Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины

Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при строительстве многозабойных скважин (МЗС) и боковых стволов (БС) из ранее пробуренных и обсаженных скважин с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.

Известно устройство для извлечения уипстока (Кресс Л.Ф., Миллер С.У. Использование съемного уипстока для бурения скважины с двумя горизонтальными стволами // Нефтегазовые технологии. - 1994. - №1-2. - С. 12-15), включающее ловильный колокол и овершот.

Недостатками ловильного колокола являются:

- сложность получения надежного соединения колокола с уипстоком (клином-отклонителем), так как клин-отклонитель изготавливается с максимально возможным наружным диаметром для прохождения в основной ствол скважины и гарантированного сохранения направления траектории дополнительного ствола скважины, а для надежного захвата клина-отклонителя внутренний конусный диаметр колокола в заходной части должен превышать диаметр клина-отклонителя, кроме того, плюс двойная толщина стенки увеличивает его наружный диаметр, и тогда колокол не пройдет в основной ствол скважины, в свою очередь уменьшение внутреннего диаметра колокола приведет к невозможности захода в него клина-отклонителя и его захвата. Уменьшение толщины стенки направляющей воронки колокола приведет к ее смятию или разрушению в процессе захвата и навинчивания на «голову» клина, так как при завинчивании конусной резьбы на конусный клин в теле колокола возникают большие радиальные разрывающие силы;

- сложность отсоединения колокола от клина-отклонителя в случае, если его не удается извлечь из скважины, возникновение аварий и, как следствие, большие материальные и временные затраты на их ликвидацию и увеличение стоимости скважины.

Недостатком овершота является небольшая грузоподъемность, так как его корпус выполнен из тонкостенной трубы с подвижными плашками внутри, поэтому он не может захватывать прижатые к стенке скважины предметы и надежно удерживать их в процессе подъема из скважины.

Известно устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (пат. RU №2421598, МПК ⁷ Е21В 31/20, опубл. бюл. №30 от 20.06.2011 г.), включающее переводник, полый корпус с винтовым заостренным нижним торцом и ловильный механизм, расположенный внутри корпуса и выполненный в виде полого штока, соединенного жестко с муфтой и оснащенного радиальным каналом и наклонной поверхностью под желоб клина, снабженного технологическим отверстием для размещения нижней подвижной втулки, которая взаимодействует с технологическим отверстием - выборкой клина при его извлечении из скважины.

Недостатками данного устройства являются:

- недостаточная конструктивная прочность полого штока, который воспринимает основную осевую нагрузку по страгиванию клина-отклонителя с места закрепления и извлечения его из скважины. Наиболее ослабленным местом полого штока является радиальный канал, в котором установлена нижняя подвижная втулка. При создании осевой нагрузки на устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины изгибающие силы вырвут нижнюю втулку из полого штока или произойдет ее заклинивание в радиальном канале полого штока и его разрушение. Все это приведет к аварийной ситуации, дополнительным временным и материальным затратам и увеличению стоимости строительства многозабойных скважин.

Наиболее близким по технической сущности решением является ловильный крюк (Кресс Л.Ф., Миллер С.У. Использование съемного уипстока для бурения скважины с двумя горизонтальными стволами // Нефтегазовые технологии. - 1994. - №1-2. - С. 12-15), включающий основной ствол с ловильным крюком и верхним соединением для колонны труб, бородка крючка которого входит с лицевой стороны клина уипстока (клина-отклонителя) в выборку, выполненную в виде сквозной прорези в его теле со стороны желоба, осуществляя тем самым его захват и извлечение из скважины.

Недостатками ловильного крюка являются:

- необходимость очень точного ориентирования ловильного крюка относительно выборки в теле клина-отклонителя как по глубине, так и по азимуту при помощи геофизических приборов, что требует вызова геофизической партии;

- вероятность неизвлечения клина-отклонителя из скважины, так как у ловильного крюка всего одна точка опоры, и при извлечении клин-отклонитель не прижимается к стволу устройства и может перекоситься, что приведет к его заклиниванию в муфтовых соединениях обсадной колонны и оставлению в скважине, особенно в скважинах со сложным профилем ствола;

- отсутствие устройства для создания усилия для принудительного ввода крюка в выборку клина-отклонителя;

