EA030283B1

EA030283B1 - Фрезерная система и способ формирования отверстия в стенке обсадной колонны

Info

Publication number: EA030283B1
Application number: EA201492018A
Authority: EA
Inventors: Дэн Саурер
Original assignee: Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк.
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2018-07-31
Also published as: BR112014030845A2; CA2876166C; EA201492018A1; CA2876166A1; US9297227B2; EP2872730A4; US9010426B2; US20140014343A1; WO2014011162A1; MX356862B; EP2872730A1; AU2012384976B2; MX2014015362A; AU2012384976A1; SG11201407865YA; US20140326456A1

Abstract

Раскрыты фрезерная система формирования отверстия в стенке обсадной колонны, а также соответствующий способ. Приведенная в качестве примера фрезерная система содержит фрезу, расположенную внутри кожуха и выполненную с возможностью аксиального перемещения относительно кожуха при ее отделении от него, направляющий блок, присоединенный к дальнему концу фрезы и поддерживающий фрезу во время формирования фрезой выхода из обсадной колонны, направляющую опору, расположенную внутри кожуха и определяющую один или более продольных каналов, предназначенных для сбора стружек и обломков. Кожух определяет множество отверстий, расположенных в виде первой и второй групп аксиальных отверстий, при этом внутри расположен рукав, определяющий одну или более направляющих клапанов, центрующих один или более клапанов или с первой, или со второй группой аксиальных отверстий, в зависимости от количества обломков и частиц.

Description

Настоящее изобретение в целом относится к работам по фрезерованию в стволе скважины, а в частности - к фрезерным системам и способам формирования отверстия в стенке обсадной колонны при фрезеровании выхода для бокового ствола скважины.

Углеводороды можно добывать через относительно сложные стволы скважин, пересекающие подземный пласт. Некоторые стволы скважин могут содержать многосторонние разветвленные стволы скважин и/или обходные стволы. Многосторонние стволы скважины содержат один или более боковых стволов, отходящих от исходного (или основного) ствола скважины. Обходным называют ствол, отклоненный от первого основного направления во второе основное направление. Обходной ствол может содержать основной ствол, проходящий в первом направлении, и вторичный ствол, отходящий от основного ствола скважины во второе основное направление. Многосторонний ствол может содержать одно или более окон или выходов из обсадной колонны для формирования соответствующих боковых стволов скважины. Обходной ствол также может содержать окно или выход из обсадной колонны для отведения ствола скважины во второе основное направление.

Как для многосторонних, так и для обходных стволов скважины выход из обсадной колонны можно формировать путем размещения звена обсадной колонны и отклонителя (уипстока) в обсадной колонне в требуемом месте в основном стволе скважины. Отклонитель используют для отклонения одной или более фрез вбок (или в альтернативном направлении) относительно обсадной колонны. Отклоненная фреза (фрезы) проникает сквозь участок звена обсадной колонны, чтобы сформировать выход из обсадной колонны. Затем через выход из обсадной колонны можно ввести буровые долота для бурения бокового или вторичного ствола скважины.

Во время фрезерования выхода из обсадной колонны, в результате проникновения в металлическую обсадную часть, стружки и обломки накапливаются внутри ствола скважины. Эти стружки и обломки обычно удаляют на поверхность скважины за счет циркуляции бурового раствора. С увеличением глубины, на которой формируют выходы из обсадной колонны, вымывать стружки и обломки на поверхность становится все сложнее. Также проблема может возникать при формировании боковых выходов, выполненных в местах, где обсадка скважины может быть около горизонтального выхода. Неэффективное или недостаточно эффективное удаление стружек и обломков из ствола скважины потенциально может привести к осложнениям при извлечении фрезерной системы на поверхность скважины.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к операциям подземного фрезерования, а в частности - к системам и способам управления стружками и обломками, образующимися в результате фрезерования выхода для бокового ствола скважины.

В некоторых вариантах осуществления раскрыта фрезерная система для формирования выхода из обсадной колонны. Фрезерная система может содержать фрезу, расположенную внутри кожуха и выполненную с возможностью аксиального перемещения относительно кожуха после ее отделения от него, направляющий блок, соединенный с дальним концом фрезы и выполненный с возможностью направления и поддержки фрезы во время формирования фрезой выхода из обсадной колонны, и направляющую опору, расположенную внутри кожуха и имеющую наклонный участок, переходящий в планарный участок, а также определяющую один или более продольных каналов, предназначенных для сбора стружек и обломков так, чтобы последние не оставались на пути фрезы при ее аксиальном перемещении вдоль направляющей опоры.

В других вариантах осуществления раскрыта иная фрезерная система для формирования выхода из обсадной колонны. Фрезерная система может содержать кожух, определяющий множество отверстий, расположенных в виде первой группы аксиальных отверстий и второй группы аксиальных отверстий, при этом первая группа аксиальных отверстий аксиально смещена вверх по стволу скважины относительно второй группы аксиальных отверстий, фрезу, расположенную внутри кожуха и соединенную со штоком, продольно отходящим от нее, один или более поршней, расположенных вокруг штока и приводимых в движение в радиальном направлении относительно штока для зацепления или расцепления с множеством отверстий первой группы или второй группы аксиальных отверстий, и рукав, расположенный внутри кожуха и определяющий один или более направляющих поршней, выполненных с возможностью приема и поворотной центровки одного или более поршней со множеством отверстий первой или второй группы аксиальных отверстий.

