Гравиметрическое средство и способ ориентации обсадных колонн

Гравиметрическое средство и способ ориентации обсадных колонн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к скважинному оборудованию и, в частности, к системам и способам ориентирования скважинных труб при помощи силы тяжести.

[0002] В нефтегазовой промышленности углеводороды могут добываться через стволы скважин относительно сложной формы, пересекающие один или более подземных пластов. Некоторые скважины могут представлять собой многоствольные скважины, в которых один или более боковых стволов скважины отходят от основного ствола. Многоствольные скважины нередко содержат одно или более отверстий или отводов из обсадной колонны, предусмотренных на скважинных трубах, позволяющих создавать соответствующие боковые стволы скважины. Для целей точного ориентирования разветвленных отверстий внутри ствола скважины используются приборы измерений во время бурения (MWD, measuring while drilling) или другие известные устройства индикации ориентации импульсами давления. Вместе с тем на больших глубинах импульсы давления, генерируемые обычными приборами MWD, становятся все больше затухающими при сужении обратного потока, таком как в кольце между внутренней рабочей колонной и наружной обсадной колонной или колонной-хвостовиком. В результате этого в системе может возникнуть значительное количество шумового давления вследствие разнообразных сужений в обратном потоке. Такие условия затрудняют обнаружение и интерпретацию данных, передаваемых импульсами давления, на поверхности скважины.

[0003] Кроме того, типовые приборы MWD не должны цементироваться; также они представляют слишком большую ценность, чтобы их можно было бурить. Кроме того, приборы MWD не обеспечивают прохождения через них пробок для целей отсоединения работающих приборов, установки подвесок для труб, пакеров и т.д. Более того, при необходимости раздельного спуска прибора MWD в скважину и поднятия из нее для таких операций необходимы дополнительные затраты времени и средств. Кроме того, спуск приборов MWD в сильно отклоненные или горизонтальные стволы скважин на кабеле или закачивание приборов в забой представляет разнообразие дополнительных технических трудностей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0004] Приведенные ниже фигуры включены для иллюстрации некоторых аспектов настоящего изобретения и не должны рассматриваться в качестве исчерпывающих вариантов реализации изобретения. Раскрываемый объект изобретения допускает значительные модификации, изменения, комбинации и эквиваленты по форме и функции без отклонения от объема настоящего изобретения.

[0005] Фиг.1 иллюстрирует вид в поперечном разрезе типовой скважинной системы, которая может заключать в себе принципы настоящего изобретения в соответствии с одним или более вариантами реализации.

[0006] Фиг.2 иллюстрирует вид в поперечном разрезе скважинной системы на Фиг.1 во время типовой эксплуатации в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0007] Фиг.3 иллюстрирует вид в поперечном разрезе скважинной системы на Фиг.1 после операции цементирования и во время последующей операции бурения в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0008] Фиг.4 иллюстрирует вид в поперечном разрезе устройства индикации ориентации по Фиг. 1-3 в увеличенном масштабе в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0009] Фиг. 5A и 5B иллюстрируют соответственно вид с торца и изометрический вид устройства ориентации по Фиг.4 согласно одному или более вариантам реализации изобретения.

[0010] Фиг.6 иллюстрирует поэтапные виды с торца первого и второго каналов потока образца устройства ориентации по Фиг.4 во время операций ориентации в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0011] Фиг.7 иллюстрирует поэтапные виды с торца первого и второго каналов потока другого образца устройства ориентации во время операций ориентации в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0012] Фиг.8 иллюстрирует изометрический вид в поперечном разрезе части устройства индикации ориентации в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Настоящее изобретение относится к скважинному оборудованию и, в частности, к системам и способам ориентирования скважинных труб при помощи силы тяжести.

[0014] Варианты реализации изобретения, раскрываемые в данной заявке, являются средствами угловой ориентации различных скважинных приборов или конструкций при помощи замеров давления текучей среды. Приводится описание устройства индикации ориентации, которое включает проточный канал и устройство ориентации, которое снабжено свободно вращающийся в нем грузом эксцентрика. Бурильщик может вращать колонну обсадных труб, находясь в позиции на поверхности скважины, и таким образом вращать устройство индикации ориентации. Во время вращения устройства индикации ориентации груз эксцентрика свободно вращается и удерживает устройство ориентации указывающим на верхнюю сторону ствола скважины, одновременно изменяя скорость потока через проточный канал. Путем наблюдения за заранее заданным перепадом давления в устройстве индикации ориентации, бурильщик может знать, что тот или иной скважинный прибор или конструкция, связанные с колонной обсадных труб, имеют надлежащую ориентацию в стволе скважины.