- сложность отсоединения ловильного крюка от клина-отклонителя в случае, если он не извлекается из скважины;

- отсутствие устройства для фиксации клина-отклонителя с ловильным крюком, что может привести к самопроизвольному отсоединению клина-отклонителя при извлечении его из скважины, таким образом, велика вероятность возникновения аварийных ситуаций, которые приведут к большим незапланированным временным и материальным затратам и увеличению стоимости строительства многозабойных скважин.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной конструкции устройства для извлечения клина-отклонителя из скважины, позволяющее исключить вызов геофизической партии для его ориентирования, облегчить операции захвата клина-отклонителя и удерживания его в прижатом положении к корпусу устройства в процессе извлечения из скважины, максимально исключить случаи неизвлечения клина-отклонителя из скважины или его потери в процессе подъема на поверхность, произвести отсоединение устройства от клина-отклонителя, исключив необходимость производства аварийных работ по отсоединению устройства при невозможности извлечения клина-отклонителя из скважины, что в совокупности приводит к значительному сокращению средств и сроков при строительстве многозабойных скважин из ранее пробуренных и обсаженных скважин с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.

Техническая задача решается устройством для извлечения клина-отклонителя из скважины, включающим ствол с крюком под ответную выборку клина-отклонителя, соединенный с колонной труб.

Новым является то, что крюк изготовлен в виде сегмента трубы, выполненного с возможностью взаимодействия при провороте колонны труб вокруг оси с выборкой клина-отклонителя, которая изготовлена в виде цилиндрической проточки на тыльной стороне клина-отклонителя, а ствол выполнен сборным, состоящим из наружной и внутренней частей, коаксиально вставленных друг в друга с возможностью ограниченного осевого выдвижения с преодолением усилия пружины, установленной между ними, причем для синхронного вращения частей ствола при вводе крюка в выборку клина-отклонителя на взаимодействующих торцах наружной и внутренней частей ствола выполнены односторонние наклонные выступы и соответствующие им односторонние наклонные пазы, изготовленные с возможностью выхода из зацепления при раздвижении частей ствола, при этом наклон выступов и пазов выполнен так, чтобы при взаимодействии под действием осевого усилия пружины и веса колонны труб наружная часть ствола с крюком выходила из зацепления с выборкой клина-отклонителя, при этом ствол сверху оборудован утолщением, выполненным диаметром, большим диаметра бокового ствола, и с возможностью взаимодействия с верхним торцом клина-отклонителя для совмещения крюка с выборкой клина-отклонителя.

На фиг. 1 показано устройство для извлечения клина-отклонителя, спущенное в скважину в интервал установки клина-отклонителя (продольный разрез).

На фиг. 2 показано поперечное сечение А-А фиг. 1.

На фиг. 3 показано поперечное сечение Б-Б фиг. 1.

На фиг. 4 показано устройство для извлечения клина-отклонителя с частичными продольными разрезами.

На фиг. 5 показано поперечное сечение В-В фиг. 4 при входе крюка в выборку клина-отклонителя (клин-отклонитель показан условно).

На фиг. 6 показано устройство в процессе отсоединения от клина-отклонителя (не показан).

На фиг. 7 показан процесс захвата клина-отклонителя за выборку крюком устройства при вращении колонны труб.

На фиг. 8 показано поперечное сечение Г-Г фиг. 7.

Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (фиг. 1) включает ствол 1 с крюком 2, соединенный с колонной труб 3, при этом ствол 1 сверху оборудован утолщением 4, выполненным диаметром d₁, большим диаметра d₂ бокового ствола 5, и с возможностью взаимодействия с верхним торцом 6 клина-отклонителя 7 (фиг. 7) для совмещения крюка 2 (фиг. 6) с выборкой 8 клина-отклонителя 7. При этом крюк 2 (фиг. 4-6) изготовлен в виде сегмента трубы, выполненного с возможностью взаимодействия при провороте колонны труб 3 вокруг оси с выборкой 8 (фиг. 7 и 8) клина-отклонителя 7, которая изготовлена в виде цилиндрической проточки на тыльной стороне клина-отклонителя 7 (фиг. 1 и 3). Ствол 1 (фиг. 4 и 6) устройства выполнен сборным, состоящим из наружной 9 и внутренней 10 частей, коаксиально вставленных друг в друга с возможностью ограниченного осевого выдвижения с преодолением усилия пружины 11, установленной между ними, причем для синхронного вращения частей ствола 1 при вводе крюка 2 (фиг. 7 и 8) в выборку 8 клина-отклонителя 7 на взаимодействующих торцах наружной 9 (фиг. 4 и 6) и внутренней 10 частей ствола 1 выполнены односторонние наклонные выступы 12 и соответствующие им односторонние наклонные пазы 13, изготовленные с возможностью выхода из зацепления при раздвижении частей ствола 1 (фиг. 6), при этом наклон и форма выступов 12 и пазов 13 выполнены так, чтобы при взаимодействии под действием осевого усилия пружины 11 (фиг. 4) и веса колонны труб 3 (фиг. 1) наружная 9 (фиг. 5, 7 и 8) часть ствола 1 с крюком 2 выходила из зацепления с выборкой 8 клина-отклонителя 7. Технические элементы, не влияющие на работоспособность устройства, не показаны или показаны условно.

Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины работает следующим образом.

Устройство (фиг. 1) на колонне труб 3 спускают в основной ствол 14 скважины, при этом центральный канал 15 (фиг. 4) ствола 1 устройства позволяет заполнять внутреннюю полость колонны труб 3 (фиг. 1 и 7) в процессе спуска устройства в основной ствол 14 скважины, исключив тем самым операции по периодическому доливу промывочной жидкости в полость колонны труб 3, и производить технологическую промывку основного ствола 14 скважины в интервале установки клина-отклонителя 7 для очистки его верхнего торца 6. Так как промывочные каналы известны и в других аналогичных устройствах, авторы не претендуют на его новизну.

По снижению веса колонны труб 3, которое контролируется по динамометру (не показано), установленному на устье скважины, и глубине спуска устройства, которая контролируется по длине колонны труб 3, определяют, что устройство достигло интервала установки клина-отклонителя 7 и уперлось утолщением 4 (фиг. 7) ствола 1 в верхний торец 6 клина-отклонителя 7. Так как диаметр d₁ утолщения 4 ствола 1 больше диаметра d₂ пробуренного бокового ствола 5, оно не может опуститься в скважину глубже определенного расстояния в зависимости от толщины стенки обсадной колонны 16 основного ствола 14 скважины. Толщина стенки обсадной колонны 16 основного ствола 14 известна из плана работ в скважине, поэтому интервал посадки устройства определяется теоретически и экспериментально перед спуском устройства в скважину. Устройство изготавливают универсальным для его свободного прохождения по всей длине обсадной колонны 16 (фиг. 1 и 7) основного ствола 14 скважины, внутренний диаметр D которой зависит от толщины стенки, чем толще стенка, тем меньше внутренний диаметр D обсадной колонны 16. При минимальной толщине стенки обсадной колонны 16 (фиг. 7) в интервале установки клина-отклонителя 7 расстояние между клином-отклонителем 7 и стенкой обсадной колонны 16 будет больше габаритного размера устройства, равного диаметру d₁ утолщения 4, и устройство опустится глубже до точки заклинивания между наклонной поверхностью клина-отклонителя 7 и стенкой обсадной колонны 16 основного ствола 14 скважины. В случае крепления скважины обсадной колонной 16 в интервале установки клина-отклонителя 7 с максимальной толщиной стенки расстояние между клином-отклонителем 7 и стенкой обсадной колонны 16 будет меньше габаритного размера устройства, поэтому устройство упрется в верхний торец 6 клина-отклонителя 7. При этом крюк 2 устройства находится на определенном расстоянии от выборки 8 клина-отклонителя 7. Для того чтобы крюк 2 устройства находился напротив выборки 8 клина-отклонителя 7, устройство приподнимают вверх на 0,2-0,5 м в зависимости от толщины стенки обсадной колонны 16 (чем тоньше стенка обсадной колонны 16, тем выше приподнимают устройство). Операции по совмещению крюка 2 устройства с выборкой 8 клина-отклонителя 7 применяются и в других аналогичных устройствах, поэтому авторы не претендуют на его новизну. Затем колонну труб 3 проворачивают ротором буровой установки (не показано) вправо, следя за показаниями моментомера (не показано) и динамометра. При увеличении крутящего момента на роторе, величина которого зависит от диаметра, материала и длины колонны труб 3, ротор останавливают, при этом динамометр показывает увеличение веса на крюке буровой установки (не показано). Это является показателем того, что крюк 2 (фиг. 5) вошел в выборку 8 клина-отклонителя 7, прижал верхнюю часть клина-отклонителя 7 к стволу 1 устройства и надежно зафиксировал его. Фиксация клина-отклонителя 7 происходит вследствие защемления с натягом его утонченной части в зоне выборки 8 между стволом 1 и крюком 2 устройства. Для увеличения прочности и прижимающего усилия крюка 2 (фиг. 4-6) его могут изготавливать из различных материалов, например рессорной стали, и крепить к стволу 1 устройства различными способами, например винтами, электросваркой, пайкой и т.п. (не показано). Для надежного (гарантированного) захвата клина-отклонителя 7 крюком 2 его закрепляют на стволе 1 устройства так, чтобы крюк 2 находился внутри описанной окружности ствола 1 устройства, что позволяет крюку легко входить в выборку 8 (фиг. 7 и 8) клина-отклонителя 7, отводя его верхний конец от стенки основного ствола 14 скважины и прижимая этот конец к эксцентричной проточке 17 (фиг. 4-6) ствола 1 устройства (клин-отклонитель не показан). При этом верхний конец клина-отклонителя 7 располагается в эксцентричной проточке 17 ствола 1 устройства, позволяющей прижать желоб 18 клина-отклонителя 7 к стволу 1 устройства (форма проточки 17 повторяет форму желоба 18 клина-отклонителя 7 и может выполняться в виде многогранника, вписанного в желоб 18, или прямой плоскости, опирающейся двумя гранями на желоб 18 и т.п.), а утолщение 4 (фиг. 7) выполняет роль направляющей при извлечении клина-отклонителя 7 из скважины, предотвращая тем самым перекашивание и зацепление его верхнего конца за стыки обсадных труб в муфтовых соединениях обсадной колонны 16, особенно в скважинах со сложным профилем основного ствола 14. Натяжением колонны труб 3 клин-отклонитель 7 срывают с места установки, переводят в транспортное положение и извлекают из основного ствола 14 скважины.

