Скважинное отклоняющее устройство с практически сбалансированным по давлению кольцевым уплотняющим узлом

Скважинное отклоняющее устройство с практически сбалансированным по давлению кольцевым уплотняющим узлом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение в основном относится к применяемому оборудованию и операциям, выполняемым в отношении подземной скважины, а в одном примере, описанном ниже, в частности, предлагается скважинное отклоняющее устройство с практически сбалансированным по давлению кольцевым уплотняющим узлом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Отклоняющее устройство, как правило, используется в скважине для того, чтобы отклонять оборудование в поперечном направлении относительно ствола скважины, в котором установлено отклоняющее устройство. Примеры отклоняющих устройств включают фрезерные и сверлильные отклонители, а также отклонители заканчивания. Фрезерный отклонитель может быть использован для отклонения одной или нескольких фрез в поперечном направлении для того, чтобы вырезать окно в обсадной трубе, облицовывающей ствол скважины. Сверлильный отклонитель может быть использован для отклонения бурильной колонны с целью бурения бокового ствола скважины, выходящего из окна. Отклонитель заканчивания может быть использован для отклонения снаряда для заканчивания (например, хвостовики, скважинные фильтры и т.д.) в боковой ствол скважины. В некоторых примерах, одно отклоняющее устройство может выполнять более одной (или все) из этих функций. Таким образом, следует понимать, что существует постоянная необходимость улучшений в области конструирования и использования скважинных отклоняющих устройств.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой частичный вид в поперечном разрезе скважинной системы и связанный с ней способ, который позволяет реализовать принципы настоящего изобретения, скважинная система изображена со скважинным отклоняющим устройством, установленным в основной скважине, и с боковым столом скважины, пробуренным из основной скважины.

Фиг. 2 представляет собой частичный вид в поперечном разрезе скважинной системы и способ, скважинная система изображена с хвостовиком, зацементированным в боковом стволе скважины.

Фиг. 3 представляет собой поперечный разрез кольцевого уплотняющего узла и оправки отклоняющего устройства в увеличенном масштабе.

Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе кольцевого уплотняющего узла в еще более увеличенном масштабе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 представлена система 10 для применения в отношении скважины, и связанный с ней способ, позволяющие реализовать принципы настоящего изобретения. Однако следует четко понимать, что система 10 и способ являются лишь одним из примеров применения на практике принципов настоящего изобретения, и возможны другие самые различные примеры. Следовательно, объем настоящего изобретения ни в коей мере не ограничивается подробным описанием системы 10 и способа, приведенных в настоящей заявке и/или проиллюстрированных на чертежах.

В примере на Фиг. 1 скважинное отклоняющее устройство 12 расположено в обсадной трубе 14, которая направляет главный или основной ствол 16 скважины. Термин «обсадная труба» в настоящем описании использован для обозначения трубчатой защитной облицовки ствола скважины. Обсадная труба может быть известного специалистам в данной области техники типа «обсадная колонна», «хвостовик», или «лифтовая колонна». Обсадная труба может быть разделена на участки или непрерывна, может быть металлической или неметаллической и может быть увеличена или сформирована по месту. Таким образом, следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается использованием обсадной трубы любого конкретного типа.

Отклоняющее устройство 12 закреплено в обсадной трубе 14 с помощью фиксирующего приспособления 18. Фиксирующее приспособление 18 может быть пакером, защелкой, которая входит в контакт с защелочным соединением на обсадной трубе 14, или фиксирующим приспособлением любого типа, которое способно обеспечить крепление отклоняющего устройства 12 для избежания продольного перемещения в обсадной трубе.

