СКВАЖИННАЯ ОБРАБАТЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинной обрабатывающей системе для обработки обсадной колонны в стволе скважины, имеющей устье. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу обработки.

Уровень техники

Технология строительства скважин непрерывно совершенствуется, при этом традиционно в центре внимания остается интеллектуальная технология заканчивания скважин. Однако для оптимизации добычи бывает необходимо внести изменения в скважину во время ее срока службы, причем эти изменения не всегда являются прогнозируемыми и поэтому могут быть не учтены при монтаже обсадной колонны. Одним необходимым изменением может быть обработка отверстия в обсадной колонне для установки регулирующего клапана, чтобы обеспечить запуск газлифта. Другим требуемым изменением может быть обработка больших по размеру отверстий в обсадной колонне для выполнения бокового отвода ствола скважины. Однако при выполнении больших по размеру отверстий, удлиненных отверстий или просто отверстий, отличных от размера долота, в глубинных условиях не может быть использована технология обработки с числовым программным управлением (CNC), так как для данной технологии необходимо наличие большого пространства и большого количества энергии, которые ограничены скважинными условиями.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задачей настоящего изобретения является создание улучшенного скважинного инструмента, способного выполнять механическую обработку обсадной колонны в заданном местоположении и механическую обработку с заданной геометрией отверстия, даже если пространство и энергия ограничены скважинными условиями.

Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и свойства, очевидные из нижеследующего описания, выполнены с помощью технического решения согласно настоящему изобретению посредством скважинной обрабатывающей системы для обработки обсадной колонны в стволе скважины, имеющей устье, содержащей:

- первую часть инструмента, вытянутую в осевом направлении и имеющую анкерную секцию;

- вторую часть инструмента, выполненную с возможностью вращения и перемещения в осевом направлении относительно первой части инструмента, причем вторая часть инструмента содержит обрабатывающее долото, выполненное с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно осевого направления;

- первое исполнительное устройство, содержащее электрический двигатель для перемещения в осевом направлении второй части инструмента относительно первой части инструмента;

- второе исполнительное устройство, содержащее электрический двигатель для вращения второй части инструмента относительно первой части инструмента; и

- третье исполнительное устройство, содержащее электрический двигатель для вращения долота;

причем по меньшей мере одно из исполнительных устройств содержит зубчатую передачу для изменения скорости вращения ротора двигателя.

В одном варианте осуществления изобретения зубчатая передача может являться понижающей зубчатой передачей.

Помимо этого, первая часть инструмента может быть расположена ближе к устью скважины, чем вторая часть инструмента.

Дополнительно, система может содержать вторую анкерную секцию, при этом анкерные секции могут быть расположены на осевом расстоянии друг от друга, причем обе анкерные секции расположены ближе к устью скважины, чем вторая часть инструмента и долото.

Скважинная обрабатывающая система может дополнительно содержать две анкерные секции, расположенные на осевом расстоянии друг от друга, причем обе анкерные секции расположены ближе к устью скважины, чем вторая часть инструмента.

Кроме того, долото может быть не расположено между анкерными секциями.

В варианте осуществления изобретения зубчатая передача третьего исполнительного устройства может являться конической зубчатой передачей.

Также, зубчатая передача второго исполнительного устройства может являться планетарной зубчатой передачей.

Кроме того, зубчатая передача первого исполнительного устройства может являться планетарной зубчатой передачей.

Дополнительно, долото может быть выполнено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно осевого направления посредством электрического двигателя и/или гидравлической системы.

Кроме того, долото может быть выполнено с возможностью перемещения в радиальном направлении посредством гидравлического цилиндра.

Помимо этого, долото может образовывать поршень гидравлического цилиндра.

Кроме того, одна анкерная секция может быть выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно другой секции.

Система может дополнительно содержать приводной модуль для продвижения системы вперед в скважине.

В варианте осуществления изобретения первое исполнительное устройство может содержать гидравлический цилиндр вместо двигателя.

