УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ КЛИНА-ОТКЛОНИТЕЛЯ И СПОСОБ УСТАНОВКИ КЛИНА-ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR POSITIONING WEDGE-DEFLECTOR AND PROCEDURE FOR POSITIONING WEDGE-DEFLECTOR IN WELL

Изобретение относится к способам и устройствам для реконструкции скважин методом зарезки бокового ствола и строительства многозабойных скважин, а именно касается способа и устройства для установки клина-отклонителя при зарезке боковых стволов в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, в том числе скважинах старого фонда и многоствольных скважинах.
Известны способы установки механизмов на заданный угол с применением измерительных устройств, например установка клина-отклонителя в скважине с применением инклинометров или телеметрических систем. Их недостатком является необходимость проведения измерений для определения апсидального угла установки клина-отклонителя.
Известна компоновка для забуривания боковых стволов из обсаженных скважин, которая выполнена в виде продольно гофрированной трубы, средства азимутальной ориентации клина в стволе скважины, а также средства соединения перечисленных элементов в единое устройство (по патенту RU 2291268). Недостатком является большая погрешность установки клина-отклонителя относительно апсидального угла, а также невозможность доступа в основной ствол.
Известен отклонитель-ориентатор по патенту RU 2145658, включающий корпус с клиновой поверхностью, верхняя из которых представляет собой желоб, установочный клин, установленный в нижней части корпуса, и транспортировочный патрубок. Отклонитель выполнен эксцентричным с нижним расположением центра тяжести, желоб верхней клиновой поверхности корпуса выполнен из материала, сопротивление резанию которого выше сопротивления вырезаемой части колонны труб скважины. Способ установки известного отклонителя-ориентатора включает предварительное определение азимута зарезаемого ствола, спуск и ориентирование отклонителя под действием силы тяжести. После достижения отклонителя заранее установленного на требуемой отметке цементного моста жестко закрепляют его к стенкам скважины при помощи клина. Недостатком способа и устройства является необходимость установки опорного цементного моста.
Известно устройство для многозабойного вскрытия продуктивных пластов одной скважиной (по патенту RU 2197593), включающее корпус, выполненный в виде продольно-гофрированной трубы, заглушенной с нижней стороны с патрубком с наклонной поверхностью, переходящей в продольный паз под шпонку, установленную в ориентирующем фиксаторе, извлекаемый клин. Поворачивая направляющую шпонку и упорную втулку фиксатора, согласуется направление рабочей поверхности клина и направляющей шпонки фиксатора относительно необходимого направления бокового ствола с запланированной глубины. Его недостатком является необходимость использования телесистемы или инклинометра для ориентации клина отклонителя.
Известны способ и устройство для установки клина-отклонителя по патенту US 6968903 (выбраны в качестве прототипов способа и устройства). Устройство включает вал со смещенным центром тяжести, противовес, компенсатор, клин-отклонитель, разъединитель клина-отклонителя. Компенсатор может быть возвращен на поверхность после отделения от установленного в скважине клина. Недостатками данного способа и устройства являются: необходимость устанавливать цементный мост для заякоривания устройства; ориентация клина производится при вращении всей бурильной колонны через вертлюг, в связи с чем необходимо противовес изготавливать массивным. Установка клина-отклонителя осуществляется за два спуска.
Технической задачей изобретения является снижение затрат при установке клина-отклонителя и упрощение ориентирования механизмов, за счет уменьшения количества спуско-подъемных операций, а также за счет повышения технологичности таких операций. Кроме того, технической задачей является упрощение и снижение металлоемкости устройства для ориентирования.
