EA040552B1 - DIRECTIONAL DRILLING - Google Patents

DIRECTIONAL DRILLING Download PDF

Info

Publication number
EA040552B1
EA040552B1 EA202090912 EA040552B1 EA 040552 B1 EA040552 B1 EA 040552B1 EA 202090912 EA202090912 EA 202090912 EA 040552 B1 EA040552 B1 EA 040552B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
wedge
drill string
wellbore
drilling
connecting link
Prior art date
Application number
EA202090912
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Майкл Дайнин
Original Assignee
Приорити Дриллинг Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Приорити Дриллинг Лтд filed Critical Приорити Дриллинг Лтд
Publication of EA040552B1 publication Critical patent/EA040552B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеThe field of technology to which the present invention relates

Настоящее изобретение относится к наклонно-направленному бурению скважин. В частности, настоящее изобретение относится к вопросам создания бокового ствола скважины, который отходит от основного ствола скважины.The present invention relates to directional well drilling. In particular, the present invention relates to the creation of a lateral wellbore that extends from the main wellbore.

В принципе, настоящее изобретение может быть использовано для бурения скважин с самыми разными целями. Однако в представленном документе настоящее изобретение описано применительно к бурению скважин с целью извлечения проб керна из подземных пластов.In principle, the present invention can be used to drill wells for a variety of purposes. However, in the present document, the present invention is described in relation to drilling wells for the purpose of extracting core samples from underground formations.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияBackground of the Invention

Бурение является наиболее надежным и точным способом выполнения трехмерных подземных съёмок. Например, методы поисково-разведочного алмазного бурения могут быть использованы для разведки и определения границ подземных месторождений полезных ископаемых, таких как рудные линзы.Drilling is the most reliable and accurate way to perform 3D underground surveys. For example, exploratory diamond drilling techniques can be used to explore and define the boundaries of underground mineral deposits such as ore lenses.

Во время поисково-разведочного бурения из скважины периодически поднимаются пробы керн, которые документируются и передаются на хранение для последующего анализа. Например, пробы керна, отбираемые из множества скважин, отстоящих друг от друга в поперечном направлении, могут быть использованы для построения геологических профилей. За счет этого устанавливается сплошность, протяженность залегания и состав подземного ресурса, что помогает определить и подсчитать доступные полезные ископаемые.During exploratory drilling, core samples are periodically taken from the well, which are documented and transferred to storage for further analysis. For example, core samples taken from a plurality of wells spaced transversely apart can be used to build geological profiles. Due to this, the continuity, extent of occurrence and composition of the underground resource is established, which helps to determine and calculate the available minerals.

Традиционно бурение скважины выполняется с помощью буровой установки, расположенной на поверхности земли или под землей, которая собирает и вращает бурильную колонну, спускаемую в скважину. Бурильная колонна содержит множество бурильных труб, которые стыкуются между собой посредством резьбовых муфт.Conventionally, drilling a well is done with a drilling rig located above or below ground that assembles and rotates a drill string that is lowered into the well. The drill string contains a plurality of drill pipes, which are joined together by means of threaded couplings.

Установка опускает бурильную колонну в скважину по мере того, как кольцевой породоразрушающий инструмент, содержащий алмазное буровое долото или буровую коронку в нижней части вращающейся бурильной колонны, проходит через подземный пласт. Установка наращивает бурильную колонну, последовательно добавляя дополнительные бурильные трубы, которые прикрепляются к верхней части бурильной колонны по мере ее опускания в углубляющуюся скважину. Для охлаждения породоразрушающего инструмента и отведения бурового шлама применяется буровой раствор, например, на основе воды, который прокачивается вдоль бурильной колонны.The rig lowers the drill string into the well as the annular rock cutting tool containing the diamond drill bit or drill bit at the bottom of the rotating drill string passes through the subterranean formation. The rig builds up the drill string by successively adding additional drill pipes that are attached to the top of the drill string as it is lowered into the deepening hole. To cool the rock cutting tool and remove drilling cuttings, a drilling fluid is used, for example, based on water, which is pumped along the drill string.

Скважина может быть условно вертикальной или же она может быть специально отклонена от вертикали. Скважина может даже проходить по существу горизонтально или загибаться вверх, по меньшей мере, частично. В любом случае стандартная скважина проявляет тенденцию к небольшому изгибанию по своей длине, поскольку на траекторию бурильной колонны влияют условия под землей и сила земного притяжения.The well may be conditionally vertical or it may be deliberately deviated from the vertical. The well may even extend substantially horizontally or be bent upwards at least partially. In either case, the standard borehole tends to bend slightly along its length as the drillstring trajectory is affected by underground conditions and gravity.

Применительно к разведке месторождений полезных ископаемых скважина часто заходит под землю в направлении цели на глубину от 1 до 2 км или больше. Следовательно, может потребоваться несколько часов для полной сборки бурильной колонны и еще несколько дополнительных часов для ее разборки, например, с целью замены породоразрушающего инструмента.In relation to the exploration of mineral deposits, the well often goes underground in the direction of the target to a depth of 1 to 2 km or more. Therefore, it may take several hours to fully assemble the drill string and several additional hours to dismantle it, for example, to replace the rock cutting tool.

Во время работы породоразрушающий инструмент вращается и отбирает цилиндрические пробы керна, которые поступают внутрь полой бурильной колонны. Последовательно отбираемые пробы керна должны извлекаться на поверхность через каждые несколько метров проходки. Во избежание задержки при разборке бурильной колонны во время ее извлечения из скважины последняя проба керна должна быть извлечена на поверхность еще до того, как бурильная колонна будет поднята наружу.During operation, the rock cutting tool rotates and takes cylindrical core samples, which are fed into the hollow drill string. Sequentially selected core samples should be taken to the surface every few meters of penetration. To avoid delays in dismantling the drill string while it is being retrieved from the hole, the last core sample must be retrieved to the surface before the drill string is pulled out.

Этот принцип лежит в основе колонкового бурения со съёмным керноприёмником, при котором проба керна поступает во внутреннюю керноприёмную трубу, которая располагается концентрически внутри наружной бурильной трубы в нижней части бурильной колонны. Эта самая нижняя бурильная труба задает внешнюю керноприёмную трубу, которая несет на себе породоразрушающий инструмент. Периодически с керноприёмником соединяется канат, заводимый с поверхности внутрь скважины, чтобы можно было поднять из нем внутреннюю керноприёмную трубу с пробой керна, телескопически выдвинув ее из внешней керноприёмной трубы, которая охватывает внутреннюю керноприёмную трубу.This principle is the basis of retractable core core drilling, in which the core sample enters the inner core tube, which is located concentrically inside the outer drill pipe at the bottom of the drill string. This bottommost drill pipe defines the outer core pipe, which carries the rock cutting tool. Periodically, a rope is connected to the core receiver, which is brought from the surface inside the well, so that it is possible to lift the inner core pipe with a core sample from it, telescopically pulling it out of the outer core pipe, which covers the inner core pipe.

Традиционно оконтуривание подземных месторождений полезных ископаемых выполняется путем площадного бурения множества скважин с поверхности земли. Однако при площадном бурении захватывается большой участок земли, возникают проблемы с доступом, задействуется множество единиц ценного бурового оборудования и затрачивается слишком много времени и средств. С учетом этих недостатков были разработаны методы наклонно-направленного бурения, предусматривающие бурение с поверхности лишь одного материнского или основного ствола скважины, который уже под землей разветвляется на один или несколько вторичных боковых стволов. Эти боковые стволы скважины сами могут разветвляться на один или несколько третичных боковых стволов, каждый из которых, в принципе, также может иметь дополнительные ответвления.Traditionally, delineation of underground mineral deposits has been accomplished by drilling multiple wells from the surface of the earth. However, area drilling occupies a large area of land, creates access problems, uses many pieces of valuable drilling equipment, and wastes too much time and money. Taking into account these shortcomings, directional drilling methods have been developed, which involve drilling from the surface of only one parent or main wellbore, which already branches underground into one or more secondary sidetracks. These lateral wellbores can themselves branch into one or more tertiary laterals, each of which, in principle, can also have additional branches.

Таким образом, наклонно-направленное бурение позволяет одному основному стволу скважины на поверхности земли взаимодействовать с одним или несколькими его ответвлениями под землей. Боковые стволы скважины обеспечивают дополнительные пересечения с подземной целью, причем требуемые интервалы между соседними стволами могут составлять, скажем, 40 м. В сравнении с традиционнымThus, directional drilling allows one main wellbore at the surface of the earth to interact with one or more of its branches underground. The lateral wellbores provide additional intersections with the underground target, with the required spacing between adjacent wellbores being, say, 40 m.

- 1 040552 площадным бурением с поверхности земли для наклонно-направленного бурения требуется участок меньшей площади и меньше единиц бурового оборудования, что значительно экономит время и средства. Действительно, каждый боковой ствол обычно экономит от четырех до пяти недель на традиционном колонковом бурении со съёмным керноприёмником до сопоставимой глубины.- 1 040552 area drilling from the surface of the earth for directional drilling requires a smaller area and fewer units of drilling equipment, which saves time and money. Indeed, each sidetrack typically saves four to five weeks of conventional core drilling to a comparable depth.

Для удобства пользования представленное описание определяет ближайшее предшествующее ответвление в качестве основного ствола скважины, а непосредственно последующее ответвление, отходящее от этого ствола - в качестве бокового ствола скважины, вне зависимости от того, предшествуют ли основному стволу какие-либо дополнительные ответвления или нет.For ease of reference, the present description defines the nearest preceding branch as the main wellbore, and the immediately subsequent branch branching from that wellbore as the lateral wellbore, whether or not any additional branches precede the main wellbore.

Согласно одному из подходов к разведке полезных ископаемых вертикальный основной ствол скважины может быть пробурен через весь основной стратиграфический разрез месторождения с целью определения геологических условий и локального строения этого месторождения. По завершении бурения основной ствол скважины подвергается съемке от его нижней части до поверхности земли. Вследствие этого точно определяется трехмерное положение и форма основного ствола, что позволяет рассчитать параметры отводимых от него боковых стволов.According to one approach to mineral exploration, a vertical main wellbore can be drilled through the entire main stratigraphic section of the deposit in order to determine the geological conditions and the local structure of this deposit. Upon completion of drilling, the main wellbore is surveyed from its lower part to the ground surface. As a result, the three-dimensional position and shape of the main wellbore are accurately determined, which makes it possible to calculate the parameters of the sidetracks diverted from it.

По окончании бурении и съёмки основного ствола скважины и при необходимости создания бокового ствола первым делом требуется определить точку зарезки или КОР. Точка зарезки находится на глубине, на которой боковой ствол должен отклоняться от продольной оси основного ствола скважины. Точка зарезки может располагаться, например, выше забоя на глубине, скажем, 900 м в основном стволе скважины глубиной, скажем, 1500 м. Для этого к точке зарезки в основном стволе скважины подводится отклоняющий клин для отведения бурильной колонны в сторону от основного ствола скважины через его боковую поверхность, чтобы положить начало боковому стволу скважины.Upon completion of drilling and shooting of the main wellbore and, if it is necessary to create a sidetrack, the first step is to determine the sidetracking point or KOR. The kickoff point is located at the depth at which the sidetrack must deviate from the longitudinal axis of the main wellbore. The kickoff point can be located, for example, above the bottomhole at a depth of, say, 900 m in the main wellbore with a depth of, say, 1500 m. its lateral surface to initiate a lateral wellbore.

Указанный клин содержит удлиненное, в общем, цилиндрическое тело, точно вписывающееся по размерам в основной ствол скважины в точке зарезки. В теле клина вырезан неглубокий наклонный участок, отклоняющийся от его центральной продольной оси, который задает суживающуюся вверх вогнутую поверхность или грань клина. Один из общеизвестных примеров реализации такого клина известен в буровой промышленности под названием клин Холл-Роу или клин-отклонитель.Said wedge comprises an elongated, generally cylindrical body that fits exactly in size into the main wellbore at the sidetracking point. A shallow inclined section is cut in the body of the wedge, deviating from its central longitudinal axis, which defines a concave surface or face of the wedge tapering upwards. One well-known example of such a wedge is known in the drilling industry as a Hall Row wedge or whipstock.

Использование отклоняющего клина хорошо известно в данной области техники. Обычно этот клин соединен с фрезерной головкой посредством муфты со срезным штифтом, а примеры такого решения раскрыты в документах US 3908759; US 5647436; US 20060037759; WO 02/02903; CN 105649564; ON 205477483 и ON 205477484.The use of a deflector wedge is well known in the art. Typically, this wedge is connected to the milling head by a shear pin coupling, examples of which are disclosed in US 3,908,759; US 5647436; US20060037759; WO 02/02903; CN 105649564; ON 205477483 and ON 205477484.

Другие примеры реализации клиньев для наклонно-направленного бурения предшествующего уровня техники описаны в следующих документах: WO 2017099780; СА 2475602; US 2445100; US 3029874; CN 202348244; CN 202544778; US 4182423; CN 203547610; CN 2753868; CN 2763455; EP 664372; US 1608711; CN 205876188; US 9951573; GB 2304760; GB 727897; CN 202348191; US 2003/010533; US 20130168151; DE 3832715; US 6003621; US 6360821; US 6092601; CN 202348191; US 20070240876; CN 204139966; US 20160326818; US 20070221380; US 9617791; US 6076606; US 20020170713; US 8245774; US 5871046; US 7124827; US 20030196819; RU 2650163; SU 878894; SU 857416; US 20030213599; US 6910538; US 6427777; WO 2011/150465; US 6899173; US 5785133; и CN 204960847.Other prior art examples of directional slips are described in the following documents: WO 2017099780; SA 2475602; US 2445100; US 3029874; CN 202348244; CN 202544778; US 4182423; CN 203547610; CN 2753868; CN 2763455; EP664372; US 1608711; CN 205876188; US 9951573; GB 2304760; GB 727897; CN 202348191; US 2003/010533; US20130168151; DE 3832715; US 6003621; US 6360821; US 6092601; CN 202348191; US20070240876; CN 204139966; US20160326818; US20070221380; US 9617791; US 6076606; US20020170713; US 8245774; US 5871046; US 7124827; US20030196819; EN 2650163; S.U. 878894; S.U. 857416; US20030213599; US 6910538; US 6427777; WO 2011/150465; US 6899173; US 5785133; and CN 204960847.

Обычно размещение клина в основном стволе скважины представляет собой сложный и длительный процесс, требующий выполнения множества спускоподъёмных операций в отношении колонны бурильных труб. При каждой такой операции колонна бурильных труб собирается для опускания к точке зарезки, а затем разбирается для подъема от точки зарезки. Например, стандартное размещение клина предусматривает последовательную установку в стволе скважины двух пробок для удержания устанавливаемого затем клина. В свою очередь, каждая пробка, за которой располагается клин, должна устанавливаться путем ее опускания к точке зарезки также с помощью колонны бурильных труб.Typically, placing a wedge in the main wellbore is a complex and time-consuming process requiring many trips to the drill string. In each such operation, the drill string is assembled to be lowered to the kickoff point and then disassembled to be lifted away from the kickoff point. For example, a standard wedge placement involves placing two plugs in series in the wellbore to hold the wedge that is then set. In turn, each plug, behind which the wedge is located, must be installed by lowering it to the sidetracking point also with the help of a drill string.

