Расширяемая трубная система с промежуточными промывками для изоляции зон осложнений при бурении скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для изоляции зоны осложнения при бурении скважин.

Известен башмак для установки профильного перекрывателя в скважине (патент РФ №2416021, МПК Е21В 29/10, опубл. 10.04.2011, бюл. №10), включающий корпус, выполненный с возможностью соединения с перекрывателем, с центральным проходным каналом, в который жестко и герметично вставлено седло с цилиндрической заглушенной сверху вставкой с радиальными отверстиями, и шаровой клапан, при этом шаровой клапан выполнен из жесткоупругого материала, а между седлом и радиальными отверстиями вставка оснащена дополнительным седлом с боковыми каналами вокруг центрального канала, выполненного большего диаметра, чем у основного седла, с возможностью прохода шарового клапана при перепаде давления, превышающем давление, достаточное для удержания шарового клапана в пределах дополнительного седла.

Недостатки устройства:

- высокая вероятность возникновения аварийной ситуации при применении профильного перекрывателя, снабженного этим 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;

- сложность конструкции, обусловленная высокими требованиями к изготовлению шара, выполненного из жесткоупругого материала, который должен деформироваться в определенном диапазоне перепада давлений;

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

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины (патент RU №2618546, МПК Е21В 29/10, опубл. 04.05.2017, 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 горизонтальных скважинах, так как невозможно создать высокую осевую нагрузку для расширения цилиндрических участков перекрывателя в горизонтальных скважинах;

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

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

Технической задачей предлагаемого устройства является создание расширяемой трубной системы для применения в горизонтальных скважинах, надежной в работе и дешевой в изготовлении, позволяющей производить прямую промывку скважины для удаления шлама.

Техническая задача решается расширяемой трубной системой с промежуточными промывками для изоляции зон осложнений при бурении скважин, включающей 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.

Новым является то, что шар установлен в предварительно подготовленном углублении внутри профильных труб, при расширении которых определенным перепадом давления шар освобождается, при этом 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, при этом 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.

На фиг. 1 показано устройство с осевым продольным разрезом.

На фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.

Расширяемая трубная система с промежуточными промывками для изоляции зон осложнений при бурении скважин (на фиг. не показаны) включает профильный перекрыватель 1, профильные трубы 2 с пятью и более лучами 3 (фиг. 2) с цилиндрическими участками 4, 5 (фиг. 1), башмак 6 с седлом обратного клапана 7, установленный на нижнем конце перекрывателя 1. Над перекрывателем 1 размещена расширяющая головка 8, выполненная в виде раздвижного роликового развальцевателя 9, содержащая сверху узел соединения 10 с колонной бурильных труб (на фиг. не показаны), выполненного в виде резьбы 11. Раздвижной роликовый развальцеватель 9 снабжен снизу специальной фрезой 12 с роликами 13 для предварительного калибрования суженных участков 14 профильных труб 2 после их расширения гидравлическим давлением и разбуривания башмака. Шар 15 (фиг. 1, 2) установлен в предварительно подготовленном углублении 16 внутри профильных труб 2 таким образом, что при расширении профильных труб 2 определенным перепадом давления шар 15 освобождается и герметично перекрывает седло обратного клапана 7 башмака 6. Башмак 6 выполнен легкоразбуриваемым и имеет калиброванное отверстие 17 для создания перепада давления при расширении профильных труб 2 и освобождения шара 15. При этом соединение развальцевателя 9 с перекрывателем 1 осуществляется правой ходовой резьбой 18.

Кроме того, верхний цилиндрический участок 4 перекрывателя 1 выполнен такой длины, при которой расстояние L1 от калибрующей части роликов 19 раздвижного роликового развальцевателя 9 до нижней части правой ходовой резьбы 18 меньше или равно расстоянию L2 от концевого участка 20 фрезы 12 до начала профильной части 21 профильных труб 2 перекрывателя 1.

Устройство работает следующим образом.

При изготовлении профильных труб 2 в одной из них предварительно изготавливают углубление 16 (например, методом штамповки) и в нем устанавливают шар 15 (фиг. 1, 2). К верхней профильной трубе 2 приваривают цилиндрический патрубок 4, оснащенный фрезой 12 с раздвижным роликовым развальцевателем 9. Профильную трубу 2 снизу оснащают башмаком 6. Резьбой 11 расширяемую трубную систему с промежуточными промывками для изоляции зон осложнений при бурении скважин соединяют с колонной бурильных труб и спускают в необходимый интервал скважины, например, в зону осложнения (на фиг. не показана), которую необходимо перекрыть. Скважинная жидкость при этом заполняет расширяемую трубную систему и колонну бурильных труб через калиброванное отверстие 17 башмака 6. По достижении зоны осложнения в колонне бурильных труб создается определенный перепад давления, например, 2-3 МПа, для вымывания шлама из полости профильных труб 2 и промывки ствола скважины в месте установки расширяемой трубной системы. После промывки ствола скважины благодаря калиброванному отверстию 17 башмака 6 давление повышают, при этом профильные трубы начинают выправляться, а шар 15 освобождается и потоком жидкости герметично прижимается к седлу обратного клапана 7 башмака 6. Далее необходимым давлением выправляют профильные трубы 2 до плотного их взаимодействия со стенками скважины, фиксируя перекрыватель 1 относительно скважины. Колонне бурильных труб придают вращение вправо и движение вниз, в результате компоновка фрезы 12 с раздвижным роликовым развальцевателем 9 освобождается по правой ходовой резьбе 18 и движением вниз до упора роликов 19 раздвижного роликового развальцевателя 9 в верхний торец резьбы 18. Если по каким-то причинам не удалось создать необходимое избыточное давление для полного выправления профильных труб 2 благодаря тому, что верхний цилиндрический участок 4 перекрывателя 1 выполнен такой длины, что расстояние L1 от калибрующей части роликов 19 раздвижного роликового развальцевателя 9 до нижней части правой ходовой резьбы 18 меньше или равно расстоянию L2 от концевого участка 20 фрезы 12 до начала профильной части 21 профильных труб 2 перекрывателя 1, не произойдет преждевременного упора концевого участка фрезы в профильную часть 21 и заклинивания фрезы 12 с развальцевателем 9.

Затем создают перепад давления для вывода роликов 19 раздвижного роликового развальцевателя 9, вращением колонны бурильных труб и поступательным движением вниз расширяют и плотно прижимают к стенкам скважины цилиндрические участки 4, 5 и профильные трубы 2. Благодаря тому, что фреза 12 снабжена роликами 13, суженные участки 14 предварительно расширяются этими роликами 13. По достижении башмака 6 при помощи фрезы 12 его разбуривают, а развальцеватель 9 полностью прижимает перекрыватель 1 к стенкам скважины, герметично изолируя интервал зоны осложнения.

Из-за того, что башмак 6 имеет калиброванное отверстие 17, а шар 15 размещен в предварительно подготовленном углублении 16, появляется возможность предварительной промывки полости профильных труб 2 и скважины от шлама.

Благодаря тому, что расширение перекрывателя 1 осуществляют методом развальцовывания развальцевателем 9, не требуется больших осевых усилий, что дает возможность устанавливать перекрыватель 1 в наклонно направленных и горизонтальных скважинах.

Предлагаемая расширяемая трубная система позволяет изолировать зоны осложнений в горизонтальных скважинах, является надежной в работе и дешевой в изготовлении, позволяет производить прямую промывку скважины для удаления шлама.