В других вариантах осуществления раскрыт способ управления стружками и обломками во время формирования выхода из обсадной колонны. Способ может включать в себя введение фрезерной системы вглубь скважины, при этом фрезерная система имеет фрезу, расположенную внутри кожуха, и направляющий блок, соединенный с дальним концом фрезы, а также шток, соединенный с противоположным концом фрезы и продольно отходящий от нее, приведение в движение в радиальном направлении одного или более поршней, расположенных вокруг штока, для отделения штока и фрезы от кожуха, направление фрезы вглубь скважины относительно кожуха с помощью направляющей опоры, расположенной, по меньшей мере, частично внутри кожуха, при этом направляющая опора имеет наклонный участок, переходящий в планарный участок, приведение фрезы в контакт с обсадной колонной с наклонным

- 1 030283

участком и, тем самым, начало формирования выхода из обсадной колонны, продвижение фрезы вглубь скважины для продолжения фрезерования выхода из обсадной колонны, и сбор по меньшей мере части обломков и выбуренных частиц, образующихся в результате фрезерования выхода из обсадной колонны, в одном или более продольных каналах, определенных в направляющей опоре.

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны специалисту в данной области техники после прочтения нижеследующего раскрытия и предпочтительных вариантов осуществления.

Краткое описание чертежей

Нижеприведенные чертежи представлены для иллюстрации некоторых аспектов настоящего изобретения, которые не следует понимать как единственно возможные варианты осуществления. Раскрытый объект изобретения может быть существенно модифицирован, иметь альтернативные варианты, их комбинации и эквиваленты по форме и функциональности, что будет понятно специалисту в данной области техники.

На фиг. 1 представлена морская нефтегазовая платформа, использующая приведенный в качестве примера сборочный узел скважинной системы согласно одному или более раскрытым вариантам осуществления.

На фиг. 2 представлен в увеличенном масштабе вид соединения между исходным стволом скважины и пробуренным боковым стволом.

На фиг. 3а и 3Ь представлены частичные разрезы приведенной в качестве примера фрезерной системы согласно одному или более вариантам осуществления.

На фиг. 4 проиллюстрирован вид с торца разреза приведенной в качестве примера направляющей опоры и направляющего блока согласно одному или более вариантам осуществления.

На фиг. 5а и 5Ь представлен разрез направляющей опоры с множеством карманов, расположенных внутри продольных каналов, вид сверху и вид сбоку соответственно.

На фиг. 6а и 6Ь представлен частичный разрез другой приведенной в качестве примера фрезерной системы согласно одному или более вариантам осуществления.

Подробное раскрытие изобретения

Приведенные в качестве примера раскрытые системы и способы эффективно отводят стружки и обломки, образующиеся в результате фрезерования бокового выхода в многосторонней обсадной колонне скважины. Эффективный контроль над обломками обеспечивает отсутствие помех при извлечении фрезерной системы на поверхность после создания бокового выхода. В некоторых вариантах осуществления, например, стружки можно транспортировать или, в другом случае, размещать в дополнительных местах или расширениях, предусмотренных во фрезерной системе, чтобы они не преграждали обратный путь фрезерной системе. Дополнительные места или расширения при необходимости могут также обеспечить лучшее удаление из скважины накопленных обломков. В других вариантах осуществления во фрезерной системе предусмотрены одна или более продольных центровочных пазов таким образом, чтобы накопленные внутри или около центровочных пазов обломки не мешали отведению системы назад или в зафиксированное положение. Следовательно, приведенные в качестве примера фрезерные системы более устойчивы к обломкам в глубине скважины и могут эффективно работать в изменяющихся условиях, что позволит создавать боковые выходы на больших скважинных глубинах и длинных горизонтальных участках. Возможность обеспечивать длинные прямые выходы в новых или существующих обсадных колоннах скважины обеспечивает существенное преимущество для систем фрезерования боковых ответвлений скважин, и специалисту в данной области техники будет понятно, что улучшения в этих фрезерных системах, направленных на эффективный контроль над стружками и обломками, являются желаемым признаком.

На фиг. 1 представлена морская нефтегазовая платформа 100, способная использовать одну или более раскрытых здесь систем управления обломками согласно одному или более вариантам осуществления. Несмотря на то что на фиг. 1 показана морская нефтегазовая платформа 100, специалисту в данной области техники будет понятно, что раскрытые в настоящем документе различные системы контроля за выбуренной породой одинаково хорошо подходят для использования в том или ином типах нефтяных и газовых буровых установок, таких как наземные нефтяные и газовые буровые установки или располагаемые в любом другом месте. Платформа 100 может быть полупогружной платформой 102, расположенной в центре над подводным нефтегазовым пластом 104, расположенным под морским дном 106. Подводный трубопровод 108 проходит от палубы 110 платформы 102 к оборудованию 112, расположенному у устья скважины, содержащему один или более противовыбросовых превенторов 114. Платформа 102 имеет спускоподъемное устройство 116 и вышку 118 для подъема и спуска колонны труб, например бурильной колонны 120, внутрь подводного трубопровода 108.

Как показано, основной ствол скважины пробурен сквозь разные типы земных пластов, включая пласт 104. Термины "исходный" и "основной" ствол скважины используют здесь как равнозначные для обозначения ствола скважины, от которого пробуривают другой ствол. Следует отметить, однако, что

- 2 030283

исходный или основной ствол скважины необязательно проходит прямо с поверхности земли, наоборот, он может быть ответвлением другого ствола скважины. Обсадную колонну 124, по меньшей мере частично, цементируют внутри основного ствола 122 скважины. Термин "обсадная колонна" используют для обозначения трубчатой колонны, используемой для обкладывания ствола скважины. "Обсадная колонна" в действительности может быть типа, известного специалисту как "хвостовик", и может быть сегментированным или непрерывным хвостовиком, например гибкими насосно-компрессорными трубами.

