Результат интеллектуальной деятельности: Способ бурения на обсадной колонне с извлекаемой компоновкой низа бурильной колонны (КНБК)

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предотвращения разрушения и обвала стенок скважины при бурении интервалов с неустойчивыми породами.

Известен способ одновременного вскрытия и крепления неустойчивых пород при бурении скважин (патент RU № 2437997, МПК Е21В 7/20, опубл. 27.12.2011 г., Бюл. № 36) включает бурение ствола скважины долотом, соединенным с колонной обсадных труб, которые устанавливают в скважине с последующим извлечением долота. Участок скважины с неустойчивыми и разрушенными горными породами из основного ствола бурят при определенном давлении расходуемой жидкости раздвижным долотом, соединенным с колонной обсадных труб в виде многолучевой расширяемой трубы, длиной превосходящей длину данного участка, спускаемой на колонне бурильных труб. Внутренний диаметр данного участка выполняют больше диаметра основного ствола как минимум на толщину стенок обсадной колонны, после бурения участка в обсадной колонне создают избыточное давление, превосходящее определенное давление и достаточное для полного выправления гофр обсадной колонны с фиксацией ее относительно стенок скважины и с последующим отсоединением и извлечением колонны бурильных труб на поверхность. Спускают калибрующий инструмент для окончательного выправления обсадной колонны до диаметра, равного диаметру основного ствола скважины. Калибрующий инструмент оборудуют ловильным устройством на нижнем конце для захвата, отсоединения и извлечения долота при взаимодействии с ним.

Недостатки способа:

- высокая вероятность возникновения аварийной ситуации из-за резкого повышения давления выше критического, что приведет к преждевременному расширению профильных труб и заклиниванию устройства в скважине;

- низкая скорость бурения роторным способом по сравнению с бурением с применением винтового забойного двигателя (ВЗД);

- при таком способе невозможно контролировать траекторию и управлять траекторией во время бурения, как следствие, недостижение проектного забоя, что ведет к временным и материальным затратам по перебуриванию участка скважины;

- при одновременном бурении и расширении из-за пульсаций расхода промывочной жидкости насоса не гарантировано раздвижение долота в рабочее положение и, как следствие, невозможность расширить профильные трубы, как следствие, создание аварийной ситуации из-за непрохождения компоновок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ бурения бокового ствола с неустойчивыми породами (патент RU № 2785164, МПК Е21В 7/04, опубл. 05.12.2022 г., Бюл. № 34), включающий определение зон неустойчивых пород, вырезание окна в эксплуатационной колонне, бурение бокового ствола до проектного забоя, крепление бокового ствола колонной труб, повышение гидравлического давления в колонне бурильных труб, отцеп и извлечение посадочного устройства. Из окна бурение ведут на бурильной колонне с телеметрией и долотом с винтовым забойным двигателем с набором угла и последующей зоной стабилизации ствола скважины до кровли неустойчивых пород. Затем компоновку с телесистемой и долотом с винтовым забойным двигателем извлекают и скважину до проектного забоя бурят роторным способом на бурильной колонне с обсадным хвостовиком, состоящим из стандартных обсадных труб. Обсадные трубы оборудуют снизу долотом с резцами PDC, центратором для сохранения стабильного направления при бурении и клапаном со стоп-кольцом, а сверху - подвесным устройством. Соединяют обсадной хвостовик с бурильной колонной подвесным устройством, передающим осевую нагрузку и крутящий момент для бурения. Используют продавочные пробки подвесного устройства при цементировании хвостовика после бурения до проектного забоя и промывки ствола скважины. Производят отцеп бурильной колонны от обсадного хвостовика за счет сброса шара с устья в седло при повышении давления в хвостовике и срезе штифта, при этом длина обсадного хвостовика равна сумме длины бокового ствола скважины до забоя и участка L хвостовика для герметизации в эксплуатационной. Затем по данным геофизических исследований производят перфорацию хвостовика в интервале продуктивного пласта и вводят скважину в эксплуатацию.

Недостатками способа являются:

- низкая скорость бурения роторным способом по сравнению с бурением с применением ВЗД;

- при таком способе невозможно контролировать траекторию и управлять траекторией во время бурения последней секции скважины на обсадном хвостовике, как следствие, не достижение проектного забоя, что ведет к временным и материальным затратам по перебуриванию участка скважины;

- вероятность получения аварийной ситуации из-за засорения промывочных отверстий долота при цементировании через них, как следствие, затвердевание цемента в хвостовике и дополнительные материальные затраты по разбуриванию цемента.

Технической задачей изобретения является создание способа бурения на обсадной колонне с извлекаемой КНБК, состоящей из раздвижного долота, ВЗД и телесистемы, обеспечивающего увеличение скорости бурения скважины на обсадной колонне, управление и контроль траектории во время бурения на обсадной колонне и извлечение КНБК по достижении проектного забоя.

Техническая задача решается способом бурения на обсадной колонне с извлекаемой компоновкой низа бурильной колонны, включающим определение зон неустойчивых пород, бурение ствола скважины на бурильной колонне с телеметрией и долотом с ВЗД до кровли неустойчивых пород, затем компоновку с телесистемой и долотом с ВЗД извлекают, после чего скважину до проектного забоя бурят на бурильной колонне с обсадным хвостовиком, состоящим из стандартных обсадных труб, оснащенных сверху подвесным устройством с автоотцепом, соединяющим обсадной хвостовик с бурильной колонной, передающим осевую нагрузку и крутящий момент для бурения, после чего производят отцеп бурильной колонны от обсадного хвостовика за счет сброса шара с устья в седло при повышении давления в хвостовике и срезе штифта.