Первая пробка представляет собой механически раздвигаемую металлическую пробку, например, реализуемую на рынке под торговой маркой Van Ruth. Такая пробка может быть заведена к ствол скважины и доставлена к точке зарезки, будучи прикрепленной к нижней части колонны бурильных труб, или же она может быть приведена в движение давлением воды с целью ее перемещения вдоль колонны бурильных труб и доставки к точке зарезки, где эта пробка выходит из колонны бурильных труб и раздвигается, входя в зацепление с окружающей стенкой ствола скважины. В обоих случаях для доставки пробки к точке зарезки колонна бурильных труб должна быть сначала собрана, а затем разобрана.The first stopper is a mechanically expandable metal stopper, for example, marketed under the trade name Van Ruth. Such a plug may be driven into the wellbore and delivered to the kickoff point while attached to the bottom of the drill string, or it may be propelled by water pressure to move along the drill string and delivered to the kickoff point where the plug is exits the drill string and expands to engage with the surrounding wall of the wellbore. In both cases, to deliver the plug to the sidetracking point, the drill string must first be assembled and then disassembled.

Вторая пробка представляет собой цилиндрическую деревянную пробку. Эта пробка заводится в ствол скважины, будучи прикрепленной к нижней части колонны бурильных труб, и опирается на первую пробку, которая была установлена ранее. Вторая пробка выполнена с возможностью скользящей посадки в стволе скважины с очень малым зазором, и обычно она изготавливается из мягкой древесины для поглощения влаги и разбухания в месте локализации, вследствие чего она входит в зацепление с окружающей стенкой ствола скважины. Как и в предыдущих случаях, для установки второй пробки поверх первой пробки колонна бурильных труб должна быть сначала собрана, а затем разобрана.The second stopper is a cylindrical wooden stopper. This plug is driven into the wellbore while attached to the bottom of the drill string and rests on the first plug that was installed earlier. The second plug is designed to slide into the wellbore with very little clearance and is typically made of soft wood to absorb moisture and swell at the site so that it engages with the surrounding wall of the wellbore. As in the previous cases, to install a second plug on top of the first plug, the drill string must first be assembled and then disassembled.

Вторая пробка обычно оставляется на своем месте, по меньшей мере, на ночь для разбухания и занятия окончательного положения. После этого собирается клин, который опускается в ствол скважины,The second cork is usually left in place at least overnight to swell and take its final position. After that, a wedge is assembled, which is lowered into the wellbore,

- 2 040552 будучи прикрепленным к нижней части другой колонны бурильных труб. После заведения в ствол скважины клин опускается до точки, находящейся непосредственно над деревянной пробкой, и выравнивается путем вращения колонны бурильных труб таким образом, чтобы грань клина была обращена в сторону требуемого азимута. Азимут может определяться относительно направления на северный магнитный полюс по существу в вертикальных стволах или относительно центра тяжести в наклонных стволах.- 2 040552 being attached to the bottom of another drill string. Once inserted into the wellbore, the wedge is lowered to a point just above the wood plug and leveled by rotating the drill string so that the wedge face is facing the desired azimuth. The azimuth can be determined relative to the direction of the north magnetic pole in essentially vertical shafts or relative to the center of gravity in inclined shafts.

По окончании выравнивания грани клина по требуемому азимуту этот клин надежно фиксируется на своем месте путем введения его в зацепление с деревянной пробкой. Обычно этот процесс предусматривает использование бурильной установки для опускания колонны бурильных труб, вследствие чего острая режущая кромка в нижней части клина врезается в деревянную пробку. Клин может быть также зацементирован в основном стволе скважины.Upon completion of the alignment of the wedge face according to the required azimuth, this wedge is securely fixed in its place by engaging it with a wooden plug. Typically, this process involves using a drill rig to lower the drill string, causing the sharp cutting edge at the bottom of the wedge to cut into the wood plug. The wedge may also be cemented in the main wellbore.

Теперь клин готов к отклонению бурильной колонны с тем, чтобы положить начало боковому стволу скважины. Боковой ствол скважины будет отходить вниз и наружу от основного ствола скважины примерно по требуемому азимуту, который был определен ориентацией грани клина. Разумеется, начало процесса создания бокового ствола скважины предусматривает выполнение еще одной спускоподъёмной операции с разборкой колонны бурильных труб и повторной сборкой бурильной колонны.The wedge is now ready to deflect the drill string in order to initiate a lateral wellbore. The lateral wellbore will extend down and out of the main wellbore at approximately the desired azimuth, which was determined by the orientation of the wedge face. Of course, the beginning of the process of creating a lateral wellbore involves performing another tripping operation with disassembly of the drill string and reassembly of the drill string.

После того как клин был зафиксирован на своем месте, путем обычного бурения со съёмным керноприёмником может быть пройдено еще нескольких метров ниже клина с целью задания бокового ствола скважины. На этой стадии устраняется магнитное влияние клина, и благодаря этому оборудование для наклонно-направленного бурения с помощью забойного двигателя может быть правильно сориентировано в боковом стволе скважины. Бурение с помощью забойного двигателя обеспечивает требуемый угол наклона и азимутальное направление вновь создаваемого бокового ствола скважины перед возобновлением обычного колонкового бурения со съёмным керноприёмником.Once the wedge has been fixed in place, a few more meters can be drilled below the wedge by conventional drilling with a retrievable core tube in order to set up a lateral wellbore. At this stage, the magnetic influence of the wedge is eliminated, and due to this, the equipment for directional drilling with the help of a downhole motor can be correctly oriented in the lateral wellbore. Downhole motor drilling provides the required inclination and azimuth of the newly created lateral wellbore before resuming conventional core core drilling.

Таким образом, после начала бурения нового бокового ствола скважины по ту сторону пробки методом обычного колонкового бурения со съёмным керноприёмником бурильная колонна должна быть извлечена из скважины. Затем должно быть собрано оборудование для наклонно-направленного бурения с помощью забойного двигателя, которое опускается в боковой ствол скважины, будучи прикрепленным к нижней части колонны бурильных труб. После прохождения каждых нескольких метров методом бурения забойным двигателем должна проводиться проверка ориентации, и при необходимости ориентация инструмента должна быть скорректирована. Если бурение бокового ствола скважины производится с требуемым углом наклона и азимутальным направлением по правильной траектории, то стадия бурения забойным двигателем завершается и колонна бурильных труб с оборудованием для бурения забойным двигателем извлекается на поверхность.Thus, after the drilling of a new lateral wellbore on the other side of the plug is started, the drill string must be removed from the well using conventional core drilling with a removable core barrel. Next, the downhole motor directional drilling equipment must be assembled, which is lowered into the lateral wellbore while attached to the bottom of the drill string. After passing every few meters, the downhole motor drilling method should be checked for orientation, and if necessary, the orientation of the tool should be corrected. If drilling of the lateral wellbore is performed with the required inclination and azimuthal direction along the correct trajectory, then the downhole motor drilling stage is completed and the drill string with the downhole motor drilling equipment is retrieved to the surface.

Затем на колонну бурильных труб может быть опущено расширяющее оборудование, предназначенное для расширения ствола скважины в месте его наибольшего изгиба вблизи точки зарезки, благодаря чему ствол скважины сглаживается и увеличивается в диаметре, что облегчает прохождение этого изгиба колонной бурильных труб для колонкового бурения со съёмным керноприёмником. По завершении расширения колонна бурильных труб с расширяющим оборудованием извлекается на поверхность, после чего возобновляется обычное колонковое бурение бокового ствола скважины со съёмным керноприёмником до достижения подземной цели, сопровождающееся отбором проб керна. Во время выполнения указанной последней стадии колонкового бурения со съёмным керноприёмником периодически могут проводиться дополнительные замеры для проверки траектории ствола скважины, чтобы удостовериться в том, что цель достигнута и что нет никакой необходимости в корректирующем наклоннонаправленном бурении.Reaming equipment can then be lowered onto the drill string to expand the wellbore at its greatest bend near the sidetracking point, whereby the wellbore is flattened and enlarged in diameter, making it easier for the drill string to pass through this bend. Upon completion of the reaming, the drill pipe string with the reaming equipment is retrieved to the surface, after which the conventional core drilling of the lateral wellbore with a removable core receiver is resumed until the underground target is reached, accompanied by core sampling. During said last stage of RT core drilling, additional measurements may be taken periodically to check the wellbore trajectory to ensure that the target has been achieved and that no corrective directional drilling is necessary.

По окончании бурения бокового ствола скважины проводится измерение его угла и азимута через установленные интервалы снизу до уровня выше клина для предоставления точных данных о его положении и облегчения расчетов в отношении любых последующих вторичных или третичных ответвлений ствола скважины.When drilling of the lateral wellbore is completed, its angle and azimuth are measured at specified intervals from below to above the wedge to provide accurate position data and facilitate calculations for any subsequent secondary or tertiary offshoots of the wellbore.

Каждая спускоподъемная операция, предусматривающая сборку колонны бурильных труб или бурильной колонны с ее последующей разборкой, может занять всю рабочую смену, при этом будут заняты два или более оператора, управляющие буровой установкой на поверхности. Очевидно, что продолжительность и, соответственно, сопутствующие издержки, связанные с этими повторяющимися спускоподъемными операциям, являются существенным недостатком.Each trip involving the assembly of a drill string or a drill string and its subsequent disassembly may take an entire shift, with two or more operators operating the drilling rig on the surface. It is obvious that the duration, and hence the associated costs associated with these repetitive trips, is a significant disadvantage.

Многочисленные спускоподъемные операции также увеличивают риск того, что во время опускания или подъема колонны бурильных труб или бурильной колонны что-то может пойти не так. Например, стенка ствола скважины может завалиться внутрь, или поверх пробок может скапливаться шлам. Возможно даже падение бурильных труб в ствол скважины или за его пределы, что потенциально опасно для операторов, которые могут получить увечья, и что может сорвать выполнение бурильных работ.Multiple trips also increase the risk that something may go wrong while lowering or retrieving the drill pipe or drill string. For example, the wall of the wellbore may collapse inward, or cuttings may accumulate on top of the plugs. It is even possible for drill pipes to fall into or out of the wellbore, potentially causing injury to operators and disrupting drilling operations.

Еще одна проблема, связанная с обычным способом установки клина, заключается в том, что сцепление деревянной пробки с режущей кромкой в нижней части клина может оказаться ненадежным, в частности, если вследствие многочисленных спускоподъемных операций поверх пробки скапливается шлам. Это может привести к отклонению грани клина от требуемого азимута.Another problem with conventional wedge installation is that the engagement of the wooden plug with the cutting edge at the bottom of the wedge can be unreliable, particularly if slurry accumulates over the plug due to multiple trips. This can cause the wedge face to deviate from the required azimuth.

В данной области техники хорошо известно использование как гидравлической, так и механическойIt is well known in the art to use both hydraulic and mechanical

- 3 040552 блокировок. Примеры гидравлических запорных механизмов описаны в следующих документах: US 9347268; US 7789134; RU 2472913; RU 2473768; RU 2469172; CA 2446947; U5 5163522; US 8919431; US 7448446 и DE 4395361. Примеры механических запорных механизмов описаны в таких документах, как GB 2309721, US 5829531, AU 66732786 и US 10006264. В документах US 2006/0207771 и US 7963341 описаны анкерные крепления, выполненные с возможностью активации механическими или гидравлическими средствами.- 3 040552 locks. Examples of hydraulic locking mechanisms are described in the following documents: US 9347268; US 7789134; RU 2472913; EN 2473768; EN 2469172; CA 2446947; U5 5163522; US 8919431; US 7448446 and DE 4395361. Examples of mechanical locking mechanisms are described in documents such as GB 2309721, US 5829531, AU 66732786 and US 10006264. Documents US 2006/0207771 and US 7963341 describe anchorage made with the possibility of activation by mechanical or hydraulic means.

Традиционно конструкция породоразрушающего инструмента с закругленным концом облегчает подачу флюида на анкерный механизм через узкий канал в породоразрушающем инструменте. Примеры таких конструкций описаны в следующих документах: ZA 199008719; RU 107820U1; US 2013/0319653; и ZA 198900656.Traditionally, the design of the rock cutting tool with a rounded end facilitates the supply of fluid to the rock bolt mechanism through a narrow channel in the rock cutting tool. Examples of such structures are described in the following documents: ZA 199008719; EN 107820U1; US 2013/0319653; and ZA 198900656.

В данной области техники также хорошо известно использование поворотных устройств, дополнительно облегчающих выравнивание клинового механизма. Примеры поворотных устройств описаны в следующих документах: US 4303299; US 4285399; US 2002/144815; US 2506799; WO 95/07404; US 6167961; US 6035939; US 1570518 и GB 2315506. Примеры выравнивающих башмаков известного уровня техники раскрыты в таких документах, как WO 99/49178, US 2013299160 и US 2007/0175629.It is also well known in the art to use pivoting devices to further facilitate alignment of the wedge mechanism. Examples of rotary devices are described in the following documents: US 4303299; US 4285399; US 2002/144815; US 2506799; WO 95/07404; US 6167961; US 6035939; US 1570518 and GB 2315506. Examples of prior art leveling shoes are disclosed in documents such as WO 99/49178, US 2013299160 and US 2007/0175629.

Кроме того, на предшествующем уровне техники также описано использование датчиков для определения ориентации клина. Примеры их реализации раскрыты в таких документах, как WO 2014078028, WO 85/01983 и US 5488989. Известным способом определения ориентации клина также является использование контрольных точек. Примеры их реализации описаны в таких документах, как WO 2016/024867 и US 6427777. Каротажные инструменты, где в качестве ориентира используется направление на северный магнитный полюс, описаны в документах US 5467819 и WO 95/23274.In addition, the prior art also describes the use of sensors to determine the orientation of the wedge. Examples of their implementation are disclosed in documents such as WO 2014078028, WO 85/01983 and US 5488989. A known way to determine the orientation of the wedge is also the use of control points. Examples of their implementation are described in documents such as WO 2016/024867 and US 6427777. Logging tools, where the direction of the north magnetic pole is used as a reference, are described in documents US 5467819 and WO 95/23274.

С целью уменьшения количества спускоподъемных операций, потребных для установки клина, компания Groupe Fordia Inc. разработала то, что называется клином однократного заведения. Как следует из его названия, этот клин может быть установлен лишь за один обратный проход колонны бурильных труб. Однако использование в названии определения однократного заведения является ошибочным, так как колонна бурильных труб должна быть извлечена и заменена бурильной колонной, что требует проведения, по меньшей мере, еще одной спускоподъемной операции перед бурением за клином с тем, чтобы можно было положить начало боковому стволу скважины. Другие примеры клиньев одноразового использования описаны в документах WO 1995/023273, US 2015/122495 и GB 22480679.In order to reduce the amount of tripping required to set up the wedge, Groupe Fordia Inc. developed what is called the one-shot wedge. As its name suggests, this wedge can be set in just one return pass of the drill string. However, the use of the single entry definition in the name is erroneous, as the drill string must be retrieved and replaced by the drill string, requiring at least one more trip before drilling behind the slip so that a lateral wellbore can be started. . Other examples of disposable wedges are described in WO 1995/023273, US 2015/122495 and GB 22480679.

