Результат интеллектуальной деятельности: Расширяемая трубная система с предварительной промывкой для изоляции зон осложнений при бурении скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для изоляции зон осложнений, в частности, осыпаний и обвалов при бурении скважин.

Известно устройство для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины (патент RU № 2618546, МПК Е21В 29/10, опубл. 04.05.2017 г., бюл. № 13), включающее профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с седлом обратного клапана и ловителя вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу – замковый механизм, соединенный с верхним концом перекрывателя, с нижним дорном и ловильной головкой внизу под ловитель башмака, причем верхний конец профильного перекрывателя выполнен в виде продольно гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя соединен со специальным дорном направляющей, на которой в цилиндрической части перекрывателя размещен внутренний дорн, а башмак зафиксирован от перемещения вверх фиксатором, взаимодействующим с нижним торцом перекрывателя, при этом специальный дорн выполнен в виде конуса, расширяющего снизу вверх, а направляющая в виде цилиндра, на котором герметично установлен внутренний дорн с возможностью перемещения вверх под действием давления внутри перекрывателя во время установки до взаимодействия со специальным дорном, при этом внутри замкового механизма размещена поперечная перегородка с двумя продольными каналами, один из которых выполнен диаметром, позволяющим пропускать выбранный расход жидкости для прямой промывки перекрывателя, а второй снабжен герметично установленным шариком обратного клапана башмака, причем шарик выполнен с возможностью выдавливания из второго канала при превышении выбранного перепада давлений выше и ниже перегородки и герметичной посадки в седло башмака, на котором установлен фиксатор при помощи срезных элементов для аварийного отсоединения башмака от перекрывателя при помощи ловильной головки и ловителя.

Недостатки устройства:

- невозможность применения устройства в наклоннонаправленных и горизонтальных скважинах, так как невозможно создать высокую осевую нагрузку для расширения цилиндрических участков перекрывателя в горизонтальных скважинах;

- высокая вероятность возникновения аварийной ситуации при применении профильного перекрывателя, снабженного башмаком, так как скважинный шлам, накопившийся в проходном канале корпуса башмака и профильных трубах перекрывателя, помешает посадке шара и срабатыванию клапана, что затруднит создание необходимого давления для расширения перекрывателя;

- вероятность аварийных ситуаций при заклинивании башмака, выполненного из неразбуриваемого материала;

- сложность изготовления и высокая стоимость устройства из-за наличия большого количества деталей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширяемая трубная система с промежуточными промывками для изоляции зон осложнений при бурении скважин (патент RU № 2703041, МПК Е21В 29/10, опубл. 15.10.2019 г., бюл. № 29), включающая профильный перекрыватель, профильные трубы с пятью и более лучами с цилиндрическими участками, башмак с седлом обратного клапана, установленный на нижнем конце перекрывателя, расширяющую головку, содержащую сверху узел соединения с колонной бурильных труб, шар, освобождающийся при превышении выбранного перепада давления и герметично перекрывающий седло обратного клапана. Шар установлен в предварительно подготовленном углублении внутри профильных труб, при расширении которых определенным перепадом давления шар освобождается. Башмак с седлом обратного клапана выполнен легкоразбуриваемым и имеет калиброванное отверстие для создания перепада давления при расширении профильных труб и освобождения шара. Расширяющая головка выполнена в виде раздвижного роликового развальцевателя, снабженного снизу специальной фрезой с роликами для предварительного калибрования суженных участков профильных труб после их расширения гидравлическим давлением и разбуривания башмака. Соединение развальцевателя с перекрывателем осуществляется правой ходовой резьбой, а верхний цилиндрический участок перекрывателя выполнен такой длины, при которой расстояние от калибрующей части роликов раздвижного роликового развальцевателя до нижней части правой ходовой резьбы меньше или равно расстоянию от концевого участка фрезы до начала профильной части профильных труб перекрывателя

Недостатки устройства:

- при заполнении колонны бурильных труб скважинной жидкостью через профильный перекрыватель скважинный шлам, накопившийся в колонне бурильных, оседает на башмаке и мешает развальцовыванию профильного перекрывателя, как следствие, необходимо применить фрезерующие устройства, что приводит к высокой вероятности возникновения аварийной ситуации и дополнительным материальным и временным затратам;

- так как шар клапана расположен в луче профильной трубы, следовательно, проходное отверстие, которое он может перекрыть малого диаметра, что может привести к зашламовыванию проходного отверстия, незаполнению профильного перекрывателя и колонны бурильных труб, и как следствие смятию внешним давлением и повреждению профильных труб.

Технической задачей предлагаемого устройства является создание расширяемой трубной системы надежной в работе, позволяющей исключить попадание шлама в профильный перекрыватель как при заполнении, так и при его расширении гидравлическим давлением, производить прямую промывку скважины для удаления шлама в месте установки.

Техническая задача решается расширяемой трубной системой с предварительной промывкой для изоляции зон осложнений при бурении скважин, включающей профильный перекрыватель, профильные трубы с пятью и более лучами с цилиндрическими участками, установленный на нижнем конце перекрывателя легкоразбуриваемый башмак с седлом обратного клапана и калиброванным отверстием для создания перепада давления при расширении профильных труб и освобождения шара, установленного внутри профильных труб и освобождающегося при превышении выбранного перепада давления и герметично перекрывающего седло обратного клапана, раздвижной роликовый развальцеватель, снабженный снизу фрезой с роликами для предварительного калибрования суженных участков профильных труб после их расширения гидравлическим давлением и разбуривания башмака, при этом соединение развальцевателя с перекрывателем осуществляется правой ходовой резьбой.