Звено 126 обсадной колонны может быть вставлено между продольными участками или секциями обсадной колонны 124 и размещено на требуемом расстоянии внутри ствола 122 в том месте, где подлежит бурению ответвление или боковой ствол 128 скважины. Термины "ответвление" и "боковой ствол скважины" используют для обозначения ствола скважины, пробуренного наружу от его пересечения или соединения с другим стволом скважины, например, исходным или основным стволом скважины. Более того, ответвление или боковой ствол скважины может иметь другое ответвление или боковой ствол, пробуренный наружу от него, без отклонения от объема настоящего изобретения. Внутри обсадной колонны 124 и/или звена 126 обсадной колонны могут быть размещены узел 130 отклонителя или другие раскрытые здесь типы направляющих фрезы. Узел 130 отклонителя или другая направляющая фреза могут быть выполнены с возможностью отклонения одного или более режущих инструментов (т.е. фрез) во внутреннюю стенку звена 126 обсадных труб, чтобы сформировать выход 132 в требуемом месте на периферии. Выход 132 из обсадной колонны обеспечивает "окно" в звене 126 обсадных труб, через которое один или более режущих инструментов (т.е. буровых долот) могут быть введены для бурения бокового ствола 128 скважины.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что, несмотря на то что на фиг. 1 показан вертикальный участок основного ствола 122 скважины, раскрытые в настоящем документе варианты осуществления одинаково применимы для использования в стволах скважины, имеющих другую ориентацию, включая горизонтальные, отклоненные, наклонные стволы, их комбинации и т.п. Более того, использование терминов, указывающих направления, таких как "выше", "ниже", "верхний", "нижний", "кверху", "книзу", "вверх скважины", "вглубь скважины" и т.п., используют в отношении иллюстративных вариантов осуществления, как они изображены на фигурах, кверху - по направлению наверх соответствующей фигуры и книзу - по направлению вниз соответствующей фигуры, вверх скважины - по направлению к поверхности скважины и вглубь скважины - по направлению к забою скважины.

На фиг. 2, а также на фиг. 1 показано в увеличенном масштабе соединение между основным стволом 122 скважины и боковым стволом 128 скважины (показан пунктирной линией) перед тем, как в действительности пробурят боковой ствол 128 или сформируют его другим образом в окружающем подземном пласте 104. Чтобы сформировать боковой ствол 128, фрезерная система 202 может быть присоединена к бурильной колонне 120, вставленной в основной ствол 122 и доходящей до контакта с фиксатором 204 якоря, расположенным на месте предполагаемого бурения бокового ствола 128. Фрезерная система 202 может содержать по меньшей мере одну фрезу 203, выполненную с возможностью приведения в контакт с обсадной колонной 124 для фрезерования выхода 132 из нее. Как будет подробнее раскрыто ниже, фрезерная система 202 также может содержать направляющую опору фрезы (не показана), предназначенную для направления фрезы 203 для формирования прямого выхода 132 из обсадной колонны. По меньшей мере в одном варианте осуществления фрезерная система 202 может быть системой ΡΐΓ5ΐ Ра55 М1ТЬК1ТЕ™, поставляемой фирмой НаШЪийои Еиегду Зу51ст5. Хьюстон, штат Техас, США, или содержать такую систему. В других вариантах осуществления, однако, фрезерная система 202 может быть многосторонней фрезерной системой, известной специалисту в данной области техники. Например, фрезерная система 202 может быть любой фрезерной системой, способной фрезеровать выход 132 из обсадной колонны 124, и затем пробурить окружающий подземный пласт 104 для создания бокового ствола скважины 128.

Фиксатор 204 якоря может содержать различные инструменты и секции труб, соединенные для поворота и центровки фрезерной системы 202 (в радиальном и аксиальном направлениях) для правильного ориентирования угла выхода и аксиальной глубины скважины при подготовке к формированию выхода 132 из обсадной колонны и фрезерованию бокового ствола 128 скважины. В некоторых вариантах осуществления фиксатор 204 якоря может быть многосторонним фиксатором Бреггу или соединяющей системой, поставляемой фирмой НаШЪийои Еиегду §у51ет5, расположенной в Хьюстоне, Техас, США. В других вариантах осуществления фиксатор 204 якоря может быть направляющим башмаком с косым срезом, сочетающим функции непроходного и сдвижного фиксатора, или любыми другими механическими средствами, используемыми для фиксации фрезерной системы 202 на глубине внутри основного ствола 122 скважины и под правильным углом для формирования выхода 132 из обсадной колонны.

Например, в одном или более вариантах осуществления фиксатор 204 якоря может содержать защелочное соединение 206 с профилем и множеством окружных центровочных элементов, способных принимать соответствующий защелочный механизм фрезерной системы 202 и, тем самым, обеспечивать защелочному механизму заданную окружную ориентацию. Фиксатор 204 якоря также может содержать центровочную втулку 208 с продольной щелью, соотнесенную по окружности с окружными центровоч- 3 030283

ными элементами защелочного соединения 206. Между защелочным соединением 206 и центровочной втулкой 208 расположен обсадной центровочный переходник 210, который может быть использован для обеспечения надлежащей центровки защелочного соединения 206 относительно центровочной втулки 208. Специалисту будет понятно, что фиксатор 204 якоря может содержать большее или меньшее количество инструментов или различных наборов инструментов, пригодных для определения угла смещения между окружным соотносимым элементом и требуемой окружной ориентацией выхода 132 из обсадной колонны.