В случае невозможности извлечения клина-отклонителя 7 из основного ствола 14 скважины по каким-либо причинам колонну труб 3 резко спускают в скважину. Под действием осевого усилия пружины 11 (фиг. 4) и веса колонны труб 3 (фиг. 1 и 7), которая имеет большую жесткость и массу и потому не имеет возможности провернуться вправо, выступы 12 (фиг. 6) воздействуют на наклонную поверхность пазов 13, упирая крюк 2 нижним торцом в нижнюю грань выборки 8 и создавая большую выталкивающую силу, которая проворачивает наружную часть 9 ствола 1 с крюком 2 влево, выводит крюк 2 из зацепления с выборкой 8 клина-отклонителя 7 и освобождает устройство. Далее продолжают извлечение устройства на поверхность без каких-либо осложнений. Наклонные выступы 12 (фиг. 4 и 6) и наклонные пазы 13 могут иметь различную форму и профиль, которые способствуют гарантированному зацеплению их при вращении вправо под сжимающим действием пружины 11 (фиг. 4) и свободному провороту влево, когда пружина 11 сжата, а наружная 9 (фиг. 6) и внутренняя 10 части ствола 1 выдвинуты по оси на высоту выступов 12.

В случае неполного выхода крюка 2 (фиг. 7 и 8) из зацепления с выборкой 8 клина-отклонителя 7 колонну труб 3 приподнимают до полного сжатия пружины 11 (фиг. 4) так, чтобы односторонние наклонные выступы 12 (фиг. 6) и соответствующие им односторонние наклонные пазы 13 полностью вышли из зацепления при раздвижении частей ствола 1, и поворачивают колонну труб 3 (фиг. 7) вправо на 20-30°, чтобы выступы 12 (фиг. 4) под действием пружины 11 вновь не попали в пазы 13 при опускании колонны труб 3 (фиг. 7). Затем повторяют предыдущую операцию до полного освобождения устройства. Восстановление на динамометре веса колонны труб 3 является показателем того, что устройство полностью освободилось. Производят извлечение устройства из скважины.