В некоторых примерах, фиксирующее приспособление 18 может быть частью отклоняющего устройства 12. В других примерах, фиксирующее приспособление 18 может быть установлено в обсадной трубе 14, а затем отклоняющее устройство 12 может входить в контакт с фиксирующим приспособлением. В других примерах, фиксирующее приспособление 18 может быть установлено как часть отклоняющего устройства, а затем может оставаться в обсадной трубе 14, в то время как отклоняющее устройство заменяется на другой отклонитель. Таким образом, следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается любым конкретным типом фиксирующего приспособления, или любым конкретным способом установки фиксирующего приспособления, или любой комбинацией фиксирующего приспособления и отклоняющего устройства.

В примере на Фиг. 1, ориентирующий инструмент 20 используется для ориентирования скошенной отклоняющей поверхности 22 отклоняющего устройства 12 азимутально или вращательно к ответвляющемуся или боковому стволу скважины 24. В то время как ориентирующий инструмент 20 выполняет эту ориентирующую функцию, боковой ствол скважины 24 может быть пробурен или может быть не пробурен. Например, ориентирующий инструмент 20 может быть использован для ориентирования отклоняющей поверхности 22 в желаемом азимутальном направлении для прорезания окна 26 в обсадной трубе 14 и одновременно для бурения бокового ствола 24 скважины, выходящего из окна.

Следует отметить, что отдельный ориентирующий инструмент 20 не является необходимым в соответствии с объемом настоящего изобретения. Например, фиксирующее приспособление 18 может выполнять ориентирующую функцию (например, с ориентирующим защелочным соединением в обсадной трубе 14 и т.д.). В других примерах, отклоняющее устройство 12 может быть ориентировано при его установке с использованием такого оборудования, как гироскоп, уровень и т.д. Таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается использованием какого-либо конкретного типа ориентирующего инструмента, или использованием отдельного ориентирующего инструмента вместе с отклоняющим устройством 12.

Отклоняющая поверхность 22 расположена на отклонителе 28. В этом примере, отклонитель 28 представляет собой тип, известный специалистам в данной области техники, как отклонитель заканчивания, но в других примерах, отклонитель может выполнять другие функции, отличные от или дополняющие отклонение оборудование для заканчивания в боковой ствол 24 скважины. Таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается использованием отклонителя любого конкретного типа.

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, основной ствол скважины 16 является вертикальным и боковой ствол 24 скважины пробурен вниз и наружу из окна 26. Тем не менее, в других вариантах реализации, основной ствол 16 скважины может быть горизонтальным или наклоненным относительно вертикали, боковой ствол 24 скважины может быть пробурен вверх, горизонтально, или в любом другом направлении из окна 26, основной ствол скважины может быть ответвлением другого ствола скважины и т.д. Таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается какими-либо деталями стволов 16, 24 скважины, как показано на чертежах или описано в настоящей заявке.

Во время прорезания окна 26, бурения бокового ствола 24 скважины, операций заканчивания и т.д., обломочная порода может вытесняться через кольцевой зазор 30, образованный по кругу между отклоняющим устройством 12 и обсадной трубой 14. Эта обломочная порода может мешать или не допускать нормальную работу или извлечение определенного оборудования. Например, обломочная порода в кольцевом зазоре 30 может усложнить извлечение отклоняющего устройства 12, или может привести к фиксации ориентирующего инструмента 20, или к неисправности фиксирующего приспособления 18 и т.д.

В отклоняющем устройстве 12 по Фиг. 1 эти неблагоприятные и нежелательные обстоятельства смягчены за счет использования кольцевого уплотняющего узла 32 на отклоняющем устройстве 12. Кольцевой уплотняющий узел 32 герметизирует кольцевой зазор 30 и тем самым предотвращает перемещение обломочной породы (например, обломки от фрезерования и сверления, цементный раствор и т.д.) за пределы кольцевого уплотняющего узла.

В примере на Фиг. 1, кольцевой уплотняющий узел 32 расположен снаружи на оправке 34, которая закреплена между отклонителем 28 и ориентирующим инструментом 20. Кольцевой уплотняющий узел 32 плотно входит в контакт как с оправкой 34, так и с обсадной трубой 14, чтобы тем самым герметизировать кольцевой зазор 30.

