Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЁМА КЛИНА-ОТКЛОНИТЕЛЯ ИЗ СКВАЖИНЫ

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

Известно устройство для извлечения уипстока (Кресс Л.А., 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 поэтому 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 высокая вероятность аварийных ситуаций из-за недостаточной конструктивной прочности полого штока, который воспринимает основную осевую нагрузку по страгиванию клина-отклонителя с места закрепления и извлечения его из скважины, и большие затраты времени при работе из-за необходимости точного ориентирования устройства относительно клина-отклонителя, что приводит к материальным затратам и увеличению стоимости строительства многоствольных скважин из ранее пробуренных и обсаженных скважин с сохранением для эксплуатации основного ствола 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.

Наиболее близким по технической сущности решением является ловильный крюк (Кресс Л.А., 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 не извлечения 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 МСС из ранее пробуренных и обсаженных скважин.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание надежной конструкции устройства для подъема клина-отклонителя из скважины, позволяющего исключить вызов геофизической партии для его ориентирования, облегчить операции захвата клина-отклонителя и удерживания его в прижатом зафиксированном положении к корпусу устройства в процессе извлечения из скважины, максимально исключив случаи перекашивания клина-отклонителя и оставления в скважине, 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 приведет к значительному сокращению средств и сроков при строительстве БС многоствольных скважин из ранее пробуренных и обсаженных скважин с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.

Техническая задача решается устройством для подъема 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 сужающегося от ствола сегмента трубы, выполненного с возможностью взаимодействия при провороте колонны труб вокруг оси с выборкой клина-отклонителя, которая изготовлена в виде проточки на тыльной стороне клина-отклонителя с осевыми размерами, превышающими размер крюка, и углами, соответствующими углам крюка, а 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, при этом выборка или крюк снабжены технологическим углублением под подпружиненный фиксатор крюка или выборки соответственно, который выполнен с возможностью выхода из взаимодействия с углублением при перемещении крюка вниз относительно выборки, верхний угол крюка относительно перпендикулярной плоскости устройства при вершине крюка выполнен равным 1°-5°, а нижний угол - 12,5°-45°.

На фиг. 1 показано устройство для подъема клина-отклонителя из скважины, спущенное в интервал установки клина-отклонителя (продольный разрез).

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

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

На фиг. 4 показано устройство для подъема клина-отклонителя с частичным продольным разрезом.

На фиг. 5 показано поперечное сечение В-В на фиг. 4 при заходе крюка в выборку клина-отлонителя (клин-отклонитель показан условно) и закрепление его фиксатором.

На фиг. 6 показан процесс захвата клина-отклонителя за выборку крюком устройства при вращении колонны труб.

На фиг. 7 показано поперечное сечение Г-Г на фиг. 6.

На фиг. 8 показан вид Б на фиг 6.

Устройство для извлечения клина-отклонителя из скважины (фиг. 1) включает ствол 1 с крюком 2 под ответную выборку 3 клина-отклонителя 4, соединенный с колонной труб 5. При этом крюк 2 (фиг. 4) изготовлен в виде сужающего от ствола 1 сегмента трубы, выполненного с возможностью взаимодействия при повороте колонны труб 5 (фиг. 6) вокруг оси с выборкой 3 клина-отклонителя 4. Для облегчения операции захвата клина-отклонителя 4 выборка 3 (фиг. 6 и 8) изготовлена в виде проточки на тыльной стороне клина-отклонителя 4 с осевыми размерами, превышающими размеры крюка 2 и углами, соответствующими углам α (фиг. 4) и β крюка 2. При этом верхний угол α крюка относительно перпендикулярной плоскости устройства при вершине крюка выполнен равным 1-5°, то есть равным углу заклинивания, что предотвращает соскальзывание клина-отклонителя 4 (не показано) с крюка 2 устройства при извлечении его из скважины и позволяет создать большое осевое усилие, направленное к устью скважины в процессе захвата клина-отклонителя 4 крюком 2 устройства. Нижний угол β крюка относительно перпендикулярной плоскости устройства при вершине крюка выполнен равным 12,5-45°, который обеспечивает минимальное сопротивление и максимальную выталкивающую силу на крюк 2 при создании осевой нагрузки на устройство и гарантированное отсоединение устройства от клина-отклонителя 4 (фиг. 6 и 8) при перемещении крюка 2 вниз относительно клина-отклонителя 4. Ствол 1 устройства оборудован утолщением 6 (фиг. 1), выполненным диаметром d₁ большим диаметра d₂ бокового ствола 7 и с возможностью взаимодействия с верхним торцом 8 клина-отклонителя 4 (фиг. 6) для совмещения крюка 2 с выборкой 3 клина-отклонителя 4. Выборка 3 (фиг. 5) или крюк 2 (не показано на фиг. 5) снабжены технологическим углублением 9 соответственно, под подпружиненный фиксатор 10 крюка 2 или выборки 3 (не показано на фиг. 5) соответственно, который выполнен с возможностью выхода из взаимодействия с углублением 9 при перемещении крюка 2 (фиг. 6) вниз относительно выборки 3. Конструкция фиксатора 10 (фиг. 5) может быть самой различной, что не меняет сущности изобретения, например, в виде взаимодействующих друг с другом односторонних наклонных выступов, направленных в разные стороны, выполненных в верхней части выборки 3 и крюка 2 соответственно, или полосок абразивного материала, нанесенных на верхние части выборки 3 и крюка 2 соответственно, которые будут препятствовать отсоединению клина-отклонителя 4 от крюка 2 устройства при подъеме его из скважины, или в виде выступа на внутренней поверхности крюка 2, взаимодействующего с углублением 9 за счет упругости крюка 2, играющего роль пружины, и т.п. При этом ширина выступов и полосок по высоте меньше расстояния свободного перемещения крюка 2 внутри выборки 3 клина-отклонителя 4, что позволит при создании осевой нагрузки на устройство, направленной к забою скважины, вывести их из взаимодействия с друг с другом и произвести отсоединение устройства от клина-отклонителя 4, исключив необходимость производства аварийных работ по отсоединению устройства при невозможности извлечения клина-отклонителя 4 из скважины.