Звено 126 обсадной колонны может быть соединено с удлиненными сегментами обсадной колонны 124 и, в другом случае, размещено между ними отдельно. В некоторых вариантах осуществления каждый конец звена 126 обсадной колонны может быть привинчен к соответствующим секциям обсадной колонны 124. В других вариантах осуществления, однако, звено 126 обсадной колонны может быть соединено с обсадной колонной 124 посредством муфт 212, выполненных, например, из стали или стального сплава (например, низколегированной стали). Обсадная колонна 124 может быть выполнена из коррозионностойкого материала, например стали 13Х, 28Х, или из другой нержавеющей стали или никелевых сплавов. Звено 126 обсадной колонны может быть выполнено из более мягкого материала или, иначе, из материала, который легко профрезеровать или просверлить насквозь. В одном или более вариантах осуществления звено 126 обсадной колонны выполняют из алюминия или алюминиевого сплава. Однако в других вариантах осуществления звено 126 обсадной колонны может быть выполнено из различных композиционных материалов, таких как стекловолокно, углеродное волокно, их комбинации или т.п., но не ограничивается ими.

На фиг. 3а и 3Ь проиллюстрированы частичные разрезы приведенной в качестве примера фрезерной системы 300, подобной в некоторых отношениях фрезерной системе 202 с фиг. 2. Как показано, фрезерная система 300 расположена внутри звена 126 обсадной колонны для вырезания ее части и, таким образом, формирования выхода 132 из обсадной колонны (фиг. 1 и 2), как в целом раскрыто выше. Однако следует понимать, что фрезерная система 300 может быть также расположена внутри участка обсадной колонны 124 (фиг. 1 и 2) и предназначена для формирования в нем выхода 132 из обсадной колонны без отклонения от объема настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 3а, фрезерная система 300 может содержать кожух 302, в котором могут быть расположены одна или более фрез 304 (показана одна) для выдвижения и отведения. В некоторых вариантах осуществления фрезу 304 крепят к кожуху 302 с использованием одного или более срезных штифтов или болтов. После надлежащего отсоединения от кожуха 302 фреза 304 может быть предназначена для аксиального перемещения относительно кожуха 302. На фиг. 3Ь представлена фрезерная система 300, по меньшей мере, с участком кожуха 302, убранным так, чтобы обнажить некоторые из внутренних компонентов фрезерной системы 300. Например, как показано на фиг. 3Ь, фрезерная система 300 может содержать шток 306 и один или более поршней 308, соединенных со штоком 306 или в другом случае расположенных вокруг него.

Фреза 304 может быть аксиально смещена от одного или более поршней 308 и соединена с возможностью вращения с дальним концом штока 306. Как будет раскрыто ниже, поршни 308 могут быть приведены в действие и выполнены с возможностью выдвижения и/или отведения в радиальном направлении относительно штока 306. В некоторых вариантах осуществления поршни 308 могут быть распределены через равные промежутки по окружности штока 306. Однако в других вариантах осуществления поршни 308 могут быть распределены случайным образом вокруг штока 306, без отклонения от объема настоящего изобретения. Хотя на фиг. 3а и 3Ь показано несколько поршней 308, фрезерная система 300 может иметь любое количество поршней 308, соединенных со штоком 306 или, иначе, расположенных вокруг него, в зависимости от конкретного случая и/или конструкции кожуха 302. Более того, в некоторых вариантах осуществления поршней 308 может вообще не быть во фрезерной системе 300, вместо них может быть зажимной патрон или любое устройство, способное аксиально соединить фрезу 304 с направляющей опорой 316, а также ключ или любое другое устройство, выполненное с возможностью поворотного или радиального соединения фрезы 304 с направляющей опорой 316 для надлежащего извлечения инструмента на поверхность.

Фрезерная система 300 также может содержать рукав 310, который также может быть расположен внутри кожуха 302 и, в противном случае, быть прикреплен к нему так, что рукав 310 не способен аксиально сдвигаться относительно кожуха 302. Рукав 310 может определять одну или более направляющих 312 поршня на его дальнем конце. В некоторых вариантах осуществления, как проиллюстрировано, направляющие 312 поршня могут быть, в целом, У-образными. Однако в других вариантах осуществления направляющие 312 поршня могут иметь дугообразную форму, например И-образную форму или иным образом закругленную или изогнутую каким-либо образом. При эксплуатации каждая направляющая 312 поршня может обеспечивать центровочный паз или место, предназначенное для приема соответствующего поршня 308, когда фрезу 304 отводят в аксиальном направлении к поверхности (т.е. влево на фиг. 3а и 3Ь). Профилированные или иным образом выполненные угловыми центровочные пазы направляющих 312 поршня способны поворотно центрировать шток 306 и фрезу 304 с кожухом 302 для надлежащего отведения фрезерной системы 300. Специалисту будет понятно, что угловые центровочные пазы

- 4 030283

также можно использовать для центровки ключа или подобного устройства для радиального соединения фрезы 304 с направляющей опорой 316.

В приведенных в качестве примера операциях фрезерования выхода 132 из обсадной колонны фрезерная система 300 проходит вглубь от поверхности скважины до дальнего конца кожуха 302, зацепляет фиксатор 204 (фиг. 2) якоря и, таким образом, ориентирует по окружности и закрепляет фрезерную систему 300 внутри звена 126 обсадной колонны (или внутри обсадной колонны 124, в зависимости от применения). Кожух 302 может определять одно или более отверстий 314 (фиг. 3а), каждое из которых может быть выполнено с возможностью приема соответствующего поршня 308. В одном или более вариантах осуществления поршни 308 могут быть подпружиненными и, следовательно, способными естественным образом входить в радиальном направлении в одно или более отверстий 314, тем самым, фиксируя фрезу 304 неподвижно в аксиальном направлении внутри кожуха 302, после введения фрезерной системы 300 вглубь скважины.