Кроме того, скважинная обрабатывающая система может содержать управляющее устройство для управления исполнительными устройствами.

Помимо этого, управляющее устройство может быть расположено в первой части инструмента или во второй части инструмента.

Дополнительно, управляющее устройство может быть расположено у устья скважины.

В одном варианте осуществления изобретения скважинная обрабатывающая система может дополнительно содержать зажимной или режущий инструмент, выполненный с возможностью выдвижения через отверстие в обсадной колонне, выполненное обрабатывающим долотом.

Кроме того, скважинная обрабатывающая система может дополнительно содержать магазин для смены долота.

Дополнительно, скважинная обрабатывающая система может содержать гидроочиститель.

Также, скважинная обрабатывающая система может дополнительно содержать инструмент для установки пробки.

В другом варианте осуществления изобретения долото может быть выполнено с возможностью перемещения в радиальном направлении в гнезде долота, причем долото может иметь острый конец, обращенный к обсадной колонне, и поршневой конец, при этом долото может быть выполнено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно осевого направления посредством электрического двигателя, выполненного с возможностью приведения в движение гидравлического цилиндра, соединенного с возможностью передачи текучей среды с гнездом долота и оказывающего давление на поршневой конец.

Скважинная обрабатывающая система, описанная выше, может дополнительно содержать гидроочиститель для вычищения отходов, образовавшихся в процессе механической обработки.

Помимо этого, скважинная обрабатывающая система, описанная выше, может дополнительно содержать инструмент для установки пробки для последующей установки пробки.

Благодаря наличию инструмента для установки пробки скважина может быть быстро зацементирована после извлечения из скважины скважинной обрабатывающей системы.

Кроме того, скважинная обрабатывающая система, описанная выше, может дополнительно содержать зажимной или режущий инструмент, выполненный с возможностью выдвижения через отверстие в обсадной колонне, выполненное обрабатывающим долотом.

Также, первое исполнительное устройство может являться гидравлическим цилиндром, являющимся ударным инструментом.

Кроме того, долото может быть выполнено с возможностью вращения с помощью зубчатых передач посредством главного вала, приводимого во вращение двигателем.

Дополнительно, главный вал может быть соединен с неортогональной конической зубчатой передачей для обеспечения вращения долота.

Помимо этого, первое зубчатое колесо неортогональной конической зубчатой передачи может быть присоединено к главному валу, а второе зубчатое колесо неортогональной конической зубчатой передачи может быть присоединено к гнезду долота.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу обработки, содержащему следующие этапы:

- введение скважинной обрабатывающей системы по любому из предыдущих пунктов в обсадную колонну;

- анкерное закрепление указанной системы в обсадной колонне;

- перемещение второй части инструмента относительно первой части инструмента;

- перемещение обрабатывающего долота в радиальном направлении относительно осевого направления; и

- обработка обсадной колонны посредством долота.

Указанный способ обработки может дополнительно содержать этап перемещения второй части инструмента и долота в осевом направлении и/или вращения второй части инструмента и долота при выполнении этапа обработки для выполнения отверстия в обсадной колонне, причем указанное отверстие больше диаметра долота.

В варианте осуществления изобретения этап обработки может быть выполнен для выполнения отверстия в обсадной колонне, при этом способ может дополнительно содержать этап выдвижения рабочего инструмента в отверстие.

Наконец, обработка может являться обычным фрезерованием/встречным фрезерованием или фрезерованием по подаче/попутным фрезерованием.