Устройство для подъема клина-отклонителя 4 из скважины работает следующим образом.

Устройство в сборе на колонне труб 5 (фиг. 1) спускают в основной ствол 11 скважины в интервал установки клина-отклонителя 4. По снижению веса колонны труб 5, которое контролируется по динамометру (не показано), установленному на устье скважины, и глубине спуска устройства, которое контролируется по длине колонны труб 5, определяют, что устройство достигло интервала установки клина-отклонителя 4 и уперлось утолщением 6 (фиг. 6) ствола 1 в верхний торец 8 клина-отклонителя 4. Так как диаметр d₁ утолщения 6 ствола 1 больше диаметра d₂ пробуренного бокового ствола 7, оно не может спуститься в скважину глубже определенного расстояния в зависимости от толщины стенки обсадной колонны 12 основного ствола 11 скважины. Толщина стенки обсадной колонны 12 основного ствола 11 известна из плана работ в скважине, поэтому интервал посадки устройства определяется эмпирически перед спуском устройства в скважину. Устройство изготавливают универсальным для его свободного прохождения по всей длине обсадной колонны 12 (фиг. 1 и 6) основного ствола 11 скважины, внутренний диаметр D которой зависит от толщины стенки обсадной колонны - чем толще стенка, тем меньше внутренний диаметр D обсадной колонны 12. При минимальной толщине стенки обсадной колонны 12 (фиг. 6) в интервале установки клина-отклонителя 4 расстояние между клином-отклонителем 4 и стенкой обсадной колонны 12 будет больше габаритного размера устройства, равного диаметру d₁ утолщения 6, и устройство спустится глубже до точки заклинивания между наклонной поверхностью клина-отклонителя 4 и стенкой обсадной колонны 12 основного ствола 11 скважины. В случае крепления скважины обсадной колонной 12 в интервале установки клина-отклонителя 4 с максимальной толщиной стенки расстояние между клином-отклонителем 4 и стенкой обсадной колонны 12 будет меньше габаритного размера устройства, поэтому устройство упрется в верхний торец 8 клина-отклонителя 4. При этом крюк 2 устройства будет находиться на определенном расстоянии от выборки 3 клина-отклонителя 4. Для того, чтобы крюк 2 устройства находился напротив выборки 3 клина-отклонителя 4, устройство приподнимают вверх на 0,2-0,5 м в зависимости от толщины стенки обсадной колонны 12 (чем тоньше стенка обсадной колонны 12, тем выше приподнимают устройство). Операции по совмещению крюка 2 устройства с выборкой 3 клина-отклонителя 4 применяются и в других аналогичных устройствах, поэтому авторы не претендуют на его новизну. Затем колонну труб 5 проворачивают на устье ротором буровой установки (не показано) вправо, контролируя показания моментомера и динамометра (не показаны), установленных на устье скважины. При достижении крутящим моментом расчетной величины ротор останавливают. Это является показателем того, что крюк 2 (фиг. 6) вошел в выборку 3 клина-отклонителя 4. Производят натяжение колонны труб 5 на расчетную величину и проворачивают ее ротором до значения крутящего момента определенного эмпирически перед спуском устройства в скважину, в зависимости от диаметра, материала и длины колонны труб 5. В процессе проворота крюка 2 его верхняя кромка скользит по верхней кромке выборки 3 и при небольшой величине крутящего момента, по закону параллелограмма из-за небольшой величины угла α (фиг. 4) создается большая осевая подъемная сила, направленная к устью скважины, позволяющая даже стронуть (сорвать) клин-отклонитель 4 (фиг. 6) с места установки и перевести его в транспортное положение, при этом динамометр показывает увеличение веса на крюке буровой установки (не показано). Увеличение веса на крюке буровой установки и достижение предельного крутящего момента свидетельствуют о том, что крюк 2 (фиг. 5) полностью вошел в выборку 3 клина-отклонителя 4, прижал верхнюю часть клина-отклонителя 4 к стволу 1 устройства и надежно зафиксировал его. Фиксация клина-отклонителя 4 происходит вследствие защемления с натягом его утонченной части в зоне выборки 3 между стволом 1 и крюком 2 устройства. Для исключения случаев освобождения клина-отклонителя 4 под действием вибрационных нагрузок, возникающих в процессе подъема клина-отклонителя 4 из скважины и оставления его в скважине, предназначен фиксатор 10 и углубление 9. С целью увеличения прочности и прижимающего усилия крюка 2 (фиг. 4 и 5) 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 4 (фиг. 6 и 7) крюком 2 его закрепляют на стволе 1 устройства так, чтобы крюк 2 (фиг. 5) находился внутри описанной окружности ствола 1 устройства, что позволяет крюку легко входить в выборку 3 (фиг. 6 и 7) клина-отклонителя 4, отводя его верхний конец от стенки основного ствола 11 скважины и прижимая этот конец к эксцентричной проточке 13 (фиг. 5 и 7) ствола 1 устройства (клин-отклонитель показан условно). При этом верхний конец клина-отклонителя 4 располагается в эксцентричной проточке 13 ствола 1 устройства, позволяющей прижать желоб 14 клина-отклонителя 4 к стволу 1 устройства (форма проточки 13 повторяет форму желоба 14 клина-отклонителя 4 и может выполняться в виде многогранника, вписанного в желоб 14, или прямой плоскости, опирающейся двумя гранями на желоб 14 и т.п.), а утолщение 6 (фиг. 4) выполняет роль направляющей при извлечении клина-отклонителя 4 из скважины, предотвращая тем самым перекашивание и зацепление его верхнего конца за стыки обсадных труб в муфтовых соединениях обсадной колонны 12, особенно в скважинах со сложным профилем основного ствола 11. Натяжением колонны труб 5 (фиг. 6) клин-отклонитель 4 извлекают из основного ствола 11 скважины.