[0015] Раскрытые в настоящей заявке варианты реализации изобретения могут быть особенно полезны для угловой ориентации отверстия, используемого при создании многоствольной скважины. Следует, однако, понимать, что ориентация других скважинных приборов и конструкций, таких как, кроме прочего, защелочные соединения и устройства выравнивания, может выполняться аналогичным образом, но не ограничивается этим. Описанное в настоящей заявке устройство индикации ориентации может оказаться полезным для сокращения времени бурения путем снижения продолжительности спуска в скважину. Например, в некоторых случаях благодаря устройству индикации ориентации отпадет необходимость выполнения двух спусков в скважину.

[0016] Следует понимать, что различные варианты реализации изобретения, описанные в данной заявке, могут быть использованы в различных видах ориентации, например наклонной, перевернутой, горизонтальной, вертикальной и т.д., а также в различных конфигурациях, без отхода от принципов настоящего изобретения. Варианты реализации изобретения описаны единственно в качестве примеров полезных применений принципов изобретения, которое не сводится к каким-либо конкретным деталям этих вариантов реализации.

[0017] В последующем подробном описании типовых вариантов реализации изобретения для удобства ссылок на прилагаемые чертежи используются термины направления, такие как «выше», «ниже», «верхний», «нижний» и т.д. Как правило, «выше», «верхний», «вверх» и им подобные термины относятся к направлению к поверхности земли относительно ствола скважины, а «ниже», «нижний», «вниз» и им подобные термины относятся к направлению от поверхности земли относительно ствола скважины.

[0018] Обратившись к Фиг.1, можно увидеть иллюстрацию типовой скважинной системы 100, которая может заключать в себе принципы настоящего изобретения в соответствии с одним или более вариантами реализации. Как описано в данной заявке, скважинная система 100 (далее называемая «система 100») может быть использована для индикации ориентации внутри скважины скважинного прибора или конструкции в стволе скважины 102 в режиме реального времени. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения скважинным прибором или конструкцией может быть отверстие 104, используемое при бурении ответвления ствола скважины (на фигуре не показан), пересекающего основной ствол скважины 102. Однако, как будет описано далее, ориентация других скважинных приборов и/или конструкций может быть достигнута при помощи системы 100 без отхода от принципов настоящего изобретения.

[0019] В системе 100 следует выполнить азимутальную ориентацию отверстия 104 относительно ствола скважины 102. Как изображено на Фиг.1, ствол 102 скважины проходит от в основном вертикальной части до в основном горизонтальной части, и отверстие 104 изображено как в основном расположенное внутри или иным образом проходящее к его горизонтальной части. Необходимая ориентация отверстия 104 в данном примере - вертикально вверх относительно ствола скважины 102 или, иначе говоря, к «верхней стороне» ствола скважины 102. Отверстие 104 сопряжено в или со скважинной трубой 106, такой как колонна-хвостовик, колонна обсадных труб либо труба, трубопровод или канал любого другого типа, о которых специалистам в данной области техники известно, что они помещаются в ствол 102 скважины. Во время эксплуатации скважинная труба 106 совершает вращательное движение внутри ствола скважины 102 до достижения отверстием 104 правильной ориентации внутри него (т.е. по направлению к верхней стороне).

[0020] Система 100 может также включать устройство индикации ориентации 108, взаимосвязанное с или иным способом образующее составную часть скважинной трубы 106. Как описано в данной заявке, устройство индикации ориентации 108 (далее называемое «устройство 108») может быть использовано для ориентирования отверстия 104 (или любых других скважинных приборов и/или конструкций) до необходимой угловой ориентации, например, по направлению к верхней стороне ствола скважины 102. Тем не менее, следует понимать, что отверстие 104 может быть сориентировано по другой угловой ориентации, отличной от вертикальной, с соблюдением принципов настоящего изобретения. Например, отверстие 104 может быть ориентировано в направлении вниз или, если необходимо, в любом другом угловом направлении относительно ствола скважины 102. Коротко говоря, это может быть выполнено посредством регулировки азимутального выравнивания отверстия 104 с устройством 108.