В клине однократного заведения от компании Fordia используется двухступенчатое запорное устройство, расположенное под телом клина. Первая ступень или стадия предусматривает запирание тела клина на требуемой глубине в боковом стволе скважины. Вторая ступень или стадия предусматривает фиксацию грани клина в требуемом для бокового ствола направлении или по требуемому азимуту.Fordia's one-shot wedge uses a two-stage locking device located under the body of the wedge. The first stage or stage involves locking the body of the wedge at the desired depth in the lateral wellbore. The second step or stage involves fixing the edge of the wedge in the direction required for the sidetrack or along the required azimuth.

Клин подвешивается к колонне бурильных труб с помощью приспособления для спуска клина в скважину. После достижения требуемой глубины колона бурильных труб циклически проворачивается, вращая в боковом стволе приспособление для спуска клина в скважину. Это вращение относительно окружающей стенки ствола скважины инициирует разведение лап анкерного крепления резьбовым механизмом запорного устройства, вследствие чего указанные лапы упираются в стенку ствола скважины, обеспечивая запирание первой ступени. Дальнейшее проворачивание колонны бурильных труб приводит к срезанию штифта из мягкой меди, расположенного между телом клина и запорным устройством, что позволяет телу клина свободно вращаться относительно запорного устройства, которое теперь является неподвижным. Это обеспечивает возможность ориентирования грани клина путем дальнейшего проворачивания колонны бурильных труб.The wedge is suspended from the drill pipe string with the help of a device for lowering the wedge into the well. After reaching the required depth, the drill pipe string is rotated cyclically, rotating a device in the sidetrack to lower the wedge into the well. This rotation relative to the surrounding wall of the wellbore initiates the spreading of the anchoring legs by the threaded mechanism of the locking device, as a result of which these legs abut against the wall of the wellbore, providing locking of the first stage. Further rotation of the drill string causes the soft copper pin located between the wedge body and the locking device to be sheared, allowing the wedge body to rotate freely relative to the locking device, which is now stationary. This makes it possible to orient the wedge edge by further turning the drill string.

По завершении ориентирования грани клина с его установкой в требуемое положение колонна бурильных труб опускается вниз, прижимая аксиально-сцепляющиеся части запорного устройства, что фиксирует грань клина в требуемой ориентации. Дальнейшее опускание колонны бурильных труб приводит к срезанию заклепок из мягкой меди, которые соединяют тело клина с приспособлением для спуска клина в скважину. Это высвобождает приспособление для спуска клина в скважину, которое поднимается обратно на поверхность, располагаясь на нижнем конце колонны бурильных труб.Upon completion of the orientation of the wedge face with its installation in the required position, the drill string is lowered down, pressing the axially interlocking parts of the locking device, which fixes the wedge face in the required orientation. Further lowering of the drill string causes the soft copper rivets that connect the wedge body to the tool to run the wedge into the hole shear off. This releases the wedge tool which is lifted back to the surface, positioned at the lower end of the drill string.

Хотя в теории срабатывание клина однократного заведения от компании Fordia не представляет сложности, на практике такой клин может оказаться ненадежным. Множество открытых взаимодействующих частей должно функционировать должным образом даже в сложных условиях на забое скважины. Кроме того, система в значительной мере полагается на операторов на поверхности земли, обеспечивающих полное и корректное выполнение запорных операций на каждой из двух описанных стадий. При этом отсутствует надлежащая обратная связь с операторами для контроля прогресса в выполнении операций и успешного завершения каждой стадии.While the Fordia One-Shot Wedge is not difficult in theory, it can be unreliable in practice. A plurality of exposed interacting parts must function properly even under challenging downhole conditions. In addition, the system relies heavily on operators on the ground to ensure that the locking operations are complete and correct in each of the two stages described. At the same time, there is no proper feedback from the operators to monitor the progress in the implementation of operations and the successful completion of each stage.

Существует также риск преждевременного или неполного срабатывания запорного устройства, на которое опирается клин однократного заведения от компании Fordia. Например, представляется очевидным, что запорное устройство может быть надежно закреплено в основном стволе скважины для предотвращения своего вращения, но в реальности оно может быть закреплено ненадлежащим образом для предотвращения своего продольного смещения в стволе скважины. В таком случае клин может соскользнуть в скважину до уровня ниже требуемой точки зарезки.There is also a risk of premature or incomplete actuation of the locking device on which the Fordia single-entry wedge rests. For example, it seems obvious that the locking device can be securely fixed in the main wellbore to prevent its rotation, but in reality it may not be properly secured to prevent its longitudinal displacement in the wellbore. In such a case, the wedge may slip into the well to a level below the required sidetracking point.

- 4 040552- 4 040552

Еще одной проблемой, типичной для всех клиньев предшествующего уровня техники, является риск того, что тонкий верхний край грани клина будет выступать за пределы стенки основного ствола скважины. Теоретически это может привести к блокировке траектории прохождения оборудования для колонкового бурения со съёмным керноприёмником, оборудования для бурения забойным двигателем и расширяющего оборудования, необходимого для начала создания бокового ствола скважины и продвижения вперед после установки клина в основном стволе скважины.Another problem, common to all prior art slips, is the risk that the thin upper edge of the wedge face will protrude beyond the wall of the main wellbore. Theoretically, this could lead to blocking of the trajectory of the core core drilling equipment, downhole motor drilling equipment and reaming equipment necessary to start creating a lateral wellbore and move forward after setting the wedge in the main wellbore.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention

В этой связи настоящее изобретение предлагает способ наклонно-направленного бурения. Этот способ предусматривает подвод клина от бурильной установки к точке зарезки в основном стволе скважины с удержанием клина дистально относительно трубчатой бурильной колонны. Клин удерживается по существу жестким соединительным звеном, проходящим через кольцевой породоразрушающий инструмент вдоль центральной продольной оси для соединения клина с бурильной колонной.In this regard, the present invention provides a directional drilling method. This method involves driving a wedge from the drilling rig to a sidetracking point in the main wellbore while holding the wedge distal to the tubular drill string. The wedge is held by a substantially rigid connecting link passing through the annular rock cutting tool along the central longitudinal axis to connect the wedge to the drill string.

Клин может быть без труда сориентирован по требуемому азимуту путем проворачивания бурильной колонны относительно центральной продольной оси с целью передачи клину крутящего момента через соединительное звено. Затем клин фиксируется в точке зарезки в основном стволе скважины по требуемому азимуту, после чего соединение, установленное соединительным звеном между бурильной колонной и зафиксированным клином, разрывается, например, путем подъема бурильной колонны в проксимальном направлении. Затем бурильная колонна может быть выдвинута для бурения бокового ствола скважины, отходящей от основного ствола скважины, по азимуту, заданному клином. Подаваемая вперед бурильная колонна может расширить стык между основным стволом и боковым стволом скважины.The wedge can be easily oriented to the required azimuth by rotating the drill string about the central longitudinal axis in order to transmit torque to the wedge through the connecting link. Then the wedge is fixed at the sidetracking point in the main wellbore along the required azimuth, after which the connection established by the connecting link between the drill string and the fixed wedge is broken, for example, by lifting the drill string in the proximal direction. The drill string may then be extended to drill a sidetrack wellbore extending from the main wellbore in an azimuth given by the wedge. The forward-moving drill string can widen the joint between the main bore and the lateral bore.

Соответственно, идея настоящего изобретения охватывает систему для наклонно-направленного бурения, причем эта система включает в себя: трубчатую бурильную колонну с кольцевым породоразрушающим инструментом, расположенным на ее дистальном конце; клин, расположенный дистально относительно породоразрушающего инструмента, причем указанный клин содержит дистальный запорный механизм для фиксации клина в стволе скважины, закрепленный на теле клина, которое задает наклонную грань клина; и по существу жесткое соединительное звено, которое соединяет клин с бурильной колонной, причем это соединительное звено проходит через породоразрушающий инструмент вдоль центральной продольной оси.Accordingly, the idea of the present invention encompasses a system for directional drilling, which system includes: a tubular drill string with an annular rock cutting tool located at its distal end; a wedge located distal to the rock cutting tool, said wedge comprising a distal locking mechanism for fixing the wedge in the wellbore, attached to the wedge body, which defines an inclined edge of the wedge; and a substantially rigid connecting link that connects the wedge to the drill string, the connecting link extending through the rock cutting tool along the central longitudinal axis.

В предпочтительном варианте клин удерживается в бурильной колонне с помощью опускающего механизма. Таким образом, соединительное звено может жестко соединять клин с бурильной колонной через опускающий механизм. В этом случае опускающий механизм может быть поднят в буровую установку после разрыва указанного соединения, например, с использованием канатной подъемной системы, перемещаемой в бурильной колонне. После этого опускающий механизм может быть заменен внутренней керноприёмной трубой, которая выдвигается в бурильной колонне перед подачей бурильной колонны для выбуривания бокового ствола скважины.Preferably, the wedge is held in the drill string by a lowering mechanism. Thus, the connecting link can rigidly connect the wedge to the drill string through the lowering mechanism. In this case, the lowering mechanism can be lifted into the drilling rig after said connection is broken, for example, using a wireline hoist system moving in the drill string. After that, the lowering mechanism can be replaced by an internal core tube that extends in the drill string before the drill string is fed in to drill out the sidetrack.

Идея настоящего изобретения также охватывает основные части системы, как по отдельности, так и в сочетании, например, клин для начала создания бокового ствола скважины во время наклоннонаправленного бурения. Этот клин содержит: дистальный запорный механизм для фиксации клина в основном стволе скважины; проксимальное тело клина, задающее наклонную грань клина; и по существу жесткую соединительную часть, которая взаимодействует с запорным механизмом и которая отходит от грани клина в проксимальном направлении вдоль центральной продольной оси.The idea of the present invention also covers the main parts of the system, both individually and in combination, for example, a wedge to start creating a lateral wellbore during directional drilling. This wedge contains: a distal locking mechanism for fixing the wedge in the main wellbore; the proximal body of the wedge, which defines the inclined face of the wedge; and a substantially rigid connecting part which cooperates with the locking mechanism and which extends from the face of the wedge in the proximal direction along the central longitudinal axis.

Соответственно, идея настоящего изобретения охватывает опускающий механизм, удерживающий клин для его использования при наклонно-направленном бурении. Опускающий механизм содержит: фиксатор для зацепления опускающего механизма во внешней керноприёмной трубе бурильной колонны; по существу жесткую соединительную часть, проходящую в дистальном направлении вдоль центральной продольной оси на дистальном конце опускающего механизма; и ловитель каната в сборе на проксимальном конце опускающего механизма. Фиксатор, соединительное звено и ловитель каната в сборе сцеплены друг с другом для предотвращения относительного углового смещения относительно центральной продольной оси.Accordingly, the idea of the present invention encompasses a lowering mechanism holding a wedge for use in directional drilling. The lowering mechanism comprises: a latch for engagement of the lowering mechanism in the outer core pipe of the drill string; a substantially rigid connecting portion distally extending along a central longitudinal axis at the distal end of the lowering mechanism; and a rope catcher assembly at the proximal end of the lowering mechanism. The latch, connecting link and rope catcher assembly are interlocked with each other to prevent relative angular displacement relative to the central longitudinal axis.

После разрыва соединения, по меньшей мере, часть соединительного звена может быть извлечена через породоразрушающий инструмент. Например, при разрыве соединения соединительное звено может быть разрушено, но его дистальная часть останется вделанной в клин. Следует отметить, что в конструкции с закругленным концом предшествующего уровня техники извлечь часть соединительного звена через породоразрушающий инструмент невозможно, даже в том случае, если в нем предусмотрен узкий канал для прохождения воды. Вместо этого породоразрушающий инструмент с закругленным концом обычно срезает оставшуюся часть соединительного звена, которая выступает из грани клина.After breaking the connection, at least part of the connecting link can be removed through the rock cutting tool. For example, when the connection is broken, the connecting link may be destroyed, but its distal part will remain embedded in the wedge. It should be noted that in the prior art rounded end design, it is not possible to extract part of the connecting link through the rock cutting tool, even if it is provided with a narrow channel for the passage of water. Instead, a round-ended rock cutting tool typically cuts off the remainder of the connecting link that protrudes from the face of the wedge.

Через соединительное звено в запорный механизм клина предпочтительно подается запирающая энергия в виде избыточного гидравлического давления, что обычно осуществляется путем отведения бурового раствора через соединительное звено для блокировки клина. Например, соединительное звено может сообщаться по текучей среде со сбросным клапаном, который содержит вентильный элемент, выполненный подвижным для отведения бурового раствора вдоль соединительного звена. В предпочтительном варианте вентильный элемент выполнен подвижным для отведения бурового раствора вдольPreferably, locking energy in the form of excess hydraulic pressure is supplied through the link to the wedge locking mechanism, which is usually done by diverting the drilling fluid through the link to lock the wedge. For example, the link may be in fluid communication with a relief valve that includes a valve element movable to drain drilling fluid along the link. In a preferred embodiment, the valve element is movable to divert the drilling fluid along

- 5 040552 соединительного звена по факту превышения буровым раствором порогового давления.- 5 040552 connecting link on the fact that the drilling fluid exceeds the threshold pressure.

К клину может прикладываться выравнивающее усилие, предпочтительно при запирании клина, для проворачивания клина вокруг оси поворота перпендикулярно центральной продольной оси. За счет этого усилия проксимальный край клина может прижиматься к окружающей стенке основного ствола скважины. Для достижения этой цели клин может содержать анкерные башмаки и выравнивающий башмак, расположенный проксимально относительно анкерных башмаков на той же стороне клина, что и грань клина.An equalizing force may be applied to the wedge, preferably when the wedge is locked, to rotate the wedge around the pivot axis perpendicular to the central longitudinal axis. Due to this force, the proximal edge of the wedge can be pressed against the surrounding wall of the main wellbore. To achieve this goal, the wedge may include anchor shoes and a leveling shoe located proximal to the anchor shoes on the same side of the wedge as the face of the wedge.

Таким образом, клин согласно настоящему изобретению может быть также представлен в виде клина для начала создания бокового ствола скважины во время наклонно-направленного бурения, причем этот клин содержит: дистальный запорный механизм для фиксации клина в основном стволе скважины; и проксимальное тело клина, которое характеризуется наличием наклонной грани клина с одной из его боковых сторон; при этом запорный механизм содержит смещаемые кнаружи запорные башмаки, включая анкерные башмаки и выравнивающий башмак, причем выравнивающий башмак располагается проксимально относительно анкерных башмаков и выполнен с возможностью смещения кнаружи на той стороне клина, где находится грань клина.Thus, the wedge according to the present invention may also be provided as a wedge to start creating a lateral wellbore during directional drilling, the wedge comprising: a distal locking mechanism for locking the wedge in the main wellbore; and the proximal body of the wedge, which is characterized by the presence of an inclined edge of the wedge on one of its sides; the locking mechanism comprises outwardly displaceable locking shoes, including anchor shoes and a leveling shoe, wherein the leveling shoe is located proximal to the anchor shoes and is movable outward on the side of the wedge where the edge of the wedge is located.

Соответствующий способ установки клина для наклонно-направленного бурения предусматривает: выдвижение клина от буровой установки к точке зарезки в стволе скважины; фиксацию клина в точке зарезки и приложение выравнивающего усилия к клину для проворачивания клина вокруг оси вращения перпендикулярно центральной продольной оси ствола скважины до начала бурения за клином.A suitable directional wedge setting method includes: extending the wedge from the drilling rig to a sidetracking point in the wellbore; fixing the wedge at the sidetracking point and applying an equalizing force to the wedge to rotate the wedge around the rotation axis perpendicular to the central longitudinal axis of the wellbore prior to drilling behind the wedge.

