»), которая обычно может поддерживать и направлять кольцевой фрезер 442 внутри извлекаемого отклоняющего клина 430. Как проиллюстрировано, извлекаемый отклоняющий клин 430 может определять или иным образом формировать фрезерный канал 444. По мере продвижения кольцевого фрезера 442 вниз по стволу скважины, направляющая 446 перемещается в осевом направлении вдоль фрезерного канала 444, который может содержать наклонный участок (не проиллюстрирован), который постепенно поджимает вращающийся кольцевой фрезер 442 к внутренней поверхности обсадной колонны 424 и, необязательно, цементному слою 423, прорезая, таким образом, пласт направляющего окна. По мере дальнейшего продвижения кольцевого фрезера 442 вниз по стволу скважины, направляющая 446 перемещается вдоль фрезерного канала 444 и, соответственно, осевая длина или отверстие направляющего окна увеличивается, пока направляющий блок не достигнет конца фрезерного канала 444. Таким образом, взаимодействие направляющей 446 с фрезерным каналом 444 позволяет управлять размерами направляющего окна, прорезаемого в обсадной колонне 424 и цементном слое 423.
В варианте реализации изобретения по Фиг. 4A и 4B, внутри муфты 455 может располагаться смещаемая колонна 470. Внутри смещаемой колонны 470 может располагаться вращающаяся колонна 480, которая может соединяться со смещаемой колонной 470 и с кольцевым фрезером 442. Смещаемая колонна 470 и вращающаяся колонна 480 могут удерживаться на месте с помощью блокировочного механизма 474, который может соединяться с муфтой 455 или извлекаемым отклоняющим клином 430. В некоторых вариантах реализации изобретения, вращающаяся колонна 480 может не быть колонной, отдельной от смещаемой колонны 470, а, вместо этого, может быть поворотным участком смещаемой колонны 470.
В некоторых вариантах реализации первого режима работы узла однопроходного фрезера 400, блокировочный механизм 474 может быть разблокирован, позволяя смещаемой колонне 470 и вращающейся колонне 480 смещаться по направлению вниз по стволу скважины. Кроме того, при смещении вниз по стволу скважины вращающаяся колонна 480 может вращаться. В некоторых вариантах реализации изобретения, преобразование гидравлической энергии в механическую энергию может создавать усилие, принуждающее перемещать вниз по стволу скважины смещаемую колонну 470, а также перемещать вниз по стволу скважины и вращать вращающуюся колонну 480.
Фиг. 4B иллюстрирует один вариант реализации изобретения, в котором гидравлическая энергия может обеспечиваться потоком флюида 490, который может представлять собой поток бурового раствора (например, бурового глинистого раствора), управляемый оператором на поверхности и закачиваемый вниз по колонне бурильных труб 420. Течению потока флюида 490 может способствовать муфта 455, которая может создавать перепад давления в потоке флюида 490 за счет предотвращения смешивания потока флюида 490, текущего вниз по стволу скважины через муфту 455, и потока флюида 490, текущего вверх по стволу скважины через ствол скважины 422. Необязательно, муфта 455 также может содержать участок относительно небольшого диаметра, чтобы поддерживать или увеличивать этот перепад давления.
На Фиг. 4В проиллюстрировано давление от потока флюида 490, которое разблокирует блокировочный механизм 474. В кольцевом пространстве между смещаемой колонной 470 и муфтой 455 могут находиться осевые уплотнения 472, чтобы не позволить потоку флюида 490 попадать в кольцевое пространство по мере того, как смещаемая колонна 470 и вращающаяся колонна 480 перемещаются вниз по стволу скважины. Таким образом, может поддерживаться перепад давления потока флюида 490, а поток флюида 490 может направляться в смещаемую колонну 470 и, соответственно, во вращающуюся колонну 480, как проиллюстрировано на Фиг. 4В.
В некоторых вариантах реализации первого режима работы вращающаяся колонна 480 может содержать механизм для преобразования гидравлической энергии в осевое усилие, такой как мешалка 484. Вращающаяся колонна 480 также может содержать механизм для преобразования гидравлической энергии в крутящий момент, такой как силовая секция 486. Таким образом, течение потока флюида 490 через вращающуюся колонну 480, включая мешалку 484 и силовую секцию 486, может принудить мешалку 484 создавать усилие, направленное вниз по стволу скважины, а силовую секцию 486 - создавать крутящий момент. Усилие, направленное вниз по стволу скважины, создаваемое мешалкой 484, может вызвать перемещение вниз по стволу скважины смещаемой колонны 470 и вращающейся колонны 480. Аналогичным образом, крутящий момент, создаваемый силовой секцией 486, может вызвать вращение вращающейся колонны 480. Необязательно, вращающаяся колонна 480 также может содержать поплавковый клапан 482, который может ограничивать поток флюида 490 до одностороннего течения внутрь вращающейся колонны 480 из смещаемой колонны 470. В некоторых вариантах реализации изобретения это может помогать поддерживать смазанными мешалку 484 и силовую секцию 486 путем предотвращая утечки потока флюида 490 из вращающейся колонны 480 и обратно в смещаемую колонну 470.
