RU183524U1

RU183524U1 - Drill string assembly

Info

Publication number: RU183524U1
Application number: RU2018119217U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Васильевич Нескоромных; Павел Геннадьевич Петенёв; Павел Федорович Еловых; Сергей Викторович Лысаков
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2018-09-25

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для бурения глубоких скважин с применением забойных двигателей.Компоновка бурильной колонны, включающая бурильные трубы, забойный двигатель с искривленным корпусом для бурения скважины по заданной траектории, при этом между бурильными трубами и забойным двигателем с искривленным корпусом установлена муфта и якорное устройство для забойного двигателя, при этом якорное устройство снабжено выдвигаемыми полозьями.Реализуется возможность бурения протяженных горизонтальных и наклонных участков стволов скважин с применением винтовых забойных двигателей, позволяющих производить корректировку направления скважины на всем интервале проходки. 1 ил.The invention relates to devices for drilling deep wells using downhole motors. A drill string arrangement including drill pipes, a downhole motor with a curved body for drilling a well along a predetermined path, and a coupling and an anchor device are installed between the drill pipes and the downhole motor with a curved body. for the downhole motor, while the anchor device is equipped with extendable runners. The possibility of drilling extended horizontal and inclined sections with well bores using helical downhole motors, which allow for adjustment of the direction of the well over the entire drilling interval. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для бурения глубоких скважин с применением забойных двигателей, таких как турбобуры, винтовые забойные двигатели и электробуры.The utility model relates to devices for drilling deep wells using downhole motors, such as turbodrills, helical downhole motors and electric drills.

Основной особенностью бурения забойными двигателями является отсутствие необходимости вращения бурильной колонны для передачи крутящего момента к долоту, поскольку привод вращения долота находится непосредственно на забое скважины в виде забойного двигателя - гидравлического или электрического.The main feature of downhole drilling is that there is no need to rotate the drill string to transmit torque to the bit, since the bit rotation drive is located directly on the bottom of the well in the form of a downhole motor - hydraulic or electric.

Тем не менее, при проходке протяженных, особенно полого наклонных и горизонтальных участков ствола скважины необходимость вращения всей бурильной колонны возникает вследствие значительных сопротивлений, возникающих при продольном вдоль оси скважины перемещении колонны. Эти сопротивления максимальны при отсутствии вращения колонны и уменьшаются по мере роста частоты вращения колонны. Поэтому для снижения сопротивления перемещению колонны во избежание её складывания и возможности удлинения буримых стволов при бурении забойными двигателями возникает необходимость во вращении колонны.Nevertheless, when driving extended, especially hollow, inclined and horizontal sections of the wellbore, the need to rotate the entire drill string arises due to significant resistance arising during the longitudinal movement of the string along the axis of the well. These resistances are maximum in the absence of column rotation and decrease as the column rotation frequency increases. Therefore, to reduce the resistance to movement of the column in order to avoid its folding and the possibility of lengthening drill stems when drilling with downhole motors, it becomes necessary to rotate the column.

В то же время, если используется для проходки ствола скважины с изменением её траектории отклонитель на базе забойного двигателя, например, отклонитель в виде кривого переводника или искривленного корпуса забойного двигателя (см. В. В. Нескоромных Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2016 г., стр. 209-220 рис. 4.34), то вращение бурильной колонны становится невозможно из-за необходимости изменения направления скважины, при котором положение забойного двигателя должно быть зафиксировано в одной плоскости - плоскости набора кривизны.At the same time, if a diverter based on a downhole motor is used to drive a wellbore with changing its trajectory, for example, a diverter in the form of a curved sub or a curved bottomhole motor housing (see V.V. Neskoromnykh Drilling deviated, horizontal and multilateral wells. Krasnoyarsk : Siberian Federal University, 2016, pp. 209-220, Fig. 4.34), the rotation of the drill string becomes impossible due to the need to change the direction of the well, in which the position of the downhole motor should be fixed is aligned in one plane - the plane of curvature set.