Краткое описание чертежей

Изобретение, его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не ограничительные варианты осуществления, и на которых:

на фиг. 1 показана скважинная обрабатывающая система, закрепленная анкерами в обсадной колонне;

на фиг. 2 показана часть скважинной обрабатывающей системы в перспективе;

на фиг. 3 показан частичный вид в поперечном разрезе другого варианта осуществления скважинной обрабатывающей системы;

на фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе части скважинной обрабатывающей системы;

на фиг. 5 показан вид в перспективе системы на гусеничном ходу в другом варианте осуществления скважинной обрабатывающей системы;

на фиг. 6 показан вид в перспективе другой скважинной обрабатывающей системы, содержащей ударный инструмент;

на фиг. 7 показана скважинная обрабатывающая система в скважине, расположенная выше скважинного предохранительного клапана, управляемого линиями управления;

на фиг. 8 показана скважинная обрабатывающая система, показанная на фиг. 7, в которой линия управления отрезана; и

на фиг. 9 показана скважинная обрабатывающая система, содержащая гидроочиститель и инструмент установки пробки;

на фиг. 10 показан вид в поперечном разрезе части инструмента;

на фиг. 11а показана скважинная обрабатывающая система в перспективе;

на фиг. 11b показана скважинная обрабатывающая система в перспективе и в другом положении; и

на фиг. 11с показан увеличенный вид части скважинной обрабатывающей системы.

Все чертежи являются весьма схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для объяснения изобретения, поэтому другие части не показаны или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана скважинная обрабатывающая система 1 для обработки обсадной колонны 2 в стволе 3 скважины посредством долота 8. Обработка обсадной колонны может быть выполнена по нескольким причинам, например для выполнения отверстия в обсадной колонне с целью установки в него клапана или для отрезания линии управления. Скважинная обрабатывающая система 1 содержит первую часть 4 инструмента, вытянутую в осевом направлении 5 и имеющую анкерную секцию 6 для анкерного закрепления инструмента в заданном местоположении в обсадной колонне для выполнения операции обработки. Система дополнительно содержит вторую часть 7 инструмента, в которой расположено долото. Вторая часть инструмента выполнена с возможностью вращения относительно первой части инструмента для обеспечения возможности расположения долота вдоль периферии обсадной колонны, как показано линией В, при этом долото выполнено с возможностью перемещения из части инструмента для вхождения в контакт с внутренней поверхностью 23 обсадной колонны. После анкерного закрепления инструмента долото располагают в заданном местоположении и, соответственно, либо перемещают вдоль осевого направления 5 первой части инструмента и/или вращают вокруг него, а затем выдвигают из части инструмента для вхождения во взаимодействие с обсадной колонной.

Как показано на фиг. 2, вторая часть 7 инструмента выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно первой части инструмента вдоль направления, показанного стрелкой А, посредством первого исполнительного устройства 10, содержащего электрический двигатель 11 А. Система дополнительно содержит второе исполнительное устройство 12, содержащее электрический двигатель 11В для вращения второй части инструмента относительно первой части инструмента. Обрабатывающее долото 8 выполнено с возможностью перемещения в радиальном направлении 9 относительно осевого направления посредством третьего исполнительного устройства 14, содержащего электрический двигатель 11С. При работе в скважине через кабель 22 (показан на фиг. 1) количество энергии является весьма ограниченным и, кроме того, ограниченное пространство в обсадной колонне обусловливает существенное ограничение размера скважинного рабочего инструмента и, следовательно, и двигателей, расположенных в инструменте. Вследствие этого ограниченного рабочего объема двигателей первое и второе исполнительные устройства содержат зубчатую передачу 15 для изменения скорости вращения ротора 16 (показан на фиг. 3) двигателя, и, таким образом, исполнительные устройства выполнены с возможностью перемещения второй части инструмента относительно первой части инструмента. Таким образом, при выполнении обработки, для того чтобы долото при вхождении во взаимодействие со стенкой обсадной колонны могло врезаться в обсадную колонну, необходимо наличие зубчатых передач. Электрические двигатели, достаточно небольшие для их установки в скважинный снаряд, не являются достаточно мощными, чтобы приводить в действие долото, например, посредством перемещения второй части инструмента, во время обработки без использования понижающих зубчатых передач.