Кольцевой уплотняющий узел 32, также скользя, входит в контакт как с обсадной трубой 14, так и с оправкой 34, чтобы таким образом обеспечить возможность продольного перемещения кольцевого уплотняющего узла в кольцевом зазоре 30 относительно обсадной трубы и оправки. Таким образом, давление вдоль кольцевого уплотняющего узла 32 может оставаться, по существу, сбалансированным, так что кольцевой уплотняющий узел не должен использоваться для герметизации при наличии большого перепада давления (которое, в противном случае, может сократить полезный срок службы кольцевого уплотняющего узла). Таким образом, если прилагается перепад давления на кольцевом уплотняющем узле 32, кольцевой уплотняющий узел может сместиться в продольном направлении и, таким образом, устранить (или, по меньшей мере, существенно уменьшить) перепад давления.

В дополнение к сказанному обратимся теперь к Фиг. 2, где представлена скважинная система 10 после установки хвостовика 36 в боковом стволе 24 скважины. Цементный раствор 38 попал в кольцевой зазор 40, образованный в радиальном направлении между хвостовиком 36 и боковым стволом 24 скважины.

Цементный раствор 38 также распространяется в обсадную колонну 14 основной скважины через окно 26. В последующих операциях может быть использован промывочный инструмент (не показан), чтобы изолировать верхний конец хвостовика 36 и извлекать отклоняющее устройство 12, чтобы затем получать доступ к основному стволу 16 скважины ниже, но это необязательно поддерживать в объеме настоящего изобретения.

Как проиллюстрировано на Фиг. 2, можно увидеть, что некоторая часть цементного раствора 38 вошла в кольцевой зазор 30 выше кольцевого уплотняющего узла 32. Тем не менее, кольцевой уплотняющий узел 32 предотвращает попадание цементного раствора 38 (или любой другой породы) от перемещения далее в кольцевом зазоре 30.

Если, например, во время операции цементирования, давление в кольцевом зазоре 30, находящемся выше кольцевого уплотняющего узла 32, увеличивается по сравнению с давлением в кольцевом зазоре, находящемся ниже кольцевого уплотняющего узла, то кольцевой уплотняющий узел может сместиться вниз. Это направленное вниз перемещение кольцевого уплотняющего узла 32 будет сжимать жидкость в кольцевом зазоре 30 и стволе 16 скважины ниже кольцевого уплотняющего узла, таким образом выравнивания давление по всему кольцевому уплотняющему узлу.

В дополнение к сказанному обратимся теперь к Фиг. 3, где представлен частичный вид в поперечном разрезе отклоняющего устройства 12 в обсадной трубе 14 в увеличенном масштабе. На этом виде можно заметить, что кольцевой уплотняющий узел 32 герметично и со скольжением расположен на наружной поверхности 34а с уменьшенным диаметром оправки 34. Кольцевой уплотняющий узел 32 также герметично и со скольжением входит в контакт с внутренней поверхностью 14а обсадной трубы 14.

В дополнение к сказанному обратимся теперь к Фиг. 4, которая представляет собой вид в поперечном разрезе кольцевого уплотняющего узла 32 в еще более увеличенном масштабе. На данном виде можно заметить, что кольцевой уплотняющий узел 32 содержит в целом трубчатую втулку 42. Уплотнение 44 расположено снаружи на втулке 42 для обеспечения герметичного и со скольжением контакта с внутренней поверхностью 14а обсадной трубы. Другое уплотнение 46 расположено в канавке 48, образованной внутри втулки 42, так что уплотнение может со скольжением и герметично входить в контакт с наружной поверхностью 34а оправки.