Новым является то, что бурение осуществляют с помощью КНБК, состоящей из раздвижного долота, ВЗД и телесистемы, установленной снизу хвостовика с помощью узла соединения, при этом после бурения до проектного забоя и извлечения КНБК для цементирования спускают подвесное устройство, снабжённое узлом автоматического зацепа, включающим кольцевую коническую проточку седла, подпружиненного вниз относительно корпуса автоотцепа с ограниченным перемещением вниз до упора в срезной элемент, и втулку, установленную снаружи корпуса автоотцепа, подпружиненную вниз, с возможностью перемещения вниз до стопорного кольца и перекрывающую отверстия автоотцепа с установленными шариками, с возможностью зацепления бурильной колонны, спускаемой для цементирования за внутреннюю канавку подвесного устройства за счет перемещения втулки вверх и выталкивания шариков во внутреннюю канавку подвесного устройства конической проточкой седла при посадке корпуса автоотцепа на торец подвесного устройства.

На фиг. 1 показана компоновка для бурения на хвостовике участка скважины с неустойчивыми породами.

На фиг. 2 показан хвостовик после отцепа от бурильной колонны и спущенным устройством для извлечения КНБК.

На фиг. 3 показано подвесное устройство, снабженное узлом автоматического зацепа.

На фиг. 4 показано подвесное устройство, уже состыкованное с хвостовиком для проведения операции цементирования.

На фиг. 5 показан хвостовик после прокачки цементного раствора и продавки его пробками.

На фиг. 6 показан хвостовик после операции цементирования и отцепа транспортировочной колонны от него.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Бурят ствол скважины на бурильной колонне с телеметрией и долотом с ВЗД до кровли неустойчивых пород (на фиг. 1-6 не показан). Затем бурильную колонну с телеметрией и долотом с ВЗД извлекают из скважины.

Далее в скважину спускают компоновку, состоящую из раздвижного долота 1 (фиг. 1), ВЗД 2 и телесистемы 3, установленной ниже хвостовика 4, состоящего из обсадных труб. Компоновка, расположенная ниже хвостовика 4, соединяется с ним с помощью узла соединения 5 известной конструкции (например, патент RU № 201342 «Соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной»), а сверху хвостовик соединен с бурильной колонной подвесным устройством 6. Этой компоновкой бурят ствол скважины до проектного забоя.

Затем в колонну бурильных труб с устья бросают шар 7, который доходит до седла 8 подвесного устройства 6, повышением давления производят срез штифтов 9 и разъединение бурильной колонны от хвостовика 4.

После этого на колонне бурильных труб спускают в скважину ловильный инструмент 10 (например, патент RU № 201342) (фиг. 2), который доходит до узла соединения 5, отсоединяет КНБК, фиксирует его на ловильном инструменте 10 и после этого КНБК извлекают на устье скважины. В скважине остается только хвостовик и нижняя часть подвесного устройства 6.

Следующая операция - это спуск в скважину на колонне бурильных труб подвесного устройства, снабженного узлом автоматического зацепа и подвесной продавочной пробкой 11 (фиг. 3). Устройство имеет кольцевую коническую проточку 12 седла 13, подпружиненного пружиной 14 вниз относительно корпуса подвесного устройства, с ограниченным перемещением вниз до упора в срезной элемент 15. Также подвесное устройство имеет втулку 16, установленную снаружи корпуса и подпружиненную вниз до стопорного кольца 17, и перекрывающую отверстия 18 с шариками 19. Когда подвесное устройство заходит в нижнюю часть подвесного устройства 6 (фиг. 4), втулка 16 перемещается вверх относительно корпуса, седло 13 перемещается вниз и при этом выдавливает шарики 19 из кольцевой конической проточки 12 седла 13. Шарики 19 заходят во внутреннюю канавку 20 (фиг. 4) подвесного устройства 6, а изнутри шарики 19 фиксируются седлом 13, которое переместилось вниз до упора в срезной элемент 15.Таким образом происходит фиксация подвесного устройства с хвостовиком 4.

Далее начинают операцию цементирования хвостовика 4. Устанавливают цементировочную головку (на фиг. 1-6 не показана), по известной технологии закачивают расчетный объем цемента, затем начинают продавку верхней продавочной пробкой 21. Затем верхняя продавочная пробка 21 доходит до подвесной продавочной пробки 11, фиксируется в ней, и при повышении гидравлического давления происходит срез фиксирующих штифтов подвесной продавочной пробки 11 и происходит продавка цемента из хвостовика 4 в затрубное пространство. Далее подвесная продавочная пробка 11 садится стопорным кольцом 22 (фиг. 5) в кольцевую проточку в обойме узла соединения 5 (фиг. 5) и получаем давление «стоп». После этого повышаем гидравлическое давление для открытия промывочных окон 23, расположенных в подвесном устройстве 6. Падение давления означает, что окна 23 открылись. Затем откручивают цементировочную головку, бросают шар 24 в колонну бурильных труб. Шар садится в седло 13, срезает штифты 15, а шарики 19 при этом освобождают верхнюю часть подвесного устройства вместе с бурильной колонной от хвостовика. Затем колонну приподнимают и вымывают излишки цемента, а хвостовик 4 оставляют на операцию затвердевания цемента (фиг. 6).

Предлагаемый способ бурения на обсадной колонне с извлекаемой КНБК позволяет увеличить скорость бурения скважины на обсадной колонне, управлять и контролировать траекторию во время бурения на обсадной колонне и извлечь КНБК по достижении проектного забоя.