Технический результат достигается в устройстве для установки клина-отклонителя (далее - устройство), включающем посадочное устройство с наклонной поверхностью и гидравлическим якорем, выполненное со смещенным центром тяжести и соединенное с валом направляющего устройства через шпиндель с возможностью вращения относительно клина-отклонителя, жестко связанного с бурильной колонной с одной стороны и с валом направляющего устройства с другой. Направляющее устройство, включающее расположенные на валу ответные поверхности для взаимодействия с наклонной поверхностью посадочного устройства, включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала на необходимый угол, причем направляющее устройство выполнено с возможностью фиксации относительно посадочного устройства после его заякоривания. Гидравлический якорь выполнен в виде профильной трубы с клапаном и снабжен утяжелителем. Профильная труба выполнена таким образом, что, после заякоривания гидравлического якоря, образует проход для шпинделя.
Технический результат достигается в способе установки клина-отклонителя в скважине, характеризующиемся тем, что на ориентирующем устройстве выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя относительно посадочного устройства, опускают компоновку в скважину, производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, сориентированного под действием силы тяжести, осуществляют фиксацию направляющего устройства с клином-отклонителем относительно посадочного устройства. Фиксацию направляющего устройства относительно посадочного устройства осуществляют, совмещая их по наклонной и ответным поверхностям.
Изобретение поясняется чертежами:
фиг.1 - устройство для установки клина-отклонителя;
фиг.2 - устройство для установки клина-отклонителя;
фиг.3 - клин-отклонитель.
Устройство для установки клина-отклонителя (на фиг.1, 2 показаны разрезы в разных плоскостях) включает посадочное устройство 1 с гидравлическим якорем 2. Гидравлический якорь 2 выполнен в виде профилированной (например, продольно-гофрированной) трубы, соединенной с клапаном 5 (с башмаком 23, оснащенным клапаном 5), и снабжен утяжелителем или утяжелителями (не показаны) таким образом, что центр тяжести посадочного устройства 1 находится вне продольной оси устройства. Смещение центра тяжести также может быть реализовано, например, использованием утяжелителей (распределение дополнительного веса эксцентрично или заполнение части полостей менее плотными веществами, чем буровой раствор, а другой части - раствором).
Посадочное устройство 1 соединено с направляющим устройством 4 через шпиндельный узел, который состоит из шпинделя 7 (полая ось), осевых нижних опор 14, 22 и верхней опоры 15 и упорных подшипников 8 (2 штуки). Упорные подшипники 8 выполнены герметичными, принимают осевую нагрузку и позволяют вращаться бурильной колонне (не показана) с направляющим устройством 4 и посадочному устройству 1 друг относительно друга.
Шпиндель 7, с выполненным в нем осевым каналом, предназначен для предотвращения передачи вращения бурильной колонны на устройство (компоновку), не препятствуя при этом передаче осевого усилия к элементам устройства, находящимся ниже шпинделя 7, а также позволяет прокачивать буровой раствор через элементы устройства для гидравлического заякоривания посадочного устройства 1. Шпиндель 7 соединен с валом 9 при помощи резьбового соединения.
Посадочное и направляющее устройства выполнены таким образом, что, после заякоривания посадочного устройства 1, направляющее устройство 4 может быть зафиксировано относительно посадочного устройства 1. Для этого посадочное устройство 1 имеет направляющие поверхности, а именно наклонную поверхность 10, переходящую в продольный паз 11, а направляющее устройство 4 имеет ответные поверхности (образованные наклонной поверхностью 12 направляющей втулки 19 и шпонкой 13). При этом профилированная труба 2 выполнена таким образом, что, при гидравлическом заякоривании, первоначально вогнутые лепестки 16 прижимаются к стенкам скважины (не показана), при этом образуется проход для нижнего упора 14 шпинделя 7.
Направляющее устройство 4, кроме того, содержит зацепы 17 (фиг.2) со срезными винтами (не показаны), а также включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала 9, соединенного с клином-отклонителем 3 (фиг.3): поворотная втулка 21, вал 9 и направляющая втулка 19 снабжены чередующимися выступами и пазами 20, взаимодействующими между собой, которые позволяют выставить необходимый угол установки клина-отклонителя 3.