Именно поэтому возникают объективные причины для ограничения возможностей применения отклонителей на базе забойных двигателей при проходке протяженных стволов скважин с горизонтальным окончанием.That is why there are objective reasons for limiting the possibility of using deflectors based on downhole motors when driving long wellbores with horizontal endings.

Для проводки протяженных стволов при современном бурении используют дорогостоящие роторные управляемые системы (РУС), которые могут работать и производить искривление скважины при постоянном вращении бурильной колонны.To post extended shafts during modern drilling, expensive rotary guided systems (RUS) are used, which can work and produce a well curvature with constant rotation of the drill string.

Системы РУС, которые могут приняты за аналог представлены в работе (В. В. Нескоромных Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2016 г., стр. 220-220 рис. 4.43, 4.44, 4.51, 4.55, 4.56 и др.).RUS systems that can be taken for an analog are presented in the work (V.V. Neskoromnykh Drilling of deviated, horizontal and multilateral wells. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2016, pp. 220-220, Fig. 4.43, 4.44, 4.51, 4.55, 4.56 and others).

При работе РУС в стволе скважин, как наклонных, так и горизонтальных используется компоновка, которая включает бурильные трубы, соединенные с забойной телеметрической системой (ЗТС) и отклонителем роторного типа. Вся эта компоновка работает в скважине с постоянным вращением всей колонны, что позволяет бурить горизонтальные стволы значительной протяженности.When operating the RUS in a wellbore, both deviated and horizontal, an arrangement is used that includes drill pipes connected to a downhole telemetry system (ZTS) and a rotary deflector. All this arrangement works in the well with constant rotation of the entire string, which allows drilling horizontal trunks of considerable length.

Недостатком аналога является значительная сложность конструкции и высокая стоимость. Например, одна роторная управляемая система может стоить десятки или даже более 100-150 миллионов рублей (не менее миллиона долларов), в то время как отклонитель на базе винтового забойного двигателя стоит не менее, чем в 4-5 раз меньше (200-250 тысяч долларов).The disadvantage of an analogue is the significant complexity of the design and high cost. For example, one rotary controlled system can cost tens or even more than 100-150 million rubles (at least a million dollars), while a diverter based on a downhole screw motor costs at least 4-5 times less (200-250 thousand dollars).

Кроме этого компоновка РУС характеризуется низкой эффективностью из-за того, что крутящий момент к забою передается через всю бурильную колонну, что снижает эффективность процесса разрушения горной породы долотом, так как значительная часть энергии тратится на трение колонны о стенки скважины, на вибрацию, и до забоя энергия, необходимая для разрушения породы, в полном объеме не доставляется.In addition, the layout of the RUS is characterized by low efficiency due to the fact that the torque to the bottom is transmitted through the entire drill string, which reduces the efficiency of the rock destruction process with a bit, since a significant part of the energy is spent on friction of the string against the borehole wall, on vibration, and up to the bottom hole the energy needed to destroy the rock is not delivered in full.

Учитывая высокую стоимость самой компоновки-аналога, сложности при его эксплуатации, получаемые результаты бурения не могут быть оценены как высокоэффективные, так стоимостные показатели работы аналога определяют высокую себестоимость выполняемых буровых работ, а с удлинением ствола скважины снижаются показатели скорости бурения.Given the high cost of the analog assembly itself, the difficulties in its operation, the obtained drilling results cannot be evaluated as highly efficient, so the cost performance of the analog determines the high cost of drilling work, and with the extension of the wellbore the drilling speed decreases.

За прототип принята буровая компоновка, которая включает бурильные трубы и винтовой забойный двигатель с искривленным корпусом для осуществления искривления, как наклонных, так и горизонтальных скважин (см. В. В. Нескоромных Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2016 г., стр. 209-220 рис. 4.34, в).A drilling arrangement was adopted as a prototype, which includes drill pipes and a downhole helical motor with a curved body for curving both deviated and horizontal wells (see V.V. Neskoromnykh Drilling deviated, horizontal and multilateral wells. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2016, pp. 209-220 Fig. 4.34, c).