Как только фрезерная система 300 будет ориентирована правильно (поворотно и аксиально) и закреплена внутри звена 126 обсадной колонны (или внутри обсадной колонны 124, в зависимости от применения), можно подавать буровой раствор с поверхности скважины во фрезерную систему 300 и в выход на фрезе 304 или рядом с ней. В некоторых вариантах давление бурового раствора может служить для введения в зацепление или иным образом приведения во вращение фрезы 304. Буровой раствор также может обеспечивать фрезу 304 средствами смазки и охлаждения при ее врезании в звено обсадной колонны для формирования выхода 132 из обсадной колонны. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор также служит для вымывания стружки и других обломков из фрезерной системы 300 на поверхность скважины. По меньшей мере в одном варианте осуществления буровой раствор также может приводить в действие поршни 308, тем самым радиально отводя поршни 308 из их положения зацепления с соответствующими отверстиями 314 кожуха 302. Радиально отводящиеся поршни 308 высвобождают шток 306 и фрезу 304 из зацепления с кожухом 302 и, таким образом, позволяют фрезе 304 перемещаться аксиально вглубь скважины относительно кожуха 302.

Как показано на фиг. 3Ь, фрезерная система 300 также может содержать направляющие опоры 316, выполненные как одно целое с кожухом 302 или иным образом соединенные с ним или прикрепленные к нему. Направляющая опора 316 может быть, в целом, дугообразным и продолговатым элементом, поддерживающим и направляющим фрезу 304 при ее перемещении аксиально вглубь скважины для фрезерования выхода 132 из обсадной колонны. В частности, направляющая опора 316 может быть выполнена с возможностью направления фрезы 304 в зацепление со звеном 126 обсадной колонны с последующим поддержанием фрезы 304, по существу, на прямой линии относительно основного ствола 122 скважины, пока фреза 304 продолжает свое аксиальное перемещение. Фреза 304 может содержать направляющий блок 318 (также известный как "направляющая талевого блока" или "фрезерный блок"), который, в целом, может поддерживать и направлять фрезу 304 внутри направляющей опоры 316. Дальнейшее раскрытие направляющей опоры 316 и их взаимодействия с фрезой 304 и направляющим блоком 318 могут быть найдены в патенте США № 5778980 под названием "Многопрорезная фреза для выполнения окна в обсадной колонне и способ выполнения окна в обсадной колонне" тех же авторов, содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки в том объеме, который соответствует раскрытому в настоящем документе.

Как показано, направляющие опоры 316 могут определять или иным образом формировать наклонный участок 320а, который переходит в планарный участок 320Ь. При продвижении фрезы 304 вглубь скважины направляющий блок 318 смещается аксиально вдоль наклонного участка 320а, постепенно приводя вращающуюся фрезу 304 в контакт с внутренней поверхностью звена 126 обсадной колонны, таким образом инициируя формирование выхода 132 из обсадной колонны. При продвижении фрезы 304 вглубь скважины направляющий блок 318 перемещается вдоль планарного участка 320Ь направляющей опоры 316 и соответственно увеличивается аксиальная длина или отверстие выхода 132 из обсадной колонны. Следует отметить, что используемый в настоящем документе термин "планарный", в признаке "планарный участок 320Ь", относится, в целом, к плоскому или ровному участку направляющей опоры 316, на виде сбоку в разрезе (например, фиг. 3Ь и 6Ь). Как показано на фиг. 4, планарный участок 320Ь в поперечном разрезе имеет, в целом, искривленную или дугообразную форму, однако по меньшей мере в одном варианте осуществления может иметь плоскую форму на конце без отклонения от объема изобретения.

На фиг. 4, в продолжение представленного на фиг. 3а и 3Ь, показан вид с торца направляющего блока 318, поддерживаемого направляющей опорой 316 согласно одному или более раскрытым вариантам осуществления. В частности, на фиг. 4 может быть показан направляющий блок 318, поддерживаемый на планарном участке 320Ь направляющей опоры 316, а фреза 304 может быть изображена с уже высверленным участком звена 126 обсадной колонны для формирования соответствующего выхода 132 из обсадной колонны. Как можно видеть, в некоторых вариантах осуществления направляющая опора 316 может определять один или более продольных желобов или каналов 404. Хотя на фиг. 4 изображены только два канала, понятно, что их может быть больше или меньше чем два, без отклонения от объема изобретения.

- 5 030283

Как можно видеть, продольные каналы 404 могут быть определены или иным образом выполнены в планарном участке 320Ь направляющей опоры 316. Продольные каналы 404 могут проходить, по существу, по всей длине планарного участка 320Ь таким образом, чтобы находиться в непосредственной близости от образующейся при фрезеровании стружки. Однако в других вариантах осуществления продольные каналы 404 могут быть образованы в наклонном участке 320а (фиг. 3а и 3Ь) или же в обоих, планарном и наклонном, участках 320а, 320Ь без отклонения от объема изобретения. При эксплуатации продольные каналы 404 могут быть способны отводить стружку и обломки, образующиеся при формировании выхода 132 из обсадной колонны, поэтому фреза 304 может быть извлечена без застревания в выходе 132 из обсадной колонны.

Например, излишнее скопление стружек и обломков вдоль направляющей опоры 316 может препятствовать надлежащему повторному введению фрезы 304 направляющей опорой 316. В результате при отведении в сторону кожуха 302 (фиг. 3а) фреза 304 может вступать в контакт и, таким образом, застрять в выходе 132 из обсадной колонны, что препятствует ее аксиальному отведению назад. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления продольные каналы 404 могут быть выполнены с возможностью обеспечения пространства или средств по длине направляющей опоры 316, что может быть использовано для эффективного вымывания стружек или других обломков из прохода фрезы 304. В результате вероятность того, что стружки и обломки смогут помешать извлечению фрезы 304, будет намного меньше.