[0021] В проиллюстрированном варианте реализации изобретения на Фиг.1 азимутальное выравнивание может быть выполнено посредством одного или более устройств выравнивания 110 еще до спуска скважинной трубы 106 в ствол скважины 102. Как проиллюстрировано, устройство выравнивания 110 может быть также взаимосвязано с или иным способом образовывать составную часть скважинной трубы 106. Хотя это не проиллюстрировано особо, в некоторых вариантах реализации изобретения устройство выравнивания 110 может быть вдоль оси взаимосвязано между отверстием 104 и устройством 108. Как, однако, будет понятно в дальнейшем, регулирование азимутального выравнивания между устройством 108 и любым скважинным прибором или конструкцией, подлежащим ориентированию в стволе скважины 102, может быть выполнено также и другими средствами. Например, регулирование азимутального выравнивания между устройством 108 и любым скважинным прибором или конструкцией может быть выполнено посредством использования устройства азимутального выравнивания, которое образует часть самого устройства 108, или в виде части скважинного прибора или конструкции, подлежащим ориентированию, и т.д.

[0022] Как указано выше, различные скважинные приборы или конструкции, не связанные с отверстием 104, могут быть дополнительно или в качестве альтернативы ориентированы относительно ствола скважины 102 посредством использования устройства 108, описываемого в настоящей заявке. Например, еще одной конструкцией, которая может быть ориентирована относительно ствола скважины 102, может быть защелочный профиль 112, используемый для крепления и ориентирования отклоняющего клина (не показан), который может быть впоследствии установлен в скважинной трубе 106. Как известно в данной области техники, отклоняющий клин может быть использован для отклонения одной или более фрез или буровых долот сквозь отверстие 104 для бурения бокового или ответвляющегося ствола скважины, отходящего от основного ствола 102 скважины. Устройство 108 может быть выполнено с возможностью пересечения оси или иным образом охвата защелочного профиля 112 и таким образом его защиты от скопления обломков, цемента или других видов засорения, которые в противном случае препятствовали бы надлежащему креплению или присоединению к нему отклоняющего клина.

[0023] Еще один скважинный прибор или конструкцию, которые могут быть ориентированы относительно ствола скважины 102, может представлять собой центрирующий инструмент 114. Центрирующий инструмент 114 может быть использован для ориентирования и размещения устанавливаемого впоследствии оборудования для заканчивания скважины относительно отверстия 104, ствола скважины 102 и/или скважинной трубы 106. Другой тип центрирующего устройства 116 может быть использован для азимутального ориентирования центрирующего инструмента 114 относительно устройства 108 и отверстия 104 и/или защелочного профиля 112 до или во время монтажа скважинной трубы 106 в стволе скважины 102.

[0024] Как изображено на Фиг.1, для спуска скважинной трубы 106 в ствол скважины 102 может быть использована колонна рабочих труб 118. На нижнем конце рабочей колонны 118 находится раскрепляющее устройство 120, используемое для установки подвесного устройства хвостовика 122 в верхнем конце скважинной трубы 106. Колонна-хвостовик или колонна обсадных труб 124 может быть установлена в стволе скважины 102 над подвесным устройством хвостовика 122 и зацементирована в ствол. Колонна обсадных труб 124 может выступать наружу до позиции на поверхности.

[0025] Перед закупориванием затрубного пространства 126 между подвесным устройством хвостовика 122 и колонной 124 обсадных труб в скважинную трубу 106 может быть введена текучая среда 128, такая как буровой раствор, рассол или другая промывочная текучая среда. Текучая среда может циркулировать через рабочую колонну 118, скважинную трубу 106, цементирующий поплавковый клапан 130 и выходить через башмак 132 обсадной колонны на нижнем конце скважинной трубы 106. Текучая среда 128 может выходить через башмак обсадной колонны 132 в затрубное пространство 134, образуемое скважинной трубой 106 и стволом скважины 102, и может возвращаться к позиции на поверхности скважины по затрубному пространству 126. По причинам, более подробно поясняемым далее, устройство 108 может иметь такую конфигурацию, чтобы быть наиболее суженным участком для текучей среды в вышеописанной линии циркуляции для текучей среды 128. Как, например, проиллюстрировано на фигуре, устройство 108 может включать в себя или иным образом образовывать проточный канал 136, проходящий через него, а также иным образом помещает части скважинной трубы 106 выше и ниже устройства 108 в сообщении по текучей среде.