Процесс бурения прототипа заключается в том, что при бурении с одновременным искривлением скважины, вращение компоновки не производится, а разрушение горной породы производится долотом, получающего вращение от забойного двигателя. В этом случае искривление скважины производится за счет того, что забойный двигатель, имеющий искривленный корпус или соединение с бурильной колонной через кривой переводник, не вращается и обеспечивает заданный перекос долота и искривление скважины.The drilling process of the prototype is that when drilling with simultaneous curvature of the well, the layout is not rotated, and the rock is destroyed by a bit that receives rotation from the downhole motor. In this case, the well is bent due to the fact that the downhole motor having a curved body or a connection to the drill string through the curve of the sub does not rotate and provides a predetermined skew of the bit and the bend of the well.

В случае, если требуется продвинуть колонну по стволу при возрастающем сопротивлении сил трения и сцепления со стенкой скважины, то включается вращение колонны, что позволяет резко снизить силу сопротивления и бурить более протяженные стволы, но без реализации искривления.If it is necessary to advance the column along the bore with increasing resistance to friction and adhesion to the well wall, the rotation of the column is turned on, which allows you to sharply reduce the drag force and drill longer trunks, but without the implementation of curvature.

Таким образом, недостатком прототипа является низкая эффективность бурения протяженных стволов с одновременным набором кривизны из-за возрастающего сопротивления со стороны сил трения и сцепления со стенкой скважины.Thus, the disadvantage of the prototype is the low efficiency of drilling extended shafts with a simultaneous set of curvature due to increasing resistance from friction and adhesion to the well wall.

Задачей, поставленной для создания полезной модели является повышение эффективности бурения протяженных горизонтальных и наклонных стволов скважин с одновременным набором кривизны для корректировки направления.The task set to create a utility model is to increase the efficiency of drilling extended horizontal and inclined wellbores with a simultaneous set of curvature to adjust the direction.

Достигается тем, что в компоновке между бурильными трубами и забойным двигателем с искривленным корпусом для бурения скважины по заданной траектории установлена муфта и якорное устройство для забойного двигателя. Якорное устройство устанавливается между муфтой сцепления и забойным двигателем, управляемые дистанционно, реализующие работу по двум схемам:This is achieved in that in the arrangement between the drill pipe and the downhole motor with a curved body for drilling the well along a predetermined path, a coupling and an anchor device for the downhole motor are installed. An anchor device is installed between the clutch and the downhole motor, controlled remotely, realizing work according to two schemes:

исключающая передачу крутящего момента от бурильной колонны к забойному двигателю и передающая реактивный крутящий момент от забойного двигателя на якорное устройство;excluding the transmission of torque from the drill string to the downhole motor and transmitting reactive torque from the downhole motor to the anchor device;

обеспечивающая передачу крутящего момента от бурильной колонны к забойному двигателю без использования якорного устройства.providing torque transmission from the drill string to the downhole motor without the use of an anchor device.

В результате в процессе бурения скважины с набором кривизны производится вращение бурильной колонны, но вращения забойного двигателя не происходит в случае если муфта сцепления разомкнута и не передает крутящий момент от колонны на забойный двигатель, а реактивный момент со стороны долота блокируется якорным устройством, что позволяет с высокой точностью производить направленное бурение. Вращение колонны бурильных труб снижает силы трения и сопротивления со стороны стенки скважины, что позволяет бурить протяженные горизонтальные и пологонаклонные стволы с реализацией их искривления.As a result, during the drilling of a well with a set of curvature, the drill string is rotated, but the downhole motor does not rotate if the clutch is open and does not transmit torque from the string to the downhole motor, and the reactive moment from the bit side is blocked by the anchor device, which allows high precision directional drilling. The rotation of the drill pipe string reduces the friction and drag forces from the side of the well wall, which allows you to drill long horizontal and sloping bores with the implementation of their curvature.

