устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной

Формула изобретения

1. Устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной, включающее корпус, связанный с обсадной колонной и выполненный с возможностью посадки в него извлекаемого клина с отклоняющей плоскостью, и соединением под бурильную колонну для его транспортировки, отличающееся тем, что оно снабжено патрубком, связанным с корпусом и выполненным с посадочной муфтой под извлекаемый клин, боковыми продольными окнами и с наружным манжетным пакером над боковыми продольными окнами, а извлекаемый клин выполнен с дном, перпендикулярным его оси, и ориентирующим фиксатором, жестко связанным с дном и выполненным с возможностью регулирования радиального угла между ориентирующим фиксатором и отклоняющей плоскостью извлекаемого клина.

2. Устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной по п.1, отличающееся тем, что ориентериующий фиксатор выполнен в виде направляющей втулки с кольцевой посадочной площадкой и шпоном, а посадочная муфта выполнена с ответным внутренним опорным выступом и пазом под шпон.

3. Устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной по п.1, отличающееся тем, что бурильная колонна в нижней части выполнена с патрубком-корпусом, в нижней части которого размещен обратный клапан, а над ним циркуляционный клапан, при этом патрубок-корпус выполнен с кольцевым посадочным поясом и шпоном под посадочную муфту и радиальными отверстиями, перекрытыми втулкой со срезным штифтом.

4. Устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной по п.1, отличающееся тем, что обсадная колонна на устье выполнена с боковыми отводами, оснащенными задвижками, сообщающими ее заколонное и внутриколонное пространства с внешним пространством на устье.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относятся в горной промышленности, а более конкретно, к технологии и технике строительства многозабойных скважин. Оно может быть использовано для вскрытия продуктивного пласта дополнительными, кроме основного, стволами скважины с целью существенного увеличения поверхности притока пластового флюида.

Известно устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной, включающее корпус и отиконяющую компоновку низа бурильной колонны [1]

Недостатком устройства является то, что использование известного решения для бурения более протяженных наклонных стволов представляет серьезные трудности, особенно при необходимости неоднократных спусков (и подъемов) бурильной колонны с долотом в один и тот же наклонный ствол, так как: требуется применение специальных методов и приборов для ориентирования бурильной колонны с долотом по периметру основного ствола скважины при каждой смене долота и при бурении второго наклонного ствола, так как возможно попадание долота в ранее пробуренный первый наклонный отвод; существует возможность обрушения стенок необсаженного основного ствола скважины под цементным мостом ( и даже самого цементного моста), испытывающих ударные нагрузки от работающей в наклонном стволе, недалеко от основного ствола, бурильной колонны с долотом, а восстановление основного ствола скважины связано с необходимостью проведения дополнительных работ, при которых нельзя гарантировать целостность и наклонных стволов скважины.

Наиболее близким аналогом известного решения является устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной, включающее корпус, связанный с обсадной колонной и выполненный с возможностью посадки в него извлекаемого клина с отклоняющей плоскостью и соединением под бурильную колонну для его транспортировки [2]

Недостатки устройства те же, что и по вышеописанному устройству.

Техническим результатом предложенного решения является сокращение затрат и средств на бурение дополнительных наклонных стволов скважины.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для многозабойного вскрытия пласта одной скважиной, включающее корпус, связанный с обсадной колонной и выполненный с возможностью посадки в него извлекаемого клина с отклоняющей плоскостью и соединением под бурильную колонну для его транспортировки, оно снабжено патрубком, связанным с корпусом и выполненным с посадочной муфтой под извлекаемый клин, боковыми продольными окнами и с наружным манжетным пакером под боковыми продольными окнами, а извлекаемый клин выполнен с дном, перпендикулярным его оси, и ориентирующим фиксатором, жестко связанным с дном и выполненным с возможностью регулирования радиального угла между ориентирующим фиксатором отклоняющей плоскости извлекаемого клина.

Кроме того, ориентирующий фиксатор выполнен в виде направляющей втулки с кольцевой посадочной площадкой и шпоном, а посадочная муфта выполнена с ответным внутренним опорным выступом и пазом под шпон.

А также, бурильная колонна в нижней части выполнена с патрубком-корпусом, в нижней части которого размещен обратный клапан, а над ним циркуляционный клапан, при этом патрубок-корпус выполнен с кольцевым посадочным поясом и шпоном, под посадочную муфту и радиальными отверстиями, перекрытыми втулкой со срезным штифтом. При этом, обсадная колонна на устье выполнена с боковыми отводами, оснащенными задвижками, сообщающими ее заколонное и внутриколонное пространства с внешним пространством на устье.