Предложено изящное решение, согласно которому ловитель каната в сборе на проксимальном конце опускающего механизма, такой как защелкивающий механизм типа Christensen с четырьмя кулачками, может быть выполнен с возможностью выполнения функции приемника ориентации. Такой вариант осуществления ловителя каната в сборе может содержать шпоночную конструкцию с проксимально сужающейся шпонкой. В таком случае каротажный инструмент может быть выполнен с возможностью вхождения в зацепление с ловителем каната в сборе с ориентацией, заданной указанной шпоночной конструкцией.An elegant solution has been proposed whereby a rope catcher assembly at the proximal end of the lowering mechanism, such as a four-jaw Christensen type latch mechanism, can be configured to function as an orientation receiver. Such an embodiment of a rope catcher assembly may comprise a key structure with a proximally tapered key. In such a case, the logging tool may be configured to engage with the line catcher assembly in an orientation given by said key structure.

Запорный механизм может включать в себя: гидроцилиндр, сообщающийся по текучей среде с соединительным звеном; и шток, отходящий в дистальном направлении от поршня в цилиндре и доходящий до запорных башмаков клина. Указанный шток предпочтительно ограничен в однонаправленном дистальном перемещении в пределах клина, например, за счет прохождения через храповую систему. При этом обеспечивается преимущество, состоящее в том, что собачка храповой системы препятствует перемещению запорных башмаков до тех пор, пока давление бурового раствора не превысит пороговое значение.The locking mechanism may include: a hydraulic cylinder in fluid communication with the connecting link; and a rod extending distally from the piston in the cylinder and extending to the wedge locking shoes. Said rod is preferably limited in unidirectional distal movement within the wedge, for example by passing through a ratchet system. This provides the advantage that the pawl of the ratchet system prevents movement of the locking shoes until the mud pressure exceeds a threshold value.

Идея настоящего изобретения также охватывает способ определения азимута клина для использования в наклонно-направленном бурении, причем этот способ предусматривает: подачу клина в ствол скважины до точки зарезки, в которой ствол скважины отклоняется от вертикали; определение верхней или нижней части ствола скважины в точке зарезки с учетом силы притяжения; поиск ранее снятого азимута и угла наклона ствола скважины в точке зарезки; и определение азимута клина относительно ранее снятого азимута и угла наклона ствола скважины с использованием верхней или нижней части ствола скважины в качестве исходных данных, например, с использованием контрольных данных с координатной привязкой.The concept of the present invention also encompasses a method for determining the azimuth of a wedge for use in directional drilling, the method comprising: driving the wedge into the wellbore to a sidetracking point at which the wellbore deviates from vertical; determination of the upper or lower part of the wellbore at the point of sidetracking, taking into account the force of attraction; search for the previously taken azimuth and inclination of the wellbore at the kickoff point; and determining the azimuth of the wedge relative to the previously acquired azimuth and inclination of the wellbore using the top or bottom of the wellbore as input, for example using gridded control data.

Следовательно, суммируя вышесказанное, можно сказать, что при подготовке к наклоннонаправленному бурению клин, дистально удерживаемый перед трубчатой бурильной колонной, подается вдоль бокового ствола скважины. Клин соединен с бурильной колонной посредством жесткого соединительного звена, которое проходит через кольцевой породоразрушающий инструмент вдоль центральной продольной оси. Клин может быть соединен с бурильной колонной через внутренний опускающий механизм, который может быть захвачен канатной подъемной системой.Therefore, in summary, in preparation for directional drilling, a wedge held distally in front of the tubular drill string is fed along the lateral wellbore. The wedge is connected to the drill string by means of a rigid connecting link that passes through the annular rock cutting tool along the central longitudinal axis. The wedge can be connected to the drill string through an internal lowering mechanism which can be gripped by a wireline hoist system.

После фиксации клина в точке зарезки в стволе скважины по требуемому азимуту соединение соединительного звена разрывается. После этого опускающий механизм может быть извлечен и заменен внутренней керноприёмной трубой без перемещения бурильной колонны. Затем для бурения бокового ствола, отходящего от основного ствола скважины по азимуту, определенному клином, выдвигается бурильная колонна. При этом обеспечивается преимущество, состоящее в том, что отпадает необходимость в извлечении бурильной колонны перед началом выбуривания бокового ствола скважины.After fixing the wedge at the kickoff point in the wellbore along the required azimuth, the connection of the connecting link is broken. The lowering mechanism can then be removed and replaced with an internal core pipe without moving the drill string. Then, to drill a sidetrack extending from the main wellbore along the azimuth determined by the wedge, the drill string is advanced. This provides the advantage that there is no need to remove the drill string before drilling the lateral wellbore.

В общем, предшествующий уровень техники, например, породоразрушающий инструмент с закругленным концом не позволяет производить отбор проб керна без замены породоразрушающего инструмента буровой коронкой для выбуривания керна. Это обуславливает необходимость выполнения по меньшей мере одной дополнительной спускоподъемной операции, что является недостатком.In general, the prior art, for example, a round end rock cutting tool, does not allow core sampling without replacing the rock cutting tool with a core bit. This necessitates at least one additional tripping operation, which is a disadvantage.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

С целью облегчения понимания настоящего изобретения последующее описание будет представлено в привязке, исключительно для примера, к прилагаемым чертежам, где:For the purpose of facilitating the understanding of the present invention, the following description will be given in conjunction, by way of example only, with the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 показан схематический вид сбоку буровой установки, опускающей клиновую систему согласно настоящему изобретению в основной ствол скважины;in fig. 1 is a schematic side view of a drilling rig running a wedge system according to the present invention into a main borehole;

- 6 040552 на фиг. 2 показан схематический вид сбоку внешней керноприёмной трубы бурильной колонны, содержащей опускающий механизм клиновой системы;- 6 040552 in FIG. 2 shows a schematic side view of the outer core tube of the drill string containing the lowering mechanism of the wedge system;

на фиг. 3 показан схематический вид сбоку, иллюстрирующий внешнюю керноприёмную трубу, которая представлена в разрезе, чтобы можно было видеть опускающий механизм; а также иллюстрирующий клин клиновой системы;in fig. 3 is a schematic side view illustrating the outer core tube, which is cut away so that the lowering mechanism can be seen; as well as illustrating the wedge of the wedge system;

на фиг. 4-12 показан ряд схематических видов сбоку, иллюстрирующих клиновую систему в процессе эксплуатации в стволе скважины;in fig. 4-12 are a series of schematic side views illustrating the wedge system in operation in a wellbore;

на фиг. 13-15 представлен ряд выборочных перспективных изображений клина;in fig. 13-15 are a selection of selected perspective views of the wedge;

на фиг. 16-18 представлен ряд перспективных изображений, иллюстрирующих срабатывание запорного механизма клина;in fig. 16-18 are a series of perspective views illustrating the operation of the wedge locking mechanism;

на фиг. 19 показан вид сборку в продольном разрезе храповой системы запорного механизма;in fig. 19 is a longitudinal sectional view of the ratchet lock system assembly;

на фиг. 20 представлено увеличенное перспективное изображение в продольном разрезе, иллюстрирующее срабатывание выравнивающего башмака запорного механизма;in fig. 20 is an enlarged perspective view in longitudinal section illustrating the actuation of the leveling shoe of the locking mechanism;

на фиг. 21 представлено увеличенное перспективное изображение в продольном разрезе, иллюстрирующее срабатывание анкерных башмаков запорного механизма;in fig. 21 is an enlarged perspective view in longitudinal section illustrating the actuation of the anchor shoes of the locking mechanism;

на фиг. 22 представлено покомпонентное перспективное изображение частей опускающего механизма, отличных от соединительной трубы;in fig. 22 is an exploded perspective view of parts of the lowering mechanism other than the connection tube;

на фиг. 23 представлено увеличенное перспективное изображение ловильной трубы на проксимальном конце клина;in fig. 23 is an enlarged perspective view of the fishing pipe at the proximal end of the wedge;

на фиг. 24 показан увеличенный схематический вид сбоку в продольном разрезе, иллюстрирующий ловильную трубу в соединительной трубе на дистальном конце опускающего механизма;in fig. 24 is an enlarged schematic longitudinal sectional side view illustrating a fishing pipe in a connecting pipe at the distal end of the lowering mechanism;

На фиг. 25 показан схематический вид сбоку, иллюстрирующий соединительную трубу, отходящую от дистального конца внешней керноприёмной трубы;In FIG. 25 is a schematic side view illustrating a connecting tube extending from the distal end of the outer core tube;

На фиг. 26 показан схематический вид сбоку, иллюстрирующий соединительную трубу, сцепленную с клиновой трубой на проксимальном конце клина;In FIG. 26 is a schematic side view illustrating a connecting tube engaged with a wedge pipe at the proximal end of the wedge;

на фиг. 27 представлено увеличенное покомпонентное перспективное изображение сбросного клапана опускающего механизма;in fig. 27 is an enlarged exploded perspective view of the lowering mechanism relief valve;

на фиг. 28 представлено увеличенное перспективное изображение места сопряжения внешней керноприёмной трубы с фиксатором опускающего механизма;in fig. 28 shows an enlarged perspective image of the junction of the external core pipe with the lock of the lowering mechanism;

на фиг. 29 представлено перспективное изображение направляющей системы ловильного приспособления в виде защелкивающего механизма с четырьмя кулачками, входящего в состав опускающего механизма; и на фиг. 30 представлено перспективное изображение каротажного инструмента, содержащего посадочный башмак с косым срезом, который выполнен с возможностью вхождения в зацепление с направляющей системой ловильного приспособления в виде защелкивающего механизма с четырьмя кулачками, показанного на фиг. 29.in fig. 29 is a perspective view of the picker guide system in the form of a four-jaw latch mechanism included in the lowering mechanism; and in FIG. 30 is a perspective view of a logging tool comprising a beveled landing shoe that is configured to engage with a picker guide system in the form of a four-jaw latch shown in FIG. 29.

Подробное раскрытие примеров осуществления настоящего изобретенияDetailed disclosure of embodiments of the present invention

В последующем описании нижний, нисходящий или направленный книзу конец или направление называется дистальным или дистально направленным. И наоборот, верхний, восходящий или направленный вверх конец или направление называется проксимальным или проксимально направленным. Это отражает тот факт, что настоящее изобретение может быть использовано в стволах скважины, которые при определенных обстоятельствах могут выбуриваться по горизонтали или вверх, а не только вниз.In the following description, the lower, descending or downwardly directed end or direction is referred to as distal or distally directed. Conversely, the top, ascending or upward end or direction is referred to as the proximal or proximally directed. This reflects the fact that the present invention can be used in wellbores that, under certain circumstances, can be drilled horizontally or upwards, and not only downwards.

Обзор клиновой системыWedge system overview

Обратимся сначала к фиг. 1 чертежей, где показана клиновая система 10 согласно настоящему изобретению, которая подвешена к бурильной колонне 12 в основном стволе 14 скважины. Бурильная колонна 12 отходит в дистальном направлении от буровой установки 16 обычного типа, располагающейся на поверхности земли, и заходит в ствол 14 скважины.Referring first to FIG. 1 of the drawings, which shows a wedge system 10 according to the present invention, which is suspended from a drill string 12 in the main borehole 14 of the well. The drill string 12 extends distally from a conventional drilling rig 16 located on the surface of the earth and enters the wellbore 14 .

Клиновая система 10 содержит клин 18, свисающий с опускающего механизма 20 на глубине требуемой точки зарезки. Опускающий механизм 20, в свою очередь, подвешен к бурильной колонне 12.The wedge system 10 includes a wedge 18 hanging from the lowering mechanism 20 at the depth of the desired cutoff point. The lowering mechanism 20, in turn, is suspended from the drill string 12.

Как показано также на фиг. 2 и 3, опускающий механизм 20 телескопически входит во внешнюю керноприёмную трубу 22 на дистальном конце бурильной колонны 12. Длина внешней керноприёмной трубы 22 обычно составляет 4 м.As shown also in FIG. 2 and 3, the lowering mechanism 20 extends telescopically into the outer core tube 22 at the distal end of the drill string 12. The length of the outer core tube 22 is typically 4 m.

Опускающий механизм 20 располагается с возможностью съема внутри внешней керноприёмной трубы 22 и находится с ней в зацеплении.The lowering mechanism 20 is removably located inside the outer core pipe 22 and is engaged with it.

Находящийся в зацеплении опускающий механизм 20 может подниматься в проксимальном направлении, но не может перемещаться в дистальном направлении относительно внешней керноприёмной трубы 22. Соответственно, внешняя керноприёмная труба 22 и остальная часть бурильной колонны 12 несут на себе вес опускающего механизма 20 и клина 18.The engaged lowering mechanism 20 can rise proximally, but cannot move distally relative to the outer core pipe 22. Accordingly, the outer core pipe 22 and the rest of the drill string 12 bear the weight of the lowering mechanism 20 and wedge 18.

Клин 18, показанный на фиг. 3, содержит запорный механизм 24, который соединяется с дистальным концом проксимально сужающегося тела 26 клина. Хотя в процессе эксплуатации запорный механизм 24 соединен с телом 26 клина, перед эксплуатацией он может быть отделен от тела 26 клина дляWedge 18 shown in FIG. 3 includes a locking mechanism 24 that connects to the distal end of a proximally tapering wedge body 26. Although the locking mechanism 24 is connected to the wedge body 26 during operation, it can be separated from the wedge body 26 before use to

- 7 040552 удобства обслуживания и транспортировки. Тело 26 клина характеризуется наличием наклонной грани клина, которая в процессе эксплуатации будет направлять бурильную колонну 12 в боковой ствол, отходящий от основного ствола 14 скважины. Таким образом, при активации запорного механизма 24 тот входит в сцепление с окружающей стенкой ствола 14 для неподвижной фиксации клина 18 в стволе 14 скважины.- 7 040552 ease of maintenance and transportation. The body 26 of the wedge is characterized by the presence of an inclined edge of the wedge, which during operation will guide the drill string 12 into the sidetrack extending from the main borehole 14 of the well. Thus, when the locking mechanism 24 is activated, it engages with the surrounding wall of the wellbore 14 to immobilize the wedge 18 in the wellbore 14.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, которое описано ниже, реализовано изящное решение, согласно которому запорный механизм 24 активируется буровым раствором, предпочтительно на водной основе, который закачивается в бурильную колонну 12. При этом отсутствует необходимость в отдельной гидравлической исполнительной системе.In the preferred embodiment of the present invention, which is described below, an elegant solution is implemented, according to which the locking mechanism 24 is activated by drilling fluid, preferably water-based, which is pumped into the drill string 12. This eliminates the need for a separate hydraulic actuating system.

В принципе, для активации запорного механизма 24 могут быть использованы и иные исполнительные системы, например, электрические или пневматические системы. Однако применение бурового раствора, например, на водной основе, намного предпочтительнее из-за простоты и эффективности его использования. Например, несмотря на высокое гидростатическое давление в стволе 14 скважины на глубине, относительно небольшое повышение давления водного раствора, создаваемого на поверхности, достаточно для того, чтобы активировать запорный механизм 24 и установить клин 18.In principle, other actuating systems, such as electric or pneumatic systems, can also be used to activate the locking mechanism 24. However, the use of a drilling fluid, such as a water-based one, is much preferred due to the ease and efficiency of its use. For example, despite the high hydrostatic pressure in the wellbore 14 at depth, a relatively small increase in the pressure of the aqueous solution created at the surface is sufficient to activate the locking mechanism 24 and set the wedge 18.