Однако в других вариантах осуществления каналы 404 могут быть использованы для сбора стружек и/или обломков во время процесса фрезерования. Например, каждый канал 404 может обеспечивать продольную область, где стружки и/или обломки могут осаждаться или в другом случае оставаться вне пути фрезы 304 при ее аксиальном перемещении вдоль по направляющей опоре 316. В некоторых вариантах осуществления продольные каналы 404 могут иметь один или более магнитов 406, расположенных в них и механически прикрепленных к ним с использованием механических креплений, клеев, сварки или пайки, их комбинаций или подобного этому. При эксплуатации магниты 406 могут иметь возможность магнитного притяжения накопленных стружек и любых металлических обломков, которые могут там находиться.

В других вариантах осуществления продольные каналы 404 могут просто обеспечивать средства для механического захвата стружек. Например, на фиг. 5а и 5Ь в продолжение представленного на фиг. 4 представлено множество карманов 502, которые могут быть продольно расположены внутри продольных каналов 404 и аксиально смещены друг относительно друга. В частности, на фиг. 5а и 5Ь показаны в разрезе вид сверху и вид сбоку соответственно направляющей опоры 316, имеющей множество карманов 502, расположенных внутри продольных каналов 404. В некоторых вариантах осуществления карманы могут быть сеточными конструкциями, выполненными из жестких или гибких материалов, таких как металлы, пластики, резины и эластомеры, углеродное волокно, их комбинации и т.п., но не ограничиваются этим. Каждый карман может определять вход 504 (фиг. 5Ь) в карман 502 на его обращенном вглубь скважины конце и сужаться или иным образом закрываться к его обращенному вверх по стволу скважины концу, тем самым обеспечивая корзинчатую конструкцию.

При эксплуатации обломки и стружки, протекающие внутри продольных каналов 404, могут входить в различные карманы 502 через соответствующие входы 504 и, таким образом, захватываться ими. Более того, как показано, карманы 502 могут быть расположены заподлицо с направляющей опорой 316, так что фреза 304 (фиг. 4) может вернуться обратно через направляющую опору 316 после завершения операций фрезерования. Однако в одном или более дополнительных вариантах осуществления стружки и/или обломки могут быть механически захвачены внутри продольных каналов 404 с использованием волоконного корда, способного опутать частицы.

Как будет понятно специалисту в данной области техники, продольные каналы 404 могут обеспечивать преимущество, особенно в случаях, когда направляющая опора 316 расположена в длинной горизонтальной секции основного ствола 122 скважины (фиг. 1 и 2), откуда сложно вымывать или иным образом откачивать стружки и обломки. Вместо усилий по вымыванию стружек и обломков из основного ствола скважины, продольные каналы 404 обеспечивают место для стружек и обломков и их хранения там до тех пор, пока фрезерную систему 300 (фиг. 3а и 3Ь) не извлекут на поверхность скважины, или во время всего процесса извлечения фрезерной системы 300 на поверхность скважины.

На фиг. 3а и 3Ь, после фрезерования выхода 132 (фиг. 1, 2 и 4) из обсадной колонны или формирования его другим образом, фрезерная система 300 может быть возвращена назад на поверхность скважины. Для этого фрезу 304 и направляющий блок 318 втягивают или иным образом отводят назад к рукаву 310 (т.е. влево на фиг. 3Ь), так что шток 306 снова может быть надлежащим образом соединен с кожухом 302. Когда поршни 308 зацепляют угловые направляющие 312 поршня, шток 306, фреза 304 и направляющий блок 318 аксиально и поворотно закрепляют (например, центрируют) внутри кожуха 302 для надлежащего извлечения на поверхность скважины. Более того, когда поршни 308 надлежащим образом войдут в зацепление с направляющими 312 поршней, каждый поршень 308 будет центрирован с соответствующим отверстием 314 в кожухе 302.

После надлежащей центровки поршней 308 с соответствующими отверстиями 314, поршни 308 затем можно выдвинуть радиально наружу в отверстия 314 для повторной фиксации штока 306, фрезы 304

- 6 030283

и направляющего блока 318 в кожухе 302. В некоторых вариантах осуществления поршни 308 выдвигаются в отверстия 314 за счет прекращения циркуляции бурового раствора через фрезерную систему 300, что позволяет пружинам в каждом поршне 308 естественным образом сдвинуть соответствующий поршень 308 радиально наружу. В других вариантах осуществления поршни 308 могут быть приведены в движение радиально наружу механическим путем, гидравлическим путем, их сочетаниями и т.п., без отклонения от объема настоящего изобретения.

Опять же, как отмечалось ранее, в некоторых вариантах осуществления поршни 308 могут быть заменены зажимным патроном или похожими крепежными средствами, предназначенными для обеспечения аксиального соединяющего усилия и ключа, предназначенного для обеспечения радиального соединяющего усилия. Зажимной патрон и ключ в сборе могут быть одинаково выполнены с возможностью повторного крепления штока 306, фрезы 304 и направляющего блока 318 к кожуху 302. Предпочтительной является возможность зацепления фрезу 304 в убранном положении таким образом, чтобы можно было проверить на поверхности факт, что она действительно убрана. Специалист в данной области техники легко поймет, что если на буровой колонне 120 (фиг. 2) установлен вес, а фреза 304 не продвигается вглубь скважины, или если на буровой колонне 120 можно развивать крутящий момент, на поверхности должны быть сигналы, что фреза 304 находится в ее убранном положении.

На фиг. 6а и 6Ь показаны частичные разрезы другой приведенной в качестве примера системы 600 согласно одному или более вариантам осуществления. Фрезерная система 600 может быть похожей в некоторых отношениях на фрезерную систему 300, изображенную на фиг. 3а и 3Ь, и поэтому может быть наилучшим образом раскрыта посредством ссылки на эти фигуры, где одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы, не раскрываемые здесь повторно. Как показано на фиг. 6а, кожух 302 таким же образом может определять одно или более отверстий 314, каждое из которых выполнено с возможностью приема соответствующего поршня 308 для крепления штока 306, фрезы 304 и направляющего блока 318 в кожухе 302 для их доставки и/или извлечения.