В том случае, когда дистанционно включается муфта с цепления, то крутящий момент передается от бурильной колонны к забойному двигателю и вся компоновка вращается. В этом случае якорное устройство дистанционно отключается и производится бурение без искривления скважины с вращением всей компоновки.In the case when the clutch is remotely engaged from the clutch, the torque is transmitted from the drill string to the downhole motor and the entire arrangement rotates. In this case, the anchor device is switched off remotely and drilling is performed without bending the well with rotation of the entire layout.

Анализ известных технических решений показывает, что предлагаемая полезная модель отвечает требованиям критерия «новизна».An analysis of well-known technical solutions shows that the proposed utility model meets the requirements of the criterion of "novelty."

На фиг. показана схема предлагаемой буровой компоновки.In FIG. shows a diagram of the proposed drilling layout.

Предлагаемая буровая компоновка состоит из долота 1, забойного двигателя с искривленным корпусом 2 для бурения скважины по заданной траектории, якорного устройства 3 с выдвигаемыми для упора в стенку скважины полозьями 4, муфты сцепления 5 и бурильных труб 6.The proposed drilling arrangement consists of a bit 1, a downhole motor with a curved body 2 for drilling a well along a predetermined trajectory, an anchor device 3 with runners 4 extended for stopping against the well wall, a clutch 5 and drill pipes 6.

Предлагаемая буровая компоновка работает следующим образом.The proposed drilling arrangement works as follows.

При бурении скважины, например, её горизонтального участка, искривление ствола производится при разомкнутой муфте сцепления 5 и включенном якорном устройстве 3. В этом случае крутящий момент от бурового агрегата передается на бурильные трубы 6, но не передается на забойный двигатель с искривленным корпусом 2. Реактивный момент со стороны забоя, работающего на разрушение породы на забое скважины, от долота 1 передается на якорное устройство 3, которое за счет выдвигаемых полозьев 4, обеспечивает фиксацию отклонителя (забойного двигателя с искривленным корпусом 2) в скважине.When drilling a well, for example, its horizontal section, the barrel is bent when the clutch 5 is open and the anchor device 3 is turned on. In this case, the torque from the drilling unit is transmitted to the drill pipes 6, but not to the downhole motor with a curved body 2. Reactive the moment from the side of the face, working to destroy the rock at the bottom of the well, from the bit 1 is transmitted to the anchor device 3, which, due to the retractable runners 4, ensures the fixation of the deflector (downhole motor with rivlennym body 2) in the well.

Таким образом, осуществляется бурение скважины по заданной траектории в плоскости искривленного корпуса винтового забойного двигателя 2. При этом вращение бурильных труб 6 обеспечивает снижение сил трения и сопротивления со стороны стенки скважины и появляется возможность бурить протяженные стволы значительной длины.Thus, the well is drilled along a predetermined path in the plane of the curved body of the downhole screw motor 2. In this case, the rotation of the drill pipes 6 provides a decrease in the friction forces and resistance from the side of the well wall and it becomes possible to drill long trunks of considerable length.

В случае необходимости, если требуется провести вращение и забойного двигателя 2 вместе с бурильными трубами 6, то за счет применения специального привода, например, гидравлического, управляемого с поверхности, производится блокирование муфты сцепления 5 и раскрепление якорного устройства 3. В этом случае вся компоновка будет вращаться приводом буровой установки.If necessary, if you want to rotate the downhole motor 2 together with the drill pipes 6, then through the use of a special drive, for example, a hydraulic drive controlled from the surface, the clutch 5 is locked and the anchor device 3 is unfastened. In this case, the whole arrangement will be rotate the rig drive.

Таким образом, реализуется возможность бурения протяженных горизонтальных и наклонных участков стволов скважин с применением винтовых забойных двигателей, позволяющих производить корректировку направления скважины на всем интервале проходки.Thus, it is possible to drill long horizontal and inclined sections of wellbores with the use of downhole screw motors, allowing for adjustment of the direction of the well over the entire penetration interval.

Claims

A drill string arrangement including drill pipes, a downhole motor with a curved body for drilling a well along a predetermined path, characterized in that a coupling and an anchor device for the downhole motor are installed between the drill pipes and the downhole motor with a curved body, and the anchor device is provided with extendable runners .