В результате перемещения вниз по стволу скважины и вращения вращающейся колонны 480 кольцевой фрезер 442 также может вращаться, перемещаясь при этом вниз по стволу скважины вдоль фрезерного канала 444, пока направляющая 446 не достигнет конца фрезерного канала 444. Таким образом, первый режим работы узла однопроходного фрезера 400 может принудить кольцевой фрезер 442 прорезать направляющее окно в обсадной колонне 424, и, необязательно, цементном слое 432 вдоль фрезерного канала 444. Соединение между вращающейся колонной 480 и кольцевым фрезером 442 может, необязательно, содержать трансмиссию 492, чтобы способствовать плавной передаче осевого и вращающего усилия от вращающейся колонны 480 к кольцевому фрезеру 442. Аналогичным образом, соединение между вращающейся колонной 480 и кольцевым фрезером 442 может, необязательно, содержать блок подшипников 494, чтобы способствовать плавному вращению кольцевого фрезера 442. В некоторых вариантах реализации изобретения, блок подшипников 494 может быть блоком, смазываемым флюидом, и в таких вариантах реализации изобретения по меньшей мере некоторое количество потока флюида 490 может направляться через блок подшипников 494. В альтернативных вариантах реализации изобретения могут использоваться другие типы подшипников, известные специалисту в данной области техники (например, масляные подшипники).
Во время прорезания поток флюида 490 может захватывать обломки породы и возвращать их на поверхность посредством течения вверх по стволу скважины через извлекаемый отклоняющий клин 430 и ствол скважины 422. Когда направляющая 446 достигает конца фрезерного канала 444, оператор на поверхности может видеть снижение перепада давления и, таким образом, понять, что направляющее окно было прорезано. Оператор на поверхности может затем остановить прокачку флюида и, при желании, приступить к инициированию второго режима работы узла однопроходного фрезера 400.
Фиг. 5А-5С иллюстрируют движение кольцевого фрезера 542 и смещаемой колонны 570 во время типового первого режима работы узла однопроходного фрезера 500 в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Вариант реализации изобретения по Фиг. 5A-5C иллюстрирует пласт 504, ствол скважины 522, цементный слой 523, обсадную колонну 524, извлекаемый отклоняющий клин 530, фрезерную систему 540, кольцевой фрезер 542, фрезерный канал 544, направляющую 546, муфту 555, стопор 560, первую стопорную позицию 562, осевые уплотнения 572, блокировочный механизм 574, вращающуюся колонну 580, поплавковый клапан 582, мешалку 584, силовую секцию 586, трансмиссию 592 и блок подшипников 594, один или более из которых могут быть аналогичны соответствующим элементам в вариантах реализации изобретения по Фиг. 4A и 4B.
В варианте реализации изобретения по Фиг. 5A кольцевой фрезер 542 и смещаемая колонна 570 проиллюстрированы до инициализации первого режима работы. Проиллюстрирован кольцевой фрезер 542, расположенный в начале фрезерного канала 544 так, что кольцевой фрезер 542 не касается обсадной колонны 524. Проиллюстрирована смещаемая колонна 570, еще не перемещенная внутри муфты 555, и блокировочный механизм 574 может быть заблокирован.
В варианте реализации изобретения по Фиг. 5В кольцевой фрезер 542 и смещаемая колонна 570 проиллюстрированы во время первого режима работы. Проиллюстрирована смещаемая колонна 570, которая перемещена в муфте 555 по направлению вниз по стволу скважины. Перемещение смещаемой колонны 570 может принудить кольцевой фрезер 542 перемещаться по направлению вниз по стволу скважины вдоль фрезерного канала 544. Фрезерный канал 544 может содержать первый наклонный участок 547, чтобы принудить кольцевой фрезер 542 смещаться в сторону пласта 504, когда он проходит вдоль фрезерного канала 544. Первый наклонный участок 547 может иметь достаточную высоту, чтобы принудить кольцевой фрезер 542 прорезать направляющее окно 532 нужной глубины в обсадной колонне 524 и, необязательно, цементном слое 523. Как также проиллюстрировано на Фиг. 5В, один или более компонентов узла однопроходного фрезера 500 могут быть достаточно гибкими, чтобы позволить кольцевому фрезеру 542 смещаться наружу.
В варианте реализации изобретения по Фиг. 5C кольцевой фрезер 542 и смещаемая колонна 570 проиллюстрированы после завершения первого режима работы. Проиллюстрирована смещаемая колонна 570, которая еще дальше перемещена в муфте 555 по направлению вниз по стволу скважины. Дальнейшее перемещение смещаемой колонны 570 может принудить кольцевой фрезер 542 перемещаться по направлению вниз по стволу скважины вдоль фрезерного канала 544, пока направляющая 546 не достигнет конца фрезерного канала 544. Фрезерный канал 544 может содержать второй наклонный участок 548, чтобы принудить кольцевой фрезер 542 смещаться в сторону от пласта 504, когда он проходит дальше вдоль фрезерного канала 544. Второй наклонный участок 548 может иметь достаточную высоту, чтобы принудить кольцевой фрезер 542 больше не касаться обсадной колонны 524. Таким образом, высоты первого наклонного участка 547 и второго наклонного участка 548 могут использоваться для управления глубиной направляющего окна 532, а расстояние между первым наклонным участком 547 и вторым наклонным участком 548 может использоваться для управления длиной направляющего окна.