В примере на Фиг. 4, уплотнение 44 формуется или приклеивается на втулке 42, и уплотнение 46 удерживается в канавке 48. Тем не менее, в других примерах, оба уплотнения 44, 46 могут удерживаться в канавках, или могут быть формованные или приклеенные к втулке 42, или иным образом присоединены или закреплены. В некоторых примерах, внешние и внутренние уплотнения 44, 46 могут быть сформированы как единое целое в виде одного компонента, с использованием или без использования втулки 42. Таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается использованием уплотнений любого типа, или любой конструкции кольцевого уплотняющего узла 32.

Теперь может быть совершенно понятно, что описанное выше изобретение предоставляет существенные преимущества в области техники по конструированию и использованию скважинных отклоняющих устройств. В примерах, описанных выше, кольцевой уплотняющий узел 32 способен предотвратить перемещение породы (такой как цементный раствор 38 и т.д.) через кольцевой зазор 30, которому без кольцевого уплотняющего узла приходится выдерживать значительную разность давлений.

В одном из аспектов, скважинное отклоняющее устройство 12 применяется в данной области техники согласно приведенного выше описания. В примере, описанном выше, отклоняющее устройство 12 может содержать отклонитель 28, имеющий отклоняющую поверхность 22, и кольцевой уплотняющий узел 32, расположенный снаружи на скважинном отклоняющем устройстве 12, при этом кольцевой уплотняющий узел 32 выполнен продольно перемещаемым на скважинном отклоняющем устройстве 12 в ответ на перепад давления, приложенного по всему кольцевому уплотняющему узлу 32.

Смещение кольцевого уплотняющего узла 32 на скважинном отклоняющем устройстве 12 может привести к снижению перепада давления и/или существенному выравниванию давления по всему кольцевому уплотняющему узлу 32.

Кольцевой уплотняющий узел 32 может быть расположен продольно между отклонителем 28 и фиксирующим приспособлением 18, которое закрепляет скважинное отклоняющее устройство 12 в обсадной трубе 14. Кольцевой уплотняющий узел 32 герметично и со скольжением входит в контакт с обсадной трубой 14, а также герметично и со скольжением входит в контакт с оправкой 34, соединенной с отклонителем 28.

Кольцевой уплотняющий узел 32 может содержать жесткую втулку 42, имеющую первое эластичное уплотнение 44 на внешней стороне втулки 42 и имеющую второе эластичное уплотнение 46 на внутренней стороне втулки 42.

Кольцевой уплотняющий узел 32 может предотвращать перемещение цементного раствора 38 с первой стороны кольцевого уплотняющего узла 32 на расположенную напротив первой стороны вторую сторону кольцевого уплотняющего узла 32.

Также выше описана скважинная система 10. В одном примере скважинная система 10 также может содержать скважинное отклоняющее устройство 12, расположенное в обсадной трубе 14 скважины, скважинное отклоняющее устройство 12 содержит отклонитель 28 и кольцевой уплотняющий узел 32, который герметизирует кольцевой зазор 30 между скважинным отклоняющим устройством 12 и обсадной трубой 14 скважины. Перепад давления по всему кольцевому уплотняющему узлу 32 уменьшается посредством перемещения кольцевого уплотняющего узла 32 на скважинном отклоняющем устройстве 12. Кольцевой уплотняющий узел 32 может перемещается на скважинном отклоняющем устройстве 12 в ответ на перепад давления, приложенного по всему кольцевому уплотняющему узлу 32.

Приведенное выше описание также предоставляет для данной области техники способ герметизации кольцевого зазора 30, образованного между скважинным отклоняющим устройством 12 и обсадной колонной 14 скважины. В одном примере, способ включает: размещение кольцевого уплотняющего узла 32 на оправке 34, кольцевой уплотняющий узел 32 со скольжением и герметично входит в контакт с внешней поверхностью 34a оправки 34; соединение оправки 34 с отклонителем 28; и установку скважинного отклоняющего устройства 12, содержащего кольцевой уплотняющий узел 32, оправку 34 и отклонитель 28 внутри обсадной трубы 14.