В случае невозможности извлечения клина-отклонителя 4 из основного ствола 11 скважины по каким-либо причинам освобождают стопор ротора (не показано), удерживающий колонну труб 5 от вращения, чтобы колонна труб 5 свободно вращалась по оси, и резко спускают ее в скважину. Фиксатор 10 (фиг. 5) рассчитан на вес клина-отклонителя 4 для надежного его удерживания в процессе подъема из скважины. Вес колонны труб 5 (фиг. 6) больше веса клина-отклонителя 4, поэтому при создании осевой нагрузки весом колонны труб 5 фиксатор 10 (фиг. 5) выходит из взаимодействия с углублением 9 и освобождает крюк 2 устройства. Под действием осевой нагрузки крюк 2 устройства, опираясь на нижнюю кромку выборки 3 (фиг. 6) клина-отклонителя 4, за счет угла β (фиг. 4) проворачивает ствол 1 с крюком 2 влево, выводит крюк 2 (фиг. 1) из зацепления с выборкой 3 клина-отклонителя 4 и освобождает устройство. Далее продолжают извлечение устройства на поверхность без каких-либо осложнений.

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;

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

- 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 исключить 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.

Предлагаемое устройство для подъема клина-отклонителя из скважины просто и надежно при эксплуатации и позволяет исключить вызов геофизической партии для его ориентирования, облегчить операции захвата клина-отклонителя и удерживания его в прижатом зафиксированном положении к корпусу устройства в процессе извлечения из скважины, максимально исключив случаи перекашивания клина-отклонителя и оставления в скважине, 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 приведет к значительному сокращению средств и сроков при строительстве БС многоствольных скважин из ранее пробуренных и обсаженных скважин с сохранением для эксплуатации основного ствола скважины.