Для образования проходного канала для жидкости, через отверстие в фрезе и вдоль всего тела клина-отклонителя 3 вставляется трубка (на фиг.3 не показана).
Способ реализуют следующим образом.
Выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя 3 относительно посадочного устройства 1 (относительно шпонки 13). Для этого откручивают шпиндель 7, зажимающий через деталь 24 направляющую втулку 19, для создания зазора между ней и поворотной втулкой 21, после чего производят разъединение поворотной втулки 21 с направляющей втулкой 9 по выступам и пазам 20. Поворачивают направляющую втулку 19 вместе со шпонкой 13 на валу 9 относительно отклоняющей плоскости клина-отклонителя 3 на угол, составляющий разницу между проектным азимутом бурения бокового ствола и замеренного азимута, по которому направлен продольный паз 11. Закручивают шпиндель 7 на валу 9, тем самым фиксируя направляющую втулку 19 в соединении но выступам и пазам 20 с поворотной втулкой 21.
Компоновку с устройством спускают в скважину, где оно ориентируется под действием силы тяжести за счет гидравлического якоря 2 со смещенным центром тяжести. Внутри колонны для раздутия профилированной трубы гидравлического якоря 2 создают необходимое давление жидкости, например, повысив давление в бурильном инструменте от 0 МПа до 10-14 МПа и выдержав в течение 5 минут, затем давление сбросить до 0 МПа. При этом профилированная труба 2 прижимается к стенкам скважины. Надежность закрепления гидравлического якоря проверяется разгружением и натягиванием бурильной колонны.
После фиксации посадочного устройства в скважине, расширяется проходной канал (проход) и освобождается нижняя упора 14 упорных подшипников 8 шпинделя 7. Шпиндель 7 проталкивают (спускают) внутрь профилированной трубы 2. При этом спускается колонна с клином-отклонителем 3, с направляющим устройством 4 до совмещения наклонной поверхности посадочного устройства 1 и ответных поверхностей. Шпонка 13 попадает в продольный паз 11, обеспечивая надежную фиксацию частей в заданном положении друг относительно друга. При этом клин-отклонитель 3 (фиг.3) с фрезами (оконной и расширяющей), закрепленными с помощью срезного винта, оказывается сориентированным в скважине.
Выполнение наклонной поверхности 10, переходящей в продольный паз 11 под шпонку 13, позволяет при посадке на него направляющего устройства 4 с ответными поверхностями точно фиксировать шпонку 13, а значит, устанавливать клин-отклонитель 3 на заданное направление. Благодаря наклонной поверхности 10 шпонка 13, коснувшись пера направляющей втулки 19, скользит по ее поверхности, тем самым поворачивает всю компоновку и садится в шпоночный паз 11, при этом зацепы 17 фиксируют направляющее устройство 4 в посадочном устройстве 1. Посадку проверяют натяжением бурильного инструмента на величину.
Описанное устройство позволяет устанавливать клин-отклонитель 3 и фрезеровать окна в обсадной колонне в скважинах с зенитным углом, превышающим 5°, за один спуск без применения инклинометра или телеметрической системы. Ориентация клина-отклонителя 3 в скважине под действием силы тяжести позволяет ориентировать всю компоновку относительно вертикали и устанавливать посадочное устройство 1 с малой погрешностью. По окончании установки клина-отклонителя 3 без подъема инструмента приступают к вырезанию окна в обсадной колонне.
Предлагаемое устройство позволяет бурить многоствольные скважины с выходом каждого ствола из колонны в заданном направлении, делать зарезки боковых стволов и, по окончании работ, оставлять проходное сечение в скважине до забоя основного ствола достаточным для всех работ по эксплуатации скважины. При необходимости клин-отклонитель впоследствии может быть извлечен. Элементы устройства (компоновки) могут быть изготовлены из разбуриваемых материалов, а клин-отклонитель изготовлен полым для доступа в основной ствол или низлежащие боковые.