Как подробнее будет обсуждаться ниже, отверстия 314 могут быть сконфигурированы в виде, по меньшей мере, первой группы 602а аксиальных отверстий и второй группы 602Ь аксиальных отверстий, где первая группа 602а аксиальных отверстий аксиально смещена и расположена выше второй группы 602Ь аксиальных отверстий. В зависимости от внутрискважинных условий поршни 308 могут быть способны должным образом зацеплять как первую, так и вторую группы 602а, 602Ь аксиальных отверстий. Каждая группа 602а, 602Ь аксиальных отверстий может содержать одно или более отверстий 314, которые также могут быть смещены на одинаковое расстояние друг относительно друга по окружности кожуха 302 или иным образом произвольно смещены друг относительно друга. Более того, несмотря на то, что на фигуре изображены только две группы 602а, 602Ь аксиальных отверстий, специалисту будет понятно, что в системе 600 их может быть больше двух, без отклонения от объема настоящего изобретения.

На фиг. 6Ь проиллюстрирована фрезерная система 600, по меньшей мере, с участком кожуха 302, удаленным таким образом, чтобы обнажить внутренние компоненты фрезерной системы 600. В проиллюстрированном варианте осуществления, направляющие 312 поршней, определяемые рукавом 310, могут проходить продольно так, чтобы каждая из них обеспечивала или формировала соответствующий вытянутый центровочный паз 604, предназначенный для приема соответствующего поршня 308. Когда фрезу 304 аксиально отводят к поверхности скважины (т.е. влево на фиг. 6а и 6Ь), поршни 308 приходят в зацепление и находятся в центровочных пазах 604, работающих совместно, для поворотной центровки каждого поршня 308 с соответствующим отверстием 314, выполненным в кожухе 302. Поворотная центровка поршней 308 с соответствующими отверстиями 314 также выполняет функцию поворотного крепления штока 306 и фрезы 304 относительно кожуха 302, так что фрезерная система 600 легко может быть извлечена на поверхность скважины.

Однако в некоторых случаях при фрезеровании количество образующихся при формировании выхода 132 из обсадной колонны стружек и обломков может быть, по существу, избыточным или иным образом достаточным для того, чтобы служить препятствием аксиальному отведению фрезы 304 в сторону поверхности скважины. Например, в некоторых случаях при значительном накоплении стружек и/или обломков они могут застревать в направляющих 312 поршней и, таким образом, препятствовать аксиальному продвижению поршней 308 для зацепления с отверстиями 314 первой группы 602а аксиальных отверстий. В таком случае поршни 308 альтернативно можно центрировать и приводить в зацепление с отверстиями 314 второй группы 602Ь аксиальных отверстий, и, таким образом, прикрепить шток 306, фрезу 304 и направляющий блок 318 к кожуху 302 для их извлечения к поверхности скважины. Так как вторая группа 602Ь аксиальных отверстий расположена ниже первой группы 602а аксиальных отверстий, центровочные пазы 604 обеспечивают дополнительное аксиальное пространство, где стружки и/или обломки с меньшей вероятностью могут помешать зацеплению поршнями 308 отверстий 314 второй группы 602Ь аксиальных отверстий.

Соответственно, специалисту будет понятно, что первая и вторая группы 602а, 602Ь аксиальных отверстий могут быть представлены или иным образом охарактеризованы как альтернативные или вторичные места зацепления для поворотного и аксиального крепления штока 306 и фрезы 304 к кожуху 302. Такое место вторичного зацепления может быть использовано, независимо от того, как осуществлено

- 7 030283

радиальное и/или аксиальное зацепление штока 306 с кожухом 302. Например, даже в случае накопления стружек и обломков внутри центровочных пазов 604 фрезерная система 600 может быть надлежащим образом извлечена на поверхность скважины не только путем использования одного или более поршней 308, но также с использованием зажимных патронов и ключа в сборе, что раскрыто выше. В других вариантах осуществления вторичные места зацепления могут быть использованы для поворотного или аксиального крепления штока 306 и фрезы 304 к кожуху 302 с использованием любого устройства или средства.

Поэтому настоящее изобретение хорошо адаптировано для достижения целей и преимуществ, упомянутых выше, а также присущих настоящему изобретению. Конкретные раскрытые выше варианты осуществления являются лишь иллюстративными, так как настоящее изобретение может быть модифицировано и реализовано другими, но эквивалентными способами, что будет понятно специалисту в данной области техники. Кроме того, показанные подробности конструкции или внешнего вида не несут ограничительного смысла, за исключением тех, что раскрыты ниже в формуле изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, раскрытые выше, могут быть видоизменены или модифицированы, и что такие варианты входят в объем и сущность настоящего изобретения. Изобретение, иллюстративно раскрытое в настоящем документе, может быть реализовано подходящим образом в отсутствие любого элемента, который конкретно не раскрыт в настоящем документе и/или любого опционального раскрытого элемента. Притом что компоновки и способы раскрыты с помощью терминов "содержащий" или "включающий в себя" различные компоненты или этапы, компоновки и способы также могут "состоять по существу из" или "состоять из" различных компонентов или этапов. Все раскрытые выше числа и диапазоны могут отличаться на некоторое значение. Всякий раз, когда численный интервал обозначен нижней и верхней границей, любое число или интервал, входящий в этот диапазон, также является раскрытым. В частности, каждый раскрытый диапазон значений (в виде "от приблизительно а до приблизительно Ъ" или, эквивалентно, "приблизительно от а до Ъ" или, эквивалентно, "приблизительно а-Ъ") следует понимать таким образом, что раскрыто каждое число и интервал, охватывающий более обширный диапазон значений. Также термины в пунктах формулы изобретения имеют свое обычное значение, если иное не определено патентообладателем. При введении в формулу изобретения каких-либо элементов (что в оригинальном тексте формулы на английском языке соответствует употреблению неопределенных артиклей "а" или "ап") подразумевается, что вводится один или более чем один элемент. Если существует какой-либо конфликт в применении слова или термина в настоящем раскрытии и одном или более патентах или других документах, которые могут быть приведены посредством ссылки, определения, согласующиеся с настоящим раскрытием, следует адаптировать.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Фрезерная система для формирования отверстия в стенке обсадной колонны, содержащая кожух, имеющий множество отверстий, расположенных в виде первой группы аксиальных отверстий и второй группы аксиальных отверстий, причем первая группа аксиальных отверстий аксиально смещена вверх по стволу скважины относительно второй группы аксиальных отверстий;

