Результат интеллектуальной деятельности: Калибратор скважинный

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для калибровки ствола скважины перед входом в вырезанное окно бокового ствола бурильной компоновки по предварительно установленному в основном стволе клину-отклонителю.

Известен калибратор лопастной (патент RU № 2345209, МПК Е21В 07/28, опубл. 27.01.2009 в Бюл. № 3), включающий цельнофрезерованный корпус с присоединительными замковыми резьбами и рабочий узел, включающий четыре лопасти, в которых закреплены твердосплавные элементы, и имеющий между лопастями шламоотводящие вырезы, причем корпус выполнен цельнофрезерованным совместно с лопастями, вдоль лопастей имеются пазы в форме ласточкина хвоста, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен и с натягом закреплен набор профилированных пружинящих сегментов, имеющих в поперечном сечении трапецеидальную форму, боковые стороны трапецеидальной формы пружинящих сегментов имеют фигурные сквозные отверстия, выполненные симметрично по обе стороны от основания трапеции, верхняя часть пружинящего сегмента имеет V-образные конические пазы, в пружинящем сегменте установлены не менее трех твердосплавных элементов в форме кругового цилиндра, формообразующими фигурного сквозного отверстия в сегменте являются основание трапеции и дугообразные выемки, отличающиеся радиусом окружности, твердосплавные элементы установлены на основании трапеции и плотно вставлены в дугообразные выемки с радиусом окружности на боковых сторонах сегмента, равным радиусу окружности основания кругового цилиндра твердосплавного элемента, наборы пружинящих сегментов с твердосплавными элементами в них закреплены в лопастях припоем в пазах, выполненных в форме ласточкина хвоста, рабочие поверхности лопастей покрыты заподлицо с твердосплавными элементами твердым антифрикционным покрытием.

Наиболее близким по технической сущности является направляющий или центрирующий узел буровой трубы (патент RU № 2280750, МПК Е21В 17/10, опубл. 27.07.2006 в Бюл. № 21), содержащий корпус с пазами, в которых расположены сменные лопасти со слоем повышенной твердости на наружной поверхности, причем слой повышенной твердости разделен на части поперечной канавкой, глубина которой не меньше толщины слоя повышенной твердости.

Недостатками обоих устройств является узкая область применения из-за невозможности входа в вырезанное боковое окно, подготовку и обработку краев бокового окна для последующего ввода бурильной компоновки и невозможность работы в сборе с забойным буровым двигателем.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание калибратора скважинного, позволяющего входить в боковое окно бокового ствола и подготавливать его к проходу бурильной компоновки.

Техническая задача решается калибратором скважинным, включающим направляющий или центрирующий узлы, выполненные с возможностью соединения с бурильной колонной и состоящие из полого корпуса с режущими зубцами повышенной прочности.

Новым является то, что корпус соединен с колонной бурильных труб под углом вхождения в вырезанное окно обсадной колонны для бокового ствола, причем направляющий узел выполнен в виде цилиндра с наружной резьбой, имеющей шаг равный или больший толщины стенки обсадной колонны и продольные зубцы на резьбе, и с торцом, оснащённом спиральной выборкой с продольной гранью, направленной в сторону вращения забойного двигателя, а центрирующий узел установлен между забойным двигателем и направляющим узлом и изготовлен в виде цилиндра диаметром, соответствующим диаметру бурового инструмента для строительства дополнительного ствола, с входной и выходной фасками по краям и режущими кромками снаружи по периметру.

Новым является также то, что корпус соединен с колонной бурильных труб через забойный двигатель.

Новым является также то, что корпус калибратора снабжен одной или несколькими магнитными вставками на торце и/или по длине корпуса.

На чертеже изображена схема калибратора.