На фиг. 1 и 2 показан узел технологической трубы, в сборе; на фиг. 3 и 4 самоориентирующийся извлекаемый отклоняющий клин, в сборе; на фиг.5 узел 1 на фиг. 4; на фиг. 6 вид А на фиг. 4; на фиг. 7 и 8 приспособление для спуска и фиксированной установки отклоняющего клина в технологической трубе; на фиг. 9 и 10 фиксированный отклоняющий клин в технологической трубе; на фиг. 11 и 12 управляемый втулочный и обратный клапаны, в сборе; на фиг. 13 и 14 положение бурильной колонны с клапанами после цементирования первой степени обсадной колонны основного ствола скважины; на фиг. (-) 15 и 16 то же, после цементирования второй ступени обсадной колонны основного отвода, на фиг.17 процесс бурения наклонного ствола скважины; на фиг. 18 пробуренный наклонный ствол со спущенной в него нецементированной фильтр-колонной; на фиг. 19 приспособление для извлечения отклоняющего клина из скважины.

Узел технологической трубы состоит из трубы 1, диаметр которой равен диаметру обсадной колонны основного ствола скважины. Нижний резьбовой конец трубы 1 соединен со спецмуфтой 2, имеющей внутренний выступ с наклонной (к оси спецмуфты) кольцевой опорной площадкой 3 и шпоночным пазом 4. Внутренний выступ с кольцевой площадкой 3 и шпоночным пазом 4 может быть выполнен в жестко соединенном со спецмуфтой съемном или растворимом в кислоте (магниевое, алюминиевое) кольце, растворяющемся или извлекаемом из скважины после окончания бурения ее наклонных стволов. Над спецмуфтой 2 на теле трубы 1 выбраны удлиненные овальные окна 5 для бурения через них наклонных стволов скважины, с диаметрами, меньшими, чем диаметр ее основного ствола (на фиг. 1 и 2 выполнены два диаметрально противоположных окна для бурения двух наклонных стволов скважины). После крепления спецмуфты 2 на трубе 1 середина шпоночного паза 4 должна совпадать с образующей трубы 1, проходящей через середину одного из ее окон 5. Ослабленный (за счет окон 5) участок трубы 1 можно усилить накладками 6 с помощью сварки (в том числе через пунктирные щели, выбранные на боковых поверхностях накладок). Между муфтой 7 и окнами 5 на тело трубы 1 одет наружный манжетный пакер 8 известной конструкций. Для приподъема обсадной колонны при неподвижном манжетном пакере в стволе скважины (с целью снятия элеватора из-под муфты обсадной колонны в процессе ее спуска в скважину) манжетный пакер 8 имеет свободный осевой ход по телу трубы 1 до ограничительного кольца 9.

Самоориентирующийся в технологической трубе 1 извлекаемый отклоняющий клин состоит из корпуса 10 с отклоняющей наклонной плоскостью (или желобом) 11, и дном 12, к которому с помощью болтов 13 жестко закреплен ориентирующий фиксатор 14 с кольцевой площадкой 15 для посадки на опорную площадку 3 спецмуфты 2 и шпоном 16, входящим в ее шпоночный паз 4 (на фиг. 1).

Против отклоняющей наклонной плоскости (или желоба) 11 на корпусе 10 выбрано продольное окно 17, обеспечивающее свободное движение через него по наклонной плоскости (желобу) 11 бурильной колонны с долотом для бурения наклонных стволов скважины. Самоориентация отклоняющего клина относительно окон 5 технологической трубы 1 зависит от радиального угла между шпоном 16 и отклоняющей плоскостью (средней линией желоба) 11. Этот радиальный угол устанавливается перед спуском отклоняющего клина в скважину в соответствии с окнами 5 технологической трубы 1. Например, так как технологическая труба 1 на фиг. 1 и 2 имеет два диаметрально противоположных окна 5, то для бурения одного наклонного ствола скважины ориентирующий фиксатор 14 закрепляется к дну 12, а для бурения второго наклонного ствола шпон 16 разворачивается на 180^o (с целью снижения площади контакта корпуса 10 с внутренней стенкой технологической трубы 1 и, тем самым, облегчения извлечения отклоняющего клина из скважины даже при наличии вокруг корпуса 10 осадка шлама, его контактная поверхность может быть уменьшена за счет отверстий или щелей).