[0026] Во время циркуляции текучей среды 128 через скважинную трубу 106 можно осуществлять текущий контроль за относительным перепадом давления внутри устройства 108 через проточный канал 136 или иным образом наблюдать за ним с удаленного местоположения, такого как буровая вышка. Например, для определения давления, прилагаемого к рабочей колонне 118, и давления в колонне обсадных труб 124 на буровой вышке могут быть использованы один или более манометров или датчиков давления (не показаны), находящихся на поверхности земли или в подводном устье скважины. Измеренный перепад давления может быть полезен для определения момента, когда отверстие 104 (или защелочное соединение 112 или центрирующий инструмент 114) находится в положении заранее заданной или необходимой угловой ориентации либо вблизи него внутри ствола скважины 102.

[0027] В типовой эксплуатации уменьшение перепада давления внутри устройства 108 при определенной скорости потока текучей среды 128 фиксируется с позиции на поверхности скважины как индикация того, что достигнута необходимая азимутальная ориентация отверстия 104 (или защелочного соединения 112, или центрирующего инструмента 114) относительно ствола скважины 102. Рабочая колонна 118 используется для вращения скважинной трубы 106 в стволе скважины 102 до тех пор, пока не будет зафиксировано уменьшение перепада давления, при котором вращение скважинной трубы 106 может быть прекращено. В некоторых вариантах реализации изобретения, когда зафиксировано уменьшение перепада давления, скважинная труба 106 может быть дополнительно провернута на заранее заданное количество оборотов в целях достижения определенной заранее заданной ориентации отверстия 104 (или защелочного соединения 112, или центрирующего инструмента 114). Как будет понятно в дальнейшем, заранее заданное количество оборотов наиболее вероятно будет определяться изменением давления, так как вследствие скручивания длинномерных труб оно представляет собой ненадежный способ ориентации приборов. Иначе говоря, поворот на 90° с поверхности не всегда обеспечивает какую-либо определенную ориентацию возле отверстия 104. Вместо этого для определения момента, когда достигнута надлежащая угловая ориентация, можно следить за давлением.

[0028] Преимущество этого в том, что текучая среда 128 может непрерывно прокачиваться через скважинную трубу 106 и рабочую колонну 118 с одновременным вращением скважинной трубы 106 и осуществлением текущего контроля за перепадом давления с позиции на поверхности скважины. Непрерывная прокачка или циркуляция текучей среды 128 может способствовать предотвращению застревания скважинной трубы 106 и рабочей колонны 118 внутри ствола скважины 102. В частности, текучая среда 128, циркулирующая через затрубное пространство 126, 134 на позицию на поверхности скважины, может уподобляться гидростатическому подшипнику, позволяющему скважинной трубе 106 и рабочей колонне 118 свободно вращаться относительно ствола скважины 102 даже в их сильно отклоненных частях.

[0029] Кроме того, путем непрерывной прокачки текучей среды 128 и вращения скважинной трубы 106 в рабочей колонне 118 можно осуществлять непрерывный текущий контроль за захваченным крутящим моментом. Например, если скважинная труба 106 поворачивается на небольшое угловое расстояние после окончательного регулирования, такой небольшой поворот можно зафиксировать на поверхности по изменению давления в буровом стояке. В случае если он зафиксирован, скважинная труба 106 и рабочая колонна 118, если необходимо, могут быть переориентированы до достижения правильной угловой ориентации.