фрезу, расположенную внутри кожуха и соединенную со штоком, идущим от фрезы в продольном направлении;

один или более поршней, расположенных вокруг штока и выполненных с возможностью приведения в движение в радиальном направлении относительно штока для входа в зацепление или выхода из зацепления с множеством отверстий первой группы или второй группы аксиальных отверстий; и

рукав, расположенный внутри кожуха и содержащий одну или более направляющих поршня, выполненных с возможностью приема и поворотной центровки одного или более поршня с множеством отверстий первой или второй группы аксиальных отверстий.
2. Фрезерная система по п.1, в которой одна или более направляющих поршня имеют соответствующие продольные центровочные пазы, обеспечивающие аксиальное пространство для аксиального перемещения и размещения поршней, а также их зацепление с первой группой аксиальных отверстий или второй группой аксиальных отверстий.
3. Фрезерная система по п.1, в которой одна или более направляющих поршня также обеспечивают поворотное крепление штока и фрезы относительно кожуха так, чтобы имелась возможность извлечения фрезерной системы к поверхности скважины.
4. Фрезерная система по п.1, дополнительно содержащая

направляющую опору, расположенную внутри кожуха и имеющую наклонный участок, переходящий в планарный участок, и определяющую один или более продольных каналов, выполненных с возможностью сбора стружек и обломков так, чтобы стружки и обломки не оставались на пути фрезы при ее аксиальном перемещении вдоль направляющей опоры; и

один или более магнитов, расположенных внутри одного или более продольных каналов и выполненных с возможностью магнитного притяжения стружек и обломков.
5. Фрезерная система по п.4, в которой направляющая опора образует одно целое с кожухом.

- 8 030283
6. Фрезерная система по п.4, в которой один или более продольных каналов выполнены на планарном участке направляющей опоры.
7. Фрезерная система по п.4, в которой один или более продольных каналов выполнены как на наклонном, так и на планарном участках направляющей опоры.
8. Фрезерная система по п.4, дополнительно содержащая один или более карманов, расположенных продольно внутри продольных каналов и определяющих на конце, обращенном вглубь скважины, вход для захвата стружек и обломков.
9. Фрезерная система по п.8, в которой один или более карманов имеют сеточную конструкцию.
10. Способ формирования отверстия в стенке обсадной колонны с использованием фрезерной системы по п.4, содержащий

отцепление штока и фрезы от кожуха путем радиального приведения в движение одного или более поршней, расположенных вокруг штока;

направление фрезы вглубь скважины относительно кожуха с помощью направляющей опоры; приведение фрезы в контакт с обсадной колонной с наклонным участком и, таким образом, инициирование формирования отверстия в стенке обсадной колонны;

продвижение фрезы вглубь для продолжения фрезерования отверстия в стенке обсадной колонны; сбор по меньшей мере части стружек и обломков, образующихся в результате фрезерования отверстия в стенке обсадной колонны, в одном или более продольных каналах, определенных в направляющей опоре.
11. Способ по п.10, в котором направление фрезы вглубь скважины дополнительно содержит поддерживание фрезы направляющим блоком, который обеспечивает сцепление с направляющей опорой.
12. Способ по п.10, дополнительно содержащий захват стружек и обломков внутрь одного или более карманов, расположенных продольно внутри продольных каналов, при этом каждый из карманов определяет выход на своем обращенном вглубь скважины конце.
13. Способ по п.10, дополнительно содержащий

отведение фрезы назад к кожуху, имеющему множество отверстий, расположенных в виде первой группы аксиальных отверстий и второй группы аксиальных отверстий, при этом первая группа аксиальных отверстий аксиально смещена вверх относительно второй группы аксиальных отверстий;

зацепление и прием одного или более поршней одной или более направляющими поршня, определенными на рукаве, расположенном внутри кожуха; и

поворотную центровку с помощью одной или более направляющих поршня одного или более поршней с множеством отверстий первой или второй группы аксиальных отверстий.
14. Способ по п.13, дополнительно содержащий

продвижение одного или более поршней внутри одной или более направляющих поршня до аксиальной центровки с первой группой аксиальных отверстий или второй группой аксиальных отверстий;

в случае создания стружками или обломками помехи продвижению одного или более поршня к первой группе аксиальных отверстий обеспечение радиального перемещения одного или более поршней до второй группы аксиальных отверстий для повторного зацепления штока и фрезы с кожухом.
15. Способ по п.13, в котором поворотная центровка одного или более поршней с множеством отверстий дополнительно содержит поворотное и аксиальное крепление штока и фрезы относительно кожуха так, чтобы фрезерную систему можно было извлечь надлежащим образом на поверхность скважины.

- 9 030283