При наличии нескольких исполнительных устройств скважинная обрабатывающая система обеспечивает возможность обработки отверстия любой геометрии и, таким образом, выполнения окна, которое может иметь прямоугольную, круговую форму или форму меандра. Скважинная обрабатывающая система также обеспечивает возможность написания букв, чисел или логотипов посредством фрезерования в обсадной колонне.

Как показано на фиг. 2, первое исполнительное устройство 10 содержит электрический двигатель 11А, вращающий вал 16, 24, который вращает зубчатую передачу 15, 15А, входящую во взаимодействие с зубцами главного вала 25 с обеспечением тем самым перемещения главного вала и второй части 7 инструмента в осевом направлении относительно первой части 4 инструмента. Второе исполнительное устройство 12 содержит электрический двигатель 11В, вращающий главный вал 25 посредством понижающей зубчатой передачи 15, например планетарной зубчатой передачи 15В с обеспечением тем самым вращения главного вала и второй части 7 инструмента относительно первой части 4 инструмента. Первое и второе исполнительные устройства обеспечивают возможность перемещения долота вдоль осевого направления обсадной колонны и по периферии обсадной колонны, таким образом, данная система обеспечивает возможность обработки отверстия, которое больше диаметра долота.

Третье исполнительное устройство, содержащее электрический двигатель, расположено во второй части инструмента для вращения долота 8. Долото может быть приведено во вращение посредством конической зубчатой передачи или посредством ременной передачи. Долото выполнено с возможностью перемещения в осевом направлении посредством электрического двигателя и/или гидравлической системы, что описано ниже.

Зубчатые передачи исполнительных устройств могут являться понижающими зубчатыми передачами, обеспечивающими уменьшение числа оборотов двигателя и сообщение исполнительному устройству большего вращающего момента. Зубчатая передача в третьем исполнительном устройстве также может являться зубчатой передачей, увеличивающей число оборотов долота относительно электрического двигателя, чтобы получить оптимальный процесс обработки для долота.

Как показано на фиг. 1, первая часть 4 инструмента расположена ближе к устью скважины, чем вторая часть 7 инструмента. Первая часть 4 инструмента содержит две анкерные секции 6, 6А, 6В, расположенные на осевом расстоянии друг от друга, причем обе анкерные секции расположены ближе к устью скважины, чем обрабатывающее долото 8 второй части 7 инструмента. Таким образом, долото 8 не расположено между анкерными секциями 6, 6А, 6В, что дает возможность отходам 20, образовавшимся в процессе обработки, выходить из участка обработки вместо их скопления в этом участке между анкерными секциями и ухудшения качества обработки. Если скважина не должна быть зацементирована и законсервирована после работы, то в скважину может быть погружен очищающий инструмент для очищения скважины от отходов. Кроме того, при наличии второй части инструмента и, соответственно, долота, расположенного перед анкерной секцией 6, долото не ограничено в его перемещении и, таким образом, при необходимости обеспечена возможность обработки посредством долота длинного отверстия в обсадной колонне.

Как показано на фиг. 3, зубчатая передача 15 первого исполнительного устройства 10 является планетарной зубчатой передачей 15А, приводящей в действие шпиндель 45, входящий во взаимодействие с гнездом 46 посредством выступа 47, обеспечивая перемещение второй части 7 инструмента в осевом направлении относительно первой части 4 инструмента. Как показано на чертеже, вторая часть 7 может содержать два долота 8, и при износе первого долота вторую часть 7 поворачивают, в результате чего второе долото может занять место первого долота с продолжением фрезерования. Долото приводится во вращение с помощью зубчатых передач посредством главного вала 25, приводимого во вращение двигателем 11, например, как показано на фиг. 3 и 10, что описано ниже.