[0030] Обратившись теперь к Фиг.2, а также ссылаясь на Фиг.1, можно увидеть типовое представление системы 100 после того, как скважинная труба 106 была повернута до достижения необходимой угловой ориентации отверстия 104, при этом текучая среда 128 непрерывно циркулирует по скважинной трубе 106. В такой конфигурации площадь сечения потока проточного канала 136, проходящего через устройство 108, значительно увеличена. В результате этого перепад давления текучей среды 128 внутри устройства 108 значительно уменьшается, при том что текучая среда перемещается при той же скорости потока, первоначально представленной в конфигурации, изображенной на Фиг.1. Как указано выше, такое уменьшение перепада давления может быть зафиксировано с удаленной позиции на поверхности скважины в качестве положительной индикации того, что необходимая угловая ориентация отверстия 104 достигнута.

[0031] Вместе с тем в других вариантах реализации изобретения уменьшение перепада давления может обозначать, что другие скважинные приборы или конструкции, такие как защелочное соединение 112 и/или центрирующий инструмент 114, находятся в соответствующем необходимом положении(-ях) ориентации. Еще в других вариантах реализации изобретения уменьшение перепада давления может обозначать, что все необходимые скважинные приборы или конструкции находятся в их соответствующих необходимых положениях ориентации. На Фиг.2, например, все конструкции 104, 112, 114 изображены как находящиеся в необходимой угловой ориентации, когда перепад давления внутри устройства 108 уменьшен.

[0032] Увеличенная площадь сечения потока проточного канала 136 не только способствует уменьшению перепада давления, зафиксированного внутри устройства 108, но также обеспечивает другие преимущества системы 100. Например, увеличенная площадь сечения потока позволяет обеспечить свободное прохождение цементного раствора с включениями любых увлекаемых им крупных осколков щебня или комьев через устройство 108. Таким образом, нет необходимости в снятии устройства 108 со скважинной трубы 106 или в бурении через него, прежде чем будет произведен цементаж скважинной трубы 106 в стволе скважины 102. Специалистам в данной области техники это сразу станет понятно как значительное эксплуатационное и дающее экономию времени преимущество системы 100. Более того, увеличенная площадь сечения потока через устройство 108 может обеспечить прохождение через устройство таких объектов, как пробки, шары и т.д., в целях срабатывания приборов ниже устройства 108, если это необходимо.

[0033] Обратившись теперь к Фиг.3, а также ссылаясь на Фиг. 1 и 2, можно увидеть типовое представление системы 100 после операции цементирования в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Как проиллюстрировано на фигуре, теперь в затрубном пространстве 126 и 134 находится цемент 138, и подвесное устройство хвостовика 122 таким образом закреплено в колонне обсадных труб 124 на постоянной основе. Следует отметить, что цемент 138 поступал через устройство 108 без необходимости снятия устройства со скважинной трубы 106. Посредством использования одной или более цементировочных пробок 140 и соответствующих шаров (не показаны) устройство 108 было снято с места его присоединения к скважинной трубе 106 и продвинуто к нижней части скважинной трубы 106 до его соприкасания с заливочной муфтой 130.

[0034] В частности, цементировочные пробки 140 могут быть сопряжены с подвесным устройством хвостовика 122. После введения шара соответствующего размера внутрь рабочей колонны 118 (Фиг.1 и 2) нижняя цементировочная пробка 140 может быть прокачана с подвесного устройства хвостовика 122 через скважинную трубу 106 раствором цемента 138 до касания устройства 108. Цемент 138 может перекачиваться через устройство 108 до закачки надлежащего объема цемента 138 в затрубное пространство 126, 134. На этом этапе при помощи буферной текучей среды, предназначенной для срезания верхней цементировочной пробки 140 с подвесного устройства хвостовика 122, может быть опущен еще один шар (не показан). Верхняя цементировочная пробка 140 прокачивается к устройству и помещается поверх нижней цементировочной пробки 140. Повышение гидравлического давления буферной текучей среды в скважинной трубе 106 может привести к срезанию или сламыванию одного или более крепежных устройств (не показаны), сопряженных с устройством 108, таким образом, отсоединяя устройство 108, благодаря чему оно может быть продвинуто вниз по стволу до соприкасания с заливочной муфтой 130.

[0035] После операции цементирования, изображенной на Фиг.3, буровое долото 142 может быть спущено в скважинную трубу 106 на бурильной колонне 144 и использовано для бурения через устройства 108 (вместе с цементировочными пробками 140), заливочной муфты 130 и башмака обсадной колонны 132 в целях удлинения ствола скважины 102. Внутренние компоненты устройства 108 могут быть изготовлены из относительно поддающихся бурению сквозь себя и немагнитных материалов (таких как алюминий, эластомеры, пластмасса, композитные материалы и т.д.), с тем чтобы ствол скважины 102 можно было беспрепятственно удлинить, а также чтобы получившиеся обломки можно было беспрепятственно вывести циркуляцией из ствола скважины 102.