Кольцевой уплотняющий узел 32 герметично и со скольжением входит в контакт с обсадной трубой 14 после этапа установки.

Способ может включать приложение перепада давления по всему кольцевому уплотняющему узлу 32 после этапа установки, таким образом вызывая перемещение кольцевого уплотняющего узла 32 в кольцевом зазоре 30. Перемещение кольцевого уплотняющего узла 32 в кольцевом зазоре 30 может уменьшить перепад давления.

Хотя выше были описаны различные примеры, каждый из которых содержит определенные особенности, следует понимать, что конкретная особенность по одному примеру необязательно применяется исключительно с этим примером. Напротив, любая из особенностей, описанных выше и/или изображенных на чертежах, может использоваться в любом из вариантов реализации, в качестве дополнения или замены любой из других особенностей этих вариантов. Особенности одного примера не являются взаимоисключающими с особенностями другого примера. Напротив, объем настоящего изобретения включает в себя любую комбинацию любых особенностей.

Хотя каждый описанный выше пример включает определенную комбинацию особенностей, следует понимать, что необязательно применяются все особенности примера. Напротив, можно использовать любую из описанных выше особенностей, без какой-либо другой конкретной особенности или особенностей.

Следует понимать, что различные варианты реализации изобретения, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы в различных видах ориентации, например, наклонной, перевернутой, горизонтальной, вертикальной и т.д., а также в различных конфигурациях, без отступления 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.

В приведенном выше описании типовых примеров термины, задающие направление (например, "выше", "ниже", "верхний", "нижний" и т.п.), применяются для удобства при отнесении к прилагаемым чертежам. Однако следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается какими-либо конкретными направлениями, описанными в настоящей заявке.

Понятия "включающий", "включает", "содержащий", "содержит" и аналогичные используются в данном описании в не ограничивающем смысле. Например, если система, способ, аппарат, устройство и т.д. описывается как "включающее" определенную особенность или элемент, система, способ, аппарат, устройство и т.д., могут включать эту особенность или элемент, а также могут включать другие особенности или элементы. По аналогии, термин "содержит" означает "содержит, но не ограничивается".

Конечно, для специалиста в данной области техники после внимательного изучения вышеприведенного описания типовых вариантов реализации настоящего изобретения должно быть очевидно, что в отношении конкретных вариантов реализации могут быть разработаны многие модификации, дополнения, замены, исключения и другие изменения, причем такие изменения предусматриваются в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Например, устройства, описанные как отдельные, в других примерах могут быть частью устройств и наоборот. Соответственно, приведенное выше подробное описание следует однозначно понимать как приведенное исключительно в качестве иллюстрации и примера, причем сущность и объем изобретения ограничиваются только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

1. Скважинное отклоняющее устройство, содержащее:

отклонитель, имеющий отклоняющую поверхность; и

кольцевой уплотняющий узел, расположенный снаружи на скважинном отклоняющем устройстве, при этом кольцевой уплотняющий узел выполнен с возможностью продольного перемещения на скважинном отклоняющем устройстве в ответ на перепад давления, приложенного по всему кольцевому уплотняющему узлу.

2. Скважинное отклоняющее устройство по п.1, отличающееся тем, что перемещение кольцевого уплотняющего узла на скважинном отклоняющем устройстве уменьшает перепад давления.

3. Скважинное отклоняющее устройство по п.1, отличающееся тем, что перемещение кольцевого уплотняющего узла на скважинном отклоняющем устройстве существенно выравнивает давление по всему кольцевому уплотняющему узлу.

4. Скважинное отклоняющее устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой уплотняющий узел располагается продольно между отклонителем и фиксирующим приспособлением, которое закрепляет скважинное отклоняющее устройство в обсадной трубе.

5. Скважинное отклоняющее устройство по п.4, отличающееся тем, что кольцевой уплотняющий узел герметично и со скольжением входит в контакт с обсадной трубой, и отличающееся тем, что кольцевой уплотняющий узел герметично и со скольжением входит в контакт с оправкой, соединенной с отклонителем.