Согласно аспектам настоящего изобретения, вариант реализации изобретения представляет собой способ, включающий введение узла внутрь первого ствола скважины, при этом узел содержит отклоняющий инструмент; использование первого режима работы узла для создания направляющего окна в обсадной колонне первого ствола скважины; закрепление отклоняющего инструмента в первом стволе скважины; и использование второго режима работы узла для начала второго ствола скважины через направляющее окно.
В некоторых вариантах реализации изобретения второй режим работы может дополнительно включать вращение колонны бурильных труб, соединенной с узлом. В некоторых вариантах реализации изобретения первый режим работы может дополнительно включать протекание флюида через указанную колонну бурильных труб и внутри указанного узла. В некоторых вариантах реализации изобретения, первый режим работы дополнительно включает преобразование гидравлической энергии от флюида во вращающее усилие.
В любом из вариантов реализации изобретения, описанных в двух предыдущих абзацах, способ может дополнительно включать отсоединение колонны бурильных труб от отклоняющего инструмента. В некоторых вариантах реализации изобретения отклоняющим инструментом может служить извлекаемый отклоняющий клин. В любом из вариантов реализации изобретения, описанных в двух предыдущих абзацах, способ может дополнительно включать изменение положения отклоняющего инструмента в первом стволе скважины в интервале между использованием первого режима работы и использованием второго режима работы.
В соответствии с аспектами настоящего изобретения, вариант реализации изобретения представляет собой систему, содержащую осевой фрезер, соединенный с кольцевым фрезером, при этом система функционирует: (1) в первом режиме работы, в котором кольцевой фрезер создает направляющее окно в обсадной колонне первого ствола скважины; и (2) во втором режиме работы, в котором осевой фрезер начинает второй ствол скважины через направляющее окно.
В некоторых вариантах реализации изобретения второй режим работы может дополнительно включать вращение колонны бурильных труб, соединенной с осевым фрезером. В некоторых вариантах реализации изобретения первый режим работы может дополнительно включать вращение кольцевого фрезера с использованием перепада давления. В некоторых вариантах реализации изобретения первый режим работы может дополнительно включать создание перепада давления, принуждая флюид течь через колонну бурильных труб, соединенную с кольцевым фрезером. В некоторых вариантах реализации изобретения первый режим работы может дополнительно включать преобразование гидравлической энергии флюида во вращающее усилие.
Вариант реализации изобретения представляет собой систему, содержащую колонну бурильных труб, соединенную с осевым фрезером, извлекаемый отклоняющий клин, соединенный с колонной бурильных труб; вращающуюся колонну, расположенную внутри извлекаемого отклоняющего клина, и кольцевой фрезер, соединенный с вращающейся колонной.
В некоторых вариантах реализации изобретения вращающаяся колонна может дополнительно содержать силовую секцию. В некоторых вариантах реализации изобретения вращающаяся колонна может дополнительно содержать мешалку. В некоторых вариантах реализации изобретения вращающаяся колонна может соединяться со смещаемой колонной. В некоторых вариантах реализации изобретения одно или более гидравлических уплотнений могут располагаться в кольцевом пространстве между смещаемой колонной и извлекаемым отклоняющим клином.
В любом из вариантов реализации изобретения по двум предыдущим абзацам вращающаяся колонна может дополнительно содержать поплавковый клапан. В любом из вариантов реализации изобретения по двум предыдущим абзацам кольцевой фрезер может соединяться с вращающейся колонной посредством трансмиссии. В любом из вариантов реализации изобретения по двум предыдущим абзацам кольцевой фрезер может соединяться с трансмиссией посредством блока подшипников.
Таким образом, данное изобретение хорошо подходит для достижения указанных, а также присущих ему целей и преимуществ. Конкретные варианты реализации изобретения, описанные выше, являются только иллюстративными, так как данное изобретение может быть модифицировано и реализовано различными, но эквивалентными способами, очевидными специалисту в данной области техники благодаря идеям, изложенным в данном документе. Кроме того, для деталей конструкции или схемы, проиллюстрированных в данном документе, не предусмотрены никакие ограничения, кроме раскрытых в приведенных ниже пунктах формулы изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и считается, что все такие вариации находятся в рамках объема и сущности данного изобретения. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Использование единственного числа в формуле изобретения может означать в данном документе один или более чем один из элементов. Кроме того, термины «соединять» или «соединяет» или любой распространенный вариант, используемый в подробном описании или формуле изобретения, не означают только непосредственное соединение. Наоборот, два элемента могут соединяться косвенно, но все равно рассматриваться в рамках объема подробного описания и формулы изобретения как соединенные.