[0036] Обратившись теперь к Фиг.4, можно увидеть представление вида в поперечном разрезе устройства индикации ориентации 108 в увеличенном масштабе в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Сходные цифровые обозначения на Фиг.4, используемые в предыдущих фигурах, обозначают те же компоненты, детально вновь не указываемые. Как проиллюстрировано на фигуре, устройство 108 может содержать корпус 402, и устройство ориентации 404, подвижно смонтировано внутри корпуса 402. Корпус 402 может представлять собой удлиненный, в основном цилиндрический элемент, закрепляемый внутри скважинной трубы 106 на защелочном профиле 112 или рядом с ним. Корпус 402 может быть изготовлен из материала, легко поддающегося фрезерованию или бурению, с тем чтобы его можно было легко пробурить, как показано на Фиг.3 выше. Например, по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения корпус 402 может быть изготовлен из алюминия. В других вариантах реализации изобретения корпус 402 может быть изготовлен из композитного материала.

[0037] Защелочный профиль 112 может иметь специальный профиль или конструкцию, выполненную с возможностью для сопряжения с защелкой на нижней части отклоняющего устройства (не показана). Защелочное соединение 112 может иметь угловое выравнивание с отверстием 104 (Фиг.1-3), с тем чтобы, когда спускаемый впоследствии отклоняющий клин будет помещен на защелочное соединение 112 и повернут так, чтобы прийти в зацепление в нужном положении, он бы указывал в правильном угловом направлении для надлежащего вывода фрез и/или буровых долот из отверстия 104. Однако во время вышеописанной операции цементирования в профилях защелочного соединения 112 зачастую могут оставаться частицы цемента и другие обломки, и цемент может в них затвердеть. В результате этого во время спуска отклоняющего клина в забой могут возникнуть затруднения в определении места и крепления отклоняющего клина его соответствующей защелкой к защелочному соединению 112.

[0038] Однако в соответствии с настоящим изобретением устройство 108 может быть выполнено с возможностью охватывать в осевом направлении или иным образом накрывать защелочное соединение 112 и таким образом служить преградой, в основном предотвращающей попадание каких-либо обломков и/или цемента в профили защелочного соединения 112. Как будет понятно в дальнейшем, такая преграда позволит выполнить надлежащее размещение отклоняющего клина и его закрепление к защелочному соединению 112 без помех, представляемых обломками и/или цементом.

[0039] Для этого каждый торец корпуса 402 может быть закреплен в скважинной трубе 106 при помощи соответствующих уплотнительных устройств, проиллюстрированных как верхнее уплотнительное устройство 406a и нижнее уплотнительное устройство 406b. Верхнее и нижнее уплотнительные устройства 406a, b могут быть выполненным с возможностью изолирования защелочного профиля 112 во время эксплуатации, особенно во время операции цементирования, описанной выше. Для этого верхнее и нижнее уплотнительные устройства 406a, b могут быть изготовлены из эластичного материала, который может соприкасаться с внутренней стенкой скважинной трубы 106 и герметизировать ее. В некоторых вариантах реализации изобретения верхнее и нижнее уплотнительные устройства 406a, b могут представлять собой цементировочные пробки, включающие в себя или иным образом образующие ряд скребков 408, которые имеют конфигурацию, предназначенную для их герметизирующего соприкасания с внутренней стенкой скважинной трубы 106. Скребки 408 могут иметь конфигурацию, обеспечивающую герметизацию внутренней стенки скважинной трубы 106, но при этом с возможностью выхода уже в забое небольшого количества текучей среды под давлением. Например, сборка устройства 108 выполняется на поверхности при атмосферном давлении, а после помещения устройства 108 в забой может образоваться большой перепад давления вследствие захвата воздуха между уплотнительными устройствами 406a, b, смежными в осевом направлении. Так как скребки 408 полугибкие, захваченный воздух имеет возможность выхода в осевом направлении через скребки 408 в целях уравнивания давления, благодаря чему предотвращается вероятное возникновение гидравлического замка в устройстве 108.