Как показано на фиг. 4, обрабатывающее долото 8 выполнено с возможностью выдвижения посредством гидравлического цилиндра 30, приводимого в движение электрическим двигателем 31. Долото имеет острый конец 32 и поршневой конец 33, расположенный с возможностью скольжения в гнезде 34 долота. Гидравлический цилиндр 30 соединен с возможностью передачи текучей среды с концом гнезда, расположенным напротив острого конца долота, при этом, когда двигатель 31 приводит в движение гидравлический цилиндр 30, то текучая среда проводится через канал 35 для текучей среды для продвижения долота наружу. По мере перемещения поршня пружина 36 сжимается и, если прерывается подача энергии, втягивает долото 8, обеспечивая возможность извлечения системы из скважины.

Как показано на фиг. 5, скважинная обрабатывающая система 1 содержит две анкерные секции 6А, 6В, выполненные с возможностью перемещения в осевом направлении относительно друг друга с образованием системы на гусеничном ходу. Первая анкерная секция 6А содержит выдвижные анкеры, и вторая анкерная секция 6В содержит выдвижные анкеры. Когда первая анкерная секция 6А анкерно закрепляет систему в обсадной колонне, то вторая анкерная секция 6В втягивает свои анкеры и перемещается к следующему местоположению, в котором анкеры второй анкерной секции 6В выдвигаются, закрепляя вторую анкерную секцию в обсадной колонне, и затем первая анкерная секция втягивает свои анкеры и перемещается вперед. Таким образом, первая анкерная секция 6А действует внутри траков 48 второй анкерной секции 6В и таким образом система медленно продвигается вперед при одновременной механической обработке долотом, так что может быть выполнено почти бесконечное отверстие. Таким образом, долото выполнено с возможностью резания или обработки очень длинного отверстия, например, почти бесконечного удлиненного отверстия.

Как показано на фиг. 6, первое исполнительное устройство 10 содержит гидравлический цилиндр, приводимый в действие насосом, который также приводится в действие двигателем. Гидравлический цилиндр также может быть назван ударным инструментом, в котором проходит главный вал с его перемещением за счет давления текучей среды на поршни 40, расположенные вокруг главного вала в гнезде 41. В данном варианте осуществления изобретения удлиненное отверстие, выполняемое долотом, может быть выполнено с длиной, равной длине хода цилиндра в гидравлическом цилиндре.

Как показано на фиг. 9, скважинная обрабатывающая система содержит управляющее устройство 17, предназначенное для управления всеми исполнительными устройствами для установки долота как в исходном положении, так и во время обработки таким же образом, как и хорошо известные машины с числовым программным управлением, работающие на глубине.

Также, управляющее устройство 17 может быть частично или полностью расположено в первой части 4 инструмента или второй части 7 инструмента. Однако, поскольку скважинное сообщение может быть ограничено, то при расположении управляющего устройства в первой части инструмента, для системы не требуется большого количества команд для ее работы.

Как показано на фиг. 8, скважинная обрабатывающая система дополнительно содержит зажимной или режущий инструмент 18, выполненный с возможностью выдвижения через отверстие 19 в обсадной колонне, выполненное обрабатывающим долотом 8. На фиг. 7 показано долото, находящееся в процессе выполнения отверстия, а на фиг. 8 показан режущий или зажимной инструмент 18 в момент отрезания линии 27 управления за счет вхождения в отверстие и взаимодействия с линией управления.

Как показано на фиг. 9, скважинная обрабатывающая система 1 дополнительно содержит магазин 42 для смены долота, из которого при повреждении используемого долота может быть получено новое долото. Кроме того, скважинная обрабатывающая система 1 может содержать различные долота для выполнения нескольких различных операций обработки. Скважинная обрабатывающая система дополнительно содержит гидроочиститель 43 для вычищения отходов, образовавшихся в процессе обработки, а также инструмент 44 установки пробки для последующей установки пробки, так что скважина может быть быстро зацементирована после извлечения скважинной обрабатывающей системы из скважины.