Калибратор скважинный включает в себя направляющий 1 и центрирующий 2 узлы, выполненные с возможностью соединения с бурильной колонной (не показана) через забойный двигатель 3 с муфтой 4 и состоящие из полого корпуса 5 с соответствующими режущими зубцами 6 и 7 повышенной прочности направляющего 1 или центрирующего 2 узлов. Корпус 5 соединен с забойным двигателем 3 (или его имитацией при неглубоких интервалах обработки) с возможностью вращения и под углом вхождения α (технологической муфте 8) в вырезанное окно обсадной колонны (не показаны) для бокового ствола (не показан). Направляющий узел 1 выполнен в виде цилиндра с наружной резьбой 9, имеющей шаг равный или больший толщины стенки обсадной колонны и режущие продольные зубцы 6 (показаны условно) на резьбе 9 (показана условно), и с торцом, оснащенным спиральной выборкой 10 с продольной гранью 11, направленной в сторону вращения забойного двигателя 3. Центрирующий узел 2 установлен между забойным двигателем 3 и направляющим узлом 1 и изготовлен в виде цилиндра диаметром D, соответствующим диаметру бурового инструмента (не показан) для строительства дополнительного ствола, с входной 12 и выходной 13 фасками по краям и режущими зубцами 7 снаружи по периметру. Для сбора и извлечения наружу металлической стружки и/или свободных металлических элементов корпус 5 калибратора снабжен одной или несколькими магнитными кольцевыми вставками 14 на торце и/или по длине корпуса 5.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность калибратора, на чертеже не показаны или показаны условно. На конструкцию и форму резцов 6 и 7 авторы не претендуют, так как они подбираются исходя из материала обсадной колонны.

Калибратор работает следующим образом.

Для строительства дополнительного ствола из основного ствола скважины после ориентации и установки клина-отклонителя в обсадной колонне скважины прорезают фрезой сквозное окно с небольшим углублением в породу для направления дополнительного ствола, после чего фрезу с необходимым скважинным оборудованием извлекают из скважины. Очень часто в ходе работ по вырезанию окна клин-отклонитель, который остается в скважине, под действием веса скважинного оборудования и вибрация при вырезании незначительно опускается и/или поворачивается в скважине, что затрудняет дальнейший вход в окно и проходку дополнительного ствола бурильной компоновкой. Для исключения подобных ситуаций перед спуском данной компоновки в скважину спускают калибратор скважинный. К колонне бурильных труб муфтой 4 присоединяют забойный двигатель 3 (или его имитацию) с корпусом 5 калибратора. При этом технологическая муфта 8 отклоняет корпус 5 от оси бурильных труб на угол α (для месторождений Татарстана α = 2–7°) для облегчения входа в окно. После чего калибратор на бурильных трубах спускают до упора в край вырезанного окна обсадной колонны, что свидетельствует снижением веса колонны бурильных труб на устьевом индикаторе веса (не показан). При помощи колонны бурильных труб калибратор приподнимают при помощи устьевого насоса (не показан) вызывают циркуляцию жидкости через колонну бурильные труб и забойный двигатель 3, который приводит во вращение полый корпус 5. При использовании имитации забойного двигателя 3 вращение корпусу 5 передают вращением колонны бурильных труб с устья скважины. Корпус 5 опускают до упора торцом направляющего узла 1 в край окна, при этом край окна скользит по спиральной выборке 10 до продольной грани 11, которая цепляется за окно, направляет направляющий узел 1 в него и при помощи резьбы 9 с шагом, равным или большим толщины стенки обсадной колонны, вкручивается в окно, а продольные зубцы 6 под нагрузкой веса корпуса 5, забойного двигателя 3 (или его имитации) и колонны бурильных труб предварительно расширяют окно. После прохода окна направляющим узлом 1 в него входит благодаря входной фаски 12 центрирующий узел 2 и при помощи своих режущих зубцов 7 окончательно формирует входное окно бокового ствола. Процесс резания режущими зубцами 7 ощущается в виде вибраций колонны бурильных труб на устье скважины, а завершение формирования окна – снижением вибраций до допустимых (подбирается эмпирическим путем). После чего колонну бурильных труб опускают до входа муфты 4 в окно. Колонну бурильных труб поднимают до подъема корпуса выше окна как минимум на 1 м, при этом зацепления не происходит благодаря выходной фаске 13 центрирующего узла 2. Колонну бурильных труб опускают, если торец корпуса 5 упирается в край окна процесс калибровки повторяют, если корпус 5 вместе с забойным двигателем 3 свободно входит в окно обсадной колонны, то корпус 3 на колонне бурильных труб извлекают из скважины вместе с образующейся металлической стружкой и/или свободными металлическими элементами, удерживаемыми при наличии магнитными кольцевыми вставками 14. Затем в скважину спускают бурильную компоновку для бурения дополнительного ствола через окно обсадной колонны. Поскольку длина корпуса 5 калибратора с забойным двигателем 3 или его имитация и диаметр D центрирующего узла 2 практически совпадают с длиной бурильной компоновки и диаметром бурового инструмента (долота, коронки или т.п.) соответственно, то проблем с вхождением бурильной компоновки в вырезанное окно на практике ни разу не наблюдалось.

Предлагаемый калибратор скважинный позволяет входить в вырезанное окно обсадной колонны под боковой ствол и подготавливать его к проходу бурильной компоновки.