[0040] В других вариантах реализации изобретения скребки 408 могут быть заменены одной или более манжетами поршней или аналогичными приспособлениями. Еще в других вариантах реализации изобретения верхнее и нижнее уплотнительные устройства 406a, b могут включать одно или более уплотнительных колец круглого сечения, выполненных с возможностью обеспечения уплотнения, которое в основном изолирует защелочный профиль 112.

[0041] Корпус 402 может быть дополнительно закреплен внутри скважинной трубы 106 при помощи одного или более крепежных устройств 410, проиллюстрированных как первое крепежное устройство 410a и второе крепежное устройство 410b. Одно из первого и второго крепежных устройств 410a, b или оба эти устройства могут быть выполнены с возможностью крепления ими корпуса 402 в скважинной трубе 106 в осевом направлении и удержания его от вращения во время введения устройства 108 в ствол скважины 102 (Фиг.1-3). Соответственно, первое и/или второе крепежное устройство 410a, b могут быть установлены на корпусе 402 совместно с одним или более устройствами выравнивания 110, 116 (Фиг.1-3) и использованы для способствования азимутальному выравниванию устройства 108 с одним или более скважинными приборами или конструкциями (т.е. отверстием 104, профилем 112 и/или центрирующим инструментом 114 с Фиг.1-3), подлежащими ориентированию в стволе скважины 102.

[0042] Первое крепежное устройство 410a может представлять собой съемное устройство или механизм, такие как срезной штифт, усеченное кольцо или любое подобное устройство, предназначенное для его срезания или иного вида сламывания при восприятии заранее заданной осевой нагрузки. Как указано выше, заранее заданная осевая нагрузка может быть приложена посредством использования одной или более цементировочных пробок 140 (Фиг.3). Когда первое крепежное устройство 410a сломано, устройство 108 может свободно двигаться в осевом и радиальном направлениях в скважинной трубе 106.

[0043] Второе крепежное устройство 410b может содержать или же охватывать выступ 412, прикрепляющийся к корпусу 402, и съемное устройство 414, такое как срезной штифт или усеченное кольцо, которым выступ 412 крепится к скважинной трубе 106. Аналогично первому крепежному устройству 410a, срезной штифт или кольцо 414 могут быть предназначены для их срезания или иного вида сламывания при восприятии заранее заданной осевой нагрузки, оказываемой цементировочной пробкой 140 (Фиг.3). В других вариантах реализации изобретения выступ 412 может быть выполнен с возможностью его сламывания при восприятии заранее заданной осевой нагрузки. В таких вариантах реализации изобретения выступ 412 может быть изготовлен из мягкого материала, такого как латунь, низкоуглеродистая сталь и т.д., и выступ 412 может быть выполнен с возможностью его сламывания вследствие напряжения в момент соприкасания цементировочной пробки 140 с устройством 108 под заранее заданной осевой нагрузкой.

[0044] Корпус 402 может дополнительно образовывать или иным образом формировать первый канал потока 416, имеющий сообщение по текучей среде со вторым каналом потока 418, образованным продольно через устройство ориентации 404. Проточный канал 136 через устройство 108 может быть образован комбинированием первого и второго каналов потока 416. Когда первый и второй каналы потока 416, 418 в основном выровнены, площадь сечения потока проточного канала 136 увеличивается и перепад давления текучей среды 128, замеренный на поверхности, соответственно уменьшается. В некоторых вариантах реализации изобретения, описанных выше, такое уменьшение перепада давления может быть положительной индикацией того, что необходимая угловая ориентация отверстия 104 была достигнута (Фиг.1-3).

[0045] Однако в других вариантах реализации изобретения уменьшение перепада давления может быть индикацией того, что необходимая угловая ориентация отверстия 104 не была достигнута. В таких вариантах реализации изобретения увеличение перепада давления может вместо этого включать в себя положительную индикацию того, что необходимая угловая ориентация отверстия 104 была достигнута надлежащим образом без отхода от объема изобретения.