6. Скважинное отклоняющее устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой уплотняющий узел содержит жесткую втулку, имеющую первое эластичное уплотнение на внешней стороне втулки и имеющую второе эластичное уплотнение на внутренней стороне втулки.

7. Скважинное отклоняющее устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой уплотняющий узел предотвращает перемещение цементного раствора с первой стороны кольцевого уплотняющего узла на расположенную напротив первой стороны вторую сторону кольцевого уплотняющего узла.

8. Скважинная система, содержащая:

скважинное отклоняющее устройство, расположенное в обсадной трубе, причем скважинное отклоняющее устройство содержит отклонитель и кольцевой уплотняющий узел, который герметизирует кольцевой зазор между скважинным отклоняющим устройством и обсадной трубой, причем перепад давления по всему кольцевому уплотняющему узлу уменьшается посредством перемещения кольцевого уплотняющего узла на скважинном отклоняющем устройстве.

9. Скважинная система по п.8, отличающаяся тем, что кольцевой уплотняющий узел перемещается на скважинном отклоняющем устройстве в ответ на приложение перепада давления по всему кольцевому уплотняющему узлу.

10. Скважинная система по п.8, отличающаяся тем, что перемещение кольцевого уплотняющего узла на скважинном отклоняющем устройстве существенно выравнивает давление по всему кольцевому уплотняющему узлу.

11. Скважинная система по п.8, отличающаяся тем, что кольцевой уплотняющий узел располагается продольно между отклонителем и фиксирующим приспособлением, которое закрепляет скважинное отклоняющее устройство в обсадной трубе.

12. Скважинная система по п.8, отличающаяся тем, что кольцевой уплотняющий узел герметично и со скольжением входит в контакт с обсадной трубой, и отличающаяся тем, что кольцевой уплотняющий узел герметично и со скольжением входит в контакт с оправкой, соединенной с отклонителем.

13. Скважинная система по п.8, отличающаяся тем, что кольцевой уплотняющий узел содержит жесткую втулку, имеющую первое эластичное уплотнение на внешней стороне втулки и имеющую второе эластичное уплотнение на внутренней стороне втулки.

14. Скважинная система по п.8, отличающаяся тем, что кольцевой уплотняющий узел предотвращает перемещение цементного раствора с первой стороны кольцевого уплотняющего узла на расположенную напротив первой стороны вторую сторону кольцевого уплотняющего узла.

15. Способ герметизации кольцевого зазора, образованного между скважинным отклоняющим устройством и обсадной трубой, включающий:

размещение кольцевого уплотняющего узла на оправке, причем кольцевой уплотняющий узел со скольжением и герметично входит в контакт с внешней поверхностью оправки;

соединение оправки с отклонителем; и

установку скважинного отклоняющего устройства внутрь обсадной трубы, причем скважинное отклоняющее устройство содержит кольцевой уплотняющий узел, оправку и отклонитель.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что кольцевой уплотняющий узел герметично и со скольжением входит в контакт с обсадной трубой после установки.

17. Способ по п.15, дополнительно включающий приложение перепада давления по всему кольцевому уплотняющему узлу после установки, таким образом вызывая перемещение кольцевого уплотняющего узла в кольцевом зазоре.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что перемещение кольцевого уплотняющего узла в кольцевом зазоре уменьшает перепад давления.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что кольцевой уплотняющий узел предотвращает перемещение цементного раствора с первой стороны кольцевого уплотняющего узла на расположенную напротив первой стороны вторую сторону кольцевого уплотняющего узла.

20. Способ по п.15, отличающийся тем, что кольцевой уплотняющий узел расположен продольно между отклонителем и фиксирующим приспособлением, которое закрепляет скважинное отклоняющее устройство в обсадной трубе.