Как показано на фиг. 10, долото выполнено с возможностью вращения с помощью зубчатых передач посредством главного вала 25, выполненного с возможностью вращения посредством двигателя (показанного на фиг. 3). Главный вал соединен с неортогональной конической зубчатой передачей для вращения долота, причем первая зубчатая передача неортогональной конической зубчатой передачи присоединено к главному валу, а вторая зубчатая передача присоединена к гнезду долота. Первая зубчатая передача расположена под углом ко второй зубчатой передаче, при этом зубчатые передачи взаимодействуют друг с другом для вращения гнезда долота. Гнездо долота вытянуто в радиальном направлении относительно осевого направления части инструмента, а долото расположено с возможностью скольжения в гнезде долота и взаимодействует с гнездом долота посредством шпоночного и шлицевого соединения, так что долото выполнено с возможностью вращения вместе с гнездом долота. Таким образом, долото выполнено с возможностью перемещения в радиальном направлении посредством гидравлической системы или двигателя, и при этом выполнено с возможностью вращения посредством гнезда долота и, соответственно, посредством неортогональной конической зубчатой передачи и главного вала 25.

Как показано на фиг. 11А и 11В, первое исполнительное устройство 10, например ударный инструмент, содержит гидравлический цилиндр вместо двигателя. На фиг. 11А ударный инструмент показан в его втянутом положении, а на фиг. 11В ударный инструмент показан в его выдвинутом положении, при этом ударный инструмент выполняет ход, продвигая вторую часть инструмента и тем самым долото вперед в обсадной колонне. Первая часть инструмента содержит две анкерные секции 6, 6А, 6В, а вторая часть 7 инструмента содержит центрирующую анкерную секцию 6С, обеспечивающую качение. Как показано на фиг. 11С, центрирующая анкерная секция 6С, обеспечивающая качение, содержит ролики 94, поддерживающие долото для обеспечения того, что когда долото выполняет фрезерование или обработку обсадной колонны, для долота обеспечена возможность его перемещения в осевом направлении вместе с ходом ударного инструмента.

При выполнении операции обработки скважинную обрабатывающую систему сначала погружают в обсадную колонну, и когда система находится вблизи заданного местоположения, то выдвигают анкеры анкерной секции, обеспечивая анкерное закрепление системы в обсадной колонне. Затем вторую часть 7 инструмента перемещают относительно первой части 4 инструмента, располагая долото у заданного местоположения относительно стенки обсадной колонны, при этом обрабатывающее долото 8 перемещают в радиальном направлении относительно осевого направления и выполняют обработку обсадной колонны посредством долота. Во время обработки вторую часть перемещают в осевом направлении и/или приводят во вращение относительно первой части инструмента для выполнения удлиненного отверстия, или овального либо квадратного отверстия. Обработка может быть выполнена для выполнения удлиненного отверстия в обсадной колонне, так что рабочий инструмент, например зажимной или режущий инструмент 18, может быть выдвинут через отверстие для отрезания линии управления работой предохранительного клапана 21 (показан на фиг. 7). Обработка в данном варианте осуществления изобретения является обычным фрезерованием/встречным фрезерованием, но в другом варианте осуществления изобретения обработка может являться фрезерованием по подаче/попутным фрезерованием. В еще одном варианте осуществления изобретения долото может являться вращающимся диском, расположенном на выдвижном рычаге.

Ударный инструмент представляет собой инструмент, обеспечивающий осевое усилие. Ударный инструмент содержит электрический двигатель для приведение в действие насоса. Насос перекачивает текучую среду в корпус поршня для перемещения действующего в нем поршня. Поршень расположен на ударном валу. Насос может перекачивать текучую среду в корпус поршня на одной стороне поршня и одновременно откачивать текучую среду на другой стороне поршня.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.

Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован приводной модуль 45В, например скважинный трактор, как показано на фиг. 9. Скважинный трактор может иметь выдвижные рычаги с колесами, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения вперед трактора и инструмента в обсадной колонне, представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.

Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.