Новым является то, что в центральном канале ниже седла обратного клапана установлен подпружиненный клапан, перекрывающий центральный канал при предварительном расширении профильных труб, а калиброванное отверстие для создания перепада давления при предварительном расширении профильных труб оснащено дополнительным подпружиненным клапаном, при этом шар установлен в переходном участке между цилиндрическим и профильным участками, а выше развальцевателя установлен фильтр и верхний клапан, сообщающий затрубное и внутритрубное пространства при спуске перекрывателя в скважину и перекрывающий затрубное пространство при создании внутреннего давления жидкости.

На фиг. 1 показана расширяемая трубная система с предварительной промывкой для изоляции зон осложнений при бурении скважин с осевым продольным разрезом.

На фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.

Расширяемая трубная система с предварительной промывкой для изоляции зон осложнений при бурении скважин включает профильный перекрыватель 1 (фиг. 1), профильные трубы 2 с пятью и более лучами 3 с цилиндрическими участками 4, 5, установленный на нижнем конце перекрывателя 1 легкоразбуриваемый башмак 6 с седлом обратного клапана 7 и калиброванным отверстием 8 для создания перепада давления при расширении профильных труб 2 и освобождения шара 9, раздвижной роликовый развальцеватель 10, снабженный снизу фрезой 11 с роликами 12 для предварительного калибрования суженных участков 13 профильных труб 2 после их расширения гидравлическим давлением и разбуривания башмака 6. Соединение развальцевателя 10 с перекрывателем 1 осуществляется правой ходовой резьбой 14. Шар 9, установленный внутри профильных труб 2 в переходном участке 15 между цилиндрическим 4 и профильным 16 участками, освобождается при превышении выбранного перепада давления и герметично перекрывает седло обратного клапана 7. В центральном канале 17 ниже седла обратного клапана 7 установлен подпружиненный клапан 18, перекрывающий центральный канал 17 при предварительном расширении профильных труб 2. Калиброванное отверстие 8 для создания перепада давления при предварительном расширении профильных труб 2 оснащено дополнительным подпружиненным клапаном 19. Выше развальцевателя 10 установлен фильтр 20 и верхний клапан 21, сообщающий затрубное и внутритрубное пространства при спуске перекрывателя 1 в скважину и перекрывающий затрубное пространство при создании внутреннего давления жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Расширяемую трубную систему с предварительной промывкой для изоляции зон осложнений при бурении скважин соединяют с колонной бурильных труб и спускают в необходимый интервал скважины, например, в зону осыпания, которую необходимо перекрыть (на фиг. не показаны). При спуске, воздействуя на подпружиненный клапан 18 башмака 6, скважинная жидкость заполняет расширяемую трубную систему в верхнем интервале скважины, где в скважинной жидкости отсутствует шлам. После погружения расширяемой системы в скважинную жидкость и достижения уровня скважинной жидкости верхнего клапана 21 дальнейшее заполнение колонны бурильных труб происходит через верхний клапан 21, при этом подпружиненный клапан 18 исключает поступление скважинной жидкости в расширяемую систему через центральный канал 17. По достижении зоны осыпания в колонне бурильных труб создается определенный перепад давления, например, 2-3 МПа, для промывки ствола скважины в месте установки расширяемой трубной системы в течение определенного времени, например, 40 мин., при этом верхний клапан 21 перекрывает затрубное пространство, а скважинная жидкость, поступающая в расширяемую систему, проходит через фильтр 20, благодаря чему, исключается попадание шлама в расширяемую систему. При этом скважинная жидкость проходит через калиброванное отверстие 8, открывая дополнительный подпружиненный клапан 19, и попадает в скважину, промывая ее. Далее необходимым давлением, например, 6 МПа, созданным благодаря калиброванному отверстию 8, предварительно выправляют профильные трубы 2, при этом освобождается шар 9 и потоком жидкости прижимается к седлу обратного клапана 7. После чего давление доводят до 15 МПа для плотного прижатия профильных труб 2 к стенкам скважины, фиксируя перекрыватель 1 относительно скважины. Затем создают перепад давления для вывода роликов 12 раздвижного роликового развальцевателя 10 в рабочее положение, а колонне бурильных труб придают вращение вправо и движение вниз, в результате компоновка фрезы 11 с раздвижным роликовым развальцевателем 10 освобождается по правой ходовой резьбе 14, после чего расширяют и плотно прижимают к стенкам скважины цилиндрические участки 4, 5, суженные участки 13 и профильные трубы 2. По достижении башмака 6 при помощи фрезы 11 его разбуривают, а развальцеватель 10 полностью прижимает перекрыватель 1 к стенкам скважины по всей длине, герметично изолируя интервал зоны осложнения.

Благодаря тому, что в центральном канале ниже седла обратного клапана 7 установлен подпружиненный клапан 18, перекрывающий центральный канал 17, калиброванное отверстие 8 оснащено дополнительным подпружиненным клапаном 19, а выше развальцевателя установлен фильтр 20 и верхний клапан 21, сообщающий затрубное и внутритрубное пространства при спуске перекрывателя в скважину и перекрывающий затрубное пространство при создании внутреннего давления жидкости, исключается попадание шлама внутрь расширяемой системы, как при спуске в скважину, так и при предварительной промывке зоны осыпания, что многократно повышает надежность применения устройства.

Предлагаемая расширяемая трубная система позволяет исключить попадание шлама в профильный перекрыватель, как при заполнении, так и при его расширении гидравлическим давлением, производить прямую промывку скважины для удаления шлама в месте установки.