Для подачи необходимого избыточного гидравлического давления жесткая клиновая труба 30 на центральной продольной оси 32 проходит через грань 28 клина, обеспечивая сообщение с запорным механизмом 24 по текучей среде. Клиновая труба 30 проводит поток водного раствора вдоль бурильной колонны 12 для дистальной подачи активирующего давления на запорный механизм 24 через грань 28 клина.To supply the necessary excess hydraulic pressure, a rigid wedge pipe 30 on the central longitudinal axis 32 passes through the edge 28 of the wedge, providing fluid communication with the locking mechanism 24. The wedge pipe 30 conducts the flow of the aqueous solution along the drill string 12 to distally apply an activating pressure to the locking mechanism 24 through the face 28 of the wedge.

Клиновая труба 30 снабжена наружной резьбой на своем проксимальном конце, на которую накручивается зажимная гайка 34. Зажимная гайка 34 позволяет соединить клиновую трубу 30 по текучей среде или механически с опускающим механизмом 20 на проксимальном конце клина 18, что будет описано ниже.The wedge tube 30 is provided with an external thread at its proximal end onto which a clamp nut 34 is screwed. The clamp nut 34 allows the wedge tube 30 to be fluidly or mechanically connected to a lowering mechanism 20 at the proximal end of the wedge 18 as will be described below.

На фиг. 4-6 показана клиновая система 10, подвешенная к внешней керноприёмной трубе 22 бурильной колонны 12 в точке зарезки в основном стволе 14 скважины. В частности, на фиг. 4 показана клиновая система 10, опускаемая к точке зарезки. На фиг. 5 показан каротажный инструмент 36, спускаемый в ствол скважины для введения в зацепление с опускающим механизмом 20. На фиг. 6 показан каротажный инструмент 36, уже введенный в зацепление с опускающим механизмом 20 для определения его азимута и, соответственно, азимута грани 38 клина.In FIG. 4-6 show the wedge system 10 suspended from the outer core pipe 22 of the drill string 12 at the sidetracking point in the main borehole 14. In particular, in FIG. 4 shows the wedge system 10 being lowered towards the kickoff point. In FIG. 5 shows a logging tool 36 being lowered into a wellbore for engagement with a lowering mechanism 20. FIG. 6 shows the logging tool 36 already engaged with the lowering mechanism 20 to determine its azimuth and, accordingly, the azimuth of the wedge face 38.

Обычно после вхождения в зацепление с опускающим механизмом 20 каротажный инструмент 36 поднимается на поверхность с тем, чтобы можно было считать измеренный азимут. Если измеренный азимут отличается от требуемого азимута, то опускающий механизм 20 и клин 18 можно повернуть путем проворачивания бурильной колонны 12 таким образом, чтобы получить требуемый азимут.Typically, after engaging with the lowering mechanism 20, the logging tool 36 is raised to the surface so that the measured azimuth can be read. If the measured azimuth differs from the desired azimuth, then the lowering mechanism 20 and wedge 18 can be rotated by rotating the drill string 12 so as to obtain the desired azimuth.

Однако для подтверждения получения требуемого азимута рекомендуется повторно опустить каротажный инструмент 36 в ствол скважины для введения его в зацепление с опускающим механизмом 20, а затем снова поднять каротажный инструмент 36 на поверхность.However, to confirm that the desired azimuth has been obtained, it is recommended to re-lower the logging tool 36 into the wellbore to engage the lowering mechanism 20, and then raise the logging tool 36 back to the surface.

При проворачивании бурильной колонны 12, включающей в себя внешнюю керноприёмную трубу 22, вокруг ее продольной оси 32, как это показано на фиг. 6, внешняя керноприёмная труба 22 может также прикладывать крутящий момент для проворачивания опускающего механизма 20 и, соответственно, для проворачивания клина 18 в стволе 14 скважины. Это обеспечивает позиционирование грани 28 тела 26 клина таким образом, чтобы ее ориентации соответствовала азимуту, необходимому для бокового ствола скважины.When turning the drill string 12, including the outer core pipe 22, around its longitudinal axis 32, as shown in FIG. 6, the outer core tube 22 may also apply torque to rotate the lowering mechanism 20 and thus rotate the wedge 18 in the wellbore 14. This ensures that face 28 of wedge body 26 is positioned so that its orientation matches the azimuth required for the lateral wellbore.

На фиг. 7 показан запорный механизм 24, уже активированный для окончательной установки клина 18 на требуемой глубине и с необходимой азимутальной ориентацией. В процессе активации анкерные башмаки 38 и выравнивающий башмак 40 отходят вбок от запорного механизма 24, входя в сцепление с окружающей стенкой ствола 14 скважины. Процесс ориентирования запорного механизма 24 будет подробно описан ниже в привязке к фиг. 16-21.In FIG. 7 shows the locking mechanism 24 already activated to finally set the wedge 18 at the required depth and with the required azimuth orientation. During activation, the anchor shoes 38 and the leveling shoe 40 move sideways from the locking mechanism 24 to engage the surrounding wall of the wellbore 14 . The process of orienting the locking mechanism 24 will be described in detail below in connection with FIG. 16-21.

Далее, как показано на фиг. 8, бурильная колонна 12, включающая в себя внешнюю керноприёмную трубу 22, вытягивает опускающий механизм 20 в проксимальном направлении, разрывая соединение между опускающим механизмом 20 и установленным клином 18, который остается в зафиксированном положении в стволе 14 скважины. Это обеспечивается за счет разрыва клиновой трубы 30 у заданной точки зарезки, что будет описано ниже.Further, as shown in FIG. 8, the drill string 12, including the outer core tube 22, extends the lowering mechanism 20 proximally, breaking the connection between the lowering mechanism 20 and the installed wedge 18, which remains in a fixed position in the wellbore 14. This is achieved by breaking the wedge pipe 30 at a predetermined sidetracking point, which will be described below.

Затем опускающий механизм 20 может быть отцеплен от внешней керноприёмной трубы 22 с целью его последующего подъема в проксимальном направлении с помощью канатной подъемной системы 42 относительно внешней керноприёмной трубы 22, как это показано на фиг. 9. Это позволяет извлечь опускающий механизм 20 на поверхность, используя для этого канат, после окончательной установки клина 18 и отделения опускающего механизма 20 от клина 18. Внешняя керноприёмная труба 22 остается в стволе 14 скважины на дистальном конце бурильной колонны 12, как это показано на фиг. 10.The lowering mechanism 20 can then be disengaged from the outer core tube 22 to be subsequently lifted proximally by a cable hoist system 42 relative to the outer core tube 22, as shown in FIG. 9. This allows the lowering mechanism 20 to be pulled to the surface using a wire rope after the wedge 18 is finally set and the lowering mechanism 20 is separated from the wedge 18. The outer core tube 22 remains in the wellbore 14 at the distal end of the drill string 12, as shown in fig. 10.

Затем во внешнюю керноприёмную трубу 22 может быть опущена и телескопически вставлена внутренняя керноприёмная труба 44 для замены опускающего механизма 20, как это показано на фиг. 11, с использованием обычных методов колонкового бурения со съёмным керноприёмником. После этогоThe inner core tube 44 can then be lowered into the outer core tube 22 and telescopically inserted to replace the lowering mechanism 20 as shown in FIG. 11 using conventional core core drilling techniques. After that

- 8 040552 бурильная колонна 12 готова к началу бурения за клином 18 для создания бокового ствола 46 скважины, как это показано на фиг. 12.- 8 040552 the drill string 12 is ready to start drilling behind the wedge 18 to create a sidetrack 46 of the well, as shown in FIG. 12.

Как можно видеть, внешняя керноприёмная труба 22 с породоразрушающем инструментом 48, расположенным на ее дистальном конце, опускается в ствол 14 скважины вместе с клином 18 и опускающим механизмом 20, оставаясь в установленном положении непосредственно над клином 18 в проксимальном направлении. Вследствие этого бурильная колонна 12 устанавливается в положение готовности к бурению за клином 18 после его установки в стволе 14 скважины. Важно отметить, что при этом отпадает необходимость в расходовании времени на дополнительную операцию по подъему на поверхность и обратно перед началом выбуривания бокового ствола 46 скважины.As can be seen, the outer core pipe 22, with the rock cutting tool 48 located at its distal end, is lowered into the wellbore 14 along with the wedge 18 and the lowering mechanism 20, remaining in the installed position directly above the wedge 18 in the proximal direction. As a consequence, the drill string 12 is positioned ready to drill behind the wedge 18 after it has been installed in the wellbore 14 . It is important to note that this eliminates the need to spend time on an additional operation to rise to the surface and back before drilling the sidetrack 46 of the well.

При этом обеспечивается преимущество, состоящее в том, что внешняя керноприёмная труба 22 может представлять собой расширяющую керноприемную трубу. Расширяющая керноприёмная труба опоясана круговыми расширяющими вставками 50, отстоящими на определенное расстояние от породоразрушающего инструмента в продольном направлении вблизи ее дистального конца. Расширяющие вставки 50 расширяют место пересечения основного ствола 14 с боковым стволом 46 скважины, что устраняет необходимость в опускании в скважину дополнительного расширяющего оборудования и, соответственно, позволяет избежать выполнения еще одной спускоподъемной операции в отношении колонны бурильных труб.This provides the advantage that the outer core tube 22 can be an expanding core tube. The expanding core pipe is surrounded by circular expanding inserts 50 spaced at a certain distance from the rock cutting tool in the longitudinal direction near its distal end. The reamer inserts 50 widen the intersection of the main borehole 14 with the lateral borehole 46, which eliminates the need for additional reamer equipment to be lowered into the hole and thus avoids another tripping operation on the drill string.

КлинWedge

Дополнительно обратимся теперь к фиг. 13-15, где отдельно показан клин 18. На фиг. 14 и 15 клин 18 представлен в продольном разрезе во взаимно-ортогональных плоскостях.Referring now to FIG. 13-15 showing the wedge 18 separately. FIG. 14 and 15 wedge 18 is shown in longitudinal section in mutually orthogonal planes.

Запорный механизм 24 клина 18 соединен с проксимально суживающимся телом 26 клина и располагается дистально по отношению к нему.The locking mechanism 24 of the wedge 18 is connected to and distal to the proximally tapering body 26 of the wedge.

Частично цилиндрическая выгнуто-изогнутая грань 28 клина задается конусностью тела 26 клина. Грань 28 клина полого наклонена по отношению к центральной продольной оси 32 и оканчивается тонким выгнуто-изогнутым проксимальным краем 52. Радиус кривизны грани 28 клина и его проксимального края 52 приближается к радиусу кривизны основного ствола 14 скважины, в который должен быть заведен клин 18.Partially cylindrical curved-curved edge 28 of the wedge is given by the taper of the body 26 of the wedge. The edge 28 of the wedge is gently inclined with respect to the central longitudinal axis 32 and ends with a thin curved-curved proximal edge 52. The radius of curvature of the edge 28 of the wedge and its proximal edge 52 approaches the radius of curvature of the main bore 14 of the well, into which the wedge 18 must be inserted.

Как можно видеть, после размещения клина 18 в основном стволе 14 скважины его центральная продольная ось 32 по существу совпадает с центральной продольной осью 32 основного ствола 14 скважины.As can be seen, once the wedge 18 has been placed in the main wellbore 14, its central longitudinal axis 32 substantially coincides with the central longitudinal axis 32 of the main wellbore 14.

Дистальная часть 54 клиновой трубы 30, заходящая в запорный механизм 24, оказывается вмонтированной в тело 26 клина на дистальной стороне грани 26 клина. И наоборот, проксимальная часть 56 клиновой трубы 30 остается открытой на проксимальной стороне грани 26 клина.The distal portion 54 of the wedge tube 30, which extends into the locking mechanism 24, is embedded in the body 26 of the wedge on the distal side of the edge 26 of the wedge. Conversely, the proximal portion 56 of the wedge tube 30 remains open on the proximal side of the face 26 of the wedge.

Клиновая труба 30 характеризуется наличием линии 58 наименьшего сопротивления на дистальной стороне грани 28 клина в дистальной части 54, вмонтированной в тело 26 клина. Например, клиновая труба 30 может характеризоваться наличием участка стенки, локально утонченного кольцевой выточкой. Эта линия 58 наименьшего сопротивления обеспечивает разрыв клиновой трубы 30 при натяжении, превышающем пороговое значение. Необходимое натяжение прикладывается к клиновой трубе 30 гидравлическим оттягивающим механизмом бурильной установки 16, поднимающим бурильную колонну 12. После этого клиновая труба разделяется на две отдельные части, как это показано на фиг. 8.The wedge pipe 30 is characterized by the presence of a line 58 of least resistance on the distal side of the edge 28 of the wedge in the distal portion 54 mounted in the body 26 of the wedge. For example, the wedge pipe 30 may be characterized by the presence of a wall section locally thinned by an annular recess. This line 58 of least resistance causes the wedge pipe 30 to break when the tension exceeds a threshold value. The necessary tension is applied to the wedge 30 by the hydraulic retracting mechanism of the drilling rig 16, which raises the drill string 12. The wedge is then split into two separate parts, as shown in FIG. 8.

После описанного разрыва и разделения клиновой трубы 30 из ствола 14 скважины может быть извлечен опускающий механизм 20, как это показано на фиг. 9. Эта операция предусматривает, что часть клиновой трубы 30 на проксимальной стороне разрыва остается прикрепленной к опускающему механизму 20.After the fracture and separation of the wedge pipe 30 as described, the lowering mechanism 20 can be removed from the wellbore 14, as shown in FIG. 9. This operation provides that the portion of the wedge tube 30 on the proximal side of the fracture remains attached to the lowering mechanism 20.

Обратная сторона 60 тела 26 клина, противоположная грани 28 клина, является частично цилиндрической. Следовательно, тело 26 клина может рассматриваться как цилиндр, из которого была вырезана наклонная частично цилиндрическая часть, причем вогнутая кривизна этой вырезанной части задает грань 28 клина.The reverse side 60 of the body 26 of the wedge, opposite the face 28 of the wedge, is partially cylindrical. Therefore, the body 26 of the wedge can be considered as a cylinder from which an inclined partly cylindrical part has been cut, the concave curvature of this cut part defining the edge 28 of the wedge.

Запорный механизм 24 характеризуется наличием цилиндрического корпуса 62, радиус кривизны которого совпадает с радиусом кривизны частично цилиндрической обратной стороны 60 тела 26 клина. Этот радиус выбирается таким образом, чтобы он обеспечивал точную скользящую посадку в стволе 14 скважины. Корпус 62 характеризуется наличием суживающегося скругленного или полукруглого дистального конца 64 для облегчения дистального перемещения клина 18 вдоль ствола 14 скважины до глубины точки зарезки.The locking mechanism 24 is characterized by the presence of a cylindrical body 62, the radius of curvature of which coincides with the radius of curvature of the partially cylindrical reverse side 60 of the body 26 of the wedge. This radius is chosen such that it provides an accurate sliding fit in the wellbore 14 . The body 62 is characterized by having a tapered, rounded or semi-circular distal end 64 to facilitate distal movement of the wedge 18 along the wellbore 14 to the depth of the kickoff point.

Ниже описано срабатывание запорного механизма 24, раскрытое в привязке к фиг. 16-21.Described below is the actuation of the locking mechanism 24 as disclosed in connection with FIG. 16-21.