Корпус 10 отклоняющего клина в верхней части имеет боковые отверстия 18 под захватные кулачки 19 приспособления для спуска и фиксированной установки отклоняющего клина в технологической трубе. Приспособление содержит кожух 20 с "окнами" для кулачков 19 (имеющих резьбовые отверстия 22), поршень 23 со срезным штифтом и резьбовой шток 24, на который одет держатель 25 кулачков с дистанционной втулкой 26 и гайкой 27, причем держатель 25 имеет гнезда 28 для кулачков 19, необходимые при сборке приспособления для его соединения кулачками 19 с корпусом 10 отклоняющего клина путем их ввода в боковые отверстия 18 корпуса 10 отклоняющего клина перед спуском последнего в скважину.

Нa фиг. 9 и 10 показано относительное положение отклоняющего клина и технологической трубы в скважине (положение отклоняющей плоскости 11 показано наклонной пунктирной линией).

Втулочный 29 и обратный 30 цементировочные клапаны (фиг.11 и 12) имеют общий корпус 31 с радиальными отверстиями 32 и 33, соединенный на резьбе (через переводник 34) с бурильной колонной 35. Корпус 31 клапанов имеет посадочный пояс 36 для герметичной посадки бурильной колонны 35 на опорную площадку 3 спецмуфты 2 и содержит шпон 27, причем отверстия 32 ориентированы по отношению к шпону 37 так, что после фиксации шпона 37 в шпоночном пазе 4 спецмуфты 2 отверстия 32 располагаются как раз против окон 5 технологической трубы 1. Втулочный клапан 29 перекрывает радиальные отверстия 32 и 33 и зафиксирован в корпусе 31 срезным штифтом (или несколькими срезными штифтами) 38. На фиг. 13-16 показано также оборудование устья скважины, монтируемое сразу после спуска в основной ствол скважины обсадной колонны 39 (по возможности с фильтром-хвостовиком 40) с технологической трубой 1 до цементирования этой колонны. При ее двухступенчатом цементировании используются бурильная колонна 35 с втулочным 29 и обратным 30 клапанами, размещенными в корпусе 31, превентеры 41, отводы 42 из заколонного пространства скважины и отводы 43 из внутриколонного пространства скважины.

Устройство работает следующим образом.

После спуска в основной ствол скважины обсадной колонны 39 с фильтром-хвостовиком 40 и технологической трубой 1 (место установки которой в компоновке колонны 39 подбирается по планируемой глубине забуривания наклонных стволов), колонну 39 подвешивают и герметизируют на колонной головке 44 с боковыми отводами 42 из заколонного пространства скважины, после чего монтируют противовыбросовое оборудование с отводами 43 из внутриколонного пространства скважины и превентерами 41.

Затем в обсадную колонну 39 спускают бурильную колонну 35 с цементировочными клапанами 29 и 30, корпус 31, которых со шпоном 37 слегка (на 1-2 тн.) разгружают на опорную площадку 3 спецмуфты 2 и, медленно поворачивая цепным ключом бурильную колонну 35, заводят шпон 37 в шпоночный паз 4 спецмуфты 2 (при этом бурильная колонна 35 застопоривается от вращения), тем самым фиксируя отверстия 32 корпуса 31 против окон 5 в технологической трубе 1. Разгрузив бурильную колонну 35 (на 3-5 тн.) герметично сажают упорный пояс 36 корпуса 31 на опорную площадку 3 спецмуфты 2. Закрывают заколонные задвижки 42 и внутриколонные задвижки 43, закачивают в бурильную колонну 35 расчетный объем цементного раствора (соответствующий высоте кольцевого пространства скважины за фильтром-хвостовиком), после чего его продавливают объемом продавочной жидкости, равным внутреннему объему фильтра-хвостовика до верхних отверстий ( щелей) фильтра затем в бурильную колонну 35 бросают шар (пробку) 45, продолжая закачку продавочной жидкости, сажают шар (пробку) 45 на втулочный клапан 29. В процессе дальнейшей закачки жидкости в бурильную колонну 35, давление на шар (пробку) 45 повышается, втулка 29 срезает штифт 38 и открывает отверстия 32 и 33 корпуса клапанов 31 и в кольцевом внутриколонном пространстве скважины над спецмуфтой 2.

После затвердения цемента за фильтром-хвостовиком 40, открывают заколонные задвижки 42 и, закрыв задвижки 43 (при закрытом превенторе 41), цементируют обсадную колонну 39 до устья скважины, прокачивая цементный раствор и продавочную жидкость через бурильную колонну 35. При этом цементный раствор, выходя из радиальных отверстий 32 и 33, обжимает манжетный пакер 8 к технологической трубе 1 и поднимается за обсадной колонной 39 к устью скважины, вытесняя жидкость вперед собой через задвижки 42.