Предлагаемое устройство позволяет:

- повысить надежность конструкции устройства, так как она позволяет увеличить ширину ловильного крюка и диаметр ствола устройства и тем самым прочность всей конструкции;

- увеличить прочность клина-отклонителя в зоне проточки, так как она выполняется с тыльной стороны клина-отклонителя и на большем удалении от верхнего его конца, что позволит исключить аварийные ситуации с обрывом верхней части клина-отклонителя при его извлечении из скважины;

- облегчить операции по захвату и извлечению клина-отклонителя из скважины за счет того, что ловильный крюк повторяет форму нижней кромки ловильного колокола и легко входит в выборку между обсадной колонной и тыльной стороной клина-отклонителя, отводя его верхний конец от стенки обсадной колонны и прижимая клин-отклонитель к стволу устройства;

- облегчить операцию по извлечению клина-отклонителя из скважины за счет того, что верхний его конец при подъеме из скважины оказывается прижатым к стволу устройства и центрируется им по оси скважины, предотвращая тем самым его перекашивание и заклинивание в муфтовых соединениях обсадной колонны в скважинах со сложным профилем ствола;

- легко отсоединиться от клина-отклонителя при невозможности его извлечения из скважины, и вследствие этого исключаются аварийные работы по отсоединению устройства от клина-отклонителя и извлечению его из скважины;

- выборку под ловильный крюк в теле клина-отклонителя выполнять с тыльной стороны клина, что предотвращает ее загрязнение металлической стружкой и буровым шламом, наплывом металла при работе фрез, и вследствие этого исключить необходимость ее очистки перед извлечением клина-отклонителя из скважины;

- предотвратить аварийные ситуации, связанные с самопроизвольным отсоединением клина-отклонителя от устройства и его потерей в процессе извлечения из скважины, исключив повторные ловильные работы по извлечению клина-отклонителя из скважины;

- исключить вызов геофизической партии для привязки устройства по глубине и ориентирования по желобу клина-отклонителя.

Предлагаемая конструкция устройства для извлечения клина-отклонителя из скважины позволяет повысить надежность устройства, увеличить прочность клина-отклонителя в зоне проточки, облегчить операции по захвату и удерживанию его в прижатом положении к стволу устройства в процессе извлечения из скважины, легко отсоединиться от клина-отклонителя при невозможности его извлечения из скважины, исключив необходимость производства аварийных работ по отсоединению устройства при невозможности извлечения клина-отклонителя из скважины, исключить вызов геофизической партии для привязки устройства по глубине и ориентирования по желобу клина-отклонителя, что в итоге позволит значительно сократить сроки и стоимость строительства многозабойных скважин из ранее пробуренных и обсаженных скважин с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.

Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины, включающее ствол с крюком под ответную выборку клина-отклонителя, соединенный с колонной труб, отличающееся тем, что крюк изготовлен в виде сегмента трубы, выполненного с возможностью взаимодействия при провороте колонны труб вокруг оси с выборкой клина-отклонителя, которая изготовлена в виде цилиндрической проточки на тыльной стороне клина-отклонителя, а ствол выполнен сборным, состоящим из наружной и внутренней частей, коаксиально вставленных друг в друга с возможностью ограниченного осевого выдвижения с преодолением усилия пружины, установленной между ними, причем для синхронного вращения частей ствола при вводе крюка в выборку клина-отклонителя на взаимодействующих торцах наружной и внутренней частей ствола выполнены односторонние наклонные выступы и соответствующие им односторонние наклонные пазы, изготовленные с возможностью выхода из зацепления при раздвижении частей ствола, при этом наклон выступов и пазов выполнен так, чтобы при взаимодействии под действием осевого усилия пружины и веса колонны труб наружная часть ствола с крюком выходила из зацепления с выборкой клина-отклонителя, при этом ствол сверху оборудован утолщением, выполненным диаметром, большим диаметра бокового ствола, и с возможностью взаимодействия с верхним торцом клина-отклонителя для совмещения крюка с выборкой клина-отклонителя.