Вблизи своего дистального конца корпус 62 снабжен четырьмя отверстиями, равноотстоящими друг от друга в окружном направлении, в которые заходят соответствующие анкерные башмаки 38, образуя крестообразную конфигурацию. Анкерные башмаки 38 могут смещаться радиально наружу относительно центральной продольной оси 32 во взаимно-ортогональных радиальных плоскостях.Near its distal end, the housing 62 is provided with four holes equidistant from each other in the circumferential direction, into which the respective anchor shoes 38 enter, forming a cruciform configuration. Anchor shoes 38 can be displaced radially outward relative to the central longitudinal axis 32 in mutually orthogonal radial planes.

При перемещении в радиально наружном направлении в основном стволе 14 скважины анкерные башмаки 38 упираются в окружающую стенку ствола 14, фиксируя клин 18 в требуемой точке зарезки, как это также показано на фиг. 7-12. Для этого анкерные башмаки 38 снабжены зубьями, сцепляющими- 9 040552 ся со стенкой ствола 14 скважины. Удобно то, что одиночная фиксирующая операция также устанавливает грань 28 клина по требуемому азимуту, т.е. требуемый угол ориентации относительно центральной продольной оси 32 совпадает с требуемым азимутальным направлением бокового ствола 46 скважины, отходящего от точки зарезки.When moving in a radially outward direction in the main borehole 14, the anchor shoes 38 abut against the surrounding wall of the borehole 14, fixing the wedge 18 at the desired sidetracking point, as also shown in FIG. 7-12. To do this, the anchor shoes 38 are equipped with teeth that engage with the wall of the borehole 14. Conveniently, the single locking operation also sets the wedge face 28 at the desired azimuth, i.e. the required orientation angle relative to the central longitudinal axis 32 coincides with the required azimuthal direction of the lateral wellbore 46 extending from the sidetracking point.

Корпус 62 снабжен дополнительным обращенным в сторону отверстием, проксимально отстоящим от анкерных башмаков 38 ближе к телу 26 клина. В это дополнительное отверстие заходит единственный радиально перемещающийся выравнивающий башмак 40, который перемещается в радиально наружном направлении в стволе 14 скважины одновременно с анкерными башмаками 38.The body 62 is provided with an additional sideways opening proximally spaced from the anchor shoes 38 closer to the body 26 of the wedge. This additional hole receives a single radially movable alignment shoe 40, which moves radially outward in the wellbore 14 at the same time as the anchor shoes 38.

Задача выравнивающего башмака 40 состоит в том, чтобы упереться в окружающую стенку ствола 14 таким образом, чтобы клин 18 немного провернулся относительно горизонтального центра вращения, заданного анкерными башмаками 38. Направление поворота должно быть таким, чтобы проксимальный край 52 грани 28 клина плотно прижался к примыкающей стенке ствола 14 скважины так, как это показано на фиг. 7-12. Это поможет вделать проксимальный конец 52 в стенку ствола 14 скважины, предотвращая блокирование проксимальным краем 52 дистального перемещения внешней керноприемной трубы 22 при проведении последующих бурильных операций для начала создания бокового ствола 46 скважины.The task of the leveling shoe 40 is to rest against the surrounding wall of the shaft 14 so that the wedge 18 rotates slightly relative to the horizontal center of rotation given by the anchor shoes 38. The direction of rotation should be such that the proximal edge 52 of the face 28 of the wedge is pressed tightly against the borehole wall 14 as shown in FIG. 7-12. This will assist in inserting the proximal end 52 into the wall of the wellbore 14, preventing the proximal end 52 from blocking the distal movement of the outer core tube 22 during subsequent drilling operations to begin creating the sidetrack 46 of the well.

Таким образом, выравнивающий башмак 40 перемещается в направлении, которое обращено в ту же сторону, что и грань 28 клина относительно центральной продольной оси 32. Иначе говоря, выравнивающий башмак 40 перемещается в направлении, противоположном частично цилиндрической стороне тела 26 клина на обратной стороне грани 28 клина.Thus, the leveling shoe 40 moves in a direction that faces the same side as the edge 28 of the wedge with respect to the central longitudinal axis 32. In other words, the leveling shoe 40 moves in the direction opposite to the partially cylindrical side of the body 26 of the wedge on the reverse side of the edge 28 wedge.

В этом примере выравнивающий башмак 40 перемещается в той же радиальной плоскости, что и противоположная пара анкерных башмаков 38 вблизи дистального конца корпуса 62. Однако для выравнивающего башмака 40 предусмотрена возможность перемещения в другой радиальной плоскости при условии, что он будет толкать проксимальный край 52 грани 28 клина в требуемом направлении.In this example, the alignment shoe 40 moves in the same radial plane as the opposing pair of anchor shoes 38 near the distal end of the body 62. However, the alignment shoe 40 is designed to move in a different radial plane, provided that it pushes the proximal edge 52 of the facet 28 wedge in the required direction.

Запорный механизм 24 клина 18 содержит гидроцилиндр 66 на проксимальном конце, который сообщается по текучей среде с дистальным концом клиновой трубы 30. В гидроцилиндре 66 предусмотрен поршень 68, который может перемещаться в дистальном направлении по факту подачи гидравлического давления на цилиндр 66 через клиновую трубу 30. Дистальное перемещение поршня 68 инициирует дистальное перемещение продольно вытянутого штока 70, соединенного с поршнем 68. Шток 70 опирается на подшипники 72 в корпусе 62, что обеспечивает его дистальное скользящее перемещение вдоль корпуса 62.The locking mechanism 24 of the wedge 18 includes a hydraulic cylinder 66 at the proximal end, which is in fluid communication with the distal end of the wedge tube 30. The hydraulic cylinder 66 is provided with a piston 68, which can move in the distal direction by applying hydraulic pressure to the cylinder 66 through the wedge tube 30. The distal movement of the piston 68 initiates the distal movement of the longitudinally extended rod 70 connected to the piston 68. The rod 70 is supported by bearings 72 in the housing 62, which allows it to slide distally along the housing 62.

На фиг. 19 показано, что проксимальная часть штока 70 проходит через невозвратный храповый механизм 74, который позволяет штоку 70 перемещаться лишь в дистальном направлении. Для этого храповый механизм 74 содержит продольный ряд обращенных внутрь и смещенных внутрь зубцов 76, которые могут входить в зацепление с продольным рядом обращенных наружу зубцов 78 на проксимальной части штока 70.In FIG. 19 shows that the proximal portion of the stem 70 passes through a non-returning ratchet 74 which only allows the stem 70 to move in a distal direction. To this end, the ratchet mechanism 74 includes a longitudinal row of inward-facing and inwardly offset teeth 76 that can engage with a longitudinal row of outward-facing teeth 78 on the proximal portion of the shaft 70.

Настоящее изобретение обеспечивает преимущество, состоящее в том, что каждый зубец 76 храпового механизма содержит ряд относительно тонких и независимо перемещающихся пластинок 80. Это уменьшает просвет между штоком 70 и храповым механизмом 74 за счет того, что даже незначительное смещение штока 70 приведет к зацеплению следующей пластинки 80 вместо обязательного покрытия всего продольного расстояния от одного зубца 76 до другого.The present invention provides the advantage that each tooth 76 of the ratchet contains a number of relatively thin and independently moving blades 80. This reduces the clearance between the stem 70 and the ratchet 74 in that even slight movement of the stem 70 will engage the next blade. 80 instead of necessarily covering the entire longitudinal distance from one tooth 76 to another.

Как лучше всего видно на фиг. 20 и 21, дистальная часть штока 70 характеризуется наличием дистально сужающихся участков, задающих наклонные криволинейные поверхности 82 и 84, которые сопрягаются, соответственно, с анкерными башмаками 38 и выравнивающим башмаком 40. За счет этих криволинейных поверхностей 82 и 84 дистальное перемещение штока 70 инициирует перемещение анкерных башмаков 38 и выравнивающего башмака 40 радиально наружу при фиксации клина 18 в стволе 14 скважины.As best seen in FIG. 20 and 21, the distal portion of stem 70 is characterized by distally tapering portions defining inclined curved surfaces 82 and 84 that mate with anchor shoes 38 and alignment shoe 40, respectively. Through these curved surfaces 82 and 84, distal movement of stem 70 initiates movement anchor shoes 38 and leveling shoe 40 radially outward while fixing the wedge 18 in the wellbore 14.

Для гарантированного предотвращения преждевременного или случайного срабатывания запорного механизма 24 шток 70 фиксируется предохранительным штифтом 86, показанным на фиг. 21, который перпендикулярно заходит в шток из одного из подшипников 72 в охватывающем его корпусе 62.To ensure that premature or accidental actuation of the locking mechanism 24 is prevented, the stem 70 is secured with a safety pin 86 shown in FIG. 21, which perpendicularly enters the rod from one of the bearings 72 in the housing 62 covering it.

Предохранительный штифт 86 срезается для высвобождения штока 70 с тем, чтобы тот мог совершить перемещение в дистальном направлении, только при подаче на шток 70 порогового давления через поршень 68 в цилиндре 66.The safety pin 86 is sheared to release the stem 70 so that it can move distally only when a threshold pressure is applied to the stem 70 through the piston 68 in the cylinder 66.

Опускающий механизмLowering mechanism

Как схематически показано на фиг. 3, опускающий механизм 20 представляет собой вытянутый узел, размеры которого позволяют ему телескопически вписаться во внешнюю керноприемную трубу 22. В порядке следования в проксимальном направлении опускающий механизм 20 содержит полую жесткую соединительную трубу 88 на дистальном конце, сбросной клапан 90, фиксатор 92 и направляющую систему 94 ловильного приспособления на проксимальном конце.As shown schematically in FIG. 3, the lowering mechanism 20 is an elongated assembly sized to fit telescopically into the outer core tube 22. In proximal order, the lowering mechanism 20 comprises a hollow rigid connecting tube 88 at the distal end, a relief valve 90, a retainer 92, and a guide system. 94 pickers at the proximal end.

На фиг. 22 не показана соединительная труба 88, но представлены остальные части опускающего механизма 10, а именно: сбросной клапан 90, фиксатор 92 и направляющая система 94 ловильного приспособления. Более подробно эти части описаны ниже в привязке к фиг. 27-29.In FIG. 22 does not show the connecting tube 88, but shows the remaining parts of the lowering mechanism 10, namely the relief valve 90, the retainer 92 and the picker guide system 94. These parts are described in more detail below in connection with FIG. 27-29.

- 10 040552- 10 040552

На фиг. 22 также показана гильза 96, образующая часть внешней керноприемной трубы 22, которая взаимодействует с фиксатором 92, что будет описано в привязке к фиг. 28. Каротажный инструмент, схематически представленный на фиг. 5 и 6, также показан на фиг. 22, но подробнее он будет описан в привязке к фиг. 30.In FIG. 22 also shows a sleeve 96 forming part of the outer core tube 22 that cooperates with the retainer 92, as will be described in conjunction with FIG. 28. The logging tool shown schematically in FIG. 5 and 6 is also shown in FIG. 22, but it will be described in more detail in connection with FIG. thirty.

При сборке клиновой системы 10 на поверхности клин 18 удерживается зажимным устройством буровой установки 16, а опускающий механизм 20 приподнят над проксимальным концом клина 18. Между опускающим механизмом 20 и клином 18 обеспечивается угловое выравнивание относительно вертикальной оси. Затем с клиновой трубой 30 стык в стык соединяется соединительная труба 88, обеспечивая сообщение по текучей среде между соединительной трубой 88 и клиновой трубой 30 с целью активации запорного механизма 24 клина 18.When the wedge system 10 is assembled on the surface, the wedge 18 is held by the rig clamp 16 and the lowering mechanism 20 is raised above the proximal end of the wedge 18. The lowering mechanism 20 and the wedge 18 are angularly aligned with the vertical axis. A connecting pipe 88 is then butt-to-butt connected to the wedge pipe 30, providing fluid communication between the connecting pipe 88 and the wedge pipe 30 to activate the locking mechanism 24 of the wedge 18.

В необязательном варианте, как это лучше всего видно на фиг. 23, клиновая труба 30 клина 18 оканчивается и сообщается по текучей среде с более узкой ловильной трубой 98, которая отходит в проксимальном направлении от клиновой трубы 30 за пределы зажимной гайки 34. Дистальный конец ловильной трубы 98 снабжен наружной резьбой, которая может быть вкручена в ответную внутреннюю резьбу на проксимальном конце клиновой трубы 30. Ловильная труба 98 характеризуется наличием глухого дистального конца, но в стенке ловильной трубы 98 выполнено множество боковых отверстий 100, располагающихся вблизи дистального конца.Optionally, as best seen in FIG. 23, the wedge pipe 30 of the wedge 18 terminates in and is in fluid communication with a narrower fishing pipe 98 that extends proximally from the wedge pipe 30 beyond the clamp nut 34. The distal end of the fishing pipe 98 is provided with an external thread that can be screwed into a counter an internal thread at the proximal end of the wedge pipe 30. The fishing pipe 98 has a blind distal end, but the wall of the fishing pipe 98 has a plurality of side holes 100 near the distal end.

Как показано на фиг. 24, ловильная труба 98 на проксимальном конце клиновой трубы 30 проксимально заходит в соединительную трубу 88 опускающего механизма 20. Соответственно, ловильная труба 98 и охватывающая ее соединительная труба 88 соединятся друг с другом телескопическим образом, причем между ними остается узкий кольцевой зазор 102.As shown in FIG. 24, the fishing pipe 98 at the proximal end of the wedge pipe 30 proximally enters the connecting pipe 88 of the lowering mechanism 20. Accordingly, the fishing pipe 98 and the connecting pipe 88 surrounding it will be connected to each other in a telescopic manner, leaving a narrow annular gap 102 between them.

Вода, поступающая из бурильной колонны 12 вдоль соединительной трубы 88, заходит в ловильную трубу 98 через боковые отверстия 100 вблизи дистального конца ловильной трубы 98. По мере прохождения воды песок и отложения, захваченные водой, проявляют тенденцию к осаждению из потока воды под действием силы притяжения в дистальном направлении и, соответственно, в кольцевом зазоре 102 между ловильной трубой 98 и соединительной трубой 88, где происходит захват твердых частиц. Это существенно уменьшает количество частиц, которое вода заносит в запорный механизм 24 через ловильную трубу 98 и клиновую трубу 30, что способствует повышению его надежности.Water flowing from the drill string 12 along the connecting pipe 88 enters the fishing pipe 98 through the side openings 100 near the distal end of the fishing pipe 98. As the water passes, the sand and sediment entrained in the water tend to settle out of the water stream under the force of gravity. in the distal direction and, accordingly, in the annular gap 102 between the fishing pipe 98 and the connecting pipe 88, where solids are captured. This significantly reduces the amount of particles that water brings into the locking mechanism 24 through the fishing pipe 98 and wedge pipe 30, which contributes to improving its reliability.