[0046] Устройство ориентации 404 может быть закреплено внутри корпуса 402 таким образом, чтобы иметь способность свободно поворачиваться вокруг оси вращения 420. В частности, устройство ориентации 404 может включать одну или более втулок или подшипников, закрепляющих устройство ориентации 404 для предотвращения осевых перемещений, однако при этом позволяющих ему поворачиваться вокруг оси вращения 420. Например, в проиллюстрированном вариант реализации изобретения устройство ориентации 404 может содержать по меньшей мере один упорный подшипник 422 и один или более радиальных подшипников 424 (проиллюстрированных как первый и второй радиальные подшипники 424a и 424b). Упорный подшипник 422 может иметь конфигурацию, обеспечивающую закреплeние устройства ориентации 404 для предотвращения осевых нагрузок и иным образом обеспечения возможности устройству ориентации 404 поворачиваться вокруг оси вращения 420, одновременно соприкасаясь в осевом направлении с корпусом 402. Хотя упорный подшипник 422 изображен на Фиг.4 как находящийся на торце устройства ориентации 404 со стороны устья скважины, специалистам в данной области техники будет сразу понятно, что он может быть сходным образом помещен на торце устройства ориентации 404 со стороны забоя без отхода от объема изобретения.

[0047] Работа радиальных подшипников 424a, b обеспечивает возможность поворачивания устройства ориентации вокруг оси вращения 420, одновременно соприкасаясь с корпусом 402 по радиусу. В некоторых вариантах реализации изобретения стопорное кольцо 426 может разделять устройство ориентации 404 и корпус 402 на торце устройства ориентации 404 со стороны забоя. Стопорное кольцо 426 может быть выполнено с возможностью закреплeния им второго радиального подшипника 424b в устройстве ориентации 404 и иным образом удержания устройства ориентации 404 на месте в осевом направлении. Кроме того, стопорное кольцо 426 может быть выполнено с возможностью подвижного соприкасания устройства ориентации 404 с корпусом 402.

[0048] Подшипники 422, 424a, b могут быть изготовлены из материала, легко поддающегося бурению, таким образом, чтобы их можно было беспрепятственно разбурить, как показано на Фиг.3 выше. Например, подшипники 422, 424a, b могут быть изготовлены, кроме прочего, из олова, бронзы, оловосодержащей бронзы, латуни, меди, алюминия, пластмассы (например, с тефлоновым (TEFLON®) покрытием или импрегнированным ПЭЭК), стеклонаполненного тефлона (TEFLON®), композитных материалов, керамики, керамики с защитным покрытием или из комбинации любых из этих материалов. В других вариантах реализации изобретения подшипники 422, 424a, b могут быть изготовлены из любого материала, легко поддающегося механической обработке и в то же время прочного и иным образом устойчивого к износу.

[0049] По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения один или все подшипники 422, 424a, b могут быть гидравлическими подшипниками, например гидродинамическими подшипниками или гидростатическими подшипниками. В таких вариантах реализации изобретения для уменьшения осевого усилия вследствие перепада давления к нижнему торцу устройства ориентации 404 может быть приложено гидродинамическое давление сверху над устройством ориентации 404. Подобным же образом гидродинамическое давление над устройством ориентации 404 может быть использовано для создания жидкостной подушки по наружному диаметру устройства ориентации 404. В других вариантах реализации изобретения специальная емкость (не показана) для масла или другой рабочей жидкости может быть включена в устройство 108 или быть иным образом выполнена с возможностью обеспечения подачи в гидравлический подшипник(-и) необходимой жидкости-понизителя трения для их надлежащего функционирования. В таких вариантах реализации изобретения гидродинамическое давление бурового раствора или цемента может служить для целей запрессовки масла из емкости или иным способом поддержания его наличия в надлежащих местах в гидравлическом подшипнике(-ах).

[0050] Как будет понятно в дальнейшем, расположение подшипников 422, 424a, b, проиллюстрированное на Фиг.4, является всего лишь одним из примеров снижения трения между устройством ориентации 404 и корпусом 402 и, следовательно, не должно рассматриваться как ограничивающее настоящее изобретение. Специалисты в данной области техники без затруднений смогут понять несколько вариантов того, где могут быть расположены или иным образом помещены подшипники 422, 424a, b, с тем чтобы получить те же результаты снижения трения.

[0051] Устройство ориентации 404 может до