По окончании закачки расчетных объемов цементного раствора и продавочной жидкости открывают внутриколонные задвижки 43 и закрыв заколонные задвижки 42, интенсивной промывкой вымывают цемент между пакером и и спецмуфтой 2 в зоне окон 5 забуривания наклонных стволов скважины; при этом промывочная жидкостью, выходящая из отверстий 32 и 33, поднимается по кольцевому пространству между бурильной 35 и обсадной 39 колоннами и выходит через задвижки 43 в атмосферу. После затвердения цемента над манжетным пакером 8 (за обсадной колонной 39), превентер 41 открывают, а бурильную колонну 35 с цементировочными клапанами извлекают из скважины, доливая жидкость в обсадную колонну 39 для компенсации объема извлекаемых бурильных труб.

Для бурения первого наклонного ствола скважины собирают, как указано выше, самоориентирующийся отклоняющий клин и, с использованием кулачкового приспособления, на бурильной колонне 35 допускают его до спецмуфты 2. Разгрузив отклоняющий клин (на 1-2 тн) на опорную площадку 3 спецмуфты 2, медленным проворачиванием бурильной колонны 35 на устье скважины (цепным ключом) заводят шпон 16 клина в шпоночный паз 4 спецмуфты 2 (подтверждением этого является стопорение бурильной колонны 35 от вращения). Затем повышением давления в бурильной колонне срезают штифт поршня 23 и последний, вместе со штоком 24 и держателем 25 кулачков 19 опускается вниз до упора об дно кожуха 20, а кулачки 19 своими наклонными плоскостями сползают вниз и падают внутрь кожуха 20.

Фиксированный шпоном 16 в спецмуфте 2 отклоняющий клин остается внутри технологической трубы 1 строго ориентированным своей отклоняющей плоскостью 11 относительно одного из забурочных окон 5 технологической трубы 1, а бурильную колонну 35 с указанным приспособлением поднимают из скважины.

Затем на бурильной колонне спускают долото (причем диаметр долота должен быть меньше окон 5 технологической трубы 1) и с места установки отклоняющего ключа через окно 5 технологической трубы 1 бурят первый дополнительный ( к основному) наклонный ствол скважины. Компоновку низа бурильной колонны (КНБК) для бурения наклонного ствола выбирают с учетом геологических условий залегания вскрываемых пород, их механических свойств, проектного профиля наклонного ствола и других факторов, а корректировку траектории наклонного ствола в процессе его углубления осуществляют известными техническими приемами (например, установкой скользящих муфт над долотом, изменением жесткости КНБК, нагрузки на долото и другими методами), причем для максимальной разводки забоев наклонного ствола скважины и ее основного ствола следует обеспечить монотонно возрастающее искривление наклонного ствола по одному азимуту, вплоть до его выхода на горизонтальную траекторию в продуктивном пласте.

После окончания бурения первого наклонного ствола скважины в него опускают фильтр-колонну (и, при необходимости, цементируют ее).

Для бурения второго наклонного ствола скважины из ее основного ствола извлекают самоориентирующийся отклоняющий клин, например, шлипсовым захватом, его ориентирующий фиксатор 14 со шпоном 16 разворачивают на 180^o, его вновь закрепляют к корпусу 10 самоориентирующегося отклоняющего клина (фиг. 4), который затем спускают в скважину и повторно устанавливают на опорную площадку 3 в спецмуфте 2 технологической трубы 1 также, как и для бурения первого наклонного ствола скважины. После этого бурят второй наклонный ствол до изложенной выше технологии, извлекают отклоняющий клин из скважины и, при необходимости, расширяют внутренний выступ спецмуфты 2 до размера внутреннего диаметра обсадной колонны (фрезерованием этого выступа, а если он выполнен в виде съемного или растворимого кольца, жестко соединенного со спецмуфтой 2, путем его извлечения из скважины или растворением этого кольца кислотой). Затем спускают в основной ствол скважины бурильную колонну с полномерным долотом, медленным вращением с интенсивной промывкой при небольшой подаче бурильного инструмента вниз шаблонируют основной ствол скважины до ее забоя, после чего извлекают из нее бурильную колонну с долотом и осваивают многозабойную скважину традиционными методами. 2 4 6 8 10 12 14 16