По окончании размещения опускающего механизма 20 во внешней керноприемной трубе 22 соединительная труба 88 будет дистально выступать примерно на полметра за пределы породоразрушающего инструмента на дистальном конце внешней керноприемной трубы 22, как это показано на фиг. 25. Это облегчит стыковое соединение соединительной трубы 88 с клиновой трубой 30 при ее удержании буровой установкой 16. Для этого дистальный конец соединительной трубы 88 снабжен наружной резьбой, входящей в зацепление с упомянутой выше зажимной гайкой 34 на проксимальном конце клиновой трубы 30, как это показано на фиг. 26.Once the lowering mechanism 20 has been placed in the outer core tube 22, the connecting tube 88 will protrude distally about half a meter beyond the rock cutting tool at the distal end of the outer core tube 22, as shown in FIG. 25. This will facilitate butt connection of the connecting pipe 88 with the wedge pipe 30 while being held by the drilling rig 16. To do this, the distal end of the connecting pipe 88 is provided with an external thread that engages with the aforementioned clamp nut 34 at the proximal end of the wedge pipe 30, as shown. in fig. 26.

Зажимная гайка 34 связывает соединительную трубу 88 с клиновой трубой 30 не только по текучей среде, но также и механически. Таким образом, и соединительная труба 88, и подсоединенная к ней клиновая труба 30 может нести на себе осевую весовую нагрузку клина 18, когда клиновая система 10 подвешена к бурильной колонне 12 в стволе 14 скважины. Соединительная труба 88 и подсоединенная к ней клиновая труба 30 также сцеплены друг с другом для противодействия относительному угловому смещению. Следовательно, соединительная труба 88 и клиновая труба 30 могут также передавать крутящий момент для проворачивания клина 18, когда бурильная колонна 12 и опускающий механизм 20 вместе проворачиваются в стволе 14 скважины.The clamp nut 34 connects the connecting pipe 88 with the wedge pipe 30 not only fluidly, but also mechanically. Thus, both the connecting pipe 88 and the slip pipe 30 connected thereto can bear the axial weight load of the slip 18 when the slip system 10 is suspended from the drill string 12 in the wellbore 14. The connecting pipe 88 and the wedge pipe 30 connected to it are also interlocked with each other to counteract the relative angular displacement. Therefore, the connecting pipe 88 and slip pipe 30 can also transmit torque to rotate the wedge 18 when the drill string 12 and lowering mechanism 20 are rotated together in the wellbore 14 .

Направляющая система 94 ловильного приспособления в предпочтительном варианте шарнирно закреплена на фиксаторе 92 таким образом, чтобы направляющая система 94 ловильного приспособления могла поворачиваться относительно оставшейся части в остальном жесткого опускающего механизма 20. Это облегчает подъем опускающего механизма 20 из горизонтального положения на поверхности в вертикальное положение на буровой установке 16 для его заведения в ствол 14 скважины. Однако все части опускающего механизма 20 сцеплены друг с другом для противодействия относительному угловому смещению относительно его центральной продольной оси.The picker guide system 94 is preferably hinged to the latch 92 so that the picker guide system 94 can rotate relative to the remainder of the otherwise rigid lowering mechanism 20. This facilitates lifting of the lowering mechanism 20 from a horizontal position on the surface to a vertical position on the rig. installation 16 for its introduction into the wellbore 14. However, all parts of the lowering mechanism 20 are interlocked with each other to resist relative angular displacement about its central longitudinal axis.

Отсюда следует, что при нахождении в стволе 14 скважины угловая ориентация соединительной трубы 88 на дистальном конце опускающего механизма 20 всегда должна следовать за угловой ориентацией направляющей системы 94 ловильного приспособления на проксимальном конце опускающего механизма 20. Следовательно, определение угловой ориентации направляющей системы 94 ловильного приспособления в стволе 14 скважины определяет угловую ориентацию соединительной трубы 88 в стволе 14 скважины.It follows that when in the wellbore 14, the angular orientation of the connecting tube 88 at the distal end of the lowering mechanism 20 must always follow the angular orientation of the picker guide system 94 at the proximal end of the lowering mechanism 20. Therefore, determining the angular orientation of the picker guide system 94 in wellbore 14 determines the angular orientation of the connecting pipe 88 in the wellbore 14 .

Далее, поскольку соединительная труба 88 и подсоединенная к ней клиновая труба 30 сцеплены друг с другом для противодействия относительному угловому смещению, угловая ориентация клина 18 всегда должна следовать за угловой ориентацией направляющей системы 94 ловильного приспособления на проксимальном конце опускающего механизма 20. Соответственно, определение угловой ориентации направляющей системы 94 ловильного приспособления в стволе 14 скважины, что будет описано ниже, определяет угловую ориентацию клина 18, который зафиксирован в угловом положении с известнойFurther, since the connecting pipe 88 and the wedge pipe 30 connected thereto are engaged with each other to resist relative angular displacement, the angular orientation of the wedge 18 must always follow the angular orientation of the picker guide system 94 at the proximal end of the lowering mechanism 20. Accordingly, the determination of the angular orientation guide system 94 of the picker in the wellbore 14, which will be described below, determines the angular orientation of the wedge 18, which is fixed in an angular position with a known

- 11 040552 ориентацией относительно соединительной трубы 88. Следовательно, это определяет азимутальное выравнивание грани 28 клина в стволе 14 скважины.- 11 040552 orientation relative to the connecting pipe 88. Therefore, this determines the azimuthal alignment of the edge 28 of the wedge in the borehole 14 of the well.

Проксимальный конец соединительной трубы 88 сообщается по текучей среде со сбросным клапаном 90, отдельно показанным на фиг. 27. Сбросной клапан 90 выравнивает давление водного раствора внутри и за пределами бурильной колонны 12, обеспечивая в нормальном режиме работы возможность прохождения водного раствора из бурильной колонны 12 через опускающий механизм 20 во внешней керноприемной трубе 22 и его обтекания этим водным раствором.The proximal end of the connecting tube 88 is in fluid communication with a relief valve 90, shown separately in FIG. 27. Relief valve 90 equalizes the pressure of the aqueous solution inside and outside the drill string 12, allowing, in normal operation, the aqueous solution from the drill string 12 to pass through the lowering mechanism 20 in the outer core pipe 22 and flow around it with this aqueous solution.

Сбросной клапан 90 содержит проксимально поджимаемый толкатель 104, который может противодействовать поджиманию пружины 106, смещаясь в дистальном направлении. Водный раствор, протекающий в дистальном направлении вниз по бурильной колонне 12, проходит через центральное отверстие 108 толкателя 104.Relief valve 90 includes a proximally biased pusher 104 that can counteract the bias of spring 106 by moving distally. The aqueous solution flowing distally down the drill string 12 passes through the central hole 108 of the pusher 104.

Когда толкатель 104 находится в своем нормальном проксимальном положении, часть водного раствора, проходящего через его центральное отверстие 108, выходит через отверстия 110 в окружающей трубчатой стенке сбросного клапана 90. Однако при повышении давления водного раствора, закачиваемого в бурильную колонну 12 на поверхности, толкатель 104 преодолевает пожимающее усилие пружины, смещаясь в дистальном направлении. Этим толкатель 104 блокирует отверстия 110, вследствие чего по существу весь поток водного раствора под высоким давлением направляется в соединительную трубу 88, обходя сбросной клапан 90. Водный раствор под высоким давлением, отводимый сбросным клапаном 90, направляется через соединительную трубу 88 в клиновую трубу 30, активируя после своего прохождения запорный механизм 24 клина 18 согласно описанию, представленному выше.When the pusher 104 is in its normal proximal position, a portion of the aqueous solution passing through its central hole 108 exits through the holes 110 in the surrounding tubular wall of the relief valve 90. However, when the pressure of the aqueous solution pumped into the drill string 12 at the surface increases, the pusher 104 overcomes the compressive force of the spring by moving distally. This pusher 104 blocks holes 110, whereby substantially all of the flow of high pressure aqueous solution is directed into the connecting pipe 88, bypassing the relief valve 90. The high pressure aqueous solution discharged by the relief valve 90 is directed through the connecting pipe 88 to the wedge pipe 30, activating after its passage the locking mechanism 24 of the wedge 18 as described above.

Фиксатор 92 на проксимальном конце сбросного клапана 90 проиллюстрирован в данном случае запорной внутренней трубой 92 типа Boart Longyear с лепестковыми защелками, увеличенное изображение которой представлено на фиг. 28. Направляющая система 94 ловильного приспособления проиллюстрирована в данном случае специально модифицированным защелкивающим механизмом 94 с четырьмя кулачками типа Christensen, увеличенное изображение которого представлено на фиг. 29. Обе эти торговые марки используются в буровой промышленности для описания соответствующих продуктов, и поэтому они стали нарицательными. Обе эти единицы оборудования по отдельности знакомы специалистам в данной области техники, и поэтому нет особой необходимости в их дополнительном описании в настоящем документе.The latch 92 at the proximal end of the relief valve 90 is illustrated in this case by a Boart Longyear latch-type locking inner tube 92, an enlarged view of which is shown in FIG. 28. The picker guide system 94 is illustrated here with a specially modified Christensen-type four-cam latch mechanism 94, an enlarged view of which is shown in FIG. 29. Both of these trademarks are used by the drilling industry to describe their respective products and have therefore become household names. Both of these pieces of equipment are individually familiar to those skilled in the art and therefore need not be further described here.

В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения используется защелкивающий механизм 94 с четырьмя кулачками типа Christensen для замены подъемной муфты с копьевидным концом, обращенной в проксимальном направлении, наличием которой характеризуется запорное устройство 92 типа Boart Longyear. Таким образом, использование защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками типа Christensen в сочетании с запорным устройством 92 типа Boart Longyear является новым и преимущественным аспектом заявленного изобретения. Следовательно, согласно настоящему изобретению хорошо знакомое оборудование, совмещаемое с существующим бурильным оборудованием, может быть использовано новаторским и благоприятным образом.In preferred embodiments of the present invention, a Christensen-type four-jaw latch mechanism 94 is used to replace the proximally facing spear-end lifter of the Boart Longyear locking device 92. Thus, the use of a Christensen-type four-jaw latch mechanism 94 in combination with a Boart Longyear-type locking device 92 is a novel and advantageous aspect of the claimed invention. Therefore, according to the present invention, well-known equipment, compatible with existing drilling equipment, can be used in an innovative and beneficial manner.

Запорное устройство 92 типа Boart Longyear с лепестковыми защелками содержит втягивающиеся замковые защелки 112, расположенные диаметрально противоположно друг другу, одна из которых показана на фиг. 28. При введении опускающего механизма 20 в зацепление с охватывающей его внешней керноприемной трубой 22 во время спуска замковые защелки 112 совмещаются в продольном направлении с внутренним замковым выступом 114 на гильзе 96 внешней керноприемной трубы 22. Замковый выступ 114 также проиллюстрирован на фиг. 28.The Boart Longyear latch latch 92 includes diametrically opposed retractable latch bolts 112, one of which is shown in FIG. 28. When lowering mechanism 20 is engaged with outer core tube 22 enclosing it during descent, latch latches 112 are longitudinally aligned with inner lug 114 on sleeve 96 of outer core tube 22. Latch lug 114 is also illustrated in FIG. 28.

После окончательной установки опускающего механизма 20 во внешней керноприемной трубе 22 замковые защелки 112 будут выступать в сторону от трубы в радиальном направлении. В результате обеспечивается возможность зацепления заплечика во внешней керноприемной трубе 22 для фиксации опускающего механизма 20 в осевом направлении с целью предотвращения его проксимального смещения относительно внешней керноприемной трубы 22. Замковые защелки 112 также входят в зацепление с замковым выступом 114 для фиксации опускающего механизма 20 в заданном угловом положении относительно внешней керноприемной трубы 22 и, соответственно, относительно бурильной колонны 12, к которой подвешена внешняя керноприемная труба 22. Таким образом, крутящий момент, прикладываемый с поверхности для проворачивания бурильной колонны 12, также обуславливает проворачивание опускающего механизма 20 и клина 18, подвешенного к опускающему механизму 20 в стволе 14 скважины.After the lowering mechanism 20 is finally installed in the outer core tube 22, the latch latches 112 will protrude radially away from the tube. As a result, it is possible to engage the shoulder in the outer core pipe 22 to fix the lowering mechanism 20 in the axial direction in order to prevent its proximal displacement relative to the outer core pipe 22. position relative to the outer core pipe 22 and, respectively, relative to the drill string 12, from which the outer core pipe 22 is suspended. lowering mechanism 20 in the wellbore 14 .

Когда защелкивающий механизм 94 с четырьмя кулачками захватывается канатной подъемной системой 42, как это показано на фиг. 9, с целью извлечения опускающего механизма 20 после занятия клином 18 своего окончательного положения, подъемная система 42 воспринимает вес опускающего механизма 20. В результате замковые защелки 112 отводятся обратно в трубу, высвобождая внешнюю керноприемную трубу 22. Теперь опускающий механизм 20 может быть свободно поднят из внешней керноприемной трубы 22 и извлечен на поверхность. После этого стандартная внутренняя керноприемная труба 44, которая может быть снабжена, например, своим собственным запорным устройством типа Boart Longyear с лепестковыми защелками, может быть спущена вниз для вхождения в зацепление с внешнейWhen the four-jaw latch mechanism 94 is engaged by the rope hoist 42, as shown in FIG. 9, in order to retrieve the lowering mechanism 20 after the wedge 18 has reached its final position, the lifting system 42 bears the weight of the lowering mechanism 20. external core pipe 22 and removed to the surface. Thereafter, the standard inner core tube 44, which may be fitted with, for example, its own Boart Longyear latch lock, may be lowered to engage with the outer core.

- 12 040552 керноприемной трубой 22, как это показано на фиг. 11, что дает возможность начать колонковое бурение со съёмным керноприёмником.- 12 040552 core pipe 22, as shown in Fig. 11, which makes it possible to start core drilling with a removable core receiver.

Защелкивающие механизмы типа Christensen с четырьмя кулачками раскрыты, например, в патенте США № 4482013. Коротко говоря, такой защелкивающий механизм с четырьмя кулачками отличается наличием четырех вытянутых в проксимальном направлении подпружиненных кулачков 116, которые могут быть захвачены соответствующей канатной подъемной системой 42 с целью подъема и извлечения внутренней керноприемной трубы из внешней керноприемной трубы 22.Four-jaw Christensen-type latch mechanisms are disclosed, for example, in US Pat. extracting the inner core pipe from the outer core pipe 22.

Для решения задач настоящего изобретения защелкивающий механизм 94 с четырьмя кулачками закрепляется не на внутренней керноприемной трубе, а на оставшееся части опускающего механизма 20 через фиксатор 92. Кроме того, защелкивающий механизм 94 с четырьмя кулачками выполняет две функции. Его основанная функция заключается в том, чтобы обеспечить возможность съемки азимутальной ориентации опускающего механизма 20 и, соответственно, грани 28 клина, соединенного с опускающим механизмом 20, до занятия клином 18 своего окончательного положения в стволе скважины. Его вторая функция заключается в том, чтобы обеспечить возможность извлечения опускающего механизма 20 на поверхность с использованием канатной подъемной системы 42 после занятия клином 18 своего окончательного положения в стволе скважины. Эта вторая функция соответствует его нормальной функции извлечения внутренней керноприемной трубы из внешней керноприемной трубы 22, которая известна специалистам в данной области техники, и поэтому не требует дополнительного описания в настоящем документе.To accomplish the objectives of the present invention, the four-jaw latch mechanism 94 is secured not to the inner core tube, but to the remainder of the lowering mechanism 20 through the latch 92. In addition, the four-jaw latch mechanism 94 serves two functions. Its main function is to allow the azimuthal orientation of the lowering mechanism 20 and, accordingly, the face 28 of the wedge connected to the lowering mechanism 20 to be captured before the wedge 18 reaches its final position in the wellbore. Its second function is to allow the lowering mechanism 20 to be retrieved to the surface using the cable hoist system 42 after the wedge 18 has taken its final position in the wellbore. This second function corresponds to its normal function of extracting the inner core tube from the outer core tube 22, which is known to those skilled in the art, and therefore does not require further description here.

Для выполнения своей основной функции по обеспечению возможности съемки защелкивающий механизм 94 с четырьмя кулачками согласно настоящему изобретению модифицирован таким образом, чтобы он мог входить в соединение с каротажным инструментом 36, схематическое изображение которого представлено на фиг. 5 и 6, а увеличенное изображение - на фиг. 30. Каротажный инструмент 36 также выполнен с возможностью вхождения в зацепление с защелкивающим механизмом 94 с четырьмя кулачками. Для этого защелкивающий механизм 94 с четырьмя кулачками и каротажный инструмент 36 снабжены сопрягаемыми взаимосцепляющимися конструкциями, которые будут описаны ниже.In order to perform its primary function of enabling surveying, the four-cam latch mechanism 94 of the present invention has been modified so that it can be coupled to a logging tool 36, schematically shown in FIG. 5 and 6 and an enlarged view in Figs. 30. The logging tool 36 is also configured to engage with a four-jaw latch mechanism 94. To this end, the four-jaw latch mechanism 94 and the logging tool 36 are provided with mating interlocking structures, which will be described below.

Каротажный инструмент 36 может опускаться в бурильную колонну 12 на канате, протянутым от поверхности до защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками, с которым каротажный инструмент 36 впоследствии входит в зацепление. Для точного определения азимута необходимо, чтобы каротажный инструмент 36 входил в зацепление с защелкивающим механизмом 94 с четырьмя кулачками только в одном угловом положении относительно защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками. Кроме того, преимуществом является то, что такое угловое положение каротажный инструмент 36 может занять автоматически во время его вхождения в зацепление с защелкивающим механизмом 94 с четырьмя кулачками.The logging tool 36 can be lowered into the drill string 12 on a wireline extended from the surface to a four-jaw latch mechanism 94, with which the logging tool 36 subsequently engages. An accurate azimuth determination requires that the logging tool 36 engage the four-jaw latch 94 in only one angular position relative to the four-jaw latch 94. In addition, it is an advantage that the logging tool 36 can assume such an angular position automatically during its engagement with the four-jaw latch mechanism 94.

В частности, для этого предусмотрен посадочный башмак 118 с косым срезом каротажного инструмента 36, выступающий в дистальном направлении между четырьмя проксимально вытянутыми кулачками 116 защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками. Посадочный башмак 118 с косым срезом представляет собой дистально вытянутую трубу со срезанным под косым углом концом, образующим наклоненный торец 120, обращенный в дистальном направлении. От проксимального конца торца 120 проксимально отходит паз 122. В пазу 122 располагается датчик 124 зажатия.In particular, a beveled landing shoe 118 of the logging tool 36 is provided for this purpose, protruding distally between four proximally extended cams 116 of a four-cam latch mechanism 94. The beveled landing shoe 118 is a distally elongated tube with an obliquely cut end to form a distally inclined end 120. From the proximal end of the end face 120 extends proximally the groove 122. In the groove 122 is the sensor 124 clamping.

Соответственно, на фиг. 29 показано, что к внутренней стороне одного из четырех кулачков 116 защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками добавлена шпоночная конструкция 126 с проксимально сужающейся шпонкой, обращенной внутрь. Форма и ориентация шпоночной конструкции 126 обеспечивают ее вхождение в паз 122 посадочного башмака 118 с косым срезом при корректном выравнивании каротажного инструмента 36 относительно защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками. Таким образом, шпоночная конструкции 126 модифицирует защелкивающий механизм 94 с четырьмя кулачками, превращая его во встроенный приемник ориентации.Accordingly, in FIG. 29 shows that to the inside of one of the four cams 116 of the four cam latch mechanism 94 is added a key structure 126 with a proximally tapering inward-facing key. The shape and orientation of the key structure 126 allows it to fit into the slot 122 of the beveled landing shoe 118 while correctly aligning the logging tool 36 with the four-jaw latch mechanism 94. Thus, the key structure 126 modifies the four-jaw latch mechanism 94 into an integral orientation receiver.

Корректное угловое выравнивание каротажного инструмента 36 относительно защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками обеспечивается наклонным дистальным торцом 120 посадочного башмака 118 с косым срезом. Наклон дистального торца 120 взаимодействует с проксимальной конусностью шпоночной конструкции 126, вследствие чего каротажный инструмент 36 поворачивается относительно продольной оси 32 по мере перемещения посадочного башмака 118 с косым срезом в дистальном направлении.Proper angular alignment of the logging tool 36 relative to the four-jaw latch mechanism 94 is provided by the inclined distal end 120 of the beveled landing shoe 118. The inclination of the distal end 120 interacts with the proximal taper of the key structure 126 so that the logging tool 36 rotates about the longitudinal axis 32 as the beveled landing shoe 118 moves distally.

Это вращение каротажного инструмента 36 выравнивает паз 122 относительно шпоночной конструкции 126 по мере того, как посадочный башмак 118 с косым срезом скользит вдоль шпоночной конструкции 126 в дистальном направлении, проходя между охватывающими его кулачками 116. После этого датчик 124 зажатия подтверждает вхождение шпоночной конструкции 126 в паз 124.This rotation of the logging tool 36 aligns the slot 122 with the key structure 126 as the bevelled landing shoe 118 slides distally along the key structure 126, passing between the enclosing cams 116. The clamp sensor 124 then confirms that the key structure 126 has entered the groove 124.

В необязательном варианте обеспечить угловое выравнивание между каротажным инструментом 36 и защелкивающим механизмом 94 с четырьмя кулачками, а также подтвердить, что каротажный инструмент 36 надлежащим образом вошел в соединение со шпоночной конструкцией 126 защелкивающего механизма 94 с четырьмя кулачками, поможет дистально обращенная камера, предусмотренная в каротажном инструменте 36.Optionally, to provide angular alignment between the logging tool 36 and the four-jaw latch mechanism 94, and to confirm that the logging tool 36 is properly engaged with the key structure 126 of the four-jaw latch mechanism 94, a distally facing camera provided in the logging tool will help. tool 36.

--

Claims (12)

Даже при незначительном отклонении основного ствола 14 скважины от вертикали, что на практике является обычным делом, даже в номинально вертикальном стволе каротажный инструмент 36 может определить азимут клина 18 и, соответственно, бокового ствола 46 скважины гравитационно в привязке к верхней части и/или нижней части ствола 14 скважины. Это возможно благодаря тому, что локальный наклон и азимут основного ствола 14 скважины на глубине точки зарезки уже известны из детального обследования ствола 14 скважины, которое в обычном порядке выполняется заранее.Even with a slight deviation of the main wellbore 14 from the vertical, which is common in practice, even in a nominally vertical wellbore, the logging tool 36 can determine the azimuth of the wedge 18 and, accordingly, the lateral wellbore 46 of the well gravitationally in relation to the upper part and / or lower part wellbore 14. This is possible due to the fact that the local inclination and azimuth of the main borehole 14 at the depth of the sidetracking point is already known from a detailed survey of the borehole 14, which is normally carried out in advance. Верхняя часть и/или нижняя часть ствола 14 скважины может быть определена путем вращения бурильной колонны 12 с целью проворачивания опускающего механизма 20 относительно его продольной оси 32 в стволе 14 скважины. Это также изменит ориентацию каротажного инструмента, сцепленного с защелкивающим механизмом 94, снабженным четырьмя кулачками.The top and/or bottom of the wellbore 14 can be determined by rotating the drill string 12 to rotate the lowering mechanism 20 about its longitudinal axis 32 in the wellbore 14. This will also change the orientation of the logging tool engaged with the four cam latch mechanism 94. Определив верхнюю часть и/или нижнюю часть ствола 14 скважины, можно установить ориентир или точку отсчета данных для использования методов позиционирования по узлам координатной сетки или GR-методов позиционирования. Это дает определенное преимущество, поскольку устраняет необходимость в использовании немагнитных бурильных труб, которые очень дорого стоят и обычно не могут использоваться в бурильной колонне из-за чрезмерной мягкости материала, из которого они изготовлены.Once the top and/or bottom of the wellbore 14 has been determined, a landmark or data point can be established for using gridded or GR positioning methods. This has the advantage of eliminating the need for non-magnetic drill pipes, which are very expensive and usually cannot be used in a drill string due to the excessive softness of the material from which they are made. Однако в принципе каротажный инструмент 38 может определять азимут с помощью иных средств, например гироскопических или магнитных с использованием в качестве ориентира направления на северный магнитный полюс. Незначительные отклонения бокового ствола 46 скважины от требуемого угла наклона и азимута могут быть скорректированы на последующей стадии бурения забойным двигателем после завершения начального колонкового бурения со съёмным керноприёмником за клином 18.However, in principle, the logging tool 38 may determine the bearing by other means, such as gyroscopic or magnetic, using the direction of the north magnetic pole as a reference. Slight deviations of the lateral wellbore 46 from the required angle of inclination and azimuth can be corrected at a subsequent stage of drilling with a downhole motor after completion of the initial core drilling with a removable core tube behind the wedge 18. В идею настоящего изобретения могут быть внесены самые разные изменения. Например, жесткое соединительное звено, содержащее клиновую трубу и соединительную трубу, не обязательно должно разрываться или подниматься в проксимальном направлении для разрыва. Составные части жесткого соединительного звена могут быть отделены друг от друга иными способами, например путем активации расцепляющего механизма или путем скручивания клиновой трубы с превышением углового предела или вкручивания в левую резьбу.A variety of changes can be made to the idea of the present invention. For example, a rigid connecting link containing a wedge pipe and a connecting pipe does not have to break or rise in the proximal direction to break. The component parts of the rigid connecting link can be separated from each other in other ways, for example by activating the release mechanism or by twisting the wedge pipe beyond the angular limit or screwing into a left-hand thread. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ наклонно-направленного бурения, причем этот способ предусматривает: подвод клина от бурильной установки к точке зарезки в основном стволе скважины с удержанием клина дистально относительно трубчатой бурильной колонны с помощью по существу жесткого соединительного звена, проходящего через кольцевой породоразрушающий инструмент вдоль центральной продольной оси для соединения клина с бурильной колонной; фиксацию клина в точке зарезки в основном стволе скважины по требуемому азимуту; разрыв соединения между бурильной колонной и зафиксированным клином, которое обеспечивается указанным соединительным звеном; извлечение по меньшей мере части соединительного звена через породоразрушающий инструмент после разрыва указанного соединения; и выдвижение бурильной колонны для выбуривания бокового ствола скважины, отходящего от основного ствола скважины по азимуту, заданному клином, без извлечения бурильной колонны.1. Directional drilling method, and this method involves: supplying a wedge from the drilling rig to the sidetracking point in the main wellbore while holding the wedge distally relative to the tubular drill string using a substantially rigid connecting link passing through the annular rock cutting tool along the central longitudinal axis for connecting the wedge with the drill string; fixing the wedge at the kickoff point in the main wellbore according to the required azimuth; breaking the connection between the drill string and the fixed wedge, which is provided by the specified connecting link; extracting at least part of the connecting link through the rock cutting tool after breaking said connection; and extending the drill string to drill out a lateral wellbore extending from the main wellbore along an azimuth given by the wedge without pulling out the drill string. 2. Способ по п.1, предусматривающий ориентирование клина по требуемому азимуту путем проворачивания бурильной колонны относительно центральной продольной оси для прикладывания крутящего момента к клину через соединительное звено.2. The method according to claim 1, which involves orienting the wedge along the required azimuth by turning the drill string about the central longitudinal axis to apply torque to the wedge through the connecting link. 3. Способ по п.1 или 2, предусматривающий отрыв соединительного звена для разрыва соединения, при котором дистальная часть соединительного звена остается вделанной в клин.3. The method according to claim 1 or 2, providing for the removal of the connecting link to break the connection, in which the distal part of the connecting link remains embedded in the wedge. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, предусматривающий удержание клина в бурильной колонне с помощью опускающего механизма.4. A method according to any one of the preceding claims, comprising holding the wedge in the drill string by means of a lowering mechanism. 5. Способ по п.4, предусматривающий извлечение опускающего механизма на буровую установку после разрыва соединения.5. The method according to claim 4, providing for the removal of the lowering mechanism on the drilling rig after breaking the connection. 6. Способ по п.5, предусматривающий введение опускающего механизма в зацепление с канатной подъемной системой, которая выдвигается внутри бурильной колонны.6. The method of claim 5, comprising engaging the lowering mechanism with a wireline hoist system that extends inside the drill string. 7. Способ по любому из предшествующих пп.4-6, предусматривающий замену опускающего механизма внутренней керноприемной трубой, которая выдвигается внутри бурильной колонны перед выдвижением бурильной колонны для выбуривания бокового ствола скважины.7. A method according to any one of the preceding claims 4 to 6, comprising replacing the lowering mechanism with an internal core pipe that extends inside the drill string prior to extending the drill string to drill out a lateral wellbore. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, выполняемый без разборки бурильной колонны.8. Method according to any one of the preceding claims, carried out without dismantling the drill string. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, предусматривающий передачу запирающей энергии на клин через соединительное звено.9. A method according to any one of the preceding claims, comprising transferring the locking energy to the wedge through the connecting link. 10. Способ по п.9, предусматривающий фиксацию клина путем подачи гидравлического давления через соединительное звено.10. The method according to claim 9, which involves fixing the wedge by applying hydraulic pressure through the connecting link. 11. Способ по п.9 или 10, предусматривающий отведение бурового раствора через соединительное звено для фиксации клина.11. The method according to claim 9 or 10, which involves diverting the drilling fluid through the connecting link to fix the wedge. 12. Способ по п.11, предусматривающий отведение бурового раствора путем создания давления,12. The method according to claim 11, providing for the diversion of the drilling fluid by creating pressure, --
EA202090912 2017-10-06 2018-10-08 DIRECTIONAL DRILLING EA040552B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1716427.8 2017-10-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040552B1 true EA040552B1 (en) 2022-06-22

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9951573B2 (en) Whipstock and deflector assembly for multilateral wellbores
RU2687729C1 (en) System for drilling multi-barrel wells, which enables to minimize number of round-trip operations
US5785133A (en) Multiple lateral hydrocarbon recovery system and method
US6648069B2 (en) Well reference apparatus and method
EP1295011B1 (en) Apparatus and method to complete a multilateral junction
US6554062B1 (en) Anchor apparatus and method
US12084970B2 (en) Directional drilling
US11578550B2 (en) Downhole device delivery and associated drive transfer system and method of delivering a device down a hole
US9995106B2 (en) Hydraulically released running tool for setting a whipstock anchor before cementing therethrough
US20180258701A1 (en) Downhole tool orienting subassembly
US7077206B2 (en) Method and apparatus involving an integrated or otherwise combined exit guide and section mill for sidetracking or directional drilling from existing wellbores
EA040552B1 (en) DIRECTIONAL DRILLING
WO1998005845A1 (en) Method for forming a casing window
CN118669048A (en) System for orienting and anchoring a downhole tool
NO310037B1 (en) Side well restoration tool